CN1034657A - 可溶咖啡的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在加工经焙炒和磨碎咖啡的咖啡水 提取液中得到所期望的风味和香味挥发物。改进喷 雾干燥浓缩的水提取液制备可溶咖啡全过程的方法 是采用汽提器除去高达20％提取液，接着浓缩，使用 装有4-48块塔板的吸收塔，用冷水回收非冷凝的香 味和已冷凝香味，液气比(L/V)为0.1至30/1，然 后，把吸收后香味再引入浓咖啡提取液，将其喷雾干 燥，得到芳香可溶的干咖啡。

Description

本发明涉及藉喷雾干燥浓缩的咖啡水提取液制备芳香可溶咖啡的方法。该提取液具有经本咖啡制备方法处理得到的醇厚的清咖啡香味。

在美国专利3，345，182号中，由Huste等人所做工作表明，通过喷雾干燥，在咖啡水提取液中固体浓度较高，改进了挥发性保留物。然而，采用高效浸出汁液的咖啡渗滤器进行操作更为经济，其提取液中可溶量也较高，但是固体浓度较低。因此，需要一种浓缩这种稀提取液的更有效方法。但是，在这种方法的处理过程中，应俘获和保留的挥发性咖啡风味和香味化合物通常均会在处理过程中失去。

本发明可用以代替Hawes等人公开于美国专利4，474，820号的方法。按照该专利所述方法，在吸收塔中，用冷咖啡提取液吸收大量挥发性咖啡风味和香味化合物，然后，再将提取液加到浓缩物中，接着喷雾干燥。

1983年4月5日授予Liu的美国专利4，379，172号介绍了蒸汽汽提收集低温条件下的香味和浓缩咖啡提取液。

美国专利3，248，233号介绍了使用真空泵俘获香味。

本发明涉及利用吸收塔俘获和保留在加工和浓缩稀咖啡提取液中得到的挥发性咖啡风味和香味化合物，该方法通过使用涤气器将香味化合物吸收到冷水中，装有结构填料的本涤气器能提供8至24级分离。此外，用于涤气器的液气比可维持在0.1/1至30/1，优选为8/1至16/1，以10/1至14/1的水气比为最佳。在进行喷雾干燥前，作为一个处理步骤，用吸收塔可回收和转移所需咖啡风味和香味化合物到浓缩物中，该浓缩物是从固体含量低于20%至40%，最好为50%或更高的提取液中回收得到的。然后，把这些风味和香味挥发物溶合到浓咖啡提取液中，并且用高粘度喷雾干燥浓提取液作进一步加工，使之凝固成干咖啡固体。从两个部分回收得到香味，即从渗滤柱排放至计量槽的提取液在湿润（排出气体）时，由渗滤柱回收香味，以及回收从仅在提取液浓缩前使用的汽提柱中回收的香味。挥发性香味最好包含由渗滤和汽提该合成的提取液而得到非冷凝性风味和香味化合物。

本发明是根据基于这样一个研究结果，如采用合适的吸收条件，易挥发咖啡风味和香味化合物可在冷水中回收，并可在其中被吸收。

由于吸收塔适于选择性地去除风味组分，因此，通过吸收塔可回收由提取液汽提过程得到的清咖啡香味组分约50%，以75%至90%为最佳。

此外，采用蒸发器浓缩提取液来回收糠醛时，得到少于60%的糠醛，因此从汽提器回收香味时，第一次仅将20%或最好少于12%提取液加至该汽提器。

将提取或吸收的香味溶合到含固体50%或更高的浓提取液中，接着喷雾干燥。

我们还知道便利的是采用捕集含清香味的焙炒及磨碎咖啡在计量槽提取液中所产生的全部顶空气体，其气相色谱量高于2500μg/gm或为“清香”的1000μg/gm或更多。获得最小 气相色谱量的一种方法是用30%，最好为40%***咖啡制成基本提取液，该提取液含有与经汽提回收的“清”（“green”）香味充分混合的酒和奶油风味。

本发明涉及使用相对较廉价设备，而以前使用的气体香味收集器设备是昂贵的，例如液氮冷凝器或冷却盐水除膜汽液接触器，如螺旋式换热器（votator）。本发明的另一优点是工艺的多重应用，最理想的是用于俘获留在最终产品中的非冷凝气体风味和香味的化合物。

一种采用喷雾干燥由已知焙炒和磨碎咖啡获得浓缩的咖啡水提取液制备可溶咖啡的方法。该方法采用如下步骤俘获其中的清香非冷凝咖啡香味，并凝固于最终干咖啡中。所述步骤为：

a）从进料塔排出提取液，得到经焙炒和磨碎的咖啡提取液，其特征为用顶空和俘获法测得每克咖啡固体含气相色谱最小总量为2500μg（每克为1000μg“清香”）;

b）将提取液收集在计量槽中;

c）用水封真空泵收集来自该槽的清香香味，使之冷凝并收集于密封水中;

d）用蒸汽汽提来自计量槽的提取液，用冷凝器收集可冷凝香味和步骤c）真空泵中非冷凝部分;

e）在负压条件下，将所述汽提过的咖啡水提取液蒸发浓缩至固体重量超过约40%，优选为50%，以55%为更佳。

f）将步骤c）的密封水和步骤d）的冷凝汽提香味引至有4-48级或塔板的冷却水吸收塔，并且L/V为0.1/1至30/1;

g）将一部分吸收物再循环至步骤c）真空泵的水封处;

h）将步骤f）的吸收物与步骤e）的浓缩提取液合并;以及

i）喷雾干燥步骤h）合并的汽提物和提取液。

步骤e）的蒸发浓缩可用单效或多效真空蒸发器或其它适宜的浓缩设备实施，包括采用刮膜蒸发器。

进入喷雾干燥的步骤h）的汽提物和提取液的固体浓度约为35%至60%，以50%至60%为佳。

本发明包括使用汽提装置去除挥发性香味，在气体吸收塔内由冷却水吸收介质俘获汽提物和其它“清香”香味的非冷凝香味，以及高粘度喷雾干燥，使“清香”凝固于干咖啡中。

采用8-48级结构填料塔（例如格利希塔中放置古德洛填料），将非冷凝蒸气“清香”俘获于水中，使挥发物在吸收塔中以0.1/1至30/1的高液气比接触，尤以4/1或8/1至24/1为佳。

参见附图1，该图表示本发明方法的流程图，185℃的热给水1进入串联的渗滤柱2，水通过最废的咖啡渣滓，逆向引入到最新鲜的咖啡。通过两个或两个以上的渗滤柱后，用柱间冷却器4冷却含有经高压灭菌过的含咖啡固体的给水，此时，冷却器4将提取液温度降至100℃以下。然后，提取液流至1个或几个装有新鲜咖啡的柱3。为尽可能地收集优质香味和咖啡提取液，最好采用2个或更多的新鲜咖啡柱。该图1中表示了3个高压灭菌柱和3个新鲜咖啡柱。将最后一个柱的提取液收集在排放槽或计量槽5中，非凝集的挥发性气（排出气）置换空气，充满常压柱，在计量槽中脱离提取液的气体（顶部空间的二氧化碳气体），通过管道7，被水封真空泵6抽除。用于泵密封的水是通过管道8，取自冷却的吸收 塔，一旦达到稳态操作时，该水含有收集的香味。操作开始时，在吸收塔中使用新鲜水。

计量槽5的提取液通过管10流向汽提器9，并用喷嘴12雾化。蒸汽11在雾化提取液的下方引入汽提器，蒸汽把大量香味和部分水排至冷却的水冷凝器14。汽提冷凝器14非凝集的香味，通过管道15送至真空泵6，而冷凝的液体香味17流入吸收塔或涤气器18。操作开始时，在结物填料20上方喷射添加的水19。使吸收物从装有8至24级填料的吸收塔排至槽22。含有香味的吸收物21收集在槽22中，而部分通过管道8再循环至真空泵密封装置6。

汽提过的提取液23，自汽提器9引入蒸发器24，固体含量最好为50-70%的浓缩提取液25与香味26混合，在27中喷雾干燥。

附图2是“清香”香味含量物料平衡，如本文所述，用顶空和俘获试样制备，经毛细管柱气相色谱分析确定基准，以每克固体含ppm香味或μg/gm可溶固体表示。一般来说，这些物料平衡量的变化幅度为±50%，较好为±25%，以±15%为最佳。由图可见，88ppm的部分排出气和88ppm出自计量槽5顶端二氧化碳香味，以及206ppm出自汽提器9的非凝集“清香”，被水封真空泵6抽吸入涤气器或吸收塔18，同时引入由汽提冷凝器14得到的冷凝香味17，在吸收塔18中，用流过8-24级结构填料的冷却水回收这些香味。

当新柱装满提取液时，从中排出的气体是排出气，其含“清香”香味量约为提取液中总“清香”香味的5-15%。

顶端二氧化碳香味溶于提取液，并释放入计量槽中，其中香味含量大致与排出气相同。

真空操作提取液汽提器9，它由一个开口室构成，提取液在近其顶端用喷嘴雾化，并通入蒸汽，该蒸汽除去高达20%引入汽提器的提取液，最好小于12%，以3至12%为最佳，并除去提取液中70-95%的“清香”。在汽提器内除去约60至70%（重量）蒸汽。然后，汽提过的香味冷凝于水冷凝器，该冷凝器排除约99%水蒸汽而仅留70%至90%“清香”。大部分余留“清香”由真空泵泵出，收集在从涤气器18排出的冷芳香化水的水封泵6。当然，从提取液分离的蒸汽精确量随操作条件而变化。

所用真空泵6是市售液环真空泵，用管子输送以收集水封中非凝集香味。在控制速度条件下，将水输入泵内进行运转，然后，藉叶轮加速，由离心力将水甩向轮壳周边。叶片间形成的空腔完全浸在轮壳内的水中，当叶片旋转时，在它们的顶部仅有水，因而形成密封。该泵设计成所述空腔与端盖的入口一致，将流程空气引入泵内。

用类似方法但反向作用，迫使空气从泵的另一端端盖部位排出。随着流程空气通过该泵，发生充分混合，导致吸收非凝集的香味。

通常用0-10℃，最好是0-5℃冷水逆向操作吸收塔或涤气器18，液气比可为0.1/1至30/1，以4/1至24/1为佳。按提供最小压力降来确定涤气器的直径。涤气器的上部装有结构填料使其为约4-48级。其它商品填料也是适宜的，只要能得到类似结果，而压力降并不太大即可。

将汽提器的冷凝香味加至吸收塔或涤气器，以助回收香味和保 持稳态平衡及批量完整性。

涤气器内用水的优点是较易清洗，无生物问题。该涤气器可在高达50Psig压力下操作，因此可提高效率。

来自吸收塔的香味贮存在冷却香味槽22中，由此返回至从蒸发器24回收的浓提取液。

汽提过的提取液在如APV公司所产生的多级真空蒸发器24中蒸发，使含固体10-20%提取液浓缩至40%以上，最好含固体50%以上。按3级操作蒸发器，即三效蒸发器带有保持在70℃、60℃和50℃的沸腾提取液，由调整每个闪蒸室的真空控制。一效蒸发器用蒸汽加热，二效和三效蒸发器用前一效蒸发器的蒸汽加热，每一效蒸发器生成的冷凝液有一定量含很多不合要求风味的香味化合物。不合要求风味中大部分是糠醛，在可溶工艺中易产生不平衡状态。汽提结果使我们可保留更多自然（类似焙炒和磨碎）平衡的所期望的组分。蒸发器的冷凝液送至排放口。

来自香味槽的香味与浓缩提取液混合，利用工业用线型静态混合器连续进行混合。计量泵用以把香味返回至喷雾干燥器进料泵的入口处，加到提取液进料管线，该比率根据加入干燥器的固体量控制。通常返回量为100%，但有时返回量减至100%以下。

采用高粘度喷雾干燥法干燥芳香化提取液，该方法利用2500Psi和喷射***喷嘴，将含55%固体的提取液的小颗粒喷射成热气状态。该提取液，由于其颗粒粒径小而快速干燥，高比率俘获了“清香”香味。还控制喷雾干燥器入口温度为250℃至270℃，出口温度为105℃至120℃，最好低于110℃，以保持含水率比常规干燥提取液多0.5至1.5%，即最终含湿量为3%至5%。这还防止了蒸煮的发展和不合要求的焦糖风味。

最终的干咖啡可进行成块、压碎、与其它咖啡混合，并可另作处理，研制出优质咖啡产品。测量咖啡组分的顶空和俘获法是通过从可溶咖啡、咖啡提取液、咖啡饮料或香味水溶液收集咖啡挥发物进行实施的。这是在外式热动力汽提塔（external    Dynamic    thermel    Stripper），如型号1260多层吸附捕集器中通过惰性气体排除挥发物进行。

该捕集器用Envirochem公司的Unicon    810A浓缩器进行热解吸，将挥发物作为小试样塞***装有火焰电离检测器（FID）或其等同物的perkin    Elmer    Sigma    1气相色谱仪中。

在100ml量瓶中制备约含1%（重量）咖啡固体的试样，瓶中容量物用氦60ml/min被喷射到由炉子控制温度为65℃的热动力汽提器中，汽提器的挥发物收集在型号ST031吸着管（Sorbent    Tube）内。所述收集挥发物的管子包括玻璃珠/Tenax    TA/Ambersorb/活性炭。将2ml    0.1的4-甲基噻唑溶于3ml水作为外标物。

在230℃下，将收集管收集的挥发物送至Unicon浓缩器中进行浓缩，然后引入熔凝硅石涂壁开口管柱（WCOT）的色谱柱（25m×0.32mm），即涂有CP    Si15的毛细管，涂层根据Chrompack或Scientific公司标定的1μm薄膜厚度。检测器温度为250℃，喷射器温度为230℃，炉温先处于0℃下6分钟，然后，按6℃/min依序升至200℃，并在此温度保持5分钟。

分析结果列于下表：

试样名称    计量槽提取液

总的FID    4280

乙醛    935

IBA    400

IVA    327

2甲基丁醇    284

呋喃    17

2甲基呋喃    0

二乙酰基    67

2，3戍烷二酮    68

糠醛    1148

清香（除糠醛外）    2098

火焰电离检测器（FID）总计数为4280，包括糠醛、“清香”和较高分子量化合物。清香是乙醛、异丁基乙醛（IBA）戊酰醛（IVA）、2-甲基丁醇、呋喃、2-甲基呋喃、二乙酰基、2，3戊烷二酮的总数。

业已认为，按本发明制备的喷雾干燥产品类似于冷冻干燥咖啡，它们的风味可称为酒味、奶油味、芳香、groundsy、温和及非常醇美。

实施例

将100%***豆混合物焙炒至55号焙炒色，粗磨，进行渗滤处理，制成浓度约15%的咖啡提取液。每个柱装有660kg左右密度为300kg/m³的新焙炒和磨碎咖啡。

当新的咖啡柱装满来自邻近新柱的提取液时，置换气体通过排出管线引向香味回收***，这种气体体积大约等于66%渗滤柱体积即1.45m³。

该柱充满后，咖啡提取液流进密封计量槽，冷却至35℃以下时被排放。当提取液进入计量槽时，同时释放溶解气体，这些气体也通过排出管线引向香味回收***。排出的提取液全部流入计量槽，每个循环为1980kg（DOF3.0），完成一个循环约需35分钟。

排出气包括焙炒过程产生的“清香味”和渗滤***中湿润和提取焙炒和磨碎咖啡释放的“清香味”。

然后，将提取液以8000kg/hr送至汽提器，低压蒸汽以大致为225kg/hr速率给入汽提器，因低真空牵引汽提器，致使320kg/hr香味蒸汽传送至冷凝器。

当进行4%汽提时，约有75%标的物“清香”化合物从提取液解吸，其中，约75%随蒸汽冷凝，25%通过真空泵排出冷凝器。

在三效APV蒸发器中，将提取液蒸浓至60%左右。

将来自汽提冷凝器的非凝集气体，以及从渗滤柱和计量槽排出的气体给入涤气柱，新鲜的冷却水（5℃）以80kg/hr进入柱顶部。当水和气体逆流通过该柱时，90-95%轻香味组分被吸入液流。

来自前面汽提过程的冷凝汽提香味也给入填料下方的涤气器，这导致两股香味流均匀混合，起到对水封的缓冲作用。当香味产品离开涤气器时，已冷却至5℃。一部分产品流转移至真空泵，作为水封，再循环至涤气器。

香味产品贮在夹套槽内，进料返回至提取液，用计量泵将其给入喷雾干燥器。根据给入喷雾干燥器的固体，以100%逆向给入液体香味。在本实施例中，每3kg可溶固体加至喷雾干燥器，逆向加入1kg液体香味。

在入口温度260℃，出口温度小于110℃非喷雾干燥器中干燥芳香提取液，从而获得芳香的干粉。

Claims (3)

1、一种制备芳香干咖啡的方法，该方法包括：

a)获得咖啡提取液，其具有气相色谱最小量为2500μg/g可溶咖啡固体；

b)从新焙炒和磨碎的咖啡汲取所述提取液；

c)从所述提取液将“清香”香味收集在用冷却水封的真空泵中，使之冷凝并将香味收集在水封内；

d)用蒸汽汽提步骤b)的提取液，用冷凝器收集20%可凝香味，在步骤c)的真空泵中收集非冷凝的香味；

e)在负压条件下，把步骤d)汽提过的提取液蒸发含固体量至少为40%；

f)将步骤c)的水封香味和步骤d)的冷凝香味引4至48块塔板的吸收塔，在10℃下，香味与冷水以液气比0.1/1至30/1进行接触；

g)将步骤f)的吸收香味与步骤e)的浓提取液合并；以及

h)将浓缩物喷雾干燥成芳香可溶的干咖啡。

2、根据权利要求1的方法，其中，由焙炒和磨碎至少含30%***咖啡的咖啡中制备步骤a）的提取液，从而在最终喷雾干燥的产品中产生各种不同的酒味，奶油味。

3、由权利要求1的方法制备的产品。

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