Применение СВЧ-излучения в технологии кофейного экстракта

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИННОВАЦИИ в ПРОИЗВОДСТВЕ

ТЕМА НОМЕРА

УДК 663.93: 632.935.4:537.5

Применение

СВЧ-излучения в технологии кофейного экстракта

И. Д. Щеголева,

канд. техн. наук, доцент Московский государственный университет пищевых производств

Е. А. Соломон,

инженер-технолог

ЗАО «Московская кофейня на паяхъ»

В пищевой технологии процессы экстрагирования из твердой фазы используют для извлечения целевых компонентов из биологического сырья, например, извлечения сахара, растительных масел, белка, биологически активных веществ и т. д. [1-3].

Экстрагирование из растительных клеточных материалов отличается определенной сложностью, так как включает ряд элементов: смачивание, набухание, адсорбцию, десорбцию, диализ, диффузию и др. В отличие от растворения твердого тела в жидкости экстракция (извлечение) осложняется клеточной оболочкой, которая препятствует проникновению растворителя внутрь клетки и выходу экстрактивных веществ наружу. Основной результат экстрагирования — получение максимального выхода экстрагируемых веществ — зависит от многих факторов: молекулярной массы и размеров молекул извлекаемых веществ, поверхности раздела фаз «твердое сырье — жидкость», рода экстрагента и его вязкости, разности концентраций в сырье и экстрагенте, температуры и продолжительности экстракции, воздействия специальных физико-химических факторов (вибраций, пульсаций, электроимпульсных разрядов и др.) [1-4].

Одно из перспективных направлений совершенствования технологии экстрагирования — применение СВЧ-излучения. Микроволновое или сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение — электромагнитное излучение, включающее сантиметровый и миллиметровый диапазоны радиоволн. Оно широко применяется в тепловой кулинарной обработке продуктов благодаря высокому КПД действия, простоте подачи

энергии, тепловой безынерционности, высокой точности регулирования процесса и его воспроизводимости.

Доказано, что под влиянием СВЧ-излучения изменяются структура и свойства воды. Она приобретает способность более активно воздействовать на молекулы биополимеров, разрушать их с образованием водорастворимых продуктов. Следовательно, с помощью СВЧ-обработки экстргента можно усилить процесс экстракции [2, 5-6].

Целью нашей работы было изучение возможности увеличения выхода кофейного экстракта за счет применения СВЧ-излучения. В эксперименте в качестве экстрагента использовали воду, обработанную СВЧ-излучением. Действием СВЧ-поля воду нагревали до кипения, после чего ее применяли для заваривания кофе. В опытах использовали бытовую микроволновую печь мощностью 800 Вт, режим средней мощности.

Экстракцию проводили из образцов кофе жареного, приготовленного по разной технологии:

• образец 1 — кофе в зернах (сорт «Арабика», мексиканская обжарка);

• образец 2 — кофе молотый для варки (торговая марка «Черная карта»);

• образец 3 — кофе молотый для заваривания в чашке (сорт «Арабика», торговая марка «Pulig»).

Выход экстрактивных веществ кофе определяли по разработанному ранее методу [7]. Навеску кофе 2 г (кофе в зернах размалывают) смешивали в стеклянном стакане с 50 см3 воды, проводили экстракцию в заданном температурном и временном режиме, суспензию охлаждали до температуры 20 °С и фильтровали через предвари-

18 ПИВО и НАПИТКИ 2 • 2014

Т-ЕХНОЛОГИЧЕСКИЕИННОВАЦИИ в ПРОИЗВОДСТВЕ

Таблица 1

Выход экстрактивных веществ кофе, % Отношение выхода экстрактивных веществ кофе

Образец кофе Режим экстракции Кондуктивный нагрев Микроволновой нагрев при использовании кондуктивного (взято за 100%)/микроволнового нагрева воды, % к кондуктивному

Кофе в зернах сорт «Арабика», Настаивание 5 мин 22,08 22,60 100/102,3

Настаивание 30 мин 23,46 24,68 100/105,2

мексиканская обжарка Кипячение 5 мин 25,36 26,58 100/104,8

Кофе молотый для варки торговая марка Настаивание 5 мин 25,88 27,09 100/104,7

Настаивание 30 мин 26,57 28,22 100/106,2

«Черная карта» Кипячение 5 мин 28,47 30,32 100/106,5

Кофе молотый Настаивание 5 мин 25,96 27,18 100/104,7

для заваривания в чашке сорт «Арабика», торговая марка «РиМд» Настаивание 30 мин 26,49 27,97 100/105,6

Кипячение 5 мин 28,25 30,11 100/106,6

0

1 <

§

ш I-

тельно подготовленный (высушенный и взвешенный) бумажный фильтр. Осадок кофе, оставшийся на стенках стаканчика, переносили на фильтр 50 см3 воды комнатной температуры. Фильтр с осадком кофе высушивали в сушильном шкафу при температуре 130 °С в течение 2 ч, охлаждали в эксикаторе и взвешивали. Рассчитывали массу сухого осадка кофе. Выход экстрактивных веществ кофе вычисляли по формуле

X = — 100, т

где т — масса сухого вещества навески кофе, г; т1 — масса сухого вещества осадка кофе, г.

Использовали несколько режимов экстракции: настаивание 5 мин; настаивание 30 мин; кипячение 5 мин.

В опытах с настаиванием навеску кофе заливали водой, нагретой до закипания, перемешивали и оставляли при комнатной температуре, а в опытах с кипячением — поддерживали кипение в заданное для экстракции время.

Воду для экстракции нагревали СВЧ-излучением до закипания (появления первых пузырьков). В контрольном опыте воду нагревали электрическим чайником (кондуктивный нагрев). Результаты влияния обработки воды СВЧ-излучением на выход экстрактивных веществ кофе представлены в табл. 1.

Установлено, что обработанная СВЧ-излучением вода обладала более высокой экстракционной способностью, чем нагретая обычным конвективным способом. Для всех использованных образцов кофе при заданных режимах экстракции была достигнута положительная динамика роста выхода экстрактивных веществ кофе — от 2,3 до 6,6%. Наименее значительно СВЧ-обработка повлияла на кратковременную, пятиминутную, экстракцию,

соответственно выход экстрактивных веществ увеличился на 2,5-4,7%. При продолжительности экстракции 30 мин этот показатель возрастал до 5,2-6,2%. Наиболее эффективным СВЧ-излучение оказалось при заваривании кофе кипячением, выход экстрактивных веществ в этом случае возрос до 6,6%.

На экстракцию кофе и результаты применения СВЧ-излучения для обработки экстракционной воды заметное влияние оказывала технология изготовления кофе и предусмотренный этой технологией способ его заваривания. Наиболее высокий выход экстрактивных веществ был у предварительно подготовленного кофе — кофе молотого для варки и кофе молотого для заваривания в чашке, самый низкий — у кофе в зернах.

Далее изучали влияние мощности СВЧ-излучения на выход экстрактивных веществ кофе. При подготовке воды использовали три режима нагрева:

1) высокая мощность — воздействие микроволн составляло 100% от времени обработки воды до закипания (общее время обработки воды 3 мин),

2) средняя мощность — воздействие микроволн составляло 50% от времени

о 30,4 » 30,2

и а>

3 30,0

со

х 29,8 £ 29,6 £. 29,4

и

£ 29,2

сЕ

§ 29,0

ей

28,8

Низкая Средняя Высокая мощность мощность мощность

Влияние мощности СВЧ-излучения на выход экстрактивных веществ кофе

обработки воды до закипания (общее время обработки воды 6-7 мин), 3) низкая мощность — воздействие микроволн составляло 25% от всего времени обработки воды (при общем времени обработки воды 12-15 мин закипание не было достигнуто). Водой, нагретой СВЧ-излучением, заливали навеску кофе. Использовали комбинированный режим экстракции: настаивание 5 мин, затем кипячение 5 мин. Исследования проводили с образцом «Кофе молотый для заваривания в чашке» (сорт «Арабика», торговая марка «РиН§»).

Из приведенной на рисунке диаграммы видно, что мощность СВЧ-излучения при обработке воды влияла на экстракцию кофе. При средней и высокой мощности СВЧ-излучения выход экстрактивных веществ был максимальным — 30,50%, при низкой мощности этот показатель составил 29,33%. По-видимому, при использовании СВЧ-излучения главное — нагреть воду до кипения, чтобы скорость колебания молекул была достаточной.

Обработка воды СВЧ-излучением перед завариванием кофе улучшала качество приготовленного напитка, его дегустационную оценку (табл. 2). Было отмечено усиление аромата у кофе в зернах и его устойчивости во времени у всех изученных образцов. Улучшался внешний вид заваренного кофе: формировалась более плотная, устойчивая пена, равномерно распределенная по поверхности напитка.

Итак, обработка СВЧ-излучением воды, используемой в качестве экстра-гента, повышает выход экстрактивных веществ из образцов кофе жареного, приготовленных по разной технологии. В результате действия СВЧ-излучения улучшается качество готового напитка — усиливаются аромат и устойчивость его во времени, формируется более плотная и равномерная по по-

4 • 2014

ПИВО и НАПИТКИ 19

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕИННОВАЦИИ в ПРОИЗВОДСТВЕЕ

Таблица 2

Образец кофе

Кофе в зернах

сорт «Арабика», мексиканская обжарка

Кофе молотый для варки

торговая марка «Черная карта»

Кофе молотый

для заваривания в чашке

сорт «Арабика», торговая марка «РиНд»

Внешний вид размолотого зерна

Цвет темно-коричневый, однородный. Помол кофейных зерен неоднородный, с примесью пылевидных частиц

Цвет однородный, медно-коричневый. По размеру частицы мелкие, неоднородность незначительная

Цвет неоднородный, от светло-до темно-коричневого. По размеру частицы мелкие, хлопьевидные, неоднородность незначительная

Органолептические показатели качества заваренного кофе при нагреве воды конвективным способом СВЧ-излучением

Аромат мягкий, без выраженной горечи, неустойчивый. Пена образуется в небольшом количестве, неоднородная, коричневого цвета. Цвет настоя черный, мутный. Вкус средне-горький, без кислоты, послевкусие слабое, приятное

Аромат слабовыраженный, с легкой горчинкой, сладкий, быстро становится пустым. Пена образуется неоднородная, рыхлая, быстро опадающая, желто-коричневая. Цвет настоя черный с красным оттенком, мутный. Вкус горький, без выраженной кислоты, послевкусие полное, горькое

Аромат сладкий, мягкий, выраженный, устойчивый. Пена образуется в незначительном количестве, неравномерная, темно-медного цвета. Цвет настоя черный, мутный. Вкус горький, полный, послевкусие полное, сладкое

Аромат сильный, выраженный, без горечи, терпкий, устойчивый. Пена образуется однородная, плотная, устойчивая, темно-медного цвета. Цвет настоя черный, мутный. Вкус средне-горький, без кислоты, послевкусие слабое, приятное

Аромат слабовыраженный, с легкой горчинкой, сладкий, устойчивый. Пена образуется однородная, плотная, устойчивая, желто-коричневая. Цвет настоя черный, мутный. Вкус горький, без выраженной кислоты, послевкусие полное, слабогорькое

Аромат сладкий, мягкий, выраженный, устойчивый. Пена образуется плотная, устойчивая, равномерная, темно-медная. Цвет настоя черный, мутный. Вкус горький, полный, насыщенный; послевкусие приятное, сладкое

верхности пена. Изложенные в статье результаты позволяют усовершенствовать технологию приготовления кофейного напитка, а также увеличить выход и качество продукции в производстве растворимого кофе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Домарецкий, В. А. Технология экстрактов, концентратов и напитков из растительного сырья: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений/В. А. Домарецкий. — М.: ФОРУМ, 2007. — 444 с.

2. Кондратьев, Д. В. Способы получения экстракта виноградных выжимок и возможности

его использования в пищевой промышлен-ности/Д. В. Кондратьев, Н. Г Щеглов // Известия вузов. Пищевая технология. — 2009. — № 1. — С. 62-65.

3. Глебова, О. М. Разработка способа получения концентрата антоцианового красителя из выжимок плодов вишни/О. М. Глебова, Е. П. Каменская // Технология и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности. — Барнаул: Алтайский государственный технический университет, 2009. — С. 240-243.

4. Процессы и аппараты пищевых производств: Учебник для вузов/А. Н. Остриков [и др.]. — СПб.: ГИОРД, 2007. — 608 с.

5. Христюк, В. Т. Использование процесса СВЧ-экстракции в технологии красных специальных вин/В. Т. Христюк, Р. В. Алексеева, Ю. Ф. Якуба // Виноделие и виноградарство. — 2008. — № 2. — С. 17-19.

6. Microwave-assisted water extraction of green tea polyphenols. Nkhili E, Tomao V, El Hajji H, El Boustani ES, Chemat F, Dangles O. Université Cadi Ayyad, Faculté des Sciences Semlalia, Marrakech, Morocco. http://teatips.ru/index. phpact=2&id=1409&dep=63

7. Щеголева, И. Д. Определение выхода экстрактивных веществ кофе/И. Д. Щеголева, М. Б. Мойсеяк // Пиво и напитки. — 2014. — № 1. <&

Применение СВЧ-излучения в технологии кофейного экстракта

Ключевые слова

кофе; СВЧ-излучение; экстракция.

Реферат

Исследована возможность применения СВЧ-излучения для экстракции водорастворимых веществ кофе. Показано, что обработка СВЧ-излучением воды, используемой в качестве экстрагента, повышает выход экстрактивных веществ из образцов кофе, приготовленных по разной технологии. В результате действия СВЧ-излучения улучшается качество готового напитка — усиливается аромат и устойчивость его во времени, формируется более плотная и равномерная по поверхности пена и т. д. Приведены также данные о зависимости результатов экстракции от мощности подаваемого СВЧ-излучения. Изложенные в статье результаты позволяют усовершенствовать технологию приготовления кофейного напитка, а также увеличить выход и качество продукции в производстве растворимого кофе.

Авторы

Щеголева Ирина Дмитриевна, канд. техн. наук, доцент

Московский государственный университет пищевых производств,

125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, Shegoleva.id@yandex.ru

Соломон Елена Александровна

ЗАО «Московская кофейня на паяхъ»,

123020, Московская обл., пос. Тучково, ул. Партизан, д. 49,

Solomon.ea@gmail.com

Application of Microwave Radiation in Coffee Extract Technology

Key words

coffee; microwave radiation; extraction. Abstract

Investigated the application of microwave radiation for the extraction of water-soluble substances coffee. It is shown that the action of microwave radiation on water used for the extraction, increases output of extractive substances from the coffee samples prepared by different technologies. As a result of actions improves microwave radiation the quality of the finished coffee aroma becomes stronger and the stability of it in time, a more dense and uniform foam etc. Are also data on the dependence of results of extraction of power supplied microwave radiation. Set out in article results allow to perfect the technology of preparation of coffee, as well as to increase the output and quality of products in the production of instant coffee.

Authors

Schegoleva Irina Dmitrievna, Candidate of Technical Scienc, Associate Professor Moscow State University of Food Production,

11 Volokolamskoe shosse, Moscow, 125080, Russia, shegoleva.id@yandex.ru Solomon Elena Alexandrovna Moscow Coffee House

49 Partizan st, pos. Tuchkovo, Ruza district, Moscow region, 123020, Russia, Solomon.ea@gmail.com

20 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2014