KR20220016848A - 인스턴트 커피 분말 - Google Patents

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KR20220016848A
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울리히 케슬러
마르틴 레저
뱅상 다니엘 모리스 뫼니에
슈테판 팔처
추차나 제디파
에리히 요제프 빈트하브
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소시에떼 데 프로듀이 네슬레 소시에떼아노님
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Abstract

본 발명은 15% 내지 50%, 또는 20% 내지 35%, 또는 25% 내지 34%, 또는 30 내지 34%, 또는 약 30%의 폐쇄 다공도를 갖는 인스턴트 커피 분말; 인스턴트 커피 분말을 생성하기 위한 가스 수화물(gas hydrate)의 용도; 및 인스턴트 커피 분말을 생성하는 방법에 관한 것이다.

Description

인스턴트 커피 분말
본 발명은 인스턴트 커피 분말, 및 인스턴트 커피 분말을 생성하기 위한 가스 수화물(gas hydrate)의 용도에 관한 것이다.
로스팅되고 분쇄된 커피로부터 제조된 커피 음료와는 달리, 인스턴트 커피 분말로부터 제조된 것들은 뜨거운 물로 재구성될 때 그들의 상부 표면 상에 미세 거품(크레마(crema))을 통상 나타내지 않는다.
이러한 거품은 소비될 때 제품의 미감(mouthfeel)에 긍정적인 영향을 주는 것으로 알려져 있으며, 따라서 많은 소비자에 의해 크게 요구된다. 더욱이, 거품은 음료 내에 더 많은 휘발성 아로마(aroma)를 유지하도록 작용하여, 이들이 주위 환경으로 손실되기보다는 소비자에 의해 인식될 수 있게 한다.
로스팅되고 분쇄된 커피로부터 제조된 음료 내의 거품발생된 상부 표면은 전형적으로 가압된 물 및/또는 스팀을 사용한 브루잉(brewing)에 의해 야기된다. 그러나, 인스턴트 커피 분말의 경우, 거품은 인스턴트 커피 분말을 물로 재구성함으로써 발생되어야 한다. 따라서, 거품을 달성하기 위해서는, 인스턴트 커피 분말 내에 가스가 포획되고 그 위에 뜨거운 물을 부음으로써 방출되어야 한다.
거품발생성 인스턴트 커피 분말(foaming instant coffee powder)을 제조하기 위한 다수의 방법이 기재되어 있다(예를 들어, EP 2 100 514호, EP 2 689 668호, EP 2 217 086호 및 US 2013/0230628호). 그러나, 많은 거품발생성 인스턴트 커피 분말은 초기에 생성된 거품이 소비 동안 보존되지 않는다는 한에 있어서, 또는 구조가, 궁극적으로 소비자에 의해 요구되는 미세하고 부드러운 거품(크레마)보다는 거친 거품과 유사하다는 한에 있어서 여전히 부족하다. 추가적으로, 종종 불충분한 거품(및/또는 크레마)이 생성된다.
더욱이, 거품발생성 인스턴트 커피 분말을 제조하기 위한 현재의 방법은 전형적으로, 점성 액체 내로 가스를 균질화하고 냉동 건조를 위해 그것을 예비냉동시키는 데 필요한, 에너지적으로 요구되는(energetically demanding) 혼합 및 냉동 유닛을 필요로 한다. 이들은 또한 전형적으로 높은 주입량(dose)의 가스 및 긴 가스 정량주입(dosing) 시간을 필요로 한다.
따라서, 개선된 거품발생성 인스턴트 커피 분말, 및 거품발생성 인스턴트 커피 분말을 생성하는 개선된 방법에 대한 요구가 있다.
본 발명자들은 놀랍게도 가스 수화물(클라트레이트(clathrate) 수화물로도 알려짐)이 인스턴트 커피 분말을 생성하는 데 사용될 수 있음을 알아내었다. 본 발명자들은 놀랍게도 가스 수화물을 사용하여 생성되는 인스턴트 커피 분말이 물로 재구성될 때 그의 상부 표면 상에 거품 및/또는 크레마를 형성할 수 있음을 알아내었다.
본 발명자들은 놀랍게도 인스턴트 커피 분말을 생성하는 데 있어서의 가스 수화물의 사용이 현재의 방법보다 에너지적으로 덜 요구되는 혼합 및 냉동 유닛, 더 낮은 주입량의 가스, 및 더 짧은 가스 정량주입 시간을 필요로 한다는 것을 알아내었다. 예를 들어, 가스 수화물의 사용은 고점성 커피 용액(예를 들어, 60 내지 63 중량%의 커피 고형물)이 가스화될 수 있게 한다.
본 발명자들은 놀랍게도 CO2 수화물이, 물로 재구성될 때 상부 표면 상에 크레마를 형성하는 인스턴트 커피 분말을 생성하는 데 사용될 수 있음을 알아내었다.
따라서, 일 태양에서, 본 발명은 식품 제품을 가스화하기 위한 가스 수화물의 용도를 제공한다. 가스는 공기일 수 있고/있거나 이산화탄소, 질소, 아산화질소 및 아르곤 중 하나 이상, 바람직하게는 이산화탄소 및/또는 질소를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 식품 제품은 커피 및/또는 커피 용액이다.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 인스턴트 커피 분말을 생성하기 위한 가스 수화물의 용도를 제공한다. 가스는 공기일 수 있고/있거나 이산화탄소, 질소, 아산화질소 및 아르곤 중 하나 이상, 바람직하게는 이산화탄소 및/또는 질소를 포함할 수 있다.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 생성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
(a) 제1 커피 용액을 제공하는 단계;
(b) 상기 제1 커피 용액을 냉각시키는 단계; 및
(c) 상기 제1 커피 용액을 가스를 사용하여 가압하여 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 가스는 공기이고/이거나 이산화탄소, 질소, 아산화질소 및 아르곤 중 하나 이상, 바람직하게는 이산화탄소 및/또는 질소를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 제1 커피 용액은 단계 (b)에서 (커피 용액 내의 커피 고형물의 중량% 및 가스의 정체에 따라) -10℃ 내지 10℃, 또는 -8℃ 내지 7℃, 또는 -5℃ 내지 5℃, 또는 약 -5℃ 이상으로 냉각되고/되거나, 단계 (c)에서의 가스 압력은 10 내지 300 bar, 또는 10 내지 150 bar, 또는 10 내지 100 bar, 또는 10 내지 50 bar, 또는 15 내지 40 bar, 또는 15 내지 35 bar, 또는 15 내지 30 bar이다. 일부 실시 형태에서, 상기 방법은 단계 (b)에서의 제1 커피 용액을 0 내지 5℃, 또는 약 3℃로 냉각시키는 단계; 및 단계 (c)에서의 커피 용액을 이산화탄소를 사용하여, 바람직하게는 15 내지 25 bar, 또는 약 20 bar에서 가압한 후, 제1 커피 용액을 질소를 사용하여, 바람직하게는 30 내지 300 bar, 30 내지 150 bar, 30 내지 100 bar, 30 내지 50 bar, 30 내지 40 bar 또는 약 35 bar에서 가압하는 단계를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 상기 방법은 커피 슬러리 중에 가스 수화물을 분포시키는 단계를 추가로 포함한다.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 제공하며, 가스는 공기이고/이거나 이산화탄소, 질소, 아산화질소 및 아르곤 중 하나 이상, 바람직하게는 이산화탄소 및/또는 질소를 포함한다. 커피 슬러리는 상기 언급된 방법에 의해 얻어질 수 있다.
일부 실시 형태에서, 제1 커피 용액 및/또는 커피 슬러리는 10 중량% 내지 50 중량%, 20 중량% 내지 40 중량%, 또는 약 30 중량%의 커피 고형물을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 커피 슬러리는 10 중량% 내지 50 중량%의 커피 고형물에 대해 10 mPas 내지 1 Pas의 점도를 갖는다.
일부 실시 형태에서, 커피 슬러리는 점도가 10 내지 100 mPas, 또는 20 내지 100 mPas, 또는 30 내지 65 mPas, 또는 약 30 mPas 이상, 및/또는 약 100 mPas 이하이다. 커피 슬러리의 점도는 단계 (a)에서 제공된 제1 커피 용액의 점도보다 더 클 수 있다.
일부 실시 형태에서, 커피 슬러리는 이산화탄소, 바람직하게는 0.5 내지 5 mol/L, 1 내지 5 mol/L, 1 내지 2 mol/L, 약 1 mol/L, 또는 약 1.6 mol/L의 이산화탄소; 및/또는 질소, 바람직하게는 0.01 내지 0.5 mol/L, 0.02 내지 0.1 mol/L, 또는 약 0.05 mol/L의 질소를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 커피 슬러리는 수화물 분획 내의 가스 대 액체 분획 내의 가스의 비(H:L)가 1:1 내지 5:1, 바람직하게는 2:1 내지 3:1이다.
일부 실시 형태에서, 커피 슬러리는 0.5 내지 5 mol/L의 이산화탄소, 또는 1 내지 5 mol/L의 이산화탄소, 또는 1 내지 2 mol/L의 이산화탄소, 또는 약 1 mol/L의 이산화탄소, 또는 약 1.6 mol/L의 이산화탄소; 및 0.01 내지 0.5 mol/L의 질소, 또는 0.02 내지 0.1 mol/L의 질소, 또는 약 0.05 mol/L의 질소를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 커피 슬러리는 수화물 분획 내의 가스 대 액체 분획 내의 가스의 비(H:L)가 1:1 내지 5:1, 바람직하게는 2:1 내지 3:1이다.
일부 실시 형태에서, 커피 슬러리는 0.5 내지 5 mol/L의 이산화탄소, 또는 1 내지 5 mol/L의 이산화탄소, 또는 1 내지 2 mol/L의 이산화탄소, 또는 약 1 mol/L의 이산화탄소, 또는 약 1.6 mol/L의 이산화탄소; 또는 0.01 내지 0.5 mol/L의 질소, 또는 0.02 내지 0.1 mol/L의 질소, 또는 약 0.05 mol/L의 질소를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 커피 슬러리는 수화물 분획 내의 가스 대 액체 분획 내의 가스의 비(H:L)가 1:1 내지 5:1, 바람직하게는 2:1 내지 3:1이다.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 인스턴트 커피 분말을 생성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은
(a) 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 제2 커피 용액과 혼합하여 커피 슬러리/커피 용액 믹스를 제공하는 단계;
(b) 상기 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 압력을 해제하고/하거나 온도를 증가시켜 거품발생된 커피 용액을 제공하는 단계;
(c) 상기 거품발생된 커피 용액을, 바람직하게는 냉동-건조에 의해 건조시켜 건조된 커피를 제공하는 단계; 및
(d) 상기 건조된 커피를 분쇄하여 인스턴트 커피 분말을 제공하는 단계를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 커피 슬러리는 상기 언급된 방법에 의해 얻어지거나, 전술된 바와 같은 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리이다.
일부 실시 형태에서, 제2 커피 용액은 10 중량% 내지 70 중량%, 30 중량% 내지 70 중량%, 50 중량% 내지 70 중량%, 55 중량% 내지 65 중량%, 60 중량% 내지 65 중량%, 또는 약 60 중량%의 커피 고형물을 포함한다.
일부 실시 형태에서, 커피 슬러리는 대략적으로 등압-등온인 조건 하에서 제2 커피 용액에 첨가되며, 바람직하게는 대략적으로 등압-등온인 조건은 (커피 용액 내의 커피 고형물의 중량% 및 가스의 정체에 따라) -10℃ 내지 10℃, 또는 -8℃ 내지 7℃, 또는 -5℃ 내지 5℃, 또는 약 -5℃ 이상의 온도 및/또는 10 내지 300 bar, 또는 10 내지 150 bar, 또는 10 내지 100 bar, 또는 10 내지 50 bar, 또는 15 내지 40 bar, 또는 15 내지 35 bar, 또는 15 내지 30 bar의 가스 압력이다.
일부 실시 형태에서, 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 압력을 해제하고/하거나 온도를 증가시키는 단계에서, 압력은 1 bar 내지 10 bar, 또는 5 bar 내지 10 bar로 해제되고/되거나, 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 온도는 -5℃ 내지 10℃, 또는 0℃ 초과, 또는 약 5℃, 또는 10℃ 및 그 초과로 증가된다. 상기 방법은, 거품발생된 커피 용액을 건조시키기 전에, 거품발생된 커피 용액을 급속 냉동시키는 추가의 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 커피 슬러리는 50 내지 500%, 또는 200 내지 400%, 또는 250 내지 350%, 또는 약 300%의 오버런(overrun)에 도달한다.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 상기 언급된 방법에 의해 얻어진 인스턴트 커피 분말을 제공한다.
다른 태양에 따르면, 본 발명은 인스턴트 커피 분말을 제공하며, 상기 분말은 15% 내지 50%, 또는 20% 내지 35%, 또는 25% 내지 34%, 또는 30% 내지 34%, 또는 약 30%의 폐쇄 다공도 및/또는 25% 내지 34%, 또는 30 내지 34%, 또는 약 30%의 거품발생 다공도(foaming porosity)를 갖는다.
일부 실시 형태에서, 인스턴트 커피 분말은 바이모달(bimodal) 폐쇄 기공 분포를 갖는다. 바이모달 기공 분포는 (i) 평균 직경이 20 내지 100 마이크로미터, 또는 20 내지 45 마이크로미터, 또는 약 40 마이크로미터인 기공; 및 (ii) 평균 직경이 약 20 마이크로미터 미만, 또는 1 내지 20 마이크로미터 미만, 또는 1 내지 18 마이크로미터, 또는 1 내지 15 마이크로미터, 또는 1 내지 10 마이크로미터, 또는 2 내지 5 마이크로미터인 기공을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, (i)은 총 기공 부피의 10 내지 99%(부피 기준)에 기여하고/하거나, (ii)는 총 기공 부피의 1 내지 90%(부피 기준)에 기여하고/하거나, (i)은 총 기공 수의 10 내지 90%(개수 기준)에 기여하고/하거나, (ii)는 총 기공 수의 10 내지 90%(개수 기준)에 기여한다. 더 큰 기공은 개방 기공으로 실질적으로 이루어질 수 있고/있거나; 더 작은 기공은 폐쇄 기공으로 실질적으로 이루어질 수 있다.
도 1 - 인스턴트 가용성 커피 생성의 기본 단계를 도시한 플로우차트.
개략도의 출전은 문헌[Bhandari, B., N. Bansal, M. Zhang, and P. Schuck: Handbook of Food Powders: Processes and Properties. Elsevier Science, 2013]이다. 이 개략도는 인스턴트 커피 분말 가공 절차를 나타낸다. 추출 단계에서는, 분쇄된 커피를 물을 사용하여 20 내지 30 중량% 고형물에 이르도록 추출한다. 그 후에, 압력 및 고온 하에서, 추출된 커피를 40 내지 50 중량% 고형물을 갖는 점성 슬러리로 농축시킨다. CO2 및 N2는 추가 건조를 위하여 매질의 밀도를 제어하기 위해 통상 첨가된다(문헌[Clarke, 2003, Coffee Instant, Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition, pp. 1493-1498]). 본 발명은 가스 수화물을 함유하는 농축된 커피 용액을 거품발생시키는 방법을 제공한다. 그 후에, 거품발생된 커피 용액을 탈수 단계에서 건조시킨다.
도 2 - 커피 용액 중에서의 CO 2 의 용해도 곡선.
현재 연구로부터의 4℃ 및 10℃에서의 30 및 50 중량%의 커피 용액 중에서의 CO2의 용해도 곡선 및 문헌[Wilken, M., K. Fischer, and I. Meier: Experimental Determination of Carbon Dioxide Solubility in 20 mass percent Coffee Aqueous Solution at 80 and 120℃ and Pressures up to 30 bar. Technical report, University Oldenburg, Oldenburg, 1999]으로부터의 20 중량%의 커피 용액에 대한 80℃ 및 120℃에서의 CO2의 용해도 곡선. 데이터 포인트들을 다항식 적합(polynomial fit)을 사용하여 적합화하였으며, 그 결과 압력과 용해도 사이에 양의 상관관계가 얻어졌다.
도 3 - 커피 시스템에 대한 가스 수화물 상평형도(phase diagram).
순수한 물-CO2 및 순수한 25 및 50 중량% 모델 설탕 수용액-CO2 시스템에 대한 열역학적 모델과 비교된 CO2 수화물 커피 시스템에 대한 상평형도. (30 중량%의 커피 용액으로부터 만들어진) T-사이클 가열/냉각 방법 및 고압 DSC 방법으로부터의 실험 가스 수화물 포인트는 순수한 물과 25 중량%의 설탕 용액 사이에 놓여진다. 따라서, 25 중량%의 설탕 용액은 30 중량%의 커피 용액을 위한 모델 시스템으로서의 역할을 할 수 있다.
도 3b에는, 문헌[Kang, S.P., et al., 2001. The Journal of Chemical Thermodynamics, 33(5), pp. 513-521]으로부터의 CO2/N2 물 상평형도가 나타나 있다. 이 그래프에서의 숫자는 CO2 조성비를 지칭한다.
도 4 - 가스 수화물을 포함하지 않는 커피 용액의 레올로지 특성.
도 4a에서는, 전단율에 대한 점도의 유동 곡선 프로파일이 30, 40, 50 및 60 중량%의 커피 용액에 대해 뉴턴 거동을 나타낸다. 단지 하향 전단율 램프(downward shear rate ramp)만이 나타나 있다. 도 4b에서는, 온도에 대한 점도 의존성이 30, 40, 50 및 60 중량%의 커피 용액에 대해 나타나 있다. 단지 하향 램프만이 나타나 있다. 상향 램프는 플롯된 것과 유사하였다.
도 5 - 상이한 전달 시험을 위한 거품발생 매질의 예비 실험으로부터의 고압 CLAG(Clathrate hydrate slurry generator, 클라트레이트 수화물 슬러리 발생기) 반응기 처리 변수.
커피 슬러리 생성의 공정 변수. 시간 경과에 따른 점도, 밀도, 압력 및 온도. CO2를 함유하는 가스 수화물(범례에서 CO2 H로 표기됨) 및 CO2 및 N2를 함유하는 가스 수화물(범례에서 CO2:N2 = 0.54로 표기됨)을 포함하는 커피 슬러리뿐만 아니라 가스로 포화된 커피 용액(CO2 diss 및 N2 diss로 표기됨)을 CLAG 반응기 내에서 형성하였다.
모든 실험은 30 중량%의 커피 용액으로부터 이루어졌다. 유도 시간(가스 수화물의 최초의 출현)이 시간축 상에 표시되어 있다. 약어 'diss'는 '용해됨'을 나타내고, H는 수화물을 나타낸다.
도 6 - 커피 슬러리의 전달 동안 처리 변수 프로파일
60 중량%의 커피 농축물 내로 전달되는, 도 6b에서의 30 중량% 커피 슬러리 중에 용해된 질소와 대비하여 도 6a에서의 30% 커피 CO2 수화물 슬러리의 전달 동안의 작업 변수 프로파일. 루프에 대한 압력은 루프로부터의 물질이 EGLI 라인 내로 정량주입됨에 따라 감소한다.
루프: CLAG 사이드 스트림(side stream)(즉, 커피 슬러리)을 지칭한다. Main: EGLI, 주 스트림(main stream)을 지칭한다. Tin = 입구 온도. Tin = Tloop, 즉, 등온 전달, 여기서 T > 0℃. T2 = 표면 스크레이프형 열 교환기(surface scraped heat exchanger) 1과 2 사이의 온도. Tout = 출구 온도.
도 7 - 재구성된 분쇄 및 체분리된 인스턴트 커피 분말 및 이들의 특성.
도 7a에는, 30 중량%의 커피 CO2 수화물 슬러리의 전달에 의해 제조된 샘플이 나타나 있고, 도 7b에는, 0.54 CO2/N2 비 및 0.48 CO2:N2 비를 갖는 30 중량%의 커피 혼합 CO2/N2 수화물 슬러리의 전달에 의해 제조된 샘플이 나타나 있다. 폐쇄 다공도(CP) 및 오버런(OR)이 재구성된 인스턴트 커피 분말 이미지 아래에 표기되어 있다.
도 8 - 주사 전자 현미경법.
(CO2/N2 가스 수화물을 사용하여 제조된) 본 발명에 따른 인스턴트 커피 분말의 과립과 대비하여, (질소 가스를 사용하여 제조된) 크레마-생성 참조 인스턴트 커피 분말로부터의 과립의 주사 전자 현미경법.
도 9 - 극저온(Cryo)-주사 전자 현미경 이미지.
냉동 건조 전의 냉동된 거품발생된 커피 용액 샘플의 미세구조의 극저온-주사 전자 현미경 이미지. 2000x 및 250x 배율 및 2 ㎸의 가속 전압에서 샘플을 획득하였다.
도 10 - 본 발명에 따른 인스턴트 커피 분말을 생성하는 방법의 개략도.
본 발명의 방법은
(a) 제1 커피 용액을 제공하는 단계;
(b) 상기 제1 커피 용액을 냉각시키는 단계;
(c) 상기 제1 커피 용액을 가스를 사용하여 가압하여 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리(사이드 스트림)를 제공하는 단계 - 바람직하게는 상기 가스는 공기이고/이거나 이산화탄소, 질소, 아산화질소 및 아르곤 중 하나 이상을 포함하며, 바람직하게는 상기 가스는 이산화탄소 및/또는 질소를 포함함 -;
(d) 상기 가스 수화물(사이드 스트림)을 포함하는 커피 슬러리를 제2 커피 용액(주 스트림)과 혼합하여 커피 슬러리/커피 용액 믹스를 제공하는 단계;
(e) 상기 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 압력을 해제하여 거품발생된 커피 용액을 제공하는 단계;
(f) 상기 거품발생된 커피 용액을 급속 냉동하여 안정화된 거품발생된 커피 용액(예를 들어, 고체 커피 블록 포맷(solid coffee block format) 형태)을 제공하는 단계;
(g) 상기 안정화된 거품발생된 커피 용액을, 바람직하게는 냉동-건조에 의해 건조시켜 건조된 커피(예를 들어, 건조된 고체 커피 블록 포맷 형태)를 제공하는 단계; 및
(h) 상기 건조된 커피를 분쇄하여 인스턴트 커피 분말을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
가스 수화물
"가스 수화물"은 클라트레이트 수화물 또는 물 클라트레이트로도 알려져 있다. 가스 수화물은 얼음과 물리적으로 유사한 결정질 수계 고체로서, 여기서는 가스가 수소 결합된 물 분자의 3D "케이지" 내부에 포획되어 있다.
O2, H2, N2, N2O, CO2, CH4, H2S, Ar, Kr, Ne, He 및 Xe를 포함한 대부분의 저분자량 가스는 적합한 온도 및 압력에서 수화물을 형성할 것이다. 가스 수화물은 적합한 가스를 제공하고 적합한 용액(예를 들어, 커피 추출물 용액)의 온도를 감소시키고/시키거나 가스 압력을 증가시킴으로써 형성될 수 있다.
가스의 정체는 특별히 제한되지 않는다. 인스턴트 커피 분말을 생성하는 데 적합하고/하거나 산업용 식품 공정에 사용하기에 적합한 임의의 가스가 사용될 수 있다. 예를 들어, 가스는 공기일 수 있고/있거나 이산화탄소, 질소, 아산화질소 및 아르곤 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 가스는 이산화탄소 및/또는 질소를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 가스 수화물은 실질적으로 동일한 가스를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 가스는 순수 가스(예를 들어, 99% 이상, 또는 99.9% 이상, 또는 100%의 단일 가스를 포함함)이다. 바람직한 실시 형태에서, 가스 수화물은 CO2 또는 N2 수화물이다.
적합한 온도 및 가스 압력은 가스 및 식품 제품에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, CO2 수화물은 약 6℃ 및 약 30 bar에서 30 중량%의 커피 용액 중에서, 또는 약 4℃ 및 약 30 bar에서 50 중량%의 커피 용액 중에서 형성될 수 있다. 더 낮은 온도의 용액은 더 낮은 가스 압력을 필요로 할 것이며, 반대로 더 높은 온도의 용액은 더 높은 가스 압력을 필요로 할 것이다. 예를 들어, CO2 수화물은 약 6℃ 및 약 30 bar에서, 또는 약 -4℃ 및 약 10 bar에서 30 중량%의 커피 용액 중에서 형성될 수 있다. 얼음이 형성되고/되거나 가스가 응축되는 조건을 피해야 할 필요가 있을 수 있다. 빙점 강하(즉, 순수 얼음이 형성되는 온도)는 커피 용액 내의 커피 고형물의 중량%에 따라 좌우될 것이다. 가스 수화물은 그러한 조건에서 형성될 수 있지만, 이들은 처리하기가 복잡하며, 막힘을 형성할 수 있다. 예를 들어, -4℃는 30 중량%의 커피 용액에 대한 대략적인 빙점 강하이며, 따라서 더 낮은 온도는 30 중량%의 커피 용액 중에서 가스 수화물을 형성하는 데 사용되어서는 안 된다. 예를 들어, 제2 사중점(액체 상, 수화물 상, 증기 상 및 응축된 가스 상이 만나는 점)은 30 중량%의 커피 용액 내의 CO2에 대해 약 8 내지 10℃ 및 44 bar이다. 따라서, CO2는 더 낮은 온도 및/또는 더 높은 압력에서 액체일 것이다. 온도 및 가스 압력은 원하는 점도 및/또는 원하는 가스 농도에 따라 달라질 수 있다.
따라서, 가스 수화물을 형성하는 데 필요한 온도와 압력은 상호의존적이며, 가스 및 용액(예를 들어, 커피 용액 내의 고형물의 중량%)에 따라 달라질 것이다. 30 중량%의 커피 용액 중에서 CO2 수화물을 형성하기 위한 예시적인 조건은 -3 내지 7.8℃ 및 10 내지 38 bar, 또는 약 10 bar 이상이다. 30 중량%의 커피 용액 중에서 N2 수화물을 형성하기 위한 예시적인 조건은 -2.5℃ 내지 5.5℃ 및 140 내지 285 bar이다. 30 중량%의 커피 용액 중에서 N2O 수화물을 형성하기 위한 예시적인 조건은 약 0 내지 9℃ 및 12 내지 28 bar이다. 더 낮은 압력에서 수화물을 형성하기 위해서는, 더 낮은 온도가 사용되어야 한다.
일부 실시 형태에서, 가스 수화물은 하나 이상의 추가의 가스를 도입하기 전에 제1 가스에 의해 형성된다. 따라서, 최종 가스 수화물은 2개 이상의 가스를 함유할 수 있으며, 즉, 가스 수화물은 혼합 가스 수화물일 수 있다. 예를 들어, 혼합 CO2/N2 수화물에서, CO2는 작은 수화물 케이지를 점유되지 않은 채로 둠으로써 N2가 더 낮은 압력에서 매립될 수 있게 한다. 먼저 CO2 수화물이 더 낮은 압력에서 제조될 수 있고, 이어서 N2가 더 높은 압력에서 첨가될 수 있다. 적합한 가스들의 임의의 조합을 위하여 유사한 방법이 사용될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 가스 수화물은 혼합 CO2/N2 수화물이다. CO2/N2 수화물 내에 포획된 CO2의 몰분율은 0.1 내지 0.99, 또는 0.5 내지 0.99, 또는 0.8 내지 0.99, 또는 0.9 내지 0.99, 또는 0.95 내지 0.99, 또는 약 0.97일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 가스 수화물은 N2O/N2 수화물(문헌[Yang, Y., et al., 2017. Environmental science & technology, 51(6), pp. 3550-3557]) 또는 N2O/CO2 수화물 또는 N2O/CO2/N2 수화물이다.
바람직한 실시 형태에서, CO2 수화물(또는 대안적으로 N2O 또는 CO2/N2O 수화물)이 질소 가스의 도입 전에 형성된다. 예를 들어, CO2 수화물은 10 내지 50 bar, 15 내지 25 bar, 또는 약 20 bar에서 그리고 -3 내지 7.8℃ 또는 약 2℃(예를 들어, 1 내지 2℃ 및 20 내지 30 bar, 또는 약 20 bar 이상)에서 도입된 이산화탄소를 사용하여 형성될 수 있다. (압력 강하로 나타나는 바와 같이) 일단 소량의 CO2 수화물이 형성되면, 총 가스 압력을 증가시키기 위해 질소가 도입될 수 있다. 도입된 질소의 양(즉, CO2:N2 비) 및 필요한 압력은 가스 수화물 내의 원하는 CO2/N2 비에 따라 달라질 것이다. 총 가스 압력은 -5℃ 내지 5℃에서, 0 내지 5℃에서 또는 약 2℃에서 10 내지 300 bar, 10 내지 200 bar, 20 내지 300 bar, 20 내지 200 bar, 20 내지 100 bar, 20 내지 50 bar, 30 내지 40 bar 또는 약 35 bar로 증가될 수 있다(문헌[Kang, S.P., et al., 2001. The Journal of Chemical Thermodynamics, 33(5), pp. 513-521]과 비교). 혼합 CO2/N2 수화물을 형성하기 위한 (최종 가스 믹스 내의) CO2의 몰분율은 0.1 내지 0.9, 또는 0.2 내지 0.8, 또는 0.4 내지 0.6, 또는 0.47 내지 0.54, 또는 약 0.54일 수 있다. (최종 가스 믹스 내의) CO2의 분율은 CO2가 응축되지 않도록 하는 것이어야 한다. CO2는 증기압에 따라 폭넓은 범위의 압력 및 온도 조건에서 응축될 것이다. 예를 들어, CO2는 30 중량%의 커피 용액에서 약 8 내지 10℃ 및 44 bar에서 응축될 것이다.
전술된 바와 같이, 가스 수화물을 형성하는 데 필요한 온도와 압력은 상호의존적이며, 가스 및 용액(예를 들어, 커피 용액 내의 고형물의 중량%)에 따라 달라질 것이다. 30 중량%의 커피 용액 중에서 혼합 CO2/N2 수화물을 형성하기 위한 예시적인 조건은 가스 믹스 내의 CO2의 몰분율이 약 0.54라는 것이며, 여기서는 CO2를 약 20 bar에서 그리고 0 내지 5℃ 또는 약 2℃에서 도입한 후, 35 bar의 총 가스 압력에 도달하도록 N2를 도입한다. 혼합 수화물에서 더 높은 양의 N2가 요구되는 경우에는, 더 낮은 몰분율의 CO2가 더 높은 압력(및/또는 더 낮은 온도)과 조합되어 사용될 수 있는데, 예를 들어, 약 0.1의 CO2의 몰분율 및 약 0℃에서 약 100 내지 130 bar의 압력을 사용하여, 더 높은 양의 N2를 갖는 CO2/N2 수화물을 형성할 수 있다(도 3b 참조).
가스 수화물은 온도를 증가시키고/시키거나 압력을 감소시킴으로써 분해될 수 있다. 바람직하게는, 가스 수화물은 온도를 증가시키고 압력을 감소시킴으로써; 또는 단지 압력만을 감소시킴으로써 분해될 수 있다. 결과적으로, 건조 전의 거품발생된 식품 제품(예를 들어, 커피)에는 가스 수화물이 존재하지 않을 수 있다. 예를 들어, 거품발생된 커피 용액, 안정화된 거품발생된 커피 용액, 건조된 커피, 또는 인스턴트 커피 분말에는 가스 수화물이 존재하지 않을 수 있다.
식품 제품의 가스화를 위한 가스 수화물의 용도
일 태양에서, 본 발명은 식품 제품을 가스화하기 위한 가스 수화물의 용도를 제공한다. 가스는 공기일 수 있고/있거나 이산화탄소, 질소, 아산화질소 및 아르곤 중 하나 이상, 바람직하게는 이산화탄소 및/또는 질소를 포함할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 식품 제품은 점도가 100 mPas 내지 10 Pas, 또는 500 mPas 내지 10 Pas, 또는 1 Pas 내지 10 Pas, 또는 1 Pas 내지 5 Pas이다.
식품 제품에는, 예를 들어, 액체 제품(예를 들어, 즉석 음용(ready-to-drink) 제품, 즉석 가열(ready-to-heat) 제품, 액체 농축물, 음료), 예컨대 커피, 커피 치커리, 커피 시리얼 치커리 혼합물, 코코아, 차, 영양 음료, 토핑(topping), 디저트, 소스, 및 수프; 분말형 제품, 예컨대 인스턴트 커피 분말, 인스턴트 코코아 분말, 인스턴트 차 분말, 영양 음료 분말, 인스턴트 토핑 분말, 인스턴트 디저트 분말, 인스턴트 소스 분말, 인스턴트 수프 분말, 빵 믹스, 케이크 믹스, 페이스트리 믹스, 와플 믹스, 및 피자 크러스트 믹스; 및 냉동 제품이 포함된다. 바람직하게는, 식품 제품은 커피, 커피 용액 및/또는 인스턴트 커피 분말이다.
본 발명은 식품 제품의 거품발생 방법을 제공한다. 상기 방법은
(a) 상기 식품 제품의 제1 부분에 가스 수화물을 형성하여, 가스 수화물을 포함하는 식품 제품 슬러리를 제공하는 단계;
(b) 상기 가스 수화물을 포함하는 식품 제품 슬러리를 상기 식품 제품의 제2 부분과 혼합하여 식품 제품 슬러리/식품 제품 믹스를 제공하는 단계; 및
(c) 상기 식품 제품 슬러리/식품 제품 믹스의 압력을 해제하고/하거나 온도를 증가시켜 거품발생된 식품 제품을 제공하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 식품 제품의 제1 부분은 식품 제품의 1 내지 20%, 또는 2 내지 15%, 또는 5 내지 15%, 또는 5 내지 10%(부피 기준)이고, 식품 제품의 제2 부분은 식품 제품의 나머지 부분이다.
가스는 공기일 수 있고/있거나 이산화탄소, 질소, 아산화질소 및 아르곤 중 하나 이상, 바람직하게는 이산화탄소 및/또는 질소를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 식품 제품은 커피 용액이다.
바람직한 실시 형태에서, 식품 제품은 점도가 100 mPas 내지 10 Pas, 또는 500 mPas 내지 10 Pas, 또는 1 Pas 내지 10 Pas, 또는 1 Pas 내지 5 Pas이다. 점도는 당업자에게 알려진 임의의 방법에 의해, 예를 들어 레오미터(rheometer)에 의해 결정될 수 있다. 바람직하게는, 점도는 100 s-1의 전단율 및 7℃의 온도에서 결정된다.
유리하게는, (예를 들어, 가스 수화물을 포함하는 식품 제품 형태로) 가스를 고체 형태로 식품 제품 내로 혼합하는 것은 식품 제품 내로의 가스의 혼합을 촉진시키고/시키거나, 식품 제품을 가스화하는 데 필요한 시간을 감소시키고/시키거나 식품 제품을 가스화하는 데 필요한 에너지를 감소시킨다.
가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리
본 발명에 따른 "커피 용액"은 가용성 커피 성분들을 포함하는 용액이다. 커피 용액은 또한 비가용성 커피 성분 및/또는 다른 비-커피 성분을 포함할 수 있고/있거나, 그러한 성분들을 부유 상태로 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 "커피 슬러리"는 분산된 가스 수화물을 포함하는 커피 용액이다.
본 발명에 사용하기 위한 커피 용액은 로스팅된 커피 콩 또는 커피 분쇄물(coffee ground)로부터 추출될 수 있다. 로스팅된 커피 콩 또는 커피 분쇄물은 당업자에게 알려진 임의의 방법에 의해 추출될 수 있으며, 이에는, 예를 들어 고온수 추출, 진공 증발, 원심분리 농축(centrifuge inspissation) 또는 냉동 농축이 있다(문헌[Bhandari et al. 2013 Handbook of Food powders; processes and properties]). 따라서, 커피 용액은 커피 추출물 용액일 수 있다.
본 발명은 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 생성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은
(a) 제1 커피 용액을 제공하는 단계;
(b) 상기 제1 커피 용액을 냉각시키는 단계; 및
(c) 상기 제1 커피 용액을 가스를 사용하여 가압하여 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 가스는 공기 및/또는 이산화탄소, 질소, 아산화질소 및 아르곤 중 하나 이상, 바람직하게는 이산화탄소 및/또는 질소를 포함한다.
상기 방법은 커피 슬러리 중에 가스 수화물을 분포시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 가스 수화물은 형성 동안 그리고/또는 형성 후에 분포될 수 있다. 바람직하게는, 가스 수화물은 커피 슬러리를 혼합함으로써, 예를 들어 회전 디바이스, 정적 혼합기 또는 핀 혼합기를 사용하여 혼합을 달성함으로써 분포된다. 가스 수화물은 스크레이프형 표면 열 교환기(scraped surface heat exchanger, SSHE) 내에서 그리고/또는 펌프 이송 작용을 통해 혼합될 수 있다.
제1 커피 용액은 임의의 적합한 커피 용액, 예를 들어 인스턴트 커피 분말을 생성하기에 적합한 커피 용액일 수 있다. 바람직하게는, 제1 커피 용액은 10 중량% 내지 50 중량%, 20 중량% 내지 40 중량%, 25 중량% 내지 35 중량%, 30 중량% 내지 35 중량%, 또는 약 30 중량%의 커피 고형물을 포함한다. 바람직하게는, 제1 커피 용액은 점도가 10 mPas 내지 10 Pas, 또는 10 mPas 내지 2.5 Pas, 또는 10 mPas 내지 1 Pas, 또는 10 mPas 내지 100 mPas, 또는 20 내지 100 mPas, 또는 20 내지 60 mPas, 또는 약 20 mPas 이상 및/또는 약 100 mPas 이하이다. 점도는 커피 고형물의 중량%에 상호의존적일 것이며, 즉, 더 높은 중량%는 더 높은 점도를 야기할 것이다(도 4 참조). 예를 들어, 60 중량%의 커피 용액은 30 bar, 7℃ 및 100 s-1 전단율에서 약 2.3 Pas의 점도를 가질 수 있는 반면, 30 중량%의 커피 용액은 30 bar, 7℃ 및 100 s-1 전단율에서 약 10 내지 20 mPas의 점도를 가질 수 있다. 점도는 또한 온도에 따라 좌우되며, 온도가 낮을수록 점도는 더 높아진다. 점도는 당업자에게 알려진 임의의 방법에 의해, 예를 들어 레오미터에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 점도는 가스 수화물을 포함하지 않는 커피 용액에 대해 100 s-1의 전단율 및 7℃의 온도에서 결정될 수 있다.
가스 수화물을 형성하는 데 필요한 온도와 압력은 상호의존적이며, 가스 및 용액(예를 들어, 커피 용액 내의 고형물의 중량%)에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 도 3은 30 중량% 및 50 중량%를 갖는 커피 용액 중에서의 CO2 수화물의 형성에 대한 상평형도를 제공한다. 얼음이 형성되고/되거나 가스가 응축되는 조건을 피해야 할 필요가 있을 수 있다. 빙점 강하는 커피 용액 내의 커피 고형물의 중량%에 따라 좌우될 것이다. 예를 들어, 30 중량%의 커피 용액은 약 -4℃의 빙점 온도를 갖고, 60 중량%의 커피 용액은 약 -16℃의 빙점을 갖는다.
예를 들어, 커피 용액은 단계 (b)에서 가스, 커피 용액 및 가스 압력에 따라 -15℃ 내지 15℃, 또는 -10℃ 내지 12℃, 또는 -10℃ 내지 10℃, 또는 -10℃ 내지 8℃, 또는 -8℃ 내지 7℃, 또는 -5℃ 내지 5℃, 또는 약 -7℃, -5℃ 또는 -4℃ 이상으로 냉각될 수 있다. 단계 (c)에서의 가스 압력은 가스, 커피 용액 및 온도에 따라 10 내지 500 bar, 10 내지 300 bar, 10 내지 200 bar, 10 내지 150 bar, 10 내지 100 bar, 10 내지 50 bar, 또는 15 내지 40 bar, 또는 15 내지 35 bar, 또는 15 내지 30 bar일 수 있다. 바람직하게는, CO2 수화물이 요구될 때에는, 30 중량%의 커피 용액이 -3 내지 7.8℃로 냉각되고, 10 내지 38 bar, 또는 약 10 bar 이상이다. 바람직하게는, N2 수화물이 요구될 때에는, 30 중량%의 커피 용액이 -2.5℃ 내지 5.5℃로 냉각되고, N2를 사용하여 140 내지 285 bar로 가압된다. 바람직하게는, N2O 수화물이 요구될 때에는, 30 중량%의 커피 용액이 약 0 내지 9℃로 냉각되고, N2O를 사용하여 12 내지 28 bar로 가압된다. 더 낮은 압력에서 수화물을 형성하기 위해서는, 더 낮은 온도가 사용되어야 한다. 바람직하게는, CO2/N2 혼합 수화물이 요구될 때에는, 제1 커피 용액을 약 -3 내지 2℃로 냉각시키고, CO2를 사용하여 약 20 bar로 가압한 후, N2(및 약 0.54의 CO2의 몰분율)를 사용하여 약 35 bar로 가압한다. 대안적으로, 높은 양의 N2를 갖는 CO2/N2 혼합 수화물이 요구될 때에는, 제1 커피 용액을 약 -3 내지 2℃로 냉각시키고, CO2를 사용하여 약 20 bar로 가압한 후, (약 0.1 이하의 CO2의 몰분율을 달성하는) N2를 사용하여 약 100 내지 300 bar로 가압한다.
본 발명에 따른 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리는 10 중량% 내지 50 중량%, 20 중량% 내지 40 중량%, 25 중량% 내지 35 중량%, 30 중량% 내지 35 중량%, 또는 약 30 중량%의 커피 고형물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 커피 슬러리는 10 중량% 내지 50 중량%, 20 중량% 내지 40 중량%, 25 중량% 내지 35 중량%, 30 중량% 내지 35 중량%, 또는 약 30 중량%의 커피 고형물을 포함하는 제1 커피 용액으로부터 생성될 수 있다.
가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리는 점도가 10 내지 100 mPas, 또는 20 내지 100 mPas, 또는 20 내지 60 mPas, 또는 약 20 mPas 이상, 및/또는 약 100 mPas 이하일 수 있다. 커피 용액의 점도는 가스 수화물의 형성에 의해 증가될 것이다. 따라서, 가스 수화물의 형성은 커피 슬러리의 점도를 측정함으로써 모니터링될 수 있다. 바람직하게는, 커피 슬러리의 점도는 단계 (a)에서 제공된 커피 용액보다 더 크며, 예를 들어 2 내지 4배 더 크다. 점도는 당업자에게 알려진 임의의 방법에 의해, 예를 들어 레오미터 또는 유량계에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 점도는 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리에 대해 100 s-1의 전단율 및 1℃의 온도에서 결정될 수 있다.
커피 슬러리는 이산화탄소, 질소, 아산화질소 및 아르곤 중 하나 이상, 바람직하게는 이산화탄소 및/또는 질소를 포함할 수 있다. 커피 슬러리는 0.01 내지 7.5 mol/L, 0.1 내지 7.5 mol/L, 1 내지 5 mol/L, 1 내지 2 mol/L, 또는 약 1.5 mol/L의 가스를 포함할 수 있다. 일부 바람직한 실시 형태에서, 커피 슬러리는, 바람직하게는 0.5 내지 5 mol/L, 1 내지 5 mol/L, 1 내지 2 mol/L, 또는 약 1.6 mol/L인 이산화탄소를 포함한다. 일부 다른 바람직한 실시 형태에서, 커피 슬러리는 바람직하게는 0.5 내지 5 mol/L, 0.5 내지 2 mol/L, 또는 약 1 mol/L인 이산화탄소; 및 바람직하게는 0.01 내지 5 mol/L, 0.01 내지 2 mol/L, 0.01 내지 1 mol/L, 0.01 내지 0.5 mol/L, 0.02 내지 0.1 mol/L, 또는 약 0.05 mol/L인 질소를 포함한다. 가스의 양은 커피 슬러리 내의, 즉, 수화물 분획 및 액체 분획 둘 모두 내의 가스의 총량을 지칭한다. 가스의 양은 임의의 방법, 예를 들어 크로마토그래피, PIV, FBRP, 광학 방법, 압전 센서, 임피던스, 또는 컨덕턴스 측정에 의해 측정될 수 있다.
커피 슬러리는 수화물 분획 내의 가스 대 액체 분획 내의 가스의 비(H:L)가 1:1 내지 5:1, 바람직하게는 2:1 내지 3:1일 수 있다. 예를 들어, 커피 슬러리는 수화물 형태로 포획된 약 1 mol/L의 가스 및 약 0.5 mol/L의 용해된 가스를 포함할 수 있다. H:L 비는 임의의 방법, 예를 들어 크로마토그래피, 라만(Raman) 분광법, X-선 산란, 및/또는 모델링에 의해 결정될 수 있다. 바람직하게는, 대부분의 가스는 가스 수화물 내에 포획된다.
인스턴트 커피 분말을 생성하는 방법
본 발명은 건조된 커피를 생성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은
(a) 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 제2 커피 용액과 혼합하여 이들의 혼합물(즉, 커피 슬러리/커피 용액 믹스)을 제공하는 단계;
(b) 상기 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 압력을 해제하고/하거나 온도를 증가시켜 거품발생된 커피 용액을 제공하는 단계; 및
(c) 상기 거품발생된 커피 용액을, 바람직하게는 냉동-건조에 의해 건조시켜 건조된 커피를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명은 인스턴트 커피 분말을 생성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은
(a) 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 제2 커피 용액과 혼합하여 커피 슬러리/커피 용액 믹스를 제공하는 단계;
(b) 상기 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 압력을 해제하고/하거나 온도를 증가시켜 거품발생된 커피 용액을 제공하는 단계;
(c) 상기 거품발생된 커피 용액을, 바람직하게는 냉동-건조에 의해 건조시켜 건조된 커피를 제공하는 단계; 및
(d) 상기 건조된 커피를 분쇄하여 인스턴트 커피 분말을 제공하는 단계를 포함한다.
인스턴트 가용성 커피 생성의 기본적인 단계들이 도 1에 나타나 있다. 상기 방법은 도 1에 개략적으로 설명된 단계들 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 방법이 도 10에 나타나 있다. 상기 방법은 도 10에 개략적으로 설명된 단계들 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.
유리하게는, (예를 들어, 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리 형태로) 가스를 고체 형태로 커피 용액 내로 혼합하는 것은 커피 용액 내로의 가스의 혼합을 촉진시키고/시키거나, 용액을 가스화하는 데 필요한 시간을 감소시키고/시키거나 용액을 가스화하는 데 필요한 에너지를 감소시킨다.
본 발명에 따른 인스턴트 커피 분말을 생성하는 방법에서, 커피 슬러리는 본 명세서에 기재된 방법에 의해 생성될 수 있다. 커피 슬러리는 사이드 스트림(즉, 클라트레이트 수화물 슬러리 발생기(CLAG))에서 생성될 수 있다.
본 발명에 따른 인스턴트 커피 분말을 생성하는 방법에서, 제2 커피 용액은 당업자에게 알려진 임의의 방법에 의해 생성될 수 있다. 제2 커피 용액은 주 스트림 내에 존재할 수 있다. 바람직하게는, 제2 커피 용액은 가스 수화물을 포함하지 않는다. 제2 커피 용액은 10 중량% 내지 70 중량%, 30 중량% 내지 70 중량%, 50 중량% 내지 70 중량%, 55 중량% 내지 65 중량%, 60 중량% 내지 65 중량%, 또는 약 60 중량%의 커피 고형물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2 커피 용액은 커피 슬러리(즉, 제1 커피 용액)보다 더 높은 중량%의 커피 고형물을 가지며, 예를 들어 커피 슬러리(및 제1 커피 용액)는 약 30 중량%의 커피 고형물을 포함할 수 있고, 제2 커피 용액은 약 60 중량%의 커피 고형물을 포함할 수 있다. 제2 커피 용액은 점도가 10 mPas 내지 10 Pas, 또는 10 mPas 내지 2.5 Pas, 또는 10 mPas 내지 1 Pas, 또는 10 mPas 내지 100 mPas, 또는 20 내지 100 mPas, 또는 20 내지 60 mPas, 또는 약 20 mPas 이상 및/또는 약 100 mPas 이하일 수 있다. 점도는 커피 고형물의 중량%에 상호의존적일 것이며, 즉, 더 높은 중량%는 더 높은 점도를 야기할 것이다(도 4 참조). 예를 들어, 60 중량%의 커피 용액은 30 bar, 7℃ 및 100 s-1 전단율에서 약 2.3 Pas의 점도를 가질 수 있는 반면, 30 중량%의 커피 용액은 30 bar, 7℃ 및 100 s-1 전단율에서 약 10 내지 20 mPas의 점도를 가질 수 있다. 점도는 또한 온도에 따라 좌우되며, 온도가 낮을수록 점도는 더 높아진다. 점도는 당업자에게 알려진 임의의 방법에 의해, 예를 들어 레오미터에 의해 결정될 수 있다. 바람직하게는, 점도는 100 s-1의 전단율 및 7℃의 온도에서 결정된다.
커피 슬러리(사이드 스트림)와 제2 커피 용액(주 스트림)은 커피 슬러리를 제2 커피 용액에 첨가함으로써, 즉, 사이드 스트림을 주 스트림에 첨가함으로써 혼합될 수 있다. 사이드 스트림과 주 스트림의 혼합은 커피 슬러리/커피 용액 믹스를 생성한다. 바람직하게는, 커피 슬러리/커피 용액 믹스는 혼합의 종료 시점까지 주 스트림 내에 유지된다. 일부 실시 형태에서, 사이드 스트림 속도는 5 내지 200 ml/분, 또는 10 내지 100 ml/분, 또는 약 15 ml/분이고, 주 스트림 속도는 100 내지 500 ml/분, 또는 100 내지 200 ml/분, 또는 약 170 ml/분이다. 예를 들어, 커피 슬러리가 CO2 수화물을 포함하는 경우, 사이드 스트림은 10 내지 20 ml/분의 속도로 150 내지 200 ml/분의 주 스트림 내로 첨가될 수 있고; 커피 슬러리가 CO2/N2 수화물을 포함하는 경우, 사이드 스트림은 80 내지 100 ml/분의 속도로 150 내지 200 ml/분의 주 스트림 내로 첨가될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 사이드 스트림 속도:주 스트림 속도의 비는 1 미만, 또는 0.05 내지 0.5, 또는 0.05 내지 0.1, 또는 약 0.08이다.
일부 실시 형태에서, 커피 슬러리는 정량주입에 의해(즉, 특정량(특정 부피)의 커피 슬러리를 이산 시간 간격으로 첨가함으로써) 제2 커피 용액에 첨가된다. 일부 실시 형태에서, 첨가되는 커피 슬러리의 양(부피)은 1 내지 1000 ㎤, 1 내지 100 ㎤, 1 내지 50 ㎤, 10 내지 50 ㎤, 또는 5 내지 20 ㎤, 또는 약 15 ㎤이다. 일부 실시 형태에서, 커피 슬러리는 매 1 내지 1000초, 또는 매 5 내지 200초, 또는 매 60 내지 100초마다 첨가된다. 일부 실시 형태에서, 10 내지 50 ㎤가 매 60 내지 100초마다 첨가된다.
일부 실시 형태에서, 첨가되는 커피 슬러리의 양(부피) 및/또는 속도는 제2 커피 용액에 0.001 내지 1 mol/분, 또는 0.02 내지 0.1 mol/분의 가스를 제공하기에 충분하다. 예를 들어, 커피 슬러리가 CO2 수화물을 포함하는 경우, 첨가되는 슬러리의 부피 및 속도는 0.02 내지 0.1 mol/분의 CO2가 제공되도록 하는 것일 수 있고; 커피 슬러리가 CO2/N2 수화물을 포함하는 경우, 첨가되는 슬러리의 부피 및 속도는 0.02 내지 0.1 mol/분의 CO2 및 0.001 내지 0.005 mol/분의 N2가 제공되도록 하는 것일 수 있다.
일부 실시 형태에서, 커피 슬러리(사이드 스트림)와 제2 커피 용액(주 스트림)은 혼합되고/되거나, 사이드 스트림이 등압-등온 조건에 근접한 조건 하에서(즉, 근사적으로 또는 대략적으로 등압-등온인 조건 하에서), 바람직하게는 등압-등온 조건 하에서 주 스트림에 첨가된다. 본 발명에 따른 "등압-등온 조건"은 혼합이 일정한 온도 및 일정한 가스 압력에서 수행되는 조건이다. 바람직하게는, 등압-등온 조건은 혼합 전의 커피 슬러리(사이드 스트림)의 조건과 동일하며, 즉, 등압-등온 조건은 사이드 스트림이 주 스트림에 들어가는 입구에서의 압력 및 온도를 지칭한다. 대략적으로 등압-등온인 조건은 등압-등온 조건의 ±2℃ 및 ±5 bar 이내일 수 있다. 바람직하게는, 온도 및 가스 압력은 전술된 바와 같이 가스 수화물의 형성 및/또는 유지에 적합하다. 따라서, 온도는 가스, 커피 용액 및 가스 압력에 따라 -15℃ 내지 15℃, 또는 -10℃ 내지 12℃, 또는 -10℃ 내지 10℃, 또는 -10℃ 내지 8℃, 또는 -8℃ 내지 7℃, 또는 -5℃ 내지 5℃, 또는 약 -7℃, -5℃ 또는 -4℃ 이상일 수 있고/있거나, 가스 압력은 가스, 커피 용액 및 온도에 따라 10 내지 500 bar, 10 내지 300 bar, 10 내지 200 bar, 10 내지 150 bar, 10 내지 100 bar, 10 내지 50 bar, 15 내지 40 bar, 또는 15 내지 35 bar, 또는 15 내지 30 bar일 수 있다. 가스 수화물을 형성 및/또는 유지하는 데 필요한 온도와 압력은 상호의존적이며, 가스 및 용액(예를 들어, 커피 용액 내의 고형물의 중량%)에 따라 달라질 것이다. 바람직한 실시 형태에서, 커피 슬러리와 제2 커피 용액은 (커피 슬러리가 CO2 수화물을 포함하는 경우) 약 10 내지 38 bar, 또는 약 10 bar 이상의 압력 및/또는 -3 내지 7.8℃에서 혼합된다. 다른 실시 형태에서, 커피 슬러리와 제2 커피 용액은 (커피 슬러리가 N2 수화물을 포함하는 경우) 약 140 내지 285 bar의 압력 및/또는 약 -2.5℃ 내지 5.5℃에서 혼합된다. 바람직한 실시 형태에서, 커피 슬러리와 제2 커피 용액은 (커피 슬러리가 CO2/N2 혼합 수화물을 포함하는 경우) 약 35 bar의 CO2/N2 총 가스 압력 및/또는 1 내지 5℃, 또는 약 3℃에서 혼합된다. 일부 실시 형태에서, 커피 슬러리(사이드 스트림)와 제2 커피 용액(주 스트림)은 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 생성하는 데 사용되는 것과 동일한 온도 및/또는 압력 하에서 혼합된다.
본 발명에 따르면, 커피 슬러리/커피 용액 믹스는 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 압력을 해제하고/하거나 온도를 증가시킨 후에 거품발생된 커피 용액이 된다. 바람직하게는, 커피 슬러리의 정량주입 및/또는 커피 슬러리와 제2 커피 용액의 혼합은 커피 슬러리/커피 용액 믹스(즉, 거품발생된 커피 용액)가 50 내지 500%, 또는 100 내지 500%, 또는 100 내지 400%, 또는 150 내지 400%, 또는 200 내지 400%, 또는 250 내지 350%, 또는 약 300%의 오버런에 도달할 때까지 계속된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "오버런"은 커피 용액의 부피의 증가이며, 이는 당업자에게 알려진 임의의 방법에 의해 결정될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 원하는 오버런(예를 들어, 50 내지 500%, 또는 100 내지 500%, 또는 150 내지 400%, 또는 100 내지 400%, 또는 200 내지 400%, 또는 250 내지 350%, 또는 약 300%)에 도달한 후에, 사이드 스트림(커피 슬러리)은 원하는 오버런을 유지하도록 주 스트림(제2 커피 용액)에 일정한 정량주입 속도로, 예를 들어 0.001 내지 1.5 mol/분, 또는 0.02 내지 0.1 mol/분의 가스를 제2 커피 용액에 제공하기에 충분한 정량주입 속도로 계속해서 첨가된다. 일부 실시 형태에서, 혼합 및/또는 정량주입은 커피 슬러리/커피 용액 믹스가 0.01 내지 7.5 mol/L, 0.1 내지 7.5 mol/L, 0.5 내지 2 mol/L, 또는 약 1 mol/L의 가스를 포함할 때까지 계속된다.
일부 실시 형태에서, 상기 방법은 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 압력을 해제하고/하거나 온도를 증가시켜 거품발생된 커피 용액을 제공하는 추가의 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은 온도를 증가시키고 압력을 감소시키는 추가의 단계, 또는 단지 압력만을 감소시키는 추가의 단계(즉, 온도가 증가되지 않음)를 포함한다. 바람직하게는, 이 단계는 임의의 잔존하는 가스 수화물을 분해하고 커피 슬러리/커피 용액 믹스 내의 가스를 방출한다. 가스 수화물을 분해하는 데 필요한 온도와 압력은 상호의존적이며, 가스 및 용액(예를 들어, 커피 슬러리/커피 용액 믹스 내의 고형물의 중량%)에 따라 달라질 것이다. 따라서, 가스 압력 및 온도는 가스 수화물의 정체에 좌우될 것이다. 가스 압력은 (선택적으로, 온도를 증가시키는 것과 조합하여) 해제될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 가스 압력은 1 bar 내지 10 bar, 또는 5 bar 내지 10 bar로 낮추어질 수 있다. 온도는 (선택적으로, 가스 압력을 낮추는 것과 조합하여) 증가될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 온도는 10℃ 초과, 15℃ 초과, 또는 20℃ 초과로 증가될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 온도는 가스 압력을 낮추는 것과 조합하여, -5℃ 내지 10℃, -5℃ 내지 5℃, 0℃ 내지 10℃, 0℃ 내지 5℃, 약 0℃ 초과, 또는 약 5℃로 증가될 수 있다. 바람직하게는, 가스 압력은 해제된다(즉, 온도는 증가되지 않는다). 예를 들어, 30 중량%의 커피 용액 내의 CO2(또는 혼합 CO2) 수화물의 경우, 가스 압력은 1 내지 2℃의 온도에서 약 10 bar 미만(예를 들어, 1 내지 10 bar, 또는 1 내지 5 bar), 또는 5 내지 6℃의 온도에서 20 bar 미만으로 낮추어질 수 있다. 예를 들어, 30 중량%의 커피 용액 내의 N2 수화물의 경우, 가스 압력은 -2.5℃ 내지 5.5℃의 온도에서 약 135 bar 미만(예를 들어, 1 내지 100 bar, 1 내지 50 bar, 1 내지 20 bar)으로 낮추어질 수 있다.
일부 실시 형태에서, 인스턴트 커피 분말을 생성하는 방법은 거품발생된 커피 용액을 건조시키기 전에, 거품발생된 커피 용액을 급속 냉동시켜, 안정화된 거품발생된 커피 용액을 제공하는 추가의 단계를 포함할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 안정화된 거품발생된 커피 용액은 고체 커피 블록 포맷 형태이다. 급속 냉동은 임의의 추가의 가스 버블 팽창 또는 합착(coalescence)을 피함으로써 거품발생된 커피 용액의 거품 미세구조를 안정화시킬 수 있다. 당업자에게 알려진 임의의 급속 냉동 방법이 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 거품발생된 커피 용액은 약 -196℃, 또는 약 -78℃, 또는 -196℃ 내지 -40℃, 또는 -80℃ 내지 -40℃, 또는 -80℃ 내지 -65℃, 바람직하게는 약 -60℃로 급속 냉동된다. 예를 들어, 급속 냉동 방법이 거품발생된 커피 용액을 안정화하기 위해 액체 질소를 사용하는 경우, 용액은 약 -196℃로 급속 냉동될 수 있다. 대안적으로, 급속 냉동 방법이 거품발생된 커피 용액을 안정화하기 위해 드라이아이스를 사용하는 경우, 용액은 약 -79℃로 급속 냉동될 수 있다. 바람직하게는, 안정화된 거품발생된 커피 용액(예를 들어, 고체 커피 블록 포맷)은 -80℃ 내지 -40℃, 또는 약 -60℃에서 저장된다. 일부 실시 형태에서, 급속 냉동시키는 단계는 압력을 추가로 해제하는 추가의 단계 전에 수행된다. 예를 들어, 상기 방법은 압력을 해제하여 거품발생된 커피 용액(예를 들어, 15 내지 25 bar)을 제공하는 단계 후에, 급속 냉동(예를 들어, 액체 질소를 사용한 안정화) 단계, 이후에 (예를 들어, 1 bar로의) 압력의 추가의 해제 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 인스턴트 커피 분말을 생성하는 방법은 거품발생된 커피 용액 또는 안정화된 거품발생된 커피 용액(예를 들어, 고체 커피 블록 포맷)을 건조시켜 건조된 커피를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 건조된 커피는 건조된 고체 커피 블록 포맷 형태이다. (안정화된) 거품발생된 커피 용액을 건조시키는 단계에서, 당업자에게 알려진 임의의 방법, 예를 들어 분무-건조 또는 냉동-건조 방법이 사용될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, (안정화된) 거품발생된 커피 용액을 건조시키는 단계는 냉동-건조이다. 바람직하게는, 냉동-건조는 시스템 내의 물의 급속한 승화를 감소 및/또는 피하여, 그럼으로써 작은 가스 포켓들의 합체를 감소 및/또는 피한다. 물의 급속한 승화를 감소 및/또는 피하는 적합한 냉동-건조 방법은 당업자에게 잘 알려져 있을 것이다. 일부 실시 형태에서, 건조 속도는 (안정화된) 거품발생된 커피 용액이 0℃에 도달할 때까지 1℃/hr이며, 바람직하게는 이때 (안정화된) 거품발생된 커피 용액의 초기 온도는 -60℃ 내지 -20℃, 바람직하게는 약 -40℃이다.
건조된 커피(예를 들어, 건조된 고체 커피 블록 포맷)를 분쇄하는 단계에서는, 당업자에게 알려진 임의의 방법이 사용될 수 있다. 건조된 커피(예를 들어, 건조된 고체 커피 블록 포맷)를 분쇄하는 단계는 분쇄된 건조된 커피를 체분리하여 인스턴트 커피 분말을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 분쇄(및 선택적으로, 체분리) 후에, 인스턴트 커피 분말은, 예를 들어 평균 직경이 0.5 mm 초과 및/또는 4 mm 미만인 과립으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 인스턴트 커피 분말 과립은 평균 직경이 약 3 mm일 수 있다.
따라서, 일부 실시 형태에서, 인스턴트 커피 분말을 생성하는 방법은
(a) 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 제2 커피 용액과 혼합하여 커피 슬러리/커피 용액 믹스를 제공하는 단계;
(b) 상기 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 압력을 해제하여 거품발생된 커피 용액을 제공하는 단계;
(c) 상기 거품발생된 커피 용액을 급속 냉동하여 안정화된 거품발생된 커피 용액을 제공하는 단계;
(d) 선택적으로, 상기 압력을 추가로 해제하는 단계;
(e) 상기 안정화된 거품발생된 커피 용액을, 바람직하게는 냉동-건조에 의해 건조시켜 건조된 커피를 제공하는 단계; 및
(f) 상기 건조된 커피를 분쇄하여 인스턴트 커피 분말을 제공하는 단계를 포함한다.
인스턴트 커피 분말
"인스턴트 커피 분말"이란, 액체, 예를 들어, 온수 또는 냉수, 우유 등의 첨가에 의해 재구성될 수 있는 건조된 분말 조성물을 의미한다. 인스턴트 커피 분말은 커피 고형물, 예를 들어 가용성 커피 고형물로 이루어질 수 있다. 커피 고형물은 커피, 예를 들어 로스팅된 커피로부터 얻어지는, 물이 제거된 화합물이다. 가용성 커피 고형물은, 전형적으로 물 및/또는 스팀을 사용하여, 커피 콩으로부터 추출된 수용성 화합물이다. 100℃ 초과의 온도, 예를 들어 130℃ 내지 180℃의 온도에서 수성 추출에 의해 로스팅된 커피로부터 고수준의 커피 고형물이 추출될 수 있는데, 이러한 온도에서는 커피의 부분 가수분해가 일어나서 가용성 다당을 방출시킨다.
본 발명의 인스턴트 커피 분말은 바람직하게는 물로 재구성될 때 그의 상부 표면 상에 거품 및/또는 크레마를 형성하며, 즉, 그것은 "거품발생성 인스턴트 커피 분말"로 간주될 수 있다. "크레마"란, 에스프레소 표면 상에 형성된 농후한 적갈색 거품을 의미한다. 크레마는 고체 입자(불용성 커피 침강물)를 함유할 수 있으며, 그의 연속상은 수중유 에멀젼이다. 25 내지 30 mL의 전형적인 보통의 에스프레소 커피 컵 부피(1회분)에서, 크레마는 총 부피의 적어도 10%를 나타낸다(문헌[Navarini, E. Illy, Food biophysics 2011, volume 6, issue 3, pp:335-348]). 일부 실시 형태에서, 거품 및/또는 크레마는 유리한 관능 특성, 예를 들어 개선된 미감 및/또는 아로마를 부여한다. 일부 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말에 의해 생성된 거품 및/또는 크레마는 개선된 질감, 안정성을 갖고/갖거나 더 큰 부피를 갖는다.
본 발명의 인스턴트 커피 분말은 바람직하게는 그의 상부 표면 상에 거품 및/또는 크림을 형성하기 위하여 추가의 거품 형성제 또는 크레마 형성제를 필요로 하지 않는다. 따라서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 바람직하게는 추가의 거품 형성제 또는 크레마 형성제를 포함하지 않는다(즉, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 순수 인스턴트 커피 분말일 수 있다).
인스턴트 커피 분말의 "다공도"는 공극 공간(기공)의 척도이며, 인스턴트 커피 분말의 총 부피에 대한 기공들의 부피의 분율로서, 0 내지 1의 값을 갖거나, 0% 내지 100%의 백분율로서의 값을 갖는다.
"폐쇄 다공도"는 인스턴트 커피 분말 내의 폐쇄 기공들의 총 부피의 분율이다. "개방 다공도"는 인스턴트 커피 분말 내의 개방 기공들의 총 부피의 분율이다.
"거품발생 다공도"는 거품발생에 기여하고 본 발명의 인스턴트 커피 분말의 잠재적인 거품발생 능력을 특징짓는 다공도의 척도이다. 폐쇄 기공은 거품발생에 기여할 것이다. 개방 기공은 거품발생에 그만큼은 기여하지 않거나, 또는 심지어 일부 경우에는 폐쇄 기공과 전혀 비교되지 않을 것이다. 2 마이크로미터 미만의 개구 직경을 갖는 기공이 거품발생에 기여할 수 있는데, 그 이유는, 이들 기공 내의 모세관 압력이 주위 압력보다 더 크고 이는 거품 형성을 가능하게 할 수 있기 때문이다. 따라서, 거품발생 다공도는 2 마이크로미터 미만의 개구 직경을 갖는 폐쇄 기공 및 개방 기공을 포함함으로써 결정될 수 있다. 거품발생 다공도는 2 마이크로미터 초과의 개구 직경을 갖는 개방 기공들의 부피를 제외한 응집체의 부피에 대한 거품발생에 기여하는 기공들의 부피의 비에 의해 얻어진다.
인스턴트 커피 분말 내의 기공들의 크기는 "기공 크기 분포"에 의해 주어진다. 기공 크기 분포는 기공 직경의 함수로서의 증분적 부피에 의해 정의될 수 있고/있거나 기공 직경의 함수로서의 기공의 수에 의해 정의될 수 있다.
인스턴트 커피 분말 내의 폐쇄 기공들의 크기는 "폐쇄 기공 크기 분포"에 의해 주어진다. 폐쇄 기공 크기 분포는 폐쇄 기공 직경의 함수로서의 증분적 부피에 의해 정의될 수 있고/있거나 폐쇄 기공 직경의 함수로서의 폐쇄 기공의 수에 의해 정의될 수 있다.
다공도, 폐쇄 다공도, 개방 다공도, 거품발생 다공도, 기공 크기 분포, 거품발생 기공 크기 분포, 및 폐쇄 기공 크기 분포는 당업계에 알려진 임의의 수단에 의해 측정될 수 있다. 예를 들어, 이들은 수은 기공률 측정, X-선 단층촬영 기법, SEM 및/또는 실시예에 기재된 방법과 같은 표준 측정법에 의해 측정될 수 있다. 기공 크기는, 예를 들어 SEM 이미지의 조사에 의해 결정될 수 있으며, 이것은, 예를 들어 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 이루어진다.
일부 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 60% 내지 90%, 또는 70% 내지 90%, 또는 70% 내지 85%, 또는 약 78%의 총 다공도(폐쇄 및 개방)를 갖는다.
일부 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 10% 내지 60%, 15% 내지 50%, 15% 내지 34%, 또는 20% 내지 34% 또는, 25% 내지 34%, 또는 30 내지 34%, 또는 약 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 또는 34%, 바람직하게는 약 30%의 거품발생 다공도를 가지며, 바람직하게는 여기서 2 마이크로미터 미만의 개구 직경을 갖는 폐쇄 기공 및 개방 기공은 혼합 CO2/N2 수화물을 포함하는 커피 슬러리로부터 형성되었다. 일부 다른 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 10% 내지 20%의 거품발생 다공도를 가지며, 바람직하게는 여기서 2 마이크로미터 미만의 개구 직경을 갖는 폐쇄 기공 및 개방 기공은 CO2 수화물을 포함하는 커피 슬러리로부터 형성되었다.
일부 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 10% 내지 60%, 15% 내지 50%, 또는 20% 내지 35%, 또는 20% 내지 34%, 또는 25% 내지 34%, 또는 30% 내지 34%, 또는 약 25%, 26%, 27%, 28%, 29%, 30%, 31%, 32%, 33%, 34% 또는 35%, 바람직하게는 약 30%의 폐쇄 다공도를 가지며, 바람직하게는 여기서 폐쇄 기공은 혼합 CO2/N2 수화물을 포함하는 커피 슬러리로부터 형성되었다. 일부 다른 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 10% 내지 20%의 폐쇄 다공도를 가지며, 바람직하게는 여기서 폐쇄 기공은 CO2 수화물을 포함하는 커피 슬러리로부터 형성되었다.
일부 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 바이모달 기공 분포를 갖는다. 바이모달 기공 분포는 2개의 상이한 모드(즉, 평균 크기)를 갖는 연속적인 기공 크기 분포이다. 바람직하게는, 바이모달 기공 분포는 2개의 가우시안 기공 분포를 포함하며, 여기서 모드는 가우시안 기공 분포들의 평균값과 대략 동일하다.
일부 실시 형태에서, 바이모달 기공 분포는 바이모달 거품발생 기공 분포이다. 바이모달 거품발생 기공 분포는 2개의 상이한 모드를 갖는, 2 마이크로미터 미만의 개구 직경을 갖는 폐쇄 기공 및 개방 기공(즉, 거품발생 기공)에 대한 연속적인 기공 크기 분포이다.
바이모달 기공 분포는 (i) 평균 (모드) 직경이 20 내지 100 마이크로미터, 또는 20 내지 50 마이크로미터, 또는 25 내지 45 마이크로미터, 또는 30 내지 45 마이크로미터, 또는 35 내지 45 마이크로미터, 또는 약 40 마이크로미터인 기공; 및 (ii) 평균 (모드) 직경이 20 마이크로미터 미만, 또는 약 15 마이크로미터 미만, 또는 약 10 마이크로미터 미만, 또는 약 5 마이크로미터 미만, 또는 1 내지 20 마이크로미터, 또는 1 내지 18 마이크로미터, 또는 1 내지 15 마이크로미터, 또는 1 내지 10 마이크로미터, 또는 1 내지 5 마이크로미터, 또는 2 내지 20 마이크로미터, 또는 2 내지 18 마이크로미터, 또는 2 내지 15 마이크로미터, 또는 2 내지 10 마이크로미터, 또는 2 내지 5 마이크로미터, 또는 5 내지 20 마이크로미터, 또는 5 내지 18 마이크로미터, 또는 5 내지 15 마이크로미터, 또는 5 내지 10 마이크로미터, 또는 약 2 마이크로미터, 또는 약 5 마이크로미터, 또는 약 10 마이크로미터, 또는 약 15 마이크로미터, 또는 약 20 마이크로미터인 기공을 포함할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 바이모달 기공 분포는 (i) 평균 (모드) 직경이 약 20 내지 50 마이크로미터인 기공; 및 (ii) 평균 (모드) 직경이 약 20 마이크로미터 미만(예를 들어, 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 또는 19 마이크로미터)인 기공을 포함한다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 바이모달 기공 분포는 (i) 평균 (모드) 직경이 약 25 내지 45 마이크로미터인 기공; 및 (ii) 평균 (모드) 직경이 약 20 마이크로미터 미만(예를 들어, 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 또는 19 마이크로미터), 또는 약 2 내지 20 마이크로미터, 또는 약 5 내지 15 마이크로미터인 기공을 포함한다. CO2/N2 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 사용하여 인스턴트 커피 분말을 생성할 때, 더 큰 기공은 CO2에 의해 형성될 수 있고, 더 작은 기공은 N2에 의해 형성될 수 있다. 더 큰 기공은 개방 기공(거품발생 기공을 포함함) 및/또는 폐쇄 기공으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 더 큰 기공은 개방 기공으로 실질적으로 이루어지며(즉, 더 큰 기공의 >90%, >95%, >99% 또는 약 100%가 개방 기공이며), 가장 바람직하게는 개방 기공은 2 마이크로미터 이상의 개구 직경을 갖는 개방 기공이다. 더 작은 기공은 폐쇄 기공 및/또는 거품발생 기공(즉, 2 마이크로미터 미만의 개구 직경을 갖는 개방 기공)으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 더 작은 기공은 폐쇄 기공으로 실질적으로 이루어진다(즉, 더 작은 기공의 >90%, >95%, >99% 또는 약 100%가 폐쇄 기공이다).
일부 실시 형태에서, 더 큰 기공은 총 기공 부피의 10 내지 99%(부피 기준)에 기여하고/하거나 더 작은 기공은 총 기공 부피의 1 내지 90%(부피 기준)에 기여한다. 일부 다른 실시 형태에서, 더 큰 기공은 총 기공 수의 10 내지 99%(개수 기준)에 기여하고/하거나 더 작은 기공은 총 기공 수의 10 내지 90%(개수 기준)에 기여한다. 각각의 모드에 의해 기여되는 총 기공의 부피 및/또는 개수는 기공 크기 분포에 기초하여 추정될 수 있다. 기공 크기 분포는 각각의 모드에 대해 추정될 수 있고, 기여는 총 기공 크기 분포에 기초하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 바람직하게는 바이모달 기공 분포는 2개의 가우시안 기공 분포를 포함하며, 이에 따라 각각의 모드에 대한 가우시안 분포의 각각의 면적은 각각의 모드에 의해 기여되는 총 기공의 부피 및/또는 개수를 계산하는 데 사용될 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 바이모달 폐쇄 기공 분포를 갖는다. 따라서, 일부 실시 형태에서, 바이모달 기공 분포는 바이모달 폐쇄 기공 분포이다. 바이모달 폐쇄 기공 분포는 2개의 상이한 모드를 갖는 연속적인 폐쇄 기공 크기 분포이다.
일부 실시 형태에서, 바이모달 폐쇄 기공 분포는 (i) 평균 (모드) 직경이 20 내지 100 마이크로미터, 또는 20 내지 50 마이크로미터, 또는 25 내지 45 마이크로미터, 또는 30 내지 45 마이크로미터, 또는 35 내지 45 마이크로미터, 또는 약 40 마이크로미터인 폐쇄 기공; 및 (ii) 평균 (모드) 직경이 20 마이크로미터 미만, 또는 약 15 마이크로미터 미만, 또는 약 10 마이크로미터 미만, 또는 약 5 마이크로미터 미만, 또는 1 내지 20 마이크로미터, 또는 1 내지 18 마이크로미터, 또는 1 내지 15 마이크로미터, 또는 1 내지 10 마이크로미터, 또는 1 내지 5 마이크로미터, 또는 2 내지 20 마이크로미터, 또는 2 내지 18 마이크로미터, 또는 2 내지 15 마이크로미터, 또는 2 내지 10 마이크로미터, 또는 2 내지 5 마이크로미터, 또는 5 내지 20 마이크로미터, 또는 5 내지 18 마이크로미터, 또는 5 내지 15 마이크로미터, 또는 5 내지 10 마이크로미터, 또는 약 2 마이크로미터, 또는 약 5 마이크로미터, 또는 약 10 마이크로미터, 또는 약 15 마이크로미터, 또는 약 20 마이크로미터인 폐쇄 기공을 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 바이모달 폐쇄 기공 분포는 (i) 평균 (모드) 직경이 약 20 내지 50 마이크로미터인 폐쇄 기공; 및 (ii) 평균 (모드) 직경이 약 20 마이크로미터 미만(예를 들어, 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 또는 19 마이크로미터)인 폐쇄 기공을 포함한다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 바이모달 폐쇄 기공 분포는 (i) 평균 (모드) 직경이 약 25 내지 45 마이크로미터인 폐쇄 기공; 및 (ii) 평균 (모드) 직경이 약 20 마이크로미터 미만(예를 들어, 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 또는 19 마이크로미터), 또는 약 2 내지 20 마이크로미터, 또는 약 5 내지 15 마이크로미터인 폐쇄 기공을 포함한다. CO2/N2 수화물을 사용하여 인스턴트 커피 분말을 생성할 때, 더 큰 폐쇄 기공은 CO2에 의해 형성될 수 있고, 더 작은 폐쇄 기공은 N2에 의해 형성될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 더 큰 기공은 총 폐쇄 기공 부피의 10 내지 99%(부피 기준)에 기여하고/하거나 더 작은 기공은 총 폐쇄 기공 부피의 1 내지 90%(부피 기준)에 기여한다. 일부 다른 실시 형태에서, 더 큰 기공은 총 폐쇄 기공 수의 10 내지 90%(개수 기준)에 기여하고/하거나 더 작은 기공은 총 폐쇄 기공 수의 10 내지 90%(개수 기준)에 기여한다. 각각의 모드에 의해 기여되는 총 폐쇄 기공의 부피 및/또는 개수는 폐쇄 기공 크기 분포에 기초하여 추정될 수 있다. 폐쇄 기공 크기 분포는 각각의 모드에 대해 추정될 수 있고, 기여는 총 폐쇄 기공 크기 분포에 기초하여 계산될 수 있다.
일부 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 15% 내지 34%, 또는 20% 내지 34% 또는, 25% 내지 34%, 또는 30 내지 34%, 또는 약 30%의 거품발생 다공도, 및 바이모달 기공 분포를 갖는다.
일부 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 15% 내지 34%, 또는 20% 내지 34% 또는, 25% 내지 34%, 또는 30 내지 34%, 또는 약 30%의 거품발생 다공도, 및 바이모달 기공 분포를 가지며, 여기서 바이모달 거품발생 기공 분포는 (i) 평균 (모드) 직경이 20 내지 100 마이크로미터인 기공 및 (ii) 평균 (모드) 직경이 약 20 마이크로미터 미만인 기공을 포함하며, 바람직하게는 (i)은 총 기공 부피의 10 내지 99%(부피 기준)에 기여하고/하거나, (ii)는 총 기공 부피의 1 내지 90%(부피 기준)에 기여한다. 바람직하게는, 더 큰 기공은 개방 기공으로 실질적으로 이루어지고, 더 작은 기공은 폐쇄 기공으로 실질적으로 이루어진다.
일부 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 20% 및 34%의 거품발생 다공도, 및 바이모달 기공 분포를 가지며, 여기서 바이모달 기공 분포는 (i) 평균 (모드) 직경이 25 내지 45 마이크로미터인 기공 및 (ii) 평균 (모드) 직경이 약 20 마이크로미터 미만(예를 들어, 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 또는 19 마이크로미터), 또는 약 2 내지 20 마이크로미터, 또는 약 5 내지 15 마이크로미터 미만인 기공을 포함하며, 바람직하게는 (i)은 총 기공 부피의 10 내지 99%(부피 기준)에 기여하고/하거나, (ii)는 총 기공 부피의 1 내지 90%(부피 기준)에 기여한다. 바람직하게는, 더 큰 기공은 개방 기공으로 실질적으로 이루어지고, 더 작은 기공은 폐쇄 기공으로 실질적으로 이루어진다.
바람직한 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 20% 내지 40%, 또는 20% 및 34%의 폐쇄 다공도, 및 바이모달 기공 분포를 갖는다.
다른 바람직한 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 20% 내지 40%, 또는 20% 및 34%의 폐쇄 다공도, 및 바이모달 기공 분포를 가지며, 여기서 바이모달 기공 분포는 (i) 평균 (모드) 직경이 20 내지 100 마이크로미터인 기공 및 (ii) 평균 (모드) 직경이 약 20 마이크로미터 미만인 기공을 포함하며, 바람직하게는 (i)은 총 기공 부피의 10 내지 99%(부피 기준)에 기여하고/하거나, (ii)는 총 기공 부피의 1 내지 90%(부피 기준)에 기여한다. 바람직하게는, 더 큰 기공은 개방 기공으로 실질적으로 이루어지고, 더 작은 기공은 폐쇄 기공으로 실질적으로 이루어진다.
다른 바람직한 실시 형태에서, 본 발명의 인스턴트 커피 분말은 20% 및 34%의 폐쇄 다공도, 및 바이모달 기공 분포를 가지며, 여기서 바이모달 기공 분포는 (i) 평균 (모드) 직경이 25 내지 45 마이크로미터인 기공 및 (ii) 평균 (모드) 직경이 약 20 마이크로미터 미만(예를 들어, 약 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 또는 19 마이크로미터), 또는 약 2 내지 20 마이크로미터, 또는 약 5 내지 15 마이크로미터 미만인 기공을 포함하며, 바람직하게는 (i)은 총 기공 부피의 10 내지 99%(부피 기준)에 기여하고/하거나, (ii)는 총 기공 부피의 1 내지 90%(부피 기준)에 기여한다. 바람직하게는, 더 큰 기공은 개방 기공으로 실질적으로 이루어지고, 더 작은 기공은 폐쇄 기공으로 실질적으로 이루어진다.
유리하게는, 인스턴트 커피 분말 내의 더 큰 (개방) 기공은 샘플의 용이한 재구성으로 인해 물 침투가 수월한 커피를 제조하는 데 유익하다. 유리하게는, 인스턴트 커피 분말 내의 더 작은 (폐쇄) 기공은 거품 또는 크레마의 생성에 유익하다.
일부 실시 형태에서, 인스턴트 커피 분말은 냉동-건조 동안 얼음 결정 및 승화에 의해 형성될 수 있는 개방 기공을 추가로 포함한다.
인스턴트 커피 분말은 물을 사용한 재구성 시에 적어도 0.25 ml/g의 크레마, 예를 들어 물을 사용한 재구성 시에 적어도 0.75 ml/g의 크레마를 갖는 커피 음료를 제공하기 위한 것일 수 있다.
인스턴트 커피 분말은 과립으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 인스턴트 커피 분말 과립은 평균 직경이 0.5 mm 초과이다. 바람직하게는, 인스턴트 커피 분말 과립은 평균 직경이 4 mm 미만이다. 가장 바람직하게는, 인스턴트 커피 분말 과립은 평균 직경이 약 3 mm이다. 평균 과립 직경은, 예를 들어 교정된 체에 의해 측정될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "포함하는", "포함한다" 및 "로 구성되는"은 "구비하는" 또는 "구비한다"; 또는 "함유하는" 또는 "함유한다"와 동의어이며; 포괄적 또는 개방형(open-ended)이며 추가의 열거되지 않은 구성원, 요소 또는 단계를 배제하지 않는다. 용어 "포함하는", "포함한다" 및 "로 구성되는"은 또한 용어 "~로 이루어진"을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 근사적으로, 대략적으로, 대체로, 또는 대략을 의미한다. 용어 "약"이 수치 값 또는 범위와 함께 사용될 때, 그것은 기재된 수치 값(들)의 위 및 아래의 경계를 연장함으로써 그러한 값 또는 범위를 변경시킨다. 일반적으로, 본 명세서에서 용어 "약" 및 "대략"은 언급된 값(들)의 위 및 아래로 10%만큼 수치 값(들)을 변경시키는 데 사용된다.
실시예
실시예 1 - 커피 용액 중에서의 가스 용해도, 커피 용액-가스 시스템의 상평형도, 및 커피 용액의 레올로지의 특성화
커피 용액 중에서의 가스 용해도
커피 용액 중에서의 가스 용해도를 템퍼링된 고압 베셀 반응기(tempered high-pressure vessel reactor), 및 헤드스페이스로부터의 가스 소모를 3차 다항식 가스 상태 방정식을 사용하여 모니터링하는 압력 수착 감쇠 방법을 사용하여 실험적으로 평가하였다. 실험은 4℃ 및 10, 20, 30, 35 bar에서, 그리고 10℃ 및 10, 20, 30, 35, 40 bar에서 수행하였다. 초기 로딩량은 100 g의 30 또는 50 중량%의 커피 용액이었다.
도 2 및 표 1은 커피 용액 중에서의 CO2 용해도에 대한 실험 결과를 나타낸다. 35 bar 및 4℃에서, 38.6 mg/g의 CO2를 30 중량%의 커피 용액 중에 용해시켰다. 30 중량%의 커피 용액을 또한 4℃ 및 10℃에서 N2에 대해 시험하였다. 35 bar 및 4℃에서는 0.7 mg/g을 그리고 50 bar 및 4℃에서는 2.94 mg/g을 용해시켰다. 10℃에서는, 30 중량%의 커피 용액 중에서의 N2의 용해가 검출될 수 없었다.
[표 1]
Figure pct00001
커피 용액-CO 2 및 커피 용액-N 2 의 상평형도
고압 교반 베셀 반응기에서의 등적(isochoric) 다단계 가열/냉각 용해 온도-사이클 방법 및 고압 시차 주사 열량측정법(DSC) 방법을 사용하여, 커피 용액/CO2 수화물-액체-증기(H-L-V) 안정선(stability line)을 획득하기 위한 상평형도를 추정하였다.
도 3a는 30 중량%의 커피 용액-CO2 시스템에 대해 얻어진 평형점을 나타낸다. 얻어진 점은 순수한 물과 25 중량%의 설탕 용액 수화물-액체-증기 경계 구역들 사이에 존재하는데, 이는, 30 중량%의 커피 용액에 적합한 모델로서 잘 기재된 25 중량%의 설탕 용액을 시사한다.
도 3b는 물 중에 CO2/N2 게스트를 갖는 혼합 수화물에 대한 상평형도를 포함하는데, 이는 출전이 문헌(Kang, S.P., et al., 2001. The Journal of Chemical Thermodynamics, 33(5), pp. 513-521)이다. 수화물-액체-증기 경계선은 다양한 CO2 조성에 대해 나타나 있으며, 이때 CO2 조성은 단일의 CO2 수화물(두 자릿수의 압력 값(단위: bar))과 단일의 N2 수화물(세 자릿수의 압력 값(단위: bar))에 대한 경계들 사이에 놓인다.
커피 용액의 레올로지
30, 40, 50 및 60 중량%의 커피 용액의 점도를 측정하였다. 도 4는 커피 용액의 레올로지 특성화로부터의 결과를 나타낸다.
도 4a에서의 전단율에 대한 점도 의존성은 대기압에서의 것 및 30 bar에서의 것과 동일하였다. 10 내지 1000 s-1의 전단율 스케일 상에서, 이 물질은 뉴턴 유체로 분류될 수 있었다. 주 스트림 라인 상에서 대부분 사용되는 60 중량%의 커피 농축물의 경우에, 점도는 30 bar에서 약 2.3 Pas였다. 고압 클라트레이트 수화물 슬러리 발생기(CLAG) 반응기 상에서 대부분 사용되는 30 중량% 믹스의 경우에, 점도는 약 14 내지 16 mPas였다. 이는 CO2 용해 전의 고압 CLAG 반응기 상에서의 유량계 측정치와 일치하였다. 고압 CLAG 반응기 상에서의 가스 용해 동안, 점도 값은 30 중량%의 커피 용액에 대해 약 5℃의 온도에서 최대 30 mPas까지, 그리고 수화물 성장 동안에는 최대 60 mPas까지 상승하였다. 점도 값의 상승은 가스 용해 및 가스 수화물 케이지 내로의 매립을 나타내었다.
도 4b는 온도에 대한 점도 의존성을 나타낸다. 온도가 증가함에 따라 점도가 감소하는 경향이 관찰되었다.
실시예 2 - 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리의 생성
가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 생성하기 위하여, 가스의 유형 및 양의 몇몇 조합을 고압 클라트레이트 수화물 슬러리 발생기(CLAG) 반응기에서 시험하였다. 가스 수화물을 포함하지 않는 용해된 가스를 갖는 커피 슬러리를 또한 가스 수화물 시스템과의 비교를 위해 시험하였다. 완전한 실험 목록이 표 3에 주어져 있다.
[표 3]
Figure pct00002
CO 2 수화물 커피 슬러리
고압 클라트레이트 수화물 슬러리 발생기(CLAG) 반응기 내의 커피 용액으로부터의 CO2 수화물 슬러리를 생성하기 위한 전형적인 프로토콜은 몇몇 단계로 이루어졌다. 고압 CLAG 반응기를 3 리터의 30 중량%의 커피 용액으로 충전하였다. 동시에, 규정된 양의 가스(50 내지 400 g)를 가스 저장조 실린더 내로 충전하였다(최대 35 bar의 압력). SSHE 유닛을 800 rpm으로 회전시키고, 펌프를 40 내지 50 ㎐(최대 330 L·h-1)로 회전시켰다. 전체 고압 CLAG 반응기를 7℃ 내지 -8℃ 범위의 가스 수화물 안정성 구역 내의 또는 밖의 온도 영역으로 냉각시켰다. 그 후에, 고압 CLAG 반응기를 가스 저장조로부터 가압하였다. 과포화가 달성된 후에, 소정의 시간 후에 가스 수화물을 형성하였다. 가스 수화물이 최초로 출현하였을 때, 이 시점은 유도점이라 칭한다. 유도점까지의 시간을 유도 시간으로 칭한다. 유도점 후에, 가스 수화물은 성장 단계에 들어갔다.
고도로 점성인 초기 커피 용액은 특정 거품발생 응용을 위하여 물의 양을 감소시키는 데 바람직하였다. 그러나, 더 높은 점도의 슬러리(0.3 Pas)는 펌핑하기가 어려웠다. 따라서, 30 중량%의 커피 용액을 전달 실험을 위해 선택하였다.
CO 2 :N 2 수화물 커피 슬러리
이 시험에 있어서는, 가스 수화물이 CO2 및 N2로 형성된 경우에, 최대 0.64의 CO2:N2 비를 시험하였다. 0.47 내지 0.54의 CO2 비는 가스 수화물 형성 후에 균질한 유동 프로파일을 가졌으며 취급이 용이하였다. 약 20 bar의 압력에서 CO2를 사용하여 커피 용액 중에서 소량의 가스 수화물을 형성한 후에, 비점유된 수소 결합된 케이지가 더 작은 N2 분자에 의해 추가로 충전될 수 있다는 가정 하에 35 bar의 압력으로 가압함으로써 N2를 첨가하였다.
전달 시험을 위한 고압 CLAG 반응기 조건
도 5 및 표 4는 CO2 수화물 커피 슬러리 및 CO2:N2 수화물 커피 슬러리의 경우에 가스 수화물 출현 후에 고압 CLAG 반응기 시험에서 감소하는 밀도 및 증가하는 점도 경향을 나타낸다.
[표 4]
Figure pct00003
가스 용해에 따른 점도 증가 및 밀도 감소는 수화물이 존재하지 않는 시험에 대해서는 덜 두드러졌는데, 이는, 가스 소모가 더 적음을 나타낸다. 어느 정도까지는, 밀도 및 점도는 슬러리 내의 클라트레이트 물질의 증가에 대해 보고할 수 있었다.
커피 슬러리 시험에서 가스 분포에 대한 추정치를 달성하기 위하여, 시스템 내의 커피를 무시하고, 존재하는 상의 점유율, 수화수(hydration number) 및 부피 분율을 Colorado school of Mines의 CSMGEM 가스 수화물 소프트웨어(문헌[Sloan, E. D. and C. A. Koh: Clathrate Hydrates of Natural Gases. p. 752, 2007])를 사용하여 시스템 내의 물에 대해서만 계산하였다. CO2를 갖는 30 중량%의 커피 용액의 경우, 50% 점유율 및 11.5의 수화수를 사용하고 케이지 점유율에 관한 하한 범위 추정치로서 취하였다(문헌[Teng, H, et al., Chemical Engineering Science, 50(4):559-564, 1995] 참조). Kang et al.(문헌[Kang, S.P., et al., 2001. The Journal of Chemical Thermodynamics, 33(5), pp.513-521])에 의해 이루어진 관찰 및 상평형도를 사용하여, 공정 조건에서 수화물 내의 CO2/N2의 양을 추정하는 것이 또한 가능하였다. 저압 및 주어진 CO2/N2 로딩량으로 인해, 약 2%의 질소가 수화물 중에 매립되었으며, 나머지는 이산화탄소였다. 결과가 표 5에 제시되어 있다.
[표 5]
Figure pct00004
실시예 3 - 인스턴트 커피 분말의 생성
주 스트림 EGLI 라인으로 커피 슬러리의 전달
가스 수화물이 커피 슬러리 내에서 출현되고 시스템이 평형을 이루었을 때 또는 시스템이 가스로 완전 포화되었을 때, 표 6에 주어진 설정치를 사용하여 슬러리를 주 스트림 EGLI 라인으로 전달하였다. 주 스트림은 별개의 표면 스크레이프형 열 교환기(SSHE) 유닛을 갖는 변형된 EGLI(EGLI AG) 마가린 파일럿 플랜트로 이루어졌다. 주 스트림 라인에 최대 65 중량%를 함유하는 농축물이 공급되었다.
[표 6]
Figure pct00005
전달을 위한 평균 정량주입 속도는, N2가 포함되었을 때에는 매 5 내지 30 s마다, 그리고 가스 수화물 슬러리에 대해서는 매 60 내지 100 s마다 15.3 ㎤였다. 밸브의 개방 시간은 대체로 1 s였다. 500% 정도로 높은 오버런이 용이하게 달성되었다. 표준 오버런은 모든 사용된 거품발생 매질에 걸쳐 100 내지 200%의 범위였다. 대부분의 실험은 주 스트림 라인 상에서 60 중량%의 커피 용액을 사용하여 행하였다.
전형적인 가스 수화물 슬러리 전달이 도 6a에 나타나 있으며, 커피 중에 용해된 N2가 정량주입된 상황과 비교되어 있다(도 6b).
N2 시험의 경우, 용액은 빈번하게 투여되어야만 하였으며, 이에 따라 고압 CLAG 반응기 내의 혼합물은 정량주입 공정에 비해 더 빠르게 고갈되었다. 고압 CLAG 반응기에서 가스 수화물을 함유하지 않고 용해된 가스만을 함유하는 용액의 경우, CLAG 반응기 압력이 변동되기 때문에 주 스트림 라인에 대해 배압을 조절하는 것이 일반적으로 더 어려웠으며, 더 가스화된 커피 용액이 정량주입될 필요가 있었다. 고압 CLAG 반응기로부터의 더 높은 주입량(더 높은 정량주입 빈도 또는 더 긴 밸브 개방 시간) 및 EGLI 상의 표면 스크레이프형 열 교환기 유닛에 대한 더 높은 스크레이퍼 속도가, 가스 수화물-함유 슬러리와 비교하여, 용해된 가스 커피 슬러리에 대해 필요하였으며, 표 6을 또한 참조한다.
신속한 냉동 안정화
시험은 거품발생된 커피 슬러리를 생성하였으며, 이들은 냉동-건조 단계까지 그의 다공도 및 가스 보유율을 유지하도록 안정화되었다. EGLI의 팽창 밸브를 지나서 어떠한 추가의 가스 버블 팽창 또는 합착도 피하는 신속한 냉동 안정화가 바람직하다. 안정화를 위하여, 하기 접근법들을 적용하였다:
Figure pct00006
생성물을 -78.5℃에서 고체 CO2 펠릿 상에 포획하여 거품 미세구조를 안정화함.
Figure pct00007
켄칭 효과를 가정하여, 생성물을 -195.79℃에서 액체 질소 내로 직접 포획함.
Figure pct00008
15 내지 20 bar의 승압에서 생성물을 Kisag(스위스 벨라흐 소재)로부터의 예비가압된 예비냉각된 1 L 베셀 내로 포획하고, 그의 내용물을 드라이아이스 또는 액체 질소로 신속하게 냉각시킴. 압력/온도 주 스트림 라인에서의 조건이 어느 정도까지 유지된다는 사실을 고려해 볼 때, 생성물의 부분 팽창이 가정된다. 이러한 방식으로 가스 수화물이 보존될 수 있다.
Figure pct00009
액체 질소 중에 미리 침지된 1 cm 두께의 알루미늄 플레이트 상에 생성물을 포획함. 액체 질소의 직접 켄칭과 대비하여 더 느린 열전달이 가정된다.
Figure pct00010
먼저, -25℃에서 그리고 60 중량%의 커피 용액의 빙점 강하에 근접한 온도(-16℃)에서 2-단계 방식으로 어닐링하고, 이어서 -60℃에서 샘플을 저장하여, 이에 따라 얼음 결정 성장을 유도하는 온화한 냉동 프로파일을 달성하였으며, 이는 시편의 냉동 건조에서 역할을 할 수 있었다. 어닐링을 냉동기 박스 내에서 1시간 동안 수행하고, 이어서, -60℃에서 저장하기 전에, Vebabox(네덜란드 위던 소재)로부터의 냉각 박스 내에서 융점 주위의 온도까지 서서히 되돌아오게 하였다.
샘플을 안정화시킨 후, 이들을 -60℃에서 유지된 냉동고 내에 저장하였다.
냉동 건조
후속으로, 샘플을 냉동 건조시켰다. 표 7은 Millrock Technology 냉동 건조기(미국 소재의 Kingston)에서 수행된 전형적인 냉동 건조 프로파일을 보여준다. 냉동 건조는 작은 가스 포켓들의 합착을 야기하는, 시스템 내의 물의 급속한 승화를 피하도록 정교하게 설계된 긴 건조 공정을 사용하여 의도적으로 행하였다.
[표 7]
Figure pct00011
실시예 4 - 극냉동(deep frozen) 및 냉동 건조된 커피 샘플의 특성화
크레마 형성
도 7은 재구성된 냉동-건조된 샘플 및 그들의 크레마 생성 성능의 예를 나타낸다. 이를 위하여, 인스턴트 커피 과립(약 3 mm) 1.6 g 샘플을 85℃에서 150 ml의 물을 사용하여 재구성하였다.
샘플의 총 다공도는 78% ± 9였고, 72.7%의 다공도를 갖는 참조 인스턴트 커피 제품과 유사하였다.
폐쇄 다공도가 더 많은 통찰력을 주는데, 그 이유는, 그것이 크레마 형성에 관련된 정보를 제공하기 때문이다. 안정화된 거품발생된 커피 용액의 냉동 건조 후에, 공기를 함유하는 작은 폐쇄 기공이 생성되었다. 이들은 다공성 인스턴트 커피 분말이 따듯한 물로 재구성될 때 해제되게 된다. 참조 인스턴트 커피 제품은 61.2%의 폐쇄 다공도를 가졌으며 - 이때, 모든 폐쇄 기공은 < 5 μm 내지 20 μm의 범위임 -, 이는 크레마 층을 생성하였다. 그것과 대비하여 통상적인 인스턴트 커피 제품은 6.2%의 폐쇄 다공도를 가지며, 이는 크레마를 생성하지 않는다. 따라서, 본 연구로부터의 인스턴트 커피 분말은 인스턴트 커피 분말로부터의 크레마 형성을 개선하는 데 상당히 기여하였다.
CO2 수화물 슬러리를 사용하여 생성된 인스턴트 커피 제품에 대해 달성된 최고 폐쇄 다공도는 18.9%였다(도 7a 참조). 최상의 크레마는 (CO2 수화물 슬러리를 사용하여 생성된 인스턴트 커피 제품의 경우) 15.7%의 폐쇄 다공도 및 164%의 높은 오버런을 가질 때 나타났다.
질소를 도입하여 기공의 크기를 감소시켰다. N2가 포함된 모든 샘플은 CO2 수화물 슬러리보다 더 높은 폐쇄 다공도를 가졌다. 크레마에 관하여, 혼합 CO2/N2 수화물 슬러리를 사용하여 생성된 가장 성공적인 인스턴트 커피 제품은 32%의 폐쇄 다공도를 가졌다.
주어진 실시예로부터, 높은 오버런, 높은 다공도(예를 들어, 높은 총 거품발생 다공도 및/또는 폐쇄 다공도), 및 작은 폐쇄 기공(혼합 가스 수화물 내의 질소에 기인함, 예를 들어 CO2/N2 > 0.54)이 크레마 생성에 있어서 가장 우수하게 수행하는 것으로 결론지을 수 있다.
기공 분포
도 8은 CO2/N2 수화물로부터 형성된 218%의 오버런을 갖는 도 7b로부터의 크레마에 대한 최상의 샘플을 나타낸다.
SEM 이미지는 20 μm 미만의 더 작은 기공 및 약 50 μm의 더 큰 기공을 갖는 바이모달 기공 분포를 특징으로 한다. 작고 대부분 폐쇄된 기공은 단지 N2만으로 형성된 참조 이미지와 유사하며, 수화물 구조로부터 생성된 N2에 기인한다. 다른 한편으로 더 큰 기공은 CO2에 기인하며, 샘플의 용이한 재구성으로 인해 물 침투가 수월한 커피를 제조하는 데 유익하다. 따라서, 참조예보다 2배 더 낮은 폐쇄 다공도를 가짐에도 불구하고, 샘플은 여전히 크레마 층을 생성하였다.
도 9는 주 스트림 EGLI 라인으로부터 인출되고 안정화된 후에 극저온-SEM을 사용하여 분석된 샘플을 나타낸다. 용해된 N2를 갖는 제1 샘플은 43%의 낮은 오버런을 갖지만, 기공은 매우 작고 폐쇄되어 있다. 0.55의 CO2/N2 가스비를 갖는 다른 이미지는 매우 작은 폐쇄 기공의 분율 및 151%의 더 높은 오버런을 특징으로 한다.
도 9의 마지막 2개의 예는 N2가 포함되지 않으면서 높은 CO2 로딩량을 갖는 250X 배율을 갖는 예였다. 하나의 샘플은 거품발생된 60 중량% 농축물이고, 다른 하나는 거품발생된 55 중량% 농축물이었다. CO2를 사용하여 거품발생된 55 중량%의 커피 농축물은 60 중량%의 커피 농축물 샘플보다 약간 더 큰 기공을 갖는 거품을 형성하였다. 크레마 형성에 대한 거품발생된 커피 용액의 안정화 유형에 대해 어떠한 영향도 관찰되지 않았다.
이들 결과는 이상적으로는 커피 농축물이 질소 수화물을 사용하여 거품발생되어야 하지만, 이를 위해서는 고압이 필요하다(최대 300 bar)는 것을 시사한다.
더 낮은 압력에서 지속가능한 공정의 경우, CO2 수화물 또는 혼합 CO2/N2 수화물은 크레마 층을 생성할 수 있는 인스턴트 커피 제품을 생성하기 위한 좋은 대체물이다. CO2 수화물 또는 혼합 CO2/N2 수화물의 사용은 산업적 응용에서 요구되는 유연성 있고 신속한 냉동 건조 온도 프로파일을 가능하게 하고, 순수한 질소 수화물과 대비하여 작업 압력을 낮출 수 있게 한다.
더욱이, 혼합 CO2/N2 수화물 내에 분자적으로 매립된 질소는 참조 샘플에서 보여지는 바와 같이 고압(150 bar 초과)에서 용해된 질소와 유사한 구조를 생성하는 것으로 보인다. 혼합 수화물 내의 질소 분율은 더 높은 압력 및 더 낮은 온도를 향해 작업 조건을 이동시킴으로써 증가될 수 있으며, 이는 N2로부터 발생되는 냉동 건조된 생성물에서 폐쇄 다공도를 증가시킨다.
용해된 가스를 사용하는 방법(즉, 참조 샘플을 생성하는 데 사용된 방법)과 대비하여 가스 수화물을 사용하는 것의 이점은 크레마 층을 생성할 수 있는 인스턴트 커피 제품을 생성하는 데 더 낮은 양의 가스가 필요하다는 것이다. 또한, 중간 정도의 압력(35 내지 50 bar)에서 수화물을 생성하는 데 걸리는 시간은 질소 가스를 용해시키기 위한 시간과 대비하여 분 단위의 범위이다.
실시예 5 - 방법
시차 주사 열량측정법(DSC)
커피 용액으로부터 형성된 CO 2 수화물에 대한 수화물-액체-증기 경계선을 결정하기 위한 고압 DSC 측정. 사용된 디바이스는 Setaram(프랑스 칼리르에키르 소재)으로부터의 마이크로 DSC VII(1-7721-3)이었고, 측정은 대기압, 10, 30 및 50 bar에서 30 및 50 중량%의 커피 용액에 대해 수행하였다. 샘플 및 사파이어 참조예의 온도를 노(furnace) 내에 있는 상태에서 기록하였다. 측정 전체에 걸쳐 압력은 일정한 것으로 가정하였다. 100 ㎍ 미만의 크기의 샘플을 특수 고압 셀 내로 로딩하고, 주어진 압력으로 가압하였다. 그 후에, 하기 표의 온도 프로파일을 적용하고, 3회 사이클로 반복하였다. 가스 수화물 해리에 대한 흡열 용융 피크를 확인하였으며, 개시 온도는 CO2 수화물 평형점으로서 취해졌다.
Figure pct00012
빙점 강하 및 분자량을 결정하기 위한 대기압에서의 DSC 측정 커피 용액의 빙점 강하 및 그들의 분자량을 결정하기 위하여 시차 주사 열량측정법을 사용하였다. 30 및 60 중량%의 커피 용액에 대해 Mettler Toledo(미국 오하이오주 소재) DSC 822e 열량측정계 상에서 3개의 반복된 샘플을 측정하였다. 역시 Mettler Toledo에 의해 제공된 STARe 소프트웨어에서 흡열 용융 사건의 개시로서 빙점 강하를 평가하였다. 이어서, 물 용매에 대해 일정한 빙점 강하 - 이는 (물 용매의 양에 대해) -1.86℃.m-1임 - 를 사용하여 분자량을 계산하였다. 커피 분말의 분자량은 186 g.mol-1인 것으로 얻어졌다. 각각의 빙점 강하는 30 중량%의 커피 용액에 대해서는 -4.4℃였고, 60 중량%의 커피 용액에 대해서는 -15.5℃였다.
레올로지
30, 40, 50 및 60 중량%의 커피 용액의 점도를 실린더 컵-보브 퀘트 지오메트리(cylinder cup-bob Couette geometry)를 사용하여 30 bar의 압력 하에서 그리고 대기압에서 MRC 302 레오미터(오스트리아 그라츠 소재의 Anton Paar)에서 측정하였다. 60 중량% 초과의 커피 용액은 레오미터에서 잘 평가될 수 없었다.
전단율 및 온도에 대한 점도 의존성을 (수화물 존재를 배제하여) 7℃의 일정한 온도에서 1 내지 1000 s-1 범위의 전단율 램프로 수행하였다. 이어서, 30 bar의 압력 하에서 측정을 반복하였다. 온도에 따른 점도 변화를 선형 온도 구배를 사용하여 10℃부터 0℃까지 수행하고, 이어서 0℃에서 5분 동안 유지하고, 2℃·min-1의 동일한 속도로 10℃까지 다시 상승시켰다.
측정된 데이터를 하기 식을 사용하여 적합화하였다:
Figure pct00013
냉동 건조된 생성물의 특성화
냉동-건조된 생성물을 분쇄하고 체분리하여 통상적인 인스턴트 커피에 상응하는 대표적인 과립(3 mm)을 얻었다. 밀도, 개방 다공도 및 폐쇄 다공도, 및 크레마 발생 성능을 시험하였다.
냉동-건조된 커피의 밀도 측정. 매트릭스 밀도는 DMA 4500 M 장치(Anton Paar Switzerland AG)에 의해 측정하였다. 샘플을 U자형 붕규산염 유리 튜브 내로 도입하는데, 이때 상기 튜브는 샘플에 따라 소정 주파수에서 진동하도록 여기되었다. 특정 진동 특성에 기초하여, 밀도를 결정하였다. 이 기기의 정확도는 밀도에 대해서는 5·10-5 g·㎤, 그리고 온도에 대해서는 0.03℃였다.
냉동-건조된 커피의 다공도 측정. 커피 과립의 겉보기 밀도를 Accupyc 1330 비중병(미국 소재의 Micrometrics Instrument Corporation)에 의해 측정하였다. 이 기기는 판독치의 0.03% + 공칭 실물 크기(full-scale) 셀 챔버 부피의 0.03% 이내로 정확도를 갖고서, 교정된 부피로 헬륨의 압력 변화를 측정함으로써 밀도 및 부피를 결정한다. 이어서, 하기 식에 따라, 매트릭스 밀도 및 겉보기 밀도로부터 개방 다공도를 계산하였다:
Figure pct00014
폐쇄 다공도는 개방 다공도와 유사하게 부피에 의해 측정하였다. 냉동 건조된 시편을 Geopyc 1360 디바이스(미국 노르크로스 소재의 Micromeritics) 상에서 분석하였다. 인벨로프 밀도(envelope density)는 변위 방법에 기초하여 비중병에 의해 측정하였는데, 여기서는 샘플을 고도의 유동 능력을 갖는 작은 강성 입자들의 매트릭스 내로 배치하였다. (기지의 중량을 갖는) 샘플 주위에서 유동하는 구체들은 개방 다공도를 규정하는데, 그 이유는, 이들은 개방 기공에는 도달하지만 폐쇄 기공에는 도달하지 않기 때문이다.
안정화된 냉동된 다공성 커피 시편의 주사 전자 현미경법(극저온-SEM). 안정화된 냉동된 다공성 커피 시편의 극저온-SEM을 사용하여 미세구조 및 기공 크기를 추가로 분석하였다. 이를 위하여, 안정화된 샘플을 액체 질소 하에 저장하였다. 그 후에, 샘플을 메스(scalpel)를 사용하여 파단하고, 이어서 60% 설탕 용액을 사용하여 샘플 홀더에 대표적인 조각을 접착하였다. 이러한 준비는 액체 질소 하에서 행하였다. -150℃ 미만으로 예비냉각된 BAF060 극저온-SEM Preparation Freeze Fraction and Etching Station(독일 베츨라어 소재의 Leica Microsystems) 내로 샘플을 전달하는 데 사용되는 진공 챔버 셔틀 매니퓰레이터 아암(shuttle manipulator arm) 내로 샘플 홀더를 삽입하였다. BAF 스테이션에서, 샘플을 파쇄하여 새로운 표면을 얻었으며, 이어서 이것을 진공 하에서 표면의 얼음 층을 승화시킴으로써 에칭하여, 긴 샘플 제조로 인해 숨겨질 수 있는 일부 부분들을 노출시켰다. 에칭은 -110℃에서 1.5분 동안 행하였다. 이어서, 2 ㎸ 전압에서 제어된 e-빔 건을 사용하여 탄소-금속 믹스로 3 nm 층을 갖도록 샘플을 코팅하였다. 이어서, 샘플을 Gatan 극저온-진공-홀더 셔틀을 사용하여 SEM 현미경에 전달하고, 스테이지 상에 로딩하였다. 무비점 수차(stigmatism) 및 구경(aperture)을 현미경에서 설정하고, 놓고, 이미지를 다양한 배율로 획득하였다.
냉동-건조된 다공성 커피 시편의 주사 전자 현미경법(SEM). 다공도 조사를 위한 냉동-건조된 샘플의 주사 전자 현미경을 위하여, 양면 전도성 테이프가 구비된 금속 시편 스터브 상에 샘플을 접착하였다. 필요한 경우, 후속으로 면도기 블레이드를 사용하여 샘플을 파쇄하여 그들의 내부 구조를 드러냈다. 샘플을 Leica SCD500 스퍼터 코터를 사용하여 10 nm 금 층으로 코팅하고, Thermo Fischer Scientific(미국 월섬 소재)으로부터의 Quanta F200 주사 전자 현미경을 사용하여 고진공/저진공 모드에서 이미지를 획득하였다.
상기 설명에 언급된 모든 간행물은 본 명세서에 참고로 포함된다. 본 발명의 개시된 방법, 조성물 및 용도의 다양한 변경 및 변형이 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않고서 당업자에게 명백해질 것이다. 본 발명이 구체적인 바람직한 실시 형태와 관련하여 개시되어 있지만, 청구된 바와 같은 본 발명은 그러한 구체적인 실시 형태로 부당하게 제한되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 실제로, 당업자에게 명백한, 본 발명을 수행하기 위해 개시된 양태들의 다양한 변형은 하기 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (21)

  1. 인스턴트 커피 분말을 생성하기 위한 가스 수화물(gas hydrate)의 용도로서,
    상기 가스는 공기 및/또는 이산화탄소, 질소, 아산화질소 및 아르곤 중 하나 이상을 포함하며, 바람직하게는 상기 가스는 이산화탄소 및/또는 질소를 포함하는, 용도.
  2. 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 생성하는 방법으로서,
    (a) 제1 커피 용액을 제공하는 단계;
    (b) 상기 제1 커피 용액을 냉각시키는 단계; 및
    (c) 상기 제1 커피 용액을 가스를 사용하여 가압하여 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 가스는 공기이고/이거나 이산화탄소, 질소, 아산화질소 및 아르곤 중 하나 이상을 포함하며, 바람직하게는 상기 가스는 이산화탄소 및/또는 질소를 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 커피 용액은 -10℃ 내지 10℃, 또는 -8℃ 내지 7℃, 또는 -5℃ 내지 5℃, 또는 약 -5℃ 이상으로 냉각되고/되거나, 상기 가스 압력은 10 내지 300 bar, 또는 10 내지 150 bar, 또는 10 내지 100 bar, 또는 10 내지 50 bar, 또는 15 내지 40 bar, 또는 15 내지 35 bar, 또는 15 내지 30 bar인, 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 방법은 상기 제1 커피 용액을 0 내지 5℃, 또는 약 3℃로 냉각시키는 단계; 및 상기 제1 커피 용액을 이산화탄소를 사용하여, 바람직하게는 15 내지 25 bar, 또는 약 20 bar에서 가압한 후, 상기 제1 커피 용액을 질소를 사용하여, 바람직하게는 30 내지 300 bar, 30 내지 150 bar, 30 내지 100 bar, 30 내지 50 bar, 30 내지 40 bar 또는 약 35 bar에서 가압하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 커피 슬러리 중에 상기 가스 수화물을 분포시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  6. 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리로서,
    상기 가스는 공기이고/이거나 이산화탄소, 질소, 아산화질소 및 아르곤 중 하나 이상을 포함하며, 바람직하게는 상기 가스는 이산화탄소 및/또는 질소를 포함하는, 커피 슬러리.
  7. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 또는 제5항에 있어서, 상기 커피 슬러리는, 바람직하게는 0.5 내지 5 mol/L, 1 내지 5 mol/L, 1 내지 2 mol/L, 약 1 mol/L, 또는 약 1.6 mol/L인 이산화탄소; 및/또는 바람직하게는 0.01 내지 0.5 mol/L, 0.02 내지 0.1 mol/L, 또는 약 0.05 mol/L인 질소를 포함하는, 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법, 또는 제5항에 따른 커피 슬러리.
  8. 제2항 내지 제5항, 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 또는 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 커피 슬러리는 상기 수화물 분획 내의 가스 대 상기 액체 분획 내의 가스의 비(H:L)가 1:1 내지 5:1, 바람직하게는 2:1 내지 3:1인, 제2항 내지 제5항, 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법, 또는 제6항 또는 제7항에 따른 커피 슬러리.
  9. 제2항 내지 제5항, 제7항, 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 또는 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커피 슬러리는 10 중량% 내지 50 중량%, 20 중량% 내지 40 중량%, 또는 약 30 중량%의 커피 고형물을 포함하는, 제2항 내지 제5항, 제7항, 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법, 또는 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 커피 슬러리.
  10. 제2항 내지 제5항, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 또는 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커피 슬러리는 점도가 10 내지 100 mPas, 또는 20 내지 100 mPas, 또는 30 내지 65 mPas, 또는 약 30 mPas 이상, 및/또는 약 100 mPas 이하이며, 바람직하게는 상기 커피 슬러리의 점도는 상기 제1 커피 용액보다 더 큰, 제2항 내지 제5항, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법, 또는 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 커피 슬러리.
  11. 인스턴트 커피 분말을 생성하는 방법으로서,
    (a) 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리를 제2 커피 용액과 혼합하여 커피 슬러리/커피 용액 믹스를 제공하는 단계;
    (b) 상기 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 압력을 해제하고/하거나 온도를 증가시켜 거품발생된 커피 용액을 제공하는 단계;
    (c) 상기 거품발생된 커피 용액을, 바람직하게는 냉동-건조에 의해 건조시켜 건조된 커피를 제공하는 단계; 및
    (d) 상기 건조된 커피를 분쇄하여 인스턴트 커피 분말을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 커피 슬러리는 제2항 내지 제5항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 생성되거나, 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 가스 수화물을 포함하는 커피 슬러리인, 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 커피 슬러리는, 바람직하게는 0.5 내지 5 mol/L, 1 내지 5 mol/L, 1 내지 2 mol/L, 약 1 mol/L, 또는 약 1.6 mol/L인 이산화탄소; 및/또는 바람직하게는 0.01 내지 0.5 mol/L, 0.02 내지 0.1 mol/L, 또는 약 0.05 mol/L인 질소를 포함하는, 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 커피 용액은 10 중량% 내지 70 중량%, 30 중량% 내지 70 중량%, 50 중량% 내지 70 중량%, 55 중량% 내지 65 중량%, 60 중량% 내지 65 중량%, 또는 약 60 중량%의 커피 고형물을 포함하는, 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커피 슬러리는 대략적으로 등압-등온인 조건 하에서 상기 제2 커피 용액에 첨가되며, 바람직하게는 상기 대략적으로 등압-등온인 조건은 -10℃ 내지 10℃, 또는 -8℃ 내지 7℃, 또는 -5℃ 내지 5℃, 또는 약 -5℃ 이상의 온도 및/또는 10 내지 300 bar, 또는 10 내지 150 bar, 또는 10 내지 100 bar, 또는 10 내지 50 bar, 또는 15 내지 40 bar, 또는 15 내지 35 bar, 또는 15 내지 30 bar의 가스 압력인, 방법.
  16. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 거품발생된 커피 용액은 50 내지 500%, 또는 200 내지 400%, 또는 250 내지 350%, 또는 약 300%의 오버런(overrun)에 도달하는, 방법.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 압력을 해제하고/하거나 온도를 증가시키는 단계에서, 상기 압력은 1 bar 내지 10 bar, 또는 5 bar 내지 10 bar로 해제되고/되거나, 상기 커피 슬러리/커피 용액 믹스의 온도는 -5℃ 내지 10℃, 또는 0℃ 이상, 또는 약 5℃, 또는 10℃ 및 그 초과로 증가되는, 방법.
  18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은, 상기 거품발생된 커피 용액을 건조시키기 전에, 상기 거품발생된 커피 용액을 급속 냉동시키는 추가의 단계를 포함하는, 방법.
  19. 15% 내지 50%, 또는 20% 내지 35%, 또는 25% 내지 34%, 또는 30 내지 34%, 또는 약 30%의 폐쇄 다공도를 갖는 인스턴트 커피 분말.
  20. 25% 내지 34%, 또는 30 내지 34%, 또는 약 30%의 거품발생 다공도(foaming porosity)를 갖는 인스턴트 커피 분말.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 분말은 바이모달(bimodal) 기공 분포를 갖는, 인스턴트 커피 분말.
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