СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКТА КОФЕ С СОХРАНЕНИЕМ АРОМАТИЗИРУЮЩИХ КОМПОНЕНТОВ
METHOD FOR PRODUCTION OF COFFEE EXTRACT WITH PRESERVING FLAVORING COMPONENTS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу получения экстракта кофе, в котором сохранены первоначальные летучие составляющие.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Для получения растворимого кофе лишь бобы кофейного дерева превращают в порошкообразный продукт, легко растворимый в горячей воде. У плодов кофейного дерева удаляют фруктовую мякоть и кожуру, оставляя собственно семена или бобы, которые затем сушат, получая зеленые кофейные бобы. Несмотря на то, что любые зеленые кофейные бобы подвергают обработке, способы, которые для этого применяют, могут быть различными, и различия могут оказывать значительное влияние на вкус и аромат жареного и сваренного кофе.
Зеленые кофейные бобы относительно стабильны, и их транспортируют из стран-производителей кофе потребителям, находящимся в различных точках мира. В промышленных зонах экстракции зеленых кофейных бобов производят их обработку, получая экстракт кофе и/или быстрорастворимый кофе. Зеленые кофейные бобы подвергают обжариванию. В результате обжаривания химические и физические свойства зеленых кофейных бобов превращаются в химические и физические свойства обжаренных кофейных бобов. Способ обжаривания - это то, что определяет характерный вкус и аромат кофе. При обжаривании кофейные бобы набухают и меняют свой цвет и плотность.
Обычно применяемая в промышленности установка для обжаривания состоит из вращающихся цилиндров (барабанов), содержащих зеленые бобы и горячие газообразные продукты горения. Обычно, когда температура бобов достигает 165-200°С, начинается обжаривание, которое сопровождается легкими хлопками, аналогичными тем, которые слышны при приготовлении попкорна. В зависимости от исходного содержания влаги и требуемого цвета конченого продукта, для полного обжаривания в этих цилиндрах периодического действия требуется приблизительно от 8 до 15 минут. Обычной практикой также является обжаривание кофе в псевдоожиженном слое.
Затем обжаренные бобы размалывают для повышения эффективности экстракции водой. В зависимости от способа экстракции, при размалывании размер частиц бобов снижают до 0,2-5,0 мм. Традиционно обжаренные бобы размалывают способом сухого помола. При сухом помоле характерный запах исчезает, что указывает на улетучивание ароматизирующих компонентов из обжаренных кофейных бобов. Улетучивание ароматизирующих компонентов происходит уже на первом этапе получения готового растворимого кофейного продукта.
Согласно предшествующему уровню техники были предложены некоторые методики для сохранения вкусовых и ароматизирующих составляющих кофе. Так, в патентном документе GB 1200700 рассмотрено использование дополнительной водорастворимой кашицы из кофе для сохранения ароматизирующих составляющих кофейного масла и кофе. Кашицу из растворимого сухого кофе предпочтительно смешивают с обжаренным кофе перед его размалыванием. Во время смешивания и, в частности, во время размалывания смеси, частицы сухой растворимой кашицы служат абсорбентами вкусовых и ароматизирующих составляющих кофейного масла и кофе.
В патентном документе ЕР 1844661 рассмотрен способ получения растворимого экстракта кофе, где способ включает: (1) тонкий помол твердых частиц обжаренного кофе мокрым способом, в результате чего получают суспензию кофе, содержащую твердые частицы кофе; (2) обработку суспензии кофе эффективным количеством фермента, находящегося в виде стабилизированной ферментной композиции, при температуре и в течение времени, достаточных для гидролиза твердых частиц кофе, в результате чего получают материал растворимого экстракта кофе, причем стабилизированная ферментная композиция включает фермент и количество материала, полученного из кофе, достаточное для стабилизации фермента; и (3) разделение материала растворимого экстракта кофе на концентрат (ретентат) и фильтрат (пермеат), где фильтрат включает растворимый экстракт кофе.
Согласно предшествующему уровню техники для удаления постороннего привкуса (запаха), такого как вкус (запах) 5-гидроксиметилфурфураля (англ. 5-hydroxymethyl furfural, сокращенно 5-HMF), были предложены способы с применением мембран. Привкус, создаваемый 5-HMF, близок к винному вкусу или отдает сеном. В документе ЕР 1745702 также рассмотрен способ с применением мембраны, в котором экстракт кофе получают тонким помолом мокрым способом кофейных бобов или молотого кофе или предварительно экстрагированного размолотого кофе с гидролитическими ферментами (гидролазами), предпочтительно карбогидразными или протеазными ферментами, например, глюканазами и маннаназами или их смесями, причем смеси предпочтительно включают ферменты маннаназу, целлюлазу и протеазу, и при этом ферменты удерживаются в реакционной зоне с помощью мембранного устройства, в результате чего готовый экстракт по существу не содержит фермента, масла или порошкообразных веществ, и фермент (ферменты) может быть впоследствии повторно использован. При осуществлении способа образуется реакционная зона, в которой содержится лишь незначительное количество 5-гидроксиметилфурфураля (5-HMF), поскольку 5-HMF проникает через мембрану и, таким образом, не ингибирует активность фермента.
Настоящее изобретение относится к способу сохранения ароматизирующих веществ кофе в экстракте кофе или сохранения ароматизирующих веществ кофе для альтернативного использования при обработке кофе. В частности, сохраняются летучие ароматизирующие компоненты кофе. Сохранение ароматизирующих компонентов в экстракте кофе повышает качество готового продукта. Повышение качества включает улучшение чувственного восприятия (вкус, запах, внешний вид и т.д.) при смачивании частиц растворимого кофе горячей водой, поскольку при этом происходит испарение летучих ароматизирующих компонентов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу получения экстракта кофе, включающему этапы обеспечения наличия смеси жареных кофейных бобов и воды, размалывания смеси жареных кофейных бобов и воды в камере, в которой создано избыточное давление, и разделения размолотой смеси на жидкий экстракт кофе и кофейную гущу, например, посредством перколяции.
Погружение обжаренных бобов в воду во время размалывания приводит к растворению в воде значительного количества летучих ароматизирующих компонентов, которые оказываются в экстракте, а не высвобождаются в окружающую атмосферу. Кроме того, в закрытой камере, в которой создано избыточное давление, обеспечивается повышенная растворимость летучих водорастворимых ароматизирующих компонентов, и при этом летучие компоненты удерживаются в том же отделении, не высвобождаясь в окружающую среду. Кроме того, это позволяет избежать окисления.
2
2
Использование камеры, в которой создают избыточное давление, для размалывания смеси жареных кофейных бобов и воды также снижает тенденцию к вспениванию. Вероятно, благодаря выделению газообразного CO, а также выделению газов из белков, содержание которых в бобах достигает приблизительно 10% масс., в процессе мокрого размалывания может образовываться пена. Образование пены может приводить к прекращению выполнения способа и последующей трудозатратной очистке оборудования. Нагнетание давления до значений, превышающих обычное давление, предотвращает высвобождение пузырьков CO и, таким образом, подавляет образование пены. Альтернативные способы снижения пенообразования включают применение устройств, регулирующих пенообразование, и вспомогательных веществ.
Кроме того, комбинирование размалывания и первой экстракции в единственном этапе способа снижает общую сложность всего способа.
Традиционное приготовление (заваривание) кофе в домашних условиях производят при температуре воды, близкой к ее температуре кипения, т.е. 100°С. Температура экстракции на промышленном оборудовании выше, например, составляет 180°С, что позволяет получать более высокий выход. Несмотря на то, что настоящее изобретение может включать достижение любой температуры, обычно создаваемой при экстракции кофе, перед смешиванием с жареными кофейными бобами воду предпочтительно нагревают до такой температуры, чтобы температура смеси достигала 80°С или менее. Использование относительно холодной воды предотвращает разложение летучих ароматизирующих соединений. Многие ароматизирующие компоненты подвергаются разложению под действием кислорода, воды или соединений, находящихся в водной смеси, или реагируют с ними. Продукты таких реакций создают неопределенные чувственные ощущения.
В некоторых примерах осуществления низкотемпературная экстракция, проводимая при температуре 80°С или менее, необязательно включающая промежуточное проведение парового взрыва, сама по себе неожиданно дает высокий выход, составляющий до 50%. Такой способ также может применяться для приготовления в кофе домашних условиях, а также для полупрофессионального и профессионального заваривания кофе (оборудование и автоматы в кафе). Применение этого способа приводит к получению готового к употреблению экстракта, получаемого в устройстве, которое может обрабатывать частицы кофе заданного размера при определенном давлении и т.д. Такое бытовое устройство позволяет пользователю получать более высокий выход и качество продукта по сравнению с обычными бытовыми устройствами для приготовления кофе. При этом потребляется меньшее количество кофейных бобов, а также происходит экономия энергии, поскольку температура воды составляет 80°С или менее. Отсюда также следует еще одно преимущество: для потребителей снижается риск получить ожоги.
В других примерах осуществления воду нагревают перед смешиванием с жареными кофейными бобами до такой температуры, чтобы температура смеси составляла 95°С или менее, например, 90°С или менее. В других примерах осуществления для снижения вероятности протекания реакций ароматизирующих компонентов и для понижения давления паров летучих компонентов устанавливают еще более низкую температуру воды, такую как 60°С или ниже, предпочтительно ниже 50°С. В одном из конкретных примеров осуществления температура смеси жареных кофейных бобов и воды равна или ниже температуры существенного протекания денатурации белка. Обычно денатурация белка в значительной степени протекает при температуре, равной или составляющей менее 40-90°С. Чтобы не производить нагревание воды перед смешиванием, ее температура может быть равна температуре водопроводной воды. В альтернативном варианте воду слегка нагревают до достижения приблизительно комнатной температуры.
Обработка при низкой температуре способствует получению пониженного количества 5-HMF и других продуктов разложения, имеющих неприятный вкус. Несмотря на то, что экстракцию предпочтительно выполняют при температурах ниже 80°С, обычно этап экстракции выполняют при температуре, составляющей от 10 до 80°С. Предпочтительно экстракцию выполняют при температуре, составляющей от 15°С до 45°С, наиболее предпочтительно при комнатной температуре, чтобы повышенная температура воды не способствовала образованию продуктов разложения.
При проведении первой экстракции размолотую смесь перед разделением обычно выдерживают в камере, в которой создано избыточное давление, в течение времени, составляющего от 5 минут до 2 часов или более, до достижения достаточной экстракции растворимых компонентов. Конкретная продолжительность экстракции зависит от ряда факторов, которые включают температуру, размер частиц обжаренных бобов, отношение количества воды к количеству бобов, расход воды и т.д.
4
5
Смешивание обжаренных бобов и воды и размалывание полученной смеси может быть выполнено в отдельных камерах (отделениях) и при различных давлениях. Согласно одному из аспектов изобретения, смешивание выполняют под давлением, величина которого равна давлению окружающей среды, в то время как размалывание выполняют в камере (отделении), в которой создано избыточное давление. Однако в одном из предпочтительных примеров осуществления смешивание жареного кофе и воды производят в камере, в которой создано избыточное давление. Величины давления в смесительной камере и камере размалывания могут быть различными, но предпочтительно они по существу являются величинами одного порядка. Согласно одному из аспектов изобретения, избыточное давление при проведении этапа размалывания составляет 0,5 бар (что составляет 5⋅10 Па) или более, предпочтительно 1 бар (что составляет 10 Па) избыточного давления или более.
Смешивание обжаренных кофейных бобов и воды может быть произведено в виде этапа способа, выполняемого на основной технологической линии (in-line), непосредственно перед размалыванием смеси. Выполнение смешивания на основной технологической линии обеспечивает эффективную обработку и меньшую продолжительность способа. В альтернативном варианте смешивание может быть выполнено периодическим способом.
2
2
2
2
При проведении этапа смешивания и размалывания согласно настоящему изобретению выделяется CO. Выделяющийся CO может быть отведен из камеры смешивания или размалывания. Однако согласно определенному аспекту, большую часть CO, выделяющегося из жарящихся кофейных бобов при проведении этапов смешивания и/или размалывания, предпочтительно удерживают вместе со смесью жареного кофе и водного экстракта. Согласно одному из предпочтительных аспектов, при проведении операции размалывания по существу все количество CO удерживают в камере размалывания.
2
После проведения размалывания снижают давление размолотой смеси. Предпочтительно давление снижают до обычного давления (давления окружающей среды). При снижении давления может быть произведено улавливание CO и других летучих компонентов, или они могут быть сброшены в окружающую среду. В одном из конкретных примеров осуществления газ, выделяющийся при снижении давления, пропускают через сильно охлажденную ловушку для улавливания летучих ароматизирующих компонентов. При необходимости, снижение давления может быть произведено до, во время или после снижения температуры. При необходимости, перед проведением этапа разделения, температура может быть снижена до величины, составляющей от 0 до 30°С.
Обжаренные кофейные бобы могут быть размолоты до получения частиц любого размера, подходящего для экстракции. Обычно обжаренные кофейные бобы размалывают до получения частиц, средний размер которых составляет 1000 мкм или менее.
Согласно некоторым аспектам, экстракт кофе согласно изобретению вводят без дальнейших трансформаций в последующую обработку. Согласно другим аспектам, жидкий экстракт кофе дополнительно разделяют на водный экстракт кофе и кофейное масло.
Жидкий экстракт кофе, получаемый согласно настоящему изобретению, может быть использован как таковой или может быть дополнительно обработан. Если жидкий экстракт кофе дополнительно обрабатывают, то он может быть высушен с образованием растворимого кофейного продукта, необязательно после смешивания с другими кофейными экстрактами. Сушка может представлять собой традиционную распылительную сушку или лиофилизацию или комбинацию способов, включающую специальные методики извлечения и возврата ароматизирующих веществ.
Кофейная гуща может быть отброшена или направлена на вторичную экстракцию.
СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В общем, подходящим является любое оборудование, с помощью которого может быть проведен мокрый помол до достижения требуемого диапазона размеров частиц, и такое оборудование может включать комбинацию роторно-статорных устройств, мельниц, содержащих среды для помола, конических мельниц или других раскалывающих устройств, таких как ультразвуковые устройства и кавитационные устройства. Кроме того, в зависимости от конкретного типа оборудования можно менять характеристики и полученный размер частиц кофе посредством изменения рабочих параметров, таких как скорость вращения, скорость подачи кофе, размер и форма среды (например, в микромельнице) и размер сита в роторно-статорном или аналогичном раскалывающем устройстве. Для проведения этапа размалывания может быть применена роторно-статорная мельница, например, Admix Boston Shearmill™ или Ross, модель ME-430XS-6 (Charles Ross & Sons, Hauppage NY, США), хотя другие мельницы также подходят для применения согласно изобретению, например, коллоидные мельницы, такие как Charlotte SD-2 (Bradman-Lake, Charlotte NC, США) или Dispx DRS-2000-5 (IKA, США).
Отделение экстракта от твердых компонентов может быть выполнено с помощью любого подходящего устройства, примеры которого включают центробежный сепаратор, мембранный фильтр или ленточный фильтр. Предпочтительный центробежный сепаратор представляет собой двухфазную декантерную центрифугу. Подходящие декантерные центрифуги могут быть предоставлены GEA Westfalia и другими поставщиками.
При обжарке зеленых кофейных бобов образуются молекулы, которые создают характерный приятный аромат кофе, отсутствующие в свежем зеленом кофе.
Если выполняют вторичную экстракцию кофейной гущи (экстрагированного молотого остатка), то для этого могут быть применены различные способы. Таким образом из кофейной гущи может быть получена водная суспензия. Эта суспензия может быть подвергнута гидролизу под действием гидролизующих ферментов, в результате чего получают второй экстракт и отработанный остаток. Второй экстракт может быть добавлен к первому экстракту согласно изобретению, необязательно после концентрирования и/или сушки второго экстракта, что приводит к получению объединенного экстракта. Объединенный экстракт может быть высушен, в результате чего получают растворимый кофейный продукт.
Используемые гидролизующие ферменты способны разлагать одну или более различных химических составляющих кофейной гущи, таких как углеводы, например, целлюлоза, гемицеллюлоза, ксилан и крахмал; лигнин; белки; липиды; нуклеиновые кислоты и т.д. Продукты разложения предпочтительно растворимы в воде. Согласно одному из предпочтительных аспектов, гидролизующий фермент выбран из ферментов, гидролизующих углеводы, или из ферментов, гидролизующих сложные эфиры карбоновых кислот, или любой комбинации таких ферментов.
Условия проведения реакции ферментативного гидролиза могут быть различными и зависят от типа и активности используемого фермента, температуры реакционной среды, рН и т.д. В одном из предпочтительных примеров осуществления этап с) гидролиза выполняют в водной суспензии кофейной гущи при температуре, составляющей от 40 до 80°С, при рН, составляющем от 4 до 7, в течение времени, составляющего от 1 до 16 часов.
Для улучшения протекания ферментативной реакции может быть предпочтительным применение в этапе с) гидролиза вспомогательного агента. Примеры вспомогательных агентов включают регуляторы кислотности, поверхностно-активные вещества, хелатирующие агенты, кофакторы и т.д. Согласно одному из конкретных аспектов изобретения, вспомогательный агент представляет собой поверхностно-активное вещество. Присутствие поверхностно-активного вещества значительно повышает выход, и оно даже может быть получено из самого кофе.
Извлекаемое из кофе поверхностно-активное вещество может быть образовано химическими средствами, так, как рассмотрено в патентном документе US 8603562, содержание которого включено в настоящее описание посредством ссылки. Согласно одному из предпочтительных аспектов, извлекаемое из кофе поверхностно-активное вещество может быть получено следующим образом:
i. обработкой кофейной гущи ферментом, гидролизующим углеводы, приводящей к образованию углеводных фрагментов; и
ii. добавлением к углеводным фрагментам кофейного масла и фермента, гидролизующего сложные эфиры карбоновых кислот, в условиях, позволяющих проводить реакцию переэтерификации.
Фермент, гидролизующий углеводы, может быть выбран из большой группы коммерчески доступных ферментов. В одном из примеров осуществления изобретения фермент, гидролизующий углеводы, выбран из группы, включающей целлюлазу, ксиланазу, гемицеллюлазу или любую комбинацию этих ферментов.
Соответственно, фермент, гидролизующий сложные эфиры карбоновых кислот, может быть выбран из большой группы коммерчески доступных ферментов. В одном из примеров осуществления изобретения фермент, гидролизующий сложные эфиры карбоновых кислот, выбран из эстеразы, липазы или любой их комбинации.
Кофейное масло, применяемое для извлечения получаемого из кофе поверхностно-активного вещества, может представлять собой масло, изначально присутствующее в размолотых кофейных бобах, или кофейное масло может быть добавлено. Если кофейное масло добавляют, то его получают из зеленых кофейных бобов, жареного и размолотого кофе или экстрактов кофейной гущи.
Несмотря на то, что извлекаемое из кофе поверхностно-активное вещество может быть получено отдельно, в одном из конкретных примеров осуществления изобретения извлекаемое из кофе поверхностно-активное вещество также может быть получено in-situ при проведении этапа гидролиза посредством добавления в водную суспензию фермента, гидролизующего сложные эфиры карбоновых кислот, и необязательно кофейного масла. Под действием фермента, гидролизующего сложные эфиры карбоновых кислот, протекает реакция переэтерификации, в процессе которой липофильные группы кофейного масла присоединяются к углеводным компонентам.
После проведения первой экстракции, но перед проведением второй экстракции, перед выполнением ферментативного гидролиза, кофейная гуща может быть предварительно обработана. Предварительная обработка может быть проведена для облегчения доступа к субстрату соответствующих ферментов. Предварительная обработка может включать раскрытие внутренних частей растительных клеток и/или высвобождение лигнина из целлюлозы. В одном из предпочтительных примеров осуществления предварительная обработка включает:
- добавление к кофейной гуще воды;
- паровой взрыв кофейной гущи; и
- разделение на промежуточный экстракт и предварительно обработанную кофейную гущу.
Промежуточный экстракт, получаемый в результате парового взрыва, может быть добавлен в готовый продукт, очищен, или, если он имеет слишком сильный нежелательный вкус (аромат), то он может быть отброшен или применен для других целей. Однако, паровой взрыв обычно регулируют таким образом, чтобы промежуточный экстракт, либо в том виде, в котором его получили, либо сконцентрированный и/или высушенный, мог быть добавлен в объединенный экстракт.
4
6
Если паровой взрыв проводят при "умеренной" температуре, то интенсивность нежелательных вкусов (ароматов) обычно низка и находится на приемлемом уровне. Таким образом, промежуточный экстракт может быть добавлен в объединенный экстракт. Предпочтительные условия проведения парового взрыва следующие: паровой взрыв выполняют при температуре, составляющей от 50 до 170°С, при избыточном давлении, составляющем от 0,1 до 10 бар (от 10 до 10 Па), в течение времени, составляющего от 0,1 до 5 часов.
Способы, альтернативные паровому взрыву, могут включать замораживание или гомогенизацию.
Для разрыхления структуры лигноцеллюлозы и частичного разрушения структуры гемицеллюлозы может быть целесообразным применение определенного температурного режима предварительной обработки. Температурный режим может включать, в любом порядке, следующее:
- Период низкотемпературной обработки при температуре, составляющей от 25 до 150°С, в течение времени, составляющего от 1 минуты до 24 часов, и
- Период высокотемпературной обработки при температуре, составляющей от 100 до 200°С, в течение времени, составляющего от 1 минуты до 24 часов.
Паровой взрыв может быть выполнен отдельно, или он может быть интегрирован в температурный режим. Согласно одному из предпочтительных аспектов изобретения, паровой взрыв выполняют во время проведения высокотемпературной обработки.
Между этапами проведения парового взрыва и ферментативной обработки целесообразно производить процедуры промывки, поскольку это повышает эффективность действия ферментов. Такие процедуры позволяют удалять ингибиторы ферментов, что ускоряет осуществление способа. Промывная вода может быть добавлена к объединенному экстракту.
После ферментативного гидролиза, второй экстракт может быть подвергнут последующей обработке, которая включает либо
- нагревание до температуры, превышающей 70°С, в течение времени, достаточного для инактивации фермента, обычно до 120°С в течение 10-30 минут, и возможное удаление коагулированных ферментов, либо
- мембранное фильтрование с целью извлечения фермента, который необязательно повторно используют в этапе (с).
При выполнении последующего этапа ферментативного гидролиза кофейная гуща может быть дополнительно разделена на более мелкие частицы, что облегчает ферментам доступ к веществам. Согласно одному из предпочтительных аспектов, перед ферментативной обработкой кофейную гущу мелко измельчают до образования частиц, средний размер которых составляет от 2 до 1000 мкм, предпочтительно от 10 до 500 мкм. Помол уже размолотых кофейных бобов может осуществляться в два или более этапа. Второе размалывание может представлять собой мокрый помол кофейной гущи перед ферментативным гидролизом. В зависимости от ситуации, второй мокрый помол может быть проведен до или после парового взрыва. Предпочтительный средний размер частиц, получаемый при мокром помоле, составляет от 10 до 250 мкм. Кумулятивное распределение размера частиц кофейной гущи после мокрого помола включает приблизительно 90% или более частиц, размер которых составляет менее 150 мкм, предпочтительно менее 100 мкм и в некоторых случаях менее 50 мкм.
Изобретение дает возможность получать первый, промежуточный и второй экстракты с интенсивным ароматом и высоким выходом твердых веществ. Согласно одному из предпочтительных аспектов, общий выход твердых веществ в растворимом кофейном продукте составляет 65%, 70% или 75% масс. или более в пересчете на массу жареных и размолотых кофейных бобов.
Объединенные экстракты или один или более из следующих экстрактов: первый, промежуточный и второй экстракт, перед проведением последующей распылительной сушки или лиофилизации могут быть сконцентрированы, например, мембранным фильтрованием. Согласно одному из аспектов изобретения, экстракт подвергают мембранному фильтрованию для рециркуляции водного фильтрата, который может иметь слабокислую реакцию, с целью повторного использования в способе. Поскольку первый экстракт содержит летучие ароматизирующие компоненты, первый экстракт обычно желательно концентрировать способом, позволяющим сохранять аромат, таким как концентрация вымораживанием.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
Способ мокрого помола с сохранением аромата
5
Согласно протоколу эксперимента, следующие этапы были последовательно проведены в оборудовании, в котором было создано небольшое избыточное давление, составлявшее 5 бар (5⋅10 Па), для минимизации потерь летучих ароматизирующих соединений:
1) Смешивание воды и бобов;
2) Размалывание бобов с водой до образования суспензии; и
3) Перекачивание суспензии для заполнения экстракционной колонки.
Этап 1: Цельные обжаренные кофейные бобы смешивали с водой, имеющей температуру 25°С, в отношении приблизительно 1:5 и затем направляли непосредственно в мельницу для мокрого помола. Бобы смешивали с водой с помощью смесителя, установленного на основной технологической линии непосредственно выше по потоку относительно мельницы для мокрого помола. Количество воды может быть различным; однако следует учитывать, что недостаточное количество воды может приводить к образованию суспензии, перекачивание которой затруднительно, а слишком большое количество воды может приводить к неэффективному использованию воды и энергии при осуществлении способа.
Этап 2: Для проведения мокрого помола применяли мельницу Admix Boston Shearmill™ с высоким усилием сдвига. В мельнице для мокрого помола бобы размалывали мокрым способом до достижения среднего размера частиц, составляющего приблизительно 400 мкм, получая суспензию, подходящую для перекачивания.
Этап 3: Подходящую для перекачивания суспензию затем перекачивали непосредственно в экстракционную колонку, снабженную на конце подходящим фильтром. После заполнения экстракционной колонки через размолотый кофе пропускали объем воды, приблизительно равный объему суспензии размолотого кофе, экстрагируя легко растворимые твердые вещества, включающие ароматизирующие компоненты кофе. Температура воды составляла приблизительно 25°С. Общая продолжительность экстракции от начала мокрого помола до сбора ароматизированного экстракта составляла 12 минут.
Комбинация мокрого помола, кратковременной экстракции (возможной, благодаря малому размеру частиц) и низкой температуры обеспечивает сохранение максимального количества ароматизирующих компонентов кофе в ароматизированном экстракте.
После экстракции ароматизирующих соединений, ароматизированный экстракт хранили при 10°С. Экстрагированные размолотые бобы затем могут быть подвергнуты дополнительной экстракции с применением других методик, таких как методики, приведенные ниже в Примере 2. При необходимости ароматизированный экстракт может быть сконцентрирован или высушен мягким способом, например, с применением методики концентрации вымораживанием или распылительной сушки с необязательным восстановлением аромата, или с применением лиофилизации.
Пример 2
Вторичная экстракция
Осадок на фильтре, полученный после предыдущей экстракции, переносили в емкость, способную выдерживать высокое давление и высокую температуру. Донный клапан емкости был снабжен металлической трубкой, соединенной с циклоном таким образом, что высокое давление, создаваемое в емкости, может быть стравлено в циклон. К размолотому кофе добавляли воду (2000 мл), контейнер герметично закрывали, и температуру повышали до 140°С при перемешивании суспензии. После выдерживания в течение 90 минут при 140°С донный клапан открывали, что приводило к перемещению суспензии в циклон. Резкое снижение давления приводит к паровому взрыву, который разрушает волокна в частицах размолотого кофе, что облегчает проведение последующего этапа экстракции. Суспензию вновь фильтровали на воронке Бюхнера, и осадок на фильтре промывали водой (500 мл). Объединенный экстракт назван экстрактом 2.
Кофейную гущу, полученную в результате предыдущей экстракции, гомогенизировали с помощью гомогенизатора Turrex Т18 с высоким усилием сдвига на полной скорости в течение 60 минут. Затем добавляли смесь ферментов, 10,75 г фермента GEA номер 51 (небольшие образцы могут быть предоставлены по запросу), и суспензию нагревали при перемешивании до 60°С в течение 16 часов. Затем суспензию фильтровали на воронке Бюхнера, осадок на фильтре промывали водой (500 мл). Объединенный экстракт назван экстрактом 3.
Экстракт Примера 1, экстракт 2 и экстракт 3 объединяли и подвергали распылительной сушке. В альтернативном варианте объединяли только экстракты 2 и 3, которые подвергали распылительной сушке, в то время как полученный в Примере 1 экстракт подвергали мягкой обработке посредством лиофилизации, мембранного фильтрования или аналогичной методики для сохранения летучих компонентов. Высушенные продукты, полученные из экстрактов 2 и 3, и высушенный продукт, полученный из экстракта Примера 1, могут быть объединены, в результате чего получают растворимый кофейный продукт.
Пример 3
В приведенном ниже примере показана возможность получения относительно высокого выхода экстракции при относительно низкой температуре.
2
Обжаренные кофейные бобы (400 г, 95,05% твердого вещества, 380 г сухого вещества) размалывали с помощью коммерчески доступной кофемолки до достижения среднего размера частиц, составляющего 400 мкм. Затем обжаренные и размолотые кофейные бобы переносили в контейнер вместе с 1000 мл воды (25°С), и контейнер герметично закрывали и откачивали для удаления избытка CO, захваченного обжаренным и размолотым кофе. Суспензию тщательно перемешивали, после чего разрежение сбрасывали.
Спустя две минуты суспензию переносили в экстракционную колонку, один конец которой был снабжен фильтром с размером пор 300 мкм. Растворимые твердые вещества экстрагировали из бобов, прокачивая через колонку воду (25°С) до тех пор, пока содержание сухих веществ по ареометру Брикса в элюате не составило 0,5. Собранный объем составил 2777 мл, количество растворенных твердых веществ составило 3,56%, что соответствует выходу 98,86 г или 26%.
Затем кофейную гущу удаляли из колонки и переносили вместе с водой (2000 мл) в емкость, способную выдерживать высокое давление и высокую температуру. Донный клапан емкости был снабжен металлической трубкой, соединенной с циклоном таким образом, что высокое давление, создаваемое в емкости, может быть стравлено в циклон. Контейнер герметично закрывали, и температуру повышали до 140°С при перемешивании суспензии. После выдерживания в течение 60 минут при 140°С, донный клапан открывали, что приводило к перемещению суспензии в циклон. Резкое снижение давления приводит к паровому взрыву, который разрушает волокна в частицах размолотого кофе, что, по-видимому, повышает выход.
Затем кофейную гущу экстрагировали водой (65°С) до тех пор, пока содержание сухих веществ по ареометру Брикса в элюате не составило 0,1. Собранный в этом этапе объем экстракта составил 5283 мл, количество растворенных твердых веществ составило 1,33%, что соответствует 70,3 г. Общий выход экстракции в результате двух объединенных этапов экстракции составил 169 г или 44%. Это весьма примечательно, и предполагается достижение выходов, более чем на 50% превышающих ожидаемые.