СПОСОБ ОБЖАРИВАНИЯ КОФЕЙНЫХ ЗЕРЕН
METHOD FOR COFFEE BEANS ROASTING

Область применения изобретения
Изобретение относится к способу равномерного обжаривания кофейных зерен в промышленном масштабе внутри одной обжарочной камеры.
Предпосылки создания изобретения
Любое описание предшествующего уровня техники на протяжении всего описания никоим образом не следует рассматривать как признание того, что такой предшествующий уровень техники является широко известным или формирует часть общеизвестных знаний в данной области.
Обжаривание — это процесс, часто применяемый при производстве обладающих ароматом и вкусом напитков из растительного материала (например, кофе, цикория, зерен), который приводит к проявлению цвета, аромата и вкуса, но также к образованию нежелательных соединений. Обжаривание кофейных зерен формирует аромат и вкус из предшественников, присутствующих в зеленых кофейных зернах.
Независимо от используемого способа обжаривания, процесс обжаривания включает в себя эндотермическую и экзотермическую стадии, или поглощение и образование тепла, с последующей остановкой процесса обжаривания путем быстрого охлаждения.
Кофейные зерна обжаривают, используя нагретый воздух (обжарочный газ, или горячие газы сгорания, или горячий воздух) при температуре приблизительно до 400°C. Температура обжарочного воздуха либо имеет постоянное заданное значение, либо зависит от времени, образуя температурный профиль обжарочного воздуха. В основном, тепло передается к кофейным зернам в обжарочной машине путем теплопередачи от обжарочной камеры или путем конвекции от нагретого обжарочного газа к кофейным зернам. Зерна перемещают в процессе обжаривания, иногда путем механического перемешивания, иногда путем псевдоожижения обжарочным воздухом. Процесс обжаривания заканчивается быстрым охлаждением кофейных зерен холодным воздухом, или путем добавления воды, или путем добавления холодного воздуха и воды. Эту стадию охлаждения (также называемую стадией гашения) можно выполнить в обжарочной камере или в отдельной камере для гашения. Обжарочные машины обычно работают в порционном или непрерывном режиме и относятся к одному из трех типов: барабанные, лопастные или машины с псевдоожиженным слоем. Существуют большие обжарочные машины, в которые можно загрузить партии размером от 30 кг до 600 кг, применяемые в промышленном масштабе, или меньшие обжарочные машины, используемые в местах розничной торговли или, например, дома.
Известно, что параметры обжаривания необходимо тщательно подобрать в соответствии с происхождением и сортом кофейных зерен, поскольку эти параметры сильно влияют на аромат и вкус, формирующийся у обжаренных кофейных зерен, а также влияют на образование нежелательных соединений. В частности, на результаты обжаривания влияют такие параметры, как температурный профиль обжаривания и равномерность обжаривания.
Обжаривание в промышленном масштабе с использованием обжарочных машин барабанного или лопастного типа имеет недостатки. Например, в таких обжарочных машинах сложнее измерять и контролировать температурный профиль обжаривания и равномерность обжаривания.
В публикации US 5,681,607 описывается способ улучшения качества обжаренных кофейных зерен, включающий обжаривание в обжарочной машине барабанного типа зеленых кофейных зерен паром в течение периода времени от 50 до 300 секунд, при температуре пара от 251 до 400°C, при давлении от 6,5 до 20,0 бар, с последующим обжариванием кофейных зерен паром в течение периода времени от 60 до 800 секунд при температуре пара от 251 до 400°C, по существу, при атмосферном давлении. Хотя этот способ обжаривания предназначен для улучшения аромата кофе, большим недостатком является его техническая сложность, поскольку он предполагает проведение первой фазы при повышенном давлении, а второй фазы — при атмосферном давлении.
В промышленном масштабе ротационные обжарочные машины с псевдоожиженным слоем (RFB) обеспечивают улучшенные показатели и контроль температуры при обжаривании и улучшенную равномерность в сравнении с обжарочными машинами лопастного и барабанного типа. Контролируемое изменение скорости нагрева в настоящее время можно получить при помощи обжарочных машин типа RFB, имеющих две обжарочные камеры, в каждой из которых нагревание происходит при разных температурах. Однако такое решение имеет серьезный недостаток, заключающийся в том, что стоимость оборудования является высокой, а также требуется высокая сложность конструкции технологической линии. Более того, внутри каждой обжарочной камеры гибкость и контроль температурного профиля обжаривания остаются ограниченными.
Следует отметить, что сложно быстро уменьшить температуру обжарочного воздуха в любой из обжарочных камер путем простого уменьшения подаваемой на горелку мощности и, следовательно, уменьшить температуру газов сгорания, циркулирующих в обжарочной камере, из-за того, что в промышленном масштабе существуют пределы скорости снижения энергии, подаваемой горелкой.
В публикации US 3,964,175 описывается способ обжаривания с эффективной передачей тепла от воздуха к кофейным зернам и тем самым с улучшением равномерности обжаривания. Описанная обжарочная машина с псевдоожиженным слоем содержит по меньшей мере одну обжарочную камеру, в которой нагретый воздух вдувается вверх, в рециркулирующий псевдоожиженный слой массы кофейных зерен, обеспечивая тем самым эффективную передачу тепла к кофейным зернам с равномерным обжариванием. В заданный момент цикла обжаривания обжаренные кофейные зерна перемещаются в охлаждающую камеру для остановки обжаривания. Такую установку используют в промышленном масштабе с размером загружаемой партии до 450 кг. Недостатком обжарочной машины такого типа являются ограничения по типу температурного профиля обжаривания, достижимого в промышленном масштабе. В частности, существующая установка не допускает температурные профили, лучше всего уменьшающие содержание нежелательных соединений, таких как акриламид.
Акриламид является продуктом реакции Майяра, образующимся при термической обработке из предшественников, таких как аспарагин и восстанавливающие сахара. При обжаривании кофейные зерна подвергают действию высоких температур (обычно в диапазоне от 220°C до 250°C). Известно, что при обжаривании образуется акриламид. Концентрация свободного аспарагина в зеленых кофейных зернах обычно лежит в диапазоне 30–90 мг/100 г. Эксперименты показали, что акриламид при обжаривании также разлагается. Например, на зернах (например, ячменных) было продемонстрировано, что акриламид образуется при температурах выше 120°C, максимум при 150°C. При продолжении обжаривания при температуре выше 150°C уровень акриламида снижается (Acrylamide Toolbox 2013, FoodDrink Europe, page 49). В кофе акриламид образуется на ранней стадии цикла обжаривания, достигая уровня более 7 мг/кг, а затем снижается в ходе цикла обжаривания, поскольку истощается запас аспарагиназы (Processing and Impact on active components in food, V.R. Preedy, Academic Press, 2014, page 577). Более темное обжаривание, как правило, снижает содержание акриламида, если его тщательно зафиксировать в узких диапазонах температуры, но темное обжаривание оказывает существенное отрицательное влияние на органолептические свойства продукта. Таким образом, в настоящее время не существует удовлетворительного промышленного решения, позволяющего снизить уровни акриламида путем применения различных температурных профилей обжаривания, способствующих снижению содержания акриламида. В альтернативном варианте осуществления уровень акриламида можно снизить, например, путем обжаривания зеленых кофейных зерен, в которых содержание предшественников было уменьшено, как правило, с уровнями аспарагина, сниженными, например, путем предварительной обработки кофейных зерен аспарагиназой. Однако такое решение имеет серьезные недостатки, например увеличение затрат, сложность производства и влияние на органолептический профиль (т.е. цвет, вкус и аромат).
Следовательно, существует потребность в способе обжаривания кофейных зерен в промышленном масштабе, имеющем различные температурные профили обжаривания, позволяющие уменьшить уровни акриламида при сохранении характеристик кофе (т.е. вкуса, аромата и цвета). Иными словами, существует потребность в способе обжаривания кофейных зерен, влияющем на кинетику термически активных соединений в кофейных зернах, в особенности для уменьшения образования в ходе обжаривания кофейных зерен нежелательных соединений, таких как акриламид, при сохранении качества кофе.
Следовательно, целью изобретения является обеспечение способом обжаривания кофейных зерен, включающим по меньшей мере две стадии обжаривания в одной обжарочной камере, приводящем к более разнообразным температурным профилям обжаривания, не достижимым в настоящее время в промышленном масштабе, с улучшенной равномерностью, и создающем возможность уменьшения при обжаривании уровней нежелательных соединений, таких как акриламид, без влияния на аромат, вкус и цвет.
Изложение сущности изобретения
Авторы изобретения обнаружили, что способ обжаривания кофейных зерен, включающий две стадии нагревания, в котором температурный профиль обжаривания демонстрирует на двух стадиях быстрое и резкое изменение скоростей нагрева, обеспечивает контролируемое равномерное обжаривание и при этом существенно уменьшает в обжаренных кофейных зернах уровень нежелательных соединений, таких как акриламид, при сохранении характеристик кофе, таких как цвет, вкус и аромат.
Соответственно, в настоящем изобретении предлагается способ обжаривания кофейных зерен, включающий стадии
a) нагревания кофейных зерен со скоростью нагрева от 20°C/мин до 40°C/мин до достижения температуры кофейных зерен от 160°C до 220°C, и
b) нагревания кофейных зерен со скоростью нагрева от 1°C/мин до 10°C/мин,
причем указанные стадии нагревания выполняют в одной обжарочной камере.
В другом аспекте изобретения предлагается способ обжаривания кофейных зерен, включающий две стадии a) и b), дополнительно включающий стадию c), выполняемую после стадии b) и включающую нагревание кофейных зерен со скоростью нагрева от 15°C/мин до 40°C/мин в течение максимум 3 минут.
В третьем аспекте изобретения предложен способ обжаривания кофейных зерен, в котором отношение между скоростью нагрева на стадии a) и скоростью нагрева на стадии b) температурного профиля обжаривания составляет от 3 до 15.
В четвертом аспекте изобретения способ обжаривания кофейных зерен осуществляется в ротационной обжарочной машине с псевдоожиженным слоем.
Краткое описание фигур
Настоящее изобретение далее дополнительно описывается применительно к некоторым вариантам осуществления, показанным на прилагаемых графических материалах, на которых:
на фиг. 1 показан температурный профиль обжаривания в соответствии с настоящим изобретением в сравнении с температурным профилем обжаривания, полученным в обжарочной машине барабанного типа без введения окружающего воздуха;
на фиг. 2 показан температурный профиль обжаривания в соответствии с настоящим изобретением в сравнении с температурным профилем обжаривания, полученным в обжарочной машине барабанного типа без введения окружающего воздуха;
на фиг. 3 показан температурный профиль обжаривания в соответствии с настоящим изобретением в сравнении с температурным профилем обжаривания, полученным в обжарочной машине лопастного типа без введения окружающего воздуха;
на фиг. 4 показан температурный профиль обжаривания в соответствии с настоящим изобретением, включающий стадии a), b) и c).
Подробное описание некоторых вариантов осуществления изобретения
В данной спецификации следующие термины и выражения имеют определения, которые следует принимать во внимание при изучении и толковании описания, примеров и формулы изобретения.
Термин «обжаривание» означает сухую или, по существу, сухую термическую обработку кофейных зерен. В процессе обжаривания происходит высушивание кофейных зерен. Содержание влаги в кофейных зернах, как правило, снижается с приблизительно 12–16% воды вплоть до приблизительно 2% воды. Цель обжаривания главным образом состоит в проявлении вкуса и аромата, характерного для обжаренного кофе. Эти вкусоароматические свойства являются результатом таких процессов, как реакции Майяра или пиролиза.
Выражение «обжаренные кофейные зерна» в контексте настоящего изобретения означает кофейные зерна, подвергнутые жесткой термической обработке, способствующей реакции Майяра и реакции пиролиза с целью проявления вкуса и аромата, т.е. подвергнутые воздействию температур обжаривания выше 140°C.
Термин «CTn» означает эмпирическую единицу значения по шкале определения цвета Нойхауса в диапазоне от 0 до 200, которая характеризует интенсивность инфракрасного (ИК) света (904 нм), рассеиваемого в обратном направлении образцом при измерении спектрофотометром, таким как Nehaus Neotec’s ColorTest II. Спектрофотометр освещает поверхность размолотого образца монохроматическим ИК-светом с длиной волны 904 нм от полупроводникового источника света. Калиброванный фотоприемник измеряет количество света, отраженного образцом. Электронная схема вычисляет среднее значение для серии измерений и отображает его. Цвет кофейных зерен напрямую зависит от степени обжаривания. Например, зеленые кофейные зерна обычно имеют значение CTn выше 200, очень слабо обжаренные кофейные зерна обычно имеют CTn около 150, слабо обжаренные кофейные зерна обычно имеют CTn около 100, а кофейные зерна средней степени обжаривания обычно имеют CTn около 70. Очень темные обжаренные кофейные зерна обычно имеют CTn около 45.
Выражение «температурный профиль обжаривания» означает изменения температуры в процессе обжаривания. Температуру кофейных зерен измеряют при помощи температурного (-ых) датчика (-ов), расположенного (-ых) в обжарочной камере, например датчика (-ов), контактирующего (-их) с кофейными зернами в процессе обжаривания, с целью измерения температуры кофейных зерен. Температурный профиль обжаривания является следствием последовательности из различных стадий нагревания, использованных при обжаривании. Каждая стадия может включать в себя, например, изменение температуры обжарочного воздуха и/или скорости потока воздуха.
Выражение «скорость нагрева» означает изменение температуры кофейных зерен со временем. Это изменение может представлять собой либо увеличение температуры обжаривания (положительная скорость нагрева), поддержание температуры на определенном уровне (постоянная скорость нагрева) или уменьшение температуры (отрицательная скорость нагрева).
Выражение «температура конечной точки» означает максимальную температуру, достигнутую в конце стадии a), b) или c) в соответствии со способом настоящего изобретения. Обжаривание может продолжаться после достижения температуры конечной точки при поддержании температуры обжаривания на этом максимальном уровне в течение определенного времени, например до получения желаемых характеристик обжаренных кофейных зерен, включая цвет.
Выражение «горячие газы сгорания» означает нагретый воздух или горячий воздух, циркулирующий внутри обжарочной камеры в процессе сгорания. Горячий воздух также содержит газообразные компоненты, образовавшиеся в ходе сгорания, например монооксид углерода и/или диоксид углерода.
Выражение «комнатная температура» следует понимать как типичную температуру внутри помещения, к которой обычно привыкли люди. В научном и техническом контексте комнатная температура обычно признается равной 20°C.
Если не указано иное, все приводимые процентные соотношения представляют собой мас.%. Выражения «массовый %» и «мас.%» являются синонимами. Они относятся к количествам, выраженным в процентах в расчете на массу сухого вещества.
Следует отметить, что различные аспекты, признаки, примеры и варианты осуществления, описанные в настоящей заявке, могут быть совместимыми и/или комбинироваться друг с другом.
В данном описании слова «содержит», «содержащий» не следует интерпретировать в исключительном или исчерпывающем смысле. Иными словами, под ними подразумевается «включая, без ограничений».
Авторы изобретения обнаружили, что способ обжаривания кофейных зерен с использованием специфического температурного профиля обжаривания особенно эффективен для получения контролируемого и равномерного обжаривания кофейных зерен, позволяющего проявить желаемые характеристики кофе, включая аромат и вкус, при существенном снижении уровня нежелательных соединений, таких как акриламид, образующихся при термической обработке.
2
Обжаривание кофе представляет собой химический процесс, в результате которого летучие и нелетучие компоненты образуются или модулируются так, что это влияет на вкус, аромат, цвет и количество нежелательных соединений. Традиционно, обжаривание кофейных зерен можно описать несколькими стадиями. На первой стадии кофейные зерна высыхают, приобретают желтый цвет и начинают пахнуть как жареный хлеб или попкорн. Первая стадия является эндотермической. Вторая стадия, часто называемая первым креком, происходит приблизительно при 205°C; на этой стадии зерна вдвое увеличиваются в размерах, приобретают светло-коричневый цвет и теряют в весе приблизительно 5%. На следующей стадии температура обычно поднимается от выше 205°C до приблизительно 220°C, в результате чего цвет зерен темнеет, а потеря веса составляет приблизительно 13%. Происходящий в результате химический процесс называется пиролизом и характеризуется изменением химического состава зерен, а также высвобождением CO. В процессе пиролиза при температуре от 225°C до 230°C происходит стадия, часто называемая вторым креком, и цвет обжарки становится средне-темно-коричневым. На этой стадии зерна обычно приобретают маслянистый блеск из-за миграции кофейного масла к поверхности кофейных зерен.
При температуре от 170°C до 200°C сахара в кофейных зернах обычно начинают карамелизироваться. Цвет кофейных зерен напрямую связан с карамелизацией сахарозы в кофе и с реакцией Майяра.
Более разнообразные и более равномерные параметры контроля температурного профиля обжаривания напрямую влияют на конечное качество обжаренного кофе, а также на уровень нежелательных соединений, таких как акриламид.
Следовательно, первой целью изобретения является обеспечение способа обжаривания кофейных зерен, включающего стадии
a) нагревания кофейных зерен со скоростью нагрева от 20°C/мин до 40°C/мин до достижения температуры кофейных зерен от 160°C до 220°C, и
b) нагревания кофейных зерен со скоростью нагрева от 1°C/мин до 10°C/мин,
причем указанные стадии нагревания выполняют в одной обжарочной камере.
Авторы изобретения обнаружили, что конкретные температурные профили обжаривания настоящего изобретения для обжаривания кофейных зерен приводят к равномерному обжариванию зерен, позволяя добиться желаемых профилей цвета, вкуса и аромата, и при этом существенно снижают уровни акриламида по сравнению с уровнями акриламида, наблюдающимися при использовании известных способов обжаривания в промышленном масштабе.
В настоящем изобретении температурный профиль обжаривания включает в себя две стадии.
Как правило, начальная температура кофейных зерен, что означает температуру кофейных зерен, загружаемых в обжарочную камеру, лежит в диапазоне от температуры хранения (которая может представлять собой, например, 4°C или комнатную температуру) и до температуры обжаривания, как правило, составляющей до 140°C.
На первой стадии а) кофейные зерна нагревают со скоростью нагрева от 20°C/мин до 40°C/мин, пока температура кофейных зерен не окажется в диапазоне от 160°C до 220°C. Преимущество профиля нагревания на стадии a) состоит в том, что кофейные зерна высыхают и обжаривание начинается, но образование акриламида снижено, поскольку быстро достигается температура, при которой он начинает разлагаться.
В одном варианте осуществления кофейные зерна нагревают на стадии a), пока температура кофейных зерен не окажется между 180°C и 220°C. В другом варианте осуществления кофейные зерна нагревают на стадии a), пока температура кофейных зерен не окажется между 180°C и 210°C, например между 180°C и 200°C. В еще одном варианте осуществления кофейные зерна нагревают на стадии a), пока температура кофейных зерен не окажется между 190°C и 220°C, например между 200°C и 220°C или, например, между 210°C и 220°C.
Для достижения температуры в диапазоне от 160°C до 220°C скорость нагрева на стадии a) составляет от 20°C/мин до 40°C/мин. В другом варианте осуществления изобретения скорость нагрева на стадии a) составляет от 25°C/мин до 40°C/мин или, например, от 30°C/мин до 40°C/мин. В еще одном варианте осуществления скорость нагрева на этапе a) составляет от 20°C/мин до 38°C/мин, или, например, от 20°C/мин до 36°C/мин, или, например, от 20°C/мин до 35°C/мин.
В другом варианте осуществления кофейные зерна нагревают со скоростью нагрева от 30°C/мин до 40°C/мин, пока температура кофейных зерен не окажется в диапазоне от 160°C до 220°C.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения кофейные зерна нагревают со скоростью нагрева от 20°C/мин до 40°C/мин, пока температура кофейных зерен не окажется в диапазоне от 180°C до 220°C.
В дополнительном варианте осуществления настоящего изобретения кофейные зерна нагревают со скоростью нагрева от 20°C/мин до 40°C/мин, пока температура кофейных зерен не окажется в диапазоне от 180°C до 210°C.
В одном аспекте настоящего изобретения кофейные зерна нагревают на стадии a) в течение 6 минут или менее, например в течение 5,5 минуты или, например, в течение 5 минут, или, например, в течение 4,5 минуты, или, например, в течение 4 минут, или, например, в течение 3,5 минуты, или, например, в течение 3 минут, или, например, в течение 2,5 минуты, или, например, в течение 2 минут.
В другом варианте осуществления кофейные зерна нагревают на стадии а) в течение 2–6 минут, например в течение 2–5 минут, например в течение 2–4 минут, например в течение 3–4 минут. Уменьшение времени достижения температуры выше 150°C (т.е. от 160°C до 220°C) дает преимущество, заключающееся в сведении к минимуму образования акриламида из предшественников при одновременном достижении эффекта высушивания кофейных зерен и инициирования обжаривания.
На второй стадии b) кофейные зерна нагревают со скоростью нагрева от 1°C/мин до 10°C/мин. Температурный профиль обжаривания на стадии b) приводит к поддержанию температуры обжаривания в пределах диапазона температур, в котором содержание акриламида истощается, но при этом обеспечивается карамелизация и протекание реакции Майяра, в результате чего обеспечивается формирование нужного цвета, вкуса и аромата обжаренных кофейных зерен. Следовательно, чем дольше температура обжаривания поддерживается в этом диапазоне, тем больше проявляются аромат, цвет и вкус и тем больше разлагается акриламид.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения кофейные зерна на стадии b) нагревают со скоростью нагрева от 1°C/мин до 9°C/мин, например от 1°C/мин до 8°C/мин, например от 1°C/мин до 7°C/мин, например от 1°C/мин до 6°C/мин, например от 1°C/мин до 5°C/мин.
В другом варианте осуществления кофейные зерна на стадии b) нагревают со скоростью нагрева от 2°C/мин до 10°C/мин, например от 3°C/мин до 10°C/мин, например от 4°C/мин до 10°C/мин, например от 5°C/мин до 10°C/мин.
В еще одном варианте осуществления кофейные зерна на стадии b) нагревают со скоростью нагрева от 2°C/мин до 8°C/мин, например от 3°C/мин до 7°C/мин или, например, от 4°C до 6°C/мин.
В предпочтительном варианте осуществления кофейные зерна нагревают на стадии b) со скоростью нагрева от 1°C/мин до 3°C/мин.
В одном варианте осуществления стадию b) способа в соответствии с настоящим изобретением выполняют до достижения максимальной температуры 235°C. Это позволяет избежать наступления второго пиролиза, при котором цвет, вкус и аромат кофейных зерен проявляются быстрее и до разложения акриламида. В предпочтительном варианте осуществления нагревание кофейных зерен на стадии b) выполняют до достижения максимальной температуры 230°C.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения кофейные зерна нагревают на стадии b) со скоростью нагрева от 1°C/мин до 10°C/мин до достижения максимальной температуры 235°C.
В другом варианте осуществления кофейные зерна нагревают на стадии b) со скоростью нагрева от 1°C/мин до 10°C/мин до достижения максимальной температуры 230°C.
В предпочтительном варианте осуществления кофейные зерна нагревают на стадии b) со скоростью нагрева от 1°C/мин до 3°C/мин до достижения максимальной температуры 235°C.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления кофейные зерна нагревают на стадии b) со скоростью нагрева от 1°C/мин до 3°C/мин до достижения максимальной температуры 230°C.
В одном аспекте изобретения кофейные зерна нагревают на стадии b) до достижения желаемого цвета обжаривания, но равномерным и контролируемым способом, также предотвращающим развитие нежелательного горького вкуса.
Этапы нагревания в температурном профиле обжаривания в соответствии с настоящим изобретением выполняют в одной и той же обжарочной камере. Это дает возможность получать разные температурные профили обжаривания в сочетании с более равномерным обжариванием, в результате чего сводятся к минимуму уровни нежелательных соединений, таких как акриламид, и при этом обеспечиваются намного более характерные вкус, аромат и цвет.
В одном аспекте изобретения способ настоящего изобретения дополнительно включает стадию c), выполняемую после стадии b) и включающую нагревание кофейных зерен со скоростью нагрева от 15°C/мин до 40°C/мин в течение максимум 3 минут. В другом варианте осуществления скорость нагрева составляет от 20°C/мин до 40°C/мин, например от 25°C/мин до 40°C/мин, например от 30 до 40°C. В еще одном варианте осуществления скорость нагрева составляет от 15°C/мин до 35°C/мин, например от 15°C/мин до 30°C/мин, например от 15°C/мин до 25°C/мин, например от 15°C/мин до 20°C/мин. Эта стадия позволяет добиться желаемого цвета и предотвратить недостаточное обжаривание кофейных зерен и сходный с попкорном аромат, типичный для недообжаренных кофейных зерен.
В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения скорость нагрева на этапе с) составляет от 15°C/мин до 40°C в течение максимум 3 минут.
В предпочтительном варианте осуществления скорость нагрева на этапе с) составляет от 15°C/мин до 40°C в течение менее 3 минут.
В другом варианте осуществления нагревание на этапе c) выполняют в течение менее 3 минут, например в течение менее 2,5 минуты, например в течение менее 2 минут, например в течение менее 1,5 минуты, например в течение менее 1 минуты, например в течение менее 30 секунд.
В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения стадию b) выполняют сразу после стадии a).
В другом конкретном варианте осуществления температурный профиль обжаривания включает в себя стадию b), выполненную сразу после стадии a), и стадию c), выполненную сразу после стадии b).
В одном конкретном варианте осуществления температуру конечной точки (т.е. максимальную температуру), достигнутую на стадии b) или c), можно поддерживать до достижения желаемого цвета и/или вкуса обжариваемого кофе. Это дает преимущество дополнительного проявления цвета и/или аромата при снижении уровня акриламида.
В одном конкретном варианте осуществления настоящего изобретения отношение скорости нагрева на стадии a) к скорости нагрева на стадии b) составляет от 3 до 15. Это дает преимущество максимального увеличения времени, проводимого в температурном диапазоне от 160°C до 220°C, при котором протекает реакция Майяра, и при этом предотвращается сжигание кофейных зерен, которое может приводить к потерям и развитию нежелательного постороннего привкуса (например, горечь, горелый привкус). В другом варианте осуществления соотношение скорости нагрева на стадии a) к скорости нагрева на стадии b) составляет от 4 до 15, например от 5 до 15, например от 6 до 15, например от 7 до 15, например от 8 до 15, например от 9 до 15, например от 10 до 15. В еще одном варианте осуществления отношение скорости нагрева на стадии a) к скорости нагрева на стадии b) составляет от 3 до 14, например от 3 до 13, например от 3 до 12, например от 3 до 11, например от 3 до 10.
Кофейные зерна, использованные в настоящем изобретении, представляют собой сырые кофейные зерна, не подвергавшиеся сильной термической обработке. Однако сырые кофейные зерна можно подвергнуть предварительной обработке перед обжаркой, включая, без ограничений, термическую обработку (предварительный нагрев), химическую или ферментативную предварительную обработку. Следовательно, в одном варианте осуществления настоящего изобретения кофейные зерна выбирают из группы, содержащей зеленые кофейные зерна, обработанные паром зеленые кофейные зерна, ферментативно обработанные зеленые кофейные зерна, декофеинизированные зеленые кофейные зерна, зеленые кофейные зерна, предварительно нагретые до температуры от 30°C до 140°C, и кофейные зерна, обжаренные выше CTn 120.
Цвет обжарки и время обжарки являются полезными индикаторами вкуса, аромата и уровня нежелательных соединений, получаемых из данного кофейного источника. В одном варианте осуществления кофейные зерна обжаривают до тех пор, пока цвет кофейных зерен не станет ниже CTn 60, или ниже CTn 50, или ниже CTn 40.
В одном варианте осуществления кофейные зерна обжаривают в обжарочной камере горячим воздухом. В предпочтительном варианте осуществления кофейные зерна обжаривают в ротационной обжарочной машине с псевдоожиженным слоем (RFB). В наиболее предпочтительном варианте осуществления скорости нагрева при переходе от стадии a) к стадии b) изменяют путем введения потока воздуха или охлаждающего газа в поток газов сгорания. Вводимый воздух обычно имеет комнатную температуру. Введение воздуха комнатной температуры или охлаждающего газа в поток газов сгорания приводит к падению скорости нагрева, что позволяет получать температурные профили обжаривания настоящего изобретения. Поток воздуха или охлаждающего газа вводят с использованием клапана с электроуправлением, который размещают в аппарате для снабжения и подачи воздуха в обжарочную камеру RFB. Электрическое управление выполнено с возможностью управления закрытием и открытием клапана в процессе обжаривания кофейных зерен с целью увеличения или уменьшения скорости нагрева и/или температуры обжаривания.
Изобретение описано ниже со ссылкой на следующие примеры. Следует понимать, что изобретение в заявленном виде не должно быть каким-либо образом ограничено этими примерами.
Пример 1
• Метод измерения CTn в обжаренных кофейных зернах.
TM
Степень обжарки обжаренных кофейных зерен определяли путем измерения цвета при помощи прибора Neuhaus Neotec ColorTest II (Neuhaus Neotec). Степень обжарки кофейных зерен обратно пропорциональна значениям CTn. Образец из 100 г обжаренных кофейных зерен отбирали из обжарочной машины и давали остыть до комнатной температуры. Образец мололи с использованием мельницы Ditting до среднего размера частиц от 800 до 1000 мкм. Свежемолотый кофе гомогенизировали путем перемешивания и 40 г молотого кофе высыпали в чашку для измерения образца и осторожно разравнивали поверхность. Чашку с образцом далее помещали в лоток прибора ColourTest II и измеряли значение CTn. Полученные значения CTn выражали как среднее из двух повторов с округлением до ближайшего наибольшего значения CTn. Чем ниже значение CTn, тем темнее кофе.
• Метод измерения уровней акриламида в обжаренных кофейных зернах.
TM
TM
TM
TM
TM
100 г обжаренных кофейных зерен мололи с использованием ротационной мельницы Retsch с использованием сита 0,5 мм. 40 мкг/мл меченного изопотомером раствора акриламида (внутренний стандарт) добавляли к 2 граммам молотого образца, который экстрагировали в 20 мл воды. За экстракцией следовало удаление мешающих неполярных продуктов путем добавления 5 мл 2,2,4-триметилпентана при перемешивании в течение 60 минут при комнатной температуре. После центрифугирования (20 минут при 10°C, при 4500 об/мин) отбирали 3 мл водного экстракта и разбавляли 3 мл воды. Далее водный раствор, содержащий акриламид, дополнительно очищали твердофазной экстракцией на кассете Multimode (Biotage) с последующей экстракцией на кассете ENV+ (Biotage). Акриламид, содержащийся в экстракте, далее концентрировали и анализировали методом жидкостной хроматографии с тандемной масс-спектрометрией (ЖХ-ТМС). 5 мкл образца наносили на колонку для жидкостной хроматографии Shodex RSpak DE-413 (Shodex) при скорости потока 0,6 мл/мин в подвижной фазе A: 0,01% муравьиной кислоты в воде и подвижной фазе B: 100% метанол для ЖХ-МС. Далее соединения пропускали через прибор для тандемной масс-спектрометрии Applied Biosystems Sciex 5500qQq (AB Sciex). Концентрацию акриламида определяли с помощью программного обеспечения Analyst (AB Sciex) на основе времени удержания, специфичного для акриламида. Расчет концентрации акриламида в неизвестном образце получали по формуле:
SAA
Sd3-AA
AA
d3-AA
C = C * ((A / A) - I) / S),
SAA
где C = концентрация акриламида в неизвестном образце
Sd3-AA
3
C = концентрация d-AA (внутренний стандарт) в обработанном образце в мкг/кг
I = отсечение калибровочной кривой
S = наклон калибровочной кривой
AA
A = площадь пика акриламида на хроматограмме
d3-AA
3
A = площадь пика d-акриламида на хроматограмме
Результаты по акриламиду выражены без десятичной части в мкг/кг, и при этом 1 миллиардная доля = 1 мкг/кг.
Неопределенность метода измерения по оценке составляет от 13% до 15%.
Пример 1 иллюстрирует температурный профиль обжаривания, полученный способом настоящего изобретения, в сравнении с температурным профилем, полученным в обжарочной машине барабанного типа (без введения окружающего воздуха). Также он показывает, что уровень нежелательного соединения, т.е. акриламида, является существенно более низким при применении способа настоящего изобретения для обжаривания и кофейных зерен в сравнении с обжариванием в обжарочной машине барабанного типа.
TM
Способ в соответствии с настоящим изобретением применяли для обжаривания кофейных зерен в одной и той же обжарочной камере. На стадии a) партию 35 кг смеси кофейных зерен сорта Робуста и Арабика вводили в ротационную обжарочную машину с псевдоожиженным слоем (RFB) Neotec и осуществляли псевдоожижение потоком горячих газов сгорания, создавая скорость нагрева 20,7°C/мин в течение периода 5 минут. На стадии b) в поток газов сгорания вводили воздух комнатной температуры, получая в результате скорость нагрева 6,1°C/мин в течение периода 4,1 минуты.
Цвет обжарки, достигнутый с использованием способа в соответствии с настоящим изобретением и измеренный в соответствии с вышеописанным способом с применением спектрофотометра Neuhaus Neotec ColorTest II, составил CTn 74.
Уровень акриламида в образце, обжаренном способом в соответствии с настоящим изобретением, измеренный в соответствии с вышеописанным методом, составил 298 миллиардных долей.
Температурный профиль обжаривания в соответствии с настоящим изобретением представлен на фиг. 1 (RFB — сплошная кривая).
В целях сравнения использовали одностадийный способ обжаривания в обжарочной машине барабанного типа. Партию 410 кг смеси кофейных зерен сорта Робуста и Арабика (спецификации те же, что описаны выше) вводили в контакт с потоком горячих газов сгорания, получая скорость нагрева 9°C/мин в течение периода 10 минут.
Цвет обжарки, достигнутый с использованием обжарочной машины барабанного типа и измеренный в соответствии с вышеописанным способом с применением спектрофотометра Neuhaus Neotec ColorTest II, составил CTn 75.
Уровень акриламида в образце, обжаренном в обжарочной машине барабанного типа, составил 369 миллиардных долей.
Температурный профиль обжаривания, полученный в обжарочной машине барабанного типа, представлен на фиг. 1 (машина барабанного типа — пунктирная кривая).
Таким образом, эти результаты показывают, что температурный профиль обжаривания настоящего изобретения позволяет получить неожиданно сниженный уровень акриламида при меньшем времени обжаривания. Действительно, обычно известно, что увеличение времени обжаривания позволяет уменьшить уровень акриламида, однако одностадийное обжаривание в обжарочной машине барабанного типа, хотя и выполняется дольше, дает очевидно более высокое содержание акриламида в сравнении с уровнями, полученными способами настоящего изобретения.
Пример 2
Пример 2 иллюстрирует температурный профиль обжаривания, полученный способом настоящего изобретения, в сравнении с температурным профилем, полученным в обжарочной машине барабанного типа (без введения окружающего воздуха). Также он показывает, что уровень нежелательного соединения, т.е. акриламида, несмотря на меньшее время обжаривания, является существенно более низким при применении способа настоящего изобретения для обжаривания и кофейных зерен в сравнении с обжариванием в обжарочной машине барабанного типа.
TM
Способ в соответствии с настоящим изобретением применяли для обжаривания кофейных зерен в одной и той же обжарочной камере. На стадии a) партию 400 кг сухих обработанных кофейных зерен сорта Арабика вводили и подвергали псевдоожижению потоком горячих газов сгорания в обжарочной машине Neotec RFB, получая скорость нагрева 32,5°C/мин в течение периода 2 минуты. На стадии b) настоящего способа в поток горячих газов сгорания вводили воздух комнатной температуры, получая в результате скорость нагрева 6,9°C/мин в течение периода 5,5 минуты.
Цвет обжарки, достигнутый с использованием способа в соответствии с настоящим изобретением и измеренный в соответствии с вышеописанным способом с применением спектрофотометра Neuhaus Neotec ColorTest II, составил CTn 141.
Уровень акриламида в образце, обжаренном способом в соответствии с настоящим изобретением, измеренный в соответствии с вышеописанным методом, составил 377 миллиардных долей.
Температурный профиль обжаривания в соответствии с настоящим изобретением представлен на фиг. 2 (RFB — сплошная кривая).
В целях сравнения использовали одностадийный способ обжаривания в обжарочной машине барабанного типа. Партию 262 кг сухих обработанных кофейных зерен сорта Арабика (спецификация та же, что описана выше) вводили в контакт с потоком горячих газов сгорания, получая скорость нагрева 7,9°C/мин в течение периода 7,5 минуты.
Цвет обжарки, достигнутый с использованием обжарочной машины барабанного типа и измеренный в соответствии с вышеописанным способом с применением спектрофотометра Neuhaus Neotec ColorTest II, составил CTn 154.
Уровень акриламида в образце, обжаренном в обжарочной машине барабанного типа, составил 518 миллиардных долей.
Температурный профиль обжаривания, полученный в обжарочной машине барабанного типа, представлен на фиг. 2 (машина барабанного типа — пунктирная кривая).
Пример 3
Данный пример иллюстрирует температурный профиль обжаривания, полученный способом настоящего изобретения, в сравнении с температурным профилем, полученным в обжарочной машине лопастного типа (без введения окружающего воздуха).
TM
Способ в соответствии с настоящим изобретением применяли для обжаривания кофейных зерен в одной обжарочной камере. На стадии a) партию 330 кг смеси кофейных зерен сорта Арабика и Робуста вводили и подвергали псевдоожижению потоком горячих газов сгорания в обжарочной машине Neotec RFB, получая скорость нагрева 35,6°C/мин в течение периода 2,3 минуты. На стадии b) в поток горячих газов сгорания вводили воздух комнатной температуры, получая в результате скорость нагрева 6,3°C/мин в течение периода 3,5 минуты.
Цвет обжарки, достигнутый с использованием способа в соответствии с настоящим изобретением и измеренный в соответствии с вышеописанным способом с применением спектрофотометра Neuhaus Neotec ColorTest II, составил CTn 95.
Уровень акриламида в образце, обжаренном способом в соответствии с настоящим изобретением, измеренный в соответствии с вышеописанным методом, составил 337 миллиардных долей.
Температурный профиль обжаривания в соответствии с настоящим изобретением представлен на фиг. 3 (RFB — сплошная кривая).
В целях сравнения использовали двухстадийный способ обжаривания в обжарочной машине лопастного типа. Партию 330 кг смеси кофейных зерен сорта Арабика и Робуста (спецификация та же, что описана выше) вводили в контакт с потоком горячих газов сгорания, получая скорость нагрева 14,5°C/мин в течение периода 3,7 минуты, с последующей стадией со скоростью 6,4°C/мин в течение периода времени 2,2 минуты.
Цвет обжарки, достигнутый с использованием обжарочной машины лопастного типа и измеренный в соответствии с вышеописанным способом с применением спектрофотометра Neuhaus Neotec ColorTest II, составил CTn 95.
Уровень акриламида в образце, обжаренном в обжарочной машине лопастного типа, составил 466 миллиардных долей.
Температурный профиль обжаривания, полученный в обжарочной машине лопастного типа, представлен на фиг. 3 (машина лопастного типа — пунктирная кривая).
На фиг. 3 можно видеть, что отношение между скоростью нагрева на стадии a) и на стадии b), соответствующее настоящему изобретению, невозможно получить в обжарочной машине лопастного типа, и в результате формируется другой температурный профиль. Действительно, наклон для скорости нагрева в обжарочной машине лопастного типа (пунктирная линия на фиг. 3) оказывается почти постоянным, хотя скорость нагрева существенно уменьшилась. Уровень акриламида, получаемый при температурном профиле настоящего изобретения, был существенно более низким по сравнению с уровнем акриламида, получаемым в обжарочной машине лопастного типа.
Пример 4
Данный пример иллюстрирует температурный профиль обжаривания в соответствии с настоящим изобретением, включающий стадии нагревания a), b) и c).
TM
Способ в соответствии с настоящим изобретением применяли для обжаривания кофейных зерен в одной и той же обжарочной камере. На стадии a) партию 35 кг сухих обработанных кофейных зерен сорта Арабика вводили в ротационную обжарочную машину с псевдоожиженным слоем (RFB) Neotec и осуществляли псевдоожижение потоком горячих газов сгорания, создавая скорость нагрева 21,2°C/мин в течение периода 3 минуты. На стадии b) в поток газов сгорания вводили воздух комнатной температуры, получая в результате скорость нагрева 2,4°C/мин в течение периода 8,7 минуты. На стадии c) введение окружающего воздуха прекращали, получая скорость нагрева 15,3°C/мин в течение периода 2,9 минуты.
Цвет обжарки, достигнутый с использованием способа в соответствии с настоящим изобретением и измеренный в соответствии с вышеописанным способом с применением спектрофотометра Neuhaus Neotec ColorTest II, составил CTn 74.
Уровень акриламида в образце, обжаренном способом в соответствии с настоящим изобретением, измеренный в соответствии с вышеописанным методом, составил 298 миллиардных долей.
Температурный профиль обжаривания в соответствии с настоящим изобретением представлен на фиг. 4 (RFB — сплошная кривая).
Хотя изобретение описано при помощи примера, следует понимать, что возможно внесение изменений и модификаций без отклонения от объема изобретения, определяемого формулой изобретения. Более того, если существуют эквиваленты конкретных элементов, такие эквиваленты включены так, как если бы они были конкретно упомянуты в настоящем описании.