In diesem Handout im Rahmen eines Seminars der TU-Berlin (Fachbereich Getränketechnologie) werden klassische und neue Verfahren der Kaffeeherstellung und Kaffeeverarbeitung dargestellt.
Vom „nassen“ über das „trockene“ Herstellungsverfahren werden auch mögliche Herstellungsfehler beschrieben.
Neben den Grundzügen des Röstens werden auch die Verfahren: Lendrich, Kofrosta, CHT und das Entcoffeinierungsverfahren vergleichend betrachtet.
Weiterhin wird die physiologische Wirkung des Inhaltstoffs Koffein untersucht.
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
Häufig gestellte Fragen
Welche Möglichkeiten gibt es zur Kaffeeaufbereitung?
Es gibt hauptsächlich zwei Verfahren: das nasse und das trockene Verfahren. Das nasse Verfahren wird vor allem für Arabica-Kaffee verwendet und liefert hochwertigen Kaffee. Das trockene Verfahren ist günstiger und wird oft für Robusta-Kaffee eingesetzt.
Wie funktioniert das nasse Verfahren der Kaffeeaufbereitung?
Das nasse Verfahren umfasst mehrere Schritte: Sortierung, Waschen, Entpulpen, Fermentation, erneutes Waschen, Trocknen, Schälen, Sortieren, Auslesen, Polieren und Verpacken. Es ist aufwendiger, erfordert aber reife Früchte und liefert hochwertigen Kaffee.
Wie funktioniert das trockene Verfahren der Kaffeeaufbereitung?
Das trockene Verfahren ist einfacher und wird auch bei unreifen Früchten angewendet. Die Schritte umfassen Verlesen, Sortieren, Trocknen in der Sonne (auf der Tenne), Schälen, und weitere Verarbeitung wie beim nassen Verfahren. Es ist kostengünstiger, aber der Kaffee ist nicht so hochwertig.
Was sind Herstellungsfehler bei der Kaffeeaufbereitung?
Fehlbohnen entstehen durch falsche Aufbereitung oder Lagerung. Sie können Fehlfarben haben oder abweichenden Geschmack/Geruch. Einige Fehlbohnen haben keinen Einfluss auf Geruch oder Geschmack (z.B. weiße, grasige, schwarze oder fleckige Bohnen), während andere negative Auswirkungen haben (z.B. grasige, Bernstein-Bohnen oder Stinker).
Welche Vorgänge finden beim Rösten von Rohkaffee statt?
Beim Rösten wird der Rohkaffee trocken erhitzt. Dabei kommt es zu einem Einbrand (Gewichtsverlust) von 10-20% und einer Volumenzunahme von 50-100%. Der Röstprozess umfasst Phasen wie Trocknung, Entwicklung, Wachsen, Zersetzung und Verkohlung.
Welche Röstverfahren gibt es?
Es gibt verschiedene Röstverfahren: Kontakt-Röstung (Wärmeleitung), Konvektionsröstung (Heißluft), Druckröster (unter Überdruck) und Strahlungsheizer (Infrarot, Mikrowellen). In Europa ist das Kontakt/Konvektionsverfahren üblich.
Wie erfolgt die Nachbehandlung und Zubereitung von Röstkaffee?
Die Nachbehandlung umfasst Kühlen, Verlesen, Mahlen und Verpacken. Der Kaffee muss vor Wasser und Sauerstoff geschützt werden. Es gibt verschiedene Aufgussarten, wie Filterverfahren (Perkolation) und Aufbrühen.
Wie wird Instant Kaffee hergestellt?
Die Herstellung von Instant Kaffee umfasst Mahlen, Extraktion (Gegenstromprinzip), Filtration, Konzentrieren und Trocknung (Sprühtrocknen oder Gefriertrocknen). Anschließend erfolgt die Verpackung unter Schutzgas.
Was ist das Lendrich-Verfahren?
Das Lendrich-Verfahren dient zur Verminderung von Röstreizstoffen im Röstkaffee. Rohkaffee nimmt Wasserdampf auf, wodurch das Zellplasma koaguliert und der Gehalt an Carbonsäuren abnimmt.
Was ist Kofrosta-Kaffee?
Kofrosta-Kaffee ist ein Verfahren zur Aromaverbesserung und Verträglichkeitsverbesserung. Geröstete Bohnen werden mit kalter, flüssiger Kohlensäure behandelt, was zu einer schnellen Kühlung und "Naßwäsche" führt.
Was ist das CHT-Verfahren?
Das CHT-Verfahren dient zur Minimierung von Carbonsäuren durch Behandlung mit Lösungsmitteln, Spülen, Ausdämpfen und Trocknen.
Wie funktioniert die Entcoffeinierung von Kaffee?
Die Entcoffeinierung erfolgt mit rohem, grünem Kaffee unter Verwendung von Extraktionsmitteln wie CO2, organischen Säuren oder Dichlormethan. Der Kaffee wird vorbehandelt und das Koffein wird herausgelöst. Der Kaffee wird dann getrocknet und geröstet.
Welche physiologische Wirkung hat Koffein?
Koffein wird vom Magen und Darm resorbiert und wirkt auf verschiedene Hormone. Es steigert die Lipolyse, die Sekretion von Salzsäure, beschleunigt den Puls und erhöht die Aufmerksamkeit. Es erfolgt keine Sucht, kann aber bei zu hohem Konsum Ruhelosigkeit und Zittern verursachen.
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- Sebastian Loitsch (Author), 2000, Möglichkeiten der Kaffeeherstellung und Kaffeeverarbeitung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/97766
