CN86103023A - 低温香味回收法 - Google Patents

Abstract

这是一种从带香味的植物材料，例如炒咖啡和磨碎的咖啡，回收挥发性香味成份的工艺过程。将一种载气通过植物材料，以从中汽提香味，让所产生的充盈香味的气体接触一种如液氮那样的低温冷却液，来冷凝气体中的香味。载气的沸点需等于或低于低温冷却液的沸点。由于冷凝工序的效率基本与气体流量无关，所以可以采用适宜的气体流量，以进行有效汽提，而不至于在冷凝工序造成香味的损失。

Description

植物材料，如炒咖啡豆和茶叶，含有易挥发的化合物，从而使这些植物材料制备的饮料具有风味和/或香味。这些化合物在本发明中称为“香味”。在“速溶”咖啡或茶等可溶饮料粉末的工业生产中，通常所用的提取、浓缩和干燥工序，一般会使香味有所损失和降解。因此，人们曾作过各种努力，在开始加工时从植物材料提取香味，然后在加工完成或接近完成时，再将香味回到加工产品中。然而，迄今可利用的香味回收技术仍不能令人满意。这些技术一般仅能从植物材料提出较少的香味，或是，使提出的香味大量损失。

本发明提供一种改良的香味回收法，可使上述问题得到某种程度的解决。

在本发明的工艺过程中，将一种惰性载气通过带有香味的颗粒状植物材料，从中汽提香味。充满香味的气体，直接与一种低温冷却液接触。当该气体通入低温冷却液时，气体中的香味便由气体冷凝成固体。低温冷却液最好是液氮，同时最好保持在零下195℃或更低的温度下。固体香味与低温冷却液分离，回收香味即可掺入可溶饮粉或其他产品。

本发明还发现：香味气体与低温冷却液直接接触的香味冷凝效率，实际上与该种气体流量无关。在任何实际条件下，不管气体流量如何，事实上所有通向冷凝工序气流中的香味均可冷凝。因此，通过汽提工序的载气流量要足以能有效地从植物材料吸取香味为佳。本发明在一个单独工艺过程中使汽提和冷凝两道工序均达最优化。

所用载气的沸腾温度，最好相当或低于低温冷却液的温度。这样，载气就不会同香味一道冷凝。在气流和低温冷却液的接触区，放置一种固体基质，这样，香味就冷凝在基质上。基质最好是一种易于结合和吸收香味的材料。这样一种基质可在香味与低温冷却液分离后，香味升温时，使香味损失减至最低程度。

附图是流程图解，说明本发明的具体操作。

在本发明的一个具体工艺过程中，将一批刚炒的咖啡磨碎成约2毫米大小的颗粒，装入密闭的汽提室10内。将密闭室加热，使咖啡保持在所需温度，转动搅拌咖啡颗粒。将干燥的氮载气连续导入室内，并通过室中搅动的咖啡颗粒，汽提室的室内压力略超过大气压。当载气接触炒过和磨碎的咖啡时，可带走咖啡粒的香味，也吸收咖啡放出的水汽和二氧化碳。从汽提室出来的载有香味的气流，通过滤器14，除去被气体带出的炒咖啡，然后通过一个预冷凝器或热交换器16，该器经冷水冷却。气流中的水蒸汽连同挥发性最小的或沸点最高的香味一起冷凝。

载香味的气体约在室温下由预冷凝器进入一垂直导管（或分汽器18）的上端（或称进口一端）。该导管下端（或称出口一端），有一精细金属线网筛20，导管出口一端浸入液氮浴中。液氮置于敞口的绝缘器皿或杜瓦（Dewar）瓶22中，并保持在大气压力下沸腾平衡。在筛20顶上铺设一薄层颗粒基质。进入导管18的气体压力可排出导管中的液氮，在导管的下端形成气体与液氮的界面。因此，导管的上部份充满气体，而液氮则始终与筛和基质层接触。气体连续从导管的下端出来，通过基质和网，形成汽泡连同液氮浴放出的氮气，上升通过器皿中的液氮。从液氮浴放出的气体逸入大气。

当载有香味的气体流出导管下端，经过基质进入液氮时，气体几乎是瞬间冷却至液氮的温度（-195℃）。气体中的香味和二氧化碳便冷凝在基质和筛20上。在导管所处的温度中，二氧化碳形成固体霜。香味不是冷冻就是被霜和/或基质所吸附。因此，在筛上端的霜和基质中，可收集到固体形式的冷凝香味。

从咖啡中汽提所需数量的香味并收集在分汽器中后，切断气流。从杜瓦瓶中提出分汽器和网筛，使分汽器18中的固体香味与液氮分离。气流终止时可能进入导管的液氮经由网筛流回液氮浴。于是，准备掺入咖啡制品的固体香味便已制成。可用常规技术将香味掺入速溶咖啡，这种技术一般先将香味掺入一种调配液，如浓缩咖啡提取物、食用油或咖啡提取物食用油的乳剂。再将调配液体用于速溶咖啡粉或类似产品。或者，也可将调配液体干燥，再将干燥物与速溶咖啡粉或类似产品混合。

所回收的香味一般必须加温至调配液体冰点以上的温度。加温时与香味一道固体化的二氧化碳蒸发。香味可连同基质在一密闭的容器中加温，同时保留二氧化碳。在加温过程中，被加温的香味结合在基质上，这样，最后二氧化碳释放时，可只有微量的香味随二氧化碳损失，在加温工序中，为进一步限制香味的损失，可将固体香味和基质浸入调配液体中，以此接触来加温，这样，加温时从气体中放出的香味就被吸收进调配液中。

合适的结合香味基质，包括食用油或甘油酯、碳水化合物、含水咖啡提取物、可溶咖啡粉以及这些物质的冷冻颗粒状混合物。最好使用浓缩咖啡提取物和一种食用油的混合物或乳剂。混合浓缩咖啡提取物含有按重量约2份的咖啡提取物和45%的固体咖啡（其中含有1份食用油）尤为可取。

在香味分汽器中每汽提1公斤的炒好并磨碎咖啡最好用约7.5克的基质（其中含有约2.5克的油）。香味回收过程及汽提香味后将炒咖啡和磨碎咖啡转化为可溶咖啡粉的其他工序均可在化学计算的基础上进行。在这种操作中，从给定数量炒咖啡和磨碎咖啡中提出的香味和基质混合物，应与等量炒咖啡和磨碎咖啡中得到的可溶咖啡粉混合。当采用上述适量的基质时，计量化学处理会使约0.5%的基质油（以重量计）进入可溶性咖啡粉中。该油量对于可溶咖啡粉来说是适合的，在冲调饮料中不至于形成一层明显的油膜。

可以采用较少量的基质，或者完全不用基质，这对香味回收过程没有明显的不良影响。然而，如果不用基质，就应特别注意将回收后香味的损失减少到最低程度，例如在加热处理期间要同时把香味并入成品中。

预冷凝器中收集的较难挥发的高沸点香味也可并入成品，如和分汽器所回收的易挥发香味同时加入调配液。不过一般预冷凝器中收集到的沸点约在0℃以上的香味，并不显著增强成品香味，因而也可以将这些香味弃掉。也可不用预冷凝器，在此情况下，全部香味会与气流水蒸汽凝成的冰一道收集在氮冷却分汽器内，从而会大大增加液氮浴的热输入，所以不大被采用。

此外，还有另一种方法，即在第一个预冷凝器和分汽器之间，再加一个操作温度居中的预冷凝器，进一步冷却气流，从而将液氮浴上的热输入减少到最低程度，因此也减少液氮的蒸发。附加预冷凝器中收集的香味可以掺入成品中，或者如果不想要，也可弃掉。预冷凝器和附加预冷凝器可以在二氧化碳升华温度（-78.5℃）或低于此温度下操作。如果附加预冷凝器在低于二氧化碳升华温度下操作，那么在气流达到分汽器之前，附加预冷凝器就会除去气流中的二氧化碳。在这种变更的方法中，分汽器中回收的香味基本上没有二氧化碳，因此在加热期间香味随二氧化碳蒸发而损失的危险较小。尽管在附加预冷凝器中收集的挥发性中等的香味也连带着固体二氧化碳，但可确定，这些香味与分汽器中收集到的挥发性强的香味相比，价值低，同时在加热期间损失也少。

可以采用其他的低温冷却液取代上述的液氮。在这次工艺过程中采用的任何一种低温冷却液必须是基本上不与香味物质反应的、无毒的并且其凝固点必须比所需液体温度低得多。处理时低温冷却液最好保持在-195℃左右。虽然可以采用更低的温度，太低的温度实际上并没什么优越性，因为在-195℃时就可以从气流中回收到几乎全部香味。低温冷却液温度过高，回收则不太完全，因此较少被采用。

也可以利用氮以外的载气。载气必须是与香味不起反应的、无毒的、并且其沸点应相等或低于与工艺过程中所用的低温冷却液温度。用氮做载气较好。如果用液氮作低温冷却液，可以收集一部分液氮浴中放出的氮气并用作载气。

最好在气流和低温冷却液间的界面压力下，载气的沸点等于或低于低温冷却液的温度。如果载气的沸点等于低温冷却液的温度，当它经过低温冷却液时不至冷凝。一旦载气的个别部分达到低温冷却液的温度，热传递便停止，并在与周围液体平衡的情况下形成气泡。当然，假如载汽的沸点低于低温冷却液的温度，载气同样不会冷凝。由于载气不冷凝，所以固体香味中不会夹带载气。

可以肯定，利用不冷凝的载气有助于向成品中提供所需的香味。尽管本发明不受任何操作原理的限制，但是由于分汽器中回收到的固体香味含有比例很小（后者常被夹带在基质中）的冷凝载气，因此肯定在加热时不会因载气挥发而有明显地带走香味。

几乎所有进到分汽器的香味都可被冷凝，并以固体的形式回收。只要低温冷却液保持在约-195℃或更低的温度，而分汽器的出口末端又浸没在低温冷却液中，不管气体流动到分汽器的情况如何，从分汽器排出的气体中就不会检测出香味的损失。选择载气通过汽提室的流量，使炒制咖啡中香味的汽提达到最佳程度。

从炒咖啡和磨碎咖啡中能够汽提香味的速率受香味从咖啡颗粒内部扩散到咖啡颗粒表面速率的限制。超过某个实用的阈值，增加载体流量并不显著提高汽提工序的效率或速度。在气体流速超过该阈值时，虽然用分析仪器可以检测出分汽器内香味产量有些增加，但是增加很少，以至品尝专家也不能觉察掺有回收香味的饮料成品，在风味和香味效果上有什么差别。将平均颗粒大小约1-3毫米的炒咖啡和磨碎咖啡保持在大约60-82℃之间，汽提室中的每公斤炒咖啡每小时该有效阈值的载气流量为64升至约136升之间的载气，因此，最好取该范围的流量。本公开的发明所涉及的气体量和流量，应该理解成是在标准条件下，即在0℃和760毫米水银柱的绝对压力下测定的，或者换算成为标准条件下的值。

可以采用高于阈值范围的载气流量而不至损失香味，可是这样的流量会增加低温冷却液的热传导，从而会增加加工成本。虽然对每公斤炒咖啡和磨碎咖啡在气体流量低至每小时8升左右仍可以基本回收香味，但是载气流量低于阈值范围，会使汽提的效率降低，因而香味的回收效果变差。本工艺的一个主要优点是能够利用低于和超过上述阈值范围的流量，同时香味在分汽器内基本上又可完全冷凝而没有显著的损失。

汽提工序的效率随温度升高而提高，但咖啡的香味在82℃以上温度时易于降解。因此，在汽提工序期间，咖啡以保持在60℃左右至82℃左右为宜。不过，咖啡温度降至20℃左右和20℃以下仍能取得相当好的汽提和回收效果。

汽提工序的效率也随汽提工序时间的增加而提高。但到工艺结束前，每单位时间汽提额外的香味数量会逐渐减少。对于约1-3毫米颗粒大小的炒咖啡和磨碎咖啡来说，当汽提时间减至15分钟或更少，仍可完成大量的提取工作，延长汽提时间直至超过3小时，提取物还会有某些增长。然而，实际权衡汽提时间和香味回收效率，汽提时间选用约15分钟至3小时左右之间为宜，选用约1小时至约2小时之间更好。在分批加工时每批物料均应在汽提室内停留达到所需的汽提时间，在连续加工时，则应用适当的输送设备，将咖啡连续投料并经过汽提室，使各部分可在汽提室内保持所需的汽提时间。

用于可溶性咖啡工业生产的提取工艺过程，一般采用平均粒度约1至3毫米的炒咖啡。炒咖啡豆经常规磨碎即可。在本香味回收过程中，最好也采用这样的颗粒，这样可更有利于炒制磨碎咖啡的提取，以及汽提工序后转换成可溶性咖啡。本香味回收工艺过程也可采用较细或较粗的颗粒。如果采用较细的颗粒，则载气的流量阈值增加，而最佳提取时间范围变小。因为某些香味一般是在磨碎的作业中释出，所以在磨碎操作中使所释出的气体通过分汽器，可增加香味的回收，即使载气导入汽提室之前，先通过磨碎机。

炒咖啡和磨碎咖啡在汽提操作开始时含水量最好占其重量的1.5～2.5%。常规炒咖啡和磨碎咖啡操作所制备的咖啡，一般均具有此范围内的含水量。在提取工序之前或在提取期间，不必把咖啡弄湿。本工艺可不增加水分而有效回收香味是其一个明显的优点，因为增加水分会促进香味的降解。

可用加工咖啡的大致相同的方法加工茶叶。但是，茶中的香味一般比咖啡中的挥发性低。因此，对茶的汽提时间、汽提温度和载气的流量，一般应接近前面提到的咖啡有关范围的上限或略高些。用于茶香味回收的香味结合基质可包括茶叶提取物、可溶性茶粉、食用油、碳水化合物及上述各种制成的冷冻颗粒状混合物。一般用来进行汽提的是红茶茶叶，这和生产可溶性茶时一般商业提取过程所用的原料是一样的。按照本发明，还可加工提取其他带有香味的植物。到达分汽器的气流中最好不含氧气，以便预防液氧冷凝，以及在低温冷却液中由于液氧的积累所造成的潜在安全危害。因而，在气流通向分汽器之前，该系统应该用载气冲净。如果该系统连续操作，则汽提室应当连续保持正压，以便排除氧气，定期更换低温冷却液，去除积累的液氧，也是必要的。

现列举下述的实例，说明本发明某些方面的问题：

实例1-6

像图表所示采用分批生产式汽提室和分汽器设备加工处理平均颗粒大小为2.2毫米的炒咖啡。配料“A”和“B”是由不同种植地咖啡豆组成的不同混合物。在每一种情况中，分汽器都含一种由2份浓缩咖啡提取物（45%固体）和1份咖啡油组成的基质。在每一种情况中，都将回收的香味用同样的方法掺入到同量的可溶性咖啡粉中。每个实例的“粉GC”值都代表气相色谱中观察的总峰值读数，为对每一个可溶性咖啡粉的实例都采用同样分析方法。较高的GC值意味着香味物质含量较高。有一个由配料B制备的但没有回收香味的咖啡粉实例，其粉的GC值为0.44×10⁷。在汽提前后用气相色谱测定总峰值时，每个实例的“香味释放%”数字代表着汽提工序中提出的香味占炒咖啡和磨碎咖啡中总香味的百分比。

炒咖啡和    汽提    炒咖啡和

实例 载气^＊磨碎咖啡 磨碎咖啡 粉GC 香味释

流量    温度    时间    配料

（℃）    （小时）    出%

1 136 82 1 A 2.09×10⁷48%

2 68 82 1 A 2.03×10⁷43%

3    136    60    1    A    -    29%

4 68 60 1 A 1.63×10⁷24%

5 68 82 2 B 2.03×10⁷53%

6 68 18 2 B 0.99×10⁷25%

^＊在汽提室中每公斤炒咖啡和磨碎咖啡每斤小时通过的载气升数。

实例7

用实例1-6中同样的设备，加工红茶茶叶。在汽提操作期间，茶叶保持在约82℃。载气通过汽提室，其流量为每公斤茶叶每小时大约136升。汽提和冷凝操作持续大约3小时。在分汽器中采用的是一种由1份食用油和10份浓缩茶提取物（45%固体）组成的基质。

Claims (10)

1、从一种带有香味的颗粒状植物材料中回收香味的工艺过程，特征在于由下列工序组成：

(a)让一种载气通过汽提室中的植物材料，从植物材料提出香味，并将所得到的带香味的载气生成物与植物材料分开；

(b)将带香味的载气与低温冷却液接融，使香味由带香味的载气中冷凝成固体状态，所用载气与沸点应等于或低于低温冷却液的沸点；

(c)从低温冷却液中分离出固体香味。

2、按权利要求1的工艺过程，其中植物材料是指炒咖啡和磨碎咖啡。

3、按权利要求2的工艺过程，其中在汽提室中每公斤炒咖啡和磨碎咖啡每小时的载气流量至少约8升。

4、按权利要求3中的工艺过程，其中汽提室中每公斤炒咖啡和磨碎咖啡每小时的载气流量至少约64升。

5、按权利要求3的工艺过程，其中汽提工序期间炒咖啡和磨碎咖啡应保持在大约60℃和大约82℃之间的温度。

6、按权利要求3的工艺过程，其中汽提工序进行的时间大约从15分钟和3小时之间。

7、按权利要求1或3的一工艺过程，其中将带香味的气体通入低温冷却液，使带香味的气体与低温冷却液接触。

8、按权利要求7中的工艺过程，其中将带香味的载气经过一种与低温冷却液接触的颗粒状基质通入低温冷却液。

9、按权利要求8的工艺过程，其中上述的基质包括选自食用油、碳水化合物、咖啡提取物、可溶性咖啡粉、茶提取物，可溶性茶粉及上述物质混合组成的、可结合香味的吸附剂。

10、按权利要求1的工艺过程，其中还包括采用在混合液体中浸泡固体香味的方法将固体香味与一种混合液体混合的工序。

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