VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR AUFBEREITUNG VON KAKAO- UND KAFFEEBOHNEN

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Beschreibung:

Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Kakao- und Kaffeebohnen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur witterungsunabhängi¬ gen, kontinuierlichen Aufbereitung von Kakao- und Kaffee¬ bohnen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Die herkömmlichen Verfahren zur Aufbereitung, insbesondere der Theobromafrüchte, sind mit vielfältigen qualitäts indernden Nachteilen verbunden. So werden nach dem manuellen Aufbrechen der Fürchte die Bohnen von den übrigen Bestandteilen getrennt und getrocknet. Da die Bohnen hierbei auf einer Unterlage auf¬ liegen, verhornt die Schale einseitig, was dazu führt, daß die Wärmedurchdringung von dieser Seite schlechter ist. Hieraus er¬ gibt sich wiederum eine ungleichmäßige Fermentierung. Infolge der Witterungsabhängigkeit der Fermentierung ergeben sich Zeit¬ verluste und eine Minderqualität, die etwa mit 20 % anzusetzen ist. Darüber hinaus tritt eine Verunreinigung durch Insekten, Würmer, Larven und Haare von Nagern, wie etwa Ratten, ein. Schließlich ergibt sich auch eine Fehlfermentierung durch wilde Hefen, wodurch ein weiterer Qualitätsausfall verursacht wird.

In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur wit¬ terungsunabhängigen, kontinuierlichen Aufbereitung von Kakao- und Kaffeebohnen zu schaffen, wobei unter Behebung der aufge¬ zeigten Nachteile ein wesentlich verminderter Qualitätsausfall eintritt, während die Ausbildung der Farbe sowie die Geruchs¬ und Geschmacksstoffe bzw. deren Vorstufen im Kotyledon der Bohne kontrolliert und nach Wunsch geregelt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale, wobei hin-

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sichtlich bevorzugter Ausführungsformen auf die Merkmale der Unteransprüche verwiesen wird.

Nach der Erfindung liegt die Lösung darin, daß man die Früchte aufbricht und die Bohnen von den übrigen Fruchtbestandteilen abtrennt, die Bohnen anschließend einer Warmlufttrocknung un- terwurft und schließlich einer Mikrowellenbehandlung aussetzt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens tiefgefriert man die Früchte vor dem Aufbrechen. Hier¬ durch erleichtert sich die maschinelle Trennung der Bohnen von der parenchymatischen Fruchtwand und der Plazenta ganz erheb¬ lich.

Vorzugsweise führt man die Warmlufttrocknung in zwei Stufen durch, wobei man in der ersten Stufe eine Trocknung im Gegen- luftstrom bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 47 % und in der zweiten Stufe eine Wirbelschichttrocknung bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 12 % durchführt. Die Fermentierung führt man in der zweiten Trocknungsstufe aus, bevorzugt unter Zugabe von Fermentierungshilfsstoffen. Es hat sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, daß man im Anschluß- an die zweite Trock¬ nungsstufe eine Durchwirbelung mit Luft von Raumtemperatur etwa 3 Minuten lang durchführt.

Durch dieses Verfahren ergibt sich eine gleichmäßig hohe Quali¬ tät der Bohnen. Die Bohnen sind völlig frei von Verunreinigungen der eingangs genannten Art und somit hygienisch absolut einwand¬ frei. Es ergibt sich gleichzeitig eine strapazierfähige, ela¬ stische, aber dennoch maschinell leicht und vollkommen entfern¬ bare Bohnenschale. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, in einem Arbeitsgang sämtliche Bestandteile der Früchte von¬ einander zu separieren und einer getrennten Verarbeitung zu¬ zuführen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Trocknungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß der Trock¬ nungseinrichtung eine Mikrowellenzone nachgeordnet ist. Inner-

halb dieser Mikrowellenzone werden die Bohnen von innen heraus nach außen erhitzt, infolge der Schwingungen, die die H ₂ 0-Mole- küle durchführen. Das Restwasser in den Bohnen verdampft durch die interne Reibung. Es kann sich keine Verhornung der Bohnen¬ außenhaut bilden, die bei anderen Trocknungsarten eine gleich¬ mäßige Wärmedurchdringung verhindert. Es läßt sich somit ein Feuchtigkeitsgehalt bis unter 5 % erreichen, ohne daß die Schale hart geworden, oder das Kotyledon zerstört ist. Inner¬ halb der Mikrowellenzone wird nicht nur eine Trocknung durch¬ geführt, sondern es vollziehen sich auch hier chemische Reak¬ tionen der Fermentation. Das bedeutet, daß die semipermeablen Zellen der Bohnen permeabler werden und den Austausch der Chi- none, Aminosäuren, Gerbsäuren etc. zwischen den Zellen gestattet, woduurch die eigentlichen Aroma- und Geschmacksvorstufen gebil¬ det werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Trockeneinrichtung eine Einrichtung zum Auf¬ brechen der Früchte sowie ein Separator zum Abtrennen der übri¬ gen Fruchtbestandteilen von den Bohnen vorgeordnet. Hierdurch wird der gesamte Aufbereitungsvorgang in einem Arbeitsgang er¬ möglicht.

Die Trocknungseinrichtung besteht bevorzugt aus einem Drehtrock¬ ner und einem sich an diesen anschließenden Wirbelschichttrock¬ ner. Die Bohnen werden durch den Drehtrockner gegen den Strom warmer Luft geführt, wobei sie soweit getrocknet werden, daß sie nicht mehr kleben, was etwa bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 50 bis 45° eintritt. Im Wirbelschichttrockner befindet sich ein Fließbett, wobei die erhitzte Luft durch eine Lochspaltplat¬ te von unten an die Bohnen herangeführt wird, die durch die Luftströmungen in der Schwebe gehalten werden. Hierdurch läßt sich ein völlig gleichmäßiger weiterer Feuchtigkeitsentzug er¬ zielen. Bevorzugt sind innerhalb des Wirbelschichttrockners Düsen für die Zugabe von Fermentierungshilfen angeordnet, so daß sich in diesem Vorrichtungsbereich ein wesentlicher Teil der Fermentierung vollzieht.

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Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, der Aufbrechein- richtung eine Gefriereinrichtung vorzuordnen. Diese kann ver¬ schiedenste Ausbildungsformen besitzen. So können die Früchte einige Minuten innerhalb eines Stickstoffdurchlaufgefrierers oder eines CO^-Gefrierers aufgehalten werden, in welchem sie oberfläch-lieh tiefgefrieren. Im Kühlcontainer frieren sie im Laufe der Zeit während des Transportes einschließlich der Boh¬ nen völlig durch und bleiben damit in ihrem besten Zustand nahe¬ zu unabhängig vom Zustand bei der Ernte.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und erfindungswesentliche Merk¬ male der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreib¬ ung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Diese zeigt in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Aufbereitungsverfahrens.

Der Verfahrensablauf-vollzieht sich innerhalb der Vorrichtung von links nach rechts. Obwohl die Aufgabe der Früchte jeweils den individuellen Verhältnissen entsprechend ausgebildet sein kann, wird hier davon ausgegangen, daß sich die Früchte in dem Aufgabetrichter 20 befinden. Sie werden von hier aus der Ge¬ friereinrichtung 10 zugeführt. Der Aufbau der Gefriereinrichtung 10 als solcher ist nicht erfindungswesentlich. Er kann herkömm¬ licher Art sein, wobei es sich etwa um einen Stickstoff- oder Cθ2-Durchlaufge_rierer handeln kann. Die Gefriereinrichtung kann auch von der übrigen Vorrichtung getrennt vorgesehen sein, wo¬ bei die Früchte etwa in gefrorenem Zustand zur Aufbereitungs¬ vorrichtung transportiert werden können. Dabei hat es sich als praktisch erwiesen, lediglich die äußere Schale tiefzugefrieren, wobei die Kälte im Laufe des Transportes dem Fruchtinneren mit¬ geteilt wird, so daß die völlig durchfrorenen Früchte bei der Aufbereitungsvorrichtung eintreffen.

Die Früchte werden nun einer Aufbrechvorrichtung 11 zugeführt. Innerhalb der Aufbrechvorrichtung 11 befinden sich Quetsch¬ walzen 15 mit Zacken an jeder Walze, wodurch die Früchte ge¬ brochen und in ihre Einzelbestandteile zerlegt werden. - 5 -

Sie fallen nunmehr auf ein Förderband 12, das alle Bestandteile einem Separator 13 zuführt. Dieser Separator 13 ist als okta- gonaler horizontaler Drehzylinder ausgebildet, der Zonen un¬ terschiedlicher Lochung aufweist. Die Bohnen fallen durch die Löcher, während die anderen Teile, wie die parenchymatische Fruchtwand und die Plazenta austreten und etwa einem Behälter 14 zugeführt werden, von wo aus sie für eine weitere Verar¬ beitung bereitstehen.

Die Bohnen fallen von hier aus in einen Drehtrockner 16, der aus einem horizontalen, sich drehenden Zylinder besteht. In¬ nerhai) des Drehtrockners 16 wirkt ein Gegenstrom warmer Luft auf die Bohnen ein, der sie zunächst auftauen läßt und anschlies- send weiter erhitzt, wobei sich die Pulpe verflüssigt. Inner¬ halb des Drehtrockners 16 kann man Hefen, Aminosäuren und die anderen bekannten Mittel in dosierten Mengen zugeben, um die Fermentierung zu beeinflussen.

Nachdem die Bohnen nur noch einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 50 - 45 % aufweisen, werden sie einem Wirbelschichttrockner 17 zugeführt. Innerhalb des Wirbelschichttrockners befindet sich eine Lochplatte 21, durch welche Warmluft von unten hindurch¬ strömt, so daß sich oberhalb der Lochplatte 21 ein Fließbett aus Bohnen ausbildet. Die Bohnen werden von der Warmluft um¬ strömt, ohne daß sie auf einer Unterlage aufliegen, so daß sich ein völlig gleichmäßiger Feuchtigkeitsentzug ergibt. Die End¬ feuchte der Bohnen beträgt etwa 15 bis 10 % und soll vorzugs¬ weise bei 12 % liegen. Die Betriebsbedinungen des Wirbelschicht¬ trockners sind der jeweiligen Situation anpaßbar. Es werden bei¬ spielsweise je nach Schichthöhe und Größe des Trockners ca. 3300 cm Luft pro Stunde eingeblasen. Das Bohnenschüttgewicht in diesem haifeuchten Zustand liegt etwa bei 720 g/1. Die Zuluft kann bei etwa 120°C liegen, während die Abluft, nachdem die Bohnen durchwirbelt sind, eine Temperatur von ca. 64 bis 76° besitzt. Die Behandlungsdauer kann zwischen 30 und 60 Minuten liegen und macht vorzugsweise 36 Minuten aus. Der Wirbelschicht¬ trockner kann bei kontinuierlich ablaufendem Gesamtverfahren - 6 -

ebenfalls kontinuierlich oder in Chargen betrieben werden. Zum Abschluß der Trocknung bei chargenweisem Betrieb oder am Trocknerende bei kontinuierlichem Betrieb kann sich eine drei¬ minütige Durchwirbelung mit Luft von Raumtemperatur anschließen.

Innerhalb ders Wirbeltrockners können außerdem noch Sprühdüsen 19 angeordnet sein, über welche Fermentierungshilfen verschie¬ denster Art zugegeben werden können.

Nachdem die Bohnen einen Feuchtigkeitsgrad von etwa 12 % er¬ reicht haben, werden sie einer Mikrowellenzone 18 zugeführt. Die Mikrowellen versetzen die H^O-Moleküle, dh , das innerhalb der Bohnen noch befindliche Restwasser, in Schwingungen, wodurch infolge der auftretenden Reibung Wärme entsteht. Die Mikrowel¬ lenzone 18 selbst bleibt kühl, während die Bohnen von innen nach außen erhitzt werden. Hierbei verdampft das Restwasser, wobei ohne weiteres eine Feuchtigkeit von weniger als 5 % erziel¬ bar ist, ohne daß die Sch= e hart oder der Bohnenkern zerstört wird, so daß dieser im besten physikalischen und chemischen Zu¬ stand für die weitere Verarbeitung verbleibt. Wie bereits ein¬ gangs ausgeführt wurde, wird die Fermentierung im Bereich der Mikrowellenzone 18 abgeschlossen.

Die die Mikrowellenzone verlassenden Bohnen besitzen eine außerordentlich hohe gleichmäßige Qualität. Sie führen zu einem besonderen positiven Aroma und Geschmack, da sich die Fermen¬ tierung in einer vorzüglichen Weise steuern und beeinflussen läßt. Es ist erstmals ein einwandfreier hygienischer Zustand der Bohnen gewährleistet, da diese ohne Zwischenlagerung in unmittelbarer Behandlungsfolge der Frucht entnommen sind. Sie können nunmehr abgepackt und dem Markt zugeführt werden. An¬ dererseits können sie auch zuvor geschält werden, wodurch sich eine Gewichtsverminderung und damit eine Kostenersparnis für den Transport ergibt. Schließlich können sie auch unmittelbar der Weiterverarbeitung zugeführt werden.