KR20170027849A - 풍미 성분을 보존하는 커피 추출물의 생산 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커피 추출물의 제조방법에 관한 것으로, 다음 단계들을 포함한다: 로스팅된 커피콩과 물의 혼합물을 제공하는 단계, 로스팅된 커피콩과 물의 혼합물을 가압 챔버에서 밀링하는 단계, 및 액상 커피 추출물 중의 밀링된 혼합물을 소비된 커피 분쇄물과 분리시키는 단계. 상기 커피 추출물은 로스팅된 콩의 많은 풍미 성분을 유지한다.

Description

풍미 성분을 보존하는 커피 추출물의 생산{PRODUCTION OF A COFFEE EXTRACT PRESERVING FLAVOUR COMPONENTS}

본 발명은 추출물 중에 원래의 휘발성 성분을 보존하는 커피 추출물의 제조방법에 관한 것이다.

인스턴트 커피의 생산은 커피 식물에서 콩만을 뜨거운 물에 쉽게 용해될 수 있는 미립자 제품으로 변환시킨다. 체리(cherry)는 과일-펄프(fruit-pulp) 및 헐(hull)을 제거하여 씨 또는 콩만을 남기고, 이러한 씨 또는 콩이 건조되면 녹색 커피콩이 제조된다. 모든 녹색 커피콩이 가공되는 동안, 사용되는 방법은 다양하며 로스팅되고 우러난(brewed) 커피의 풍미에 상당한 영향을 줄 수 있다.

녹색 커피콩은 비교적 안정하고 커피 생산국에서 전세계 소비자들에게 운송된다. 추출을 위한 산업 현장에서 녹색 커피콩은 추출물 및/또는 인스턴트 가용성 커피을 제조하기 위하여 가공된다. 녹색 커피콩은 로스팅을 거친다. 로스팅은 녹색 커피콩을 로스팅된 커피콩으로 바꾸어 화학적 및 물리적 특성을 변형시킨다. 로스팅 공정은 커피의 특유의 풍미를 만드는 것이다. 이 공정에서 커피콩은 팽창하고 색 및 밀도가 변한다.

업계에서 일반적으로 사용되는 로스팅 설비는 녹색 콩 및 고온의 연소 가스를 담는 회전식 실린더이다. 콩 온도가 전형적으로 165-200℃에 도달하면, 팝콘에서 나오는 소리와 비슷한 튀는 소리와 함께 로스팅이 시작된다. 이러한 배치(batch) 실린더는 초기 수분 및 원하는 최종 색상에 따라 로스팅을 완료하는데 약 8-15분이 소요된다. 유동층(fluidized bed)을 이용한 커피 로스팅도 일반적으로 사용된다.

다음으로, 로스팅된 콩은 물에 의한 추출을 향상시키기 위하여 분쇄된다. 분쇄는 추출 공정에 따라 0.2-5.0 mm로 콩을 작게 만든다. 전통적으로, 로스팅된 콩은 건식 밀링으로 분쇄된다. 건식 밀링의 결과 특유의 냄새가 빠져나오며, 이는 로스팅된 커피콩으로부터 아로마 성분이 빠져나오는 것을 보여준다. 이들 빠져나온 아로마 성분은 최종 인스턴트 커피 제품 생산의 첫단계에서 이미 사라질 것이다.

선행기술은 커피 풍미 성분을 유지하는 몇가지 방법을 제시해왔다. 영국특허 GB 1.200.700는 오일 및 커피 풍미 성분을 유지하기 위한 추가적 수용성 커피 검(gum)의 사용을 개시한다. 가용성 건조 커피 검은 좋기로는 로스팅된 커피를 분쇄하기 전에 로스팅된 커피와 함께 블렌딩된다. 블렌딩 동안, 특히 블렌드를 분쇄하는 동안, 건조 가용성 검 입자는 오일 및 커피 풍미 성분의 흡수제로서 작용한다.

유럽특허 EP 1844661은 가용성 커피 추출물의 제조방법을 개시하며, 상기 방법은 다음을 포함한다: (1) 로스팅된 커피 고형분을 미세하게 습식 밀링하여 커피 고형분을 함유하는 커피 슬러리를 형성하는 단계; (2) 커피 고형분을 가수분해하여 가용성 커피 추출물을 형성하기에 충분한 온도 및 시간 동안, 안정화된 효소 조성물 형태의 효소 유효량으로 커피 슬러리를 처리하는 단계로서, 안정화된 효소 조성물은 효소 및 효소를 안정화시키는 유효량의 커피 유래 물질을 포함하는 것인 단계; 및 (3) 가용성 커피 추출물을 농축물(retentate) 및 투과물로 분리하는 단계로서, 투과물은 가용성 커피 추출물을 포함하는 것인 단계.

선행기술로서 5-히드록시메틸 푸르푸랄(5-HMF)과 같은 풍미를 제거하기 위한 멤프레인 기반의 방법이 제안되었다. 5-HMF는 포도주 또는 건초 같은 맛이 나는 것으로 인식된다. 유럽특허 EP1745702는 막(membrane) 기반의 방법에 관한 것으로, 여기서 커피 추출물은 커피콩 또는 분쇄 커피 또는 예비추출된 커피 분쇄물을 가수분해 효소, 좋기로는 탄수화물 분해효소 또는 프로테아제 효소, 예컨대 글루카나아제 및 만나나아제 또는 이들의 혼합물, 좋기로는 만나나아제, 셀룰라아제 및 프로테아제 효소를 포함하는 혼합물과 함께 미세하게 습식 밀링함으로써 제조된다. 상기 효소는 막 장치의 사용을 통해 반응 구역에 보유되어 최종 추출물에는 본질적으로 효소, 오일 또는 미립자가 없고, 결국 효소(들)이 재사용될 수 있다. 이러한 공정의 결과 반응 구역에는 5-히드록시메틸 푸르푸랄(5-HMF)이 소량만 존재하게 되는데, 이는 5-HMF가 막을 투과하기 때문이고, 따라서 효소 활성을 억제하지 않는다.

본 발명의 목적은 커피 아로마를 커피 추출물에 보존하거나 커피 가공에 있어 대체 사용을 위한 방법을 제공하는 것이다. 특히, 휘발성 커피 아로마 성분이 보존된다. 커피 추출물 내의 아로마 성분의 유지는 최종 제품의 질을 향상시킨다. 품질 향상은 인스턴트 커피 입자가 뜨거운 물에 적셔질 때 휘발성 아로마 성분의 증발에 의한 감각적인(맛, 냄새, 시각적 인상 등) 경험을 포함한다.

본 발명은 로스팅된 커피콩과 물의 혼합물을 제공하는 단계, 로스팅된 커피콩과 물의 혼합물을 가압 챔버 내에서 밀링하는 단계, 및 밀링된 혼합물을 액상 커피 추출물과, 예를 들어 퍼콜레이션(percolation)에 의한 커피 분쇄물로 분리하는 단계를 포함하는 커피 추출물의 제조방법에 관한 것이다.

밀링하는 동안 로스팅된 콩을 물에 담그면 상당한 양의 휘발성 아로마 성분이 물에 용해되어 주변 공기로 유리되는 대신에 추출물에 나타난다. 또한, 밀폐된 가압 챔버는 휘발성의 수용성 아로마 성분의 용해도를 증가시키고 휘발성 성분이 주위로 빠져나가지 않고 동일한 구획에서 유지되도록 한다. 또한, 산화가 방지된다.

로스팅된 커피콩과 물의 혼합물을 밀링하기 위한 가압 챔버의 사용은 또한 거품 발생의 경향을 감소시킨다. 아마도 CO₂ 배출 가스와 약 10 중량%인 콩의 단백질 함량 때문에 습식 분쇄 공정은 밀링하는 동안 거품 축적이 발생할 수 있다. 거품의 형성은 공정의 중단 및 뒤따르는 고된 장비 청소로 이어질 수 있다. 대기압 보다 높은 압력은 CO₂ 거품 발생을 방지하여 거품 형성을 감소시킨다. 거품을 감소시키는 또다른 방법은 거품 조절 장치 및 부형제이다.

또한, 단일 공정 단계에서 밀링과 1차 추출을 조합하면 전체 공정의 복잡성을 감소시킨다.

전통적인 가정용 커피 브루잉(brewing)은 끓는점 근처의 수온, 즉 100℃에서 수행된다. 산업 설비에서는 더 높은 수율을 얻기 위하여 추출 온도가 더 높으며, 예를 들어 180℃이다. 본 발명은 커피를 추출하기 위해 통상적으로 사용되는 어떤 온도에서 수행하여도 무방하지만, 로스팅된 커피콩과 혼합하기 전에 물을 가열하여 80℃ 이하의 혼합물을 얻는 것이 바람직하다. 비교적 차가운 물의 사용은 휘발성 아로마 화합물이 분해되는 것을 방지한다. 많은 아로마 성분은 분해되거나 수성 혼합물 중의 산소, 물 또는 화합물과 반응하는 경향이 있다. 반응 생성물은 불특정한 성질의 감각적인 경험을 일으킨다.

일부 구현예에서, 80℃ 이하의 저온 추출은 중간 증기 폭발(intermediate steam explosion)을 선택적으로 포함하며, 놀랍게도 최대 50%의 높은 수율을 초래한다. 이러한 방법은 반전문적 및 전문적 커피 브루잉(카페 장비 및 자동화) 뿐만 아니라 가정용 커피 제조에도 사용할 수 있다. 상기 방법을 사용하면, 요구되는 입도, 압력 등을 처리할 수 있는 장치에서 즉석음료(ready-to-drink) 추출물을 제조할 수 있다. 이러한 소비자 장치 중 하나는 사용자에게 일반 가정용 커피메이커에 비해 높은 수율과 품질을 제공할 것이다. 그 결과, 커피콩의 소비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 물 온도가 80℃ 이하이므로 에너지를 절약할 수 있다. 또한, 초래되는 이점 중 하나는 소비자가 화상의 위험을 줄일 수 있다는 것이다.

다른 구현예에서, 물은 로스팅된 커피콩과 혼합하기 전에 가열하여 95℃ 이하, 예컨대 90℃ 이하의 혼합물을 얻는다. 다른 구현예에서, 아로마 성분이 반응하는 경향을 감소시키고 휘발성 성분의 증기압을 낮추기 위하여, 더 낮은 물의 온도, 예컨대 60℃ 미만, 적합하게는 50℃ 미만의 온도가 사용된다. 특정 일 구현예에서, 로스팅된 커피콩과 물의 혼합물의 온도는 실질적인 단백질 변성 이하의 온도이다. 일반적으로, 실질적인 단백질 변성은 40-90℃ 이하에서 일어난다. 혼합 전에 물의 가열을 피하기 위하여, 온도는 수돗물 온도일 수 있다. 대안적으로, 물은 실온 부근으로 약하게 가열된다.

저온의 사용은 5-HMF 및 불쾌한 맛을 갖는 다른 분해 생성물의 생성을 감소시킨다. 추출은 80℃ 미만의 온도에서 수행하는 것이 바람직하며, 일반적으로 추출 단계는 10-80℃ 범위의 온도에서 수행된다. 좋기로는, 물의 온도가 분해 생성물의 생성에 기여하는 것을 방지하기 위하여 추출은 15℃ 내지 45℃, 가장 좋기로는 실온에서 수행된다.

1차 추출은 일반적으로, 가용성 성분의 충분한 추출을 위하여 분리 전에 밀링된 혼합물을 5분 내지 2시간 이상 동안 가압 챔버에 유지시키는 것을 수반한다. 추출에 사용되는 특정 시간은 온도, 로스팅된 콩의 입도, 물과 콩의 비율, 물의 유속 등을 비롯한 여러가지 요소에 따라 달라진다.

로스팅된 콩과 물의 혼합, 및 그 혼합물의 밀링은 별도의 구획 및 서로 다른 온도에서 일어날 수 있다. 본 발명의 일 측면에서, 혼합은 대기압(ambient pressure)에서 수행되는 반면, 밀링은 가압된 구획에서 수행된다. 그러나, 바람직한 일 구현예에서, 로스트 커피와 물의 혼합은 가압 챔버에서 일어난다. 혼합 챔버 및 밀링 챔버의 압력은 서로 다를 수 있으나 적합하게는 실질적으로 동일한 수준이다. 본 발명의 일 측면에서, 밀링 단계 중의 압력은 0.5 barg 이상, 좋기로는 1 barg 이상이다.

로스팅된 커피콩과 물의 혼합은 혼합물의 밀링 직전에 인라인(in-line) 공정 단계로서 일어날 수 있다. 인라인 혼합은 효과적인 취급 및 짧은 공정 시간을 보장한다. 대안적으로, 혼합은 배치(batch) 공정으로 수행될 수 있다.

본 발명의 혼합 및 밀링 단계 동안 CO₂가 유리된다. 유리된 CO₂는 혼합 또는 밀링 챔버 밖으로 배출될 수 있다. 그러나, 특정 일 측면에서, 혼합 및/또는 밀링 공정 동안 로스팅된 커피콩으로부터 유리된 CO₂ 중 대부분은 로스팅된 커피와 물 추출물의 혼합물과 함께 유지되는 것이 바람직하다. 바람직한 일 측면에서, 밀링 공정 동안 CO₂의 전량은 본질적으로 밀링 챔버 내에 유지된다. 밀링 과정 후, 밀링된 혼합물의 압력을 감소시킨다. 적합하게는, 압력을 대기압으로 감소시킨다. 압력 감소에 의해 CO₂ 및 기타 휘발성 성분은 수집되거나 주변으로 배출될 수 있다. 특정 일 구현예에서, 압력 감소에 의해 유리된 가스는 휘발성 아로마 성분을 수집하기 위해 냉동 트랩을 통과한다. 압력 감소는 필요에 따라, 온도 감소 전에, 동시에 또는 후에 수행될 수 있다. 온도는 필요에 따라 분리 단계 전에 0 내지 30℃로 낮출 수 있다.

로스팅된 커피콩은 추출을 위하여 적합한 크기로 밀링될 수 있다. 일반적으로, 로스팅된 커피콩은 평균 입도 1000 ㎛ 이하로 밀링된다.

일부 측면에서, 본 발명의 커피 추출물은 변형되지 않고 후속 공정에서 사용된다. 다른 측면에서, 액상 커피 추출물은 추가로 수성 커피 추출물 및 커피 오일로 분리된다.

본 발명에 따라 제조된 액상 커피 추출물은 그대로 사용되거나 추가로 가공될 수 있다. 액상 커피 추출물이 추가로 가공되는 경우, 선택적으로 다른 커피 추출물과 불렌딩한 후, 인스턴트 커피 제품으로 건조시킬 수 있다. 건조는 통상의 분무 건조 또는 동결 건조, 또는 특수한 아로마-회수 기능 및 재도입 기능(re-introducing features)을 갖는 조합된 공정에 의해 수행될 수 있다.

소비된 커피 분쇄물(spent coffee grounds)은 폐기하거나 2차 추출을 위해 사용될 수 있다.

일반적으로, 요구되는 입도 범위로 습식 밀링이 가능한 모든 장비가 허용가능하며, 여기에는 회전자-고정자(rotor-stator) 장치, 분쇄 매체(grinding media)가 포함된 매체 밀, 콘밀 또는 기타 전단 장치, 예컨대 초음파 장치 및 캐비테이션 장치가 포함될 수 있다. 또한, 주어진 장비 유형에 있어, 성능 및 얻어지는 커피 입도는 파라미터, 예컨대 회전 속도, 커피의 처리 속도, 매체의 크기 및 형태(예를 들어, 마이크로 밀에서) 및 회전자-고정자 또는 이와 유사한 전단 장치에서의 스크린 크기를 조작함에 따라 달라질 수 있다. 회전자-고정자 밀, 예를 들어 Admix Boston Shearmill™ 또는 Ross Model ME-430XS-6 (Charles Ross & Sons, Hauppage NY, USA)은 밀링 단계에서 사용될 수 있으며, 다른 밀들, 예를 들어 콜로이드 밀, 예컨대 Charlotte SD-2 (Bradman-Lake, Charlotte NC, USA) 또는 Dispx DRS-2000-5 (IKAUSA)도 적합하다.

고체 성분과 추출물의 분리는 원심분리기, 막 여과, 또는 벨트 여과를 비롯한 적합한 장치에 의해 수행될 수 있다. 바람직한 원심분리기는 2상 디켄터 원심분리기이다. 적합한 디켄터 원심분리기는 GEA Westfalia 등에서 입수할 수 있다.

녹색 커피콩이 로스팅될 때, 커피의 전형적인 기분좋은 아로마가 생성되며, 이는 신선한 녹색 커피에는 존재하지 않는다.

소비된 분쇄물(spent grounds)에 2차 추출이 수행되는 경우, 다양한 방법이 사용될 수 있다. 소비된 커피 분쇄물을 첨가하여 수성 현탁액을 생성할 수 있다. 상기 현탁액은 가수분해 효소를 사용하여 가수분해되어 2차 추출물 및 소비된 잔류물을 생성할 수 있다. 2차 추출물은, 선택적으로 2차 추출물의 농축 및/또는 건조 후에, 본 발명의 1차 추출물에 첨가되어 조합 추출물을 얻을 수 있다. 상기 조합 추출물은 건조되어 인스턴트 커피 제품을 얻을 수 있다.

사용되는 가수분해 효소는 소비된 커피 분쇄물의 다양한 화학적 구성성분, 예컨대 탄수화물, 예를 들어 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 자일란, 및 전분; 리그닌; 단백질; 지질; 핵산 등 중 하나 이상을 분해할 수 있다. 분해 생성물은 좋기로는 물에 가용성이다. 바람직한 일 측면에 따르면, 가수분해 효소는 탄수화물 가수분해 효소 또는 카르복실 에스테르 가수분해 효소 또는 이러한 효소의 조합 중에서 선택된다.

효소 가수분해 반응의 조건은 사용되는 효소의 유형 및 활성, 반응 매질의 온도, pH 등에 따라 다를 수 있다. 바람직한 일 구현예에서, 가수분해 단계 c)는 소비된 커피 분쇄물의 수성 현탁액에 대하여 40-80℃ 범위의 온도, pH 4-7에서 1-16 범위의 시간 동안 수행된다.

효소 반응을 보조하기 위하여, 가수분해 단계 c) 동안 보조제가 존재하는 것이 적당할 수 있다. 보조제의 예로는 산도 조절제, 계면활성제, 킬레이터, 보조인자 등이 있다. 본 발명의 특정 일 측면에서, 보조제는 계면활성제이다. 계면활성제는 수율을 현저히 향샹시키고, 심지어 커피에서 유래된 것일 수 있다.

커피-유래 계면활성제는 예컨대 US 8,603,562에 개시된 바와 같은 화학적 방법에 의해 제조될 수 있으며, 그 기술 내용은 본 발명에 참조 통합된다. 바람직한 일 측면에서, 커피-유래 계면활성제는 다음 공정에 의해 얻어질 수 있다:

i. 소비된 커피 분쇄물을 탄수화물 가수분해 효소에 의해 소화시켜 탄수화물 단편을 얻음; 및

ii. 에스테르교환 반응을 가능하게 하는 조건에서 상기 탄수화물 단편에 커피 오일 및 카르복시 에스테르 가수분해 효소를 첨가함.

탄수화물 가수분해 효소는 시판되는 효소들의 큰 군으로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 탄수화물 가수분해 효소는 셀룰라아제, 자일라나아제, 헤미셀룰로오스 또는 이들 효소의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된다.

유사하게, 카르복시 에스테르 가수분해 효소는 시판되는 효소들의 큰 군으로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 카르복시 에스테르 가수분해 효소는 에스테라제, 리파아제, 또는 이들의 조합 중에서 선택된다.

커피-유래의 계면활성제의 제조에 사용되는 커피 오일은 분쇄 커피콩에 내재적으로 존재할 수 있거나, 또는 커피 오일을 첨가할 수 있다. 첨가하는 경우, 커피 오일은 녹색 커피콩, 로스팅 및 분쇄 커피, 또는 소비된 커피 분쇄물의 추출물으로부터 유래된다.

커피-유래 계면활성제가 별도로 제조될 수 있지만, 본 발명의 특정 구현예서, 커피-유래 계면활성제는 카르복시 에스테르 가수분해 효소 및 선택적으로 커피 오일을 수성 현탁액에 첨가함으로써 가수분해 단계 동안 같은 공간에서(in-situ) 얻는 것도 가능하다. 카르복시 에스테르 가수분해 효소는 에스테르교환 반응을 수행할 것이며, 이 반응에서 커피 오일의 친유성 기는 탄수화물 성분에 첨가된다.

1차 추출 후 2차 추출 전에, 소비된 커피 분쇄물은 효소 가수분해 전에 전처리될 수 있다. 전처리는 효소가 기질에 쉽게 접근할 수 있도록 하기 위해 수행될 수 있다. 전처리는 식물 세포 내부의 노출 및/또는 셀룰로오스로부터 리그닌의 풀어짐(loosening)을 수반할 수 있다. 바람직한 일 구현예에서, 전처리는 다음을 수반한다:

- 소비된 커피 분쇄물에 물을 첨가함,

- 소비된 커피 분쇄물을 증기 폭발시킴, 및

- 중간 추출물과 전처리된 소비된 커피 분쇄물을 분리함.

증기 폭발 과정에서 얻은 중간 추출물은 최종 제품에서 사용되거나, 정제될 수 있고, 또는 너무 많은 이취(off-flavour)가 함유되어 있는 경우 폐기되거나 다른 용도로 사용될 수 있다. 하지만, 일반적으로 증기 폭발 과정은 중간 추출물을 그대로, 농축 및/또는 건조시켜 조합 추출물에 첨가하도록 제어된다.

단지 "온화한" 온도 증기 폭발을 수행할 경우, 이취의 양은 일반적으로 낮으며 수용할 만하다. 따라서, 중간 추출물은 조합 추출물에 추가될 수 있다. 증기 폭발을 위한 바람직한 조건은 증기 폭발이 50-170℃의 온도 범위, 0.1 내지 10 barg의 압력에서 0.1 내지 5시간 동안 수행되는 것을 포함한다.

증기 폭발의 대안적 방법에는 동결 또는 균질화가 포함될 수 있다.

리그노셀룰로오스의 구조를 느슨하게 하고 헤미셀룰로오스의 구조를 부분적으로 분해하기 위하여, 전처리로서 특정 온도 요법을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 온도 요법은 순서에 관계없이 다음을 포함할 수 있다:

- 25 내지 150℃의 온도 범위에서 1분 내지 24시간 동안의 저온 처리 기간, 및

- 100 내지 200℃의 온도 범위에서 1분 내지 24시간 동안의 고온 처리 기간.

증기 폭발은 별도로 수행될 수 있거나, 또는 온도 요법에 통합될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 측면에서, 증기 폭발은 고온 처리 기간 동안 수행된다.

증기 폭발과 효소 처리 단계 사이에 세척 과정은 효소의 효율을 증가시킬 것이기 때문에 유익하다. 이러한 과정은 효소 억제제를 제거하여 공정을 향상시킨다. 세척수는 조합 추출물에 첨가될 수 있다.

효소 가수분해 후, 2차 추출물은 다음에 의해 후처리될 수 있다:

- 효소를 비활성화시키기에 충분한 시간 동안 70℃를 초과하는 온도로 가열, 전형적으로 120℃로 10 내지 30분 동안 가열, 및 잠재적으로 응고된 효소의 제거, 또는

- 효소를 제거하기 위한 막 여과 (제거된 효소는 단계 (c)에서 선택적으로 재사용됨).

후속 효소 가수분해 단계에서 소비된 커피 분쇄물은 효소의 접근을 용이하게 하기 위하여 보다 작은 입자로 더욱 분쇄될 수 있다. 바람직한 일 측면에서, 소비된 커피 분쇄물은 효소 처리 전에 평균 입도 2-1000 ㎛, 좋기로는 10-500 ㎛ 범위로 미세하게 분쇄된다. 분쇄 커피콩은 2 이상의 단계에서 밀링될 수 있다. 2차 밀링은 효소 가수분해 전에, 소비된 커피 분쇄물의 습식 밀링으로 수행될 수 있다. 2차 습식 밀링은 상황에 따라 증기 폭발 전 또는 후에 일어날 수 있다. 습식 밀링은 평균 입도 10 내지 250 ㎛로 하는 것이 바람직하다. 습식 밀링된 소비된 커피 분쇄물의 누적 입도 분포는 약 90% 이상의 입자가 150 ㎛ 미만, 좋기로는 100 ㎛ 미만, 일부 경우에는 50 ㎛ 미만으로 구성된다.

본 발명은 1차, 중간, 및 2차 추출물의 제조에 의해 높은 아로마 및 고형분 수율을 제공한다. 바람직한 일 측면에서, 로스팅 및 분쇄된 커피콩의 양을 기준으로 인스턴트 커피 제품에서 총 고형분 수율은 65 중량%, 70 중량%, 또는 75 중량% 이상이다.

조합 추출물 또는 1차, 중간, 및 2차 추출물 중의 하나 이상은, 후속 분무 건조 또는 동결 건조 전에, 예를 들어 막 여과에 의하여 농축될 수 있다. 본 발명의 일 측면에서, 추출물은 본 발명의 방법에서 재사용 용도로, 약간 산성일 수 있는 수성 투과물을 재순환하기 위하여 막 여과된다. 1차 추출물은 휘발성 아로마 성분을 함유하므로, 1차 추출물은 아로마 보존 방식, 예컨대 동결 농축에 의해 농축된다.

실시예

실시예 1

아로마-유지 습식 분쇄 공정

시험 설정에서, 휘발성 아로마 화합물의 손실을 최소화하기 위하여 5 bars의 약간 가압된 설비에서 다음의 단계들이 연속으로 수행된다:

1) 물과 콩을 혼합하는 단계,

2) 콩과 물을 밀링하여 슬러리로 만드는 단계, 및

3) 슬러리를 펌핑하여 추출 컬럼을 채우는 단계.

단계 1: 분쇄되지 않은(whole) 로스팅된 커피콩을 25℃의 물과 약 1:5로 혼합한 후, 습식 분쇄 밀로 직접 공급한다. 콩-물 혼합은 습식 분쇄 밀의 바로 상류에 있는 인라인 믹서에 의해 수행된다. 물의 양은 다양할 수 있지만, 물의 양이 적으면 펌핑하기 어려운 슬러리가 생성될 수 있고, 물의 양이 많으면 물과 에너지 사용량이 허비되는 공정이 초래될 수 있음을 고려해야 한다.

단계 2: 습식 분쇄 밀은 고전단 밀인 Admix Boston Shearmill™이다. 습식 분쇄 밀에서 콩은 약 400 ㎛의 평균 입도로 습식 분쇄되어 펌핑가능한 슬러리를 제공한다.

단계 3: 그런 다음, 펌핑가능한 슬러리를, 적합한 필터가 끝에 부착된 추출 컬럼에 직접 펌핑한다. 추출 컬럼이 가득 채워지면, 커피 분쇄 슬러리와 대략 동일한 부피의 물을 커피 분쇄물을 통해 투입하여 커피 아로마 성분을 비롯한 쉽게 용해되는 고체를 추출한다. 물의 온도는 약 25℃이다. 습식 밀링에서 시작하여 아로마 추출물을 수집하기까지 총 추출 시간은 12분이다.

습식 분쇄, 짧은 추출 시간 (작은 입도에 의해 가능함), 및 저온의 조합은 커피 아로마 성분의 최대량이 추출물에 유지될 수 있게 해준다.

아로마 화합물의 추출 후, 아로마 추출물은 10℃에서 보존된다. 그런 다음, 소비된 분쇄 콩은, 예컨대 이하 실시예 2에 제시된 바와 같은 다른 방법에 의해 추가로 추출될 수 있다. 필요하다면, 아로마 추출물은 온화한 방법으로, 예를 들어 동결 농축 기술 또는 선택적인 아로마 회수를 포함하는 분무 건조, 또는 동결 건조에 의해 농축 또는 건조될 수 있다.

실시예 2

2차 추출

이전 추출물에서 얻은 필터 케이크를 고압 및 고온을 유지할 수 있는 용기로 옮겼다. 용기의 하단 밸브는 사이클론에 연결된 금속 튜브를 장착하여 고압이 사이클론 내부로 배출될 수 있도록 하였다. 물(2000 mL)을 커피 분쇄물에 첨가하고, 용기를 밀폐하였으며, 슬러리를 교반하면서 온도를 140℃로 올렸다. 140℃에서 90분 후, 하단 밸브를 열어서 슬러리가 사이클론 내부로 빠져나갈 수 있게 하였다. 급격한 압력 하강은 커피 분쇄물 중의 섬유를 파괴하여 다음 추출 단계에 더욱 적합하게 만드는 증기 폭발을 초래한다. 슬러리를 뷰흐너 깔대기에서 다시 여과하고, 필터 케이크를 물(500 mL)로 씻었다. 이 조합 추출물을 추출물 2라고 한다.

이전 추출에서 얻은 소비된 분쇄물을 Turrex T18 High Shear Homogenizer에서 최대 속도로 60분 동안 균질화하였다. 그런 다음, 효소 혼합물인 10,75 g의 GEA 효소 no. 51 (작은 샘플은 요청시 구할 수 있음)을 첨가하고, 16시간 동안 교반하면서 슬러리를 60℃로 가열하였다. 그런 다음, 슬러리를 뷰흐너 깔대기에서 여과하고, 필터 케이크를 물(500 mL)로 씻었다. 이 조합 추출물을 추출물 3이라고 한다.

실시예 1의 추출물, 추출물 2 및 추출물 3을 합하고 분무 건조하였다. 대안적으로, 추출물 2 및 3 만을 합하고 분무 건조하는 반면, 실시예 1에서 얻은 추출물은 휘발성 성분을 보존하기 위하여 동결 건조, 막 여과 또는 이와 유사한 방법으로 온화하게 처리한다. 추출물 2 및 3에서 얻은 건조 제품, 및 실시예 1의 추출물에서 얻은 건조 제품을 조합하여 인스턴트 커피 제품으로 만들 수 있다.

실시예 3

다음 실시예는 비교적 높은 추출 수율을 어떻게 하여 비교적 저온에서 얻을 수 있는지를 보여준다.

로스팅된 커피콩(400 g, TS 95.05%, 건조 중량 380 g)을 시판 중인 커피 분쇄기에서 평균 입도 400 ㎛로 분쇄하였다. 그런 다음, 로스팅되고 분쇄된 커피콩을 1000 mL의 물(25℃)과 함께 용기로 옮기고, 용기를 밀폐한 다음, 배기하여 로스팅 및 분쇄된 커피 내부에 갇힌 과잉의 CO₂를 제거하였다. 슬러리를 완전히 혼합하고 진공을 제거하였다.

2분 후, 슬러리를 300 ㎛ 필터가 한쪽 끝에 장착된 추출 컬럼으로 옮겼다. 용출액의 브릭스(Brix)가 0.5가 될 때까지 컬럼을 통해 물(25℃)을 펌핑함으로써, 콩으로부터 가용성 고형분을 추출하였다. 수집된 부피는 2777 mL이었고, 용해된 고형분의 양은 3.56%로서, 이는 98.86 g 또는 26%의 수율에 해당한다.

그런 다음 커피 분쇄물을 컬럼에서 꺼내어 고압 및 고온을 유지할 수 있는 용기로 물(2000 mL)과 함께 옮겼다. 용기의 하단 밸브는 사이클론에 연결된 금속 튜빙을 장착하여 용기 내의 고압이 사이클론으로 배출될 수 있도록 하였다. 용기를 밀폐하고, 슬러리를 교반하면서 온도를 140℃로 올렸다. 140℃에서 60분 후, 하단 밸브를 열어서 슬러리가 사이클론 내부로 빠져나갈 수 있게 하였다. 급격한 압력 하강은 커피 분쇄물 중의 세포를 파괴하는 증기 폭발을 초래하여 수율을 향상시키는 것으로 보인다.

그런 다음 유출물의 브릭스가 0.1이 될 때까지 커피 분쇄물을 물(65℃)로 추출하였다. 이 단계에서 추출물의 수집된 부피는 5283 mL이었고, 용해된 고형분의 양은 1.33%로서, 이는 70.3 g에 해당한다. 상기 두개의 조합 추출물의 총 추출 수율은 169 g 또는 44%이다. 이는 매우 놀라운 것으로 일반적으로 예상되는 것보다 50% 높은 범위이다.

Claims (15)

1. 다음 단계들을 포함하는 커피 추출물의 제조방법:
   a. 로스팅된 커피콩과 물의 혼합물을 제공하는 단계,
   b. 로스팅된 커피콩과 물의 혼합물을 가압 챔버에서 밀링하는 단계, 및
   c. 밀링된 혼합물을 액상 커피 추출물과 소비된 커피 분쇄물(spent coffee grounds)로 분리시키는 단계.
2. 제1항에 있어서, 물은 로스팅된 커피콩과 혼합하기 전에 가열하여 80℃ 이하의 혼합물을 얻는 것인 방법.
3. 제1항에 있어서, 물은 로스팅된 커피콩과 혼합하기 전에 가열하여 90℃ 이하의 혼합물을 얻는 것인 방법.
4. 제1항에 있어서, 물은 로스팅된 커피콩과 혼합하기 전에 가열하여 95℃ 이하의 혼합물을 얻는 것인 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 밀링된 혼합물은 분리 전에 가압 챔버 내에서 5분 내지 2시간 동안 유지되는 것인 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 밀링된 혼합물은 분리 전에 가압 챔버 내에서 10분 내지 1시간 동안 유지되는 것인 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 단계 a에 따른 로스팅된 커피와 물의 혼합은 가압 챔버에서 수행되는 것인 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 혼합 및/또는 밀링 단계 동안 로스팅된 커피콩으로부터 유리된 CO₂ 중 대부분은 로스팅된 커피와 물의 혼합물과 함께 유지되는 것인 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 분리 단계 전에 밀링된 혼합물의 압력을 감소시키는 것인 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 분리 단계 전에 온도를 필요에 따라 0 내지 30℃로 낮추는 것인 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 밀링 단계 동안 압력은 0.5 barg 이상, 좋기로는 1 barg 이상인 것인 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 로스팅된 커피콩은 평균 입도 1000 ㎛ 이하로 밀링되는 것인 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 액상 커피 추출물은 수성 커피 추출물과 커피 오일로 더 분리되는 것인 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 분리는 하나 이상의 퍼콜레이션 컬럼에서 수행되는 것인 방법.
15. 제14항에 있어서, 하나 이상의 퍼콜레이션 컬럼은 연속적으로 또는 반연속적으로 작동되는 것인 방법.