СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АРОМАТИЗИРОВАННОЙ ВОДНОЙ ЖИДКОСТИ Российский патент 2015 года по МПК A23F5/48 A23F5/46 

Настоящее изобретение относится к способу производства водной жидкости, ароматизированной ароматическими соединениями кофе. Данная жидкость может оказаться полезной, например, в производстве растворимых кофейных продуктов.

Уровень техники

Экстракты кофе являются основой растворимых кофейных продуктов, либо в высушенном виде, в форме порошка (растворимый кофе), либо в жидкой форме (например, готовый к употреблению кофейный напиток). Ароматы являются важной частью растворимых кофейных продуктов; если продукту не хватает аромата, это отрицательно сказывается на восприятии продукта потребителем. Растворимые кофейные порошки, получаемые в результате промышленных способов, включающих в себя экстракцию, концентрацию и сушку, обычно обладают значительно меньшим ароматом. По этой причине общепринятой практикой является восстановление кофейных ароматов, потерянных в процессе промышленной обработки растворимого кофе, и повторное введение этих ароматов, например, в концентрированный экстракт кофе перед процессом сушки порошка растворимого кофе. Восстановление ароматов кофе может быть произведено в несколько этапов производства, например, посредством десорбции ароматов кофе перед процессом экстракции. В заявке WO 01/13735 раскрывается способ извлечения кофейного аромата из молотого кофе, включающий в себя увлажнение, нагрев и извлечение кофейного аромата посредством подвергания молотого кофе воздействию пониженного давления. Кофейные ароматические соединения, извлеченные посредством указанной обработки, могут быть регенерированы. В документе ЕР-1069830 (Примечание: патент GEAR) раскрывается способ, заключающийся в создании суспензии жареного и молотого кофе и десорбции аромата из этой суспензии с помощью газа для создания ароматизированного газа. В обоих методах производится высвобождение ароматических соединений из жареного и молотого кофе в газовую фазу, из которой они впоследствии собираются. Вышеупомянутый поток газа включает в себя газы, уже присутствующие в жареном кофе (в основном, двуокись углерода), и, возможно, захваченный воздух или пар. Выделение аромата из газа обычно осуществляется путем конденсации данного аромата при низкой температуре, например, методом низкотемпературной конденсации. Низкотемпературная конденсация является дорогой технологией, которая, кроме того, не обеспечивает полного выделения всех высоколетучих ароматических соединений кофе. Существует необходимость усовершенствования процесса выделения высоколетучих ароматических соединений при снижении стоимости и сложности данного процесса, не подвергая газ, содержащий ароматические соединения, воздействию повышенных температур, приводящих к разложению данных ароматических соединений.

Сущность изобретения

Авторами изобретения было обнаружено, что газ, содержащий аромат жареного и молотого кофе и воду, можно конденсировать, чтобы создать газовую фазу и жидкую водную фазу. Газовую фазу, включающую ароматические соединения, можно подвергнуть воздействию повышенного давления в присутствии водной жидкости, что приведет к переходу ароматических соединений из газовой фазы в водную жидкость и созданию ароматизированной водной жидкости. В ходе этого процесса повышения температуры, происходящего обычно во время повышения давления, удается избежать за счет охлаждающего влияния водной жидкости, и извлечение в этом процессе температурного увеличения, которое обычно случалось бы в течение герметизации, избегает охлаждающего влияния водной жидкости, и извлечение высоколетучих ароматических соединений улучшается по сравнению с методами предшествующего уровня техники.

Таким образом, предметом данного изобретения является способ производства ароматизированной водной жидкости, включающий: а) обеспечение газа, обладающего ароматом жареного и молотого кофе и воды; b) конденсацию газа, содержащего ароматические соединения и воду, для создания жидкой водной фазы и газовой фазы; и с) подвергание газовой фазы, полученной на стадии b), воздействию повышенного давления в присутствии водной фазы для получения ароматизированной водной жидкости. Еще одним предметом изобретения является способ производства высушенного растворимого экстракта кофе.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схема водокольцевого компрессора.

Фиг.2 - иллюстрация и пример процесса производства сухого быстрорастворимого порошка кофе.

Фиг.3 и 4 - результаты примера 3.

Раскрытие изобретения

Согласно настоящему изобретению, обеспечивается газ с ароматом жареного молотого кофе и воды. Это может быть осуществлено с помощью любого подходящего метода, несколько таких методов хорошо известны специалистам в данной области.

Предпочтительно, газ с ароматом жареного молотого кофе и воды получают путем экстракции из жареного молотого кофе для получения газа, содержащего ароматические соединения. В настоящее время известны несколько способов экстракции жареного молотого кофе, например, способ, описанный в патентном документе WO 01/13735, в котором отделение газа, содержащего ароматические соединения, от жареного молотого кофе производится при пониженном давлении, а также способ, раскрытый в патенте ЕР 1069830, в котором поток газа используется для придания аромата газовой фазе. Газ с ароматом жареного молотого кофе и воды можно также получить как газ из кофемолки, т.е. как газ с высоким содержанием ароматических соединений, выделяемый зернами кофе в процессе перемалывания, а также в течение определенного периода времени после перемалывания. Этот газ содержит воду, появляющуюся по причине, например, естественной влаги жареного молотого кофе, выделяемой в процессе перемалывания и/или экстракции, а также в результате добавления воды к жареному молотому кофе, как, например, в случае, когда жареный молотый кофе увлажняют перед экстракцией или в процессе экстракции, или вследствие нагнетания пара в процессе экстракции. Газ с ароматом жареного молотого кофе и воды может также содержать углекислый газ, например, углекислый газ, выделяемый кофейными зернами.

Газ, содержащий ароматические соединения и воду, конденсируют, чтобы получить жидкую водную фазу и газовую фазу. Конденсация может производиться любым подходящим способом; обычно она производится путем понижения температуры газа, таким образом, что жидкая водная фаза конденсируется из газа, содержащего ароматические соединения и воду. Используемая температура будет, например, зависеть от давления в системе и влагосодержания газа, содержащего ароматические соединения и воду. Как правило, газ, содержащий ароматические соединения и воду, конденсируется при температуре от 0 до 40°С, например, при температуре в диапазоне от 5 до 30°С, или от 5 до 20°С. Используемое при этом давление составляет обычно от 0,1 до 3 бар абс. (от 10 до 300 кПа абс), например, от 0,2 до 2 бар абс. (от 20 до 200 кПа абс.) или от 0,3 до 1 бар абс. (от 30 до 100 кПа абс). При этом может использоваться любой подходящий известный конденсатор. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, газ, содержащий ароматические соединения и воду, не подвергается воздействию температур и давлений, при которых содержащаяся в нем вода превращалась бы в твердую фазу (лед). Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения, газ, содержащий ароматические соединения и воду, в процессе обработке подвергается воздействию минимальной температуры выше 0°С.

Газовая фаза, полученная путем конденсации газа, содержащего ароматические соединения и воду, подвергается воздействию повышенного давления в присутствии герметизации в присутствии водной жидкости, с целью получения ароматизированной водной жидкости. Под подверганием воздействию повышенного давления подразумевается подвергание воздействию давления, более высокого, чем давление, применявшееся на стадии конденсации. Предпочтительно, во время повышения давления давление увеличивают до значения от 1 до 20 бар абс. (от 100 до 2000 кПа абс.), например, от 2 до 15 бар абс. (от 200 до 1500 кПа абс.) или от 2 до 8 бар абс. (от 200 до 800 кПа абс.). Повышение давления производится в присутствии водной жидкости. Этим означает, что во время повышения давления газовая фаза находится в контакте с водной жидкостью. Повышение давления в присутствии водной жидкости приводит к переходу ароматических соединений из газовой фазы в водную жидкость, создавая ароматизированную водную жидкость; в то же самое время, водная жидкость может поглощать тепло, создаваемое в результате повышения давления газа, предотвращая тем самым повышение температуры до такой степени, как это происходило бы в случае повышения давления газовой фазы без присутствия водной жидкости. В предпочтительном варианте осуществления изобретения массовое соотношение водной жидкости и газовой фазы в процессе повышения давления составляет от 1:1 до 10000:1, например, от 3:1 до 5000:1. Чтобы минимизировать разложение ароматических соединений, максимальная температура, воздействию которой подвергают газовую фазу, должна быть ниже 60°С, например, ниже 50°С, или ниже 30°С.

Повышение давления может быть выполнено в любом подходящем для этого контейнере или устройстве. Поверхность контакта между газовой фазой и водной жидкостью и время контакта должны быть достаточны для того, чтобы обеспечить эффективный переход ароматических соединений из газовой фазы в жидкую водную фазу и поддержание температуры в пределах заданного диапазона. Температуру в процессе повышения давления можно сохранить на желаемом уровне, например, путем циркуляции водной жидкости в охлаждающем устройстве с целью компенсации тепла, вырабатываемого при повышении давления газовой фазы. В качестве водной жидкости, присутствующей в процессе повышения давления, можно использовать любую подходящую водную жидкость, такую, как, например, вода или экстракт кофе. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, в качестве водной жидкости используется вся или часть водной жидкой фазы, полученной в процессе конденсации газа, содержащего ароматические соединения и воду. Таким образом, сконденсированную водную жидкую фазу, которая уже может содержать низко- и слаболетучие ароматические соединения кофе, сконденсированные вместе с водой на стадии конденсации, можно ароматизировать посредством перевода в нее высоколетучих ароматических соединений из газовой фазы, таких как ароматические соединения, сконденсированные на стадии конденсации, и ароматические соединения, введенные в газовую фазу на стадии повышения давления.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, повышение давления в присутствии водной жидкости осуществляется в водокольцевом компрессоре. Сжатие газа в водокольцевом компрессоре происходит за счет вращения рабочего колеса с лопатками, эксцентрично установленного в цилиндрическом корпусе. Водную жидкость заливают в насос, и под действием центробежного ускорения она образует вращающееся цилиндрическое кольцо внутри корпуса. Данное кольцо жидкости создает ряд герметичных рабочих ячеек между лопатками рабочего колеса, образуя камеры сжатия. Вследствие эксцентриситета между осью вращения рабочего колеса и геометрической осью корпуса происходит циклическое изменение объема между лопатками и кольцом водной жидкости. Газовая фаза всасывается в насос через впускное отверстие с одной стороны корпуса, на которой объем вышеупомянутых камер сжатия, образованных лопатками рабочего колеса и кольцом жидкости, является максимальным, и газ оказывается заключенным в камерах сжатия. Уменьшение объема, обусловленное вращением рабочего колеса, сжимает газ, и сжатый газ выходит из компрессора через выпускное отверстие на противоположной стороне корпуса, где объем камер сжатия является минимальным. Принцип работы водокольцевого компрессора иллюстрируется с помощью Фиг.1. Для регулирования температуры в водокольцевом компрессоре циркуляция водной жидкости, предпочтительно, производится через внешний теплообменник. Таким образом, водокольцевой компрессор работает непрерывно. Можно использовать два или более последовательно установленных водокольцевых компрессора. Когда водная жидкая фаза, полученная путем конденсации газа, содержащего ароматические соединения и воду, используется в качестве водной жидкости в водокольцевом компрессоре, данная жидкая фаза может быть еще более ароматизирована, и в то же время, использована в качестве рабочей и охлаждающей жидкости для водокольцевого компрессора. Газовая фаза, выходящая из водокольцевого компрессора, может содержать некоторое количество жидкости. Эту жидкость можно отделить от газа и снова смешать с водной жидкой фазой. Полученная ароматизированная водная жидкость может использоваться для обеспечения аромата кофе, например, для пищевых продуктов, где это желательно. Если данная ароматизированная водная жидкость не используется немедленно, ее можно хранить под давлением до того момента, когда она будет использована. Для этого можно использовать любое подходящее давление, например, в диапазоне от 1 до 20 бар абс. (от 0,1 до 2,0 МПа абс.). Предпочтительное давление хранения равняется давлению в компрессоре.

Способ, предлагаемый настоящим изобретением, может быть использован различным образом при производстве растворимого кофе. Например, полученная ароматизированная водная жидкость может использоваться для придания аромата кофейному экстракту посредством смешивания данной ароматизированной водной жидкости с кофейным экстрактом. Далее, из данного ароматизированного кофейного экстракта может быть изготовлен сухой растворимый кофе путем высушивания ароматизированного экстракта с помощью известных способов сушки экстракта кофе, например, путем распылительной или сублимационной сушки. Газ с ароматом жареного молотого кофе и воды обычно содержит также углекислый газ, выделяемый зернами кофе. Это, например, имеет место, если газ получают методом экстракции из жареного молотого кофе, как указано выше. Углекислый газ может полностью или частично переходить в водную жидкость на стадии повышения давления. При производстве сухого растворимого кофе этот углекислый газ может быть использован для того, чтобы регулировать плотность конечного продукта, например, если ароматизированная водная жидкость, содержащая углекислый газ, будет смешиваться с экстрактом кофе, который затем предполагается высушить. Количество углекислого газа, добавляемого в экстракт, и, следовательно, плотность экстракта кофе, может легко контролироваться специалистом путем регулирования параметров процесса, т.е. давления и температуры, и количества ароматизированной водной жидкости, смешиваемой с экстрактом. Таким образом, предлагаемый настоящим изобретением способ может устранить или уменьшить необходимость добавления углекислого газа из внешнего источника, как это часто делается при производстве растворимого кофе для получения требуемой плотности порошка растворимого кофе. Плотность порошка растворимого кофе играет важную роль, например, для получения требуемых характеристик растворимости, а также для обеспечения возможности правильной дозировки порошка при приготовлении кофе.

Предлагаемый настоящим изобретением способ может быть использован, например, при производстве растворимого экстракта кофе, как, например, показано на Фиг.2. Технология производства растворимого кофе хорошо известна; как правило, она включает операции обжаривания зеленых кофейных зерен, их перемалывания, извлечения аромата из жареного молотого кофе в форме газа, содержащего ароматические соединения жареного молотого кофе с водой, концентрирования кофейного экстракта путем испарения и сушки концентрированного экстракта в порошок, например, путем распылительной или сублимационной сушки. Предлагаемый настоящим изобретением способ может использоваться для производства ароматизированной водной жидкости из газа, содержащего ароматические соединения жареного молотого кофе и воду, и данную ароматизированную водную жидкость можно добавлять в концентрированный экстракт кофе перед сушкой. Таким образом, в одном из возможных вариантов осуществления предлагаемый настоящим изобретением способ заключается в смешивании ароматизированной водной жидкости, полученной на стадии с), с экстрактом кофе. В еще одном варианте осуществления предлагаемый настоящим изобретением способ заключается в высушивании данного экстракта кофе после смешивания с ароматизированной водной жидкостью с целью получения сухого растворимого экстракта кофе.

В одном из возможных способов осуществления настоящего изобретения жареный молотый кофе предварительно смачивают водной жидкостью до экстракции аромата из зерен кофе с помощью пара. Газ, содержащий ароматические соединения жареного и молотого кофе и воду, получаемый путем экстракции из кофе, подвергают конденсации для получения жидкой водной фазы и газовой фазы; затем указанную газовую фазу подвергают воздействию повышенного давления в присутствии вышеуказанной жидкой водной фазы для получения ароматизированной жидкой фазы, предпочтительно, в водокольцевом компрессоре. Полученную ароматизированную водную жидкость затем возвращают обратно и используют для предварительного увлажнения жареного молотого кофе, поступающего в систему для экстракции.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Десорбция аромата

Смесь жареных и молотых зерен кофе сортов "Арабика" и "Робуста" была подвергнута десорбции по технологии, описанной в публикации WO 01/13735 в смесительной камере в вакууме, в которой производилось распыление воды на молотые зерна кофе для увлажнения, и подавался пар со дна камеры, чтобы генерировать газ, содержащий аромат кофе и воду. Данный газ был откачан из смесительной камеры и подан в конденсатор, работающий при температуре приблизительно 10°С, чтобы получить ароматизированную жидкую водную фазу и газовую фазу.

Экстракция

Десорбированный жареный молотый кофе был подвергнут экстракции в многоступенчатой экстракционной системе по технологии, раскрытой в патенте ЕР 0826308, с целью получения жидкого экстракта кофе. Данный экстракт был сконцентрирован в стандартном выпаривателе, и сконцентрированный экстракт был высушен методом сублимационной сушки, чтобы получить порошок растворимого кофе.

Образец А (сравнительный)

Газовая фаза, полученная в конденсаторе, как описано выше, была подана в низкотемпературный конденсатор, работающий при температуре ниже -100°С, чтобы произвести замороженные ароматические частицы. Данные замороженные ароматические частицы так же, как и жидкая водная фаза, полученная в конденсаторе, были введены в концентрированный экстракт, выходящий из выпаривателя, перед сублимационной сушкой. Количество СО₂, использовавшегося для регулировки плотности, изменялось от 2,5 г СО₂/кг жареного молотого кофе.

Образец В

Десорбция аромата кофе и экстракция были произведены, как описано выше, с использованием зерен кофе той же самой смеси, что и для Образца А. Газовая фаза, полученная в конденсаторе, как описано выше, подавалась в водокольцевой конденсатор, и давление поднимали до величины 350-900 мбар абс. 35-90 кПа абс. при температуре 12°С. Жидкая водная фаза, полученная в конденсаторе, использовалась в качестве рабочей жидкости в водокольцевом конденсаторе и пропускалась через теплообменник, чтобы поддерживать температуру в диапазоне 12-20°С. Ароматизированная жидкая фаза, выходящая из водокольцевого компрессора, добавлялась в концентрированный экстракт кофе, выходящий из испарителя, перед сублимационной сушкой. Газ, выходящий из водокольцевого компрессора, не использовался. Количество СО₂, использовавшегося для регулировки плотности, составляло 1,5 г СО₂/кг жареного молотого кофе.

Органолептическая оценка

Полученные порошки растворимого кофе были растворены в воде, нагретой до температуры 80°С кофе, использовавшаяся концентрация порошка составляла 1,7 г/100 мл. Группа из 12 экспертов произвела слепую оценку обоих образцов, дважды используя стандартный список признаков. Образец В набрал значительно более высокое количество баллов по общему аромату, общему вкусу, аромату кофе и вкусу кофе, чем образец А.

Пример 2

Четыре образца растворимого кофе были произведены таким же образом, как образец В в примере 1 выше, за исключением того, что температура при повышении давления составляла 12°С, 15°С, 20°С и 25°С, соответственно. Указанные образцы были растворены в горячей воде, и были произведены два независимых треугольных теста на различие для сравнения образца 12°С с образцом 15°С, и образца 12°С с образцом 25°С, с помощью групп, состоящих из 37 и 34 экспертов, соответственно. Проведенные тесты непродемонстрировали каких-либо существенных различий между вышеуказанными образцами.

Пример 3

Пять образцов растворимого кофе были произведены таким же образом, как образец В в примере 1 выше, за исключением того, что давление сжатия составляло 2 бар, 3 бар, 4 бар, 5 бар и 6 бар (0,2 МПа, 0,3 МПа, 0,4 МПа, 0,5 МПа и 0,6 МПа) (абсолютное давление).

Восстановление ключевых ароматических соединений оценивалось с помощью образцов растворимого кофе путем сравнительной количественной оценки маркерных соединений по технологии SPME-GC/MS (микровыделение твердой фазы методом газовой хроматографии - массовой спектрометрии) на установке Agilent 7890/5975 GC/MS с капиллярной колонкой DB-Wax GC (60 м х 0,25 мм х 0,25 мкм). Полученные результаты были представлены в виде относительной концентрации в процентах количества вещества, обнаруженного в образце при сжатии под давлением 2 бар (0,2 МПа). Стандартное отклонение на 3 приготовление трех образцов определяется планками погрешностей. Была произведена оценка указанных ниже ароматических соединений. Результаты представлены на Фиг.3 и 4.

Изобретение относится к производству ароматизированных кофейных экстрактов. Способ включает подвергание газа, содержащего аромат жареного и молотого кофе и воду, конденсации для получения жидкой водной фазы и газовой фазы; газовую фазу подвергают воздействию температуры от 0 до 50^оС и повышенному давлению до значения от 2 до 20 бар в присутствии водной фазы для получения ароматизированной водной жидкости, которую впоследствии смешивают с кофейным экстрактом. Полученный ароматизированный кофейный экстракт может в дальнейшем подвергаться сушке с получением высушенного растворимого экстракта кофе. Изобретение позволяет улучшить извлечение высоколетучих ароматических соединений и снизить потери, связанные с их разложением под действием высоких температур. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил, 3 пр.

1. Способ производства ароматизированного кофейного экстракта, включающий:
a) обеспечение газа, содержащего аромат жареного и молотого кофе и воду;
b) конденсацию аромата жареного и измельченного кофе и воды, входящих в состав газа, для создания жидкой водной фазы и газовой фазы; и далее подвергание газовой фазы воздействию температуры от 0°С до 50°С;
c) подвергание газовой фазы, полученной на стадии b), воздействию повышенного давления до значения от 2 до 20 бар абс. (от 0,2 до 2,0 МПа абс.) в присутствии водной фазы для получения ароматизированной водной жидкости, и
d) смешивание ароматизированной водной жидкости, полученной на стадии с) с кофейным экстрактом.

2. Способ по п.1, в котором водная жидкость, используемая при повышении давления на стадии с), включает в себя всю (или часть) водной жидкой фазы, полученной на стадии b).

3. Способ по п.1, в котором газ, содержащий аромат и воду, конденсируют при температуре от 0°С до 40°С.

4. Способ по п.1 или 3, в котором газ, содержащий аромат и воду, конденсируют под давлением от 0,1 до 3,0 бар абс. (от 10 до 300 кПа абс.).

5. Способ по п.1, в котором повышение давления на стадии с) осуществляют в водокольцевом компрессоре.

6. Способ по п.1 или 3, в котором газ, содержащий аромат жареного и молотого кофе и воду, получают методом десорбции аромата жареного молотого кофе с помощью газа, предпочтительно, с помощью пара.

7. Способ по п.6, в котором жареный молотый кофе увлажняют до и/или в процессе десорбции с помощью газа.

8. Способ производства высушенного растворимого экстракта кофе, в котором полученный способом по любому из пп.1-7 ароматизированный кофейный экстракт подвергают сушке.