KR100882405B1 - 농축 커피 추출물 형성 방법, 수성 커피 추출물, 배합된 원두 커피 추출물 제조 방법 및 농축 소모성 추출물 형성 방법 - Google Patents

농축 커피 추출물 형성 방법, 수성 커피 추출물, 배합된 원두 커피 추출물 제조 방법 및 농축 소모성 추출물 형성 방법 Download PDF

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Abstract

분쇄된 볶은 커피와 같은 고형 원료로부터 대량의 농축 추출물을 제조하는 통상의 공지된 방법은 맛이나 향기가 풍부하며 추출물이 제조되는 볶은 커피의 품종별 특성을 유지하는 고품질의 커피 추출물을 제조하는 데 이상적으로 적절한 것은 아니다. 본 발명은 용매 제거를 통해 보다 희석된 추출물로부터 이러한 고품질의 농축된 추출물을 제조하는 여과 방법을 제공한다. 본 발명은 식품 및 음료 산업에서 산업적 규모의 추출물 제조를 포함하는 광범위한 적용 분야에 사용되도록 충분한 유연성 및 확장성을 갖는 방법을 제공한다. 본 발명은 조미료, 음료 농축액 및 향료로 사용되는 고농축된 "미식가 수준"의 추출물을 제조할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 용매 제거 방법에 따라 제조되는 용매가 감소된 농축 추출물은 고품질의 커피가 예를 들어 적어도 약 6중량% 내지 40중량%의 고농도의 용해성 커피 고형물로 추출되는 적용 분야에 유리하게 사용될 수 있다. 또한, 품종별 맛과 향 특성에 대한 높은 수준의 보유력이 요구된다.
Figure R1020027005441
고형 원료, 농축 추출물, 용매 제거, 희석된 추출물, 여과 방법

Description

농축 커피 추출물 형성 방법, 수성 커피 추출물, 배합된 원두 커피 추출물 제조 방법 및 농축 소모성 추출물 형성 방법{A METHOD FOR FORMING A CONCENTRATED COFFEE EXTRACT, AN AQUEOUS COFFEE EXTRACT, A METHOD FOR PRODUCING A BLENDED COFFEE EXTRACT AND A METHOD FOR FORMING A CONCENTRATED CONSUMABLE EXTRACT}
본원은 1999년 10월 28일에 출원되어 함께 계류중인 본 명세서에 참조된 가출원 제60/161,981호에 기초하여 우선권을 주장하고 있다.
본 발명은 고형 원료로부터 소모성 수성 추출물을 제조하는 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 여과의 사용을 통해 이러한 소모성 추출물을 농축하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 특정 실시예는 식품, 향료 및 음료 제품에 사용 가능한 볶은 커피의 농축 수성 추출물을 형성하는 방법을 포함한다.
다양한 고형 원료는 통상적으로 식품, 향료 또는 음료에 사용되는 소모성 수성 추출물을 형성하도록 온수와 같은 수성 용매를 사용하여 추출된다. 통상 재료로 예를 들자면 볶은 분쇄 커피, 차 및 코코아가 있다. 이러한 추출을 수행하기 위해 현재 채용되는 통상의 대표적인 방법 및 시스템은 볶은 커피를 브루잉(brewing)하여 추출하는 데 사용되는 방법들이다. 일반적으로 종래 기술의 시스템은 다음의 2개의 큰 카테고리, 즉 음료를 제조하기 위한 소규모 가정용 또는 상업용 브루잉 장비와, 인스턴트 커피 제품의 제조를 위한 조미료 또는 원료로서 사용되는 농축 추출물을 제조하기 위한 대규모 산업용 추출기, 내에 포함된다. 인 스턴트 커피 제품의 제조에 사용되는 경우, 수성 용매는 통상적으로 냉동 건조 또는 분사 건조와 같은 과정에 의해 용해된 커피 고형물로부터 제거된다.
통상적인 종래 기술의 대규모 커피 추출기 및 관련 추출 방법은, 특히 후속되는 인스턴트 커피의 제조를 위해 커피 추출물을 제조하는 데 사용될 경우, 볶은 커피의 셀룰로오스를 가수분해하여 소정량의 분쇄된 볶은 커피를 완전히 추출하도록 설계된다. 이는 다음의 경제적인 이유를 위해 수행된다. 소정량의 볶은 커피 원료로부터 보다 많은 용해 가능한 커피 고형물이 추출되는 것과, 건조에 의해 수분을 제거하였을 때 보다 많은 양의 최종 인스턴트 커피 제품을 끌어내기 위한 것이다. 이를 위해서, 통상적인 종래 기술의 대규모 커피 추출기는 일반적으로 저급한 분쇄 커피가 완전 추출 및 가수분해되도록 설계되며, 소정량의 분쇄된 볶은 커피로부터 고품질의 맛과 향이 풍부한 제품 또는 다양한 등급의 추출물의 제조를 위해서 설계되지 않는다. 이러한 종류의 대부분의 통상적인 종래 기술의 추출기 시스템은 분쇄된 볶은 커피의 고정 베드(bed)를 갖는 하나 이상의 칼럼을 채용한다. 이러한 대표적인 시스템으로는 시베츠(Sivetz)의 미국 특허 제3,830,940호에 기재된 것이 있다. 이러한 시스템 및 방법이 가수분해로의 완전 추출에 유용하겠지만, 바람직한 단맛과 맛 특성을 갖는 고품질의 커피 추출물의 제조를 위해서나 소정 선택의 분쇄된 볶은 커피로부터 다양한 등급의 추출물을 제조하기 위해서나 이상적으로 적절한 것은 아니다. 어떤 종래 기술의 추출 과정에 사용되는 비교적 긴 추출 시간(예를 들어, 1시간 이상), 고온의 물 및 희석의 수준은 나쁜 맛 또는 향 특성을 갖는 추출물을 초래할 수 있으며, 이는 종종 이러한 추출물로부터 제조되는 건 조 인스턴트 커피로 전해진다. 더욱이, 인스턴트 커피 제품을 제조하는 데 있어서 분사 건조 또는 냉동 건조와 같은 통상의 종래 기술의 방법에 의해 추출물을 탈수하는 과정은 분쇄된 볶은 커피의 바람직한 다양한 맛과 향 성분을 손실 또는 손상시킬 수 있다. 통상 식품 공업에서 향 성분(예를 들어, 커피 아이스크림, 아이스커피 음료 및 커피시럽용 향)으로 채용되는 대부분의 농축 커피 추출물은 통상적으로 물 또는 다른 재료를 사용하여 이러한 낮은 품질의 인스턴트 커피 제품을 재처리함으로써 제조된다.
신선한 볶은 커피가 비교적 짧은 시간 동안에 비교적 소량의 물과 접촉한 경우에, 더욱 맛좋고 보다 향이 풍부한 추출물은, 커피가 추가량의 물과 보다 긴 시간의 추출에 노출된 후에 추출 과정의 후반에 제조되기보다는 추출 사이클의 초반 부근에서 제조될 수 있음을 알 수 있다. 대규모 추출 과정에 의해 제조되는 커피 추출물과 인스턴트 커피의 품질 및 맛을 개선하기 위한 시도가 있었다. 이러한 방법의 하나가 산업적 규모의 연속 추출 과정 및 커피 또는 차의 추출을 위한 장치를 개시하는 가사우(Gasau)의 미국 특허 제4,534,985호에 기재되어 있다. 이 장치는 다수개의 추출용 용매 베드 및 추출 구역을 사용하는 복잡한 시스템에 관한 것으로, 베드는 장치의 회전에 의해 구역들 사이에서 이동 가능하다. 이 과정은 보다 이전의 종래의 추출 방법과 비교했을 때 총 추출 과정 시간을 감소시킨다. 상기 '985 특허는 또한 추출 후에 소모된 분쇄물 내에 존재하는 잔여 액체의 회수를 최대화시키기 위해 장치의 "회수 스테이션(recovery station)"에서 압축 공기 또는 불활성 가스를 사용하는 것을 개시하고 있다.
가정용 또는 상업용의 다양한 소규모 브루잉/추출(brewing/extraction) 방법은 커피, 차 및 코코아와 같은 고형 원료로부터 음료를 제조하기 위한 종래 기술로 알려져 있다. 통상의 방법은 정적의 온수 내에 담그거나 우려내는 과정(즉, 온수의 컵 내에 티백 담그기), 증기식 퍼컬레이션(steam-driven percolation) 및 고형의 추출 가능한 재료 통상적으로 커피의 베드를 통해 중력 하에서 온수의 연속적인 흐름을 통한 추출 단계를 포함한다. 설명한 후자의 방법은 가정에서 "드립 방법(drip method)" 커피 메이커에 통상적으로 사용되는 방법이다. 이들 방법은 모두 통상적으로 비교적 희석된 음료 농도 추출물을 제조한다[통상적으로, 0.454 ㎏(1 파운드)]의 분쇄된 볶은 커피는 약 9.07 ㎏(320 온스)의 음료 농도 추출물을 산출해낸다). 추가로, 베드를 통해 추출물이 유동하도록 물을 연속적으로 추가하기 때문에, 제조되는 음료는, 특정 장치에는 바람직하지 않을 수 있는 맛 및/또는 향, 바람직하지 않은 양의 쓴맛 성분들을 포함할 수 있다. 또한, 이들 종래 기술의 방법은 산소의 존재 하에서 브루잉되므로, 최종 추출물의 맛과 향은 바람직하지 못한 산화에 의해 등급이 떨어지게 된다.
더욱 맛좋은 맛과 향을 갖는 보다 농축된 커피 음료를 제조하는 데 요구되는 장치를 위한 대부분의 전술한 방법에 대한 개선 방법이 에스프레소 커피 추출 방법이다. 에스프레소 추출 방법은 통상적으로 비교적 단맛의 보다 농축된 추출물을 제조하기 위해 보다 덜 완전하게 추출하는 방법을 채용하는 소규모의 가정 또는 상업용 브루잉 장치를 사용한다. 통상적으로, 온수에 대한 높은 비율의 분쇄 커피가 사용된다. 예를 들어, 0.454 ㎏(1 파운드)의 분쇄된 볶은 커피는 통상 1.81 내지 3.63 ㎏(64 내지 128 온스)의 커피 음료를 산출해낼 수 있다. 물과 분쇄 커피 사이의 충분한 접촉 시간을 허용하기 위해, 이 방법은 온수가 추가의 가압 온수에 의해 브루잉 챔버 내에 수용된 분쇄물의 베드를 통해 가압된 상태로 곱게 분쇄된 커피(14 그램 중량)를 사용한다. 대부분의 통상적으로 현재 사용되는 에스프레소식 추출 장치는 각 추출 사이클 중에 비교적 소량의 추출물만을 제조할 수 있다. 추가로, 음료의 질은 커피의 분쇄 상태와 충전 상태에 주로 좌우되는데, 이는 추출 중에 유동하는 물에 의해 유발되는 배압과 소정 총 체적의 음료에 대한 추출 시간을 결정한다. 이들 변수를 제어하지 못하면 낮은 또는 일정하지 않은 품질의 추출물을 초래할 수 있다. 또한, 온수가 통상적으로 전체 추출 과정 중에 분쇄된 커피의 베드로부터 추출물을 가압하는 데 사용되므로, 특정 장치에 바람직하지 않은 추출 수준이 여전히 발생하여, 특정 장치에서는 지나치게 희석될 수도 있는 추출물을 산출해내며, 또한 식품 또는 향 첨가제로서 사용하기에 이상적으로 적절한 것은 아닐 수도 있다.
종래의 에스프레소 브루어의 성능을 개선하기 위해 시도하는 다양한 소규모 에스프레소식 커피 브루어(brewer)가 기재되었다. 셀비(Selby)의 미국 특허 제5,127,318호('318)와 코티즈(Cortese)의 미국 특허 제5,473,973호('973)는 모두 추출 구역 내의 압력이 커피 베드의 하류에 있는 유출 라인 상의 편의된 밸브 장비에 의해 조절되는 에스프레소식 커피를 추출하는 장치 및 방법을 개시한다. 밸브는, 조절 밸브의 편의력을 극복할 수 있는 미리 설정된 압력에 도달할 때까지 온수에 의해 추출 챔버의 초기 가압 중에는 폐쇄되어 있도록 설계된다. 이러한 압력에 도달하면, 밸브는 유동을 위해 개방되고 커피의 분쇄 상태나 충전 상태와는 비교적 독립적인 나머지 추출 과정 중에 추출 챔버 내에 비교적 일정한 압력을 유지한다. 개시된 시스템에 있어서, 유동이 바로 시작되는 시점인 소정 압력이 도달될 때까지 압력은 일정하게 상승한다.
카이(Cai)의 미국 특허 제5,267,506호('506)는 에스프레소 커피를 자동으로 브루잉하기 위한 것으로서, 가열 유닛에 의해 발생되는 가압 증기가 커피 분쇄물을 통과하여 액체를 제거하여, 브루잉 챔버가 제거된 때 분쇄물이 액체를 떨어뜨리지 않도록 된 일 실시예를 포함하는 장치를 개시한다.
피셔 등(Fischer et al.)의 미국 특허 제5,337,652호('652)는 전술한 미국 특허 제5,127,318호('318)와 미국 특허 제5,473,973호('973)와 유사한 브루잉 챔버의 하류에 마련되는 편의된 압력 제거 밸브를 사용하는 에스프레소 장치 및 방법을 개시한다. 편의된 밸브는 챔버 내의 압력이 고정된 소정 수준으로 상승할 때까지는 배출 라인을 벗어나지 못하도록 유동을 막는다. 즉, 그 후에, 밸브는 개방되어 나머지 추출 동안에 브루잉 챔버 내에 비교적 일정한 압력을 유지한다. '652 시스템은 또한 물 가열 챔버와 유체 연통하는 유출 라인이 구비된 에어 펌프를 포함한다. 이 에어 펌프는 커피를 건조하여 거품이 이는 헤드를 발생시키기 위해 커피 분쇄물을 통해 공기를 펌핑하도록 브루잉 사이클의 끝에서 사용된다. 펌프로부터의 공기는 물 가열 챔버 내에 위치된 유동 제어 매니폴드 상의 비교적 복잡한 자동화된 밸빙/스위칭 기구를 매개로 온수 격실로부터 브루잉 챔버에 안내된다. '652 시스템에서 브루잉 챔버로 공급되는 공기는 브루잉 챔버에 들어가기 전에 물 가열 챔버를 통과하여 가스에 열과 습기를 더한다. 고형 원료로부터 소모성 추출물을 제조하는 상기 인용 시스템의 일부는 어떤 경우에는 소모성 추출물을 제조하는 기술에 유용한 기여를 하지만, 고형 원료로부터 대량을 포함한 가변량의 소모성 고농축 추출물을 포함한 추출물을 제조하는 개선된 방법 및 시스템에 대한 필요성이 존재한다. 추출물은 단맛, 맛 및 향 특성의 바람직한 조합을 갖는다.
따라서, 본 발명은, 일부 실시예에 있어서, 고형 원료로부터 뛰어나고 바람직한 단맛, 맛 그리고 향의 품질을 갖는 고농축된 혹은 그보다 적게 고농축된 소모성 추출물을 제어식으로 제조할 수 있는 개선된 방법 및 장치를 제공할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 바람직한 맛과 향 특성이 최소로 손실되면서 보다 농축된 추출물을 제조하도록 소모성 추출물로부터 잉여 용매를 제거하기 위해 역삼투압 및/또는 나노여과(nanofiltration)와 같은 여과 방법을 사용하는 방법 및 장치가 제공된다.
일 태양에 있어서, 소모성 추출물에서 소모성 재료의 농도를 증가시키는 방법이 기재되어 있다. 일 실시예에 있어서, 이 방법은 추출물을 필터의 농축액 측에 공급하는 단계와; 소모성 재료의 적어도 일부를 필터의 농축액 측 상에 보유하면서 필터의 투과측 상에 투과물을 형성하도록 여과 매체를 통해 추출물의 용매 성분의 적어도 일부를 통과시켜, 용매가 감소된 소모성 추출물을 형성하는 단계를 포함한다. 이러한 용매가 감소된 소모성 추출물은 소모성 재료에서 더욱 농축되고, 필터의 농축액 측으로부터 수집된다.
다른 실시예에 있어서, 배합 원두 커피 추출물을 제조하는 방법이 개시된다. 이 방법은 용해된 커피 고형물의 제1 수치의 농도를 갖는 1차 통과 커피 추출물을 형성하도록 소정량의 수성 용매로 소정량의 볶은 커피를 추출하는 단계를 포함한다. 이 방법은 용해된 커피 고형물의 제1 수치보다 작은 제2 수치의 농도를 갖는 2차 통과 커피 추출물을 형성하도록 추가량의 수성 용매로 상기 단계에서 미리 추출된 동일량의 볶은 커피를 추출하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 2차 통과 추출물로부터 소정량의 수성 용매를 제거함으로써 2차 통과 커피 추출물에서 용해된 커피 고형물의 농도를 증가시키는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 배합 추출물을 형성하도록 상기 단계에서 농축된 소정량의 2차 통과 추출물과 소정량의 1차 통과 추출물을 배합하는 단계를 더 포함한다.
다른 태양에 있어서, 수성 커피 추출물이 개시된다. 이 추출물은 다양한 볶은 커피 중 선택된 적어도 하나를 포함하는 소정량의 볶은 커피의 추출에 의해 얻어진다. 이 추출물은 적어도 약 15중량%의 용해된 커피 고형물을 가지며 다양한 볶은 커피 중 선택된 적어도 하나를 다른 다양한 볶은 커피로부터 차별화하는 유효량의 품종별 맛 및 향 성분을 보유한다.
본 발명의 다른 장점, 신규한 특징 및 목적들은, 비율에 맞춰서 도시되지 않고 개략적으로 도시된 첨부 도면과 연계한 다음의 본 발명에 대한 설명에서 분명해질 것이다. 도면에서, 여러 도면에 도시된 각각의 동일한 또는 유사한 요소는 단일한 도면 부호에 의해 표시되었다. 명료화를 위하여, 모든 요소가 모든 도면에 표시되지는 않았다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따라 고형 원료로부터 소모성 추출물을 형성하는 장치의 개략도이다.
도2는 상부에서 볼 때의 도1에 도시된 장치의 개략도이다.
도3은 다공성 스크린을 포함하는 필터 요소의 일 실시예를 도시하는 상부에서 볼 때의 도1의 장치의 단면도이다.
도4는 용기의 내부 체적과 내부 부품들을 도시하는, 측면에서 바라본 도1의 장치의 단면도이다.
도5는 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 소모성 추출물을 농축하기 위한 필터 시스템의 부분 개략도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 여과식 추출 농축 시스템의 개략적인 공정 흐름도이다.
도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 여과식 추출 농축 시스템의 개략적인 공정 흐름도이다.
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 여과식 추출 농축 시스템의 개략적인 공정 흐름도이다.
본 발명은 다양한 고형 원료로부터 소모성 재료를 함유하는 소모성 추출물을 형성하는 방법과 관련된 것으로, 상기 추출물은 통상의 종래 기술 추출 방법에 따라 제조되는 유사한 추출물에 비해 맛과 향에 있어서 우수할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들은 또한 추출물의 맛과 향 특성을 실질적으로 저하시키지 않으면서 보다 농축된 추출물을 형성하도록 소모성 추출물로부터 잉여 용매를 제거하는 신규한 방법에 관한 것이다. 여기에서 사용되는 용어 "소모성 추출물"은 소모성 용매 내에 용해된 혹은 부유하는 소모성 재료를 함유한 용액을 지칭한다. "소모성 용매"는 0이 아닌(non-zero) 양의 소모성 재료를 용해 또는 부유시킬 수 있는 능력을 갖는 기본적으로 무독성의 섭취 가능한 액체를 지칭한다. 여기에서 사용되는 "소모성 재료"는 소모성 용매에 의해 추출되며 용해 또는 부유될 수 있는 고형 원료의 추출 가능한 성분을 지칭한다. 여기에서 사용되는 "고형 원료"는 소모성 용매 내에 불용성인 적어도 하나의 고형 성분과 소모성 재료인 적어도 하나의 다른 성분을 포함하는 고형 재료를 지칭한다. 여기에서 사용되는 바람직한 소모성 용매는 수성 용매이다. 본 발명에 따른 "수성 용매"는 물을 포함하며, 물에 용해 가능하거나 또는 혼화 가능한 다른 성분을 추가로 포함할 수 있는데, 그 성분들은 특정 장치에 유용하거나 원해질 수 있다. 수성 용매가 본 발명에 채용되면, 제조된 소모성 추출물은 수성 추출물이다.
본 발명에 따라 유용하게 채용될 수 있는 고형 원료는 소모성 재료가 추출될 수 있는 다양한 유기 고형물, 예를 들어, 차 잎, 코코아, 과일, 바닐라 콩 및 볶은 커피를 포함할 수 있다. 본 발명에 따라 여기에 기재된 방법 및 장치는 상세한 설명을 목적으로 방법을 설명하기 위해 상기 열거된 것을 포함하지만 이것에만 한정되지 않는 임의의 적절한 고형 원료에 잠재적으로 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 하지만, 볶은 커피를 구체적으로 참조하기로 한다.
볶은 커피로부터 수성 추출물(즉, 커피 추출물)을 제조하는 통상의 종래 기술 방법 및 장치와는 다르게, 본 발명은 높은 수준의 단맛과 향 품질을 나타내며 추출되는 특정 품종의 커피에 특정된 품종별 특성을 보유하는 비교적 농축된 커피 추출물의 제조가 가능하다. 예를 들어, 인스턴트 커피를 제조하는 데 사용되는 농축 커피 추출물을 제조하는 통상의 종래 기술 방법과는 다르게, 일부 실시예에서 본 발명의 방법은 가수분해로 이어질 수 있는 높은 물 온도(통상적으로 대기압에서 물의 비등점 이상)에서 볶은 커피를 완전히 추출하는 것을 피하는데, 이는 맛을 손상시키고 바람직하지 않은 양의 쓴맛 성분과 추출물의 맛과 향에 악영향을 미칠 수 있는 산의 추출을 초래할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 하나 이상의 다른 등급의 추출물이 소정량의 분쇄된 볶은 커피로부터 제조될 수 있는데, 각 추출물은 다른 수준의 커피 추출에서 제조된다. 이하에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 이들 추출물은 농축될 수 있으며 다양한 맛/향 특성을 갖는 혼합된 추출물을 산출하도록 다양한 방식으로 조합될 수 있다.
커피의 가장 단맛이 강한 맛은 통상적으로 통상 종래 기술의 방법에 따른 임의의 브루잉(추출) 사이클의 초반부 중에 제조된다. 풍부한 맛, 설탕 및 향이 우선 추출된다. 기름, 산 그리고 보다 쓴맛이 강한 향 성분들은 보다 경과된 추출이 행해졌을 때 브루잉의 후반부에서 추출된다. 이것이 철저한 추출에 의해 제조되는 예를 들어 일부 퍼컬레이션식 커피 음료 및 커피 추출물이 종종 맛이 쓰며 향이 약하고 표면에 기름이 있는 이유가 된다.
우수한 맛과 향을 갖는 커피 추출물이 일반적으로 중요하게 여겨지지 않는 장치, 예를 들어, 인스턴트 커피 제품의 제조를 위해서는, 가수분해에 의한 철저한 추출이 소정량의 고형 원료(즉, 볶은 커피)로부터 얻을 수 있는 소모성 재료(즉, 용해성 커피 고형물)의 총 수득률을 최대화하기 위해 활용될 수 있다. 그러나, 이들 종래 기술 과정에 종종 채용되는 거친 추출 조건 및 용매 제거 조건 때문에, 식품, 조미료 또는 향 성분으로 사용되기 위한 커피 음료 또는 커피 추출물을 형성하도록 물 또는 다른 용매로 재처리된 때, 이러한 종래 기술의 제품은 일반적으로 우수한 품질의 커피를 음미하는 소비자가 요구하는 맛 및/또는 향 특성을 제공하지 못한다. 구체적으로, 이들 종래 기술의 철저한 추출 방법은 통상적으로 하나의 특정 지역 또는 나라에서 재배된 커피로부터 제조되는 추출물을 구분하거나 다른 품종의 2가지 이상의 이와 같은 커피의 배합물을 서로 간에 구분할 수 있는 바람직한 품종별 맛과 향 성분을 보유하지 않는 커피 추출물을 제조한다. 본 발명에 따라 제조되는 추출물은 "전문" 커피 장치에 사용될 수 있게 하는 맛과 향 특성을 제공할 수 있으며, 이러한 전문 커피 장치를 위해 설계된 이들 실시예들에 대하여, 추출물이 추출되었던 특정 품종의 볶은 커피를 차별화하는 유효한 양의 품종별 맛과 향 성분을 보유한다. 본 발명의 이들 실시예들에 따라 제조되는 커피 추출물에 유리하게 보유되는 품종별 맛과 향 성분은, 볶은 커피 내에 존재하는 비교적 휘발성의 추출 가능한 화학적 화합물이거나 화학적 화합물의 조성물이다. 상이한 커피 품종(예를 들어, 코스타리카산 타라주 대 수마트라산 만델링) 또는 이와 같은 품종들의 정해진 배합물은 일반적으로 다른 브루잉된 커피의 맛과 향과는 구분되는 이들 품종별 맛과 향 성분의 상이한 상대 양 및/또는 종류를 갖는다. 이들 품종별 맛과 향 성분의 존재는 종래에는 당해 분야의 숙련자에 의해 커핑(cupping; 맛과 향 검사)에 의해 결정되었다. 이들 품종별 성분의 유효한 양을 함유하지 않는 비교적 농축된 커피 추출물을 제조하는 통상의 종래 기술에 의한 방법과는 다르게, 본 발명은 유효량을 함유하는 비교적 농축된 커피 추출물을 제공할 수 있다.
여기에서 사용되는 "비교적 농축된 커피 추출물"은 커피 음료 농도의 추출물(통상 약 1 내지 4중량%의 용해된 커피 고형물)보다 더욱 농축된 커피 추출물을 말하며, 적어도 약 6중량%의 용해된 커피 고형물을 함유한다. 커피 추출물 내에 보유되는 품종별 성분의 양에 관하여 여기에서 사용되는 "유효량"은 커피 커핑(맛 검사)의 분야에서 통상의 숙련자에 의해 맛 및/또는 냄새에 의해, 농축된 추출물 자체 또는 물을 추가하여 음료 농도로 추출물을 희석시켜서 얻은 커피 음료에서 검출되기에 충분한 추출물 내의 이와 같은 성분의 농도를 지칭한다. 이상 사용된 "검출"이라 함은 품종별 성분의 존재로 인하여 동일한 방법 그러나 다른 품종의 볶은 커피에 의해 제조되는 추출물을 구별하는 이러한 맛 검사자의 능력을 가리킨다. 이와는 다르게, 유효량의 품종별 성분의 존재는 커피 추출물에 표준 화학적 분석을 수행함으로써 결정 및 규정될 수 있다. 이와 같은 분석은 예를 들어 가스 크로마토그래피, 액체 크로마토그래피, 질량 분석 등의 당해 기술 분야의 숙련자라면 자명한 다양한 방법에 의해 수행될 수 있다. 이와 같은 방법에 의해 측정되는 품종별 성분의 "유효량"은 여기에서 상세하게 모두 논의되었던 드립 방법 또는 에스프레소 방법과 같은 통상의 종래 기술에 의한 음료 브루잉 방법에 의해 제조되는 음료 농도의 추출물의 분석 결과를, 비교되는 음료 농도의 추출물과 동일한 총 용 해 고형물을 갖도록 추가의 물로 희석된 농축 추출물과 비교함으로써 규정된다. "유효량"의 품종별 성분을 갖는 이러한 분석된 희석된 농축 추출물은 통상의 종래 기술 음료 브루잉 방법에 의해 제조되는 음료 농도 추출물과 대략 동일하거나 더 높은 농도의 이와 같은 성분을 함유할 것이다.
추가로, 본 발명의 방법이 고농축 추출물을 포함하여 넓은 범위의 용해 가능한 농도를 갖는 커피 추출물을 제조하기 위한 유연성을 제공하기 때문에, 본 발명에 따라 제조되는 대부분의 추출물은, 일부 실시예에서, 용매 제거에 의해 추가적인 농축이 필요 없이, 고농축 커피 추출물이 요구되는 장치에 직접 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일부 실시예에 따라 제조되는 농축된 커피 추출물은 커피시럽, 커피 아이스크림, 아이스커피 음료, 커피 방향제 등을 제조하기 위해 사용될 수 있으며, 이들 모두는 훌륭한 맛, 단맛 및/또는 향을 나타낼 수 있으며 제품이 제조되는 커피의 품종별 특성을 유지할 수 있다. 분쇄된 볶은 커피의 추출에 의해 제조되는 추출물을 보다 더욱 농축하는 데 요구될 수 있는 다른 실시예들에 대하여, 본 발명은 바람직하게는 희석된 추출물의 맛과 향 품질을 부당하게 저하시키지 않으면서, 추출물로부터 잉여 용매를 제거(예를 들어, 탈수)하기 위해 예를 들어 역삼투압 방법과 같은 신규한 여과식 방법을 제공한다. 이와 같은 용매 제거 방법은 비교적 대량의 추출 용매를 가지고 분쇄된 볶은 커피를 철저하게 또는 비교적 높은 수준으로 추출하는 실시예에서 농축 추출물을 형성하는 데에 특히 유용할 수 있다.
본 발명은 또한 다양한 목적 및 장치에 적합하도록 상이한 농도와 추출 정도 를 갖는 넓은 범위의 추출물의 제조를 허용하기에 충분할 만큼 유연한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 방법 및 장치는 또한 임의의 요구하는 양의 추출물을 제조하기 위한 수단을 제공하도록 용이하게 크기가 조정 가능하다. 본 발명에 따르면, 소규모 장치는 가정용 또는 소매/상업용으로 사용될 수 있는 한편, 여기에 보다 구체적으로 설명된 보다 규모가 큰 장치는 커피 추출물의 산업적 제조에 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면 추출물을 형성하고 추출물을 탈수하기 위한 본 방법은 추출 수준과 커피 추출물의 농도가 통상의 종래 기술에 의한 장치 및 방법에 의해서보다 정밀하게 제어될 수 있게 한다. 예를 들어, 가정용 및 상업용으로 일반적으로 사용되는 통상적인 드립형 커피 브루어는 통상적으로 약 1 내지 1.5중량%의 통상적인 용해된 고형물 농도를 산출한다. 커피 음료를 제조하기 위한 다른 보편적인 방법은, "에스프레소 음료"를 만들기 위해 단시간에 걸쳐서 압력 하에(통상 분쇄물의 고운 정도나 물의 유속에 따라 약 0.827 내지 0.965 ㎫(약 120 내지 140 psig) 온수를 미세하게 분쇄된 볶은 커피를 통해 강제로 통과시키는 것과 일반적으로 관련되는 "에스프레소 방법"이다. 이러한 방법은 통상적으로 약 1 파운드의 커피로부터 약 1 갤런의 커피 음료를 생성하고 최대 약 4중량% 용해된 커피 고형물을 함유하는 음료를 제조한다. 일반적으로, "에스프레소 방법"은 통상적으로 드립 방법보다 단맛이 강하고 보다 농축된 음료를 제조하는데, 이는 원료(분쇄 커피)의 추출 수준을 줄이면서 물에 대한 커피의 비율이 보다 크기 때문이다. 에스프레소 방법에 따라 커피 음료를 제조하는 장치는 통상적으로 최대 용량이 약 14 그램의 건조, 분쇄된, 볶은 커피인 소규모 장치에 제한된다. 이와는 대조적으로, 본 발명은 어떤 실시예에서는 대량에서 일부 실시예에서는 136 내지 590 ㎏(300 내지 1300 파운드)의 볶은 커피로부터 커피 추출물을 제조하는 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명은 또한 필요에 따라서 사용자가 사용되는 볶은 커피에 대한 제조되는 추출물의 비율을 용이하게 조정할 수 있게 함으로써 사용자의 필요에 따라서 다양한 맛/향 특성 및/또는 농도를 갖는 다양한 커피 추출물이 제조될 수 있게 한다. 예를 들어, 본 발명에 따라 제조되는 추출물은 드립 커피 농도[9.46 ℓ(2.5 갤런)의 추출물 당 0.454 ㎏(1 파운드)의 건조 커피] 이하로부터 예들 들어 제조되는 3.79 ℓ(1 갤런)의 추출물 당 1.13 ㎏(2.5 파운드), 2.27 ㎏(5 파운드), 3.18 ㎏(7 파운드), 4.54 ㎏(10 파운드), 6.8 ㎏(15 파운드), 9.07 ㎏(20 파운드), 11.3 ㎏(25 파운드), 13.6 ㎏(30 파운드) 또는 18.1 ㎏(40 파운드) 이상의 건조 커피를 사용하여 10중량%, 15중량%, 20중량%, 25중량%, 30중량% 또는 40중량%를 초과할 수 있는 용해된 커피 고형물의 농도를 산출해내는 고농도 추출물까지의 범위일 수 있다. 본 발명에 따라 제조되는 추출물의 맛과 향 품질은 추출 과정 중의 희석 및 추출 정도에 따라서 변화하며, 볶은 커피의 낮은 수준의 추출에서 제조되는 추출물은 통상적으로 단맛이 가장 강하며, 더욱 높은 수준의 추출과 용매를 많이 희석하여 제조되는 추출물은 쓴맛 및 신맛 성분을 더 많이 갖는데, 이 추출물은 이하에 보다 상세하게 설명된 바와 같은 여과/역삼투압에 의해 연속하여 농축될 수 있다. 이하에 더욱 상세히 설명된 바와 같이, 응용하는 경우, 비교적 낮은 수준의 추출에서 제조되는 추출물을 높은 수준의 추출에서 제조되는 추출물과 선택적으로 결합하여, 단맛과 맛/향 품질이 소정 수준으로 균형을 이룬 혼합 추출물을 제조할 수 있다. 예를 들어, 바람직한 일 실시예에 있어서, 낮은 수준의 추출에서 제조되는 단맛이 강한 추출물의 분량은 높은 수준의 추출에서 제조되는 추출물과 혼합되고, 이어서 단맛이 강한 추출물의 농도와 유사한 가용성 농도 수준으로 탈수되어, 추출물을 충분한 물과 재구성하여 음료 농도의 커피를 산출할 때에 균형이 잘 맞고 맛좋은 커피 음료를 산출하는 농축 추출물이 제조된다.
다음은 고형 원료로부터 소모성 추출물을 제조하는 본 발명의 방법의 기본적인 특징에 대해 커피 추출물의 형성을 참조하여 설명하기로 한다. 기본적인 설명에 이어, 각 단계에 대한 보다 상세한 설명이 도1 내지 도4에 도시된 추출 장치의 하나의 예시적인 실시예를 참조하여 부여될 것이다.
본 발명의 추출 방법은, 일부 실시예에 있어서, 어떤 점에서는 위에서 설명한 커피 추출의 "에스프레소 방법"과 유사하다. 본 발명의 방법은 요구량의 고형 원료, 예를 들어, 볶은 커피를 수용하기에 충분한 내부 체적을 갖는 추출 용기, 챔버 또는 봉입부를 사용한다. 광범위한 추출 용기의 크기 및 구성은 잠재적으로 숙련자에게 자명한 바와 같이 다양한 장치에 채용될 수 있다. 용기는 밀봉 가능하여서, 내부 체적은 바람직하지 못하게 누설되지 않으면서 소정 수준으로 가압될 수 있으며, 용기의 내부 체적 내에 수용된 고형 원료(예를 들어, 커피)를 통해 용매의 연속적인 유동을 허용하도록 유체 유동을 위한 적어도 하나의 유입 라인과 적어도 하나의 유출 라인을 갖는다. 용기는 또한 내부 체적을 볶은 커피로 충전하기 위한 수단을 가져야 하는데, 예를 들어, 용기는 충전을 위해 내부 체적을 노출시키도록 분리될 수 있는 2개 이상의 분리 가능한 부분을 포함하거나, 및/또는 이를 통해 내부 체적 내로 볶은 커피가 삽입될 수 있도록 용기의 벽을 통해 마련되며 내부 체적과 연통해 있는 하나 이상의 라인을 가질 수 있다. 유체 유동을 위한 유입 및 유출 라인은 바람직하게는 커피를 수용하는 내부 체적의 대향한 측면들 상에서 용기 상에 위치되어 있어서, 기본적으로 유입 라인을 통해 용기 내로 유입되고 유출 라인을 통해 용기로부터 배출되는 모든 유체 유동이 용기를 통해 유동할 때 기본적으로 커피의 전체량을 통해 통과한다. 용기의 바람직한 형태는 용기의 상부면에 또는 부근에 하나 이상의 유입 라인과 용기의 하부면에 또는 부근에 하나 이상의 추출물 유출 라인을 갖고 있어서, 바람직한 실시예에 있어서, 커피를 통한 수성 용매의 흐름이 내부 체적 내의 커피의 높이 이상에서부터 내부 체적 내의 커피의 양을 통해 중력 방향으로 진행하도록 한다. 이와 같이 중력 방향으로 커피를 통한 유동은 통과 유동 추출 중에 커피를 압축시켜서 용매와 커피 사이의 접촉을 향상시키는 역할을 하여, 용매 유동이 중력 방향에 거슬러 또는 중력 방향에 대하여 수직인 것에 비하여 추출 공정 성능이 향상된다.
본 발명에 따라 커피 추출물을 형성하는 방법의 일 실시예는 우선 적어도 부분적으로, 바람직하게는 전체적으로, 용기의 내부 체적을 볶은 커피로 충전하는 것을 필요로 한다. 일부 라인들은 폐쇄되고 용기의 내부 체적과 유체 연통하는 적어도 하나의 밸브는 개방된 상태에서, 용기는 수성 용매로 적어도 부분적으로 충전된다. 수성 용매는, 일부 실시예에서는, 용기의 상부 상에 마련되는 유입 라인(들)을 통해 충전될 수 있으며, 혹은 보다 바람직하게는 수성 용매에 의한 용기의 초기 충전의 적어도 일부는 추출 과정의 다른 단계들에서 추출 배출 라인 또는 세척 라인과 같이, 용기의 바닥 부근, 예를 들어, 사용되는 필터 스크린의 하부에 위치되는 하나 이상의 라인을 통해 용기 내로 수성 용매를 유동시킴으로써 수행될 수 있다. 이러한 후자의 충전 과정은 수성 용매에 의해 초기 충전 중에 스크린을 역류 세정(back-flushing)함으로써 볶은 커피의 미립자들에 의해 필터 스크린이 막힐 가능성(도3 및 다음의 설명 참조)을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다.
바람직하게는, 충분한 수성 용매가 용기 내의 볶은 커피의 양의 공극 체적을 충전하여 완전히 덮으며 볶은 커피를 적시도록 추가된다. 배출 라인은 바람직하게는 적어도 하나의 제어형 밸브에 의해 폐쇄된다. 여기에서 사용되는 "제어 가능한 밸브"라 함은 작동자에 의해 요구되는 바에 따라서 임의의 요구 시간에 다양한 요구 작동 조건 하에서 밸브를 개방, 폐쇄 및/또는 부분적으로 개방 또는 폐쇄시키도록 예를 들어 손으로 돌려서 또는 컴퓨터 제어 및 작동에 의해 수동으로 혹은 자동으로 작동될 수 있는 밸브를 말한다. 이와 같은 밸브는 숙련자라면 자명한 바와 같이 게이트 밸브, 글로브 밸브, 볼 밸브, 니들 밸브 등일 수 있으며, 예를 들어 편의형 압력 제거 밸브와 같이 작업자의 제어 없이 하나의 미리 설정된 조건에서 개방 및 폐쇄되는 밸브와는 구분된다. 바람직한 실시예에 있어서, 커피와 접촉하는 수성 용매의 온도는 주위 온도 이상이며, 가장 바람직하게는, 87.8 내지 100℃(190 내지 212℉) 사이이다.
이상 개설한 충전 단계에 이어서, 추출 방법의 바람직한 실시예는 다음으로 볶은 커피가 신규한 "압력 처리" 단계를 거치게 하는데, 이 단계는 커피의 충분한 습윤 및 공기 주머니나 채널의 제거를 촉진할 뿐만 아니라, 커피 입자 내로 수성 용매가 침투되도록 하여 추출 효율을 높인다. 압력 처리 단계는 용기로부터의 임의의 추출물 유동을 방지하기 위해 배출 밸브가 폐쇄된 상태를 유지하면서 커피와 수성 용매를 수용하는 용기 내의 정압을 대기압 이상의 소정의 제어 가능한 압력으로 높임으로써 수행된다. 용기는 추가의 가압 수성 용매의 추가에 의해, 혹은 이와는 다르게 용기로의 유입 라인을 통해 외부 가압 가스 공급원으로부터 용기로 가압 가스를 추가함으로써 가압될 수 있다. 압력은 추출물의 유동이 형성되기 전에 소정 시간 동안 유지된다. 상기 "압력 처리" 단계에 사용되는 최적 압력 수준은 볶은 커피가 가공하지 않은 원두이냐 분쇄된 형태이냐, (분쇄 커피의 경우) 분말의 미세함, 커피의 종류, 볶은 정도 등에 좌우되며, 요구 특성을 갖는 추출물을 제조하기 위해서는 소정의 설정 조건에 대하여 일반적인 실험 및/또는 최적화 작업을 사용하여 작업자에 의해 결정되어야 한다. 일반적으로, 커피 분말이 굵을수록, 압력 처리에 의해 최대 이득을 산출하기 위해서는 압력이 높아야 한다. 많은 종류의 분쇄 커피[예를 들어, 번 커피 분쇄기(일리노이 주 스프링필드 소재의 HVG의 4.0으로 설정된 Bunn-o-matic)를 사용하여 분쇄된 볶은 커피 또는 롤러 밀 분쇄기를 사용하여 유사한 평균 굵기로 분쇄된 볶은 커피]에 대하여, 압력 처리 단계 중의 압력은 바람직하게는 적어도 약 0.276 내지 0.345 ㎫(약 40 내지 50 psig), 일부 실시예에서는 적어도 약 0.689 ㎫(약 100 psig), 그리고, 특정 바람직한 실시예에서는 약 0.827 내지 0.91 ㎫(약 120 내지 132 psig)인 것을 알게 되었다. 압력은 유동이 시작되기 전에 소정 및 제어 가능한 시간 동안에 비유동 조건 하에서 유지된 다. 처리 시간은 몇 초부터 몇 분으로 다양할 수 있으며, 통상의 정압 처리 시간은 약 10 내지 30 분이다.
정압 처리 단계 완료 시에, 유출 밸브는 적어도 부분적으로 개방되어 용기로부터의 추출물의 유동을 형성하며, 일부 실시예에서는, 추가의 수성 용매가 유입 라인을 통해 용기로 동시에 공급된다. 유출 라인 상의 밸브는 유동 통과 추출 중에 용기 내의 소정 압력 수준을 유지하도록 제어될 수 있다. 이리하여, 유출 밸브의 제어를 통해 용기 내의 압력을 선택 및 제어하는 작업자의 능력은 추출 중에 압력이 커피 분말의 미세함이나 유입 용매 및/또는 가스 유속과는 독립적으로 용기 내에서 조정 및 제어될 수 있게 한다. 매우 농축된 추출물이 요구되는 실시예의 경우에, 매우 작은 수성 용매가 추출물이 용기로부터 유동하는 중에 공급되거나 추가의 수성 용매가 공급되지 않는다. 다른 실시예의 경우에, 추가 수성 용매의 측정된 요구량은 소정의 추출 수준 및 최종 추출 농도를 산출하도록 공급된다.
요구하는 양의 추가 용매가 공급된 후에, 용매의 유동은 중지되고, 추출물은 통상적으로 용기가 대기압과 평형을 이룰 때까지 유출 라인을 통해 수집된다. 이 시점에서, 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 분말 커피의 공극 체적 내에 존재하는 잔여 추출물은 봉입된 내부 체적과 직접 유체 연통하는 용기로의 유입 라인을 통해 용기의 외부에 있는 압축 가스 공급원으로부터 가스(표준 온도 및 압력에서)인 유체의 유동을 용기에 공급함으로써 제거 및 회수된다. 용기로의 가스 유동은 습윤 커피로부터 추출물을 이동시켜서, 추출물은 유출 라인으로부터 수집되고 이전 단계 중에 수집된 추출물에 추가된다. 습윤 커피를 가스에 의해 제거하는 것은 습 윤 커피 입자들 사이의 간극 및 내부에 의해 구획된 공극 체적 내에 존재하는 농축 추출물이 통상의 에스프레소 타입 커피 추출기에서와 같이 폐기되는 대신에 회수되게 한다. 이는 또한 수집된 모든 추출물이 추가의 용매에 의해 커피로부터 강제로 제거되는 종래 기술의 방법과 비교했을 때 보다 적게 희석되면서 보다 낮은 추출 정도로 소정 체적의 추출물이 수집될 수 있게 한다. 커피를 제거하는 데 사용되는 가스는, 바람직한 실시예에서, 용매로서 작용하지 않으며, 그러므로 수집된 커피 추출물을 추가로 추출하거나 희석시키지 않는다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 가스는 용매, 추출물 및 고형 원료에 대하여 비교적 불활성이다. 이러한 경우에 압축 공기가 사용될 수 있지만, 특히 바람직한 가스는 질소와 같은 무산소 불활성 가스 또는 아르곤, 헬륨 등과 같은 희가스(noble gas)를 포함한다. 여기에서 사용되는 "불활성 가스"는 고형 원료, 수성 용매 및 수성 추출물과 반응하지 않으며 수성 추출물의 맛이나 향 특성에 현저하게 영향을 미치지 않는 가스를 말한다. 바람직한 가스는 추출물의 맛에 악영향을 끼치지 않기 위해서는 기본적으로 불용성이고, 단지 드물게 용해 가능하거나, 수성 용매에 그다지 용해 가능하지 않다. 예를 들어, 수성 용매에 잘 용해되며 탄산화를 일으키는 이산화탄소와 같은 가스는 일반적으로 본 발명에 사용하기에 바람직하지 않다. 또한, 고형 원료를 유리하게 냉각시켜서 맛/향이 추출물 내로 방출되는 것을 방지하기 위해서는 가스를 용기에 주변 또는 주변 온도 이하의 온도에서 공급하는 것이 바람직하다.
이상 개설한 본 발명의 방법의 단계들은 작업자의 필요나 요구에 따라서 수정되거나, 특정 단계를 제외하거나, 또는 추가의 단계가 추가될 수 있다. 예를 들 어, 본 방법의 일부 실시예에서는, 정압 처리 단계는 생략될 수 있다. 이와 같은 실시예에 있어서, 용기의 내부 체적을 건조된 볶은 커피로 충전시킨 후에, 수성 용매의 연속 유동은 추출물이 수집되는 유출 라인 상의 제어형 유출 밸브를 조정함으로써 및/또는 수성 용매의 유입 유속을 제어함으로써 동압 저하가 제어 가능한 커피를 통해 형성될 수 있다. 그런 다음, 추출을 위한 수성 용매의 요구되는 소정의 체적이 공급된 후에, 용매 유동은 중지되고 습윤 커피 내에 잔류하는 추출물은 이상 설명한 바와 같이 가스에 의해 제거된다. 특히 농축된 추출물이 요구되는 일부 실시예에 있어서, 이상 설명한 바와 같이 공급되는 소정 체적의 수성 용매는 기본적으로 용기 내에 수용된 건조한 볶은 커피의 베드의 공극 체적과 동일하다.
이상 개설한 본 발명의 방법은 또한 유연하며 단일한 양의 고형 원료로부터 다른 농도 및 추출 정도의 다양한 추출물을 제공하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 동일한 양의 고형 원료는 동일한 소정량의 고형 원료로부터 다양한 추출물을 제조하기 위해 이상 설명한 방법이 여러 번 반복적으로 적용될 수 있으며, 각 추출물은 추출 정도를 나타내는 상이한 농도 및 맛/향 특성을 가지며, 1차 통과 추출 과정에 의해 제조된 추출물이 가장 농축되고 단맛이 가장 강한 맛/향 특성을 가지며, 이어지는 추출은 점차적으로 약해져서 보다 쓰거나 신 맛/향 성분을 포함한다. 복수 추출을 수행하기 위해 복수 주기 방법을 사용하는 것은 소정 분량의 원료로부터 활용 및 수득률을 높이는 동시에 보다 많은 추출물을 2개 이상의 추출물의 선택적 조합에 의해 얻을 수 있으면서 다양한 목적을 위해 다양한 추출물의 소매 제조를 허용한다. 여기에 설명한 변형된 복수 주기 방법은 일부 실시예에서 동일한 올 리브의 복수 압착으로부터 여러 가지 품질의 올리브 오일(예를 들어, 엑스트라 버진, 버진 등)을 제조하는 것과 유사할 수 있다. 본 경우에, 다양한 품질의 커피 추출물이 동일한 분량의 볶은 커피를 활용하여 복수 주기로부터 제조될 수 있다. 추가로, 원하면, 하나의 추출 사이클로부터 제조된 추출물은 재활용되어 동일한 고형 원료가 충전된 상태에서 혹은 새로운 고형 원료가 적재된 상태에서 이어지는 추출 사이클에서 수성 용매로서 사용될 수 있다.
또한, 이하에 더욱 상세히 설명된 바와 같이, 일반적으로 수성 용매에 의해 희석되는, 볶은 커피를 높은 수준에서 추출했을 때 제조되는 추출물은, 1차 통과 추출에 의해 제조되는 추출물의 농도와 유사하거나 초과하는 고형물 농도를 갖도록, 본 발명의 여과 방법을 사용하여 투과물로서 추출물로부터 수성 용매의 일부를 제거함으로써 커피 고형물 내에 유리하게 농축될 수 있다. 그런 다음 보다 균형을 이룬 단맛/쓴맛 맛/향 특성을 갖는 혼합 추출물은 1차 통과 추출물을, 전체 고형물 농도에서 희석시키지 않고 농축되어진 다음 추출물과 선택적으로 혼합함으로써 제조될 수 있다. 이와는 다르게, 추출 후에 그리고 탈수 전에 추출물은 서로 혼합될 수 있으며, 혼합된 추출물은 그런 다음 요구하는 최종 커피 고형물 농도로 탈수된다. 더욱이, 역삼투압 또는 나노여과와 같은 본 발명의 여과 방법에 의해 추출물로부터 제거되는 수성 용매는 제품으로서 상품 가치를 갖게 하는 물질(예를 들어, 카페인)을 포함할 수 있다. 역삼투압과 같은 본 발명의 여과 방법에 의해 추출물로부터 투과물로서 제거되는 수성 용매는 낮은 수준의 광물 경도를 갖는 용매에 기인하여 이어지는 커피 추출을 수행하기 위한 향상된 용매화력(solvation power)을 가질 수 있다. 이와 같은 투과물은 일부 실시예에서 수행되는 추출 사이클에 대하여 미리 추출된 양의 볶은 커피에 수성 용매 또는 성분으로 사용되거나, 또는 새로 충전된 볶은 커피 상에 새로운 1차 통과 추출을 수행하기 위한 수성 용매 또는 성분으로서 사용될 수 있다.
본 발명의 방법을 수행하기 위한 공업 규모의 추출 장치 및 시스템(10)의 일 실시예가 도1 내지 도4에 개략적으로 도시되었다. 숙련자라면 자명한 일부 부품들은 도면에 필수적으로 도시되지 않았으며 특히 부품의 배열은 단지 설명을 위한 것으로, 부품들은 재배치될 수 있으며, 다르게는 숙련자라면 자명한 바와 같이 상호 연결, 대체 또는 결합될 수 있음에 유의해야 한다. 우선 도1을 참조하면, 장치는 제거 가능한 상부 판(12)과 제거 가능한 하부 판(13)을 갖는 원통형 압력 용기(11)를 포함한다. 장치는 검사, 세척 및/또는 내부 부품의 교체를 허용하기 위해 분해될 수 있다. 다른 실시예, 특히 소형 시스템에 있어서, 용기는 분해되지 않는 단일 부품일 수 있다. 상부 판(12)과 하부 판(13)은 너트와 볼트 타입으로 될 수 있는 복수의 커넥터(14)를 통해 주 원통형 본체(11) 상의 일체형 플랜지에 부착된다. 통상적으로, 기밀 밀봉을 만들기 위해 밀봉 가스켓 또는 와셔가 판(12, 13)과 본체(11) 상의 플랜지 사이에 포함된다. 도시된 실시예에서 상부 및 하부 판이 기본적으로 편평한 판 모양 형태를 갖지만, 다른 실시예, 특히, 예를 들어, 454 ㎏(1000 파운드) 이상의 고형 원료를 보유할 수 있는 대용량 추출기에서, 하나 또는 양 상부 및 하부 "판"들은 소정 단면 두께에 대하여 보다 높은 압력을 견딜 수 있도록 하기 위해 돔형, 반구형을 가질 수 있다. 용기의 분해가 중요하지 않은 일부 실시예에서, 상부 및/또는 하부 판은 용기의 누설 저항을 높이거나 및/또는 가스켓 및 커넥터의 필요를 제거하기 위하여 주 원통형 본체와 일체로 형성되거나, 용접과 같은 영구 부착 수단에 의해 주 원통형 본체에 부착된다. 용기와, 수성 추출물 또는 수성 용매와 접촉하는 다른 부품들은 바람직하게는 예를 들어 스테인리스강과 같이 비교적 불활성이며 반응하지 않는 물질로 구성된다. 압력 용기(11)는 최대 예상 작동 압력을 견디도록 구성 및 배열된다. 도시된 바와 같은 하나의 특정 실시예에 있어서, 용기(11)는 136 ㎏(300 파운드)의 볶은 커피를 보유하는 크기를 가질 수 있다. 도4의 단면도에 도시된, 용기(11)의 내부 체적(75)은 약 61 ㎝(약 24 인치)의 내경과, 약 122 ㎝(약 48 인치)의 높이와, 약 341 ℓ[약 12.5 입방 피트(약 90 갤런)]의 체적량을 가질 수 있다. 용기는 단단한 고체 표면(16) 상에 복수의 지지 레그(15)에 의해 지지된다. 다른 예시적인 실시예에 있어서, 약 590 ㎏(약 1300 파운드)의 볶은 커피를 보유하는 크기를 갖는 용기는 약 96.5 ㎝(약 38 인치)의 내경과, 약 244 ㎝(약 96 인치)의 높이와 1,770 ℓ(약 62.5 입방 피트)의 체적량을 가질 수 있다.
도1을 참조하면, 커피 또는 다른 고형 원료는 상부 판(12)을 통해 오리피스와 각각 연통하는 하나 또는 양 원료 라인(17, 19)을 통해 용기(11) 내로 삽입된다. 각 원료 라인은 커피를 삽입하기 위해 개방될 수 있으며 이어서 용기(11)를 밀봉하도록 폐쇄될 수 있는 밸브(18)를 라인(17)에 그리고 밸브(20)를 라인(19)에 포함한다. 통상적으로, 커피를 용기(11) 내에 삽입할 때, 장치 상의 적어도 다른 밸브는 이동한 공기가 탈출할 수 있게 하기 위해 대기로 개방되어 있는 동안에, 커 피는 적어도 하나의 밸브를 통해 삽입된다. 다른 실시예에 있어서, 추출기에 2개의 원료 라인이 구비되는 대신에, 바람직하게는 상부 판의 중심에 위치되는 단일 원료 라인이 구비될 수 있다. 일부 실시예, 특히 대형 추출기에 있어서, 볶은 커피는 원료 공급 라인 상에 포함된 밸브(예를 들어, 18 및/또는 20)에 장착될 수 있는 스크루 오거(auger) 또는 다른 타입의 공급기(도시되지 않음)에 의해 볶은 커피를 원료 라인(들)에 공급함으로써 용기 내로 삽입될 수 있다. 이와 같은 실시예에 있어서, 스크루 오거 또는 다른 타입의 공급기는 용기를 충전하고 용기가 원하는 소정 높이까지 충전되었을 때 공급을 중지시키도록 자동으로 작동될 수 있다. 이와 같은 실시예에 있어서, 용기는 또한 탱크 내의 재료 수준을 감지하기 위해 식품 및 유제품 분야에서 통상적으로 채용되며, 원하는 미리 설정된 재료의 수준이 추출기 내에서 감지되면 공급기를 차단하도록 프로그래밍/구성된 제어기에 전기적으로 결합될 수 있는 것과 같은 수준 감지 탐침(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
원료 라인의 배치는 도2에 도시된 평면도에서 보다 명확하게 볼 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 라인은 도시된 것과는 다르게 배치될 수 있으며, 혹은 장치는 보다 많은, 보다 적은 원료 유입 라인을 갖거나, 원료 유입 라인을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 대형 추출기의 경우에, 용기를 충전하는 데 요구되는 시간을 줄이기 위해서 4개 또는 그 이상의 원료 유입 라인을 포함하는 것이 유리하다. 위에서 논의된 바와 같이, 일부 추출기의 경우에, 단일 원료 유입 라인이 구비될 수 있거나, 또는 소형 추출기의 경우에, 용기는 원료 유입 라인을 갖지 않을 수 있는데, 이 경우에 용기는 고형 원료로 충전되기 위해 분해되어야 할 것이다.
용기(11)가 고형 원료로 충전되는 동안에, 일부 실시예에서, 용기의 내부 체적(75) 내에서의 재료의 침전을 증진시키기 위해 용기는 교반될 수 있다. 도1에 도시된 실시예의 경우에, 교반은 라인(72)과 밸브(71)를 통해 가스의 외부 공급원(41)에 연결된 가스 작동식 통 진동기(70)에 의해 제공된다. 통 교반기를 활용하는 실시예의 경우, 통 교반기는 하부 판(13)으로부터 용기의 약 1/3 높이의 거리에 위치되는 지점에 위치된다. 장치(10)의 다른 실시예는 통 진동기를 포함하지 않는다. 이와 같은 실시예에 있어서, 교반은 원하는 경우에, 예를 들어, 용기(11)를 고무 또는 목재 망치로 두드리거나 장치를 진동 플랫폼 상에 위치시킴으로써 제공될 수 있다. 이와는 다르게, 교반을 사용하여 고형 원료를 분포 및 침전시키는 대신에, 분포기 요소가 동일한 목적을 달성하기 위해 용기의 내부 체적(75) 내에 포함될 수 있다.
도1, 도2 및 도4에 도시된 바와 같이, 장치(10)는 또한 라인(49)과 밸브(47)를 통해 고온수(32)의 외부 공급원과 유체 연통하는 수성 용매 유입 라인(46)(도2와 도4 참조)을 포함한다. 라인(46) 상에는 라인(46) 내의 유체의 온도를 측정 및/또는 용기(11)의 내부 체적(75)의 온도를 측정하기 위해 온도 판독 장치(48)가 포함된다. 도시된 실시예에 있어서, 용기(11)의 내부 체적(75)의 온도는 고온수 공급원(32)의 온도를 제어함으로써 제어된다. 다른 실시예, 특히 비교적 소형 추출기와 관련한 실시예에 있어서, 용기(11)는 예를 들어 증기 재킷 또는 고온수 재킷 또는 숙련자라면 자명한 일체형 전기 저항 가열 또는 다른 가열 방법에 의해 직접 가열될 수 있다. 도4에 도시된 바와 같이, 수성 용매 유입 라인(46)은 용기(11)의 내부 체적(75) 내에 위치된 분사 헤드(63)와 유체 연통한다. 분사 헤드는 고온수를 내부 체적(75) 내에 형성된 고형 원료의 베드 상부 상에 비교적 균일하게 분포시키도록 구성 및 배열된다. 복수의 흐름 고형물 세척 노즐[일리노이 주 세인트 찰스에 소재한 레흘러(Lechler)]과 같은 다양한 산업용 분사 헤드가 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 분사 헤드의 유출부는 바람직하게는 고형 원료의 베드의 통상적인 충전 라인(65) 상부에 위치된다.
용기(11)의 상부 판(12) 상에는 또한 티 커넥터(34)를 포함한 가스 유입/환기 라인(33)(도1 참조)이 포함된다. 티 커넥터(34)는 라인(39, 40)과 밸브(38)를 통해 외부의 압축 가스 공급원(41)과 연통하며, 밸브(35) 및 환기 라인(36)을 통해 대기와 연통한다. 다른 실시예에 있어서, 티 커넥터를 매개로 압축 가스 공급원 및 환기 라인 모두와 유체 연통하는 단일 유입 라인을 갖는 대신에, 용기에는 용기의 내부 체적(75)과 직접 연통하는 2개의 개별 라인이 구비될 수 있다. 도시된 바와 같이, 동시에 사용되지 않는 2개의 외부 라인과 유체 연통하는 단일 유입 라인을 갖는 것은 용기(11)의 판(12, 13)에 만들어야 하는 관통구의 개수를 줄인다. 용기(11)의 내부 체적(75)을 상부 판(12) 내의 라인(46)을 통해 및/또는 하부 판(13) 내의 라인(23)을 통해, 및/또는 접선 방향으로 향한 라인(들)(42 및/또는 55)을 통해 충전하는 동안에, 라인(33)은 밸브(38)를 폐쇄하고 밸브(35)를 개방함으로써 이동된 공기를 용기로부터 환기 또는 "트림(burp)"시키는 데 사용될 수 있다. 이상 언급한 바와 같이 용기 내의 자동 수준 검출을 포함하는 실시예에 있어서, 용기 내의 수준 검출 탐침은 용기 내에 수용되는 액체 수준을 감지하고, 자동 제어 하에서 상술한 충전/트림 과정을 수행하도록 수성 용매가 용기에 공급되는 수성 용매 공급 라인(들) 상의 트립 밸브(35)와 밸브(들)를 제어하도록 구성될 수 있다. 압력 처리 단계 중에 용기의 내부 체적(75)을 가압하는 동안에 또는 추출 후에 베드로부터 잔여 추출물을 제거하는 동안에, 라인(33)은 밸브(35)를 폐쇄하고 밸브(38)를 개방함으로써 가스 유입 라인으로서 작용할 수 있다. 라인(39)은 작동 중에 용기(11)의 내부 체적(5)의 압력을 측정하는 데 사용되는 압력 측정 장치(37)를 포함한다.
도1에 도시된 바와 같이, 하부 판(13) 상에는 하부 판(13) 내의 배수구를 통해 용기(11)의 내부 체적(75)과 유체 연통하는 추출물 유출 라인(23)이 포함된다. 라인(23)을 통해 용기(11)를 나온 수성 추출물은 티(24), 제어형 밸브(25) 및 라인(27)을 통해 맛의 저하 및/또는 향의 손실을 막기 위해 추출물의 온도를 실내 온도 이하의 온도로 낮추는 냉각기로 통한다. 냉각된 추출물은 라인(29)을 통해 냉각기(28)를 나와서 컨테이너(30) 내에 수집될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 컨테이너(30)는 추출물이 대기 중의 산소에 노출되는 것을 막기 위해 상부 공간이 질소와 같은 불활성 가스로 충전 및/또는 채워진 밀봉 가능한 컨테이너이다. 도6 내지 도8을 참조하여 이하에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 컨테이너(30)는 또한 일부 실시예에서 커피 추출물을 농축하기 위해 활용되는 본 발명의 용매 제거 여과 시스템에서 공급 컨테이너의 역할을 할 수 있다. 또한, 고온수 공급원(32)은 밸브(26)와 라인(31)을 통해 티(24)와 라인(23)과 연통해 있다. 고온수 공급 라인(31)은 특정 실시예에 있어서, 위에서 설명한 바와 같이 볶은 커피로 용기를 채운 후에 라인(23)을 통해 수성 용매로 용기를 채우기 위해 사용될 수 있으며, 추가로 상기 라인은 이하에 보다 상세히 설명된 신규하게 사용된 재료 플러싱 방법(material flush out methods)과 관련하여 사용된다.
유동 추출(flow-through extraction) 중에 고형 원료가 라인(23)을 통해 용기로부터 나오는 것을 방지하기 위해, 필터 요소가 라인(23)의 상류에 용기(11) 내에 포함된다. 필터 요소의 바람직한 배열은 도3에 도시되었으며 단면이 도4에 도시되었다. 바람직한 필터 요소는 기본적으로 모든 고형 원료를 보유하기에 충분하게 작은 개구부들이 있는 다공성 스크린(58)을 포함한다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 다공성 스크린은 표면이 고형 원료의 베드를 대면하게 배향되면서 약 25 %의 개방 공간을 갖는 상업적으로 입수 가능한 웨지 와이어형 스크린(예를 들어, 미네소타 주, 세인트 폴, 존슨 스크린 디비전, U. S. 필터의 0.0508 ㎝(0.020")의 슬롯 크기를 갖는 모델 63V)을 포함한다. 도4에 보다 명료하게 도시된 바와 같이, 다공성 스크린(58)은 하부 판(13)에 의해 지지되는데, 이 판은 다공성 스크린(58)을 통해 통과하는 수성 추출물의 유동을 수성 추출물 유출 라인(23)으로 안내하도록 구성 및 배열된 복수의 채널과 홈(59)을 포함한다. 다공성 스크린(58)은 지지부와, 고형 재료의 베드를 위한 보유 수단을 제공하며, 바람직하게는 용기(11)의 내경과 기본적으로 동일한 직경을 갖는다. 다공성 스크린(58)은 스크루(67) 또는 임의의 다른 적당한 연결 수단에 의해 하부 판(13)에 부착될 수 있다. 일부 다른 실시예에 있어서, 필터 요소는 내부 체적(75) 내의 다른 곳에 위치될 수도 있다. 다른 실시예에 있어서, 필터 요소는 추출물 유출 라인(23)의 바로 상류 또는 내부에 위치되는 보다 작은 스크린 또는 필터일 수 있다. 숙련자라면 자명한 바와 같이 다양한 필터 요소의 배열이 가능하다. 이들 모두는 본 발명의 범위 내에 포함된다.
위에서 언급한 바와 같이, 추출 장치(10)는 또한 용기(11)의 내부 체적(75)으로부터 사용한 고형 원료를 플러싱하고, 추출이 수행되어진 후에 다음 추출 전에 용기를 세척하기 위한 신규한 부품 배열을 포함한다. 도시된 부품의 배열은 사용한 원료가 추출 장치(10)로부터 플러싱되게 하며, 장치를 분해할 필요 없이도 세척할 수 있게 한다. 도시된 실시예에 있어서, 도1에 도시된 바와 같이, 세척 시스템은 하수구와 같이 폐기물 수집 시스템과 연통하며 밸브(22)를 포함하는 사용 재료 유출 폐기 라인(21)을 포함한다. 도4에 도시된 바와 같이, 라인(21)으로부터 용기(11)의 내부 체적(75) 내로 개방된 유출 포트(60)가 바람직하게는 다공성 스크린(58) 바로 위에 위치된다. 도시되지 않은 다른 실시예에 있어서, 스크린의 상부에 위치된 용기(11)의 측벽을 통한 오리피스를 구성하는 유출 포트(60)를 대신해서, 유출 포트는 대신에 하부 판 내에 위치될 수 있으며, 하부 판 내의 유출 포트와 유체 연통하며 유출 포트와 인접하여 위치된 다공성 스크린 내의 구멍을 통해 사용 고형 원료를 플러싱할 목적으로 용기의 내부 체적과 연통해 있다. 이와 같은 다른 실시예의 경우에, 당해 분야에서 통상의 기술을 가진 자라면 자명한 바와 같이 수집된 추출물이 사용한 고형 원료에 의해 오염되는 것을 막기 위해 추출물이 수집되어 추출기로부터 유동하는 다공성 스크린의 하류 측으로부터의 사용한 재료 유출 포트를 유체 격리하도록 가스켓 또는 다른 수단이 포함될 수 있다.
바람직한 세척 구성은 필터 요소를 역류 세정하도록 구성 및 배열되는 유체 공급원을 포함한다. 도시된 실시예에 있어서, 역류 세정은 우선 밸브(25)를 폐쇄한 후에 밸브(26)를 개방하여서, 도시된 실시예에서 가압 고온수 공급원(32)으로부터 공급되는 고온수인 유체가 지금은 유입 플러싱 라인으로서 작용하는 라인(23)을 통해 용기에 들어가고, 이로써 다공성 스크린(58)을 역류 세정하게 된다. 통상적으로, 밸브(22)는 사용한 재료가 용기(11)로부터 제거되도록 플러싱 과정 중에 개방될 것이다. 그러나 일부 실시예에서는, 사용한 재료를 분산 및 유체화하기 위해서 용기(11)의 내부 체적(75)이 적어도 부분적으로 액체로 충전될 수 있도록 밸브(22)가 플러싱 과정의 적어도 일부 중에 폐쇄될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 라인(31)은 또한 가압 가스의 공급원과 유체 연통할 수 있다. 이와 같은 실시예에 있어서, 가스, 액체 또는 2상 가스-액상 유체가 필터 요소를 역류 세정하여 사용한 고형 원료를 세척하도록 사용될 수 있다.
바람직한 실시예에는 또한 플러싱 라인(42)의 경우 밸브(43)와 라인(44)을 통해 그리고 플러싱 라인(55)의 경우 밸브(56)와 라인(57)을 통해 가압 냉수 공급원과 그리고 예를 들어 커넥터 라인(44a)과 3방향 밸브(43a)에 의해 라인(44, 57)과의 연결을 통해 고온수 공급원(32)과 연통하는 추가의 접선 방향 플러싱 라인(42, 55)(도1 및 도3 참조)이 포함된다. 위에서 논의된 바와 같이, 이들 접선 방향 플러싱 라인은 또한 추출 과정의 초기에 고형 원료로 충전한 후에 수성 용매에 의한 용기 초기 충전 중에 고온 수성 용매 충전 라인으로 유리하게 사용될 수 있다. 용기(11)의 내부 체적(75)으로의 개구부(예를 들어, 라인(55)의 개구부(61) 의 경우 도4 참조)가 도시된 실시예에서 유출 포트(60)가 사용 재료 유출 라인 폐기부(21)에 대한 것과 대략 동일한 높이에서 다공성 스크린(58)의 수직으로 상부에 위치된 상태에서, 양 라인(42, 55)은 용기(11)의 원통 벽에 대략 접선으로 위치된다. 용기 벽에 대한 플러싱 라인(42, 55)의 접선 배향은 용기 내의 세척 유체의 소용돌이형 유동 패턴을 창출하는 경향이 있는데, 이는 용기(11)로부터 라인(21)을 통해 사용 재료를 완전하게 제거하는 일을 보조한다. 추가로, 적어도 하나의 접선 플러싱 라인(도시된 실시예에서는 라인(55))은 바람직하게는 용기 내의 라인의 개구부(61)가, 사용 재료가 용기(11)로부터 나오는 유출 포트(60) 상으로 비스듬하게 입사하는 플러싱 유체의 흐름을 향하도록 위치된다. 다른 실시예에 있어서, 2개 이상의 접선 플러싱 라인이 예를 들어 대형 추출기의 경우에 사용 재료의 제거를 향상시키기 위해 사용될 수 있으며, 이와는 다르게 단일 라인만이 사용될 수도 있다. 소형 추출기의 경우에, 접선 플러싱 라인은 통상적으로 사용한 재료를 용기로부터 효과적으로 제거하기 위해 요구되지 않는다.
도시된 실시예에는, 도2와 도4에 명료하게 도시된 바와 같이, 상부 판(12)을 통한 최적의 세척 하방 라인(62)이 또한 포함된다. 세척 하방 라인(62)은 티(50)와 밸브(51) 및 라인(53)(냉수) 또는 밸브(52) 및 라인(54)(고온수)을 통해 가압 냉수 및 고온수 공급원과 연통한다. 세척 하방 라인(62)은 바람직하게는 용기(11)의 내부 체적(75) 내에 위치되는 회전 분사 노즐(64)에 연결된다. 회전 분사 노즐(64)은 가압 유체가 공급된 때, 상부 판(12)과 용기(11)의 벽과 내부면을 효과적으로 하방 세척하기 위해 회전하여 유체를 분사한다. 다양한 상용 회전 분사 노 즐이 상기 목적으로 사용될 수 있다. 도시된 실시예는 선회 탱크 노즐[일리노이 주 세인트 찰스에 소재한 레흘러(Lechler)]를 채용한다. 다른 실시예는 추가의 세척 하방 라인과 회전 분사 노즐을 포함할 수 있는 한편, 또 다른 실시예에서는 세척 하방 라인(62)이 제거될 수 있으며, 하방 세척은 라인(46)과 분사 헤드(63)만을 사용함으로써 수행될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 세척을 목적으로 채용되는 물은 당해 분야에 공지된 바와 같이 하나 이상의 세척제 및/또는 부식 방지제를 포함할 수 있다.
추출 장치의 작동
도1 내지 도4에 도시된 장치를 참조하여, 전술한 장치를 사용하여 예시적인 커피 추출 과정은 다음과 같이 진행될 수 있다. 과정을 시작할 때, 모든 밸브들은 폐쇄 위치에 있다. 용기(11)는 그런 다음 개방 밸브(52)에 의해 가압 고온수의 흐름이 회전 분사 노즐(64)을 통해 용기 내로 형성되도록 예열된다. 용기 내의 압력이 이 압력 측정 장치에 의해 판독된 바와 같이 고온수 공급원 압력과 대략 동일한 경우에, 추출물 유출 라인(23)의 하류는 고온수의 유동이 배수되거나 냉각기(28)로 유동하도록 개방되었으며, 그런 다음 밸브(52)는 폐쇄된다. 밸브(38)는 그런 후에 가압 가스, 바람직하게는 질소와 같은 불활성 가스를 라인(33)을 통해 용기에 공급하기 위해 개방된다. 가스 유동은 용기 내에 남아 있는 액체가 더 이상 관측되지 않을 때까지 유지된다. 가스 유동은 그런 다음 밸브(38)를 폐쇄함으로써 중지되고, 용기는 대기압과 평형을 이룬다. 추출물 유출 라인(23)의 하류 밸브(25)는 개방되어 있다.
다음은 소정량의 건조 커피가 원료 라인(17, 19) 상의 밸브(18, 20)를 개방하여 용기가 거의 찰 때까지 커피를 라인(17, 19)을 통해 쏟거나 공급함으로써 용기에 추가된다. 건조 커피는 그런 후에 통 진동기(70)에 가스 유동이 공급되도록 밸브(71)를 개방함으로써, 또는 이와는 다르게 원한다면 망치로 용기를 두들김으로써 안정된다. 이와는 다르게, 커피를 적시고 안정시키기 위해 건조 커피의 추가 중에 또는 커피가 추가된 후에 하나 이상의 간격으로 커피에 고온수를 인가하도록 간단히 밸브(52 및/또는 47 및/또는 26 및/또는 43 및/또는 56)를 개방함으로써 용기를 교반시키지 않고도 커피는 안정될 수 있다. 원한다면, 밸브(18, 20)를 폐쇄하기 전에 용기를 보다 완전하게 채우기 위해 더 많은 커피가 추가될 수 있다. 밸브(47)는 그런 다음 수성 용매 유입 라인(46)을 통해 가압 고온수를 용기에 공급하도록 부분적으로 개방된다. 라인(29)으로부터의 추출물 배출의 첫 번째 전조 시에, 추출물 유출 라인(23)의 하류 밸브(25)는 폐쇄되고, 용기는 소정량의 고온수로 충전된다. 환기 라인(36) 상의 밸브(35)는 가스를 "트림"하도록 물로 용기를 충전하는 중의 일부 시점에서 수동으로 또는 자동 제어를 통해 적어도 부분적으로 개방된다. 커피에 추가된 고온수의 체적은 바람직하게는 모든 커피가 젖도록 커피의 베드의 공급 체적과 같거나 그보다 크다. 일부 실시예에 있어서, 체적은 기본적으로 베드 내에 존재하는 공극 체적과 동일하다. 이상 논의된 바와 같이, 용기는 이 단계에서 하나 이상의 라인(46, 23, 42, 55)을 통해 고온의 수성 용매로 채워질 수 있다. 용기는 그런 다음 밸브(47)를 개방함으로써 가압 고온수에 의해 또는 밸브(38)를 개방함으로써 가압 가스에 의해 정압 처리 단계를 수행하기 위한 요구 압력(통상적으로 약 0.28 내지 0.91 MPa(40 내지 132 psig))으로 더 가압된다. 압력은 유동 없이 요구 시간 동안(통상적으로 약 10 내지 30분) 용기 내에 유지된다. 다음은, 추출물 유출 라인(23)의 하류 밸브(25)는 라인(27)과 냉각기(28)를 통해 수집 컨테이너(30)로 유동하는 요구 유속을 개시하도록 제어식으로 개방된다. 이 단계 중에 일부 실시예의 경우, 요구 추출물 농도와 추출 정도에 따라서, 밸브(47)는 개방될 수 있으며 계측된 양의 고온수가 유동 통과 추출 단계를 통해 커피를 용기 내에서 더욱 추출하도록 용기에 추가될 수 있다. 이와 같은 유동 통과 추출 중에, 용기 내의 압력은 추출물 유출 라인(23) 상의 밸브(25) 및/또는 고온수 유입 라인(46) 상의 밸브(47)를 조정함으로써 제어될 수 있다. 추가의 고온수가 압력 처리 단계 후에 추가되는 실시예의 경우, 요구량의 추가 용제수(solvent water)가 유동 통과 추출 중에 공급된 후에, 밸브(47)는 고온수 공급원으로부터의 유동을 중지시키기 위해 폐쇄된다. 밸브(38)는 그런 다음 커피 베드의 공극 체적으로부터 잔여 추출물을 제거하기 위해 압축 가스가 라인(33)을 통해 용기에 들어가도록 개방된다. 밸브(47)는 그런 다음 가스 유동이 추출물 수집 라인(29)에서 관측되면 폐쇄된다. 이 때에, 추출은 완료되고 용기는 보다 철저하게 추출된 볶은 커피의 보다 쓴/신 맛/향 특성을 갖는 추출물을 제조하기 위해 동일한 커피 충전으로 이어지는 추출에 재사용되거나 사용한 커피는 용기로부터 제거될 수 있다. 최대 농도의 추출물이 요구되는 실시예의 경우에, 추출물은 유동 통과 추출 단계를 위해 추가의 고온수 용제수를 공급하지 않고 압력 처리 단계 후에 바로 가스 유동에 의해 베드로부터 제거될 수 있다.
사용한 분쇄물을 용기로부터 제거하기 위해, 추출물 유출 라인(23) 상의 밸브(25)는 폐쇄되고 사용한 재료 폐기 라인(21) 상의 밸브(22)가 개방된다. 밸브(26)는 그런 다음 라인(23)을 통한 가압수(pressurized water)에 의해 다공성 스크린(58)을 역류 세정하도록 개방된다. 밸브(43, 56)는 접선 방향 플러싱 라인(42, 55)으로 가압수를 공급하도록 개방되며, 밸브(51 또는 52)는 가압 냉수 또는 온수를 라인(62)을 통해 회전 분사 노즐(64)에 공급하도록 개방된다. 폐기 라인(21)을 나오는 액체 유동이 맑고 깨끗한 것으로 관찰된 후에, 플러싱을 위해 여러 라인에 가압수를 공급하는 밸브들은 폐쇄된다. 폐기 라인(21) 상의 밸브(22)가 폐쇄되고, 공정은 완료된다. 추출물 배출 라인(27), 냉각기(28) 및 추출물 수집 라인(29)은 또한 공급원(32)으로부터 라인(31), 밸브(26), 티(24), 밸브(25), 라인(27), 냉각기(28) 및 라인(29)을 통해 가압수를 안내하도록 밸브(26)에 의해 이어지는 밸브(25)의 개방에 의해 플러싱될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 본 발명은 또한 용해된 또는 부유하는 소모성 재료에 대하여 추출물을 농축하기 위해 소모성 추출물로부터 잉여 용매를 제거하기 위한 방법을 제공한다. 여기에 기재된 본 발명의 여과식 농축 방법은 본 발명의 추출 방법에 대하여 위에서 논의한 바와 같이, 다양한 고형 원료의 추출로부터 생성되는 다양한 소모성 추출물을 농축하기 위해 활용될 수 있음을 이해해야 한다. 일부 바람직한 실시예에서는 본 발명의 농축 방법이 전술한 본 발명의 추출 방법 및 장치를 사용하여 제조된 추출물을 농축하기 위해 활용되었지만, 다른 실시예에서는 여기에 기재된 신규한 농축 방법이 종래 기술에서 공지된 소모성 추출물을 형 성하기 위한 여러 가지 다른 추출 방법에 의해 제조되는 소모성 추출물에 대하여 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 이상 논의한 추출 방법과 같이, 본 발명의 추출 방법은 볶은 커피의 수성 추출물의 농축과 관련한 특정 실시예를 참조하여 이하 설명하기로 한다. 그러나 여기에 기재된 방법 및 장치는 이것으로 제한되지 않으며 방법과 장치는 본 발명의 범위 내에서 다양한 추출 방법에 의해 제조되는 여러 가지 다른 소모성 추출물과 함께 채용될 수 있음을 이해해야 한다.
도5는 소모성 추출물, 예를 들어 전술한 추출 방법에 의해 제조된 바와 같은 커피 추출물을 농축하기 위한 여과식 시스템의 일부의 개념도이다. 도5는 필터를 농축액측(104)과 투과측(106)으로 분리하는 여과 매체(102)를 포함하는 필터(100)의 일부를 도시한다. 여기에서 사용되는 용어 "필터"는 여과 매체를 포함하며 액체의 여과를 수행할 수 있는 임의의 장치 또는 시스템을 광범위하게 지칭한다. 여기에서 사용되는 용어 "여과 매체"는 액체 용액의 적어도 하나의 성분, 예를 들어, 용매 또는 현탁물, 예를 들어, 커피 추출물이 매체를 통해 통과하게 하면서 동시에 용액의 적어도 하나의 다른 성분 또는 현탁물, 예를 들어, 용해된 용질 성분의 통과를 보류 및 방지하기에 충분한 유압 투과성을 갖는 임의의 매체, 재료 또는 물체를 말한다. 다양한 필터 및 필터 매체가 소모성 추출물, 예를 들어, 커피 추출물을 농축시키기 위해 본 발명에 따라 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 사용될 수 있는 필터는 당해 기술 분야에서 공지된 바와 같이 다양한 형태, 예를 들어, 겔 투과 필터와, 편평 시트 필터, 중공 섬유 필터, 나선 필터, 튜브 막 필터와 같은 다양한 형태와 당해 기술 분야의 숙련자라면 자명한 다른 형태로 된 막 필터를 포함할 수 있다. 바람직한 필터는 반투과성 막(들)을 포함하는 여과 매체일 수 있다. 이와 같은 막은 세라믹 및 다른 유기성 재료, 또는 중합체와 같은 유기성 재료와 같은 다양한 재료로부터 제조될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 반투과성 중합체 막(들)을 포함하는 여과 매체를 사용한다. 이와 같은 중합체 막은 다양한 중합체 재료로 제조될 수 있으며 다양한 공극률과 분자 크기 배척 특성을 갖도록 구성될 수 있다. 이와 같은 막은 여과 기술 분야에서 널리 공지되어 있으며, 상업적으로 입수 가능하다. 중합체 막은 잠재적으로 예를 들어 폴리아미드, 셀룰로오스 및/또는 셀룰로오스 에스테르, 폴리술폰, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리(아크릴레이트) 등으로 그리고 여과 및 막 분리 기술 분야에서 공지된 바와 같은 공중합체 및/또는 조성물로 구성될 수 있다.
도5를 참조하면, 본 발명의 농축 방법의 기본 단계들은 필터(100)의 농축액측(104)에 농축시킬 추출물을 공급하는 단계와, 추출물의 용매 성분의 적어도 일부를 포함하는 투과물을 여과 매체(102)를 통해 화살표(108)에 의해 도시된 바와 같이 통과시키는 단계와, 필터의 농축액측(104)으로부터 농축되고 용매 제거된 추출물을 수집하는 단계와, 선택적으로 필터의 투과측(106)으로부터 투과물을 수집하는 단계를 필요로 할 수 있다. 필터(100)는 일부 실시예에서는 기본적으로 필터 매체(102)에 접선 방향으로 향하는 보유물의 유동이 없거나 거의 없으면서 데드-엔드 모드(dead-end mode)로 작동될 수 있으며, 또는 보다 바람직한 실시예에서는, 필터는 오염을 방지하고 필터의 여과 효율을 높이기 위해서 보유물 유동[화살표(109)]의 성분이 여과 매체에 대하여 접선 방향으로 향해 있는, 도시된 바와 같은 교차 유동 모드로 작동될 수 있다.
필터 매체(102)는 바람직하게는 추출물의 용매 성분, 예를 들어 물의 통과는 허용하지만, 추출물의 맛 및/또는 향 성분을 형성하는 용해 또는 부유하는 용질을 필터의 농축액측 상에 보유할 수 있는 공극률과 분자량 차단력을 갖도록 선택된다. 본 방법이 커피 추출물을 탈수하는 데 사용되는 실시예의 경우, 필터막(102)은 양호하게는 물을 자유롭게 통과시키지만, 동시에 농축액측에서는 추출물 내의 용해된 커피 고형물의 상당 부분을 보유하도록 선택된다. 문맥상 여기에서 사용되는 "상당 부분"이라 함은 앞에서 설명한 바와 같이 보유된 추출물에 "유효량"의 품종별 성분을 전달하는 데 필요한 커피 고형물의 부분을 말한다. 일부 바람직한 실시예에 있어서, 커피 고형물의 적어도 90 %는 보유되고, 보다 더욱 바람직한 실시예에서는, 기본적으로 맛 및/또는 향 성분을 구성하는 분해된 고형물의 대부분이 여과막에 의해 필터의 농축액측 상에 보유된다. 커피 추출물의 탈수를 필요로 하는 바람직한 실시예에 있어서, 여과막(102)은 역삼투압 막 또는 나노여과막을 포함한다. 여기에서 사용되는 "역삼투압막"은 약 0.003 ㎛ 미만의 평균 구멍 크기와 약 1,000 Da 미만의 분자량 차단력을 갖는 막을 말한다. 여기에서 사용되는 "나노여과막"은 약 0.001 ㎛ 내지 약 0.01 ㎛ 사이의 범위 내의 평균 구멍 크기를 가지며, 약 300 Da 내지 약 20,000 Da 사이의 범위 내의 분자량 차단력을 갖는 막을 말한다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 필터막(102)은 폴리아미드 나노여과막을 포함하고, 다른 바람직한 실시예에서는, 필터막은 다우 케미컬 컴퍼니로부터 입수 가능한 필름텍(FILMTEC; 등록상표) 역삼투압 막과 같은 나선 권취, 다층, 박막 합성 역삼투압 막을 포함한다.
보다 묽은 선행 추출물을 탈수시킴으로써 농축 커피 추출물을 형성하기 위한 본 발명에 따른 농축 방법은, 필터의 투과측(106) 상의 압력(P2)을 충분히 초과하는 압력(P1)에서 필터(100)의 농축액측(104)에 비교적 묽은 커피 추출물을 공급하여, 커피 용매의 상당 부분을 농축액측(104) 상에 보유하면서 용매를 막(102)을 통해 강제 유동시킴으로써, 보유물 내의 용해된 커피 고형물의 농도(c1)를 선행 커피 추출물의 농도 이상으로 높임으로써 진행될 수 있다. 여과 공정은 요구 농도(c1)가 달성될 때까지 연속될 수 있다. 시스템은, 예를 들어, 필터의 투과측(106)으로부터 수집된 투과물의 체적을 측정하여 여과 공정의 시작 전에 커피 추출물의 초기 체적을 비교하거나 및/또는 보유물의 전달율(conductivity)을 측정하여 보정 곡선과의 비교에 의해 용해된 고형물 농도를 결정함으로써 감시될 수 있다. 예를 들어, 2의 인자로 초기 커피 추출물 내의 용매의 체적을 줄이고, 따라서 대략 2의 인자로 농축 추출물 내의 커피 고형물의 농도를 높이기 위한 실시예의 경우에, 필터의 농축액측에 공급된 추출물의 초기 체적의 절반에 대략 해당하는 투과물의 체적이 수집될 때까지 여과 공정은 계속될 수 있다.
예를 들어 여과가 가능한 막(102)의 평면 표면(110)의 총면적에 의해 측정되 는 바와 같은 필터 크기, 인가된 압력차(P2-P1), 유속 및 필터의 다른 작동 매개 변수 뿐만 아니라 필터막의 분자량 차단력 및 구멍 크기는 각 특정 요구 장치의 필요에 따라 선택되어야 한다. 이와 같은 작동 매개 변수의 선택은 특정 시간 내에 농축시키고자 하는 추출물의 총 체적, 보유하고자 하는 추출물 내의 용해 및/또는 부유 성분의 농도 및 크기, 필터의 특정 형태 및 여과 기술 분야의 숙련자라면 자명하며 예를 들어 여기에 참고로 수록된 페리의 화학 엔지니어의 핸드북(Perry's Chemical Engineer's Handbook)(제6판, 로버트 에이치. 페리, 돈 더블유. 그린 앤드 제임스 오. 맬로니, 편집자, 1984년, 제17장)과 같은 많은 표준 문서에 기재된 바와 같은 다른 인자들에 좌우될 수 있다. 도6 내지 도8을 참조하여 이하에 설명된 바와 같이, 역삼투압 또는 나노여과를 수행하기 위한 많은 여과 시스템은 상품으로 입수 가능하며 다양한 양과 질의 액체 용액/현탁액을 처리하도록 크기가 정해지고 구성된다.
작동 매개 변수의 특정 선택은 특정 장치에 경우에 일반적인 실험 및 최적화 과정을 통해 만들어져 한다. 예를 들어, 적당한 종류의 여과막과 분자량 차단력을 선택하기 위한 적격 심사는 묽은, 예를 들어, 음료 농도의 커피 추출물을 원하는 정도의 탈수가 얻어질 때까지 특정 막으로 시험 여과를 수행함으로써, 이어서, 필터의 농축액측으로부터 농축된 추출물을 수집하고, 여과 중에 제거된 투과물의 체적에 해당하는 체적의 깨끗한 용제수로 농축된 추출물을 재처리하고, 앞에서 설명한 바와 같은 예를 들어 커핑에 의해 재구성된 추출물의 맛 및/또는 향 특성을 초 기 음료 농도의 추출물과 비교함으로써 수행될 수 있다. 작동 압력, 필터 크기, 유속 및 다른 작동 매개 변수들은, 일반적인 실험 및 최적화와 결합하여, 여과/역삼투압을 설명하고 있는 많은 잘 알려진 그리고 쉽게 입수 가능한 문서, 예를 들어, 이상에서 참조한 페리의 화학 엔지니어의 핸드북과 여기에 참고로 수록된 맥카베, 스미스 및 해리옷의 화학 공학의 단위 조작(Unit Operations of Chemical Engineering)(제4판, 키란 버마 및 마들레인 아이히베르그 편집자, 1985년)에 설명된 주지된 막 여과/분리 원리에 기초하여 선택될 수 있다. 통상적으로, 이상에 설명한 바와 같은 분자량 차단력과 공극률을 갖는 소정 여과막의 경우, 총 막 면적은, 여과 매체 및 여과 시스템 성분의 재료 한정에 의해 지시되는 바와 같이 허용 가능한 압력차의 범위 내에서 요구 범위의 투과물 처리량(즉, 여과 체적/시간)을 제공하도록 선택된다.
도5에 도시된 바와 같이, 보다 농축된 커피 추출물을 형성하기 위해 커피 추출물을 여과할 때에, 커피 고형물(112)의 층은 필터막(102)의 농축액측(110) 상에 축적되는 경향이 있을 수 있다. 이는 소정 압력차에서 막(102)을 통한 여과 속도를 감소시킨다는 입장과 필터의 농축액측(104)으로부터 수집된 보유물 내의 커피 고형물 농도(c1)가 손실된다는 입장에서 모두 바람직하지 않을 수 있다. 일부 바람직한 실시예에 있어서, 여과 과정 중의 하나 이상의 시점에서 막(102)은, 단시간 동안에 비교적 적은 체적의 역류 세정(back-flush) 용매(일부 실시예에서는, 여과 과정 중에 수집된 투과물을 구성할 수 있는)를 막(102)의 투과측(114)에 공급하고, 필터의 농축액측 상의 압력(P1)을 초과하는 투과측 상의 압력(P2)을 생성함으로써 화살표(116) 방향으로 막(102)을 통해 필터의 투과측(106)으로부터 필터의 농축액측(104)으로 역류 세정 용매를 강제 유동시킴으로써 역류 세정될 수 있다. 이러한 방식으로, 막(102) 상에 층(112)을 형성하는 커피 고형물은 다음 여과 시에 전체 여과율을 향상시키고 또한 필터의 농축액측(104) 상에 존재하는 농축 커피 추출물 내의 커피 고형물(112)이 재 부유하도록 막으로부터 제거될 수 있다. 이리하여, 이와 같은 역류 세정 과정의 사용은 탈수된 추출물 내의 커피 고형물의 전체 회수 및 농도를 높일 수 있으며, 이는 농축 전의 초기 선행 커피 추출물의 맛/향 특성을 더욱 많이 보유하는 보다 값비싼 탈수된 추출물 제품의 형성으로 이어질 수 있다. 또한, 커피 추출물의 탈수 중에 필터의 투과측(106)으로부터 수집된 투과물은 일부 실시예에서 상품 가치가 있는 성분, 예를 들어 카페인을 함유할 수 있음을 알 수 있다. 이와 같은 실시예의 경우, 이 투과물은 수집되어 다른 식품 또는 제약 제품 내의 성분 또는 구성 요소로서 활용될 수 있다.
본 발명에 따라 커피 추출물을 탈수 및 농축하기 위해 사용하는 여과 시스템의 예시적 실시예가 도6에 도시되었다. 도시된 바와 같은 여과 시스템(150)은 예를 들어, 매사추세츠주, 켐스포드의 프로시스(PROSYS) 코포레이션으로부터 입수 가능한 다양한 상품으로 입수 가능한 역삼투압/나노여과 시스템의 대표이다. 도시된 실시예에 구성된 바와 같이, 시스템은 식품/제약 등급 재료로 구성된다. 시스템은 일부 실시예에서 역삼투압/나노여과 분야의 숙련자라면 자명한 바와 같이 도시된 특정 부품들에 덧붙여 다양한 추가 밸브, 스위치, 압력 게이지, 변환기, 온도 탐침, 전자/마이크로프로세서식 감시/공정 제어 하드웨어 및 소프트웨어 등을 더 포함할 수 있다. 도시된 실시예에 구성된 바와 같은 시스템(150)은 병렬 형태로 배열된 4개의 여과 카트리지(152, 154, 156, 158)를 포함한다. 각각의 필터 카트리지는 도시된 바와 같이 모델 번호 TFC(등록상표)-4921S 나선 권취 필터 카트리지(매사추세츠주, 윌밍턴의 코크 멤브레인 시스템즈)를 포함한다. 여과 카트리지 각각은 약 7.2 ㎡의 필터막 면적을 포함한다. 필터막은 유리섬유 외피가 구비된 나선 권취식으로 구성되며, 반투과성 막은 나노여과 타입의 폴리아미드 막을 포함한다. 막 카트리지에 대한 최대 작동 압력은 약 2.41 MPa(350 psi)이며 통상의 작동 압력은 약 0.55 MPa(80 psi)이다. 시스템(150)은 필터 카트리지(152, 154, 156, 158)의 상류에 5 ㎛ 카트리지 프리필터(160)를 더 포함한다. 도시된 실시예에서, 추출물은 가압되어 펌프(162)에 의해 필터 카트리지에 공급되며, 펌프는 도시된 실시예에서 스테인레스강 도금 부품이 구비된 다단계 원심 펌프를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 펌프(162)는 농축시킬 추출물(164)을 보유하는 컨테이너/용기(30)를 가압하기 위한 시스템에 의해 보조되거나 대체될 수 있다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 이와 같은 추출물 가압 시스템은 라인(168)과 밸브(170)를 매개로 컨테이너(30)에 결합된 압축 가스 공급원(166)을 포함할 수 있는데, 이는 추출물을 여과 시스템(150)을 통해 추진하기 위해 충분한 압력으로 압축 가스를 공급하도록 구성된다. 추출물(164)이 외부 가압 가스 공급원에 의해 가압되는 실시예의 경우에, 가압 가스는 불활성 가스, 예를 들어 질소를 포함하는 것 이 바람직하다. 바람직한 실시예에 있어서, 컨테이너(30) 내의 추출물(164)은 산소에 대한 노출을 최소화하기 위해 처리 중에 공급원(166)으로부터 공급되는 불활성 가스에 의해 접촉이 유지되고 차단된다. 공급원(166)으로부터 공급되는 불활성 가스는, 또한 일부 실시예에서 수집을 위해 시스템 및 여과 카트리지의 라인으로부터 잔여 보유물을 "송풍"해내기 위해, 시스템으로부터 농축 추출물 제품을 수집한 후에 처리의 끝에서 사용된다.
시스템(150)은 본 발명에 따라 커피 추출물을 탈수 및 농축하기 위해 다음과 같이 작동될 수 있다. 컨테이너(30) 내의 농축되지 않은 추출물(164)은 예를 들어 이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 방법 및 장치를 사용함으로써 제조될 수 있다. 여기에서 사용되는 "농축되지 않은" 추출물은 구체적으로 시스템 내에 수용된 필터의 농축액측에 공급 흐름을 형성하는 추출물을 지칭한다. 이와 같은 "농축되지 않은" 추출물은 많은 경우에 이미 본 발명의 추출 방법 및 장치로부터 제조된 바와 같이 통상의 음료 농도 추출물의 경우에 일반적인 농도를 초과하는 커피 고형물 농도 수준을 갖는다는 것을 이해해야 한다. 이와는 반대로, "농축된" 추출물은, 다음의 설명에 사용된 바와 같이, 시스템 내에 수용된 필터의 농축액측으로부터 회수된 물이 제거된(즉, 탈수된) 보유 산물을 포함하는 추출물을 지칭한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 일부 바람직한 실시예에서, 농축되지 않은 추출물(164)은 소정 충전량의 볶은 커피의 2차 또는 다음의 추출 단계로부터 제조되는 추출물을 포함할 수 있다. 추출물(164)이 소정 충전량의 볶은 커피의 2차 또는 다음 추출 단계에서 제조되는 실시예의 경우에, 통상적으로, 볶은 커피의 1차 통과 추출 중에 제조된 추출물의 경우보다 추출물 내의 커피 고형물의 농도는 보다 낮을 것이며, 물에 의한 희석 정도는 높을 것이다. 그러므로 1차 통과 추출물과 유사한 커피 고형물의 농도와 희석 정도를 갖도록 2차 또는 다음 통과 추출물을 농축시키는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 이하에 보다 상세하게 설명된 바와 같이, 1차 통과 추출 중에 본 발명에 따라 제조된 추출물을 1차 통과 추출물의 농도와 유사한 전체 농도를 갖도록 탈수되어지는 2차 또는 다음 단계 추출 중에 제조되는 추출물과 혼합하여, 1차 통과 추출물 내의 커피 고형물의 전체 농도를 실질적으로 희석하지 않으면서 혼합 커피 추출물을 형성할 수 있다.
추출물(164)은 예를 들어 중력에 의해 밸브(172)와 라인(176)을 통해, 추출물이 여과 카트리지(152, 154, 156, 158)의 작동 압력으로 가압되는 펌프(162)로 공급될 수 있다. 그런 다음 추출물은 펌프(162)로부터 라인(178)과 프리필터(160)를 통해 여과 카트리지(153, 154, 156, 158)의 농축액측 압력을 감시하기 위해 압력 게이지 또는 변환기(182)를 포함하는 매니폴드(180)로 통과한다. 다른 실시예에 있어서, 추가의 압력 게이지/변환기가 여과 카트리지(152, 154, 156, 158) 상에 직접 위치될 수 있다. 추가로, 도시된 실시예 여과 카트리지(152 154, 156, 158)는 병렬로 매니폴드(180)에 연결되어진 반면에, 다른 실시예에서는 여과 카트리지들이 서로에 대하여 직렬로 연결될 수 도 있다. 매니폴드(180)로부터, 추출물(164)은 라인(184) 및 밸브(186)와, 라인(188) 및 밸브(190)와, 라인(192) 및 밸브(194)와, 라인(196) 및 밸브(198)를 각각 통해서 각각의 여과 카트리지(152, 154, 156, 158)를 통해 통과한다. 농축되지 않은 추출물(164)은 필 터 카트리지의 농축액측에 공급된다. 필터 카트리지의 농축액측을 통해 유동하는 동안에, 추출물의 용매 성분의 적어도 일부는 여과막을 통해 여과 카트리지의 투과측으로 통과하여, 필터 카트리지의 투과측에 보다 농축된 커피 추출물과 필터 카트리지의 투과측 상에 비교적 묽은 또는 커피 고형물이 없는 투과물을 형성한다. 농축된 커피 추출 보유물은 그런 다음 여과 카트리지(152, 154, 156, 158) 각각에 대한 라인(200) 및 밸브(202)와, 라인(204) 및 밸브(206)와, 라인(208) 및 밸브(210)와, 라인(212) 및 밸브(214)를 통해 필터 카트리지로부터 농축 추출물 매니폴드(199)로 유동한다. 농축 추출물 매니폴드(199)는 필터 카트리지의 농축액측 상의 압력을 감시하기 위해 매니폴드 상에 압력 게이지/변환기(216)를 포함할 수 있다. 매니폴드(199) 내의 농축 커피 추출물은 농축 추출물(224)을 수용하기 위해 라인(218) 및 밸브(220)를 통해 수집 컨테이너(222)로 유동한다.
여과 시스템(150)을 작동하기 위한 일부 바람직한 실시예에 있어서, 농축되 지 않은 추출물(164)은 단일 통과 시스템으로 농축 추출물(224)을 형성하도록 단 한번만 여과 카트리지(152, 154, 156, 158)를 통해 통과한다. 다른 실시예에 있어서, 시스템은(150)은 복수 통과 시스템으로 작동될 수 있는데, 이와 같은 실시예에서는, 농축 추출물이 라인(226)과 밸브(228)를 통해 컨테이너(30)로 다시 재순환한다. 이와 같은 실시예의 경우, 추출물은 소정량의 용매가 투과물로서 제거되고 컨테이너(30) 내에 수용된 추출물이 소정 수준의 농도에 도달할 때까지 필터 카트리지들을 통하여 컨테이너(30)로부터 계속 흡입되어 컨테이너(30)로 재순환된다.
투과물은 필터 카트리지로부터 라인(230, 232, 234, 236)을 통해 수집되어, 그 위에 압력 게이지/변환기(240)를 가질 수 있는 매니폴드(238) 내로 그리고 수집 컨테이너(242) 내로 유동한다. 앞에서 논의한 바와 같이, 투과물(244)은 두었다가 추가 식품/제약 제품의 구성 요소로서 활용될 수 있거나, 폐기될 수 있다. 다른 바람직한 실시예에 있어서, 투과물(244)을 구성하는 용제수가 여과 카트리지(152, 154, 156, 158)를 통해 통과함으로써 대체로 탈염(demineralized)된 경우에 특히, 수성 투과물(244)은 새로운 또는 이미 추출되었던 볶은 커피의 추출을 수행하기 위한 추출 용매로서 유리하게 사용될 수 있으며, 이와 같은 목적으로, 도1과 도2에 앞에서 도시된 바와 같이, 추출 시스템(10) 상의 라인(46)으로 다시 재순환될 수 있다. 농축 과정 중에 추출물을 형성하는 제거된 투과물의 양은 앞에서 논의한 바와 같이 원하는 최종 농축 추출물의 농도에 좌우된다. 단일 통과 작동 모드를 필요로 하는 일부 바람직한 실시예의 경우 및 고농축 추출물이 요구되는 경우, 필터 카트리지의 농축액측에 공급되는 추출물의 적어도 약 50 %의 용매 성분이 필터 카트리지의 투과측으로 통과되거나, 복수 통과/복수 주기 실시예의 경우에, 초기의 선행하는 농축되지 않은 추출물의 용액 성분의 적어도 50 %가 복수 통과 여과 과정 중에 시스템에 의해 제거된다. 또한, 앞에서 논의한 바와 같이, 일부 실시예의 경우에, 여과 카트리지(152, 154, 156, 158)는 예를 들어 펌프(162)를 역행시킴으로써 및/또는 가압된 임의의 양의 투과물 또는 다른 역류 세정 용매를 매니폴드(238)에 공급함으로써 간단하게 역 파동 또는 역류 세정될 수 있다. 이와 같은 실시예의 경우에, 여과 카트리지 내의 여과 매체는 적어도 부분적으로 세척되고 재생될 수 있으며, 추가의 커피 고형물은 역류 세정 과정 중의 농축 추출물(224)에 추가되어 필터 카트리지의 농축액측으로부터 수집될 수 있다.
커피 추출을 탈수 및 농축시키기 위한 본 발명에 따라 사용하기 위한 여과 시스템의 제2의 예시적 실시예가 도7에 도시되었다. 본 발명의 하나의 특정 실시예에 있어서, 여과 시스템(300)은 약 45.4 내지 56.8 ℓ/분(12 내지 15 갤런/분)의 공칭 설계 투과물 유속을 갖는 변형된 플루이드 솔루션즈 모델 번호 10037 역삼투압 시스템[매사추세츠주, 로웰의 플루이드 솔루션즈 인크.(Fluid Solutions, Inc.)]를 포함한다. 도시된 실시예에서와 같이 구성된 시스템은 식품/제약 등급 재료로 구성된다. 도시된 실시예에 구성된 바와 같이, 시스템은 식품/제약 등급 재료로 구성된다. 시스템은 일부 실시예에서 역삼투압/나노여과 분야의 숙련자라면 자명한 바와 같이 도시된 특정 부품들에 덧붙여 다양한 추가 밸브, 스위치, 압력 게이지, 변환기, 온도 탐침, 전자/마이크로프로세서형 감시/공정 제어 하드웨어 및 소프트웨어 등을 더 포함할 수 있다. 도시된 실시예에 구성된 바와 같은 시스템(300)은 5개의 여과 카트리지(302, 304, 306, 308, 310)를 포함한다. 카트리지(302, 304, 306)는 병렬로 배열되고 서로 병렬로 연결된 카트리지(308, 310)와 직렬로 연결된다. 각각의 필터 카트리지는 도시된 바와 같이 3개의 필름테크(등록상표) 모델 번호 BW30-4040 나선 권취 필터막 요소를 포함한다. 필터막 요소 각각은 약 6.5 ㎡의 필터막 면적을 포함한다. 필터막은 유리섬유 외피가 구비된 나선 권취식으로 구성되며, 반투과성 막은 나노여과 타입의 폴리아미드 막을 포함한다. 필터막 요소의 최대 작동 압력은 약 4.14 MPa(600 psi)이며 통상의 작동 압력은 약 1.72 내지 2.76 MPa(250 내지 400 psi)이다. 시스템(300)은 필터 카트 리지(302 내지 310)의 상류에 5 ㎛ 카트리지 프리필터(312)를 더 포함한다. 도시된 실시예에서, 추출물은 가압되어 부스터 펌프(booster pump; 314)와 R/O 펌프(316)에 의해 필터 카트리지에 공급된다. 다른 실시예에 있어서, 펌프(314 및/또는 316)는 농축시킬 추출물(164)을 보유하는 컨테이너/용기(30)를 가압하기 위한 시스템에 의해 보조되거나 대체될 수 있다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 이와 같은 추출물 가압 시스템은 라인(168)과 밸브(170)를 매개로 컨테이너(30)에 결합된 압축 가스 공급원(166)을 포함할 수 있는데, 이는 추출물을 여과 시스템(300)을 통해 추진하기 위해 충분한 압력으로 압축 가스를 공급하도록 구성된다. 추출물(164)이 외부 가압 가스 공급원에 의해 가압되는 실시예의 경우에, 가압 가스는 불활성 가스, 예를 들어 질소를 포함하는 것이 바람직하다. 컨테이너(30)는 또한 도시된 바와 같이 밸브(320)를 통해 수돗물 공급원에 연결된 유입 라인(318)과 밸브(324)를 통해 컨테이너를 배수하기 위한 유출 라인(322)을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 컨테이너(30) 내의 추출물(164)은 산소에 대한 노출을 최소화하기 위해 처리 중에 공급원(166)으로부터 공급되는 불활성 가스에 의해 접촉이 유지되고 차단된다. 공급원(166)으로부터 공급되는 불활성 가스는, 또한 일부 실시예에서 수집을 위해 시스템 및 여과 카트리지의 라인으로부터 잔여 보유물을 "송풍"해내기 위해, 시스템으로부터 농축 추출물 제품을 수집한 후에 처리의 끝에서 사용된다.
시스템(300)은 본 발명에 따라 커피 추출물을 탈수 및 농축하기 위해 다음과 같이 작동될 수 있다. 컨테이너(30) 내의 농축되지 않은 추출물(164)은 예를 들어 본 발명의 방법 및 장치를 활용하여 이상 논의한 바와 같이 제조될 수 있다. 추출물(164)은 예를 들어 중력에 의해 밸브(326)와 라인(328)을 통해 부스터 펌프(314)로 공급될 수 있다. 이와는 다르게, 또는 이와 동시에, 추출물은 라인(330)과 밸브(332)를 통해 추출기의 유출 라인으로부터 직접 시스템에 공급될 수 있다. 추출물은 추출물을 프리필터(312)를 통해 통과시키기에 충분한 압력으로 부스터 펌프에 의해 가압되는데, 압력은 압력 게이지(334)에 의해 측정된다. 프리필터를 통한 압력 저하는 압력 게이지(336)에 의해 프리필터의 하류에서 측정한 압력과 게이지(334)에 의해 상류에서 측정한 압력을 비교함으로써 결정될 수 있다. 전달율 계기(338)는 앞에서 논의한 바와 같이 카트리지(302, 304, 306, 308, 310) 내에서 탈수 전에 추출물 내의 고형물의 농도를 결정할 수 있게 하기 위하여 포함된다.
그런 다음 추출물은 R/O 펌프(316)에 의해 여과 카트리지(302, 304, 306, 308, 310)의 작동 압력으로 가압된다. 그런 다음 추출물은 펌프(316)로부터 밸브(342)의 상류와 하류에 위치된 압력 게이지(344, 346)를 각각 포함하여 라인(340)을 통해 그리고 스로틀링 밸브(342)를 통해 매니폴드(348)로 통과한다. 다른 실시예에 있어서, 압력 게이지/변환기는 매니폴드 상에 또는 개별 여과 카트리지(302, 304, 306) 상에 직접 위치될 수 있다. 매니폴드(348)로부터, 추출물(164)은 라인(350)과 라인(352)과 라인(354)을 각각 통해 각각의 여과 카트리지(302, 304, 305)를 통해 통과한다. 농축되지 않은 추출물(164)은 필터 카트리지의 농축액측에 공급된다. 필터 카트리지의 농축액측을 통해 유동하는 동안에, 추출물의 용매 성분의 적어도 일부는 여과막을 통해 여과 카트리지의 투과측으로 통과하여, 필터 카트리지의 농축액측 상에 보다 농축된 커피와 필터 카트리지의 투과측 상에 비교적 묽은 또는 커피 고형물이 없는 투과물을 형성한다. 농축 커피 추출 보유물은 그럼 다음 필터 카트리지로부터 필터 카트리지(302, 304, 306) 각각에 대한 라인(358)과, 라인(360)과, 라인(362)을 통해 농축 추출 매니폴드(356) 내로 유동한다. 매니폴드(356) 내의 농축 커피 추출물은 라인(368, 370)을 각각 통해서 필터 카트리지(308, 310)를 공급하는 유입 매니폴드(366)에 라인(364)을 통해서 유동한다. 추출물은 그런 다음 필터 카트리지(308, 310)로부터 라인(374)을 통해 농축 추출물 매니폴드(372)로 유동하는 농축된 커피 추출 보유물을 제조하도록 필터(308, 310)에 의해 더 농축된다. 농축 추출물은 그런 다음 그 위의 압력 게이지(380)를 포함하는 라인을 통하여 냉각기(384)로 유동한다. 스로틀링 밸브(383) 하류의 라인(378) 상에는 보유물의 체적 유속을 측정하기 위한 유량계(386)와, 압축된 추출물의 고형물 함유량을 결정하기 위한 전달율 계기(388)를 포함한다. 전달율 측정 또는 다른 방법으로 측정된 바와 같은 보유물 흐름의 고형물 농도가 소정 제품 값이 되면, 농축 추출물은 밸브(392)를 개방함으로써 라인(390)으로부터 최종 제품으로서 수집되고, 다르게는, 추출물은 추가의 처리를 위해서 라인(396) 상의 밸브(394)를 개방함으로써 탱크(30)로 재순환될 수 있다.
라인(398, 400, 402, 404)을 통해 필터 카트리지로부터 수집된 투과물은 매니폴드(408) 내로 유동한다. 이어서, 매니폴드(408)는 그 위에 유량계(412)가 있는 투과물 라인(410)을 공급한다. 투과물은 라인 상의 밸브(414)를 개방함으로써 배수 또는 수집되도록 또는 원한다면 라인(420) 상의 밸브(418)를 개방함으로써 탱크(30)로 재순환되도록 보내질 수 있다. 앞에서 논의한 바와 같이, 일부 실시예의 경우에, 여과 카트리지(302, 304, 306, 308, 310)는 예를 들어 펌프(316)를 역행시킴으로써 및/또는 가압된 임의의 양의 투과물 또는 다른 역류 세정 용매를 매니폴드(238)에 공급함으로써 간단하게 역 파동 또는 역류 세정될 수 있다. 이와 같은 실시예의 경우에, 여과 카트리지 내의 여과 매체는 적어도 부분적으로 세척되고 재생될 수 있으며, 추가의 커피 고형물은 역류 세정 과정 중의 농축 추출물(224)에 추가되어 필터 카트리지의 농축액측으로부터 수집될 수 있다.
커피 추출물을 탈수 및 농축시키기 위해 본 발명에 따라 사용하기 위한 여과 시스템의 제3의 예시적인 실시예가 도8에 도시되었다. 여과 시스템(500)은 시스템의 크기나 용량과 필터 카트리지의 배열을 제외하고는 도7에 앞서 도시된 시스템(300)과 구성 및 작동에 있어서 유사하다. (당해 분야의 숙련자라면 자명한 바와 같이, 시스템(500)의 보다 큰 크기나 용량을 수용하기 위해 크기나 디자인이 잠재적으로 차이가 있으나) 앞에서 논의한 시스템(300)의 해당 부품과 디자인 및 기능이 유사한 시스템(500)의 부품들은 도7에서와 동일한 도면 부호가 부여되었으며 여기에서 별도로 설명하지 않는다. 본 발명의 하나의 특정 실시예의 여과 시스템(500)은 약 113.7 내지 151.6 리터/분(30 내지 40 갤런/분)의 공칭 설계 투과물 유속을 갖는 변형된 플루이드 솔루션즈 모델 번호 FSRO-600-10VS 역삼투압 시스템[매사추세츠주, 로웰의 플루이드 솔루션즈 인크.(Fluid Solutions, Inc.)]를 포함한다. 도시된 실시예에서와 같이 구성된 시스템은 식품/제약 등급 재료로 구성된다. 도시된 실시예에 구성된 바와 같이, 시스템은 식품/제약 등급 재료로 구성된다. 시스템은 일부 실시예에서 역삼투압/나노여과 분야의 숙련자라면 자명한 바와 같이 도시된 특정 부품들에 덧붙여 다양한 추가 밸브, 스위치, 압력 게이지, 변환기, 온도 탐침, 전자/마이크로프로세서식 감시/공정 제어 하드웨어 및 소프트웨어 등을 더 포함할 수 있다. 도시된 실시예에 구성된 바와 같은 시스템(500)은 5개의 여과 카트리지(502, 504, 506, 508, 510)를 포함한다. 카트리지(502, 504)는 병렬로 배열되고 서로 병렬로 연결된 카트리지(506, 508, 510)와 직렬로 연결된다. 병렬 카트리지(502, 504)는 라인(514, 516)을 통해 각각 카트리지(502, 504)에 연결되는 유입 매니폴드(512)에 의해 공급된다. 카트리지(502, 504)로부터 유출된 보유물은 각각 라인(520, 522)을 통해 유출 매니폴드(518)로 유동하며, 매니폴드(518)로부터 라인(524)을 통해 카트리지(506)로 유동한다. 카트리지(506)로부터 유출된 보유물은 라인(526)을 통해 카트리지(508)에 공급되며 카트리지(508)로부터의 보유물은 라인(528)을 통해 카트리지(510)에 공급된다. 최종 여과 카트리지(510)에 의해 제조되는 농축 보유물은 카트리지로부터 라인(530)을 통해 수집 또는 재순환을 위해 유동한다. 각각의 여과 카트리지(502, 504, 506, 508, 510)는 도시된 바와 같이 2개의 필름테크(등록상표) 모델 번호 SW30-8040 나선 권취 필터막 요소를 포함한다. 필터막 요소 각각은 약 28 ㎡의 필터막 면적을 포함한다. 필터막 요소의 최대 작동 압력은 약 7 ㎫(1015 psi)이며 통상의 작동 압력은 약 4.14 내지 6.21 ㎫(600 내지 900 psi)이다.
앞에서 논의한 바와 같이, 농축된 소모성 추출물, 예를 들어, 커피 추출물을 본 발명의 용매 제거 및 탈수 방법은 다양한 유리한 특징 및 장점을 본 발명의 추 출 제조 방법 및 시스템에 제공한다. 예를 들어, 커피 추출물의 제조를 필요로 하는 일부 실시예에서, 보다 더욱 농축된 커피 추출물, 예를 들어, 적어도 약 6중량%의 커피 고형물, 일부 실시예에서는 적어도 약 10중량%의 커피 고형물, 일부 실시예에서는 적어도 약 12중량%의 커피 고형물, 일부 실시예에서는 적어도 약 15중량%의 커피 고형물, 일부 실시예에서는 적어도 약 20중량%의 커피 고형물, 일부 실시예에서는 적어도 약 25중량%의 커피 고형물, 일부 실시예에서는 적어도 약 30중량%의 커피 고형물, 일부 실시예에서는 적어도 약 40중량%의 커피 고형물을 포함하는 고농축 커피 추출물을 형성하기 위해 앞에서 설명한 본 발명의 추출 방법에 의해 제조되는 커피 추출물을 농축 및 탈수하기 위해서 도6을 참조하여 이상에서 설명한 것과 같은 탈수 과정이 사용될 수 있다. 더욱이, 여기에서 설명한 본 발명의 추출 및 탈수 방법에 의해 제조되는 고농축 추출물은 추출물이 마련되는 볶은 커피의 유효량의 품종별 맛과 향 성분을 유리하게 보유할 수 있다. 이와 같은 한 적용은 발명의 고농축된 커피 추출물을 커피 아이스크림의 제조를 위한 맛 성분으로서 사용하는 것인데, 너무 많은 물은 최종 아이스크림 제품의 바람직하지 않은 결빙과 조직의 열화를 초래할 수 있다. 추가로, 여기에서 설명한 본 발명의 농축 방법에 의해 커피 추출물을 농축 및 탈수하는 것은 소정량의 커피 고형물이 그 안에 있으며, 유효량의 품종별 맛과 향 성분을 포함하고, 비교적 적은 총 제품 중량 및 체적을 갖는 농축 커피 추출물 제품을 유리하게 제공할 수 있다. (존재하는 커피 고형물의 양에 비례하는) 소정량의 커피 향과 맛에 대하여, 예를 들어, 2인 인자로 추출물의 농도를 증가시킴으로써, 커피 추출물 제품의 체적이 2의 인자로 유사하게 감소될 수 있으며 제품의 중량도 거의 이만큼 감소될 수 있어서, 상당한 운송 및 포장 비용을 절약한다. 유사하게는, 본 발명을 실행함으로써 얻을 수 있는 보다 높은 수준의 농축은 예를 들어, 5, 10, 20, 30, 40, 50 또는 60의 인자에 의해 농도가 증가되며, 운송, 포장 및 저장 비용을 보다 많이 절감할 수 있게 된다.
또한, 이상 논의한 바와 같이, 본 발명의 추출 및 농축 방법은 소정 충전량의 볶은 커피를 추출함으로써 제조되는 다양한 맛과 향 특성을 갖는 농축 커피 추출물의 형성을 허용한다. 여기에 기재된 본 발명의 추출 공정의 성질은 커피 추출에 보다 적은 양의 물이 사용될수록, 제조되는 추출물 내의 커피 고형물의 농도 수준이 높아지는 경향이 있지만, 또한 보다 강한 맛과 추출 가능한 커피 고형물이 추출기에 잔류하는 완전하게 추출되지 않은 분말 내에 남아 있게 된다는 것이다. 본 발명의 농축 방법을 사용하면, 1차 통과 고농도 커피 추출물이 비교적 소량의 물을 가지고 새로 충전된 볶은 커피를 추출함으로써 제조될 수 있으며 "엑스트라 버진" 커피 농축액으로 구분해둔다. 추출기 내의 볶은 커피는 그런 후에 볶은 커피를 보다 완전하게 추출하여 추출 효율을 높이기 위해 추출 중에 증가된 물의 양을 사용하는 하나 이상의 추가 추출 사이클을 거치게 된다. 이러한 2차 및 이어지는 추출 온수에서 얻어지는 추출물은 일부 실시예에서 "엑스트라 버진" 농축액의 농도와 유사한 전체 커피 고형물 농도를 갖도록 이상에서 설명한 본 발명의 농축 방법을 사용하여 탈수될 수 있다. "엑스트라 버진" 농축액과 다음의 추출 사이클로부터 탈수된 농축액은 "엑스트라 버진" 추출물에 의해 전달되는 비교적 단맛의 맛/향 속성과, 볶은 커피의 2차 또는 다음의 추출에 의해 제조되는 추출물에 의해 전달되는 보다 쓴/신 맛/향 속성이 균형을 이룬 추출물을 형성하도록 혼합될 수 있다. 이들 혼합된 추출물은 종종 많은 종래 기술의 커피 음료 제조 방법에 의해 제조되는 음료 품질 커피가 대표하는 전체적인 맛/향을 갖는다. 이와 같은 혼합 추출물은 조미료로 사용될 수 있거나, 또는 맛좋고 균형이 잘 맞는 커피 음료를 제조하기 위해서 음료 농도의 추출물, 예를 들어, 약 1중량% 용해된 커피 고형물과 약 4중량%의 커피 고형물을 함유하는 추출물을 대표하는 최종 분해 커피 고형물 농도로 물로 희석시킴으로써 재구성될 수 있다. 단맛과 쓴맛/신맛 사이의 특정 균형은 원할 때 예를 들어 "엑스트라 버진" 추출물과, 혼합된 추출물에서 다음의 추출 및 농축에 의해 제조되는 추출물의 상대 비율을 조정함으로써 쉽게 조정될 수 있다. "엑스트라 버진" 추출물과 탈수에 의한 농축으로 이어지는 볶은 커피의 추출에 의해 제조되는 추출물의 전체 커피 고형물 농도가 거의 동일한 경우에, 보다 풍부하고 단맛이 강한 추출물/음료가 요구되는 경우에, 혼합물에 추가되는 "엑스트라 버진" 추출물의 양이 다음의 추출 및 농축에 의해 제조되는 추출물의 양보다 많아야 하고, 보다 시큼하고 쓴맛이 강한 추출물/음료가 요구되는 실시예의 경우에, 혼합물에 추가되는 "엑스트라 버진"의 양은 다음의 추출 및 농축에 의해 제조되는 양보다 적어야 하며, 보다 균일하게 균형 잡힌 추출물/음료가 요구되는 실시예의 경우, 혼합물에 추가되는 "엑스트라 버진" 추출물의 양은 다음의 추출 및 농축에 의해 제조되는 양과 대략 동일해야 한다.
일반적으로, 본 발명의 추출 및 탈수 방법은 "엑스트라 버진" 추출물과 볶은 커피의 보다 철저한 추출에 의해 제조되는 다른 추출물을 제조하기 위한 넓은 범위 의 유연성을 제공하는데, 각 추출물은 높은 수준의 용해된 커피 고형물 농도, 예를 들어 적어도 약 6중량%의 용해된 커피 고형물을 가지며, 기호에 맞는 맛/향 프로파일을 갖는 추출물을 제조하기 위해 다양한 비율로 혼합될 수 있거나, 다른 마켓에서 별도로 판매될 수 있다.
이와는 다르게, 다른 실시예에 있어서, 일회 충전의 볶은 커피는 일회 추출로 완전하게 추출되어 종래의 브루 커피를 대표하는 맛 특성을 갖는 음료 농도 또는 음료 농도보다 낮은 농도의 추출물 제조하며, 이 추출물은 차후에 탈수되어 이상에서 설명한 바와 같이 농축되어 감소된 체적과 중량을 갖는 농축 추출물을 제조할 수 있는데, 이는 종래의 브루잉 커피를 대표하는 동일한 맛 특성을 갖는 커피 음료를 제조한다. 산소와의 연장된 노출에 의해 커피 추출물의 맛, 질 및 저장 수명이 단축될 수 있기 때문에, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 대기와의 추출, 탈수 및 임의의 다음 처리 중에 추출물의 대기와의 접촉을, 예를 들어, 질소와 같은 불활성 기체를 앞에서 설명한 바와 같이 제조 및 처리 중에 추출물을 접촉하는 차단/일소 가스로서 활용함으로써 최소화한다.
본 발명의 기능 및 장점은 다음의 예로부터 보다 충분하게 이해될 것이다. 다음의 예들은 본 발명의 작동을 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 전체 범위를 설명하기 위한 것은 아니다.
실시예 1: 후속 탈수 공정이 없는 일회 통과 추출
도1 내지 도4와 연계하여 설명한 공업용 추출기는 앞의 부분에서 설명하고 변형예는 아래에 설명된 방법을 사용하여 커피 추출물을 제조하는 데 사용되었다. 대략 120.2㎏(265 파운드)의 코스타리카산, 콜롬비아산 그리고 수마트라산 커피 원두의 혼합물은 중간 어두운 색으로 볶아졌으며, 4.0으로 맞춘 번 커피 분쇄기(HVG, Bunnomatic, 일리노이주 스프링필드)에 의해 분쇄되었다. 로탑 체(Rotap sieve) 분석은 타일러 체(Tyler sieve)(12, 16, 18) 내에 80% 보유되고, 나머지 20%는 체(20, 30, 40, 45)와 하부 트레이에 걸쳐 분포되어 있다.
용기는 베드를 형성하는 건조 분말 커피로 충전되고 시스템은 이상에서 설명한 바와 같이 89.4℃(193℉) 및 0.621㎫(90 psig)로 유지되는 공급원으로의 온수에 의해 습윤되었다. 그런 후에 추출 유출 라인(23)의 밸브(25)가 폐쇄되어 약 151.6 리터(40 갤런)의 온수가 유입 라인(46)을 통해 용기 내로 추가되어서 최종 용기 압력이 약 0.621㎫(90 psig)이 되었다. 그런 후에 용기는 앞에서 설명한 바와 같이 잉여 공기를 제거하기 위해 "트림"하였으며 그런 다음 가압 공기에 의해 약 0.827㎫(120 psig)로 가압되었다. 커피는 이 압력에서 약 10분간 유동 없이 "압력 처리"되었으며, 이 때, 밸브(25)는 대략 2 분 내에 약 73.9℃(165℉)를 약 12.8℃(55℉)로 배출 추출물의 온도를 낮추기 위해 작동되는 스테인리스강 열 교환기(냉각기(28))를 통해 추출물이 용기로부터 유동하는 것을 허용하도록 개방되었다. 용기 내의 압력이 약 0.621㎫(90 psig)로 떨어지면, 용기로의 온수 공급은 수성 용매 유입 라인(46) 상의 밸브(47)를 개방함으로써 재설정되었다. 추가의 341.1 리터(90 갤런)의 온수는 그런 다음 밸브(47)를 폐쇄하기 전에 커피의 베드를 통해 통과되었다. 더 이상의 추출물이 용기로부터 유동되는 것이 관찰되지 않으면, 가압 공기가 0.827㎫(120 psig)로 용기에 공급되어 수집을 위해 베드로부터 잔 여 추출물을 일소하였다. 추출물의 총 수득률은 120㎏(265 파운드)의 건조 커피로부터 약 379 리터(100 갤런)이었다.
추출물은 맛/향 검사에 의해 품종별 성분을 보유하면서 깨끗한 커피 맛을 갖는 특별한 단맛을 가지며, 대체로 신맛은 없는 것으로 판명되었다. 추출물은 약 8.0(약 6.5 % 용해된 가용성 물질)의 브릭스 판독을 가졌으며, 일반 드립 브루 농도이면서 우수한 단맛과 향을 갖는 커피 음료를 산출하기 위해서는 추출물의 0.4535㎏(1 파운드) 당 약 3.1745㎏(7 파운드)의 물로 재구성될 수 있다.
실시예 2: 2차 통과 추출물의 탈수와 혼합 커피 추출물의 형성 공정이 후속하는 2회 통과 추출
도1 내지 도4와 연계하여 설명한 공업용 추출기는 앞의 부분에서 설명하고 변형예는 아래에 설명된 방법을 사용하여 커피 추출물을 제조하는 데 사용되었다. 대략 90.7㎏(200 파운드)의 수마트라산 커피 원두가 볶아졌으며 실시예 1에서와 같이 분쇄되었다.
추출 용기는 건조 분말 커피로 충전되었으며, 본 발명에서는 가압 질소가 실시예 1에서 사용된 가압 공기 대신에 활용된 것을 제외하고는 약 227.4 리터(60 갤런)의 1차 통과 추출물은 실시예 1에 대하여 앞에서 설명된 바와 같이 제조되었다. 또한, 실시예 1에서 가스로 베드로부터 잔여 추출물을 일소하기 바로 전에 수행되는 커피 베드를 통해 추가의 온수를 통과시키는 단계는 본 실시예에서는 생략되었다. 통과 추출물의 총 수득률은 건조 커피의 90.7㎏(200 파운드)로부터 약 227.4 리터(60 갤런)이었다. 추출물은 챙겨두었다.
2차 통과 추출물은 이상 설명한 바와 같이 1차 통과 추출물을 제조하기 위해 앞에서 사용한 동일 충전량의 분쇄된 커피를 사용한 것을 제외하고, 또한 용기로부터 수집된 추출물이 바로 압력 처리 단계를 거친 후에 그리고 질소로 베드로부터 잔여 추출물을 일소하기 전에, 추가된 227.4 리터(60 갤런)의 온수는 실시예 1에서 상술한 바와 같이 유사한 방식으로 커피의 베드를 통해 온수를 통과시키는 것을 제외하고는 이상 설명한 바와 같이 마련되었다. 2차 통과 추출물의 총 수득률은 약 454.8 리터(120 갤런)이다.
2차 통과 추출물은 그런 다음 도6과 관련하여 이상 설명한 프로시스 모델 번호 400 시리즈 역삼투압 시스템(병렬로 배열된 4개의 모델 번호5921S 코크 나노여과막 카트리지)을 사용하여 탈수되었다. 시스템은, 추출물이 교차 유동 방식으로 필터 요소를 통해 펌핑되고 농축된 보유물은 추출물 공급 컨테이너로 재순환되는 복수 통과/재순환 모드로 작동되었다. 시스템은 약 227.4 리터(60 갤런)의 수성 용매가 시스템으로부터 투과물로 수집될 때까지 이러한 방식으로 작동되어야 한다. 결과적인 농축 추출물은 상기에 제조된 1차 통과 추출물과 동일 비율로 혼합되어 혼합, 농축 커피 추출물을 산출한다.
혼합 추출물은 맛/향 검사에 의해 단맛과 쓴맛/신맛 성분에 대하여 잘 균형이 잡힌 깨끗한 커피 맛을 갖는 것으로 판명되었다.
용기는 베드를 형성하는 건조 분쇄 커피로 충전되었으며 시스템은 이상 설명된 바와 같이 89.4℃(193℉)이고 0.621㎫(90 psig)로 유지되는 공급원으로부터의 온수에 의해 습윤되며, 다만 추출기에 추가된 947.5 리터(250 갤런)의 온수는 라인(23)과 접선 방향 라인(42, 55)을 거쳐 하부 스크린을 통해 추가되었다. 947.5 리터(250 갤런)에서, 환기 라인은 폐쇄되고, 추가의 약 189.5 리터(50 갤런)의 온수가 라인(46)과 물 분사 헤드(63)를 통해서 폐쇄된 추출기에 추가되어, 추출기의 내부 압력을 약 0.276 내지 0.345㎫(40 내지 50 psig)로 상승시켰다. 커피는 약 30 분간 유동이 없는 상태에서 이 압력으로 "압력 처리"되었으며, 이 때, 밸브(25)는 추출물이 바스켓 필터와 스테인리스강 열교환기(냉각기(28))를 통해 약 22.74 내지 30.32 리터/분(6 내지 8 갤런/분)의 유속으로 용기로부터 유동하는 것을 허용하도록 제어 가능하게 개방되며, 상기 열교환기는 추출물을 약 10℃(50℉)의 온도로 냉각시켰으며, 수집 컨테이너로 유동시켰다. 그런 후에 용기로의 온수 공급은 수성 용매 유입 라인(46) 상의 밸브(47)를 개방하여 유동이 중지되고 밸브(47)가 폐쇄되는 추가의 약 2274 리터(600 갤런)의 온수가 커피의 베드를 통과할 때까지 전술한 압력에서 약 22.74 내지 30.32 리터/분(6 내지 8 갤런/분)의 제어식 유속으로 온수를 펌핑함으로써 약 0.276㎫(40 psig)의 제어식 공급 압력에서 재수립된다. 용기로부터의 더 이상의 추출물 유동이 관측되지 않으면, 가압 질소가 용기에 공급되어 수집을 위해 베드로부터 잔여 추출물[약 379 리터(100 갤런)]을 일소한다. 589.55㎏(1300 파운드)의 건조 커피로부터의 추출물의 총 수득률은 약 3790 리터(1000 갤런)이었다.
3790 리터(1000 갤런)의 상기 추출물은 그런 후에 도7과 관련하여 이상에서 설명한 플루이드 솔루션즈 모델 번호 10037 역삼투압 시스템(15 필름텍 모델 번호 BW30-4040 역삼투압 막 카트리지에 의해 구성된)을 사용하여 탈수된다. 시스템은 전술한 바와 같이 복수 통과/재순환 모드에서 작동되었으며, 이 모드에서 추출물은 교차 유동 방식으로 필터 요소를 통해 펌핑되었으며 농축 보유물은 추출물 공급 컨테이너로 재순환되었다. 시스템은 이러한 방식으로 약 3221.5 리터(850 갤런)의 수성 용매가 시스템으로부터 투과물로서 수집될 때까지 작동되었다.
농축 추출물은 맛과 향 검사에 의해 단맛과 쓴맛/신맛 성분에 대하여 잘 균형이 잡힌 깨끗한 커피 맛을 갖는 것으로 판명되었다. 추출물은 또한 추출물이 마련되었던 수마트라산 볶은 커피를 나타내는 품종별 성분을 보유하는 것으로 판명되었다. 추출물은 약 30(약 25중량 %의 용해된 가용성 물질)의 브릭스 판독을 가지며, 일반 브루 농도를 가지며 바람직한 품종별 맛과 향 성분을 포함하는 균형이 잘 맞는 커피 맛을 갖는 커피 음료를 산출하기 위해서는 0.4535㎏(1 파운드)의 추출물 당 13.605㎏(30 파운드)의 물에 의해 재구성될 수 있다.
본 발명은 이상 여러 실시예와 구체적인 예를 참조하여 도시 및 설명되었으나, 본 발명은 설명한 실시예 또는 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 가르침은 당해 분야의 숙련자에 의해 다양한 추가 방법으로 다양한 추가 목적을 가지고 실행될 수 있다. 당해 분야의 숙련자라면 여기에 기재된 모든 매개 변수와 형태는 설명을 위한 것이며 실제 매개 변수와 형태는 본 발명의 시스템 및 방법이 사용되는 구체적인 응용에 따라서 좌우될 것이다. 당해 분야의 숙련자라면 일반적인 시험만을 사용해서도 여기에 기재된 바와 같은 본 발명의 구체적인 실시예들의 많은 균등물을 인식 또는 확인할 수 있을 것이다. 그러므로, 전술한 실시예들은 예로서 제시되었을 뿐 첨부된 청구의 범위 및 그 균등물의 범위 내에서, 본 발명은 구체적으로 기재된 것과는 다르게 실시되어야 한다. 본 발명은 여기에 기재된 각각 개별 특징, 시스템 또는 방법에 관한 것이다. 추가로, 2개 이상의 이와 같은 특징부, 시스템 또는 방법의 임의의 조합은 이와 같은 특징부, 시스템 또는 방법들이 서로 간에 상반되지 않는다는 가정 하에 본 발명의 범위 내에 포함된다.

Claims (51)

  1. 농축 커피 추출물을 형성하기 위한 방법이며,
    a. 소정량의 분쇄되지 않은 볶은 커피를 제공하는 단계와,
    b. 소정 체적의 소모성 용매를 소정량의 분쇄되지 않은 볶은 커피에 공급하는 단계와,
    c. 소모성 용매 및 용해된 커피 고형물을 포함하는 소모성 커피 추출물을 형성하는 단계와,
    d. 소모성 커피 추출물을 필터의 농축액측에 공급하는 단계와,
    e. 상기 커피 고형물의 적어도 일부를 필터의 농축액측 상에 보유하면서 필터의 투과측 상에 투과물을 형성하도록 여과 매체를 통해 소모성 커피 추출물의 소모성 용매 성분의 적어도 일부를 통과시켜, 상기 커피 고형물에서 더욱 농축되는 용매가 감소된 소모성 커피 추출물을 필터의 농축액측 상에 형성하는 단계와,
    f. 용매가 감소된 소모성 커피 추출물을 수집하는 단계를 포함하는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계(e) 이후에, 필터의 투과측으로부터 투과물을 수집하는 단계를 추가로 포함하는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 수집된 투과물을 소정량의 고형 원료를 통해 유동시킴으로써 수집된 투과물로 2차 추출물을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 단계(a)는 분쇄되지 않은 볶은 커피의 베드를 형성하는 단계를 추가로 포함하고, 단계(c)는,
    ⅰ. 용매 및 베드를 소정의 제어 가능한 압력 수준으로 가압하는 단계와,
    ⅱ. 비유동 상태에서 원하는 시간 동안 소정의 압력을 유지하는 단계와,
    ⅲ. 베드로부터의 소모성 커피 추출물의 유동을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 여과 매체는 적어도 하나의 중합체 여과막을 포함하는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 중합체 여과막은 역삼투막을 포함하는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 중합체 여과막은 나노여과막을 포함하는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  8. 제1항에 있어서, 단계(e) 중에, 필터의 투과측에 하류압력이 인가되고 필터의 농축액측에 상류압력이 인가되고, 상류 압력은 하류 압력보다 높은 압력으로 유지되는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상류 압력은 단계(d)에서 필터의 농축액측에 공급되는 소모성 커피 추출물을 가압함으로써 생성되는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 소모성 커피 추출물은 펌프로 소모성 커피 추출물을 펌핑함으로써 가압되는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  11. 제9항에 있어서, 소모성 커피 추출물은 압축 가스로 가압되는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 압축 가스는 불활성 가스인 농축 커피 추출물 형성 방법.
  13. 제1항에 있어서, 단계(e) 중에, 단계(d)에서 필터의 농축액측에 공급되는 소모성 커피 추출물의 소모성 용매 성분의 적어도 50 %가 필터의 투과측으로 통과되는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  14. 제2항에 있어서, 단계(f) 이후에,
    g. 소정량의 역류 세정 용매를 필터의 투과측에 공급하고, 역류 세정 용매를 여과 매체를 통해 필터의 농축액측으로 통과시켜 필터 매체의 농축액측 상에 층을 형성하는 임의의 커피 고형물의 적어도 일부를 제거하고, 필터의 농축액측으로부터 임의의 제거된 커피 고형물과 함께 역류 세정 용매를 수집함으로써 소모성 역류 세정 용매로 여과 매체를 역류 세정하는 단계를 추가로 포함하는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  15. 제4항에 있어서, 소모성 커피 추출물은 볶은 커피의 수성 추출물을 포함하는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  16. 제1항의 방법에 따라 제조되는 용매가 감소된 소모성 농축 커피 추출물.
  17. 제15항의 방법에 따라 제조되는 수분이 감소된 농축 커피 추출물.
  18. 제17항에 있어서, 수분이 감소된 농축 커피 추출물은, 적어도 6 중량%의 커피 고형물이 용해된, 수분이 감소된 농축 커피 추출물.
  19. 제18항에 있어서, 수분이 감소된 농축 커피 추출물은, 적어도 10 중량%의 커피 고형물이 용해된, 수분이 감소된 농축 커피 추출물.
  20. 제19항에 있어서, 수분이 감소된 농축 커피 추출물은, 적어도 15 중량%의 커피 고형물이 용해된, 수분이 감소된 농축 커피 추출물.
  21. 제20항에 있어서, 수분이 감소된 농축 커피 추출물은, 적어도 20 중량%의 커피 고형물이 용해된, 수분이 감소된 농축 커피 추출물.
  22. 제21항에 있어서, 수분이 감소된 농축 커피 추출물은, 적어도 25 중량%의 커피 고형물이 용해된, 수분이 감소된 농축 커피 추출물.
  23. 제22항에 있어서, 수분이 감소된 농축 커피 추출물은, 적어도 30 중량%의 커피 고형물이 용해된, 수분이 감소된 농축 커피 추출물.
  24. 제23항에 있어서, 수분이 감소된 농축 커피 추출물은, 적어도 40 중량%의 커피 고형물이 용해된, 수분이 감소된 농축 커피 추출물.
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  30. 배합된 원두 커피 추출물을 제조하는 방법이며,
    a. 제1 농도를 갖는 용해된 커피 고형물의 1차 통과 커피 추출물을 형성하도록 소정량의 수성 용매로 소정량의 볶은 커피를 추출하는 단계와,
    b. 용해된 커피 고형물의 제1 농도보다 작은 제2 농도를 갖는 2차 통과 커피 추출물을 형성하도록 추가량의 수성 용매로 단계(a)에서 미리 추출된 동일량의 볶은 커피를 추출하는 단계와,
    c. 소정량의 수성 용매를 제거함으로써 2차 통과 커피 추출물에서 용해된 커피 고형물의 농도를 증가시키는 단계와,
    d. 배합 추출물을 형성하도록 단계(c)에서 농축된 소정량의 2차 통과 추출물과 소정량의 1차 통과 추출물을 배합하는 단계를 포함하는 원두 커피 추출물 제조 방법.
  31. 제30항에 있어서, 단계(c)에서 2차 통과 커피 추출물에서의 용해된 커피 고형물의 농도는 여과에 의해 일정량의 수성 용매를 제거함으로써 증가되는 원두 커피 추출물 제조 방법.
  32. 제30항에 있어서, 단계(d)에서 1차 통과 추출물의 양은 단계(c)의 2차 통과 농축물의 양보다 큰 원두 커피 추출물 제조 방법.
  33. 제30항에 있어서, 단계(d)에서 1차 통과 추출물의 양은 단계(c)의 2차 통과 농축물의 양보다 적은 원두 커피 추출물 제조 방법.
  34. 제30항에 있어서, 단계(d)에서, 1차 통과 추출물의 양과 단계(c)의 2차 통과 농축물의 양은 기본적으로 동일한 원두 커피 추출물 제조 방법.
  35. 제30항에 있어서, 단계(c)에서 2차 통과 추출물에서 용해된 커피 고형물의 농도는 상기 제1 농도까지 증가되는 원두 커피 추출물 제조 방법.
  36. 제35항에 있어서, 단계(d)에서 제1 통과 추출물의 양과 단계(c)의 2차 통과 농축물의 양은 기본적으로 동일한 원두 커피 추출물 제조 방법.
  37. 제30항의 방법에 따라 제조되는 배합 원두 커피 추출물.
  38. 제30항에 있어서, 배합 추출물은 적어도 6 중량%의 용해된 커피 고형물의 농도를 갖는 원두 커피 추출물 제조 방법.
  39. 제38항의 방법에 따라 제조되는 배합 원두 커피 추출물.
  40. 제38항에 있어서, 단계(d) 이후에,
    e. 용해된 커피 고형물의 농도가 1 중량% 내지 4 중량%가 되도록 수성 용액으로 배합 추출물을 희석시키는 단계를 추가로 포함하는 원두 커피 추출물 제조 방법.
  41. 고형 원료의 농축된 소모성 추출물을 형성하는 방법이며,
    고형 원료의 베드를 형성하는 단계와,
    소정 체적의 소모성 용매를 베드에 공급하는 단계와,
    용매 및 베드를 소정의 제어 가능한 압력 수준으로 가압하는 단계와,
    비유동 상태에서 원하는 시간 동안 소정의 압력을 유지하는 단계와,
    베드로부터의 소모성 추출물의 유동을 형성하는 단계와,
    추출물을 필터의 농축액측에 공급하는 단계와,
    소모성 재료의 적어도 일부를 필터의 농축액측 상에 보유하면서 필터의 투과측 상에 투과물을 형성하도록 여과 매체를 통해 추출물의 용매 성분의 적어도 일부를 통과시켜, 소모성 재료에서 더욱 농축되는 용매가 감소된 소모성 추출물을 필터의 농축액측 상에 형성하는 단계와,
    용매가 감소된 추출물을 수집하는 단계를 포함하는 농축 소모성 추출물 형성 방법.
  42. 제41항에 있어서, 압력 유지 단계에서 유지되는 압력 수준은 적어도 40 psig(275.8 kPa)인 농축 소모성 추출물 형성 방법.
  43. 제42항에 있어서, 압력 유지 단계에서 유지되는 압력 수준은 적어도 50 psig(344.7 kPa)인 농축 소모성 추출물 형성 방법.
  44. 제43항에 있어서, 압력 유지 단계에서 유지되는 압력 수준은 적어도 100 psig(689.4 kPa)인 농축 소모성 추출물 형성 방법.
  45. 제4항에 있어서, 압력 유지 단계에서 유지되는 압력 수준은 적어도 40 psig(275.8 kPa)인 농축 커피 추출물 형성 방법.
  46. 제45항에 있어서, 압력 유지 단계에서 유지되는 압력 수준은 적어도 50 psig(344.7 kPa)인 농축 커피 추출물 형성 방법.
  47. 제46항에 있어서, 압력 유지 단계에서 유지되는 압력 수준은 적어도 100 psig(689.4 kPa)인 농축 커피 추출물 형성 방법.
  48. 농축 커피 추출물을 형성하는 방법이며,
    a. 용매 및 용해된 커피 고형물을 포함하는 커피 추출물을 필터의 농축액측에 공급하는 단계와,
    b. 커피 고형물의 적어도 일부를 필터의 농축액측 상에 보유하면서 필터의 투과측 상에 투과물을 형성하도록 여과 매체를 통해 커피 추출물의 용매 성분의 적어도 일부를 통과시켜, 필터의 농축액측 상에 농축 커피 추출물을 형성하는 단계와,
    c. 농축 커피 추출물을 수집하는 단계를 포함하며,
    단계(a) 내지 단계(c) 중 적어도 한 단계 중에, 여과 매체에 보유되어 통과하지 않은 커피 추출물은 필수적으로 적어도 하나의 불활성 가스로 구성된 가스 환경과 접촉이 유지되는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  49. 제48항에 있어서, 적어도 하나의 불활성 가스는 질소를 포함하는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  50. 제48항에 있어서, 단계(a) 내지 단계(c) 각각에서, 여과 매체에 보유되어 통과하지 않은 농축 커피 추출물은 필수적으로 적어도 하나의 불활성 가스로 구성된 가스 환경과 접촉이 유지되는 농축 커피 추출물 형성 방법.
  51. 제48항에 있어서, 단계(c)에서, 농축 커피 추출물은 적어도 하나의 불활성 가스로 차단된 수집 용기에 수집되는 농축 커피 추출물 형성 방법.
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