CN112335764A - 一种冷萃冷冻咖啡粉的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷萃冷冻咖啡粉的制备方法，包括如下步骤：(1)将咖啡豆研磨成咖啡粉，并控制咖啡粉中粒径为200～1000μm的占比≥50％；(2)将步骤(1)得到的咖啡粉用水预湿；(3)将预湿后的咖啡粉采用0～20℃的水进行连续负压萃取得到萃取液；(4)将所述萃取液浓缩至质量百分浓度为15～20％；(5)将浓缩后的萃取液进行冷冻干燥得到冷萃冷冻咖啡粉。本发明通过对咖啡粉研磨粒度、预湿的温度以及冷萃方法的优化，使得萃取液的生产效率高，产品得率高，香气保留好，产品口感佳，适合工业化量产；并进一步通过浓缩、冷冻干燥使得产品的香气损失小，能耗低，且产品的溶解性好，溶解速度快。

Description

一种冷萃冷冻咖啡粉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种冷萃冷冻咖啡粉的制备方法。

背景技术

现有技术中工业化生产咖啡粉通常在150℃以上的高温下进行热萃取，然后进行喷雾干燥或者冷冻干燥制得，但咖啡中的芳香物质对热敏感，采用高温萃取使得咖啡中芳香物质损失较为严重，另外，在高温下，咖啡中会产生一些不良物质，从而导致咖啡产品的香味及口感不佳。而通过喷雾干燥制得咖啡粉，由于喷雾干燥也是在高温下进行，因此，咖啡的香味会进一步丧失；而采用冷冻干燥，虽然可以改善喷雾干燥带来的香味的丧失，但是，冷冻干燥后的产品相对结构紧密，经过研磨处理后呈小块状，若研磨过细或者进行2次研磨，则会在研磨过程中导致香气逸散；若不进行二次研磨，则产品的溶解性不佳。

因此，急需一种既能工业化量产，又有好的生产效率，同时香味及口感较好的咖啡粉的生产方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能工业化量产，又有好的生产效率，同时咖啡香味及口感较好的冷萃冷冻咖啡粉的生产方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种冷萃冷冻咖啡粉的制备方法，包括如下步骤：

(1)将咖啡豆研磨成咖啡粉，并控制咖啡粉中粒径为200～1000μm的占比≥50％；

(2)将步骤(1)得到的咖啡粉用水预湿；

(3)将预湿后的咖啡粉采用0～20℃的水进行连续负压萃取得到萃取液；

(4)将所述萃取液浓缩至质量百分浓度为15～20％；

(5)将浓缩后的萃取液进行冷冻干燥得到冷萃冷冻咖啡粉。

本发明中，“连续负压萃取”是指萃取过程在负压条件进行，并且水是在整个萃取过程中连续加入，同时萃取液连续取出；而非是将水一次性加入咖啡粉中，混合浸泡后，一次性过滤出萃取液。

优选地，控制步骤(1)中所述的粒径为600～1000μm的咖啡粉的占比≥50％，从而使得萃取液的得率进一步提高。

优选地，控制步骤(2)中咖啡粉和水按照1:1～1.5的质量比进行预湿，以使咖啡粉充分润湿，但又不会有水渗出，从而便于后续萃取步骤的进行，并且有利于香味物质的保留。

优选地，控制步骤(3)的水的温度为0～6℃，从而使得萃取液中的芳香物质更好的保留，从而使得风味进一步提高。

优选地，控制步骤(3)中，进行所述的连续负压萃取时，预湿后的咖啡粉与所述的水的用量比为1:5～10。

进一步优选地，控制步骤(3)中，进行所述的连续负压萃取时，预湿后的咖啡粉与所述的水的用量比为1:6～8。

优选地，控制步骤(3)中的萃取时间为2～12h。

进一步优选地，控制步骤(3)中的萃取时间为4～6h。

本发明通过控制萃取时水和预湿后咖啡粉的用量比，以及控制萃取时间，使得该制备方法在生产效率、得率以及香气等方面得到平衡，从而利于工业化生产及销售。

优选地，控制步骤(3)中进行所述的萃取时的压力为0.001～0.1MPa。

优选地，控制步骤(3)中的水以喷淋的形式加入。

本发明中的萃取步骤可以采用市购的设备进行，也可以采用下述结构的冷萃罐进行。

冷萃罐，包括：

罐体；

可拆卸地设置在所述罐体上的罐盖；

可转动地设置在所述罐盖上的喷淋装置；

用于驱动所述喷淋装置转动的驱动装置；

用于过滤预湿后的咖啡粉的过滤板，所述过滤板可拆卸地设置在所述罐体内；

压力监测装置，所述压力监测装置包括第一压力表、第二压力表，所述第一压力表设置在所述罐盖上，用于监测所述罐体靠近所述罐盖处的空腔的压力，所述第二压力表设置在所述罐体下部，并位于所述过滤板的下方，所述第二压力表用于监测所述罐体位于所述过滤板下部的空腔的压力；

安全阀，所述安全阀设置在所述罐盖上，在所述罐体的空腔内的压力超过设定值时，所述罐体通过所述安全阀泄压；

冷萃液收集装置，所述冷萃液收集装置包括出液口、主阀门、三通管、第一阀门、第二阀门、真空管道、压缩气体管道，所述出液口设置在所述罐体的底部，并与所述罐体内部的空腔相连通，所述主阀门用于连接所述出液口与所述三通管的第一通路，所述第一阀门用于连接所述真空管道与所述三通管的第二通路，所述第二阀门用于连接所述压缩气体管道与所述三通管的第三通路；

所述喷淋装置包括连接管、喷淋杆、内丝直接、连接头，所述连接管可转动地穿设在所述罐盖的中部，其下端部与所述喷淋杆通过内丝直接相连接，所述喷淋杆的下部设置有多个喷淋孔，所述连接头设置在所述连接管的上端，所述连接头用于连接进水管。

优选地，所述多个喷淋孔与所述连接管的轴心线之间的距离均不相同。

优选地，所述喷淋杆的下部呈一字型、十字形或米字形。

优选地，所述连接管与所述罐盖之间设置有轴密封装置。

优选地，所述罐盖与所述罐体之间设置有密封垫或密封圈。

优选地，所述罐体下部的内壁上设置有环状凸缘，所述过滤板放置在所述环状凸缘上。

优选地，所述过滤板上的过滤孔的直径小于90％的咖啡粉的粒径。

优选地，所述驱动装置包括电机、主带轮、从带轮、同步带，所述电机设置在所述罐盖上，所述主带轮套设在所述电机的输出轴上，所述从带轮套设在所述连接管的上部，所述同步带涨紧在所述主带轮和所述从带轮之间。

优选地，所述罐体外壁上还设置有冷却水隔套，所述冷却水隔套上开设有冷却水进口和冷却水出口，冷却水从所述冷却水进口流入所述冷却水隔套，再从所述冷却水出口流出。

进一步优选地，所述冷却水进口位于所述冷却水隔套的底部，所述冷却水出口位于所述冷却水隔套的顶部。

优选地，步骤(4)中，采用过滤膜对所述萃取液进行浓缩，采用过滤膜进行浓缩一方面可以过滤掉咖啡提取液中的杂质，另一方面可以避免高温对咖啡中芳香物质的影响，避免芳香物质的损失。

进一步优选地，步骤(4)中，使所述萃取液依次通过孔径为100～400μm的无机膜、孔径为0.1～10μm的有机超滤膜以及反渗透膜得到浓缩后的萃取液。

优选地，步骤(5)中，控制冷冻干燥时的预冻温度为-45～-35℃，预冻时间为3-8h；控制冷冻干燥的最终平衡温度为30～40℃；控制冷冻干燥总时间为20～30h。

进一步优选地，步骤(5)中，控制冷冻干燥时的预冻温度为-42～-38℃，预冻时间为4-6h；控制冷冻干燥的最终平衡温度为32～37℃；控制冷冻干燥总时间为22～28h。

进一步优选地，步骤(5)中，控制预冻速率为15～65℃/h，更优选为30～65℃/h。

进一步优选地，步骤(5)中，控制升华时间为5～15h。

本发明中的冷冻干燥设备可以使用市购设备即可。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明通过对咖啡粉研磨粒度、预湿的温度以及冷萃方法的优化，使得萃取液的生产效率高，产品得率高，香气保留好，产品口感佳，适合工业化量产；并进一步通过浓缩、冷冻干燥使得产品的香气损失小，能耗低，且产品的溶解性好，溶解速度快。

附图说明

图1为冷萃罐的主视示意图，局部进行了剖视。

图2为过滤板的俯视示意图。

其中：100.罐体；101.空腔；102.环状凸缘；103.冷却水隔套；1031.冷却水进口；1032. 冷却水出口；200.罐盖；300.喷淋装置；301.连接管；3011.轴密封装置；302.喷淋杆；3021. 喷淋孔；303.内丝直接；304.连接头；400.驱动装置；401.电机；403从带轮；404.同步带；500. 过滤板；501.过滤孔；502.固定螺丝；601.第一压力表；602.第二压力表；700.安全阀；800. 冷萃液收集装置；801.出液口；802.主阀门；803.第一阀门；804.第二阀门；805.三通管；806. 真空管道；807.压缩气体管道。

图3为实施例6以及对比例1至3的冻干曲线；

图4为不同制备工艺制得的咖啡粉的照片，其中，上侧为冷萃冷冻工艺制得的咖啡粉(即实施例6制得的咖啡粉)；下侧为传统工艺制得的咖啡粉(即热萃后，经冷冻干燥、研磨所得的咖啡粉)；

图5为不同制备工艺制得的咖啡粉在冷水中的溶解照片，其中，左侧为冷萃冷冻工艺制得的咖啡粉(即实施例6制得的咖啡粉)；右侧为传统工艺制得的咖啡粉(即热萃后，经冷冻干燥、研磨所得的咖啡粉)；

图6为实施例1制得的咖啡萃取液和实施例6制得的咖啡粉的香气对照图谱；

图7为不同制备工艺制得的咖啡粉的香气对照图片，其中上方的曲线为冷萃冷冻工艺制得的咖啡粉(即实施例6制得的咖啡粉)；下方为传统工艺制得的咖啡粉(即热萃后，经冷冻干燥、研磨所得的咖啡粉)。

具体实施方式

下面结合具体的实施案例对本发明的技术方案进一步描述，但本发明不只限于下面的实施例。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

冷萃罐的结构中的上下方向是图1中的上下方向。

如图1-2所示的冷萃罐，包括：罐体100、罐盖200、喷淋装置300、驱动装置400、过滤板500、压力监测装置、安全阀700和冷萃液收集装置800；其中，罐盖200可拆卸地设置在罐体100上，具体地，罐盖200和罐体100上均设置有挂耳，通过螺栓连接罐盖200和罐体100上的挂耳，使得罐盖200可拆卸地设置在罐体100上；喷淋装置300可转动地设置在罐盖200上；驱动装置400用于驱动喷淋装置300转动；过滤板500可拆卸地设置在罐体100 内，具体地，罐体100的内壁的下部设置有环状凸缘102，过滤板500放置在环状凸缘102 上，通过固定螺丝502将过滤板500压紧在环状凸缘102上，过滤板500用于承托并过滤预湿后的咖啡粉；压力监测装置包括第一压力表601和第二压力表602，第一压力表601设置在罐盖200上，第一压力表601用于监测罐体100内靠近罐盖200处的空腔101内的压力，第二压力表602设置在罐体100下部，并位于过滤板500的下方，第二压力表602用于检测罐体100内位于过滤板500下部的空腔101内的压力；安全阀700设置在罐盖200上，在罐体100内的空腔101内的压力超过安全阀700的设定值时，罐体100通过安全阀700泄压；冷萃液收集装置800包括出液口801、主阀门802、三通管805、第一阀门803、第二阀门804、真空管道806、压缩气体管道807，其中，出液口801设置在罐体100的底部，并与罐体100 内部的空腔101相连通，主阀门802用于连接出液口801与三通管805的第一通路，第一阀门803用于连接真空管道806与三通管805的第二通路，第二阀门804用于连接压缩气体管道807与三通管805的第三通路；喷淋装置300包括连接管301、喷淋杆302、内丝直接303、连接头304，连接管301可转动地穿设在罐盖200的中部，喷淋杆302的中部具有向上延伸的延伸段，连接管301的下端部与喷淋杆302的延伸段通过内丝直接303相连接，使得连接管301的内部空腔与喷淋杆302的内部空腔相连通，喷淋杆302的下底部设置有多个喷淋孔 3021，连接头304设置在连接管301的上端，连接头304用于连接进水管。

优选地，喷淋杆302的下部呈一字型，喷淋杆302上的多个喷淋孔3021与连接管301的轴心线之间的距离均不相同，使得喷淋杆302在连接管301的带动下旋转一周时，能够将从所述进水管送入的水均匀地喷洒或滴入承托在过滤板500上的预湿后的咖啡粉上，再加上水滴在预湿后的咖啡粉中的扩散作用，能够使预湿后的咖啡粉均匀地与水进行接触；当然，喷淋杆302的下部做成十字形或米字形也是可以实现本发明的技术效果的。

为提高冷萃液收集装置800中真空管道806抽取冷萃液时的效率，需要将罐盖200与连接管301之间、将罐盖200与罐体100之间尽可能地设置成密封的形式，因此，在连接管301 与罐盖200之间还设置有轴密封装置3011，罐盖200和罐体100之间还设置有密封垫(图中未示出)。

过滤板500呈圆形，其直径略小于罐体100的内径，过滤板500上设置有多个过滤孔501，为保证过滤板500的过滤效果，尽可能地降低过滤后的冷萃液中的咖啡粉的数量，并保证一定的过滤效率，过滤板500上的过滤孔501的直径小于90％的咖啡粉的粒径。

驱动装置400包括电机401、主带轮、从带轮403、同步带404，电机401设置在罐盖200 上，主带轮(图中未示出)套设在电机401的输出轴上，从带轮403套设在连接管301的上部，从带轮403与连接管301同步转动，同步带404涨紧在所述主带轮和从带轮403之间，在电机401的输出轴转动时，通过所述主带轮、从带轮403、同步带404带动连接管301相对于罐盖200转动。

为保证萃取时，水与预湿后的咖啡粉的温度处于低温状态，罐体100的外壁上还设置有冷却水隔套103，冷却水隔套103上开设有冷却水进口1031和冷却水出口1032，冷却水进口 1031低于冷却水出口1032，具体地，冷却水进口1031位于冷却水隔套103的底部，冷却水出口1032位于冷却水隔套103的顶部，2-6℃的冷却水从冷却水进口1031流入冷却水隔套103，对罐体100进行降温后再从冷却水出口1032流出。

下面对冷萃液收集装置800的运行方式进行说明。

在对冷萃液进行收集时，先关闭第二阀门804，再打开主阀门802和第一阀门803，真空管道806通过三通管805与出液口801相连通，在真空管道806的作用下，出液口801上方、过滤板500下方的空腔101内的萃取液经真空管道806流出，被收集；在过滤板500上的过滤孔501堵塞时，具体反映是第二压力表602处于较高的真空状态，但真空管道806内抽不出萃取液，此时，将第一阀门803关闭，将第二阀门804打开，通过压缩气体管道807向出液口801上方、过滤板500下方的空腔101内通入压缩氮气，向上反冲堵塞在过滤孔501内的咖啡粉，使过滤孔501重新开放，通过氮气反冲能够避免空气中的氧气进入空腔101内对萃取液及咖啡粉造成影响。

下述实施例中的咖啡豆是按照常规工艺烘焙后的咖啡豆。

实施例1至5的制备方法如下，各实施例中的具体参数见表1。

(1)将100kg咖啡豆研磨成咖啡粉；

(2)将步骤(1)得到的咖啡粉加入100kg水对咖啡粉进行预湿；

(3)将预湿后的咖啡粉转入萃取罐中，控制萃取罐内的压力为0.02Mpa，控制水按照一定的流量喷入萃取罐中以使预湿后的咖啡粉与萃取结束时的喷入的总水量的质量比约为1:7；萃取结束后，收集萃取液，萃取液的浓度约为4％。

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						咖啡粉，μm(分布占比≥50％)	600-1000	200-600	600-1000	600-1000	600-1000
萃取水温，℃	4	4	4	4	15
						萃取时间，H	5	5	12	2	5
得率，％	20.2	18.9	20.4	16.7	18.7

其中，得率是指萃取液中的固形物总质量与咖啡粉总质量的百分比。

从实施例1和实施例2可见，通过调整咖啡粉的研磨细度，其中，实施例2的咖啡粉中细粉增多，但萃取液的得率下降了6.4％，可见，咖啡粉的粒度(分布占比≥50％)优选范围为600-1000μm。

从实施例1和实施例3可见，实施例3延长了萃取时间，其余不做变化，萃取效率提升了1.0％。从实施例1和实施例4可见，实施例4缩短了萃取时间，其余不做变化，但萃取效率相对下降了17.3％。因此，综合考虑经济成本，优选萃取时间为4～6h。

从实施例1和实施例5可见，实施例5提高了萃取用水的温度，其余不做变化，萃取效率相对下降7.4％，因此，优选采用0～6℃的水进行萃取。

另外，对实施例1、实施例3和实施例4的萃取液的香气检测结果采用面积归一法进行可挥发性香气总量的对比，结果如表2。

表2

项目	实施例1	实施例3	实施例4
				可挥发性香气总量	1195395	985939	1254444

由上表2可知，实施例3的可挥发性香气总量相较实施例1下降了约17.5％；实施例4 的可挥发性香气总量相较实施例1总量多4.7％。

综合判断实施例1的香气总量是一个较高的含量水平，相较实施例4的香气总量少了 4.7％，但产品得率相对高，综合来看，实施例1是一个相对较优的状态。

实施例6、对比例1至3的制备方法如下，实施例和对比例中的控制参数以及能耗见表3。

(1)将实施例1制得的萃取液依次通过孔径为200μm的无机过滤膜、孔径为1μm的有机超滤膜、反渗透膜得到浓缩后的萃取液，浓缩后的萃取液的浓度见表3。

(2)将浓缩后的萃取液按照相同的重量向冷冻干燥设备中进料，进行冷冻干燥，冷冻干燥物料温度曲线见图3。

表3

实施例6相较于对比例2和3，产品质量未发生显著变化，但由于冻干时间延长，使得能耗增加，单位物料的加工成本增加；对比例1提高了冻干的最终平衡温度，缩短了冻干时间，加块了冻干效率，节约了25％左右的能耗，但是对比例1的产品的形态发生变化，风味也产生了改变，对比例1的产品风味明显劣于实施例6。

实施例6制得的咖啡粉经过简单研磨或过筛处理后的照片如图4的上侧所示，实施例6 制得的咖啡粉呈现疏松的粉末状态，粒径明显小于传统热萃冷冻干燥制得的咖啡粉的粒径。

将实施例6制得的咖啡粉和传统热萃冷冻干燥制得的咖啡粉按照2g溶解于150mL25℃的水中，搅拌30s后的照片如图5所示，可见，实施例6制得的咖啡粉的溶解性更佳，溶解速度更快。

图6为实施例1制得的咖啡萃取液和实施例6制得的咖啡粉的香气对照图谱，由图6可见，冻干前后的咖啡中的香气差异不大，可以看出本实施例的冻干方法可以很好的保存咖啡中的香气物质。

图7为不同制备工艺制得的咖啡粉的香气对照图片，其中上方的曲线为冷萃冷冻工艺制得的咖啡粉(即实施例6制得的咖啡粉)；下方为传统工艺制得的咖啡粉(即热萃后，经冷冻干燥、研磨所得的咖啡粉)；由图7可见，实施例6中的产品保留了更多的香气，提升了产品的质量。

以上对本发明做了详尽的描述，目的在于让本领域内的技术人员了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷萃冷冻咖啡粉的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将咖啡豆研磨成咖啡粉，并控制咖啡粉中粒径为200～1000μm的占比≥50％；

(2)将步骤(1)得到的咖啡粉用水预湿；

(3)将预湿后的咖啡粉采用0～20℃的水进行连续负压萃取得到萃取液；

(4)将所述萃取液浓缩至质量百分浓度为15～20％；

(5)将浓缩后的萃取液进行冷冻干燥得到冷萃冷冻咖啡粉。

2.根据权利要求1所述的冷萃冷冻咖啡粉的制备方法，其特征在于：控制步骤(1)中所述的粒径为600～1000μm的咖啡粉的占比≥50％；和/或，

控制步骤(3)的水的温度为0～6℃；

控制步骤(3)中的萃取时间为2～12h。

3.根据权利要求2所述的冷萃冷冻咖啡粉的制备方法，其特征在于：控制步骤(3)中的萃取时间为4～6h。

4.根据权利要求1所述的冷萃冷冻咖啡粉的制备方法，其特征在于：控制步骤(2)中咖啡粉和水按照1:1～1.5的质量比进行预湿；和/或，

控制步骤(3)中，进行所述的连续负压萃取时，预湿后的咖啡粉与所述的水的用量比为1:5～10；和/或，

控制步骤(3)中进行所述的萃取时的压力为0.001～0.1MPa；和/或，

控制步骤(3)中的水以喷淋的形式加入。

5.根据权利要求4所述的冷萃冷冻咖啡粉的制备方法，其特征在于：控制步骤(3)中，进行所述的连续负压萃取时，预湿后的咖啡粉与所述的水的用量比为1:6～8。

6.根据权利要求1所述的冷萃冷冻咖啡粉的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，采用过滤膜对所述萃取液进行浓缩。

7.根据权利要求6所述的冷萃冷冻咖啡粉的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，使所述萃取液依次通过孔径为100～400μm的无机膜、孔径为0.1～10μm的有机超滤膜以及反渗透膜得到浓缩后的萃取液。

8.根据权利要求1所述的冷萃冷冻咖啡粉的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，控制冷冻干燥时的预冻温度为-45～-35℃，预冻时间为3-8h；控制冷冻干燥的最终平衡温度为30～40℃；控制冷冻干燥总时间为20～30h。

9.根据权利要求8所述的冷萃冷冻咖啡粉的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，控制预冻速率为15～65℃/h。

10.根据权利要求8所述的冷萃冷冻咖啡粉的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，控制升华时间为5～15h。

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