СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРИМЫХ КОФЕЙНЫХ ТАБЛЕТОК
METHOD OF SOLUBLE COFFEE TABLETS PRODUCING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к кофейным таблеткам и, в частности, к способу получения растворимых кофейных таблеток.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В течение многих лет проблемой является расфасовка в форме таблеток пищевых продуктов для облегчения использования, транспортировки, хранения и тому подобного указанных пищевых продуктов.
Однако отличия в природе разных пищевых продуктов требует развития различных технологий производства, несовместимых друг с другом, по существу адаптированных к природе пищевого продукта, получаемого в форме таблеток.
Например, получение таблеток, содержащих кристаллические материалы, такие как соль или сахар, приведено в процитированных документах EP 1 008 554, GB 1 384 384, GB 2 188 915 и WO 00/73208.
Были разработаны другие технологии получения, например получения таблеток молока. Соответствующие документы среди других включают US 2,379,230, AU2009/101002, GB 438 509, WO 2006/004190, WO 2007/077970, в которых описываются различные способы, в частности, адаптированные к конкретным характеристикам молочных продуктов.
В области кофейных таблеток, которые представляют наибольший интерес для настоящего изобретения, также было разработано множество более или менее сложных и более или менее преимущественных технологий, но всегда по существу разработанных согласно характеристикам основного материала, а именно кофе. Существует два типа кофейных таблеток, то есть, с одной стороны, таблетки обжаренного молотого кофе, в которых активный компонент кофе экстрагируют при использовании заданного процесса, такого как промывка и, с другой стороны, растворимые кофейные таблетки, которые адаптированы для полного растворения в горячей воде.
В отношении таблеток обжаренного молотого кофе может быть, например, приведен документ EP 2 129 232 или EP 0 229 920, в которых описываются конкретные способы формования таблеток обжаренного молотого кофе, которые легко дозируют экстрагируемый промывкой кофе и позволяют легко провести его загрузку-выгрузку. Однако такие таблетки обжаренного молотого кофе все еще требуют использования специфического процесса экстракции, как правило, требуют соответствующей кофеварки, что ограничивает потребителя. Это объясняет, почему потребители предпочитают использовать растворимый кофе, который гораздо более удобен для быстрого и простого получения кофе.
В отношении растворимых кофейных таблеток могут быть процитированы следующие документы: US 3,121,635, CA 2 027 406, US 1,137,265, US 2,889,226, GB 2 196 228, SE 465 995, DE 199 19 204. Основным недостатком, как правило, имеющим место в каждом из указанных в этих документах способов, является необходимость присутствия добавок для получения таблеток, что позволяет таким таблеткам иметь заданные свойства, с точки зрения прочности и времени растворения.
Для преодоления этого недостатка недавно в документе WO 2004/034798 был предложен способ получения растворимых кофейных таблеток без использования добавок. Этот способ состоит из помещения водного раствора на основе кофе в формы для прессования и прессование раствора, который был перед этим заморожен или замораживается во время прессования. Предпочтительно в раствор кофе инжектируют газ перед замораживанием для способствования образованию пор в готовых таблетках. Раствор кофе может иметь форму пасты на основе кофе или может представлять замороженную смесь воды и частиц кофе тонкого помола. В этом способе получения комбинируют в определенной степени способ прессования и способ лиофилизации (сушки с замораживанием). Этот способ позволяет получить растворимые кофейные таблетки с внутренней пористой структурой, в которой поры взаимосвязаны, каждая пора имеет размер от 5 микрометров до 50 микрометров. В этом документе прессование позволяет получить поверхность таблетки с пористой структурой, отличающейся от внутренней пористой структуры, а именно со сквозными порами (то есть поры открыты с обеих сторон, и внешней, и внутренней стороны структуры) меньшего размера, чем поры внутренней структуры, и в меньшем количестве. Таким образом, представляется, что таблетка, полученная таким способом, имеет очень пористую основную структуру, окруженную поверхностным слоем, который закрывает пористость основной структуры. Однако, этот способ получения относительно сложен для осуществления.
Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание способа получения растворимых кофейных таблеток, который преодолевает по меньшей мере один из указанных выше недостатков.
В частности, задачей настоящего изобретения является создание способа получения растворимых кофейных таблеток, который является простым в осуществлении.
Другой задачей настоящего изобретения является создание растворимых кофейных таблеток и способа их получения, так что указанные таблетки имеют повышенную механическую прочность, по меньшей мере достаточную для их загрузки-выгрузки, транспортировки и хранения, и демонстрируют быстрое растворение.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для решения поставленных задач способ получения растворимых кофейных таблеток включает следующие последовательные стадии:
а) получения композиции кофе, содержащей частицы растворимого кофе;
b) прессования композиции кофе с получением прессованного кофейного продукта трехмерной формы;
c) увлажнения указанного прессованного кофейного продукта для увлажнения внешней поверхности прессованного продукта;
d) сушки увлажненного прессованного продукта с получением растворимых кофейных таблеток.
Предпочтительно, композиция кофе содержит кофе, который состоит из частиц растворимого кофе, то есть кофе содержит 100% частиц растворимого кофе.
Этот способ позволяет получить растворимые кофейные таблетки с внутренней частью и внешней частью, которая полностью окружает внутреннюю часть, также указанную, как структура ядра и структура оболочки.
Предпочтительно способ имеет такие параметры, что внутренняя часть представляет пористое ядро, способствующее растворению таблетки, а внешняя часть образует твердую оболочку, повышающую механическую прочность таблетки. Внешняя часть, образующая оболочку, - толстую, то есть имеет толщину по меньшей мере 20 микрометров и предпочтительно толщину от 20 микрометров до 250 микрометров.
Стадии увлажнения и сушки предпочтительно проводят с получением внешней части растворимой кофейной таблетки, имеющей более высокую плотность, чем плотность внутренней части.
Предпочтительные, но не ограничивающие аспекты этого способа получения растворимых кофейных таблеток, взятые по отдельности или в комбинации, представляют следующее:
- Композиция кофе содержит только кофе без каких-либо других компонентов, указанный кофе состоит из частиц растворимого кофе.
Стадия b) прессования включает следующие последовательные стадии:
b1) Помещение композиции кофе в ограниченное пространство;
3
3
3
3
3
3
b2) Приложение заданного усилия сжатия с получением прессованного продукта с плотностью от 0,4 г/см до 0,8 г/см, и предпочтительно от 0,45 г/см до 0,7 г/см, и еще более предпочтительно от 0,5 г/см до 0,6 г/см;
b3) Сброс усилия сжатия.
Стадия b2) приложения заданного усилия сжатия состоит из приложения заданного давления прессования к указанной композиции кофе.
Прилагаемое прессования давление составляет от 0,8 МПа до 15 МПа, предпочтительно от 1,3 МПа до 7 МПа, и еще более предпочтительно от 2 МПа до 4,5 МПа.
Стадия b2) приложения заданного усилия сжатия состоит в выдержке композиции кофе в определенном прессуемом объеме в течение заданного периода времени.
Стадию c) увлажнения проводят при использовании воды, предпочтительно 100% воды без каких-либо добавок или других компонентов. Это позволяет сохранить после сушки одинаковую композицию внешней части и внутренней части растворимых кофейных таблеток.
Стадия c) увлажнения включает добавление воды с получением, таким образом, увлажнения внешней поверхности прессованного продукта глубиной по меньшей мере 20 микрометров и предпочтительно по меньшей мере 40 микрометров.
2
Стадия c) увлажнения включает осаждение воды на поверхности прессованного продукта в количестве по меньшей мере 1 мг/см.
2
2
2
2
Стадия c) увлажнения включает осаждение воды на поверхности прессованного продукта в количестве от 1 мг/смдо 3 мг/см, и предпочтительно от 1,2 мг/смдо2,2 мг/см.
Стадию c) увлажнения проводят распылением воды в направлении поверхности прессованного продукта.
Указанную стадию c) увлажнения проводят удержанием во взвешенном состоянии в воздухе прессованного продукта в атмосфере контролируемой влажности.
Стадию d) сушки увлажненного прессованного продукта проводят для испарения воды, содержащейся в увлажненной внешней части увлажненного прессованного продукта.
Стадией d) сушки увлажненного прессованного продукта предпочтительно управляют таким образом, чтобы привести содержание влаги увлажненного прессованного продукта к значению, приблизительно равному содержанию влаги в прессованном продукте перед стадией с) увлажнения.
Сушку проводят в течение периода времени от 5 секунд до 80 секунд, предпочтительно от 10 секунд до 20 секунд.
Стадию d) сушки проводят при температуре от 80°С до 120°С, в течение периода времени от 10 секунд до 80 секунд.
Стадию d) сушки проводят удержанием во взвешенном состоянии при использовании воздуха увлажненного прессованного продукта горячим воздухом.
Стадию d) сушки проводят воздействием на увлажненный прессованный продукт инфракрасным излучением (IR).
Частицы растворимого кофе представляют собой частицы лиофилизированного кофе, имеющие предпочтительно средний размер от 800 микрометров до 2 миллиметров.
Стадия увлажнения следует после стадии прессования в течение менее 10 секунд, предпочтительно менее 5 секунд.
Стадия сушки следует после стадии увлажнения в течение менее 10 секунд, предпочтительно менее 5 секунд.
Способ дополнительно включает последующую стадию е) охлаждения растворимых кофейных таблеток, высушенных при температуре менее 30°С, предпочтительно до температуры, составляющей от 10°С до 30°С, еще более предпочтительнотемпература, составляет от 15°C до 30°C.
Также настоящее изобретение относится к растворимым кофейным таблеткам, полученным указанным способом по настоящему изобретению.
Согласно предпочтительному, но не ограничивающему аспекту эти таблетки включают внутреннюю часть и внешнюю часть, полностью окружающую внутреннюю часть, причем внутренняя часть пористая, а внешняя часть образует твердую оболочку толщиной по меньшей мере 20 микрометров.
Согласно другому предпочтительному, но не ограничивающему аспекту таблетка включает внутреннюю часть и внешняя часть, полностью окружающую внутреннюю часть, причем внутренняя часть пористая, а внешняя часть образует твердую оболочку.
Предпочтительно внешняя часть растворимой кофейной таблетки имеет плотность большую, чем плотность внутренней части. Предпочтительно средняя плотность внешней структуры составляет от 1,5 до 3,5 раз больше, чем средняя плотность внутренней структуры.
Также настоящее изобретение относится к способу получения напитка на основе кофе, включающему добавление по меньшей мере одной растворимой кофейной таблетки, полученной при использовании способа по настоящему изобретению, в объем воды, подходящий для полного растворения по меньшей мере одной растворимой кофейной таблетки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАЦИЙ
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут ясны из следующего описания, которое приведено только для иллюстрации и не ограничивает объем настоящего изобретения и его следует рассматривать со ссылкой на сопровождающие иллюстрации, на которых:
Фиг.1 - изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), поперечного сечения растворимой кофейной таблетки, полученной согласно тесту n°3, которую не подвергали каким-либо последующим стадиям увлажнения и сушки;
Фиг.2 - изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), поперечного сечения растворимой кофейной таблетки, полученной согласно тесту n°6;
Фиг.3 - изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), поперечного сечения растворимой кофейной таблетки, полученной согласно тесту n°7;
Фиг.4 - изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), поперечного сечения растворимой кофейной таблетки, полученной согласно тесту n°8;
Фиг.5 - изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), поперечного сечения растворимой кофейной таблетки, полученной согласно тесту n°10;
Фиг.1 - изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM), поперечного сечения растворимой кофейной таблетки, полученной согласно тесту n°11.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения растворимых кофейных таблеток по настоящему изобретению имеет отличающийся признак, состоящий в использовании в качестве сырьевого материала композиции кофе, содержащей частицы растворимого кофе. Таким образом, композиция кофе представляет композицию твердых частиц кофе, содержащую сухие частицы растворимого кофе с содержанием влаги предпочтительно менее чем 6%. В частности, композиция кофе содержит кофе, состоящий только из частиц растворимого кофе. Наиболее предпочтительно композиция кофе содержит только кофе без каких-либо других компонентов.
Растворимый кофе получают из обжаренного кофе, который промывают водой и затем дегидратируют. В частности, растворимые элементы обжаренного кофе экстрагируют в процессе промывания водой с получением раствора кофе, затем раствор кофе дегидратируют с получением растворимого кофе.
Растворение растворимого кофе происходит практически мгновенно в горячей воде, такое полное растворение растворимого кофе достигается за счет того, что растворимый кофе был получен из дегидратированного раствора кофе. В противоположность, обжаренный измельченный кофе не растворяется или растворяется очень плохо при контакте с водой или водяным паром. Дополнительно, после экстракции активного компонента обжаренного измельченного кофе при использовании, например, варки, промывки или перколяции, почти всегда остается твердый нерастворимый в воде осадок.
Растворимый кофе состоит из частиц кофе в порошкообразной форме и/или гранул. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «порошкообразный» относится к множеству частиц, чьи размеры составляют менее чем 1 миллиметр. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «гранулы» относится к частицам, чьи размеры составляют более чем 1 миллиметр, но, как правило, менее чем 4 миллиметра.
Для получения растворимых кофейных таблеток способом, приведенным ниже, предпочтительно используют прошедшие частицы лиофилизированного кофе, то есть частицы кофе, полученные из концентрированного раствора жидкого кофе, который замораживают и затем сушат для сублимации льда с получением порошкообразной формы и/или гранул. Полученные частицы кофе высушены, то есть, они имеют содержание влаги предпочтительно менее чем 6%. В предпочтительном, но не ограничивающем варианте воплощения настоящего изобретения композиция кофе содержит только частицы растворимого кофе, исключая какое-либо другое соединение, в частности, без какой-либо добавки.
Значительное преимущество способа получения растворимых кофейных таблеток по настоящему изобретению будет видно из приведенных ниже Примеров, он может быть осуществлен при использовании любого типа растворимого кофе, в частности коммерчески доступного лиофилизированного кофе. Одним из преимуществ способа получения растворимых кофейных таблеток по настоящему изобретению является непосредственное использование частиц коммерчески доступного растворимого кофе без какой-либо предварительной обработки. В качестве альтернативы может быть проведена предварительная технологическая обработка, в частности, для варьирования размера частиц растворимого кофе для оптимизации осуществления способа по настоящему изобретению. Он также относится к получению таблеток из частиц растворимого кофе, в частности, полученных для осуществления способа даже, если нет необходимости в такой стадии.
После получения композиции кофе, содержащей частицы растворимого кофе, способ получения таблеток включает стадию прессования с получением прессованного кофейного продукта, где за этой стадией прессования следует последующая технологическая обработка для усиления механической прочности прессованного кофейного продукта для получения растворимых кофейных таблеток, которые обладают качествами, требуемыми для транспортировки, выгрузки-загрузки и хранения, сохраняя при этом удовлетворительную растворимость.
В частности, способ по настоящему изобретению состоит в формовании во время стадии прессования прессованного продукта с высокой пористостью для способствования его растворению в горячей воде и с приданием минимальной когезии по меньшей мере на стадии последующей технологической обработки. Целью этой стадии последующей технологической обработки является создание основного тела прессованного продукта, называемого ядром, окруженного усиленной структурой аутентичную оболочку, окружающего ядро.
Для этой цели стадия последующей технологической обработки включает стадию увлажнения прессованного кофейного продукта, где эта стадия увлажнения имеет целью увлажнение поверхности прессованного продукта, предпочтительно с определенным проникновением воды в прессованный продукт, а не только увлажнением поверхности прессованного продукта. Эта стадия увлажнения имеет целью создание увлажненной части на поверхности прессованного продукта, где эта увлаженная часть простирается на достаточную глубину внутрь прессованного продукта, соответствующую приблизительно толщине заданной искомой прочной структуры. Поскольку прессованный кофейный продукт растворим, то стадия увлажнения приводит по существу к модификации увлажненной части структуры. В случае использования только воды для увлажнения прессованного кофейного продукта, происходит модификация структуры готовой растворимой кофейной таблетки (то есть, после сушки), но не модификация композиции таблетки.
При последующей технологической обработке за стадией увлажнения следует стадия сушки, целью стадии сушки является сушка увлаженной части прессованного продукта с получением, таким образом, внешней прочной структуры. Следующая после увлажнения сушка прессованного растворимого кофейного продукта позволяет получить продукт с пористым ядром, окруженным оболочкой, то есть, пористая внутренняя структура окружена внешней структурой с большей плотностью, чем таковая внутренней структуры, и с толщиной достаточной для увеличения механической прочности готовой таблетки.
Как указано выше, стадия прессования имеют целью формование прессованного продукта с высокой пористостью, но с минимальной когезией для загрузки - выгрузки на последующей стадии технологической обработки.
3
3
3
3
3
3
Для этой цели композицию кофе помещают в систему прессования, в которой усилие сжатия выбирают для получения прессованного продукта с плотностью от 0,4 г/см до 0,8 г/см. Предпочтительно усилие сжатия выбирают для получения прессованного продукта с плотностью от 0,45 г/см до 0,7 г/см и еще более предпочтительно от 0,5 г/см до 0,6 г/см.
3
Параметры стадии прессования регулируют, таким образом, чтобы коэффициент уплотнения составил от 27% до 55%. Предпочтительно на стадии прессования коэффициент уплотнения составляет от 3% до 48% и еще более предпочтительно от 34% до 41%. Напомним здесь, что коэффициент уплотнения соответствует соотношению объемной плотности прессованного кофе к истинной плотности порошкообразного кофе (которая составляет 1,45 г/см). Следует отметить, что теоритическая пористость прессованного продукта соответствует приведенной ниже формуле:
Теоритическая пористость (в %)=100%-коэффициент уплотнения (в %)
Используемая система прессования может быть любого типа, например, роторный пресс или гидравлический пресс. В принципе эти системы прессования включают матрицу, в которой один или два пуансона перемещаются, где эти элементы образуют ограниченное пространство, в которое помещают композицию кофе для прессования.
Действие пуансонов вызывает приложение усилия сжатия, необходимое для образования прессованного продукта. Это прилагаемое усилие сжатия может состоять в придании композиции кофе заданного прессуемого объема и возможности сохранения этого объема в течение заданного времени прессования, то есть выдержки пуансонов в фиксированном положении в течение заданного периода времени.
Это усилие сжатия может состоять в приложении заданного давления прессования к указанной композиции кофе. В этом случае давление прессования составляет, например от 0,8 МПа до 15 МПа, предпочтительно от 1,3 МПа до 7 МПа и еще более предпочтительно от 2 МПа до 4,5 МПа.
Предпочтительно скорость прессования для достижения заданного прессуемого объема составляет от 20 мм/с до 500 мм/с, и более предпочтительно от 50 мм/с до 250 мм/с. Такая скорость прессования соответствует скорости движения подвижного прессующего пуансона, то есть соотношению расстояния, на котором расположены указанные пуансоны ко времени прессования.
В отношении последующей технологической обработки первая стадия состоит в увлажнении поверхности прессованного продукта, полученного на стадии прессования. Предпочтительно стадия увлажнения, следующая после стадии прессования, составляет менее чем 10 секунд и наиболее предпочтительно менее чем 5 секунд.
Эта стадия увлажнения позволяет растворить частицы растворимого кофе на поверхности прессованного продукта. Таким образом, такая стадия увлажнения по существу вызывает модифицирование структуры увлажненной части, поскольку соответствующий прессованный растворимый кофе слабо растворяется на поверхности прессованного продукта.
Увлажнение приводит к растворению частиц кофе поверхности на минимальную глубину с получением, таким образом, увлажненной части определенной толщины, которая образует аутентичный внешний слой на готовой таблетке. В этом отношении стадия увлажнения может быть описана, как «глубокое увлажнение». Преимуществом, однако, является контроль увлажнения для сохранения большей части прессованного продукта не увлажненной, таким образом, эта не увлажненная часть, которая образует ядро таблетки, сохраняет характеристики прессованного продукта, в частности, в отношении плотности, пористости и растворимости. Хотя имеет место модификация структуры прессованного кофейного продукта, образование «оболочки и ядра» таблетки, преимущественным является использование только воды (то есть, 100% воды) для увлажнения прессованного кофейного продукта с получением, таким образом, оболочки и ядра готовой растворимой кофейной таблетки (то есть, после сушки), имеющих одинаковую композицию.
Как будет видно из приведенных ниже сравнительных тестов, необходимо добавлять минимальное количество воды, что приводит, таким образом, к минимальной глубине увлажнения и достаточной толщине оболочке, увеличивая, таким образом, естественным путем прочность таблетки. Следует отметить, что неожиданно увеличение толщины оболочки не значительно снижает растворимость растворимой кофейной таблетки.
Таким образом, стадия увлажнения предпочтительно включает добавление воды с получением, таким образом, увлажнения внешней поверхности прессованного продукта на глубину по меньшей мере 20 микрометров, и предпочтительно по меньшей мере 40 микрометров. Дополнительно, осаждение воды может контролироваться с получением, таким образом, увлажненной части прессованного продукта, не превышающей глубины 250 микрометров и предпочтительно не превышающей 160 микрометров.
Предпочтительно количество осаждаемой воды контролируется для достижения глубины от 20 микрометров до 130 микрометров и предпочтительно от 40 микрометров до 90 микрометров, и еще более предпочтительно от 60 микрометров до 90 микрометров.
2
2
2
2
2
Следовательно, вода может быть добавлена на поверхность прессованного продукта в количестве по меньшей мере 1 мг/см. Предпочтительно распределение осаждаемой воды составляет от 1 мг/см до 3 мг/см и предпочтительно от 1,2 мг/см до 2,2 мг/см. Предпочтительно распределение осаждаемой воды гомогенно с получением, таким образом, практически однородно увлажненной части.
Например, для прессованного продукта около 2 грамм с диаметром 25 миллиметров может быть добавлено от 15 миллиграмм до 40 миллиграмм воды на таблетку и предпочтительно от 20 миллиграмм до 30 миллиграмм воды на таблетку.
Дополнительно, предпочтительно провести стадию увлажнения при заданной контролируемой температуре для ограничения развития бактерий. Следовательно, стадию увлажнения предпочтительно проводят при контролируемой температуре от 5°C до 25°C, предпочтительно от 10°C до 15°C, или контролируемой температуре выше, чем 60°C, например, от 60°C до 95°C, или предпочтительно от 75°C до 80°C.
Могут быть использованы различные технологии увлажнения, и выбор осуществляют, таким образом, чтобы добавленная вода имела максимально гомогенное распределение по всей поверхности прессованного продукта.
Согласно предпочтительному аспекту настоящего изобретения стадию увлажнения проводят, распыляя воду в направлении поверхности прессованного продукта. Такое распыление воды может быть непрерывным, то есть, она может наноситься непосредственно на всю поверхность прессованного продукта или последовательно, то есть, наносится последовательно на различные стороны прессованного продукта. Распыление воды представляет технологию быстрого увлажнения, занимающую, как правило, менее чем 1 секунду для нанесения воды. Наиболее предпочтительно каждое проведение стадии увлажнения распылением проводят в течение периода времени от 50 миллисекунд до 500 миллисекунд и наиболее предпочтительно в течение периода времени от 100 миллисекунд до 300 миллисекунд. Предпочтительно увлажнение распылением проводят при контролируемой температуре в одном из нижних или высоких пределов температур, указанных выше, для предотвращения развития бактерий.
Для распыления на прессованный растворимый кофе требуемого количества воды используют устройство, включающее по меньшей мере предпочтительно два распылителя. Число и конструкция распылителей зависит от размера и геометрии увлажняемых таблеток.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения стадию увлажнения проводят, осаждая воду во влажной атмосфере при удержании прессованного продукта во взвешенном состоянии в воздухе. Содержание влаги контролируют при использовании любого подходящего способа контроля влаги. Согласно этой технологии прессованный продукт гомогенно и непрерывно увлажняют. Преимущество этой технологии состоит в том, что прессованный продукт не контактирует с внешним элементом, который может деформировать его поверхность в процессе увлажнения. Такое увлажнение может состоять, например, в помещении в камеру на период времени от 5 секунд до 8 секунд. Предпочтительно, помещая в атмосферу с относительно влажностью (RH) от 60% до 80%. Предпочтительно камера имеет контролируемую температуру от 60°C до 80°C, которая предотвращает развитие бактерий.
Для стадии увлажнения прессованный продукт может быть помещен в камеру, включающую средства контроля температуры. Предпочтительно увлажняющая камера также включает средства контроля влаги.
Вторую стадию последующей технологической обработки проводят непосредственно после стадии увлажнения, и она состоит в сушке увлажненной части прессованного продукта. Эта стадия сушки позволяет испарить воду в увлажненной части, что, в частности, позволяет создать прочные мостики между растворенными частицами во время стадии увлажнения.
Параметрами сушки управляют таким образом, чтобы привести содержание влаги увлажненного прессованного продукта к значению, приблизительно равному содержанию влаги в прессованном продукте перед стадией увлажнения. Наиболее предпочтительно параметры сушки контролируют так, чтобы получить содержание влаги прессованного продукта, составляющий в пределах около ±0,2% от начального уровня влаги в растворимом порошкообразном кофе, предпочтительно ±0,1%, более предпочтительно ±0,05%, и даже возможно возвращается начальный уровень влаги.
Следовательно, часть поверхности прессованного продукта глубоко увлажняют и затем сушат с образованием фактической оболочки с высокой плотностью по сравнению с плотностью ядра, усиливая, таким образом, общую прочности растворимых кофейных таблеток.
Предпочтительно стадию сушки проводят непосредственно после стадии увлажнения для профилактики проникновения добавляемой воды слишком глубоко в ядро прессованного продукта, в частности, в течение менее чем 10 секунд после стадии увлажнения. Предпочтительно стадию увлажнения и стадию сушки проводят одну после другой непрерывно или они разнесены предпочтительно менее чем на 5 секунд).
Во время стадии увлажнения уровень влаги в ядре прессованного растворимого кофейного продукта остается тем же самым или по существу тем же самым. Поэтому стадию сушки проводят непосредственно после стадии увлажнения, и длительность стадии сушки предпочтительно составляет менее чем 80 секунд, предпочтительно менее чем 30 секунд, предпочтительно от 5 секунд до 20 секунд, и более предпочтительно от 10 секунд до 20 секунд, что позволяет, таким образом, избежать проникновения в ядро воды, наносимой на внешнюю поверхность растворимой кофейной таблетки.
Например, сушка может быть проведена при использовании горячего воздуха с температурой от 80°C до 120°C. Предпочтительно такую сушку проводят в течение периода времени от 10 секунд до 80 секунд. Стадия сушки может быть проведена горячим воздухом удержанием во взвешенном состоянии в воздухе увлажненного прессованного продукта. Такая сушка горячим воздухом может быть проведена подогретым атмосферным воздухом или подогретым высушенным воздухом.
Также сушка может быть проведена путем воздействия на увлажненный прессованный продукт инфракрасным излучением (IR), например, в инфракрасном туннеле. Например, увлажненный прессованный продукт подвергают воздействию инфракрасного излучения с длиной волны (λ) от 0,8 микрометров до 2 микрометров в течение периода времени от 10 секунд до 80 секунд. IR по существу сушит на небольшую глубину. Вся добавленная на поверхность вода во время стадии увлажнения удаляется в течение очень короткого времени сушки, по существу возвращается начальная масса растворимой кофейной таблетки до увлажнения и образуется тонкая и прочная оболочка вокруг внутреннего ядра.
Также способ по настоящему изобретению может включать необязательную дополнительную последующую стадию, которая представляет стадию охлаждения, нацеленную на охлаждение растворимых кофейных таблеток, прошедших сушку, до температуры менее 30°C, предпочтительно от 10°C до 30°C, еще более предпочтительно от 15°C до 30°C. По существу имеет преимущество охлаждение растворимых кофейных таблеток при температуре от 15°C до 30°C, поскольку предотвращает конденсацию влаги атмосферного воздуха. Такая стадия охлаждения может быть проведена, например, помещением растворимых кофейных таблеток в поток воздуха с комнатной температурой.
Также может быть обеспечена конечная стадия упаковки после стадии сушки или после стадии охлаждения, представляющая таковую, где растворимые кофейные таблетки упаковывают в герметичную упаковку, предпочтительно в атмосфере инертного газа.
В комбинации со стадией увлажнения это позволяет избежать конденсации внутри упаковки. Герметичное упаковывание в атмосфере инертного газа имеет преимущество, состоящее в предотвращении поглощения какой-либо влаги растворимыми кофейными таблетками, что может оказать негативное воздействие на растворение и может привести к развитию бактерий.
Как указано выше, способ по настоящему изобретению позволяет получить растворимые кофейные таблетки, которые по существу прочные и сохраняют быстрое растворение.
В частности, полученные, таким образом, растворимые кофейные таблетки имеют трехмерную форму с пористой внутренней структурой, называемой ядром, и внешнюю структуру, называемую оболочкой, расположенную вокруг внутренней структуры.
3
3
3
3
Внешняя структура имеет плотность большую, чем плотность внутренней структуры. Предпочтительно внутренняя структура имеет среднюю плотность от 0,4 г/см до 0,8 г/см, при этом внешняя структура имеет среднюю плотность от 1,25 г/см до 1,35 г/см. Предпочтительно средняя плотность внешней структуры составляет от в 1,5 до в 3,5 раза больше, чем средняя плотность внутренней структуры.
В отношении пористости, внутренняя структура имеет пористую фазу по меньшей мере с 30% пор с размером менее чем 5 микрометров. Дополнительно, поры ядра, по меньшей мере 95% указанных пор, взаимосвязаны, что способствует растворению таблеток в воде.
Внешняя структура, то есть оболочка, имеет отличительный признак, состоящий в наличии сквозных пор, открытых пор и закрытых пор. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «сквозная пора» относится к поре, образующей канала или фиссуру между внешней средой и ядром таблетки, способствуя, таким образом, проникновению воды в ядро. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «открытая пора» относится к поре, которая открыта по направлению к внешней поверхности таблетки, но которая не идет по направлению к ядру таблетки. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «закрытая пора» относится к поре, углубленной в оболочку, которая не ведет ни к внешней среде, ни к ядру.
Внешняя структура не имеет чрезмерно тонкой пористости, то есть, пор с размером менее чем 5 микрометров.
Закрытые поры, углубленные во внешнюю структуру, имеют размер от 5 микрометров до 20 микрометров. Эти закрытые поры составляют от 5% до 10% объема внешней структуры. Поры, появившиеся на поверхности таблетки, называются поверхностными порами, включая оба типа, и открытые поры, и сквозные поры, и имеют размер от 10 микрометров до 800 микрометров и предпочтительно от 10 микрометров до 250 микрометров, максимально от 50 микрометров до 100 микрометров. Дополнительно эти поверхностные поры имеют поверхностную пористость от 1% до 20%, где поверхностная пористость определена, как соотношение между общей площадью всех поверхностных пор по сравнению с общей площадью внешней поверхности оболочки. Также следует отметить, что количество сквозных пор значительно выше, чем количество открытых пор. Как правило, сквозные поры составляют от 95% до 99% поверхностных пор, при этом открытые поры составляют от 1% до 5% поверхностных пор.
Толщина внешней структуры составляет по меньшей мере 20 микрометров и предпочтительно по меньшей мере 40 микрометров. Предпочтительно оболочка имеет максимальную толщину менее чем 250 микрометров, и предпочтительно менее чем 160 микрометров. Предпочтительно оболочка имеет толщину от 40 микрометров до 130 микрометров и предпочтительно от 40 микрометров до 90 микрометров, и еще более предпочтительно от 60 микрометров до 90 микрометров. Как указано выше, в способе по настоящему изобретению толщина зависит от обоих, и количества осаждаемой воды во время стадии увлажнения, и плотности прессованного продукта.
Растворимые кофейные таблетки по настоящему изобретению обладают обоими свойствами, и высокой прочностью, и быстрой растворимостью в горячей воде.
2

Как правило, такие растворимые кофейные таблетки имеют поперечную прочность от 35 кПа до 420 кПа, предпочтительно от 35 кПа до 250 кПа. Поперечная прочность растворимых кофейных таблеток также называется механической прочностью и отражает твердость растворимых кофейных таблеток. Она представляет соотношение 2F/S, где F представляет разрывное усилие, прилагаемое диаметрально в противоположных направлениях к растворимой кофейной таблетке до момента ее разрушения, а S представляет площадь растворимой кофейной таблетки, к которой прилагают усилие F, то есть площадь боковой поверхности растворимой кофейной таблетки. Разрывное усилие F конвертируют в давление, таким образом, чтобы оно быть не зависело от поверхности контакта, к которой прилагают усилие. Для цилиндрических таблеток, например, давление при разрушении или механическая прочность, выраженная в МПа, равна двойному разрывному усилию F (выраженному в N), разделенному на площадь поверхности выпуклости цилиндра (выраженную в мм). Механическая прочность растворимых кофейных таблеток выражена в МПа (или в кПа). Для измерения механической прочности растворимых кофейных таблеток может быть использован прибор для измерения твердости, такой как 8M DR.SCHLEUNIGER от PHARMATRON.
Дополнительно, предпочтительно растворимые кофейные таблетки растворяются в горячей воде с температурой 80°C в течение менее чем 90 секунд, предпочтительно менее чем 60 секунд, еще более предпочтительно от 30 секунд до 45 секунд. Далее будут представлены несколько сравнительных тестов для иллюстрации указанного выше, в частности, для того чтобы показать преимущества способа по настоящему изобретению, наряду со структурой растворимых кофейных таблеток, полученных при использовании способа по настоящему изобретению.
Для проведения различных тестов использовали различные типы растворимого кофе:

- частицы кофе, указанные как «N», являются частицами лиофилизированного кофе «NESCAFE SPECIAL FILTRE-arabicas selectionnes». Анализ гранулометрии показал, что 38% частиц кофе «N» имеют размер более чем 2 миллиметра, 59,5% частиц имеют размере от 800 микрометров до 2 миллиметров, и остальные 2,5% имеют размер менее чем 800 микрометров;

Частицы кофе, указанные как «M», являются частицами лиофилизированного кофе «HOUSE QUALITE FILTRE' (MAXWELL HOUSE QUALITY FILTER). Анализ гранулометрии показал, что 37% частиц кофе «M» имеют размер более чем 2 миллиметра, 58% частиц имеют размер частиц от 800 микрометров до 2 миллиметров, и остальные 5% имеют размер частиц менее 800 микрометров;
Частицы кофе, указанные как «N*», являются частицами лиофилизированного кофе «N», подвергнутого предварительному измельчению таким образом, что частицы имеют размер менее чем 630 микрометров. Анализ гранулометрии показал, что 94% частиц кофе «N*» имеют размер от 250 микрометров до 630 микрометров, и остальные 6% имеют размер частиц менее чем 250 микрометров.
Каждую из композиций кофе подвергли прессованию при использовании одноосного гидравлического пресса с получением цилиндрических таблеток около 2 грамм с диаметром 25 миллиметров.
Провели тестирование двух типов последующей технологической обработки «увлажнение + сушка».
Первый тип последующей технологической обработки, называемый «распыление + IR», состоял в увлажнении распылением заданного количества воды с последующей сушкой инфракрасным излучением (с длиной волны λ от 0,8 микрометров до 2 микрометров) в течение периода времени от 15 секунд до 80 секунд. Эта технологическая обработка «распыление + IR» была проведена при использовании распылителя с диаметром 0,5 миллиметров по принципу полностью увлажняющего конуса и коротковолновых IR ламп.
Второй тип последующей технологической обработки, называемый «увлажнение удержанием во взвешенном состоянии в воздухе + сушка нагреванием», состоял в увлажнении прохождением прессованного продукта в увлажняющей камере при температуре 75°C в атмосфере с 50% относительной влажностью (RH) для конденсации заданного количества влаги с последующей сушкой прохождением увлажненного прессованного продукта в камере с горячим (120°C) и сухим воздухом в течение времени от 25 секунд до 60 секунд. В отношении различных характеристик полученных таблеток, толщину оболочки определили при использовании статистического анализа изображений поперечного сечения таблеток, полученных при использовании сканирующей электронной микроскопии (SEM) (с увеличением в 400 раз).
Пористость и ее характеристики измерили при использовании рентгеновской микрофотографии при разрешении 1,5 микрометров/пикселей. Пористость охарактеризована, как процент объема пор относительно исследуемого объема (например, объем пор оболочки относительно объема пор ядра). Таким образом, указание «Пористость ядра более 5 мкм» относится к проценту объема пор, имеющих размер более чем 5 микрометров, относительно общего объема ядра исследуемой таблетки. Аналогично, таким образом, указание «Пористость ядра менее 5 мкм» представляет процент объема пор, имеющий размер менее чем 5 микрометров, относительно общего объема ядра исследуемой таблетки. Следовательно, сумма процентов, соответствующих «Пористости ядра более 5 мкм» и «Пористости ядра менее 5 мкм», соответствует общей пористости ядра таблетки.
Прочность кофейных таблеток измерили согласно диаметру соответствующего цилиндра. Эта поперечная плотность соответствует измерению твердости таблеток. Твердость измеряют приложением поперечного усилия до момента разрушения таблетки. Для проведения измерений твердости использовали прибор для измерения твердости 8M DR.SCHLEUNIGER.
Время растворения измерили введением растворимой кофейной таблетки в лабораторный стакан с последующим добавлением 100 мл 80°C горячей воды. Раствор перемешали вручную до полного растворения таблеток, растворение наблюдали визуально.
Ниже в Сравнительной таблице 1 приведены растворимые кофейные таблетки типа «N», прошедшие прессование при различном давлении с технологической обработкой «увлажнение + сушка».
Сравнительная таблица 1
Номер теста
1
2
3
4
Кофе
N
N
N
N
Плотность после прессования (г/см<sup>3</sup>)
0,45
0,5
0,6
0,7
толщина таблеток (мм)
8,9
8,1
6,8
5,8
Давление прессования (МПа)
1,3
2,1
4,4
5,6
Пористость ядра более 5 мкм (%)
Не измеряли
35
28
Не измеряли
Пористость ядра менее 5 мкм (%)
Не измеряли
25
27
Не измеряли
Diametral resistanceДиаметральная прочность (кПа)
менее 35
менее 35
менее 35
менее 35
Время растворения при температуре 80°C (с)
25-40
25-30
35-30
70-80
В Сравнительной таблице 1 показано, что время растворения таблеток в горячей воде зависит от плотности указанной таблетки; конечно, чем плотнее таблетка, то есть, чем больше таблетка спрессована под высоким давлением, тем дольше время растворения таблетки.
Дополнительно, следует отметить, что ядро имеет общую пористость от около 55% до 60% с большой фракцией пор с размером менее чем 5 микрометров. Как правило, по меньшей мере 30% пор ядра имеют размер менее чем 5 микрометров, и предпочтительно от 40% до 60% пор имеют размер менее чем 5 микрометров.
Ниже в Сравнительной таблице 2 приведены растворимые кофейные таблетки типа «N», прошедшие прессование при одинаковом давлении с последующей варьирующей технологической обработкой «увлажнение + сушка».
Сравнительная таблица 2
Номер теста
3
5
6
7
8
9
Кофе
N
N
N
N
N
N
Плотность после прессования (г/см<sup>3</sup>)
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
Толщина таблетки (мм)
6,8
6,8
6,8
6,8
6,8
6,8
Давление прессования (МПа)
4,4
4,4
4,4
4,4
4,4
4,4
Последующая технологическая обработка
Не проводилиобработку
Распыление + IR
Распыление + IR
Распыление + IR
Увлажнение удержанием во взвешенном состоянии в воздухе + сушка горячим воздухом
Увлажнение удержанием во взвешенном состоянии в воздухе + сушка горячим воздухом
Количество осажденной воды (мг)
0
10
20
40
20
40
Количество осажденной воды (мг/см<sup>2</sup>)
0
0,7
1,32
2,6
1,32
2,6
Время сушки (с)
0
15
20
80
25
60
Толщина оболочки (мкм)
0
Не измеряли
30-130 среднее 45-90
40-160 среднее 65-130
20-100
55-220
Пористость ядра более 5 мкм (%)
28
28
28
28
28
28
Пористость ядра менее 5 мкм (%)
27
27
27
27
27
27
Поперечная прочность (кПа)
менее 35
менее 35
среднее 100
среднее 200
среднее50
среднее 100
Время растворения при температуре 80°C (с)
35-30
30-35
30-35
50-60
40-50
60-70
В Сравнительной таблице 2 показано, что технологическая обработка «увлажнение + сушка» позволяет усилить прочность таблеток, что является очень большим преимуществом для гарантии целостности таблетки в процессе хранения, загрузки-выгрузки и транспортировки, во время которых таблетка подвергается воздействию.
Следует отметить, что технологическая обработка «увлажнение + сушка» может быть проведена различными способами, что делает возможным получение растворимых кофейных таблеток с улучшенной прочностью и коротким временем растворения.
Также Сравнительная таблица 2 указывает на тот факт, что необходимо осаждать минимальное количество воды для получения аутентичной оболочки с улучшенной прочностью таблеток.
Ниже в Сравнительной таблице 3 приведены растворимые кофейные таблетки типа «N», прошедшие прессование при различном давлении с или без технологической обработкой «увлажнение + сушка».
Сравнительная таблица 3
Номер теста
2
10
3
6
4
11
Кофе
N
N
N
N
N
N
Плотность после прессования (г/см<sup>3</sup>)
0,5
0,5
0,6
0,6
0,7
0,7
Толщина таблетки (мм)
8,1
8,1
6,8
6,8
5,8
5,8
Давление прессования (МПа)
2,1
2,1
4,4
4,4
5,6
5,6
Последующая технологическая обработка
Не проводили
Распыление + IR
Не проводили
Распыление + IR
Не проводили
Распыление + IR
Количество осажденной воды (мг)
0
20
0
20
0
20
Количество осажденной воды (мг/см<sup>2</sup>)
0
1,24
0
1,32
0
1,4
Время сушки (с)
0
20
0
20
0
20
Толщина оболочки (мкм)
0
30-130среднее60-90
0
30-130среднее45-90
0
30-130среднее40-90
Пористость ядра более 5 мкм (%)
35
35
28
28
Не измеряли
Не измеряли
Пористость ядра менее 5 мкм (%)
25
25
27
27
Не измеряли
Не измеряли
Поперечная прочность (кПа)
менее 35
среднее 50
менее 35
среднее 100
менее 35
170
Время растворения при температуре 80°C (с)
25-30
30-35
35-30
30-35
70-80
70-80
Как можно видеть из Сравнительной таблицы 2, чем выше давление прессования, тем дольше время растворения таблетки в горячей воде.
Сравнительная таблица 3 указывает на то факт, что технологическая обработка «увлажнение + сушка» позволяет усилить прочность таблеток при очень незначительном влиянии на время растворения таблеток в горячей воде.
Следовательно, внешняя структура таблетки образует оболочку, обеспечивающее более высокую прочность по существу без увеличения времени растворения таблетки, что является существенным преимуществом.
Ниже в Сравнительной таблице 4 приведены растворимые кофейные таблетки типа «M», прошедшие прессование при различном давлении или с проведением различной технологической обработки «увлажнение + сушка».
Сравнительная таблица 4
Номер теста
12
13
14
15
Кофе
M
M
M
M
Плотность после прессования (г/см<sup>3</sup>)
0,5
0,6
0,7
0,6
Толщина таблетки (мм)
8,1
6,8
5,8
6,8
давление прессования (МПа)
2,1
3,9
6,5
3,9
Последующая технологическая обработка
Распыление + IR
Распыление + IR
Распыление + IR
Распыление + IR
Количество осажденной воды (мг)
20
20
20
0
Количество осажденной воды (мг/см<sup>2</sup>)
1,24
1,32
1,4
0
Время сушки (с)
20
20
20
0
Поперечная прочность (кПа)
среднее 100
среднее 100
среднее 200
менее 35
Время растворения при температуре 80°C (с)
35-40
40-45
80-90
35-40
Сравнительная таблица 4 позволяет сделать те же самые выводы, что были сделаны ранее в отношении таблеток, полученных из частиц растворимого кофе иного типа, и следовательно, имеющих отличающиеся структурные свойства в отношении размера частиц, размера пор и тому подобное.
В частности, в Сравнительной таблице 4 видно, что технологическая обработка «увлажнение + сушка» повышает механическую прочность без значительного увеличения времени растворения таблеток, что является существенным преимуществом.
Наконец, ниже в Сравнительной таблице 5 приведены растворимые кофейные таблетки различных типов, прошедшие прессование при том одинаковом давлении с одинаковой технологической обработкой «увлажнение + сушка».
Сравнительная таблица 5
Номер теста
11
18
14
Кофе
N
N*
M
плотность после прессования (г/см<sup>3</sup>)
0,7
0,7
0,7
Толщина таблетки (мм)
5,8
5,8
5,8
Давление прессования (МПа)
5,6
5,1
6,5
Последующая технологическая обработка
Распыление + IR
Распыление + IR
Распыление + IR
Количество осажденной воды (мг)
20
20
20
Количество осажденной воды (мг/см<sup>2</sup>)
1,4
1,4
1,4
Время сушки (с)
20
20
20
Толщина оболочки (мкм)
30-130 среднее 40-90
30-130 среднее 40-90
30-130среднее 40-90
Поперечная прочность (кПа)
170
среднее 150
среднее 200
Время растворения при температуре 80°C (с)
70-80
80-90
80-90
Сравнительная таблица 5 подтверждает заключения Сравнительной таблицы 4, показывая, что способы технологической обработки «увлажнение + сушка» обеспечивают определенные преимущества различным типам растворимого кофе, в частности, лиофилизированному кофе.
В частности, Сравнительная таблица 5 указывает на тот факт, что имеют место преимущества в отношении увеличения прочности без увеличения времени растворения частиц растворимого кофе в случае, когда его частицы значительно меньше.
На Фиг.1-6 приведены изображения, полученные при использовании сканирующего электронного микроскопа (SEM), поперечного сечения растворимой кофейной таблетки, полученной согласно тесту n°3, 6, 7, 8, 10, и 11, как указано выше.
При использовании сканирующего электронного микроскопа (SEM) были получены изображения растворимых кофейных таблеток, которые были разрезаны поперек вручную. Изображения соответствуют увеличению таблеток в 400 раз. Области, указанные на изображениях как 0, соответствуют фону и, следовательно, не является частью растворимых кофейных таблеток.
На Фиг.2-6 ясно показана конкретная структура внутренней части 10 растворимых кофейных таблеток, окруженной внешней частью 20, которые, соответственно, соответствуют ядру 10 и оболочке 20 растворимых кофейных таблеток.
На Фиг.1 показана структура растворимой кофейной таблетки, полученной без проведения каких-либо стадий последующей обработки увлажнением и сушкой, что ясно указывает специалисту в данной области что стадии последующей обработки увлажнением и сушкой позволяют сформировать структуру ядра и оболочки растворимой кофейной таблетки.
Специалисту в данной области будет понятно, что возможны многочисленные модификации новых технологий с указанными выше преимуществами, входящие в объем притязания настоящего изобретения. Следовательно, любые модификации такого типа входят в объем заявленного способа получения растворимых кофейных таблеток, заявленных растворимых кофейных таблеток, а также способа получения напитка из указанных растворимых кофейных таблеток.
Документы уровня техники
- EP 1 008 554-EP 0 229 920
- GB 1 384 384-US 3,121,635
- GB 2 188 915-CA 2 027 406
- WO 00/73208-US 1,137,265
- US 2,379,230-US 2,889,226
- AU 2009/101002-US 1,535,233
- GB 438 509-GB 2 196 228
- WO 2006/004190-SE 465 995
- WO 2007/077970-DE 199 19 204
- EP 2 129 232.