СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРИМОГО КОФЕЙНОГО ПРОДУКТА С ВЫСОКИМ ВЫХОДОМ Российский патент 2018 года по МПК A23F5/24 A23F5/28 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу получения растворимого кофейного продукта с высоким выходом и/или качеством. Общий выход твердого вещества в растворимом кофейном продукте, рассчитанный исходя из количества твердого вещества в обжаренных и размолотых кофейных бобах, может составлять 65% или более.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Ежегодное производство растворимого кофе достигает приблизительно 700000 тонн. Основную долю в стоимости получения продукта составляет стоимость используемых зеленых кофейных бобов. Таким образом, было бы желательно снизить расход зеленых бобов по сравнению с характерным для настоящего времени расходом, который составляет приблизительно 2,4 кг зеленых бобов на 1 кг сухого растворимого порошка.

Обычно из 2,4 кг зеленых бобов получают приблизительно 1,0 кг готового продукта. Потери происходят при обжарке и экстракции; так, при обжарке обычно теряется 0,4 кг вещества, а выходы при экстракции составляют приблизительно 50% от полученного остатка. Величина выхода соответствует суммарному количеству самопроизвольно растворяющихся компонентов, обычно составляющих приблизительно 30%, плюс дополнительно приблизительно 20% солюбилизованных компонентов, извлекаемых с помощью передовых технологий. Цитируемые в литературе выходы согласно предшествующему уровню техники составляют 54-60%.

Традиционную солюбилизацию осуществляют посредством разрушения вещества термическим гидролизом во влажной среде при повышенных температурах. Одним из передовых способов повышения выхода является повышение температуры гидролиза во влажной среде до значений 180°С или выше. Несмотря на то, что при более высокой температуре количество продуктов гидролиза увеличивается, высокая температура также способствует приобретению посторонних вкусов (привкусов), образованию токсичных веществ и разложению солюбилизованных компонентов.

Таким образом, имеется необходимость осуществления солюбилизации при более низких температурах. Интересной возможностью также является ферментативное разложение различных полимерных углеводов. Однако при составлении обобщенной экономической оценки необходимо учитывать стоимость используемых ферментов и тепловой обработки.

Согласно предшествующему уровню техники были предложены усовершенствованные способы повышения выхода и снижения сложности способа. Так, в патентном документе GB 1200700 рассмотрено использование дополнительной водорастворимой кашицы из кофе для сохранения ароматизирующих составляющих кофейного масла и кофе. Кашицу из растворимого сухого кофе предпочтительно смешивают с обжаренным кофе перед его размалыванием. Во время смешивания и, в частности, во время размалывания смеси, частицы сухой растворимой кашицы служат абсорбентами вкусовых и ароматизирующих составляющих кофейного масла и кофе.

Патентный документ US 8603562 относится к полученным из кофе поверхностно-активным веществам, которые получают в результате реакций транс-этерификации сахаров и кофейного масла, катализируемых щелочным катализатором. Полученные из кофе поверхностно-активные вещества особенно подходят для получения эмульсий кофейного масла, которые могут быть использованы с кофейными продуктами или введены в кофейные продукты. Полученные из кофе поверхностно-активные вещества повышают степень введения кофейного масла в кофейные продукты, но при этом отличаются пониженным образованием так называемых "кофейных пленок". Введение кофе в кофейный продукт позволяет поддерживать кофейный аромат в готовом продукте.

В ряде документов рассмотрено применение ферментов для повышения качества или выхода. Так, в патентном документе US 5714183 рассмотрен способ гидролиза галактоманнанов, находящихся в жидком кофейном экстракте, с целью снижения или подавления гелеобразования при замораживании экстракта. Жидкий кофейный экстракт получают гидролизом экстракта под действием иммобилизованной бета-маннаназы при температуре и в течение времени, достаточных для удаления галактоманнанов из экстракта и получения готового продукта, по существу не содержащего бета-маннаназы.

В патентном документе US 4983408 рассмотрен способ получения повышенного выхода кофейного экстракта, где способ включает: (1) предварительную обработку водной смеси размолотого кофе водяным паром в закрытой емкости под давлением при температуре, превышающей 200°С; (2) поддержание указанных температуры и давления в течение периода времени, составляющего приблизительно от 1 до 10 минут; (3) мгновенное воздействие окружающей атмосферы на содержимое емкости в отсутствии охлаждения, в результате чего содержимое емкости оказывается в условиях, соответствующих атмосферным; и (4) обработку полученной указанным образом суспензии материалом, выбранным из группы, состоящей из гидролитического фермента и смеси гидролитических ферментов. Осуществление этого способа приводит к получению побочных продуктов, образующихся в результате термического разложения, то есть получаемый выход не является оптимальным.

В патентном документе ЕР 1844661 были предложены способы с применением мембран; так, в указанном документе был рассмотрен способ получения растворимого кофейного экстракта, включающий: (1) тонкий помол твердых частиц обжаренного кофе мокрым способом, в результате чего получают суспензию кофе, содержащую твердые частицы кофе; (2) обработку суспензии кофе эффективным количеством фермента, находящегося в виде стабилизированной ферментной композиции, при температуре и в течение времени, достаточных для гидролиза твердых частиц кофе, в результате чего получают материал растворимого экстракта кофе, причем стабилизированная ферментная композиция включает фермент и эффективное количество материала, полученного из кофе, достаточное для стабилизации фермента; и (3) разделение материала растворимого экстракта кофе на концентрат (ретентат) и фильтрат (пермеат), где фильтрат включает растворимый кофейный экстракт.

В патентном документе ЕР 1745702 также рассмотрен способ, основанный на применении мембран, в котором кофейный экстракт получают тонким помолом мокрым способом кофейных бобов или молотого кофе или предварительно экстрагированного размолотого кофе с гидролитическими ферментами (гидролазами), предпочтительно карбогидразными или протеазными ферментами, например, глюканазами и маннаназами или их смесями, причем смеси предпочтительно включают ферменты маннаназу, целлюлазу и протеазу, и при этом ферменты удерживаются в реакционной зоне с помощью мембранного устройства, в результате чего готовый экстракт по существу не содержит фермента, масла или порошкообразных веществ, и фермент (ферменты) может быть впоследствии повторно использован. При осуществлении способа образуется реакционная зона, в которой содержится лишь незначительное количество 5-гидроксиметилфурфураля (англ. 5-hydroxymethyl furfural, сокращенно 5-HMF), поскольку 5-HMF проникает через мембрану и, таким образом, не ингибирует активность фермента.

В патентном документе ЕР 1745702 указано, что 5-HMF может придавать нежелательный винный привкус или привкус сена (стр. 229 публикации Coffee Flavour Chemistry, Ivon Flament, Wiley 2002). Авторами настоящего изобретения также было обнаружено, что 5-HMF и другие продукты термического разложения серьезно ингибируют активность многих ферментов. Однако предложение применять в способе мембраны усложняет осуществление всего технологического процесса и повышает величину инвестиций, которые необходимо вложить в способ. Настоящее изобретение относится к такому технологическому решению, которое позволяет избежать или снизить интенсивность образования 5-гидроксиметилфурфураля (5-HMF) и других нежелательных продуктов разложения под действием гидролизующих ферментов, что приводит к улучшению условий протекания ферментативных реакций.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу получения растворимого кофейного продукта с высоким выходом, включающему следующие этапы:

a) экстракцию обжаренных и размолотых кофейных бобов водой, температура которой составляет 80°с или менее, приводящую к получению первого экстракта и экстрагированной кофейной гущи;

b) добавление к экстрагированной кофейной гуще воды, что приводит к получению водной суспензии;

c) гидролиз водной суспензии под действием гидролизующего фермента, в результате чего получают второй экстракт и отработанный остаток;

d) добавление первого экстракта во второй экстракт, необязательно после концентрации и/или сушки второго экстракта, что приводит к получению объединенного экстракта; и

e) сушку объединенного экстракта, в результате чего получают растворимый кофейный продукт.

Первичную экстракцию обжаренных и размолотых кофейных бобов проводят при низкой температуре, т.е. температуре, составляющей менее 80°С. При низкой температуре образуются пониженные количества 5-HMF и других продуктов разложения, и происходит меньшее разложение ароматизирующих соединений. При проведении последующего этапа гидролиза 5-НМТ и другие продукты разложения по существу не ингибируют активность гидролизующих ферментов, что приводит к более высокому выходу второго экстракта. Кроме того, в первом экстракте сохраняются летучие ароматизирующие компоненты и ароматизирующие компоненты, разлагающиеся при более высоких температурах. Несмотря на то, что первая экстракция может быть проведена при любой температуре, составляющей ниже 80°С, при условии, что экстракт представляет собой жидкость, обычно этап экстракции а) выполняют при температуре, составляющей от 10 до 80°С. Предпочтительно первую экстракцию выполняют при температуре, составляющей от 15°С до 45°С, наиболее предпочтительно при комнатной температуре, чтобы температуры воды не способствовала образованию продуктов разложения.

Продолжительность проведения первой экстракции растворимых компонентов зависит от температуры воды, размера размолотых частиц, градиента концентрации и контакта вода-частицы. Обычно продолжительность экстракции тем больше, чем ниже температура воды. В одном из аспектов изобретения этап экстракции а) выполняют в течение времени, составляющего от 5 минут до 2 часов.

Используемые гидролизующие ферменты способны разлагать одну или более различных химических составляющих экстрагированной кофейной гущи, таких как углеводы, например, целлюлоза, гемицеллюлоза и крахмал; лигнин; белки; липиды; нуклеиновые кислоты и т.д. Продукты разложения предпочтительно растворимы в воде. Согласно одному из предпочтительных аспектов, гидролизующий фермент выбран из ферментов, гидролизующих углеводы, или из ферментов, гидролизующих сложные эфиры карбоновых кислот, или любой комбинации таких ферментов.

Условия проведения реакции ферментативного гидролиза могут быть различными и зависят от типа и активности используемого фермента, температуры реакционной среды, рН и т.д. В одном из предпочтительных примеров осуществления этап с) гидролиза выполняют в водной суспензии экстрагированной кофейной гущи при температуре, составляющей от 40 до 80°С, при рН, составляющем от 4 до 7, в течение времени, составляющего от 1 до 16 часов.

Для улучшения протекания ферментативной реакции может быть предпочтительным применение в этапе с) гидролиза вспомогательного агента. Примеры вспомогательных агентов включают регуляторы кислотности, поверхностно-активные вещества, хелатирующие агенты, кофакторы и т.д. Согласно одному из конкретных аспектов изобретения, вспомогательный агент представляет собой поверхностно-активное вещество. Присутствие поверхностно-активного вещества значительно повышает выход, и оно даже может быть получено из самого кофе.

Извлекаемое из кофе поверхностно-активное вещество может быть образовано химическими средствами, так, как рассмотрено в патентном документе US 8603562, содержание которого включено в настоящее описание посредством ссылки. Согласно одному из предпочтительных аспектов, извлекаемое из кофе поверхностно-активное вещество может быть получено следующим образом:

i. обработкой экстрагированной кофейной гущи ферментом, гидролизующим углеводы, приводящей к образованию углеводных фрагментов; и

ii. добавлением к углеводным фрагментам кофейного масла и фермента, гидролизующего сложные эфиры карбоновых кислот, в условиях, позволяющих проводить реакцию транс-этерификации.

Фермент, гидролизующий углеводы, может быть выбран из большой группы коммерчески доступных ферментов. В одном из примеров осуществления изобретения фермент, гидролизующий углеводы, выбран из группы, включающей целлюлазу, ксиланазу, гемицеллюлазу или любую комбинацию этих ферментов.

Соответственно, фермент, гидролизующий сложные эфиры карбоновых кислот, может быть выбран из большой группы коммерчески доступных ферментов. В одном из примеров осуществления изобретения фермент, гидролизующий сложные эфиры карбоновых кислот, выбран из эстеразы, липазы или любой их комбинации.

Кофейное масло, применяемое для извлечения получаемого из кофе поверхностно-активного вещества, может представлять собой масло, изначально присутствующее в размолотых кофейных бобах, или кофейное масло может быть добавлено. Если кофейное масло добавляют, то его получают из зеленых кофейных бобов, жареного и размолотого кофе или экстрактов кофейной гущи.

Несмотря на то, что извлекаемое из кофе поверхностно-активное вещество может быть получено отдельно, в одном из конкретных примеров осуществления изобретения извлекаемое из кофе поверхностно-активное вещество также может быть получено in situ при проведении этапа гидролиза посредством добавления в водную суспензию фермента, гидролизующего сложные эфиры карбоновых кислот, и необязательно кофейного масла. Под действием фермента, гидролизующего сложные эфиры карбоновых кислот, протекает реакция транс-этерификации, в процессе которой липофильные группы кофейного масла присоединяются к углеводным компонентам.

После проведения первой экстракции, но перед проведением второй экстракции, перед выполнением ферментативного гидролиза экстрагированная кофейная гуща может быть предварительно обработана. Предварительная обработка может быть проведена для облегчения доступа соответствующим ферментам к субстрату. Предварительная обработка может включать раскрытие внутренних частей растительных клеток и/или высвобождение лигнина из целлюлозы. В одном из предпочтительных примеров осуществления, предварительная обработка включает:

• добавление к кофейной гуще воды;

• паровой взрыв экстрагированной кофейной гущи; и

• разделение на промежуточный экстракт и предварительно обработанную экстрагированную кофейную гущу.

Промежуточный экстракт, получаемый в результате парового взрыва, может быть добавлен в готовый продукт, очищен, или, если он имеет слишком сильный нежелательный вкус (аромат), то он может быть отброшен или применен для других целей. Однако процедуру парового взрыва обычно регулируют таким образом, чтобы промежуточный экстракт, либо в том виде, в котором его получили, либо сконцентрированный и/или высушенный, мог быть добавлен в объединенный экстракт.

Если паровой взрыв проводят при "умеренной" температуре, то интенсивность нежелательных вкусов (ароматов) обычно низка и находится на приемлемом уровне. Таким образом, промежуточный экстракт может быть добавлен в объединенный экстракт. Предпочтительные условия проведения парового взрыва следующие: паровой взрыв выполняют при температуре, составляющей от 50 до 170°С, под давлением, составляющим от 0,1 до 10 бар (от 10⁴ до 10⁶ Па), в течение времени, составляющего от 0,1 до 5 часов.

Способы, альтернативные паровому взрыву, могут включать замораживание или гомогенизацию.

Для разрыхления структуры лигноцеллюлозы и частичного разрушения структуры гемицеллюлозы может быть целесообразным применение определенного температурного режима предварительной обработки. Температурный режим может включать, в любом порядке, следующее:

• период низкотемпературной обработки при температуре, составляющей от 25°С до 150°С, в течение времени, составляющего от 1 минуты до 24 часов, и

• период высокотемпературной обработки при температуре, составляющей от 100°С до 200°С, в течение времени, составляющего от 1 минуты до 24 часов.

Процедура парового взрыва может быть проведена отдельно, или она может быть интегрирована в температурный режим. Согласно одному из предпочтительных аспектов изобретения, паровой взрыв выполняют во время проведения высокотемпературной обработки.

Между этапами проведения парового взрыва и ферментативной обработки целесообразно производить процедуры промывки, поскольку это повышает эффективность действия ферментов. Такие процедуры позволяют удалять ингибиторы ферментов, что ускоряет осуществление способа. Промывная вода может быть присоединена к объединенному экстракту.

После ферментативного гидролиза, второй экстракт может быть подвергнут последующей обработке, которая включает либо

• нагревание до температуры, превышающей 70°С, в течение времени, достаточного для инактивации фермента, обычно до 120°С в течение 10-30 минут, и возможное удаление коагулированных ферментов, либо

• мембранное фильтрование с целью извлечения фермента, который необязательно повторно используют в этапе (с).

Используемые в этапе (а) обжаренные и размолотые кофейные бобы могут быть тонко измельчены до достижения частицами подходящего размера, обычно составляющего от 0,2 до 5 мм. При выполнении последующего этапа (с) ферментативного гидролиза экстрагированная кофейная гуща может быть дополнительно размолота на более мелкие частицы, что облегчает ферментам доступ к веществам. Согласно одному из предпочтительных аспектов, перед проведением ферментативной обработки кофейную гущу мелко измельчают до образования частиц, средний размер которых составляет от 2 до 1000 мкм, предпочтительно от 30 до 500 мкм.

Перед выполнением этапа (а) из кофейных бобов прессованием или другими средствами может быть удалено кофейное масло. Удаление масла может оказывать на ферментативный гидролиз положительное влияние. В дальнейшем это кофейное масло может найти множество применений, например, оно может быть добавлено в экстракт или готовый продукт, или оно может быть использовано для получения извлекаемого из кофе поверхностно-активного вещества.

Изобретение дает возможность получать высокий выход при извлечении первого, промежуточного и второго экстрактов. Согласно одному из предпочтительных аспектов, общий выход твердых веществ в растворимом кофейном продукте составляет 65%, 70% или 75% масс. или более в пересчете на массу жареных и размолотых кофейных бобов.

Объединенные экстракты или один или более из следующих экстрактов: первый, промежуточный и второй экстракт, перед проведением последующей распылительной сушки или лиофилизации могут быть сконцентрированы мембранным фильтрованием. Согласно одному из аспектов изобретения, экстракт подвергают мембранному фильтрованию для рециркуляции водного фильтрата, который может иметь слабокислую реакцию, с целью повторного использования в способе. Поскольку первый экстракт содержит летучие ароматизирующие компоненты, первый экстракт обычно желательно концентрировать способом, позволяющим сохранять аромат, таким как концентрация вымораживанием.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Важным аспектом настоящего изобретения является применение одного или более ферментов. Виды ферментов, которые могут быть использованы согласно изобретению, включают, без ограничений, амилазу, маннаназу, гемицеллюлазу, глюканазу, целлюлазу, эстеразу, протеазу, целлобиазу, арабиназу, галактаназу, арабино-галактаназу, нуклеазу, пектиназу, изомеразу, лигниназу, пектиназу и липазу. Эти ферменты могут быть применены по отдельности или в комбинации в относительно небольших дозировках, составляющих от 0,01 до 2,0% концентрата фермента на составляющую субстрата в заданном количестве воды.

Конкретные примеры ферментов, гидролизующих углеводы, включают β-глюкозидазу, β-галактозидазу, 6-фосфо-β-глюкозидазу, 6-фосфо-β-галактозидазу, β-маннозидазу, β-D-фукозидазу, β-глюкуронидазу, экзо-β-глюкозаминидазы, маннозилгликопротеин-эндо-β-маннозидазу, β-D-глюкозидазу, α-L-арабинофуранозидазу, β-D-ксилопиранозидазу, N-ацетил-β-D-глюкозаминидазы, β-D-глюкан-глюкогидролазу, β-N-ацетилглюкозаминидазу, α-глюкозидазу, α-галактозидазу, α-глюкуронидазу, 6-фосфо-α-глюкозидазу, 6-фосфо-β-глюкозидазу, эндо-глюканазу, эндо-маннаназу, экзо-глюканазу, экзо-маннаназу, 1,6-галактаназу, 1,3-маннаназу, 1,4-ксиланазу, эндо-гликоцерамидазу, ксилоглюканазу, целлобиогидролазу, эндо-1,4-β-глюканазу, хитозаназу, эндо-1,3-1,4-β-глюканазу, лихениназу, эндо-1,4-β-ксиланазу, экзо-олигоксиланазу, эндо-β-1,3-ксиланазу, эндо-гликаназу, эндо-β-1,4-ксиланазу, α-амилазу, трансгликозидазы, олиго-1,6-глюкозидазу, пуллуланазу, цикломальтодекстриназу, α-амилазу, образующую мальтотетраозы, изоамилазу, декстранглюкозидазу, 6-фосфатгидролазу трегалозы, α-амилазу, образующую мальтогексаозы, α-амилазу, образующую мальтотриозы, мальтогенную амилазу, неопуллуланазу, трегалогидролазу мальто-олигозилтрегалозы, предельную декстриназу, α-амилазу, образующую мальтопентаозы, амилосахаразу, фосфорилазу сахарозы, цикломальтодекстрин-глюканотрансферазу, 4-α-глюканотрансферазу, синтазу изомальтулозы, синтазу трегалозы, амилоглюкозидазу, глюкодекстраназу, α,α-трегалазу, эндо-трансгликозилазу, ксилоглюкозилтрансферазы, эндо-1,4-β-галактозидазу кератан-сульфата, эндо-1,3-β-галактаназы, эндо-1,3-β-глюканазу, эндо-1,3(4)-β-глюканазу, экзо-1,3(4)-β-глюканазу, лихеназу, β-агаразу, β-порфираназу, κ-каррагеназу, 1,3-β-D-глюкан-эндогидролазу, 1,3;1,4-β-D-глюкан-эндогидролазу, 1,3-β-D-глюкан-экзогидролазу, хитиназу, эндо-β-N-ацетилглюкозаминидазу, экзо-β-N-ацетилглюкозаминидазу, β-N-ацетилгалактозаминдазу, β-6-SO₃-N-ацетилглюкозаминидазу, экзо-лакто-N-биозидазу, мурамидазу, пептидогликан-N-ацетилмурамоилгидролазу, 1,4-β-N-ацетилмурамидазу, N-ацетилмурамоилгидролазу, β-1,4-N-ацетилмурамидазу, β-1,4-N,6-O-диацетилмурамидазу, эндо-β-1,4-маннаназу, экзо-β-маннаназу, β-1,3:1,4-глюканазу, β-1,3-ксиланазу, α-галактозидазу, α-N-ацетилгалактозаминидазу, изомальтодекстраназу, полигалактуроназу, пектиназу, рамногидролазу, рамногалактуронан-галактуроногидролазу, экзо-α-фукозидазу, глюкуроноксилан-ксиланогидролазу, α-ксилозидазу, изомальтозилтрансферазу, амилазу мальтазы, глюкоамилазу, экзо-инулиназу, леваназу, β-2,6-фруктан-6-леванбиогидролазу, фруктан-β-(2,1)-фруктозидазу, фруктан-β-1-экзогидролазу, фруктан-β-(2,6)-фруктозидазу, фруктан-β-6-экзогидролазу, 1-фруктозилтрансферазу сахарозы, фруктан-1-фруктозилтрансферазу, фруктан-6-фруктозилтрансферазу, фруктан-6G-фруктозилтрансферазу, леван-фруктозилтрансферазу, экзо-β-глюкозаминидазу, α-N-ацетилгалактозаминидазу, α-маннозидазу II, β-ксилозидазу, α-L-идуронидазу, α-L-арабинозидазу, β-D-фукозидазу, α-L-арабинофуранозидазу, эндо-α-L-арабинаназу, экзо-α-1,3-галактаназу, β-D-ксилозидазу, арабиноксилан-α-L-арабинофураногидролазу, арабиноксилан-арабинофураногидролазу-D3, экзо-α-1,5-L-арабинаназу, эндо-β-1,4-хитозаназу, экзо-α-1,2-маннозидазу, ER-α-маннозидазу I, арил-α-D-маннозидазу, декстраназу, декстран-1,6-α-изомальтотриозидазу, изопуллуланазу, экзо-β-агаразу, β-1,4-галактаназу, β-ксилозидазу, β-1,3-глюканазу, экзо-глюкан-1,3-β-глюкозидазу, амилопуллуланазу, 4-α-глюканотрансферазу, эндо-N-ацетилнейраминидазу, экзо-α-глюкозидазы, глюкозидазу маннозил-олигосахаридов, (Glc-α-1,4-Glc)-фосфорилазу мальтозы, (Glc-α1,α1-Glc)-фосфорилазу трегалозы, (Glc-α-1,2-Glc)-фосфорилазу койибиозы, 6-(Glc-α1,α1-Glc6P)-фосфорилазу фосфата трегалозы, эндо-декстраназу, циклоизомальтоолигосахарид-глюканотрансферазу, α-глюкуронидазу, β-ксилозидазы, левансахаразу, β-фруктофуранозидазу, инулосахаразу, глюкансахаразу, декстрансахаразу, альтернансахаразу, мультансахаразу, реутерансахаразу, ксилоглюканобиогидролазу, олигоксилоглюкан-целлобиогидролазу, ксилоглюкан-эндо-β-1,4-глюканазу, ксилоглюкан-гидролазу, β-глюкуронидазу, β-4-О-метил-глюкуронидазу, байкалин-β-глюкуронидазу, гепараназу, гиалуронидазу, эндо-β-1,4-хитозаназу, , β-N-ацетилгиалуронидазу, эндо-β-N-ацетилглюкозаминидазу, β-агаразу, α-N-ацетилглюкозаминидазу, экзо-α-маннозидазу, α-1,2-маннозидазу, α-1,3-маннозидазу, α-1,4-маннозидазу, α-1,6-маннозидазу, α-L-арабинофуранозидазу, целлобиазу (Glc-β1,4-Glc)-фосфорилазу, целлодекстрин-((Glc-β1,4-)n-1Glc; n ≥ 3)-фосфорилазу, (GlcNAc-β1,4-GlcNAc)-фосфорилазу N,N'-диацетилхитобиозы, 1,2-α-L-фукозидазу, эндо-β-галактозидазу, эндо-α-маннозидазу, экзо-глюкозидазу I, экзо-глюкозидазу II, литическую трансгликозилазу В, пептидогликан-лиазу, α-1,3-галактозидазу, β-галактозид-фосфорилазу, β-1,3-D-галактозил-D-гексозозамин-фосфорилазу, фосфорилазу β-1,4-D-галактозил-L-рамнозы, фосфорилазу галакто-N-биозы, фосфорилазу лакто-N-биозы I, фосфорилазу галакто-N-биозы I, фосфорилазу лакто-N-биозы I, α-глюкуронидазу, (4-O-метил)-α-глюкуронидазу, кислотную β-глюкозидазу, глюкоцереброзидазу, α-1,3-L-(3,6-ангидро)-галактозидазу, β-L-арабинобиозидазы, β-L-арабинофуранозидазу, эндо-β-1,4-глюканазу, метил-6-O-(α-D-маннопиранозил)-β-D-маннопиранозидазу, метил-β-L-арабинофуранозидазу, эндо-α-N-ацетилгалактозаминидазу, экзо-α-N-ацетилгалактозаминидазу, экзо-β-1,3-глюканазу, экзо-1,6-глюканазу.

Конкретные примеры ферментов, гидролизующих сложные эфиры карбоновых кислот, включают ацетилэстеразу, ацилтрансферазу, гликолипазу, триацилглицеринлипазу Aspergillus Niger, триацилглицеринлипазу Candida Antarctica, триацилглицеринлипазу дрожжей, триацилглицеринлипазу Trichoderma Longibrachiatum, стеролэстеразу, ацилглицеринлипазу, гидролазу сложных эфиров восков и монотерпен-эпсилон-лактон-гидролазу.

В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения для повышения доступности составляющих растительного сырья для ферментов применяют паровой взрыв. Паровой взрыв включает помещение экстрагированной кофейной гущи в емкость, способную выдерживать избыточное давление, и контакт содержимого емкости с водяным паром при повышенных температурах и величинах давления, превышающих обычное (атмосферное) давление. После обработки при повышенных температуре и давлении производят быстрое снижение давления до атмосферного. При контакте содержимого емкости с окружающей атмосферой происходит мгновенное снижение давления в емкости, но при этом растительный материал не охлаждается, вследствие чего экстрагированная кофейная гуща "взрывается" из-за более высокого давления внутри растительного материала. Паровой взрыв приводит к разрушению клеток и увеличению размеров пор, что увеличивает площадь поверхности и делает внутренние части клеток доступными для воздействия ферментов.

Несмотря на то, что может быть выбран широкий диапазон размеров частиц размолотого кофе, для получения большой площади поверхности обычно требуется разделение на частицы малых размеров. Обычно малый размер частиц способствует эффективности действия ферментов. Испытания показали, что если предварительная обработка субстрата перед проведением ферментативного гидролиза включает постепенное уменьшение размеров частиц и микроизмельчение до размеров, составляющих менее 100 мкм, то наблюдается постепенное повышение выходов.

Размалывание размолотых кофейных бобов может включать два или более этапов и может быть произведено сухим или мокрым способом. Таким образом, первое размалывание может быть произведено при получении размолотых кофейных бобов, используемых для получения первого экстракта. Второе размалывание может представлять собой мокрое размалывание экстрагированной кофейной гущи перед проведением ферментативного гидролиза. Второе мокрое размалывание может быть произведено, в зависимости от обстоятельств, до или после проведения парового взрыва. Предпочтительно применяют мокрое размалывание до достижения среднего размера частиц, составляющего от 10 до 250 мкм. Кумулятивное распределение размера частиц экстрагированной кофейной гущи после мокрого размалывания включает приблизительно 90% или более частиц, размер которых составляет менее 150 мкм, предпочтительно менее 100 мкм и в некоторых случаях менее 50 мкм.

В общем, подходящим является любое оборудование, с помощью которого может быть проведено мокрое размалывание до достижения требуемого диапазона размеров частиц, и такое оборудование может включать комбинацию роторно-статорных устройств, мельниц, содержащих среды для помола, конических мельниц или других раскалывающих устройств, таких как ультразвуковые устройства и кавитационные устройства или гомогенизаторы высокого давления. Кроме того, в зависимости от конкретного типа оборудования, можно менять характеристики и получаемый размер частиц кофе посредством изменения рабочих параметров, таких как скорость вращения, скорость подачи кофе, размер и форма среды (например, в микромельнице) и размер сита в роторно-статорном или аналогичном раскалывающем устройстве. Для проведения этапа размалывания может быть применена роторно-статорная мельница, например, Admix Boston Shearmill™ или Ross, модель ME-430XS-6 (Charles Ross & Sons, Hauppage NY, США), хотя для применения согласно изобретению также подходят другие мельницы, например, коллоидные мельницы, такие как Charlotte SD-2 (Bradman-Lake, Charlotte NC, США) или Dispx DRS-2000-5 (IKA, США).

Отделение, а также экстракция первого, второго или промежуточного экстракта из твердых компонентов могут быть выполнены с помощью любого подходящего устройства, примеры которого включают центробежный сепаратор, мембранный фильтр, ленточный фильтр или перколяционное устройство. Предпочтительный центробежный сепаратор представляет собой двухфазную декантерную центрифугу. Подходящие декантерные центрифуги могут быть предоставлены GEA Westfalia.

Экстракция этапа а) может быть проведена определенным способом. Согласно этому способу, первый экстракт может быть получен посредством предоставления смеси обжаренных кофейных бобов и воды, размалывания смеси обжаренных кофейных бобов и воды в камере, находящейся под давлением, и разделения размолотой смеси на жидкий кофейный экстракт и экстрагированную кофейную гущу.

Погружение обжаренных бобов в воду во время размалывания приводит к растворению в воде значительного количества летучих ароматизирующих компонентов, которые оказываются в экстракте, а не высвобождаются в окружающую атмосферу. Кроме того, из закрытой камеры, находящейся под давлением, не могут улетучиваться летучие водорастворимые ароматизирующие компоненты, и летучие липофильные компоненты остаются в том же отделении, не высвобождаясь в окружающую среду.

Применение камеры, находящейся под давлением, для размалывания смеси жареных кофейных бобов и воды также снижает тенденцию к вспениванию. Вероятно, благодаря выделению газообразного CO₂, а также выделению газов из белков, содержание которых в бобах достигает приблизительно 10% масс., в процессе мокрого размалывания может образовываться пена. Образование пены может приводить к прекращению выполнения способа и последующей трудозатратной очистке оборудования. Нагнетание давления до значений, превышающих обычное (атмосферное) давление, предотвращает высвобождение пузырьков CO₂ и, таким образом, подавляет образование пены.

Полученный CO₂ может быть сохранен и впоследствии применен для регулирования рН экстракционной воды.

Кроме того, комбинирование размалывания и первой экстракции в единственном этапе способа снижает общую сложность всего способа. Обычно обжаренные кофейные бобы размалывают в одном оборудовании, а экстрагируют в другом. Комбинирование размалывания и экстракции в единственном этапе способа позволяет избежать транспортировки между различными участками и не вкладывать инвестиции в разные технологические мощности. Кроме того, если смешивание цельных обжаренных кофейных бобов и воды выполняют на той же технологической линии (in-line), что и весь способ, непосредственно перед проведением размалывания, то общая продолжительность способа может быть сокращена.

Традиционное приготовление (заварку) кофе в домашних условиях производят при температуре воды, близкой к ее температуре кипения, т.е. 100°С. Для получения более высокого выхода, экстракция на промышленном оборудовании может быть выполнена при более высокой температуре. Использование относительно холодной воды согласно настоящему изобретению предотвращает разложение ароматизирующих соединений. Многие ароматизирующие компоненты имеют тенденцию реагировать с водой или другими соединениями, находящимися в водной смеси. Продукты таких реакций создают нецелевые чувственные ощущения.

В некоторых примерах осуществления низкотемпературная экстракция, проводимая при температуре 80°С или менее, необязательно включающая промежуточное проведение парового взрыва, сама по себе неожиданно дает высокий выход, составляющий до 50%. Такой способ также может быть применен для приготовления кофе в домашних условиях, а также для полупрофессиональной и профессиональной заварки кофе (оборудование и автоматы в кафе). Применение этого способа может привести к получению готового к употреблению экстракта, получаемого в устройстве, которое может обрабатывать частицы кофе заданного размера при определенном давлении и т.д. Такое бытовое устройство позволило бы пользователю получать более высокий выход и качество продукта по сравнению с обычными бытовыми устройствами для приготовления кофе. При этом потреблялось бы меньшее количество кофейных бобов, а также меньшее количество энергии, поскольку температура воды составляет 80°С или менее. Еще одним преимуществом для потребителей было бы снижение риска получения ожогов.

Согласно этому аспекту изобретения, для снижения реакционной способности ароматизирующих компонентов и снижения давления пара летучих компонентов, используют воду с более низкой температурой, такой как 60°С или ниже, предпочтительно ниже 50°С. Чтобы не производить нагревание воды перед смешиванием, ее температура может быть равна температуре водопроводной воды. В альтернативном варианте воду слегка нагревают до достижения ею приблизительно комнатной температуры.

Проведение обработки при низкой температуре приводит к пониженному образованию фурфуралей (а также 5-HMF) и других продуктов разложения, имеющих неприятный вкус. Так как экстракцию предпочтительно выполняют при температурах ниже 80°С, обычно первый этап экстракции выполняют при температуре, составляющей от 10°С до 80°С. Чтобы температура воды не способствовала образованию продуктов разложения, экстракцию предпочтительно выполняют при температуре, составляющей от 15°С до 45°С, наиболее предпочтительно, при комнатной температуре.

При проведении первой экстракции размолотую смесь перед разделением обычно выдерживают в камере, в которой создано избыточное давление, в течение времени, составляющего от 5 минут до 2 часов или более, до достижения достаточной экстракции растворимых компонентов. Конкретная продолжительность экстракции зависит от ряда факторов, которые включают температуру, размер частиц обжаренных бобов, отношение количества воды к количеству бобов, расход воды, градиент концентрации и т.д.

Смешивание обжаренных бобов и воды и размалывание полученной смеси может быть выполнено в отдельных камерах (отделениях) и при различных давлениях. Согласно одному из аспектов изобретения, смешивание выполняют под давлением, величина которого равна давлению окружающей среды, в то время как размалывание выполняют в камере (отделении), находящейся под давлением. Однако в одном из предпочтительных примеров осуществления смешивание жареного кофе и воды производят в камере, находящейся под давлением. Величины давления в смесительной камере и камере размалывания могут быть различными, но предпочтительно они по существу являются величинами одного порядка. Согласно одному из аспектов изобретения, избыточное давление при проведении этапа размалывания составляет 0,5 бар (что составляет 5⋅10⁴ Па) или более, предпочтительно 1 бар (что составляет 10⁵ Па) избыточного давления или более.

Смешивание обжаренных кофейных бобов и воды может быть произведено в виде этапа способа, выполняемого на основной технологической линии (in-line), непосредственно перед размалыванием смеси. Выполнение смешивания на основной технологической линии обеспечивает эффективную обработку и меньшую продолжительность способа.

При проведении этапа смешивания и размалывания согласно настоящему изобретению выделяется CO₂. Выделяющийся CO₂ может быть отведен из камеры смешивания или размалывания. Однако, согласно определенному аспекту, большую часть CO₂, выделяющегося из жарящихся кофейных бобов при проведении этапов смешивания и/или размалывания, предпочтительно удерживают вместе со смесью жареного кофе и водного экстракта. Согласно одному из предпочтительных аспектов, при проведении размалывания по существу все количество CO₂ удерживают в камере размалывания. Предположительно, в итоге это может улучшить не только выход, но и позволит более полно сохранить аромат.

После проведения размалывания давление размолотой смеси понижают. Предпочтительно давление снижают до обычного давления (давления окружающей среды). При снижении давления может быть произведено улавливание CO₂ и других летучих компонентов, или они могут быть сброшены в окружающую среду. В одном из конкретных примеров осуществления газ, выделяющийся при снижении давления, пропускают через сильно охлажденную ловушку для улавливания летучих компонентов. При необходимости, снижение давления может быть произведено до, во время или после снижения температуры. При необходимости, перед проведением этапа разделения, температура может быть снижена до величины, составляющей от 0°С до 30°С.

Согласно некоторым аспектам, первый кофейный экстракт вводят в последующую обработку в немодифицированном виде, в жидкой форме или в высушенном виде. Согласно другим аспектам, жидкий кофейный экстракт дополнительно разделяют на водный кофейный экстракт и кофейное масло.

Первый кофейный экстракт может быть высушен до получения растворимого кофейного продукта, необязательно после смешивания с другими кофейными экстрактами. Сушка может представлять собой традиционную распылительную сушку или лиофилизацию.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Пример 1

Влияние поверхностно-активного вещества на экстракцию

Обжаренные и размолотые кофейные бобы Robusta (250 г), средний размер частиц которых составлял 400 мкм, сначала экстрагировали горячей водой (всего 4000 мл), температура которой составляла 60°С, выполняя два цикла экстракции до достижения объединенного выхода экстракции, составляющего 31% (±1%). Полученную после стока воды кофейную гущу размалывали до достижения среднего размера частиц, составляющего 100 мкм, и вместе с водой (2000 мл) помещали в автоклав. Автоклав герметично закрывали и нагревали до 130°С при перемешивании в течение 10 минут для стерилизации частиц размолотого кофе. Затем смесь охлаждали до 50°С и за один раз добавляли 10 г фермента целлюлазы GEA No. 17 (небольшие образцы могут быть предоставлены по требованию). Реакцию ферментативного гидролиза оставляли протекать в течение ночи (16 часов) при 65°С и перемешивании. Затем смесь нагревали до 150°С в течение 25 минут, охлаждали до комнатной температуры, и из экстрагированной кофейной гущи сливали воду, получая 2450 г кофейного экстракта, в котором содержание сухого вещества составляло 2,94%. Объединенный выход после всех экстракций составил 57%.

Обжаренные и размолотые кофейные бобы Robusta (250 г) сначала экстрагировали горячей водой (всего 4000 мл), выполняя два цикла экстракции, до достижения объединенного выхода, составляющего 31% (±1%). Полученную после стока воды кофейную гущу размалывали до достижения среднего размера частиц, составляющего 100 мкм, и помещали в автоклав вместе с водой (2000 мл). Автоклав герметично закрывали и нагревали до 130°С при перемешивании в течение 10 минут для стерилизации частиц размолотого кофе. Затем смесь охлаждали до 50°С и добавляли 10 г фермента целлюлазы GEA No. 17 вместе с поверхностно-активным веществом TWEEN20 (2,0 г). Реакцию ферментативного гидролиза оставляли протекать в течение ночи (16 часов) при 65°С и перемешивании. Затем смесь нагревали до 150°С в течение 25 минут, охлаждали до комнатной температуры, и из экстрагированной кофейной гущи сливали воду, получая 2842 г кофейного экстракта, в котором содержание сухого вещества составляло 3,51%. Объединенный выход после всех экстракций неожиданно, учитывая невысокие температуры обработки, составил 68%.

Пример 2

Получение из кофе поверхностно-активных веществ

Извлекаемые из кофе поверхностно-активные вещества были получены в присутствии липазных ферментов, которые воздействовали на кофейное масло и водорастворимые фрагменты углеводов, находящиеся в кофе. Протокол испытаний был разделен на три этапа:

Этап 0: Сырьевой материал (200 г коммерчески доступной экстрагированной кофейной гущи зерен Robusta) измельчали в блендере (смесителе) в смеси с деминерализованной водой (500 г) в течение 10 минут и затем фильтровали. Как показали измерения, размер частиц промытой и измельченной гущи составлял от 50 до 100 мкм.

Этап 1: Измельченные и промытые частицы размолотого кофе, полученные в этапе 0, суспендировали в воде (360 г) и обрабатывали ферментом целлюлаза GEA No. 21 (1,0 г) при 50°С в течение 14 часов. Суспензию фильтровали, и определяли содержание углеводных фрагментов в фильтрате (1,27%).

Этап 2: К двухфазной смеси фильтрата, полученного в этапе 1 (30 г), и кофейного масла (2,0 г), полученного из коммерческого источника, добавляли фермент липазу (400 мг), относящуюся к типам, перечисленным ниже, и смесь перемешивали магнитной мешалкой при 50°С в течение 14 часов. Липидный и водный слои оставляли разделяться, после чего водный слой извлекали и фильтровали.

В этом эксперименте по отдельности исследовали разные липазные продукты:

a) фермент липаза GEA No. 25

b) Dupont LysoMaxOil (фермент, используемый при выпечке)

Полученный из каждой смеси фильтрат затем дополнительно исследовали в Этапе 3.

Этап 3. К каждому фильтрату (14 г) добавляли экстрагированную кофейную гущу из зерен сорта Robusta (7,4 г), полученную, как описано в Этапе 0, и небольшую дозу коммерчески доступного фермента целлюлаза GEA No. 21 (25 мг), и полученные смеси перемешивали при 50°С в течение 24 часов. Затем для деактивации фермента смесь нагревали до 150°С в течение 25 минут и охлаждали до комнатной температуры. Фильтрат извлекали, и определяли количество растворимого вещества:

Образец для сравнения (без липазы) выход 9% a) фермент липаза GEA No. 25 выход 17% b) Dupont LysoMaxOil (Фермент, используемый при выпечке) выход 14%

Приведенные примеры показывают, что обработка кофейного масла ферментом липазой в присутствии углеводных фрагментов кофе приводит к получению веществ, оказывающих положительное влияние на выход растворимого вещества, достигаемый при последующем проведении целлюлазного гидролиза экстрагированной кофейной гущи.

Пример 3

В приведенном ниже примере показано, что при проведении экстракции при относительно низкой температуре может быть получен относительно высокий выход.

Обжаренные кофейные бобы (400 г, 95,05% твердого вещества, масса сухого вещества 380 г) размалывали с помощью коммерчески доступной кофемолки до достижения среднего размера частиц, составляющего 400 мкм. Обжаренные и размолотые бобы затем загружали в контейнер вместе с 1000 мл воды (25°С). Суспензию тщательно перемешивали, и спустя две минуты суспензию переносили на экстракционную колонку, один конец которой был снабжен фильтром с размером пор 300 мкм. Растворимые твердые вещества экстрагировали из бобов, прокачивая через колонку воду (25°С) до тех пор, пока содержание сухих веществ по ареометру Брикса в элюате не составило 0,5. Собранный объем составил 2777 мл, количество растворенных твердых веществ составило 3,56%, что соответствует выходу 98,86 г или 26%.

Затем кофейную гущу удаляли из колонки и переносили вместе с водой (2000 мл) в емкость, способную выдерживать высокое давление и высокую температуру. Донный клапан емкости был снабжен металлической трубкой, соединенной с циклоном таким образом, что высокое давление, создаваемое в емкости, может быть стравлено в циклон. Контейнер герметично закрывали, и температуру повышали до 140°С при перемешивании суспензии. После выдерживания в течение 60 минут при 140°С, донный клапан открывали, что приводило к перемещению суспензии в циклон. Резкое снижение давления приводит к паровому взрыву, который разрушает волокна в частицах размолотого кофе, что, по-видимому, повышает выход.

Затем кофейную гущу экстрагировали водой (65°С) до тех пор, пока содержание сухих веществ по ареометру Брикса в элюате не составило 0,1. Собранный в этом этапе объем экстракта составил 5283 мл, количество растворенных твердых веществ составило 1,33%, что соответствует 70,3 г. Общий выход экстракции в результате двух объединенных этапов экстракции составил 169 г или 44%.

Кофейную гущу дополнительно промывали водой (65°С) до тех пор, пока содержание сухих веществ по ареометру Брикса в промывных водах не достигло 0. В полученной промывной воде в буквальном смысле не содержится целевых веществ, и поэтому ее выбрасывают. Кофейную гущу мелко измельчали в кухонном комбайне (смесителе) до достижения среднего размера частиц, составляющего 50 мкм, и помещали вместе с 2000 мл воды в нагретый контейнер. За один раз добавляли следующую смесь ферментов: гидролизующий фермент GEA No. 42 (4,00 г). Затем суспензию выдерживали при перемешивании при 50°С в течение 18 часов, после чего центрифугировали.

В приведенной ниже таблице представлены суммарные данные трех экстрактов вместе с выходами.

Учитывая низкие температуры обработки, полученный общий выход 65% оказался неожиданно высоким.

Пример 4

Партию обжаренных кофейных бобов Robusta массой 250 г с содержанием твердых веществ, составляющим 240 г (96%), размалывали с помощью мельницы до достижения среднего размера частиц, составляющего 400 мкм, и перемешивали в 750 г деионизированной воды при обычной (комнатной) температуре в течение 60 минут.

Смесь фильтровали через воронку Бюхнера, и осадок на фильтре промывали 500 г деионизированной воды. Полученное после испарения объединенных фильтратов общее содержание твердых веществ составило приблизительно 48 г, что соответствует 20% от массы исходной партии.

Промытый осадок на фильтре суспендировали в 1000 г деионизированной воды и переносили в камеру, находящуюся под давлением. Смесь нагревали до 140°С при перемешивании внутренней механической мешалкой в течение 90 минут, и взрыв водяного пара проводили в циклоне.

Смесь фильтровали через воронку Бюхнера, и осадок на фильтре промывали 1000 г деионизированной воды. Полученное после испарения объединенных фильтратов общее содержание твердых веществ составило приблизительно 48 г, что соответствует еще 20% от массы исходной партии, то есть суммарный выход составил 40%.

Оставшиеся в осадке на фильтре 60% переносили в химический стакан и добавляли деионизированную воду до достижения общего объема, составляющего 1400 мл. Эту смесь гомогенизировали с помощью гомогенизатора Turrax Т18 с высоким усилием сдвига в течение 60 минут до получения частиц, средний размер которых составлял менее 100 мкм, и содержание сухого твердого вещества составляло 16%.

Образец этой смеси массой 50 г (общее содержание твердых веществ 8 г) подвергали ферментативной обработке. Суммарная дозировка гидролизующего фермента GEA No. 42 (небольшие образцы могут быть предоставлены по требованию), которую использовали при выполнении всех трех этапов, была рассчитана на основании содержания сухих твердых веществ в этом образце и составила 1,9%.

Этап 1:

Образец перемешивали с 45 г деионизированной воды в течение 1 минуты и центрифугировали при 4500 об./мин. в течение 4 минут. Жидкость над осадком извлекали, и процедуру повторяли для извлечения дополнительного количества растворимых веществ и мелких частиц. Полученные жидкости объединяли и испаряли, получая 688 мг сухих твердых веществ (8,5% от образца массой 50 г).

Промытый образец суспендировали в 50 г деионизированной воды, и к полученной смеси добавляли 0,42%-ный препарат гидролизующего фермента GEA No. 42 (32 мг). Смесь герметично закрывали и перемешивали при 50°С в течение 12 часов и центрифугировали при 4500 об./мин. в течение 4 минут.

Жидкость над осадком удаляли, и остаток перемешивали с 40 г деионизированной воды в течение 1 минуты и центрифугировали при 4500 об./мин. в течение 4 минут. Промывку повторяли, используя дополнительные 40 г деионизированной воды, для удаления большего количества растворимых веществ и мелких частиц, образованных ферментами. Полученные жидкости над осадками объединяли и испаряли, получая 1,84 г твердого вещества (23% твердого вещества в 50 г образца).

Этап 2:

Остаток, полученный в этапе 1, суспендировали в 50 г деионизированной воды, и к полученной смеси добавляли 0,58%-ный препарат гидролизующего фермента GEA No. 42 (46 мг). Смесь герметично закрывали и перемешивали при 50°С в течение 12 часов и центрифугировали при 4500 об./мин. в течение 4 минут.

Жидкость над осадком удаляли, и остаток перемешивали с 40 г деионизированной воды в течение 1 минуты и центрифугировали при 4500 об./мин. в течение 4 минут. Промывку повторяли, используя дополнительные 40 г деионизированной воды, для удаления большего количества растворимых веществ и мелких частиц, образованных ферментами. Полученные жидкости над осадками объединяли и испаряли, получая 1,44 г твердого вещества (18% твердого вещества в 50 г образца).

Этап 3:

Остаток, полученный в этапе 2, суспендировали в 50 г деионизированной воды, и к полученной смеси добавляли 0,90%-ный препарат гидролизующего фермента GEA No. 42 (72 мг). Смесь герметично закрывали и перемешивали при 50°С в течение 12 часов и центрифугировали при 4500 об./мин. в течение 4 минут.

Жидкость над осадком удаляли, и остаток перемешивали с 40 г деионизированной воды в течение 1 минуты и центрифугировали при 4500 об./мин. в течение 4 минут. Промывку повторяли, используя дополнительные 40 г деионизированной воды, для удаления большего количества растворимых веществ и мелких частиц, образованных ферментами. Полученные жидкости над осадками объединяли и испаряли, получая 1.44 г твердого вещества (18% твердого вещества в 50 г образца).

Объединенный выход после трех этапов в пересчете на образец массой 50 г составил 67,5%, что соответствует 40,5% от исходной массы обжаренных кофейных бобов, то есть общий выход неожиданно составил 80,5%.

Пример 5

Партию из 250 обжаренных и размолотых кофейных бобов Robusta подвергали экстракции, осуществляли обработку паровым взрывом и подготавливали для ферментативной обработки согласно процедуре, описанной в Примере 4, получая растворимые фрагменты с общим выходом 46,5%.

20,12 г (масса сухого вещества 2,37 г) из оставшегося нерастворимого материала переносили в ячейку для мембранного фильтрования Millipore Amicon емкостью 50 мл, снабженную мембраной для ультрафильтрования Alfa Laval UFX 10 pHt с размерами пор 10 кДа. В ячейку также загружали смесь гидролизующего фермента GEA No. 42 (17 мг) и буферного раствора цитрата натрия (рН 4,50, 25 мМ, 45 г). С ячейкой для фильтрования был соединен питающий резервуар, содержащий избыток буферного раствора цитрата натрия (рН 4,50, 25 мМ). Смесь в ячейке перемешивали и нагревали до 50°С; к питающему резервуару было приложено избыточное давление величиной 1 бар (10⁵ Па), под действием которого буферный раствор непрерывно поступал из питающего резервуара в ячейку и проходил через мембрану вместе с растворимыми фрагментами, образуемыми ферментами. В течение 12 часов было собрано всего 855 г фильтрата, который представлял собой прозрачный раствор, из которого 63 г переносили во вторую ячейку для мембранного фильтрования Millipore Amicon, снабженную мембраной для нанофильтрования DOW FILMTEC NF-270 с размерами пор 300 кДа. Раствор перемешивали, прикладывая избыточное давление величиной 4 бар (4⋅10⁵ Па), под действием которого растворенный цитрат натрия проходил через мембрану, но растворимые фрагменты, образованные ферментами, удерживались на мембране.

Общее количество солюбилизованных твердых веществ, полученных из ретентата и промывкой оставшейся кофейной гущи, составило 1,2 г, т.е. 50,5% материала, перенесенного в ячейку.

Это соответствует общему выходу, составляющему 73,5% в пересчете на массу сухих твердых веществ в обжаренном и размолотом кофе, и, кроме того, такая обработка позволила снизить дозировку фермента с 1,9% до 0,5% по сравнению с Примером 4. Учитывая небольшую используемую дозировку фермента, величина выхода оказывается неожиданно высокой.

Изобретение относится к кофейной промышленности. Экстрагируют обжаренные и размолотые кофейные бобы водой с температурой 80°С или менее с получением первого экстракта и экстрагированной кофейной гущи. Обрабатывают экстрагированную кофейную гущу путем добавления воды к ней. Осуществляют паровой взрыв экстрагированной кофейной гущи при температуре от 50°C до 170°C под давлением от 0,1 до 10 бар (от 10⁴ до 10⁶ Па) в течение времени от 0,1 до 5 ч. Разделяют смесь на промежуточный экстракт и обработанную экстрагированную кофейную гущу. Добавляют к полученной гуще воду с получением водной суспензии. Гидролизуют водную суспензию под действием гидролизующего фермента с получением второго экстракта и отработанного остатка. Добавляют первый и промежуточный экстракт во второй экстракт, необязательно после концентрации и/или сушки промежуточного и/или второго экстракта, с получением объединенного экстракта. Сушат объединенный экстракт с получением растворимого кофейного продукта. Изобретение обеспечивает получение продукта с высоким выходом твердых веществ, составляющее 65% и более. 22 з.п. ф-лы, 5 пр., 1 табл.

1. Способ получения растворимого кофейного продукта с высоким выходом твердых веществ, включающий следующие этапы:

a) экстракция обжаренных и размолотых кофейных бобов водой, температура которой составляет 80°С или менее, с получением первого экстракта и экстрагированной кофейной гущи, и предварительная обработка экстрагированной кофейной гущи, причем предварительная обработка включает:

- добавление воды к экстрагированной кофейной гуще;

- паровой взрыв экстрагированной кофейной гущи, причем паровой взрыв выполняют при температуре, составляющей от 50°C до 170°C, под давлением, составляющим от 0,1 до 10 бар (от 10⁴ до 10⁶ Па), в течение времени, составляющего от 0,1 до 5 ч; и

- разделение на промежуточный экстракт и предварительно обработанную экстрагированную кофейную гущу;

b) добавление к предварительно обработанной экстрагированной кофейной гуще воды с получением водной суспензии;

c) гидролиз водной суспензии под действием гидролизующего фермента с получением второго экстракта и отработанного остатка;

d) добавление первого и промежуточного экстракта во второй экстракт, необязательно после концентрации и/или сушки промежуточного и/или второго экстракта, с получением объединенного экстракта; и

e) сушка объединенного экстракта с получением растворимого кофейного продукта.

2. Способ по п.1, в котором этап а) экстракции выполняют при температуре, составляющей от 10°C до 80°C.

3. Способ по п.1, в котором этап а) экстракции выполняют в течение времени, составляющего от 5 мин до 2 ч.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором гидролизующий фермент выбран из ферментов, гидролизующих углеводы, или ферментов, гидролизующих сложные эфиры карбоновых кислот, или любой комбинации таких ферментов.

5. Способ по п.4, в котором этап с) гидролиза выполняют в водной суспензии экстрагированной кофейной гущи при температуре, составляющей от 40°C до 80°C, при pH, составляющем от 4 до 7, и/или в течение времени, составляющего от 1 до 16 ч.

6. Способ по любому из пп.1-5, в котором во время проведения этапа с) гидролиза присутствует вспомогательный агент.

7. Способ по п.6, в котором вспомогательный агент представляет собой полученное из кофе поверхностно-активное вещество.

8. Способ по любому из пп.1-7, в котором полученный из кофе агент представляет собой поверхностно-активное вещество, которое может быть получено при выполнении следующих этапов:

i. ферментирование экстрагированной кофейной гущи в присутствии фермента, гидролизующего углеводы, приводящее к получению углеводных фрагментов; и

ii. добавление к углеводным фрагментам кофейного масла и фермента, гидролизующего сложные эфиры карбоновых кислот, в условиях, подходящих для переэтерификации.

9. Способ по любому из пп.1-8, в котором фермент, гидролизующий углеводы, выбран из группы, включающей целлюлазу, ксиланазу, гемицеллюлазу или любую комбинацию перечисленных ферментов.

10. Способ по любому из пп.1-9, в котором фермент, гидролизующий сложные эфиры карбоновых кислот, выбран из эстеразы, липазы или любой их комбинации.

11. Способ по любому из пп.8-10, в котором кофейное масло получено из зеленых кофейных бобов, обжаренного и размолотого кофе или экстрактов кофейной гущи.

12. Способ по любому из пп.1-11, в котором получаемое из кофе поверхностно-активное вещество получают in situ во время проведения этапа гидролиза посредством добавления к водной суспензии фермента, гидролизующего сложные эфиры карбоновых кислот, и необязательно кофейного масла.

13. Способ по п.1, в котором промежуточный экстракт, либо в том виде, в котором он получен, либо в концентрированном и/или высушенном виде добавляют в объединенный экстракт.

14. Способ по пп. 1 или 13, в котором предварительная обработка включает поддержание температурного режима, включающего в любом порядке следующие этапы:

- период низкотемпературной обработки при температуре, составляющей от 25°C до 150°C, в течение времени, составляющего от 1 мин до 24 ч; и

- период высокотемпературной обработки при температуре, составляющей от 100°C до 200°C, в течение времени, составляющего от 1 мин до 24 ч.

15. Способ по любому из пп.1-14, в котором перед проведением ферментативного гидролиза выполняют этап промывки предварительно обработанной экстрагированной кофейной гущи.

16. Способ по любому из пп.1-15, в котором после проведения гидролиза второй экстракт подвергают последующей обработке либо

- нагреванием до температуры, превышающей 70°C, в течение времени, достаточного для инактивации фермента, обычно нагреванием до температуры, составляющей 120°C, в течение времени, составляющего от 10 до 30 мин, либо

- мембранным фильтрованием для извлечения фермента, который необязательно повторно используют в этапе (с).

17. Способ по любому из пп.1-16, в котором экстрагированную кофейную гущу перед проведением ферментативной обработки тонко измельчают до достижения среднего размера частиц, составляющего от 2 до 1000 мкм, предпочтительно от 30 до 500 мкм.

18. Способ по любому из пп.1-17, в котором общий выход твердых веществ, содержащихся в растворимом кофейном продукте в пересчете на количество обжаренных и размолотых кофейных бобов, составляет 65 мас.% или более.

19. Способ по любому из пп.1-18, в котором общий выход твердых веществ, содержащихся в растворимом кофейном продукте в пересчете на количество обжаренных и размолотых кофейных бобов, составляет 70 мас. % или более.

20. Способ по любому из пп.1-19, в котором общий выход твердых веществ, содержащихся в растворимом кофейном продукте в пересчете на количество обжаренных и размолотых кофейных бобов, составляет 75 мас.% или более.

21. Способ по любому из пп.1-20, в котором экстракт подвергают мембранному фильтрованию для подачи водного фильтрата рециклом обратно в способ с целью его повторного использования в способе.

22. Способ по любому из пп.1-21, в котором первый экстракт концентрируют с помощью методики, позволяющей сохранить аромат, такой как концентрация замораживанием.

23. Способ по любому из пп.1-22, в котором перед проведением этапа а) экстракции кофейные бобы измельчают до достижения среднего размера частиц, составляющего от 0,2 до 5 мм, предпочтительно менее 0,5 мм.