CN111838376A - 一种咖啡深加工的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种咖啡深加工的方法，其包括以下步骤：(1)烘焙咖啡豆；(2)酶转化反应；(3)超临界萃取得到咖啡油、咖啡碱、无咖啡因或低咖啡因咖啡；(4)分子蒸馏咖啡油脱挥。本发明高效安全无毒无添加，通过超临界萃取将咖啡分割为咖啡油、咖啡碱、无咖啡因或低咖啡因咖啡，咖啡油及咖啡碱回收率高，再通过分子蒸馏技术对咖啡油的主要香气成分保留并去除不稳定的低沸物，从而得到质量稳定便于储存的咖啡油产品，而且萃取后的咖啡豆/粉的冲调口感、风味并未受到影响，因此能做出稳定符合工业生产应用的咖啡油、咖啡碱粗品及低咖啡因咖啡，大大提高了咖啡的经济价值。

Description

一种咖啡深加工的方法
技术领域
本发明涉及食品领域，特别是涉及以咖啡豆为原料，通过深加工取得高附加值产品的工艺技术。
背景技术
咖啡芳香可口宜人，是现代人们生活必不可少的饮料食品。咖啡并有提神、抗癌、可降低患糖尿病风险等功效，是新时代健康食品。咖啡还可以继续深加工做出更多高价值产品。
咖啡中含有非常丰富不溶于水油脂，有浓郁的挥发性香气，是重要的天然香料资源，被广泛应用于香精香料食品添加行业。但在平常制造饮料时候，由于不溶于水,故大部分油脂残存在咖啡渣里而被废弃，没有充分利用造成浪费。此外，咖啡中含有丰富咖啡碱(Caffeine)，咖啡碱是一种中枢神经的兴奋剂，适度地使用有提神、祛除疲劳、兴奋神经的作用，临床上用于治疗神经衰弱和昏迷复苏，可用于药品或食品添加剂，单位价值非常高。而脱去咖啡碱的咖啡饮料，人们喝了不会出现兴奋和失眠等症状，在世界上许多国家广受欢迎。
因此咖啡中咖啡油、咖啡碱、无或低咖啡因咖啡粉都各自有广阔的市场需求。
现有技术包括水蒸气蒸馏法、溶剂浸提法、压榨法、吸附法提取咖啡油，都有香气损失、溶剂残留、得油率低等问题。
超临界CO2流体萃取是食品领域高科技成熟技术，用物理手段，通过控制二氧化碳压力温度可以对咖啡萃取分离，特点是安全无毒无异味无添加充分分离。但是通过目前超临界CO2流体萃取制造的咖啡油，含有小量水分和不稳定的低沸点挥发物，容易变质，不便于储存和食品添加，市场应用有所限制。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种咖啡深加工的方法，其成熟、高效的利用超临界萃取、分子蒸馏等技术对咖啡进行多步处理，可以制造出优质咖啡油、咖啡碱、无或低咖啡因咖啡。
本发明的目的是这样实现的：一种咖啡深加工的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)烘焙咖啡豆：烘焙温度180℃～220℃，时间15分钟～20分钟；
(2)酶转化反应：把咖啡加入浓度90％以上的酒精，咖啡与酒精的重量比为88～94：6～12，搅拌均匀放置在开口容器中自然发酵酶转化2～8小时；
(3)萃取：把步骤(2)酶转化后的咖啡放在超临界萃取装置的萃取釜中进行萃取，萃取压力20Mpa～35MPa，萃取温度50℃～80℃，分离压力4MPa～10MPa，分离温度40℃～70℃，萃取时间1h～4h，得到咖啡油、咖啡碱、无咖啡因或低咖啡因咖啡；
(4)咖啡油脱挥：把步骤(3)萃取出来的咖啡油在分子蒸馏设备中进行脱挥处理，采用两级分子蒸馏装置，第一级的条件60℃～80℃、真空度为1000Pa～3000Pa，脱去咖啡油中大部分的水分；第二级的条件100℃～150℃、真空度为100Pa～20Pa，脱去咖啡油中的低沸物。
所述的步骤(1)中，烘焙咖啡豆的工艺为先用热风加热咖啡生豆使其脱水，然后倒进滚动的180℃～220℃热砂中让脱水咖啡豆均匀受热，受热反应时间15分钟～20分钟后迅速过筛立即用冷风冷却。
所述步骤(2)中，可将咖啡豆整豆或咖啡豆粉碎后进行酶转化反应。
所述的咖啡豆粉碎是把烘焙好的咖啡豆进行粉碎至粒度在20目以下，然后在第一次粉碎的咖啡豆中加入重量比5-8％的去离子水搅拌均匀再粉碎到40目～60目。
所述步骤(3)中，所述分离包括二级分离，一级分离的分离压力6MPa～10MPa，分离温度40℃～60℃，得到咖啡油；二级分离的分离压力4MPa～7MPa，分离温度50℃～70℃，得到咖啡碱。
本发明高效安全无毒无添加，通过超临界萃取将咖啡分割为咖啡油、咖啡碱、无咖啡因或低咖啡因咖啡，咖啡油及咖啡碱回收率高，再通过分子蒸馏技术对咖啡油的主要香气成分保留并去除不稳定的低沸物，从而得到质量稳定便于储存的咖啡油产品，而且萃取后的咖啡豆/粉的冲调口感、风味并未受到影响，因此能做出稳定符合工业生产应用的咖啡油、咖啡碱粗品及低咖啡因咖啡，大大提高了咖啡的经济价值。
附图说明
图1是本发明的工艺流程框图；
图2是本发明超临界萃取的设备流程图(局部)；
图3是本发明分子蒸馏的设备流程图(局部)。
具体实施方式
如图1所示，本发明是一种咖啡深加工的方法，其包括以下步骤：
(1)烘焙咖啡豆：烘焙温度180℃～220℃，时间15分钟～20分钟。优选的，烘焙咖啡豆的工艺为先用热风加热咖啡生豆使其脱水，然后倒进滚动的180℃～220℃热砂中让脱水咖啡豆均匀受热而发生复杂的化学反应产生芳香物质和咖啡油脂，受热反应时间15分钟～20分钟后，迅速过筛排出咖啡豆及表面银皮。咖啡豆深度烘焙过程化学反应复杂，按照烘焙工艺设定烘焙结束后应立即用冷风冷却锁定油脂、控制咖啡豆风味。
(2)酶转化反应：把咖啡加入浓度90％以上的酒精，咖啡与酒精的重量比为88～94：6～12，搅拌均匀放置在开口容器中自然发酵酶转化2～8小时。优选浓度95％的酒精。本步骤能提高咖啡油得率，还能提高咖啡油的风味。
根据需要，可将咖啡豆整豆或咖啡豆粉碎后进行酶转化反应，咖啡豆整豆的酶转化时间比咖啡豆粉碎后的时间要长一些。咖啡豆粉碎优选是把烘焙好的咖啡豆进行粉碎至粒度在20目以下，然后在第一次粉碎的咖啡豆中加入重量比5-8％的去离子水搅拌均匀再粉碎到40目～60目。
(3)萃取：把步骤(2)酶转化后的咖啡放在超临界萃取装置的萃取釜中进行萃取，萃取压力20Mpa～35MPa，萃取温度50℃～80℃，分离压力4MPa～10MPa，分离温度40℃～70℃，萃取时间1h～4h，得到咖啡油、咖啡碱、无咖啡因或低咖啡因咖啡。优选的，所述分离包括二级分离，优选的，一级分离的分离压力6MPa～10MPa，分离温度40℃～60℃；二级分离的分离压力4MPa～7MPa，分离温度50℃～70℃。本步骤的萃取工艺能够提高脂溶性的咖啡提取物(咖啡油)得率及低咖啡因咖啡粉和咖啡碱粗品的分离。超临界CO2萃取装置为现有的超临界CO2萃取装置即可，如图2所示，把步骤(2)酶转化后的咖啡放在超临界CO2萃取装置的萃取釜1中进行萃取，然后依次经过分离釜Ⅰ2、分离釜Ⅱ3，分别得到咖啡油、咖啡碱(为溶解有咖啡碱的乙醇水溶液)。
(4)咖啡油脱挥：把步骤(3)萃取出来的咖啡油在分子蒸馏设备中进行脱挥处理，如图3所示，采用两级分子蒸馏装置(为现有的分子蒸馏装置)，其中第一级分子蒸馏装置4的条件60℃～80℃、真空度为1000Pa～3000Pa，脱去咖啡油中大部分的水分；第二级分子蒸馏装置5的条件100℃～150℃、真空度为100Pa～20Pa，脱去咖啡油中的低沸物，得到稳定的咖啡油。
以下通过具体例子对本发明做进一步的阐述，但本发明并不限于此特定例子。
实施例1：卡蒂姆P3属阿拉比卡种和罗布斯塔杂交培育品种咖啡豆
步骤(1)烘焙：用热风80℃加热咖啡生豆15分钟使其脱水、然后倒进滚动的200℃热砂中让脱水咖啡豆受热均匀而发生复杂的化学反应产生芳香物质和咖啡油脂，受热反应时间15分钟，反应后迅速过筛同时排出咖啡豆及表面银皮。烘焙结束后立即用冷风冷却锁定油脂。
步骤(2)研磨：把烘焙冷却好的咖啡豆进行粉碎粒度在20目，然后在第一次粉碎的咖啡豆加入6％的去离子水搅拌均匀再粉碎到50目。
步骤(3)酶转化反应：把粉碎后的咖啡粉加8％的95酒精搅拌均匀放置在开口容器中让它自然发酵酶转化3小时。
步骤(4)萃取:把第三步酶转化后的咖啡粉放在超临界萃取装置的萃取釜中进行萃取，萃取压力30Mpa，萃取温度50℃，一级分离压力7MPa，分离温度50℃，二级分离压力5MPa，分离温度60℃，萃取时间3h。得到脂溶性的8％咖啡提取物(咖啡油)、3％粗咖啡碱、89％无或低咖啡因咖啡粉。
步骤(5)脱挥脱水:把第四步萃取出来的萃取物(咖啡油)在分子蒸馏设备中进行脱挥处理。脱挥的分子蒸馏为两级分子蒸馏装置，第一级的条件70℃、真空度为2000Pa，脱去咖啡油大量的水分。第二级的条件130℃、真空度为50Pa，脱去咖啡油中的低沸物。经过上述的脱挥后得到稳定的咖啡油。
由实施例1得到的咖啡油呈金黄色，香气宜人，添加小量制作蛋糕，蛋糕充满浓郁饱满咖啡香气。实施例1中粗咖啡碱，粗咖啡碱进行深加工可以得到呈现白色晶体。实施例1中无或低咖啡因咖啡粉，可直接用热水冲泡成咖啡饮料，饮料口感比即溶咖啡更加饱满酸度适中，与市面上胶囊咖啡差异不大。
经步骤(4)萃取出来的咖啡油挥发性成分约有600种，绝大多数是含氧、含氮或含硫的杂环化合物，如呋喃、噻吩、吡嗪、噻唑、吡咯和吡啶等，尚有部分萜烯、羰基与酚基化合物。没进行脱挥的咖啡油由于含有大量低沸物，因此产品质量极不稳定，且低沸物容易发生氧化而导致咖啡油产生异味变质。为了更好地利用咖啡油，通过本发明的分子蒸馏技术对咖啡油的主要香气成分保留并去除不稳定的低沸物，从而得到质量稳定便于储存的咖啡油产品。经检测对比，分子蒸馏后的脱挥咖啡油的成分减少了约一百多种低沸物，脱挥咖啡油更稳定，更醇和(没有刺激性味道)，其保质时间比没进行脱挥的咖啡油大大延长5倍以上。
脱挥咖啡油中所含主要的稳定成分为：月桂酸C12、软脂酸C16、十七酸C17、硬脂酸C18、花生酸、山嵛酸C22、十六烯酸C16、油酸C18、亚油酸C18、亚麻酸C18、山嵛酸等。经过脱挥的咖啡油能保持咖啡特有的香气稳定不变色不变味。
实施例2：卡蒂姆P4，属阿拉比卡种和罗布斯塔杂交培育品种
步骤(1)烘焙：用热风100℃加热咖啡生豆10分钟使其脱水、然后倒进滚动的190℃热砂中让脱水咖啡豆受热均匀而发生复杂的化学反应产生芳香物质和咖啡油脂，受热反应时间20分钟，反应后迅速过筛同时排出咖啡豆及表面银皮。烘焙结束后立即用冷风冷却锁定油脂。
步骤(2)研磨：把烘焙冷却好的咖啡豆进行粉碎粒度在10目，然后在第一次粉碎的咖啡豆加入5％的去离子水搅拌均匀再粉碎到60目。
步骤(3)酶转化反应：把粉碎后的咖啡粉加10％的90酒精搅拌均匀放置在开口容器中让它自然发酵酶转化4小时。
步骤(4)萃取:把第三步酶转化后的咖啡粉放在超临界萃取装置的萃取釜中进行萃取，萃取压力32Mpa，萃取温度55℃，一级分离压力6MPa，分离温度60℃，二级分离压力5.5MPa，分离温度50℃，萃取时间3h。得到脂溶性的9％咖啡提取物(咖啡油)、5％粗咖啡碱、86％无或低咖啡因咖啡粉。
步骤(5)脱挥脱水:把第四步萃取出来的萃取物(咖啡油)在分子蒸馏设备中进行脱挥处理。脱挥的分子蒸馏为两级分子蒸馏装置，第一级的条件80℃、真空度为2500Pa，脱去咖啡油大量的水分。第二级的条件140℃、真空度为40Pa，脱去咖啡油中的低沸物。经过上述的脱挥后得到稳定的咖啡油。
由实施例2得到的咖啡油呈金黄色，香气宜人，添加小量制作蛋糕和雪糕结果都充满浓郁饱满咖啡香气。实施例2中粗咖啡碱，粗咖啡碱进行深加工可以得到呈现白色晶体。实施例2中无或低咖啡因咖啡粉，可直接用热水冲泡成咖啡饮料，饮料口感比一般咖啡更加饱满不酸，与市面上出售的美式咖啡并无差异。
实施例3：罗布塔斯品种咖啡豆
步骤(1)烘焙：用热风95℃加热咖啡生豆15分钟使其脱水、然后倒进滚动的210℃热砂中让脱水咖啡豆受热均匀而发生复杂的化学反应产生芳香物质和咖啡油脂，受热反应时间20分钟，反应后迅速过筛同时排出咖啡豆及表面银皮。烘焙结束后立即用冷风冷却锁定油脂。
步骤(2)研磨：把烘焙冷却好的咖啡豆进行粉碎粒度在10目，然后在第一次粉碎的咖啡豆加入5％的去离子水搅拌均匀再粉碎到60目。
步骤(3)酶转化反应：把粉碎后的咖啡粉加10％的90酒精搅拌均匀放置在开口容器中让它自然发酵酶转化4小时。
步骤(4)萃取:把第三步酶转化后的咖啡粉放在超临界萃取装置的萃取釜中进行萃取，萃取压力32Mpa，萃取温度55℃，一级分离压力10MPa，分离温度40℃，二级分离压力4MPa，分离温度70℃，萃取时间3h。得到脂溶性的9％咖啡提取物(咖啡油)、5％粗咖啡碱、86％无或低咖啡因咖啡粉。
步骤(5)脱挥脱水:把第四步萃取出来的萃取物(咖啡油)在分子蒸馏设备中进行脱挥处理。脱挥的分子蒸馏为两级分子蒸馏装置，第一级的条件80℃、真空度为2500Pa，脱去咖啡油大量的水分。第二级的条件140℃、真空度为40Pa，脱去咖啡油中的低沸物。经过上述的脱挥后得到稳定的咖啡油。
由实施例3得到的咖啡油呈金黄色，香气宜人，添加3％制作蛋糕，蛋糕充满浓郁饱满咖啡香气。实施例一中低咖啡因咖啡粉，可直接用热水冲泡成咖啡饮料，饮料口感比即溶咖啡更加饱满不酸，与市面上“冷萃咖啡”并无差异。

Claims (5)

1.一种咖啡深加工的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)烘焙咖啡豆：烘焙温度180℃～220℃，时间15分钟～20分钟；
(2)酶转化反应：把咖啡加入浓度90％以上的酒精，咖啡与酒精的重量比为88～94：6～12，搅拌均匀放置在开口容器中自然发酵酶转化2～8小时；
(3)萃取：把步骤(2)酶转化后的咖啡放在超临界萃取装置的萃取釜中进行萃取，萃取压力20Mpa～35MPa，萃取温度50℃～80℃，分离压力4MPa～10MPa，分离温度40℃～70℃，萃取时间1h～4h，得到咖啡油、咖啡碱、无咖啡因或低咖啡因咖啡；
(4)咖啡油脱挥：把步骤(3)萃取出来的咖啡油在分子蒸馏设备中进行脱挥处理，采用两级分子蒸馏装置，第一级的条件60℃～80℃、真空度为1000Pa～3000Pa，脱去咖啡油中大部分的水分；第二级的条件100℃～150℃、真空度为100Pa～20Pa，脱去咖啡油中的低沸物。
2.根据权利要求1所述的咖啡深加工的方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，烘焙咖啡豆的工艺为先用热风加热咖啡生豆使其脱水，然后倒进滚动的180℃～220℃热砂中让脱水咖啡豆均匀受热，受热反应时间15分钟～20分钟后迅速过筛立即用冷风冷却。
3.根据权利要求1所述的咖啡深加工的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，可将咖啡豆整豆或咖啡豆粉碎后进行酶转化反应。
4.根据权利要求3所述的咖啡深加工的方法，其特征在于：所述的咖啡豆粉碎是把烘焙好的咖啡豆进行粉碎至粒度在20目以下，然后在第一次粉碎的咖啡豆中加入重量比5-8％的去离子水搅拌均匀再粉碎到40目～60目。
5.根据权利要求1所述的咖啡深加工的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，所述分离包括二级分离，一级分离的分离压力6MPa～10MPa，分离温度40℃～60℃，得到咖啡油；二级分离的分离压力4MPa～7MPa，分离温度50℃～70℃，得到咖啡碱。
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