CN114431319A - 一种超声波冷萃风味冻干咖啡及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超声波冷萃风味冻干咖啡的加工方法。本发明以特有的在连续低温加工条件利用超声波技术辅助去离子水萃取、低温冷冻离心、低温旋转蒸发浓缩及真空冷冻技术加工生产冷萃风味冻干咖啡的空白现状，本发明基于烘焙咖啡豆特有的物理特性及化学物质组成成分，采用连续低温加工技术制备冷萃风味冻干咖啡，避免了营养成分和风味成分在提取过程中的损失，提升了冻干咖啡的营养和风味品质，且显著缩短加工时间，提升了咖啡精深加工产业的加工效率。

Description

一种超声波冷萃风味冻干咖啡及其加工方法

技术领域

本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种超声波冷萃风味冻干咖啡及其加工方法。

背景技术

咖啡(Coffea spp.)为茜草科(Rubiaceae)咖啡属(Coffea)多年生常绿灌木或小乔木，原产自非洲埃塞俄比亚，已广泛种植在非洲、亚洲、拉丁美洲等热带亚热带地区，主要分布在南北纬25°范围之间，由于其特殊的香气和滋味，已成为世界范围内最受欢迎的饮料之一。咖啡与茶叶、可可并称为世界三大饮料作物，我国是全球重要的咖啡生产国、进出口国和消费国。

咖啡中活性成分主要为咖啡因、葫芦巴碱和绿原酸，对于调节人体机能具有重要作用，其中咖啡因具有提神醒脑、利尿等功效。绿原酸为一种重要的风味成分，且具有抗氧化、抑菌和兴奋中枢神经系统的作用。咖啡作为世界三大饮料之一，在我国的消费量以每年15～20％的速度增长，消费群体不断扩大。随着人们生活水平的提高，对于咖啡饮品的风味要求越来越高，咖啡具有独特的苦涩味和酸味，因此需要针对上述特征研发适合不同群体的加工技术，因此，近几年出现了以冷萃咖啡为代表的咖啡饮品，为在20～25℃甚至更低温度下冷浸9～16h萃取咖啡液。冷萃咖啡相比传统高温(93℃)热水萃取所得产品具有口感柔和、酸度较低和风味协调性好等优势，在国内外受到消费者日益增加的青睐。

但是，传统冷浸法加工冷萃咖啡存在加工时间长，咖啡产品中功能活性成分萃取不完全、溶剂使用量大造成废液处理量大和成本增加，且影响冷萃咖啡的营养和风味品质；此外，市面上部分冷萃咖啡为缩短提取时间，存在提取温度较高(50～60℃)，产品风味不纯正的现象。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种超声波冷萃风味冻干咖啡及其加工方法，本发明提供的加工方法提升了冻干咖啡的营养和风味品质，且显著缩短加工时间，提升了咖啡精深加工产业的加工效率。

本发明提供了一种超声波冷萃风味冻干咖啡的加工方法，包括以下步骤：

A)采用超声波技术耦合去离子水在低温下冷萃烘焙咖啡粉中水溶性成分，得到萃取液；所述超声波频率为20～25KHz，超声波功率为400～500W，萃取温度为20～25℃；

B)将所述萃取液依次进行低温离心、低温浓缩以及冷冻干燥，得到冷萃风味冻干咖啡。

优选的，所述烘焙咖啡粉按照如下方法进行制备：

步骤1：将生咖啡豆进行烘焙，然后将烘焙咖啡豆置于无菌罐中吐气24h 以上；

步骤2：将烘焙咖啡豆用研磨得到烘焙咖啡粉。

优选的，步骤1)为：

将脱皮、脱胶、脱壳、除杂后的生咖啡豆加入滚筒式咖啡烘焙机中，初始下锅温度为180～200℃，保持火力为1.5～2.0，烘焙时间为9～12min，得到中度烘焙豆，快速冷却至室温，并置于无菌罐中吐气24h以上，备用。

优选的，所述生咖啡豆为中粒种罗布斯塔或小粒种阿拉比卡咖啡豆

优选的，所述烘焙咖啡粉的粒径为250±5μm。

优选的，所述烘焙咖啡粉与去离子水的固液比为1:11g/mL；所述萃取时间为35～40min。

优选的，所述低温离心的转速为3000～5000r/min，温度为20～25℃，时间为10～15min。

优选的，所述低温旋转蒸发浓缩压力为70～100Pa，温度为40～45℃，浓缩至料液TDS值为3.12％～6.02％，浓度为50～60％，得到咖啡浓缩液。

优选的，所述冷冻干燥包括预冻和在真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥；

所述预冻为：

将咖啡浓缩液放入-40～-50℃的冷冻库中，速冻4～8h，冻至咖啡浓缩液中心温度为-35℃～-30℃，然后再维持1～2h，预冻结束。

所述真空冷冻干燥采用20～60Pa真空度，冷阱温度为-60℃～-30℃。

所述真空冷冻干燥耗时30min梯度升温至50℃并恒温干燥24h。

本发明还提供了一种上述加工方法加工得到的超声波冷萃风味冻干咖啡。

与现有技术相比，本发明提供了一种超声波冷萃风味冻干咖啡的加工方法，包括以下步骤：A)采用超声波技术耦合去离子水在低温下冷萃烘焙咖啡粉中水溶性成分，得到萃取液；所述超声波频率为20～25KHz，超声波功率为400～500W，萃取温度为20～25℃；B)将所述萃取液依次进行低温离心、低温浓缩以及冷冻干燥，得到冷萃风味冻干咖啡。本发明以特有的在连续低温加工条件利用超声波技术辅助去离子水萃取、低温冷冻离心、低温旋转蒸发浓缩及真空冷冻技术加工生产冷萃风味冻干咖啡的空白现状，本发明基于烘焙咖啡豆特有的物理特性及化学物质组成成分，采用连续低温加工技术制备冷萃风味冻干咖啡，避免了营养成分和风味成分在提取过程中的损失，提升了冻干咖啡的营养和风味品质，且显著缩短加工时间，提升了咖啡精深加工产业的加工效率。

附图说明

图1为不同提取方法所得咖啡残渣的扫描电镜图(×1000倍)；a：实施例 1，b：实施例2，c：实施例3，d：对照方法1，e-对照方法2，f：对照方法3。

具体实施方式

本发明提供了一种超声波冷萃风味冻干咖啡的加工方法，包括以下步骤：

A)采用超声波技术耦合去离子水在低温下冷萃烘焙咖啡粉中水溶性成分，得到萃取液；所述超声波频率为20～25KHz，超声波功率为400～500W，萃取温度为20～25℃；

B)将所述萃取液依次进行低温离心、低温浓缩以及冷冻干燥，得到冷萃风味冻干咖啡。

本发明首先制备烘焙咖啡粉，制备步骤如下：

步骤1：将生咖啡豆进行烘焙，然后将烘焙咖啡豆置于无菌罐中吐气24h 以上；

步骤2：将烘焙咖啡豆用研磨得到烘焙咖啡粉。

将脱皮、脱胶、脱壳、除杂后的生咖啡豆加入滚筒式咖啡烘焙机中，初始下锅温度为180～200℃，优选为180、190、200，或180～200℃之间的任意值，保持火力为1.5～2，优选为1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2，或1.5～2之间的任意值，烘焙时间为9～12min，优选为9、10、11、12，或9～12min之间的任意值，得到中度烘焙度，快速冷却至室温，并置于无菌罐中吐气24h以上，备用。

其中，本发明所述制备工艺可适用于所有品种生咖啡豆，但更加适用于中粒种烘焙咖啡豆。所述生咖啡豆优选为中粒种罗布斯塔或小粒种阿拉比卡咖啡豆

所述咖啡豆烘焙度为使用SCAA指定的咖啡豆烘焙度测定仪所得测定值为50～55。

在本发明中，所述研磨的方法为：

将吐气后的中度烘焙咖啡豆放入咖啡研磨机物料仓内，低温粉碎，利用高速撞击力和剪切力对物料进行挤压、揉捏等作用，得到烘焙咖啡粉平均粒径为250±5μm。其中，低温粉碎的温度为20～25℃，优选为20、21、22、23、 24、25，或20～25℃之间的任意值。

得到烘焙咖啡粉后，采用超声波技术耦合去离子水在低温下冷萃烘焙咖啡粉中水溶性成分，得到萃取液；

所述超声波频率为20～25KHz，优选为20、21、22、23、24、25，或20～25 KHz之间的任意值，超声波功率为400～500W，优选为400、420、440、450、 460、480、500，或400～500W之间的任意值，萃取温度为20～25℃，优选为 20、21、22、23、24、25，或20～25℃之间的任意值。

所述烘焙咖啡粉与去离子水的固液比为1:11g/mL；所述萃取时间为 35～40min，优选为35、36、37、38、39、40，或35～40min之间的任意值。

在本发明的一些具体实施方式中，采用超声波技术耦合去离子水在低温下冷萃烘焙咖啡粉中水溶性成分的方法可选择如下之一：

经过超细粉碎后的烘焙咖啡粉在超声波功率为500W，温度为25℃，超声频率20KHz，超声波技术辅助去离子水提取40min；

经过超细粉碎后的烘焙咖啡粉在超声波功率为400W，温度为20℃，超声频率20KHz，超声波技术辅助去离子水提取40min；

经过超细粉碎后的烘焙咖啡粉在超声波功率为500W，温度为20℃，超声频率20KHz，超声波技术辅助去离子水提取35min。

得到萃取液后，将所述萃取液依次进行低温离心、低温浓缩以及冷冻干燥，得到冷萃风味冻干咖啡。

所述低温离心的转速为3000～5000r/min，优选为3000、3500、4000、4500、 5000，或3000～5000r/min之间的任意值，温度为20～25℃，优选为20、21、 22、23、24、25，或20～25℃之间的任意值，时间为10～15min。

所述低温旋转蒸发浓缩压力为70～100Pa，优选为70、80、90、100，或 70～100Pa之间的任意值，温度为40～45℃，优选为40、41、42、43、44、45，或40～45℃之间的任意值，浓缩至料液TDS值为3.12％～6.02％，浓度为 50～60％，得到咖啡浓缩液。

所述冷冻干燥包括预冻和在真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥；

所述预冻为：

将咖啡浓缩液放入-40～-50℃，优选为-40、-42、-44、-46、-48、-50，或 -40～-50℃之间任意值的冷冻库中，速冻4～8h，优选为4、5、6、7、8，或4～8 h之间的任意值，冻至咖啡浓缩液中心温度为-35℃～-30℃，优选为-35、-34、 -33、-32、-31、-30，或-35℃～-30℃之间的任意值，然后再维持1～2h，预冻结束。

然后将预冻的咖啡置于真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥。

所述真空冷冻干燥采用20～60Pa真空度，优选为20、30、40、50、60，或20～60Pa之间的任意值，冷阱温度为-60℃～-30℃，优选为-60、-50、-40、 -30，或-60℃～-30℃之间的任意值。

所述真空冷冻干燥耗时30min梯度升温至50℃并恒温干燥24h。

按照本发明所述制备方法所获得的冷萃风味冻干咖啡粉为巧克力色，具有冷萃咖啡特有的香气和滋味，并且保留了较多的咖啡因、葫芦巴碱、绿原酸等天然活性成分，具有较高的抗氧化活性和杯测得分。

为了验证本发明加工方法的独特适应下，本发明以现有的法压法、传统冷浸法以及冰滴法作为本发明方法的对比，以萃取时间、萃取率、咖啡因、葫芦巴碱、绿原酸、抗氧化活性、杯测得分作为参照指标进行对比，结果表明，除法压外，超声显著缩短了提取时间，获得的超声冷萃风味冻干咖啡萃取率优于法压法和传统冷浸法，生物活性物质和抗氧化性优于传统冷浸法。杯测评分中，高于传统冷浸法和冰滴法。

本发明在较短时间内获得萃取率高，生物活性好的超声冷萃冻干咖啡，此外，本发明还提供了由本发明任意一种制备方法获得的超声波冷萃风味冻干咖啡。

本发明以特有的在连续低温加工条件利用超声波技术辅助去离子水萃取、低温冷冻离心、低温旋转蒸发浓缩及真空冷冻技术加工生产冷萃风味冻干咖啡的空白现状，本发明基于烘焙咖啡豆特有的物理特性及化学物质组成成分，采用连续低温加工技术制备冷萃风味冻干咖啡，避免了营养成分和风味成分在提取过程中的损失，提升了冻干咖啡的营养和风味品质，且显著缩短加工时间，提升了咖啡精深加工产业的加工效率。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的超声波冷萃风味冻干咖啡及其加工方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1：

烘焙：将脱皮、脱胶、脱壳、除杂后的生咖啡豆加入滚筒式咖啡烘焙机中，初始下锅温度为180℃，保持火力为1.5，烘焙时间为10min，得到中度烘焙度，快速冷却至室温，并置于无菌罐中吐气24h。使用SCAA指定的咖啡豆烘焙度测定仪所得测定值为50～55，备用。

研磨粉碎：将吐气后的中度烘焙咖啡豆放入研磨机物料仓内，在较低温度下低温粉碎，利用高速撞击力和剪切力对物料进行挤压、揉捏等作用，得到烘焙咖啡粉平均粒径为250±5μm。

萃取：经过超细粉碎后的烘焙咖啡粉在超声波功率为500W，温度为25 ℃，超声频率20KHz，固液比为1:11g/mL，超声波技术辅助去离子水提取 40min.

离心分离：将得到的萃取液通过冷冻离心机在温度为25℃，转速为5000 r/min下离心10min，收集离心后得到的萃取液。

浓缩：利用低温旋转蒸发对离心后得到的萃取液进行低温浓缩，浓缩至 TDS值为5.26％，浓度为60％，得到浓缩液；

真空冷冻干燥：将上述得到的浓缩液铺满样品盘后在-40℃进行预冻，然后置于真空冷冻干燥机内进行冷冻干燥，真空度为20～60Pa，冷肼温度为 -60～-30℃，耗时30min梯度升温至50℃并恒温干燥24h，得到冷萃风味冻干咖啡。

将离心分离、低温浓缩、真空冷冻干燥干燥得到的冷萃咖啡粉称重，计算提取率。分装于铝箔袋中，备用。

实施例2：

烘焙：将脱皮、脱胶、脱壳、除杂后的生咖啡豆加入滚筒式咖啡烘焙机中，初始下锅温度为180℃，保持火力为1.5，烘焙时间为10min，得到中度烘焙度，快速冷却至室温，并置于无菌罐中吐气24h。使用SCAA指定的咖啡豆烘焙度测定仪测定的值为50～55，备用。

研磨粉碎：将吐气后的中度烘焙咖啡豆放入研磨机物料仓内，在较低温度下低温粉碎，利用高速撞击力和剪切力对物料进行挤压、揉捏等作用，得到烘焙咖啡粉平均粒径为250±5μm。

萃取：经过超细粉碎后的烘焙咖啡粉在超声波功率为400W，温度为20 ℃，超声频率为20KHz，固液比为1:11g/mL，超声波技术辅助去离子水提取 40min.

离心分离：将得到的萃取液通过冷冻离心机在温度为25℃，转速为5000 r/min下离心10min，收集离心后得到的萃取液。

浓缩：利用低温旋转蒸发对离心后得到的萃取液进行低温浓缩，浓缩至 TDS值为4.75％，浓度为60％，得到浓缩液；

真空冷冻干燥：将上述得到的浓缩液铺满样品盘后在-40℃进行预冻，然后置于真空冷冻干燥机内进行冷冻干燥，真空度为20～60Pa，冷肼温度为 -60～-30℃，耗时30min梯度升温至50℃并恒温干燥24h，得到冷萃风味冻干咖啡。

将离心分离、低温浓缩、真空冷冻干燥干燥得到的冷萃咖啡粉称重，计算提取率。分装于铝箔袋中，备用。

实施例3：

烘焙：将脱皮、脱胶、脱壳、除杂后的生咖啡豆加入滚筒式咖啡烘焙机中，初始下锅温度为180℃，保持火力为1.5，烘焙时间为10min，得到中度烘焙度，快速冷却至室温，并置于无菌罐中吐气24h。使用SCAA指定的咖啡豆烘焙度测定仪测定的值为50～55，备用。

研磨粉碎：将吐气后的中度烘焙咖啡豆放入研磨机物料仓内，在较低温度下低温粉碎，利用高速撞击力和剪切力对物料进行挤压、揉捏等作用，得到烘焙咖啡粉粒度为250±5μm。

萃取：经过超细粉碎后的烘焙咖啡粉在超声波功率为500W，温度为20 ℃，超声频率20KHz，固液比为1:11g/mL，超声波技术辅助去离子水提取 35min.

离心分离：将得到的萃取液通过冷冻离心机在温度为25℃，转速为5000 r/min下离心10min，收集离心后得到的萃取液。

浓缩：利用低温旋转蒸发对离心后得到的萃取液进行低温浓缩，浓缩至 TDS值为5.27％，浓度为60％，得到浓缩液；

真空冷冻干燥：将上述得到的浓缩液铺满样品盘后在-40℃进行预冻，然后置于真空冷冻干燥机内进行冷冻干燥，真空度为20～60Pa，冷肼温度为 -60～-30℃，耗时30min梯度升温至50℃并恒温干燥24h，得到冷萃风味冻干咖啡。

将离心分离、低温浓缩、真空冷冻干燥干燥得到的冷萃咖啡粉称重，计算提取率。分装于铝箔袋中，备用。

实施例4：对比试验，以下方法仅萃取步骤同实施例1不同，其余同实施例1.

对照方法1：

法压法，将超微粉碎后的烘焙咖啡粉原料在法压壶中萃取，按料液比1:11 g/mL在93±2℃下浸提4min；其余同实施例1；

对照方法2：

传统冷浸法，将超微粉碎后的烘焙咖啡粉按料液比1:11g/mL在室温下浸提9h；其余同实施例1；

对照方法3：

冰滴法，将超细粉碎后的烘焙咖啡粉原料按料液比1:11g/mL进行提取，冰滴速度为1滴/s，冰与水的质量比为1:3，提取初始温度为6℃，提取时间为100min；其余同实施例1。

所采用的生咖啡豆均为同一来源的中粒种罗布斯塔生咖啡豆，加工量相同，生咖啡豆水分要求在10～12％左右，烘焙咖啡豆均为中度烘焙度，以提取时间、提取率、咖啡因、葫芦巴碱、绿原酸、抗氧化活性及杯测得分作为衡量指标进行对比，结果见表1-2。

表1不同提取方法所得产品的理化特性及杯测得分

表2不同提取方法所得产品的绿原酸和抗氧化活性对比

由上表可以明显看出，本发明制备方法获得的冷萃风味冻干咖啡粉在各方面均优于对照组中的传统冷浸法制备所得产品，除对照方法1外，实施例提取时间均低于其它对照方法。实施例1(18.58±1.39％)、实施例2 (17.46±0.44％)、实施例3(17.77±0.48％)的提取率显著高于对照方法1 (9.56±1.54％)、对照方法2(11.94±0.10％)，主要由于超声波破坏了细胞壁，从细胞中释放出更多物质，从而增加提取效率，实施例1、实施例2和实施例 3在提取率上无显著差异。杯测评分中实施例2得分最高，为82.55±3.36分，其次为实施例3和实施例1，且均高于对照方法。在绿原酸中，实施例中的 3-CQA均大于其他对照方法。在抗氧化活性中，对照方法3的FRAP最高，为48.90±2.98g Trolox/100g DW，其他方法无显著性差异；不同提取方法在 DPPH自由基清除能力上无显著性差异。超声波冷萃工艺制备风味冻干咖啡具有提取率高、风味品质优的特点，且显著缩短了萃取时间。因此，超声波耦合去离子水冷萃制备风味冻干咖啡有望替代传统室温冷浸法成为咖啡精深加工行业的新技术。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声波冷萃风味冻干咖啡的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)采用超声波技术耦合去离子水在低温下冷萃烘焙咖啡粉中水溶性成分，得到萃取液；所述超声波频率为20～25KHz，超声波功率为400～500W，萃取温度为20～25℃；

B)将所述萃取液依次进行低温离心、低温浓缩以及冷冻干燥，得到冷萃风味冻干咖啡。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述烘焙咖啡粉按照如下方法进行制备：

步骤1：将生咖啡豆进行烘焙，然后将烘焙咖啡豆置于无菌罐中吐气24h以上；

步骤2：将烘焙咖啡豆用研磨得到烘焙咖啡粉。

3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，步骤1)为：

将脱皮、脱胶、脱壳、除杂后的生咖啡豆加入滚筒式咖啡烘焙机中，初始下锅温度为180～200℃，保持火力为1.5～2.0，烘焙时间为9～12min，得到中度烘焙度，快速冷却至室温，并置于无菌罐中吐气24h以上，备用。

4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述生咖啡豆为中粒种罗布斯塔或小粒种阿拉比卡咖啡豆。

5.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，所述烘焙咖啡粉的粒径为250±5μm。

6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述烘焙咖啡粉与去离子水的固液比为1:11g/mL；所述萃取时间为35～40min。

7.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述低温离心的转速为3000～5000r/min，温度为20～25℃，时间为10～15min。

8.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述低温旋转蒸发浓缩压力为70～100Pa，温度为40～45℃，浓缩至料液TDS值为3.12％～6.02％，浓度为50～60％，得到咖啡浓缩液。

9.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述冷冻干燥包括预冻和在真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥；

所述预冻为：

将咖啡浓缩液放入-40～-50℃的冷冻库中，速冻4～8h，冻至咖啡浓缩液中心温度为-35℃～-30℃，然后再维持1～2h，预冻结束；

所述真空冷冻干燥采用20～60Pa真空度，冷阱温度为-60℃～-30℃；

所述真空冷冻干燥耗时30min梯度升温至50℃并恒温干燥24h。

10.一种如权利要求1～9任意一项所述的加工方法加工得到的超声波冷萃风味冻干咖啡。

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