Natürliches Gas – für eine energieeffiziente und produktschonende Herstellung von Instantprodukten

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Granulat oder Pulver in die Tasse geben – mit Wasser aufgießen – umrühren – fertig! So lassen sich im Handumdrehen Kaffee-, Kakao- und Teegetränke oder Suppen herstellen. Vor allem löslicher Kaffee ist weltweit gefragt. Die zeitsparende Zubereitung eines Kaffeegetränks aus getrocknetem Kaffeeextrakt ist praktisch, der Bedarf wächst stetig. In Deutschland wurden 2012 12.800 Tonnen Instantkaffee in reiner Form konsumiert, das sind 13 Prozent mehr als vor zehn Jahren. Weitere 3550 Tonnen wurden 2012 in Convenience-Produkten wie Instant-Cappuccino eingesetzt. Mehr als zehn Prozent der Weltproduktion von Instantkaffee wird von deutschen Kaffeeherstellern, wiederum 40 Prozent davon werden von kleinen und mittelständischen Unternehmen produziert.

  • Energieeffizienz durch Forschung

    Zitat 1
    Die Herstellung von Instantprodukten ist generell energieintensiv. Vor dem Hintergrund knapper werdender Energieressourcen und steigender Energiepreise ist daher Forschung gefragt, die Energieeinsparungen bei der Produkten von löslichen Produkten ermöglicht – und im Idealfall verbesserte, gezielt steuerbare Produkteigenschaften gestattet.
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    © Deutsche Extrakt Kaffee GmbH
    Dies war der Ansatz für zwei Projekte der Industriellen Gemeinschaftsforschung, die über den FEI von 2005 bis 2010 an der Technischen Universität Hamburg-Harburg durchgeführt wurden. Im Mittelpunkt stand dabei die Herstellung von Instantkaffee durch Sprühtrocknung – auch als Alternative zur (inzwischen häufiger eingesetzten) Gefriertrocknung. Die Gefriertrocknung ist im Vergleich zur Sprühtrocknung technisch aufwändiger und verbraucht deutlich mehr Energie, jedoch sind die gefriergetrockneten Produkte aufgrund der geringeren thermischen Belastung aromatischer und beliebter bei Verbrauchern. Bei der Sprühtrocknung wird zunächst flüssiger Kaffee mit eingelöster Trockensubstanz versprüht, anschließend das Wasser durch Wärmezufuhr verdampft.

  • Produktschonung durch Forschung


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    © Deutsche Extrakt Kaffee GmbH
    Um die Sprühtrocknung noch wirtschaftlicher zu gestalten und die Aromaverluste durch den hohen Wärmeeintrag zu reduzieren, wurden im ersten Schritt umfangreiche Untersuchungen zur Vorbehandlung des Flüssigkaffees mit natürlichen, inerten Gasen – also solchen Gasen, die mit dem Lebensmittel keine Reaktionen eingehen, wie Kohlendioxid (CO2) und Stickstoff (N2) – durchgeführt. Flüssigkaffee muss für die Sprühtrocknung pump- und verdüsungsfähig sein, dabei verfügt der Flüssigkaffee ohne Vorbehandlung über einen Trockensubstanzanteil von maximal 50 %. Dieser Anteil in der Flüssigkaffeelösung sollte durch die Einlösung von Gas vor der Sprühtrocknung erhöht werden. Durch die erzielte höhere Konzentration ist weniger Wasserentzug nötig, der Prozess somit sparsamer und durch den geringeren Wärmeeintrag produktschonender. Umfangreiche Stoffdaten mit und ohne CO2-Einlösung wurden ermittelt, die "Black Box" der Wirkung von Inertgasen auf Prozess und Produkt geöffnet.

  • Steuerbare Produkteigenschaften durch Forschung


    Zitat 2
    Auf Basis dieser wegweisenden Erkenntnisse konnte im zweiten Schritt der Hauptaugenmerk auf die gezielte Steuerung der Produkteigenschaften durch Zudosierung von Stickstoff und Kohlendioxid gelegt werden. Für die Kundenakzeptanz eines Instantproduktes ist es wichtig, dass dieses Eigenschaften wie das frisch zubereitete Getränk aufweist: So sollte bei einem "normalen" Instantkaffee kein Schaum entstehen – wie bei einer frisch gebrühten Tasse Filterkaffee. Beim Aufgießen von löslichem Espresso-Pulver hingegen sollte ein gleichmäßiger und stabiler Schaum entstehen, ähnlich der Crema auf einem frisch zubereiteten Espresso. Ebenso sollten sich Farbe und Aroma von Instantprodukten dem "Original" annähern.
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    © Deutsche Extrakt Kaffee GmbH

    Die Untersuchungen zeigten, dass sich differenzierte Zugaben von Kohlendioxid und Stickstoff sehr unterschiedlich auf die Löslichkeit, das Schäumungsverhalten und die Farbe auswirken. Insgesamt führten eher niedrige Gehalte an gelösten Gasen und insbesondere definierte Mischungsverhältnisse aus CO2 und N2 zu verbesserten Produkteigenschaften; dies war bislang weder bekannt noch erklärbar. Die Ergebnisse boten den Herstellern von Instantprodukten wertvolle Anhaltspunkte für die Optimierung ihrer Produkte – bei gleichzeitiger Senkung der Prozess- und Energiekosten. Bei der Herstellung von Fettpulver konnten die Erkenntnisse bereits angewandt werden; der Anwendung in anderen Branchen, in denen Instantprodukte hergestellt und genutzt werden, stehen die Türen ebenfalls auf. Auch die Herstellung neuartiger Produkte durch den Eintrag von Aromen über die Gasphase wurde bereits erfolgreich erprobt.

  • Projektbeteiligte


    Forschungsstellen:

    Industriegruppen:
    • Deutscher Kaffee-Verband e.V., Hamburg

    (Stand: Oktober 2013)




Forschungsvorhaben AiF 14086 N "Trockensubstanzerhöhung von Flüssigkaffee vor der Sprühtrocknung durch viskositätsmindernde Inertgasbehandlung"

... ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)

Förderhinweis