CN1042819A - 部分提取焙炒和磨碎咖啡的水解法 - Google Patents

Abstract

本文介绍一种在不加任何酸催化剂情况下，于固定床反应器内加溶部分提取焙炒和磨碎咖啡的方法。以原有焙炒和磨碎咖啡为基准，该水解有效地使可溶固体收率达到约58％至68％，使产生的可溶固定的降解减至最小。

Description

本发明涉及部分提取焙炒和磨碎咖啡的加溶方法，更准确地说，本发明涉及在不加酸催化剂的一个固定床反应器或一组固定床反应器中水解部分提取焙炒和磨碎咖啡。如此得到的水解产物和炒咖啡水提取合并，可用来增加咖啡的可溶固体浓度。

就可溶咖啡技术而言，绝大部分精力一直放在如何最大限度地从焙炒和磨碎咖啡提高溶出物的收率，最主要的方法是改变渗滤条件。早在第二次世界大战前期，对速溶咖啡的研制是采用沸水浸出焙炒和磨碎咖啡的可溶物，得到小于25%可溶固体。在美国专利2，324，526号中，Morganthaler采用温度320至347°F，达到27%可溶物。Sivetz和Desrosier在“咖啡工艺学”（AVi    Publishing    Company，Inc，1979年，366页）中引述了可溶物得率的现有水平，该文认为取自焙炒和磨碎咖啡的可溶咖啡总得率约为40%至50%，据认为如果以不压缩渣滓、不降低流速…而且还不危及产量和质量为前提下，在渗滤器中得到更高得率是不现实的。在这一得率范围的上限时，还由于产生焦油和其他异味，危害可溶咖啡的质量。鉴于渗滤方面有这些公认的局限性，注意力一直集中在采用其它方法增加可溶咖啡得率。

为提高固体得率而催化酸解部分提取的咖啡渣滓，已一直沿用作为提高可溶固体得率的方法。该方法包括常压提取约20%（重量）咖啡，在约1%硫酸的悬浮液中，在100℃水解一部分渣滓约1小时，调节水解产物的pH值，过滤，与常压提取液合并，干燥合并的提取液。授于Benner等人的美国专利2，687，355号公开了另一种类似方法，用磷酸代替硫酸。授于DiNardo等人的美国专利3224，879号中又公开了一种方法，对至少已常压提取过的咖啡渣滓提取物，直接进行碱解或酸解，在该提取中的直接水解，省去了现有技术加工方法的分离水解步骤，在大量咖啡废渣滓中吸附着碱催化剂或酸催化剂。

最近，Fulger等人在美国专利4508745号公开了水解咖啡萃余物料方法，用以生产DP1至DP10的甘露聚糖低取物。该方法通过制备浓度5%至60%（重量）的废渣浆，把pH值调节到约0.5至4.0，该浆料在温度160至260℃下反应6秒至60秒。按Fulger等人的上述方法，从咖啡萃余物料，可增加可溶物收率约30%（重量），所述残余物料已经部分提取，例如已常压提取和部分热水解的工业用渗滤系统的废渣滓。

然而，在某些情况下，采用酸催化反应以增加可溶物收率并不理想或不切实际。因此，本发明的目的之一是提供在不加酸催化剂情况下处理焙炒和磨碎咖啡，用以达到增加可溶物收率的方法。

本发明的目的之二是提供高效方法，并由该方法产生的可溶固体香味质量是令人满意的。

业已发现，采用在一个固定床反应器或一组固定床反应器内处理部分提取焙炒和磨碎咖啡的方法，可以实现本发明的这些目的。按照本发明，将焙炒和磨碎咖啡送到固定床反应器，所述咖啡已经过部分提取，其中已除去原有焙炒和磨碎咖啡中部分阿拉伯半乳聚糖，最好已除去大部分阿拉伯半乳聚糖，然后，在温度约350°F至500°F下，将所述部分提取焙炒和磨碎咖啡经水提取，水与研磨物的重量比大于约6∶1，以8∶1至12∶1为佳。按照本发明，可达到递增可溶固体收率，以致可从焙炒和磨碎咖啡达到可溶固体总收率约55%至68%（重量）。

在继续详述本发明之前，需要定义一些有关术语：

本文所用的“甘露取糖”概括地表示任一d-甘露聚糖，该单糖d-甘露糖是一个己醛糖和一个d-葡萄糖异构体，它们区别仅在于紧邻羰基的羟基反向空间排列。在咖啡萃余物料中存在的甘露聚糖分子可以高达40个d-甘露糖单元。

“部分提取焙炒和磨碎咖啡”是指已部分提取过的焙炒和磨碎咖啡物料，例如，经常压提取过的咖啡。一般来说，常压提取可除去焦糖和褐色物、焙炒和磨碎咖啡的天然香味成分、咖啡碱、胡芦巴碱、绿原酸、灰分、阿拉伯糖、蛋白质和咖啡酸。“部分提取焙炒和磨碎咖啡”还可含部分提取过的阿拉伯半乳聚糖;最好含从中提取过的大部分阿拉伯半乳聚糖。此外，“部分提取焙炒和磨碎咖啡”还包括水解至以下程度的焙炒和磨碎咖啡，即其中所含甘露聚糖率与半乳糖、阿拉伯糖、蛋白质和其它热缩合产物一道同时水解。应该注意约1/3至1/2为废弃甘露聚糖的焙炒和磨碎咖啡才是“部分提取焙炒和磨碎咖啡”，这可由限热水解实施。

本发明涉及水解部分提取焙炒和磨碎咖啡的方法，该方法可有效地产生优质咖啡固体并且使所述生成后固体的降解反应减至最低。与现有技术相反，尤其与Sivitz和Desrosier引述的方法相比，按本发明在固定床反应器中可获可溶固体收率大于55%（重量）（以起好焙炒和磨碎咖啡为基准）并且可溶固体生成后损耗最小。

业已发现，按本发明由热水解产生的可溶咖啡固体对一系列降解产物是敏感的。一开始，可溶咖啡固体可降解成称作中间物的可溶咖啡固体，例如羟甲基糖醛，此后，可发生进一步降解成挥发酸和/或不可溶咖啡固体。业已发现本发明在产生可溶咖啡固体后，有助于最大限度地减少使其降解至中间物可溶咖啡固体及由此再降解成不可溶咖啡固体。但是降解成中间物可溶咖啡固体，基本上并降低可溶物产量，业已证明当增加中间物可溶固体的相对含量时，对咖啡香味产生负效果。然而，本发明方法是有助于使可溶物产量大于55%（重量），并且使产生的可溶固体极少降解成中间物和不可溶咖啡固体。

用众所周知的任何方法可得到宜用于本发明方法作进料的部分提取焙炒和磨碎咖啡，例如在提取设备组提取的可溶固体提取物是合适的，该提取使得从焙炒和磨碎咖啡提取部分阿拉伯半乳聚糖，最好提取大部分阿拉伯半乳聚糖。此外，在提取设备组提取的可溶固体提取物，提取出部分甘露聚糖，通常为原有甘露聚糖的1/3至1/2，该方法有助于产生部分提取焙炒和磨碎咖啡。

还有其它方法可产生适用于本发明的部分提取焙炒和磨碎咖啡。例如，采用一定的温度、压力和时间，所述咖啡和水制浆由此在容器内提取焙炒和磨碎咖啡，从而有效形成部分提取焙炒和磨碎咖啡，同样地，可将焙炒和磨碎咖啡置于反应器内，采用一定的温度、压力和时间，让水通过该反应器能效产生部分提取焙炒和磨碎咖啡。

按照本发明，将部分提取焙炒和磨碎咖啡置于一个固定床反应器或一组固定床反应器内。用于本发明的固定床反应器结构要求并不严格，只要反应器能经受下文所要求的温度与压力条件即可，熟悉本领域的普通技术人员认为该反应器采用公认的工程原理设计是合适的，然而，据认为反应器计计的变化会影响如下文所述的排出系数之类操作参数。取自工业用提取设备组的渗滤柱是适用本发明所述固定床反应器的一个例子。最好串联使用2至3个固定床反应器，但是，反应器的数量也不苛求。

将水送到装有部分提取焙炒和磨碎咖啡固定床反应的顶部，或送到所述反应器的底部，一般是将水送到该反应器顶部，向下流过所述咖啡。就采用一个以上反应器的情况而言，从第一个反应器部流出的含咖啡固定的液流（下文称作“提取液），接着送到第二反应器，一般送到所述第二反应器的顶部，依次类推，直至该提取液从串联的最后反应器流出为止。本发明操作对水温要求是严格的，当水进入第一个柱时，一般约380°F至450°F，典型的约390°F至425°F。反应器或反应器组内的压力维持在使容器内的水不在系统温度下自蒸发，这一般由调节排出液流达到，以致能随意维持反应器内的压力。

业已发现，为完成本发明的目的，在反应器内咖啡渣滓的停留时间和提取液的停留时间之间的关系是严格的，所述提取液停留时间必须明显地少于渣滓停留时间，以避免可溶固体降解成中间物可溶咖啡固体和/或挥发酸，及由此降解成不可溶咖啡固体至不能接受的程度。就常规渗滤而言，对6柱的典型操作系统，渣滓停留时间约225至275分钟，其中约80%停留时间是处于高温热水解状态。按照本发明，渣滓停留时间约30至120分钟，相形之下，提取液停留时间只有7至45分钟左右，以约30至40分钟为佳。业已发现，提取液的短期停留时间（特别是与渣滓停留时间相比）对产生含所要求香味咖啡固体的咖啡提取液，并同时达到所期可溶物得率是关键所在。

水或提取液对咖啡渣滓之比，一般称之为排出系数，这也是本发明的关键。通过从给定量咖啡产生的咖啡提取液总量除以所述咖啡的重量，计算排出系数。按照本发明，为实现本发明目的，特别为达到以原有焙炒和磨碎咖啡为基准的可溶固体收率约为55%至70%（重量），则排出系数必须约大于6，以8至10为佳。可溶物收率在一定程度上取决于被提取咖啡的混合程度，众所周知，罗伯斯特咖啡比阿拉伯咖啡更易于提取。

当水介质流过反应器内的咖啡渣滓时，其表面速度也是达到本发明目的的关键，本文对表面速度定义为水介质通过空柱的速度，它将随所用反应器或反应器组的几何条件改变。但是，表面速度使之提取液停留时间与渣滓停留时间之间达到所需关系，这对实现本发明目的是必须的。如果在给定反应器的几何条件下，表面速度太低，则提取液停留时间将很长，并且造成可溶固体降解至不合理的程度。然而，如果在给定反应器的几何条件下，表面速度太高，则提取液停留时间太短，以致欲使可溶物收率大于55%（重量），排出系数必然大大超出8至10的最佳范围。此外，由于过高的表面速度引起床不稳定性或床受压缩。反之，在相当高的排出系数下，极高的表面速度可有效实现本发明目的，但是，因为从系统流出的提取液浓度很低，需要高度蒸发，使浓度提高到可用程度，因此这种操作的效率相对较低。表面速度取决于反应器的几何条件，其范围约0.50至1.50，反应器的长与径的适宜比为2∶1至20∶1。

从反应器组的最后反应器流出的提取液可干燥生成咖啡粉末。另外，该提取液可加到别的咖啡提取液中，例如当部分提取焙炒和磨碎咖啡形成一种已部分提取过的焙炒和磨碎咖啡时所产生的咖啡提取液。总之，按本发明产生的提取液含有令人满意的香味和香气特征的可溶固体，含有合理量的挥发酸、中间物固体和不可溶咖啡固体。

实施例1

按照下述方法在提取设备组中部分提取焙炒和磨碎的罗伯斯特咖啡。将新鲜的焙炒和磨碎咖啡装进一个提取塔，该塔接在提取设备组的未端，列为最新鲜咖啡提取塔。所述提取设备组包括五个排列成行的塔，在约350°F下，于任意给定时间内将提取水给入最废咖啡塔，该水向上通过所述最废咖啡塔，然后通过二级废咖啡塔，直至该水到达最新鲜咖啡塔，最后流出该塔作为咖啡提取液。约50分钟后，从提取设备组移去第一或最废咖啡塔，将新的新鲜咖啡塔接在该设备组的未端。在加入新鲜咖啡塔和从提取设备组移去最废咖啡塔情况下，重复这一方法。从提取设备组移去废咖啡塔后，在该废咖啡塔中得到的焙炒和磨碎咖啡是部分提取焙炒和磨碎咖啡。从焙炒和磨碎咖啡已提出大部分阿拉伯半乳聚糖和约40%甘露聚糖，在提取设备组中可溶固体收率约53%（重量）。

将部分提取焙炒和磨碎咖啡给入长与径比为2∶1的提取塔，将水作为提取液在约400°F温度下送到所述提取塔的顶部，提取液与原有焙炒和磨碎咖啡之重量比约10∶1，相应的排出系数为10。部分提取焙炒和磨碎咖啡在提取塔中停留时间约为60分钟，提取液的停留时间约15分钟。从所述提取塔排出的提取液含可溶固体浓度约为1%。

在本发明提取塔中水解的部分提取焙炒和磨碎咖啡，基本上耗尽了甘露聚糖，所述水解过的焙炒和磨碎咖啡中甘露聚糖的含量约为原焙炒和磨碎咖啡中的甘露聚糖含量的10%。在本发明提取塔中可溶固体收率递增约10%（重量），因此，以原有焙炒和磨碎咖啡为基准，可溶固体总收率可达到约63%（重量）。将所述提取液蒸发至浓度约25%（重量），回加到提取设备组产生的咖啡提取液中，浓缩所述合并溶液，经干燥形成可溶咖啡产品，得到的咖啡经评味专家鉴定，香味质量是令人满意的。

实施例2

将部分提取焙炒和磨碎咖啡装进两个提取塔，每个塔的直径10吋，高16.5呎。约410°F温度下，将水送到第一个提取塔或较废咖啡塔的顶部，向下通过部分提取焙炒和磨碎咖啡，从塔底排出，然后在约400°F，送到相串联的第二个提取塔的顶部，提取液在这两个串联塔中总的停留约27分钟。大约42分钟后，从串联塔组中移去较废咖啡塔，把装有部分提取焙炒和磨碎咖啡的新的第二提取塔接入串联塔组中，这样，原来的第二提取塔变成串联塔组中第一个提取塔或较废咖啡塔，以后每隔42分钟重复一次这种操作，部分提取焙炒和磨碎咖啡的总停留时间约84分钟，排出总系数约8。

在两个串联塔组中水解的部分提取焙炒和磨碎咖啡，基本上耗尽了甘露聚糖，只含原有焙炒和磨碎咖啡中约10%的甘露聚糖。因此，可溶固体收率递增约31%（重量），从原有焙炒和磨碎咖啡得到可溶固体的总收率约62%（重量）。在所述两个串联塔中产生的的提取液香味质量是令人满意的。将所述提取液蒸发至浓度约55%，并与第一个提取塔的提取液合并，浓缩该合并溶液，然后干燥形成可溶咖啡产品。该咖啡产品经评味专家鉴定，其香味质量是令人满意的。

Claims (13)

1、一种部分提取焙炒和磨碎咖啡的加溶方法，该方法包括：

在一个固定床反应器中，于温度约380°F至450°F下，使所述部分提取焙炒和磨碎咖啡与水接触这样一段时间，使得该咖啡在反应器内停留时间约30至120分钟，所述水在反应器内停留时间约7至45分钟，

所述接触有效地水解所述部分提取焙炒和磨碎咖啡和至少除去50%甘露聚糖组分，并且以焙炒和磨碎咖啡为基准，使可溶固体收率达到约55%至68%(重量)，以及将由水解产生的咖啡可溶固体的降解减至最小。

2、根据权利要求1的方法，其中，通过在提取设备组提焙炒和磨碎咖啡制备所说部分提取焙炒和磨碎咖啡。

3、根据权利要求1的方法，其中所述部分提取焙炒和磨碎咖啡已经过常压提取，提取了焙炒和磨碎咖啡的天然香味组分、咖啡碱、胡芦巴碱、绿原酸、灰分、阿拉伯糖、蛋白质、咖啡酸和焦糖、以及褐色物。

4、根据权利要求2的方法，其中经过提取的所述部分提取焙炒和磨碎咖啡中甘露聚糖含量是原有焙炒和磨碎咖啡中甘露聚糖的1/3至1/2。

5、根据权利要求1的方法，其中所述接触是在温度约400至420°F下进行。

6、根据权利要求1的方法，其中以焙炒和磨碎咖啡为基准，该接触有效达到约58%至65%（重量）的可溶固体收率。

7、根据权利要求1的方法，其中用一组固定床反应器代替所述固定床反应器。

8、根据权利要求5的方法，其中所述的一组固定床反应器为两个固定床反应器。

9、根据权利要求6的方法，其中，将所述水送到第二固定床反应器，然后送到第一固定床反应器，其中，在第二反应器中水温约为415°F至425°F，在第一反应器中水温约395°F至405°F。

10、根据权利要求1的方法，其中提取液对咖啡之比，即排出系数至少为6。

11、根据权利要求1的方法，其中排出系数为8至10。

12、根据权利要求1的方法，其中在水解期间，至少除去75%甘露聚糖组分。

13、根据权利要求1的方法，其中在水解期间，至少除去90%甘露糖组分。