"Möglichkeiten der Kaffeeherstellung und Kaffeeverarbeitung"

Handout
vorgelegt von
Sebastian Loitsch
sloitsch@yahoo.de

Universität: TU-Berlin
Fachgebiet: Getränketechnologie

Gliederung:

1. Möglichkeiten der Kaffeeaufbereitung
1.1. Nasses Verfahren
1.2. Trockenes Verfahren
1.3. Herstellungsfehler
2. Möglichkeiten der Verarbeitung von Rohkaffee
2.1. Vorgänge beim Rösten
2.2. Röstverfahren
2.3. Nachbehandlung und Zubereitung
2.4. Herstellung von Instant Kaffee
3. Weitere Verfahren der Kaffeeverarbeitung
3.1. Lendrich-Verfahren
3.2. Kofrosta-Kaffee:
3.3. CHT-Verfahren
3.4. Entcoffeinierung
4. Physiologische Wirkung von Koffein

1. Möglichkeiten der Kaffeeaufbereitung

1.1. Nasses Verfahren

Anwendung nur bei reifen Früchten

a) Sortierung: Verunreinigungen werden aussortiert

b) Waschen: Sortierung nach Größe mit Hilfe von Wassertanks: grüne, überreife und getrocknete Früchte schwimmen oben (Schwimmer), normal reife Früchte sinken langsam nach unten (Sinker) Steine und Schmutz bleiben ganz unten

c) Entpulpen: im Pulper; Entfernung der Kirschhaut und des Fruchtfleisches unter fließendem Wasser (Walzen oder Scheiben), Zuführung über Schwemmkanäle, Pergamenthaut darf nicht beschädigt werden (sonst mikrobielle Infektion), es verbleibt auf den Kaffeebohnen eine Schleimschicht (farblos, an der Luft wird sie braun)

d) Fermentation: Entfernen der Schleimschicht durch Fermentation (im Fermentationsbecken oder im Gärtank). Dauer 1-2 Tage; (pektolytische Enzyme bauen Pektin ab: pflanzeneigene Pektinase), Fehlgärungen führen zu Fehlbohnen

e) Waschen: im Waschkanal; Reste der Pergamenthaut werden entfernt

f) Trocken: auf 12 % Wassergehalt wird getrocknet, damit Mikroorganismen nicht angreifen können (bei 10% Wasser Verlust der Keimfähigkeit)
Dauer der Sonnentrocknung 5-7 Tage, Dauer der mechanischen Trocknung 6-20 h bei 40-50 Grad (in Trommeln unter Bewegung), es entsteht getrockneter hellgelber Hornschalenkaffee

g) Schälen: Dieser Vorgang ist die Entfernung der Pergamenthülle und der Silberhaut durch Scheiben und Walzen, durch ein Gebläse wird die Schale von der Bohnen getrennt

h) Sortieren: über Schlitz- und Lochsiebe nach Größe, Dichte und Farbe

i) Auslesen: der Fehlbohnen

j) Polieren und Verpacken

Vorteil des nassen Verfahrens: hochwertiger aber teurer Kaffee entsteht (üblich bei Aribica-Kaffee)

1.2. Trockenes Verfahren

Anwendung auch bei un- und überreifen Früchten; meist in Regionen mit wenig Wasser

a) Verlesen: der Kirschen; Abtrennung von Erde
b) Sortieren: nach Größe (Perlbohnen sind runder) und Reife (Elefantenbohnen zerbrochene oder unreife Bohne)
c) Trocknen: auf der Tenne aus Beton an der Sonne (wenden nicht vergessen); Vorsicht Fäulnis; 3-4 Wochen (Restfeuchte 12%)
d) Schälen: Abtrennung der Schale, Pergamentschale und Silberhäutchen werden von der Bohne entfernt
Jetzt wird wie beim nassen Verfahren verfahren.

Vorteil des trockenen Verfahrens: Es entsteht billiger aber nicht so hochwertigen Kaffee; Anwendung bei Robusta-Kaffee.
Nachteil des trockenen Verfahrens: Herstellung dauert länger; da das Wasser durch die Fruchtschale langsamer entweicht.

1.3. Herstellungsfehler

Fehlbohnen entstehen durch falsche Aufbereitung nach dem Rösten (Fehlfarben oder abweichenden Geschmack/Geruch). Bei der Lagerung kann die Bohne durch ihren hohen Fettgehalt leicht Fremdgeruch aufnehmen.

a) Fehlbohnen ohne Einfluß auf Geruch/Geschmack:
weiße Bohnen - ungenügende Trocknung
Grasbohnen - schlecht ausgereift
schwarze Bohnen - fielen vor der Reife vom Baum und verdarben
fleckige Bohnen - unregelmäßiges, schnelles Trocknen

b) Fehlbohnen mit Einfluß auf Geruch/Geschmack
grasige Bohnen - nicht genügend abgelagert, aber frisch geerntet
Bernstein Bohnen - sind bitter, sind glatt gelb
Stinker - geben u.a. Essigsäure, Methanol ab, unangenehm , sind gelbbraun

2. Möglichkeiten der Verarbeitung von Rohkaffee

2.1. Vorgänge beim Rösten

Das Rösten ist die trockene Erhitzen auf Temperaturen über 100 Grad. Es entsteht ein Einbrand von 10-20% und eine Volumenzunahme von 50 bis 100%. Der Gewichtsunterschied zwischen grünem und Röstkaffee setzt sich aus dem Wasserverlust und chemischem Röstverlust (CO2 + Röstgase) zusammen.
Charakterisierung des Röstgrades mit Hilfe des Einbrands:

E = 100 * (Gewicht grün - Gewicht braun)

Gewicht grün

Grüne Bohnen (ganze, Bruchbohnen, Schrot oder Pellets) werden in Mischung oder aus einheitlichen Sorten verwendet. Mischungen vor dem Rösten sind billiger. Das Rösten von Einzelsorten ergeben eine bessere Qualität.

Phasen des Röstvorganges (chemische und physikalische Vorgänge):

a) Trocknung: bei 60 Grad, Eiweißgerinnung (endotherme Phase), Zersetzung von Zucker
b) Entwicklung: bei 100 Grad, ungebundenes Wasser verdampft
c) Wachsen: ab 150 Grad; Bohne wächst (Volumenzunahme aber Gewichtsabnahme), CO2, CO-Abgabe
d) Zersetzung: 170 bis 200 Grad; Beginn der exothermen Reaktion, Abbau-, Kondensations- und Polymerisationsreaktionen, Bildung von braunen Melanoiden (Maillard-Reaktion), Farbe wechselt von grün nach braun; durch Caramelisierung erfolgt eine Aromaveränderung; durch starken Innendruck Platzen die Bohnen, daher
e) Kühlung durch CO2 erforderlich
f) Verkohlung: ab 230 Grad, Austritt von Kaffeeöl (Schwitzen); kleine Bohnen rösten schneller, als große

Normalröstung: 15 Min. bei Pyrolysetemperaturen von. 200-220 Grad (bei Arabica)
Kurzzeitröstung: 10 Min. bei Pyrolysetemperaturen von max. 250 Grad (bei Robusta)
Vollröstung: Wassergehalt fällt von 10-14% auf 2-4%

2.2. Röstverfahren

Verfahren: kontinuierlich (USA) und Chargenbetrieb (Europa); es sind nur indirekte Befeuerung erlaubt, da Nitrosaminbildung verhindert werden soll
Apparate: a) Kontakt-Röstung: durch Wärmeleitung von den Wänden waagerechter,

rotierender Trommeln (ungleichmäßige Wärmeübertragung, örtliche Überhitzung möglich
b) Konvektionsröstung: Bohnen werden frei schwebend durch heiße Gase geröstet, Wärmeübertragung ist hier sehr gleichmäßig und gut zu kontrollieren (Heißluftstrom, Wirbelschicht). In Europa wird eher das Kontakt/Konvektionsverfahren verwendet
c) Druckröster: Verkürzung der Röstzeit; arbeitet bei 10 bar Überdruck, verringert den Einbrand, da weniger Gase entweichen; auch das Entweichen von Aromastoffen wird vermindert
d) Strahlungsheizer: Infrarot - Mikrowellen

Arten: kurze Röstung = helle Farbe, viel Säure

zu schnell geröstet = außen dunkel innen nicht fertig geröstet; bitter
lange Röstung = dunkler schwarzer Brand
zu lange Röstung = Aromastoffe gehen verloren

2.3. Nachbehandlung und Zubereitung

a) Kühlen: Zur Kühlung werden Kühlsiebe benutzt. Hier wird Wasser auf die Bohne gesprüht
b) Verlesen: vollautomatisch werden Fehlbohnen verlesen
c) Mahlen: Beim Mahlprozeß muß gekühlt werden; Mahlgrade: 0,15mm = sehr fein,

0,8mm = sehr grob

d) Verpackung: muß Wasser und Sauerstoff fernhalten können und das Entweichen von
Aromastoffen verhindern; Problem: Nachgasen ganzer gerösteter Bohnen
e) Lagerung: von Rohkaffee 1-3 Jahre, Röstkaffee nach 8-10 Wochen nicht mehr frisch,
gemahlener Kaffee (unter Sauerstoffausschluß) 6-8 Wochen haltbar

Aufgußarten: Filterverfahren (Perkolation): Kaffeepulver wird durch Papierfilter mit

kochendem Wasser behandelt

Aufbrühen: gemahlener Kaffe wird nach dem Übergießen 5-10 Minuten stehen
gelassen und dann abgegossen (bei längerem Stehenlassen wird die Extraktausbeute größer aber der Kaffe wird bitterer), aus einem feineren Malgrad resultiert eine größere Ausbeute

Warmhalten: verschlechtert das Aroma (nach ca. 0,5 -1h), die flüchtigen Stoffe

nehmen ab

Zubereitung: Dosierung: 6,5g/pro Tasse (150 ml); ein Zusatz von Milch kann zur Gerinnung führen, da Casein durch niedrigen pH-Wert ausfällt

2.4. Herstellung von Instant Kaffee

a) Mahlen: Gerösteter Kaffee (z.B. 10 min bei 90-220 Grad) wird in der Trommel durch das

Einblasen von Luft abgekühlt (Schutz vor Verbrennungen durch das Begasen mit CO2) dann wird gemahlen (1-4 mm Korngröße)

b) Extraktion: mittels Gegenstromprinzip in Perkolatoren mit Frischwasser (bei pH 6), der

Extrakt tritt in der Extraktionsstrecke in den einzelnen Zonen aus (z.B. 6 Batterien a 240 Kg Schüttung): 1.Batterie Vorlauf: 95 Grad - Entnahme des Vorlaufs direkt zum Trockner; Nachlauf; 2.Batterie 120 Grad, 3. Batterie -140 Grad; 4.Batterie -145 Grad, 5.Batterie -150 Grad, 6.Batterie -160 Grad

Trennung von Vorlauf (mit Aromastoffen) und Nachlauf; Extraktionszeit ca. 50-60
Min. pro Batterie, danach Übergang in die Kühlphase (Pentosane fallen aus)
c) Filtration: des Kaffeekonzentrats (bzw. Zentrifugation)
d) Konzentrieren: durch Verdampfen des Wassers im Vakuum auf 35 -40% Feststoffanteil
e) Trocknung: durch Sprühtrocknen: flüssige Kaffee-Extrakt tritt unter Druck in eine

Zerstäubeeinrichtung (4-6 mm Düsenquerschnitt); danach treffen die Tröpfchen auf einen heißen Luftstrom (260 Grad) und trocknen zu Hohlkugeln; Kaffeepulver hat 90% TS, die Ausbeute beträgt 30-40% vom eingesetztem Kaffee; durch agglomerieren löst sich der Kaffee in Wasser schneller (Wasserdampf wird für kurze Zeit mit Extrakt in Berührung gebracht und dann in Hitze abtrocknen gelassen); Extrakt kann auch durch Gefrieren getrocknet werden: schonendes Verfahren zur Wasserentfernung (Anwendung bei löslichem Kaffee) Herstellung von Konzentriertem Extrakt: Aufschäumen - gefrieren (bei -40 Grad auf Gefrier-Bänken) - Mahlen im Hochvakuum - Granulat wird in Vakuumkammer getrocknet bei 120-130 Grad (Sublimationsenergie); durch die Trocknung gehen generell leichtflüchtige Aromastoffe verloren: Lösung diese Stoffe erfolgt vorher mit Wasserdampf - sie werden dann später wieder zugeführt;

f) Verpackung: unter Schutzgas CO2, N2; die Haltbarkeit ist sehr gut

3. Weitere Verfahren der Kaffeeverarbeitung

3.1. Lendrich-Verfahren

- zur Verminderung an Röstreizstoffen im Röstkaffee
- Rohkaffee nimmt in 2 Stunden mit übersättigten Wasserdampf bei Überdruck 6-10 %
Wasser auf
- das Zellplasma koaguliert
- der Gehalt an Carbonsäuren nimmt ab (Chlorogensäure nur geringe Abnahme)

3.2. Kofrosta-Kaffee:

- Aromaverbesserung, Verträglichkeitsverbesserung
- geröstete Bohnen werden im Strom kalte, flüssiger Kohlensäure (60 bar -78 Grad)
verwirbelt
- schnelle Kühlung des Kerns bei gleichzeitig "Naßwäsche" (Fremdstoffe werden
abgeschwemmt)

3.3. CHT-Verfahren

- zur Minimierung von Carbonsäuren-5-hydroxyphyt. durch Behandlung mit Lösungsmitteln
- Spülen, Ausdämpfen, Trocknen

3.4. Entcoffeinierung

- mit rohe, grünem Kaffee
- Extraktionsmittel: CO2 (unter Druck ca. 150 bar bei 80 Grad, CO2 ist flüssig -
niedrigsiedend), organische Säuren, Dichlormethan; Vorschriften der LM-Zusatz-VO
müssen eingehalten werden
- Kaffee wird im rotierenden Zylinder durch Dämpfen mit Wasser vorbehandelt,
Zellstrukturen werden durchlässiger für das Koffein
-Entcoffeinierung: Herauslösen des Koffeins durch ein Extraktionsmittel (physikalischer
Vorgang); Extraktionsmittel wird wieder dann von Koffein befreit (Kreislauf);
- Trocknung: danach wie üblich geröstet

Coffeinfreier Kaffee: darf höchstens 0,08 % Restkoffein enthalten
Coffeinarmer Kaffee: darf höchstens 0,2 % Restkoffein enthalten
Entcoffeinierter Kaffee: unterscheidet sich sensorisch nicht vom Normalkaffee

4. Physiologische Wirkung von Koffein

Kaffeeinhaltsstoffe: Koffein, Zucker, Dextrose, Chlorogensäure, Trigonellin, Mineralstoffe

Wirkung von Koffein:- wird vom Magen und Darm resorbiert

- im Blutplasma steigt die Konzentration schnell an (durch Tee nicht so
starke Erhöhung)
- verschiedenen Hormone (Serotonin) werden durch K. in ihrer
Wirkung verstärkt
- Steigerung der Lipolyse (Aktivierung der Triglyceridlipase)
- Anstieg der Konzentration von freien Fettsäuren in Blut und Leber
- Steigerung der Sekretion von Salzsäure (kann durch Wasser, Milch,
Zucker wieder reduziert werden
- Beschleunigung des Pulses, Gefäßerweiterung, Aufmerksamkeit
erhöht sich
- Anregung der Peristaltik
- es erfolgen keine Suchterscheinungen
- nach 3-4 Tassen tritt Ruhelosigkeit und Zittern auf
- Aufbereitung mit mineral- (sonst fade) und sauerstoffhaltigem Wasser
- wirkt auf ZNS, Atemzentrum, in Leber akkumuliert, geht in
Muttermilch über
- ist teilweise an Chlorogensäure gebunden und wird aus diesem
Komplex langsamer resorbiert, als in reiner Form
- wird zum größten Teil zu Harnsäure umgewandelt