KR0137747B1 - 가용성 인스턴트 커피를 분말상으로 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 여과셀 내의 볶은 커피가루를 분리 추출하여 대기압 단계로부터의 제 1추출액과 가압단계로부터의 제 2추출액을 제조한 다음, 상기 제1추출액은 증발처리하여 건조체의 함량이 35중량%이상으로, 상기 제 2추출액은 증발처리하여 건조체의 함량이 25중량% 이하로 각각 한다음, 상기 양추출액을 혼합하여 혼합체로 하고, 상기 제 1추출액의 증발 증기는 응축 및 농축하여 그 얻어진 농축물을, 상기 혼합체를 가용성 커피 분말로 변환하기 위한 공정으로 다시 도입함으로써 가용성 인스턴트 커피를 분말상으로 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

가용성 인스턴트 커피를 분말상으로 제조하는 방법

첨부도면(제1도)은 본 발명에 따른 공정을 수행하기 위한 장치의 일 실시예이다.

본 발명은 가용성 커피 분말을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

지금까지 가용성 커피분말은 볶은 커피가루를 채운 셀을 통하여 추출액을 여과하여 얻은 커피 추출물을 증발시킨 후 냉각 건조(freeze-drying) 또는 분무건조하여 제조하여 왔다.(Sivetz, Coffee Processing Technology, Volume 1, pages 262, 263, AVI, 1963).

추출은 반류(counter current)에서 수행된다. 즉, 150∼180℃의 가압수를, 셀의 저부에서(N희 추출을 통하여) 가장 강력하게 추출되는 일정량의 볶은 커피가루를 보유하는 셀에 도입한다. 다음에 이 추출셀의 추출액은, 새로운 볶은 커피가루를 갓채운 셀을 통과할 때까지 계속해서(N-1)회 추출된 커피를 보유하는 추출셀의 통과한다.

맨 마지막 셀을 빠져나온 최종 추출액은 100℃정도의 온도에 도달한다.

따라서 새로운 커피가 가장 낮은 온도로 유지되는 반면에 가장 강력하게 추출된 커피는 가장 고온으로 유지된다.

오토클레이브섹션으로 알려져 있으며 가장 강력하게 추출된 커피를 보유하는 셀로 구성된 가압단계와, 추출정도가 가장 낮은 커피를 보유하는 셀로 이루어진 대기압 단계와의 사이에는 통상 뚜렷한 차이가 나타낸다.

각 추출사이클 후에 가장 강력하게 추출된 커피를 보유하는 셀은 이를 비우고 새로운 커피를 여기에 채운 후 셀을 적당한 방법으로 상호 연결한 후에 다른 추출 사이클을 시작한다.

따라서, 이와 같은 종래의 추출방법에서는 단지 하나의 추출액이 사용된다.

분리 추출(split extraction)로 알려진 다른 공정에서는, 두가지 추출액이 사용되며, 추출셀이 가압단계와 대기압단계로 구분되어 있다. 각 단계에서는 별개의 추출액으로 추출된다.

대기압 단계의 커피는 적당한 온도와 압력조건하에서 제 1추출액으로 추출되는 한편 가압단계의 커피는 훨씬 더 높은 온도와 압력조건하에서 제 2추출액으로 추출된다.

이와 같은 공정의 일례가 예를 들면, Pintauro, Coffee Solubilization, pp. 41, 42, Noyes Data Corporation, 1975, 및 US-PS3,790,689에 기재되어 있다.

따라서 두가지의 상이한 추출액을 제조하여, 가압단계로부터의 추출액을 부분적으로 증발시킨 후, 서로 혼합한 다음 계속하여 공지의 공정, 예를 들면 분무 건조 또는 냉각건조를 이용하여 분말상으로 변환한다.

이 공법에 의하면, 특히 대기압 단계로부터의 추출액에는 가압 단계에서 추출되는 화합물이 존재하지 않는다는 사실에 의해서 현저하게 개선된 관능적 성질(organoleptic qualities)을 가지는 커피를 얻을 수 있다.

US-PS 3,790,689에 의한 공법에서는 대기압 단계로부터의 추출액은 분리 증발되지 않지만 가압단계로 부터의 추출액은 증발과정을 거쳐 건조체의 함량이 약50%가 되도록 한다. 다음에 이 두추출액은 혼합되어 건조체의 함량이 약25% 정도인 최종 추출액이 된다. 이렇게하여 얻어진 추출액은 분말 형태로 변환하기전에 증발시켜 농축한다. 이러한 증발 처리중에 대기압 및 가압 단계로부터의 추출액에서 발산되는 휘발성 화합물 성분이 소실된다. 최종 제품의 관능적 성질에 불리한 영향을 미치는 것으로 알려져 있는 가압단계로부터 발생되는 화합물일 경우에 이와같은 휘발현상은 매우 유익하다. 이와는 대조적으로, 관능적 특성에 긍정적 영향을 미치는 대기압 단계에서 추출되는 화합물일 경우에는 이 소실이 나쁜 영향을 미친다.

냉각 건조 또는 분무건조의 공정전의 추출액중의 건조체의 대체적 함량이 40중량%이상이 되도록 하는 최종 증발 단계에서 필요로하는 에너지 양을 감소시킨다는 관점에서, 혼합후의 최종 추출액중의 건조체의 함량이 30%이상으로 되도록 하기 위하여 여러 가지의 시도가 있었다.

불행히도, 이와 같은 모든 시도는 US-PS 3,790,689에 기재된 공정에서 이미 존재하였던 문제에 직면하게 되었다.

가능한한 고농축도를 가지는 최종 혼합체를 얻기 위하여는 상기 양 추출액을 각각 증발처리 할 필요가 있다.

그러나, 이것은 두가지의 모순되는 조건을 포함한다. 첫째, 가압단계로부터의 추출액을 과잉증발시키면 그 독특한 조성 때문에 증발기의 막힘이 일어난다는 것이다. 그 이유는, 이 추출액이 25중량%이상의 농축도로 될 때 불용성 화합물이 대량으로 나타나 농도가 급격히 증가하게 되어 증발기가 막히게 됨으로써 산업적 규모로의 조업이 불량하게 되기 때문이다.

둘째, 가압 단계로부터의 추출액의 증발처리의 한계는 대기압단계로부터의 추출액의 증발처리를 증가시키는 것에 의해 보상되지 않는다는 것이다.

그 이유는, 대기압 단계로부터의 추출액은 그 방향(aromas) 손실 때문에 과잉증발해서는 안되기 때문이다.

가압단계로부터의 추출액에서와는 달리, 대기압 단계로부터의 추출액의 방향은 어떠한 경우에도 보존되어야 한다.

분리 추출공법이 산업적 발달의 주체로 이어지지 못하고 있는 이유도 바로 여기에 있다.

따라서 본 발명의 목적은 이 문제점을 해결하기 위한 것이다

특정 조건하에서, 대기압하에서의 추출액을 증발시켜 건조체의 농축도가 40중량%가 되도록 하고, 그리고 가압하에서의 추출액을 단지 증발처리를 통해서만 건조체의 농축도가 약 20중량%가 되도록 하는 것이 가능하여 건조체의 농축도가 30중량%를 상회하는 혼합체를 얻을 수가 있고 다시 이를 증발, 농축하여 공지의 공법으로 분말상으로 할 수 있다는 것을 밝혀내었다.

그 이유는 대기압하에서의 추출액을 증발시켜 얻은 방향성 증기는 회수 및 응축가능하며 이 응축물이 공지의 방법, 예를 들면 저온농축(cryoconcentration) 또는 역삼투(osmosis)에 의해 농축될 수 있기 때문이다. 다음에 이 농축물은 예를 들면, 분말상으로 변환되기 직전의 추출액으로 다시 도입 가능하다. 이는 또한 방향을 고착시킬 수 있는 오일과 접촉될 수 있으며 다음에는 공지의 방법으로 커피 분말상으로 분무된다.

따라서, 본 발명은 여과셀 내의 볶은 커피가루를 분리 추출하여 대기압단계로부터의 제 1추출액과 가압단계로부터의 제 2추출액을 제조한 다음, 상기 제 1추출액은 증발처리하여 건조체의 함량이 35중량%이상으로, 상기 제 2추출액은 증발처리하여 건조체의 함량이 25중량%이하로 각각 한다음, 상기 양 추출액을 혼합하여 혼합체로 하고, 상기 제1추출액의 증발 증기는 응축 및 농축하여 그 얻어진 농축물을, 상기 혼합체를 가용성 커피 분말로 변환하기 위한 공정으로 다시 도입함으로써 가용성 인스턴트 커피를 분말상으로 제조하기 위한 방법이다.

본 발명의 다른 특징 및 장점들은 본 발명의 예시를 위해 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치를 도시한 제1도와 관련한 다음 내용으로부터 보다 분명해질 것이다.

제 1도에 도시한 바와 같이, 추출장치는 다수의, 바람직하기로는 6개의 여과셀로 이루어져 있으며 여기에는 볶은 커피가루를 장입하며 이 셀들은 적당한 파이프 장치를 통해 서로 연통하고 있다. 이 추출장치는 대기압 단계(1)를 이루는 제 1셀 그룹과 가압 단계(2)를 이루는 제 2셀그룹으로 분할되어 있으며 대기압 단계(1)에는 파이프(11)를 통해 추출액이 공급되어 파이프(12)를 경유하여 도입된 추출액이 방출된다. 마찬가지로, 가압단계에도 공급파이프(21)와 방출파이프(22)가 구비되어 있다.

추출액을 95∼98℃로 가열하기 위하여 대기압 단계(1)의 출구에 히터(3)를 설치할 수도 있다. 이렇게 가열된 추출액은 칼럼(4), 예를 들면 플레이트 칼럼에서 수증기로 스트립핑(steam-stripping) 할 수도 있다.

이러한 스트립핑 단계에서는 상승하는 수증기류에 대항해서 추출액은 하강한다. 휘발성 화합물은 수증기에 의해 포획되어, 후속되는 증발처리에 의한 적극적인 열적 영향을 부여함이 없이 수증기의 응축에 의해서 회수된다.

다음으로 추출액은 냉각농축 또는 역삼투에 의해 증기를 응축 및 농축하기 위한 수단(6)이 구비된 증발기(5)로 도입된다.

이 증발 과정중에는 추출액중의 건조체의 함량이 35중량%이상으로 증가한다. 증발에 의한 이러한 농축에는 실제로 한계가 없다. 그렇지만, 건조체의 함량이 50중량%에 도달하게 되면 추출액의 점성이 너무 커져 후속하는 가압단계(2)로 부터의 추출액과의 혼합공정이 용이하지 않게 된다.

마찬가지로, 가압단계(2)의 출구에서도 추출액이 증발기(7)로 들어간다.

이 조업중에는 가압단계(2)로부터의 추출액의 건조체 함량은 15∼25중량%, 바람직하게는 20중량%정도로 한다.

증발기(5, 7)로부터 나오는 추출액은 혼합기(8)에서 혼합하여 이 혼합체를 증발기(9)에서 다시 증발시켜 건조체 함량이 40∼45중량% 정도가 되도록 한다. 이 증발처리에도 실제적으로 그 한계는 없으며 추출액을 분말상으로 변환하기 위한 장치의 조업 변수에 의거 결정한다.

대기압 단계로부터의 추출액중의 건조체 함량은 약40중량%가 바람직하다. 대기압 단계로부터의 추출액에 대해서는, 분말상으로 변환하기에 필요한 최종 혼합체중의 건조체의 함량에 거의 도달하게 하는 증발처리를 행할 필요는 사실상 없다. 특히, 대기압 단계(1)로 부터의 농축된 추출액이 가압단계(2)로부터의 농축된 추출액으로 희석되기 때문에 대기압 단계로 부터의 이 추출액은, 그 건조체의 함량이 40중량%를 초과하는 두단계의 증발처리를 행하지 않는 것이 바람직하다.

놀랍게도, 상술한 이유로 인해서 가압단계(2)로부터의 추출액을 증발처리에 의해 건조체의 함량이 25중량%이상으로 되도록 농축하는 것이 불가능하지만, 대기압 단계 및 가압단계로부터의 추출액들의 혼합체를 40중량%이상의 건조체를 포함하도록 농축하는 것은 가능하다. 단언할 수는 없지만, 그 이유는 대기압 단계로부터의 추출액 중의 특정 화합물에 의해 가압단계로부터의 추출액 중에 존재하는 화합물의 불용성 화합물로 형성되는 것이 억제되기 때문인 것으로 생각된다.

증발기(9)의 출구에서는, 수단(6)에 의해서 생산된 농축된 증발 응축체 및 칼럼(4)에서 얻어진 수증기 스트립핑한 산물이 최종 추출액으로 도입된다.

아래의 도표는 본 발명에 따른 공정의 응용상태를 나타낸다.

이러한 테스트중에, 드로-오프(draw-off)로 알려져 있는 비율 R(사이클당 추출액의 중량/셀당 커피의 중량)의 영향도 대기압 및 가압 단계로 부터의 추출액의 각각에 대해서 조사하였다. 마찬가지로, 증발처리전후에 있어서 건조체 함량 Tc도 측정하였으며, 아울러 분말상으로의 변환전에 있어서의 증발처리 전후에 최종 혼합체의 건조체 함량도 함께 측정하였다.

이 도표에서는, 대기압단계로 부터의 추출액은 EF, 가압단계로 부터의 추출액은 EC로 나타내었다.

본 발명의 방법에 따르면, 가압단계로 부터의 추출액은 그 건조체 함량이 불과 20중량%정도가 되도록 농축되는 반면 대기압 단계로 부터의 추출액은 그 성질을 변화시킴이 없이 40중량%정도의 건조체 함량을 갖도록 하며 증발처리에 앞서 휘발성 화합물은 회수되는 반면 가압단계로부터의 추출액 중의 휘발성 화합물은 제거되는, 분리 추출법에 의하여 건조체 함량이 40중량%이상이 되는 최종 추출액을 얻는 것이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있다.

Claims (5)

1. 여과셀 내의 볶은 커피가루를 분리 추출하여 대기압 단계로부터의 제1추출액과 가압단계로부터의 제2추출액을 제조한 다음, 상기 제1추출액은 증발처리하여 건조체의 함량이 35중량%이상으로, 상기 제2추출액은 증발처리하여 건조체의 함량이 25중량%이하로 각각 한다음, 상기 양 추출액을 혼합하여 혼합체로하고, 상기 제1추출액의 증발 증기는 응축 및 농축하여 그 얻어진 농축물을, 상기 혼합체를 가용성 커피 분말로 변환하기 위한 공정으로 다시 도입함으로써 가용성 인스턴트 커피를 분말상으로 제조하기 위한 방법
2. 제1항에 있어서, 상기 양 추출액의 혼합체는 증발처리에 의해 건조체의 함량이 40중량%이상이 됨을 특징으로 하는 방법
3. 제1항에 있어서, 상기 제 1추출액은 그 건조체의 함량이 40중량%가되도록 농축됨을 특징으로 하는 방법
4. 제2항에 있어서, 대기압 단계를 벗어난 상기 제 1추출액은 증발처리에 의한 농축 공정에 앞서 수증기로 스트립핑하고, 이렇게 하여 얻어진 상기 수증기는 응축하여 상기 양추출액의 혼합체의 증발처리후에 상기 혼합체로 다시 도입함을 특징으로 하는 방법
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제 1추출액의 증발처리에 의해 얻어진 상기 응축 및 농축된 증발증기는 상기 양 추출액의 혼합체의 증발처리후에 상기 혼합체에 다시 도입함을 특징으로 하는 방법