Способ выделения ароматических веществ из кофе и чая Советский патент 1989 года по МПК A23F5/48 A23L1/221 A23F3/16 

Изобретение относится к пищевой промышленности и касается получения ароматических веществ из кофе и чая.

Цель изобретения - снижение потерь ароматических веществ.

Способ осуществляют следующим образом.

Инертный газ-переносчик со скоростью потока 8-64 л/ч пропускают через какой-то специфический богатый ароматическими веществами растительный материал (кофе, чай) в течение от 15 мин до 3 ч при 60-82°С (отгонка) с целью последующего извлечения из этого материала ароматических веществ,

Образующийся в результате этого насыщенный ароматическими веществами газ вступает в непосредственный контакт с криогенной жидкостью, для чего этот газ пропускают через жидкость, чтобы можно было конденсировать ароматические вещества из газа с конечным образованием твердой их формы. В качестве криогенной жидкости лучше всего использовать жидкий азот, температура которого постоянно поддерживается на уровне - 19i°C или даже ниже. Затем твердые замерзшие частицы ароматического вещества выделяют из криогенной жидкости. Извлеченные таким образом ароматические вещества можно вводить

Јь

ЭО

J

сд

ш

в растворимые порошкообразные напитки или d другие продукты.

Газ-переносчик должен иметь точку кипения, которая равна или чуть ниже точки кипения криогенной жидкости, чтобы исключить вероятность конден сирования газа-переносчика вместе с ароматическими веществами. В зону контакта между газовым потоком и

криогенной жидкостью можно вводить твердый субстрат, чтобы ароматические вещества конденсировались на этом субстрате.

На чертеже схематически показана технологическая схема осуществления предлагаемого способа.

Схема состоит из закрытой камеры 1 отгонки, фильтра 2, предконденсатора 3, ловушки 4, мелкоячеистого сита 5 и сосуда Дьюара 6.

Партию сырья, предварительно измельченного до размера частиц примерно в 2 мм, загружают в закрытую камеру 1 отгонки легких фракций. Затем эту камеру нагревают, чтобы поддерживать сырье при требуемой температуре, и начинают вращать, чтобы тщательно перемешать частицы кофе. Затем в эту камеру вводят постоянный поток газа-переносчика в виде сухого азот та, который внутри камеры проходит через перемешиваемую массу частиц кофе, причем давление внутри камеры поддерживают чуть выше атмосферного. Как только газ-переносчик начинает контактировать с частицами сырья, он тут же начинает извлекать из этих частиц кофе ароматические вещества, а также абсорбировать водяные пары и двуокись углерода, которые выделяются частицами сырья. Поток насыщенного ароматическими веществами газа проходит из камеры отгонки легких фракций через фильтр 2, который улав- ливает все находящиеся в этом потоке частицы сырья, а затем направляют через предконденсатор 3, который постоянно охлаждают холодной водой. Водяные пары КОНДеНСИруЮТСЯ ИЗ ПОТОКа

газа в предконденсаторе вместе с наименее летучими или имеющими максимально высокую точку (температуру) кипения ароматическими веществами.

Примерно при комнатной температуре насыщенный ароматическими веществами газ проходит от предконденсатора в верхний конец ловушки 4, в ниж

ю

$

20

25 30 35 0 5 g

5

1

нем конце которой установлено мелкоячеистое сито 5. Нижний конец этого трубопровода погружен в ванну с жидким азотом, который поддерживается в равновесном состоянии при своей температуре кипения при атмосферном давлении в открытом и изолированном сосуде или в сосуде Дьюара 6. На верхней части сита 5 расположен тонкий слой специфического субстрата. Давление в лозушке 4 вытесняет весь жидкий азот из этого трубопровода и поддерживает поверхность раздела газ/жидкость на нижнем конце трубопровода. Таким образом, верхняя часть трубопровода заполняется газом, а жидкий азот удерживается в непосредственном контакте с ситом и со слоем субстрата. Газ непрерывно выходит из нижнего конца трубопровода, предварительно проходя через субстрат и сито, и выделяет пузырьки через жидкий азот в сосуд вместе с газообразным азотом, которьй выделяется из ванны с жидкостью. Выходящие из ванны газы отводят в атмосферу.

После того, как насыщенный арома- тическими веществами газ, который стекает вниз по трубопроводу, проходит через субстрат и попадает в жидкий азот, происходит почти мгновенное пониженно его температуры до температуры жидкого азота, т.е. до -19J5°C. Находящиеся з газе ароматические вещества и двуокись углерода конденсируются на субстрате и на сите 5. При преобладающей з этом трубопроводе температуре двуокись углерода образует твердьй иней или снеговую шубу. В даьный момент ароматические вещества либо замерзают, либо адсорбируются на снеговой шубе и/или на субстрате. Следовательно,, все сконденсированные ароматические вещества собираются в твердой форме на снеговой шубе или з субстрате на верхней стороне сита.

После выделения из сырья желаемого количества ароматических веществ и его накапливания в ловушке прекращается поток газа. Твердые находящиеся в ловушке & ароматические вещества отделяются от жидкого азота в результате простого поднятия ловушки и удаления из сосуда Дьюара. Любое количество жидкого азота, которое могло попасть в трубопровод уже после прекра-

щения потока газа, необходимо вернуть обратно в ванну, пропустив его предварительно через сито. Затем готовят твердые ароматические вещества для введения в кофе и его продукты. Эти ароматические вещества можно, например, ввести в растворимый кофе с помощью обычных методов, которые обычно используются для введения ароматических веществ в используемую для смешивания жидкость, например в концентрированный экстракт кофе, пищевое масло или эмульсию пищевого масла в кофейном экстракте. Используемую для смешивания жидкость затем можно ввести в порошкообразное растворимое кофе или в другой подобный же продукт. Используемую для смешивания жидкость можно высушить, а образовавшийся су хой продукт можно смешать с растворимым порошкообразным кофе или с другим подобным же продуктом.

Извлеченные ароматические вещества необходимо нагревать до температуры выше точки замерзания смешивающейся жидкости. После нагревания происходит испарение двуокиси углерода, которая затвердевает вместе с арома- .тическими веществами. Ароматические вещества можно нагревать в закрытом контейнере вместе с субстратом, удер - живая при этом двуокись углерода. В течение процесса нагревания нагретые ароматические вещества прилипают к субстрату, так что если в конечном итоге происходит освобождение двуокиси углерода, то вместе с ней теряется лишь очень незначительная часть ароматических веществ. Чтобы вообще свести к минимуму потери ароматических веществ на стадии нагревания можно погрузить твердые ароматические вещества и субстрат в смешивающую жидкость и нагревать их за счет контактирования друг с другом, чтобы освобождающиеся в процессе нагревания ароматические вещества, которые в данном случае находятся в газообразной форме, абсорбировались в смешивающейся жидкости.

Наиболее приемлемыми связывающими ароматические вещества субстанциями являются пищевые жиры или глицериды, углеводы, водный кофейный экстракт, растворимый порошкообразный кофе и их комбинации в замороженной порошкообразной форме. Предпочтительными

20

10

15

25

субстратами являются смесь или эмульсия концентрированного кофейного эк- страта и пищевое масло, а наиболее предпочтительным субстратом является смесь, состоящая примерно из двух частей по весу из кофейного экстракта, содержащего примерно 45% по весу кофейных твердых частиц, и из одной части по весу из пищевого масла. Процесс извлечения ароматических веществ можно осуществлять на стехио- метрической основе с другими этапами, которые используются для превращения обжаренного и молотого кофе в растворимый порошкообразный кофе после извлечения из него ароматических веществ или отгона легких фракций. В ходе выполнения этой операции смесь ароматного вещества и субстрата, полученная на основе какого-то конкретного количества обжаренного и молотого кофе, смешивается с растворимым кофейным порошком, полученным из того же количества обжаренного и молотого кофе. Если используется рекомендуемое или предпочтительное количество субстрата, тогда стехиометри- ческая операция имеет своим конечным результатом добавление в растворимый кофейный порошок примерно 0,5% по весу масла из субстрата. Эти количества масла могут присутствовать в порошке без придания восстановлен- 35 ному напитку неприятных привкусов масла,

Можно использовать и меньшие количества субстрата или вообще обойтись без субстрата, причем это не окажет какого-либо большого отрицательного влияния на сам процесс извлечения ароматических веществ. Если субстрат вообще не используется, тогда необходима особая осторожность в плане сведения к минимуму потерь ароматических веществ после их извлечения, например, в течение вы- i полнения операции нагревания с целью введения ароматических веществ в ко-- нечный продукт.

30

40

45

50

Относительно нелетучие с высокой точкой кипения ароматические вещества, собранные в предконденсаторе, также можно вводить в конечный продукт, например, путем их введения в смешивающуюся жидкость вместе с более летучими ароматическими веществами, извлеченными и собранными в лопушке.

Первоначально собранные в предконден- саторе и имеющие точку кипения выше примерно О С ароматические вещества по существу не оказывают никакоговлияния на улучшение вкуса и аромата конечного продукта и поэтому эти ароматические вещества можно вообще выбросить. Можно также вообще отказаться от использования предконденсатора, в этом случае все ароматические вещества собираются в охлаждаемой азотом ловушке вместе с льдом, давлении, из паров воды в газовом потоке. Поскольку этот вариант связан с доволь- но значительным дополнительным введением тепла в ванну с жидким азотом, то он считается менее предпочтительным.

Можно также между первым предкон- денсатором и ловушкой установить дополнительный предконденсатор, которьй работает при промежуточной температуре. В этом случае можно добиться еще большего охлаждения газового потока, благодаря чему можно свести к минимуму ввод тепла в ванну с жидким азотом, а следовательно, и свести к минимуму испарение жидкого азота. Собранные в дополнительном предконден- саторе ароматические вещества можно смешивать с конечным продуктом или просто выбрасывать. Предварительный охладитель и дополнительньй предконденсатор могут работать при или ниже температуры сублимации двуокиси углерода (-78,5°С). Если дополнительный предконденсатор работает при температуре ниже температуры сублимации двуокиси углерода, тогда он уда- ляет двуокись углерода из потока газа еще до момента, когда этот поток достигает ловушки. В соответствии с этим вариантом изобретения полученные в ловушке ароматические вещества в

основном свободны от двуокиси углерода, а следовательно, менее подверг жены потерям, связанным с испарением двуокиси углерода в процессе нагревания . Хотя средние по своей летучее- ти ароматические вещества, собранные в дополнительном предконденсаторе, ассоциируются или связаны с твердой двуокисью углерода, однако есть основания полагать, что они будут ме- нее ценными и менее восприимчивыми к потерям в процессе нагревания, чем исключительно летучие ароматические вещества, собранные в ловушке. Используемая в данном процессе криогенная жидкость должна быть по сути не реактивной по отношению к ароматическим веществам, не должна быть токсичной и должна иметь точку замерзания, намного ниже желаемой температуры жидкости. В течение этого процесса рекомендуется поддерживать температуру криогенной жидкости на уровне примерно -195°С. Хотя можно использовать и более низкие температуры криогенной жидкости, однако эти более низкие температуры практически не дают никакого выигрыша, так как в основном полное извлечение ароматических веществ из потока газа достигается лишь при температуре -195 С. Значительно более высокие температуры криогенной жидкости приводят к менее полному извлечению ароматических веществ, а следовательно, они являются менее предпочтительными.

Можно также использовать и некоторые другие газы-переносчики. Газ- переносчик не должен вступать в реакции с ароматическими веществами и должен иметь точку кипения, которая равна или ниже температуры используемой в процессе криогенной жидкости. Если в качестве криогенной жидкости используется жидкий азот, тогда какая-то часть азота, выделенная из ванны с жидкостью, может собираться и использоваться в качестве газа-переносчика.

Является предпочтительным, чтобы точка кипения газа-переносчика при давлении, которое преобладает на поверхности раздела между потоком газа и криогенной жидкостью, была равна или была ниже температуры криогенной жидкости. Если точка кипения газа- переносчика равна температуре криогенной жидкости, тогда по мере прохождения газа-переносчика через криогенную жидкость он не конденсируется. После того, как какая-то часть газа-переносчика достигает температуры жидкости, то тут же прекращаетс передача тепла, а газ образует пузырек при состоянии равновесия с окружающей жидкостью. Если точка кипения газа-переносчика ниже температуры криогенной жидкости, то в этом случае существует большая вероятность того, что газ-переносчик не будет

конденсироваться, а следовательно, он не будет улавливаться или задерживаться в твердых ароматических веществах.

Использование неконденсирующегося газа-переносчика способствует образованию делаемого ароматического вещества в конечном продукте. Хотя изобретение не ограничивается какой-либо теорией работы, однако можно предположить, что поскольку извлеченные или восстановленные в ловушке твердые ароматические вещества не содержат в себе какой-либо большой части окон- денсированного газа-переносчика, пойманного в пределах твердой матрицы, то и не происходит никакой значительной отгонки легких фракций ароматических веществ улетученным газом- переносчиком при нагревании.

Все достигающие ловушки ароматические вещества конденсируются и восстанавливаются или извлекаются в : твердой форме. В течение всего пери- ода, пока криогенная жидкость удерживается при температуре примерно в -195°С или чуть ниже, нижний конец ловушки остается погруженным в криогенную жидкость; в течение всего это- го периода не отмечается какой-либо обнаруживаемой потери ароматических веществ в газе, выходящем из ловушки несмотря на постоянньй поток газа

в ловушку о Скорость потока газа-пе

реносчика через камеру отгонки легких фракций выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить оптимальную отгонку легких фракций ароматических веществ из обжаренного кофе.

Скорость, при которой ароматические вещества можно успешно отгонять из обжаренного и молотого кофе и чая, лимитируется скоростью диффузии из внутренней части частиц кофе к поверхности этих же частиц. За пределами какого-то определенного практического барьера дальнейшее повышение скоростей потока газа-переносчика не намного повышает эффективность или скорость этапа отгонки легких фракций. Хотя с помощью соответствующих аналитических приборов и можно обнаружить некоторое увеличение вы- хода ароматического вещества в ловушке в случае превышения скорости потока газа упомянутого предела, однако этот эффект настолько незначителен,

JQ 15 20

25 30

5

д

г

0

что даже эксперты-дегустаторы не в состоянии обнаружить различия во вкусовых и ароматических характеристиках конечного напитка, который включает в себя восстановленные или извлеченные ароматические вещества. С целью наименьшить потерь ароматических веществ скорость потока инертного газа берут 8-64 л/ч.

Эффективность этапа отгонки легких фракций повышается по мере повышения температуры, однако при температуре выше 82°С проявляется явная тенденция к ухудшению качества находящихся в кофе ароматических веществ, Следовательно, в течение этапа отгонки легких фракций следует поддерживать температуру сырья на уровне примерно 60-82 С.

Эффективность этапа отгонки легких фракций также повышается по мере увеличения длительности этапа отгонки, однако количественное выражение полученных при этом дополнительных ароматических веществ на единицу времени постепенно уменьшается к концу завершения этого процесса. Для обжаренного и молотого кофе с разме-1- ром частиц примерно в 1-3 мм наибольшей эффективности отгонки можно добиться в течение первых 15 мин, даже и после 3 ч отмечается некоторый дополнительный выход продукции отгонки при увеличении продолжительности самого процесса отгонки. Для достижения оптимального баланса между продолжительностью отгонки и эффективностью извлечения ароматических веществ рекомендуется ограничивать продолжительности отгонки периодом от примерно 15 мин до примерно 3 ч. В ходе выполнения или осуществления периодического процесса обработки сырья очередная партия его удерживается в камере в течение желаемого срока отгонки. В ходе выполнения непрерывного процесса обработки партия сырья подается и проходит через камеру отгонки легких фракций непрерывно с помощью соответствующего конвейера, так что каждая часть загрузки сырья удерживается в камере в течение желаемой продолжительности отгонки.

Чай можно обрабатывать точно также, как и кофе. Однако следует иметь в виду, что ароматические вещества в чае обычно менее летучи, чем в ко148075

фе. Следовательно, продолжительности отгонки, температуры самого процесса отгонки и скорости потока газа-переносчика обычно приближаются к более высоким пределам упомянутых выше диапазонов для кофе, т.е. они более высоки. Связывающие ароматические вещества субстраты, которые можно использовать с ароматическими веществами чая, следующие: экстракт чая, растворимый порошкообразньй чай, пищевые масла, углеводы и их комбинации в форме замороженных частиц. Обычно предназначенный для обработки отгонкой чай представлен листьями черного чая, т„е. в том виде, з котором он обычно используется для нормального промышленного процесса экст-

12

(45% твердых частей) и одной части эфирного масла кофе. В каждом отдельном случае извлеченные ароматические вещества вводятся в одно и то же количество растворимого порошкообразного кофе с помощью идентичного метода и средств. Значение или величина газовая хроматография порошка для

каждого примера представляет собой общий максимальный подсчет (количество) наблюдаемой пробы в газовой хроматографии,который был выполнен с помощью одной и той же процедуры для каждого образца растворимого кофе. Более высокие величины газовой хроматографии порошка представляют собой более высокие содержания ароматических веществ. Образец порошка

Изобретение относится к пищевой промышленности и касается получения ароматических веществ из кофе и чая. Целью изобретения является снижение потерь ароматических веществ. Это достигается тем, что из кофе или чая отгоняют ароматические вещества с использованием инертного газа, который подают со скоростью потока от 8 до 64 л/ч на 1 кг сырья, при этом температуру сырья при отгонке поддерживают от 60 до 82°С, а отгонку ведут в течение 15 мин - 3 ч, перед выделением ароматических веществ насыщенный ароматическими веществами газ приводят в контакт с жидким азотом, причем инертный газ берут с точкой кипения, равной или меньшей температуры жидкого азота, а выделение осуществляют путем отделения образовавшихся замерзших частиц. Это позволяет снизить потери ароматических веществ почти на 15%. 1 табл., 1 ил.

ракции в ходе производства раствори- 20 приготовляют из смеси В, но без до- мого чая. В соответствии с технологи- бавленяя извлеченных или восстанов- ей изобретения можно обрабатывать ленных ароматических веществ (имеет и другие содержащие ароматические вещества растительные материалы.

Является желательным исключить присутствие кислорода в потоке газа, достигающего ловушки, чтобы исключить

25

величину газовой хроматографии порош ка в 0,4410 ). Цифры в процентах

выделения ароматического вещества в свободном состоянии для каждого образца представляют собой процентное выражение общего количества ароматических веществ в обжаренном и

вероятность конденсации жидкого кис- а следовательно, и исключить

выделения ароматического вещества в свободном состоянии для каждого образца представляют собой процентное выражение общего количества ароматических веществ в обжаренном и

лорода,

вероятность возникновения скапливания 30 молотом кофе, которое удалено на этажидкого кислорода в криогенной жид-пе отгонки легких фракций и которое

определено на основе общих максимальных подсчетов в газовой хроматографии перец и после операции отгонки 35 легких фракций.

Результаты примеров 1-6 сведены

кости. Следовательно, данную систему необходимо тщательно продувать газом- переносчиком перед моментом направления потока газа в ловушку. Если эта система работает на непрерывной

основе, тогда камеру отгонки легких фракций необходимо постоянно поддерживать в условиях положительного давления , чтобы исключить вероятность присутствия в ней кислорода, что необходимо для осуществления периодической смены криогенной жидкости с целью удаления скопившегося жидкого кислорода.

Данный способ иллюстрируется следующими примерами.

Примеры 1-6. Камеры отгонки легких фракций периодического действия и ловушка предназначены для обработки обжаренного кофе с размером его частиц примерно в 2,2 мм. Смеси А и В представляют собой различные смеси, содержащие зерна из различных сортов кофе. В каждом отдельном случае ловушка содержит субстрат, состоящий из двух частей концентрированного кофейного экстракта

приготовляют из смеси В, но без до- бавленяя извлеченных или восстанов- ленных ароматических веществ (имеет

величину газовой хроматографии порошка в 0,4410 ). Цифры в процентах

выделения ароматического вещества в свободном состоянии для каждого образца представляют собой процентное выражение общего количества ароматических веществ в обжаренном и

в таблицу.

Пример 7. Листья черного чая обрабатывают с помощью того же оборудования, которое использовано и описано в примерах 1-6. В течение выполнения операции отгонки легких фракций листья чач поддерживают при тем&

пературе примерно в 82 С. Газ-переносчик пропускают через камеру отгонки легких фракций,Операции отгонки легких фракций и конденсации продолжаются примерно в течение 3 ч. В ловушке используется субстрат, состоящий из одной части лицевого масла и десяти частей концентрированного экстракта чая (45/ твердых частей).

Для предлагаемого способа сущее т-, венными являются время (5 мин - 3 ч), температура (60-82°С) и скорость гонки (8-64 л/ч)о Проведение процесса ниже данных параметров не

1314807

позволяет осуществить полное освобождение ароматических веществ, при использовании параметров выше заявленных не достигается никаких преимуществ, а при более высоких температурах ароматические вещества распадаются .

Предлагаемый способ позволяет снизить потери ароматических веществю по сравнению с. известным почти на 15%.

Формула изобретения

Способ выделения ароматических веществ из кофе и чая, включающий отгонку их из сырья с использованием в качестве рабочего агента инертного

СС - газовая хроматография

5

114

газа и выделение ароматических веществ из насыщенного ими газа, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь ароматических веществ, инертный газ подают со скоростью потока 8...64 л/ч на I кг сырья, температуру сырья при отгонке поддерживают 60...82 С, отгонку ведут в течение от 15 мин до 3 ч, перед выделением ароматических веществ насыщенный ароматическими веществами газ приводят в контакт с жидким азотом, причем инертный газ берут с точкой кипения, равной или меньшей температуры жидкого азота, а выделение осуществляют путем отделения образовавшихся замерзших частиц.

f

Составитель Е. Буданцева Редактор Н. Киштулинец Техред Л.Сердюкова Корректор И. Рыбченко

Заказ 2563/58

Тираж 526

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное