KR950006610B1 - 유리상 커피 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

유리상 커피 및 그의 제조방법

본 발명은 식물성 추출물, 보다 구체적으로는 커피 추출물, 및 커피 용융물의 냉각시 방향 성분을 포획한 경질 유리상 커피를 형성하는 방향성 커피 용융물을 한정된 헤드스페이스(headspace)에서 생산하는 방법에 관한 것이다. 또한 커피 용융물을 목적하는 형상의 유리상 커피로 성형하기 전에 가스화(gasification)시킬 수 있다. 본 발명은 커피 제품에 방향성을 부여하고 저장성이 안정된 커피를 제조하는 개선된 경제적 방법을 제공하는데, 이러한 방법으로 제조된 커피는 열 손상의 영향을 받지 않고 온수에서 신속히 재구성되어 우수한 커피향 및 방향을 갖는다. 이러한 방법은 방향성의 안정한 유리상 커피를 생산하는데 특히 적합하다.

본 발명은 식물성 추출물, 특히 인스턴트 커피의 제조방법과 관련된다. 인스턴트 커피의 제조방법에는 로스티드 앤 그라운드(roasted and ground) 원두를 고온 고압의 조건하에서 물로 추출하여 추출물을 얻고, 여기에 방향 성분을 임의적으로 첨가하면서 공지된 방법, 예컨대 분무건조, 동결건조 등에 의해 추출물을 건조시키는 단계를 수반한다.

이러한 커피 추출물의 건조 단계를 피하기 위한 종래의 노력 중, 1960년 3월 22일자로 특허된 에스큐(Eskew)의 미합중국 특허 제2,989,717호에 기재된 바로는, 농축 커피 추출물과 전화당 용액의 50 : 50 혼합물을 박막 증발기에서 농축하여, 함수량이 4% 이하인 산물을 얻고, 이 산물을 증발기 외부로 펌핑한 다음, 포장 단계 전에 냉각 로울 상에서 조대(粗大) 산물로 쉽게 부서지는 작은 플레이트(flake)로 성형되도록 하였다. 이 방법에서, 증발기에서 배출되는 산물의 온도는 약 104.4 내지 약 143.3℃(220 내지 290℉)이며, 생성된 산물은 함수량이 약 1 내지 4%로, 다량의 전화당이 첨가되었기 때문에 산물이 흡습성(hygroscopic)이었다. 이와같은 유형의 가공법은 또한 1959년 9월 29일자로 특허된 터코트(Turkot) 등의 미합중국 특허 제2,908,630호에도 적용되었다. 에스큐 및 터크트 등의 방법이 분무 건조를 필요로 하지 않고 커피 산물을 생산하는 반면, 오늘날의 시제품에서는 적합치 않은 충전재를 사용하고 있다. 또한 생성된 커피 산물의 흡습성으로 인한 바람직스럽지 못한 수분 오염의 기회를 감소시키기 위해서는 특정포장법이 요구된다.

다른 시도로는, 1986년, 12월 31일자로 특허된 얼 주니어(Earle Jr.) 등의 미합중국 특허 제3,419,399호에 의한 방법으로, 60℃(140℉) 이하에서의 함수량이 9.5 내지 12.5%인, 방향성분이 부여된(aromatized) 가용성 커피 반죽물을 제조한 후, 이 커피 반죽물을 함수량 1-4%까지 건조시켰다. 이러한 물질은 매우 점착성이어서 가공하기가 어려웠다.

탈수된 식물성 추출물을 생상하려는 또 다른 시도는 1979년 5월 15일자로 특허된 리슬러(Risler) 등의 미합중국 특허 제4,154,864호에 기재되어 있다. 리슬러 등은 페이스트(paste) 또는 분말을 제조하고, 이를 감압 챔버(subatmospheric chamber)로 압출하여 커피산물을 팽창시켰다. 예를들면, 함수량이 2.5%인 동결건조된 인스턴트 커피 분말을 80mb의 챔버에 압출시키고, 대략 콩 정도의 입도로 절삭하여 냉수에 가용성인 입자를 제조한다. 상기 특허에 기재된 실시예 5에서 대기압으로 압출된 입자와 비교해 보면, 세포 모양의 내부 구조를 갖는 산물이 훨씬 더 가용성이다.

1971년 12월 7일자로 특허된 안드레(Andre)등의 미합중국 특허 제3,625,704호에서는, 로울로 분쇄한 인스턴트 커피로부터 조밀한 플레이트를 제조하고, 이 플레이크에 방향성을 부여한다.

풍미의 고정 분야, 특히 정유(精油)의 분야에서, 유리상 탄수화물의 풍미를 보호하는 것에 관하여 다수의 특허가 미합중국 특허 제3,041,180호에는 압출된 탄수화물 기질에 풍미제를 고정하는 방법에 관해 기재하고 있다. 스위셔의 발명에 의한 산물의 제조방법은, 반드시 수불용성인 정유를 글리세롤과 고상 옥수수 시럽의 용융 혼합물과 함께 연속상으로서 유화시키고, 이 유화물을 필라멘트 형태로 냉각 유체(바람직하게는 고상 옥수수 시럽에 대해 비용매인 정유에 적합한 유기 용매)내로 압출시킨 후, 고화된 필라멘트를 사용하기에 편리한 소립 형태로 충격 분쇄한 다음, 이 소립을 바람직하게는 장시간 동안 용매에 침잠시켜서, 입자 표면 및 입자 내부에 함유된 실질적인 잔류 수분과 함께 정유를 입자 표면으로부터 제거시킴으로써 얻는다. 이러한 방법은 130℃ 이상에서 행한다.

벡(Beck)의 미합중국 특허 제3,704,137호는 정유 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 벡의 방법에는 슈크로오스 수용액 및 가수분해된 고상 곡물을 약 122℃의 비점이 될때까지 조리하는 단계가 수반되는데, 이때의 함수 수준은 바람직한 최소치에 이르게 된다. 이 시점에서 가열을 중단하고, 혼합물을 교반하고, 유화제를 첨가한다. 유화제는 균질한 용액을 형성하기 위해 필요하다. 용액을 냉각시키는 동안, 정유 및 산화방지제를 첨가한 다음 즉시 혼합한다. 이 최종 혼합물을 상압 하에서 압출기를 통해 압출시킨다. 이때, 케이킹 방지제(anticaking)를 최종 조성물의 약 0.5중량%의 양으로 첨가하여 입자가 점결착됨을 방지한다.

쇼우프(Shoaf) 등의 미합중국 특허 제4,004,039호는 임의 갯수의 매트릭스를 형성하는 물질에 “아스파르탐(Aspartame)”을 캡슐화하는 방법을 기재하고 있다. 이 산물은, 감미료를 불연속적으로 분산시키면서, 냉각시키는 비교적 무정형인 매트릭스를 형성할 수 있는 고온 용융물을 제조함으로써 얻는다.

피컵(Pickup) 등의 유럽 특허 출원 공개 제0158460호는 식품으로 승인된 기질에 휘발성 풍미제를 고정화하는 방법, 및 더욱 구체적으로는 압출된 “유리상 탄수화물”에 휘발성 풍미제를 저온에서 고정화하는 방법에 관한 것이다. 휘발성유 또는 정유는 저분자량의 탄수화물, 식용산 등을 10-30%, 고분자량의 탄수화물중합체(분자량이 1000 이상인 물질을 적어도 95% 함유함)를 적어도 70%로하여 이들과 함께 건식 블렌딩한다. 이 건식 혼합물을 압출하여 냉각시 경질 유리성 물질을 형성한다.

이와같은 방법들은 당 기술업계의 종사자들로 하여금 유용한 식품을 생산할 수 있도록 하는 반면에, 100% 커피에서 유도된 물질로부터 제조한, 방향 성분이 부여된 유리상 커피를 생산하는 방법은 제공하지 못한다.

본 발명자들은 커피 추출물을 농출하거나 또는 인스턴트 커피를 분무건조, 동결건조 또는 그렇지 않으면 물을 사용하여 재구성시킴으로써, 물을 약 3% 내지 12%(바람직하게는 4% 내지 9%), 커피에서 유도된 총 고상물을 약 88% 내지 97%(바람직하게는 91% 내지 약 96%) 함유한 혼합물을 얻는 단계를 수반하는 방법을 사용하여, 안정한 인스턴트 커피를 제조할 수 있음을 발견하였다. 필요에 따라서는, 상기의 농축 및 재구성 기술을 복합하여 사용할 수도 있다. 습윤 커피를 얻은 후, 이것을 한정된 헤드스페이스내에서 60 내지 130℃(바람직하게는 70-110℃)에서의 용융 액상을 얻기 위해서 열 및 전단을 가한다. 커피로부터 유도된 방향 성분 또는 합성 커피 방향 성분중 1종 이상을 커피 용융물에 가하고, 이 혼합물을 균질하게 되도록 혼합한다. 이 혼합물을 성형하고, 신속히 냉각시켜서, 액상 커피 용융물의 휘발 성분 보유율이 적어도 50%, 바람직하게는 70%, 및 보다 바람직하게는 80% 이상인 유리상 커피로 상 전이되도록 하여, 최종적으로 냉각 제품을 저온에서 바람직하게 분쇄시킬 수 있거나, 그렇지 않으면, 유용한 커피 제품으로 가공할 수 있다. 본 발명자들은 본 발명에 의한 휘발 성분 보유율이 동결건조 또는 분무건조 커피, 특히 방향성이 부여된 커피보다 우수함을 발견하였다.

이러한 방법은 고정화 공정 도중에 탈수 또는 건조 단계를 행할 필요가 없으므로 이러한 건조 단계와 관련된 휘발 성분의 손실을 방지한다. 또한 한정된 구역 내에서 가압하에 방향 성분을 고정화시킬 수 있는데, 이러한 방법은 방향성분의 손실을 더욱 방지한다.

바람직한 실례(實例)로, 개선된 가용성 커피 제품을 제조하는 방법은 압출기를 사용하여 행하며, 다음의 (a)-(g)의 단계로 구성된다. 즉, (a) 커피로부터 유도된 분말 100%를 보습화시키거나, 또는 커피에서 유도된 추출물 100%를 88 내지 97중량%, 바람직하게는 91 내지 약 96중량%의 고상물로 농축시키는 단계, (b) 한정된 헤드스페이스 중에서 상기 고상물을 60 내지 130℃, 바람직하게는 70 내지 110℃, 더욱 바람직하게는 80 내지 100℃에서 용융 액상 커피를 얻기에 충분한 열 및 전단을 가하는 단계, (c) 천연 또는 합성커피의 풍미 및 방향 성분을 한정된 헤드스페이스 하에서 커피 용융물에 첨가하는 단계, (d) 커피 용융물 및 방향 스트림(stream)을 균일한 혼합물이 되도록 블렌딩하는 단계, (e) 이 균질 혼합물을 적어도 50%, 바람직하게는 70%, 더욱 바람직하게는 80%의 휘발 성분 보유율로서 커피 용융물로부터 유리상 커피로 상전이되도록 형성 및 급냉시키는 단계, (f) 고화된 혼합물을 바람직하게는 저온에서 분쇄시키는 단계, 및 (g) 이 혼합물을 건조시킬 필요가 있는 경우, 함수율 6% 이하로 건조시키는 단계.

유리상 커피는 커피방향 및 풍미 성분을 캡슐화하여 보유한다. 커피 용융물이 압출기에서 배출되면, 이 산물을 신속히 냉각하여 매트릭스를 고화시키는 방향 및 풍미를 보유시키는 것이 중요하다.

유리상 커피 가공의 잇점으로는 다음의 (1)-(6)이 포함된다. 즉, (1) 인스턴트 커피에서 휘발 성분의 보유율을 최적화하고, (2) 커피 제품에 혼입될 수 있는 작은 칩(chip) 형태로 농축 풍미 성분을 성형하고, (3) 신규한 형상의 가용성 커피를 제조하며, (4) 분무건조법 또는 동결건조법 대신에 농축 및 압축 장치를 사용하여 최종 커피 제품을 생산함으로써 커피 가공능이 증가될 수 있고, (5) 안정성을 위해 필요한 탈수화를 제거하거나 또는 현저히 최소화하고, (6) 사용불가한 흡습성 제품을 생성시키지 않고도 커피 만난 및 커피 셀룰로오스성 가수분해물을 유리상 커피에 혼입시킬 수 있다. 이와같은 잇점을 획득하는 데에는 온도 및 체류시간을 제한함으로써 열분해 가능성을 감소시키는 것이 중요하다.

본 발명에 의하면, 유리상 커피를 제조하기 위하여 60℃~130℃에서 커피 고상물 88%-97%와 물 3%-12%의 혼합물을 제조한다. 이어서 이 혼합물에 농축 커피 방향 성분, 합성 방향 성분 또는 이들의 혼합물을 사용하여 방향성을 부여한다. 바람직하게는, 커피에서 유도된 순수한 방향 성분을 사용한다. 이어서, 이 혼합물을 제한된 구역 또는 한정된 구역에서 가압하에 충분히 혼합하고, 신속히 냉각시켜서, 상전이되어 유리상 커피로 형성될 수 있도록 한다.

커피 혼합물의 제조는, 통상의 피콜레이션으로 얻은 커피 추출물을 강하막(降下膜) 증발기 또는 기타 적합한 장치로 처리하여 적어도 88%의 고상물 함량을 얻을 수 있다. 그러나 고상물 함량은 97%를 초과할 수 없는데, 그 이유는 60℃-130℃ 사이의 온도에서는 액상이고 냉각시에는 유리상 커피로 형성되는 혼합물을 제조하는 것이 중요하기 때문이다. 또한, 커피 혼합물은 건조 커피 고상물, 분무건조, 또는 동결건조물 등을 3% 내지 12%의 함수량을 얻기에 충분한 양의 물과 혼합함으로써 얻을 수 있다.

커피 농축물을 얻기 위한 상기 두가지 방법을 혼용할 수 있는데, 예컨대 농축 커피 추출물을 가용성 건조커피와 혼합하여 목적하는 함수량을 얻을 수도 있다. 어떠한 방법을 사용하든간에, 60℃ 내지 130℃에서 균질한 커피 용융물을 얻을 수 있어야 한다. 바람직한 한 실례로서는, 고상물 함량이 91 내지 약 96%인 용융물을 70 내지 110℃에서 제조한다.

본 발명은 통상적으로 추출된 로스티드 앤 그라운드 커피 추출물에 대해 양호하게 실시할 수 있을 뿐 아니라, 커피를 가열, 산, 효소 또는 염기 가수분해하여 얻은 커피 추출물에도 적용할 수 있다. 예를들면, 커피 고상물 일부는 미합중국 특허 제4,544,567호에 기재된 바와같이 중합도(DP) 1 내지 8인 올리고머를 형성하는 가수분해된 만난으로부터 유도될 수 있다. 일반적으로, 이와같은 고상물은 잔류 커피 입자를 고압, 단시간, 고온 처리하여 만난이 최대 중합도 8을 갖는 저분자량의 올리고머로 가수분해되도록 함으로써 얻는다. 또한 커피는 셀룰로오스 당을 함유할 수 있는데, 이 당은 상기와 같은 커피 고상물을 효소, 산 또는 염기 가수분해하여 생성된 커피의 셀룰로오스 성분으로부터 유도된다.

본 발명의 다른 일면에 의하면, 균일한 커피 용융물을 다음의 (a)-(g)의 방법으로 제조한다. 즉, (a) 커피 고상물 88%-96%, 바람직하게는 91%-96% 이하와, 물 약 4% 이상-12%, 바람직하게는 4% 이상 9%의 혼합물을 제조하고, 이 혼합물의 온도를 60-130℃, 보다 바람직하게는 70-110℃, 가장 바람직하게는 80-100℃로 조절하고, (c) 균일한 균질 혼합물이 형성되도록 혼합하고, (d) 균일 혼합물을 최대로 약 170.1기압(2,500lb/in²)에서 제한된 구역을 통과시키거나, 또는 구경이 약 0.05 내지 0.51mm 2 내지 20밀(mil)인 다이(die)로 시팅(sheeting)하고, (e) 혼합물 또는 용융물이 제한된 구역으로부터 배출될 때 이들을 즉시 신장시키고 이어서 이동 벨트 또는 기타 장치를 사용하여 시트의 두께가 약 0.025 내지 0.381mm(1 내지 15밀)(다이에서 떠나는 팽윤 용융물의 두께가 2 내지 10배 감소됨)로 감소되도록 균일하게 인장시켜서, 급랭시 얇고 투명한 경질 유리상체를 형성할 수 있도록 하는 단계, (f) 최종적으로 냉각 물질을 유리상체의 크기를 감소시킴으로서 적합하게 처리하는 단계 및 (g) 안정한 함수량을 갖는 유리상 커피를 생산하기 위해 필요한 경우 건조를 행하는 단계.

놀랍게도 본 발명자들은 커피 용융물을 신장시킴으로써 이로인해 초냉각된 유리상 커피에서의 방향 성분 보유율이 실제로 개선됨을 발견하였는데, 이것은 아마도 유리상체로 형성되는 용융물의 표면 냉각이 가속화되고 방향 성분의 증발 손실이 방지되기 때문인 것으로 생각된다.

통상적인 퍼콜레이션으로 얻은 커피 추출물을 강하막 증발기 또는 기타 적합한 장치로 처리함으로써, 커피 추출물을 고상 함량이 적어도 88%, 보다 바람직하게는 91% 이상으로 얻을 수 있다. 커피 용융물을 적합하게 압출시키는 일정 특성을 갖는 혼합물을 제조하려면 고상물 함량은 반드시 적어도 80% 이어야 하고, 바람직하게는 91%, 가장 바람직하게는 96% 미만이어야 한다. 또한, 커피 혼합물을 제조하는 방법으로는, 건조 커피 고상물, 부무 건조물, 동결 건조물 등을 함수량이 4% 이상 내지 12% 이고, 더욱 바람직하게는, 약 4% 내지 9%의 물과 91% 내지 96% 미만의 커피 고상물의 혼합물을 얻기에 충분한 물, 방향성분, 추출물 또는 농축 추출물과 혼합하여 얻는다.

혼합 공정 및 가열을 충분히 행하게 되면, 커피 추출물을 목적하는 고상물 함량까지 농축시켜서 얻은 물질과 물리적으로 유사한 균일 균질물이 생성된다. 이 경우, 커피 고상물은, 적합한 유리상체를 형성하는 커피 용융물을 확실히 생산하기 위해서는 다음의 특징을 가져야 한다. 이 혼합물은 30℃ 내지 약 80℃, 바람직하기로는 40℃ 내지 65℃의 유리 전이 온도를 가져야 한다.

유리 전이 온도라는 것은, 유리 상태의 물질이 가열시 이 대역을 통해 유체 상태로 액화됨을 의미한다. 전환은 2차 열역학적 양, 예컨대 팽창 계수 또는 열량의 변화에 의해 인지된다. 그 변화는 유리상에서 액상으로 전환될 때 발생하는 과도한 분자 운동의 개시에 의한 것이다. 이 변화는 유리 전이 온도 또는 Tg로 특징지울 수 있다. 물질의 치수 안정성을 해당 온도 범위에 걸쳐 측정하여 Tg를 산출할 수 있다. 역학적 열 분석기(Thermomechanical Analyzer)[TMA : 퍼킨-엘머(Perkin-Elmer)사 제품)로 산출한 침투 온도자기기를 치수 데이타 원으로서 사용한다. 문헌 [The Applications Section of the Instruction Manual(모델 TMS-2, 발생 #993-9246)]에 기재된 바에 의하면, Tg는 에비 전이 기저선으로부터 침투 온도 자기기가 변위됨이 처음으로 입증되는 온도로서 확인된다.

본 발명의 또 다른 일면에 의하면, 유리상 커피의 제조방법으로 고상물 88%-97%, 바람직하게는 91%-96% 이하와, 물 3%-12%, 바람직하게는 4% 이상-9%와의 혼합물을 60-130℃의 온도에서 제조한다. 이어서 이 혼합물을 가스, 바람직하게는 불활성 가스와 함께, 한정된 구역으로 주입하고, 필요하다면 방향을 부여하고, 이어서 약 170.1기압(2500lb/in²)의 압력에서 제한된 구역 또는 다이를 통과시킨다. 이어서 이 혼합물을 약화 질소, 또는 냉각 공기로 신속히 냉각시키거나, 또는 가스화된 용융물을 수송 벨트 또는 로울러로 인장하여 생성된 형상의 두께를 감소시켜서 신속히 냉각되도록 함으로써 냉각 물질 또는 유리상체의 크기가 적당하게 감소되고 안정한 함수량으로 건조될 수 있도록 한다. 이 유리상체를 이어서 다른 커피와 혼합할 수 있다.

또한 커피 혼합물은 통상의 퍼콜레이션으로 얻은 커피 추출물을 강하막 증발기 또는 기타 적합한 장치로 통과시켜서 제조하여, 고상물 함량을 적어도 88%, 보다 바람직하게는 91% 이상으로 얻을 수 있다. 고상물 함량은 냉각시에 과냉 가스화 유리상 커피를 형성하는 혼합물이 제조되도록 조절한다. 또한 커피 혼합물은 건조 커피 고상물, 분무건조물, 동결건조물 등을 함수량이 최대 12%, 보다 바람직하게는 4% 이상-9%가 되기에 충분한 양의 물과 혼합함으로써 얻을 수 있다.

충분하게 혼합이 되면, 커피 추출물을 농축하여 얻은 물질과 유사한 균질물이 생성된다. 또한 커피 혼합물은 소량의 가용성 건조 커피를 농축 커피 추출물에 첨가함으로서 제조할 수도 있다. 모든 경우에 있어서, 생성된 커피 고상물은 30℃ 내지 약 80℃의 유리 전이 온도를 가져야 한다.

이러한 유형의 공정은 통상적으로 추출한 로스티드 앤 그라운드 커피 추출물에 대해 양호하게 실시될 뿐 아니라, 커피를 가열, 효소, 산 또는 염기 가수분해하여 얻은 커피 추출물에도 적용할 수 있다. 예를들면, 커피 고상물 일부는 중합도 1 내지 8중 임의의 중합도를 갖는 올리고머를 형성하는 가수분해된 만난으로부터 유도될 수 있다. 일반적으로, 이와 같은 고상물은 잔류하는 보습 커피 입자를 고압, 단시간, 고온 처리하여 만난이 최대 중합도가 8인 비교적 저분자량의 올리고머로 가수분해되도록 함으로써 얻는다. 또한 커피는 커피의 셀룰로오스 성분으로부터 유도된 셀룰로오스 당을 함유할 수 있는데, 이러한 셀룰로오스 성분은 상기 커피 고상물을 산 또는 염기 가수분해하여 형성된다. 어떤 경우에는, 만난 올리고머 및 커피로부터 유도된 셀룰로오스 당을 첨가하게 되면 유리 전이 온도에서 이와같은 환원을 유발시키지 않게 되어, 적합한 흡습도를 갖는 유리상 커피를 생성하지 못한다.

바람직한 실례로서, 개선된 가용성 커피 제품을 제조하는 방법은 다음의 (a)-(d)단계로 구성된다. 즉 (a) 고상물 함량이 45% 이상인 예비 농축된 커피 추출물 100%를 고상물 함량이 88-97중량%, 바람직하게는 91-약 96중량%가 되도록 증발시키면서 농축 고상물을 60-130℃, 바람직하게는 70-110℃, 가장 바람직하게는 80-100℃에서 한정된 헤드스페이스 하에 용융 액상 커피를 얻기에 충분한 열 및 전단을 가하는 단계, (b) 이 점탄성 유체를 한정된 헤드스페이스하에서 방향성을 부여하고 또한(또는) 가스화시킨 다음, 균질한 혼합물이 되도록 혼합하는 단계, (c) 이 균질 혼합물을 성형하고 신속히 냉각시켜서 점탄성 유체가 적어도 50%, 바람직하게는 75%, 가장 바람직하게는 80%의 휘발 성분을 갖는 유리상 커피로 상전이되도록 하는 단계, 및 (d) 고화된 혼합물을 분쇄하고, 크기를 조절하는 단계.

완전히 증발시킨 유리상 커피의 제조에 다른 잇점으로는, (1) 장기간의 탈수 단계를 행하지 않아도 되므로 휘발 성분 보유성이 우수하고, (2) 커피 추출물의 통상적인 건조 단계중 발생하는 응집 및 기타 물리적 변화를 방지하고, (3) 커피 제품에 혼입시킬 수 있는 농축 풍미 성분을 작은 칩으로 성형하고, (4) 신규한 형상의 가용성 커피를 형성하고, (5) 농축 및 압출 장치를 사용함으로써 분무건조 또는 동결건조로 최종 커피 제품을 얻는 것에 비해서 커피 가공능을 증가시키고, (6) 커피 만난 및 커피 셀룰로오스 가수분해물을 흡습성 산물을 생산하지 않고서 유리상 커피에 혼입시킨다는 점이다. 이러한 잇점들을 얻기 위해서는, 온도 및 체류 시간을 제한함으로써 열 분해가능성을 감소시키는 것이 중요하다.

바람직한 실례에 의하면, 유리상 커피의 제조방법으로는, 60-130℃에서 묽은 추출물을 증발시켜 88-97% 커피 고상물 및 3-12% 물로 구성된 고점성의 농밀한 점탄성 유체를 얻는다. 이어서 이 혼합물에 농축 커피 방향 성분, 합성 방향 성분 또는 이들의 혼합물을 사용하여 임의적으로 방향성을 부여한다. 바람직하게는, 추출물로부터 유도된 순수한 커피 방향 성분을 사용한다. 밀도가 보다 낮은 혼합물을 요하는 경우에는 이 혼합물에 가스를 첨가시킨다. 이어서 혼합물을 가압하에서 제한된 또는 한정된 구역에서 충분히 혼합한 다음, 상전이되어 유리상 커피를 형성할 수 있도록 신속히 냉각시킨다.

커피 혼합물의 제조방법으로는, 방향 성분을 회수하기 위해서 방향 성분을 추출물로부터 스트립핑(stripping)한 후 통상적으로 퍼콜레이팅하여 얻은 커피 추출물을 제조하고, 이 추출물을 적어도 45%의 고상물 함량을 갖도록 강하막 증발기 또는 기타 적합한 농축장치로 처리한다. 이어서 이 농축 커피를 Fimtruder Polymer 기계에 도입시켜서, 기계내에서의 추출물의 고상물 함령을 88-96%로 상승시킨다. 이어서 방향 성분을 추출물에 다시 첨가하고, 이곳을 유용한 제품으로 제조한다.

본 발명에 의하면, 커피 추출물을 통상적인 커피 증발 및 스트립핑 기술을 사용하여 45% 이상의 고상물 함량으로 농축시킨다. 예를들면, 커피 추출물을 진공식 3중 증발기에서 농축하여 45% 이상의 고상물 함량을 갖도록 할 수 있다. 증발물중 일부는 방향성분 회수용으로 잔류시킬 수 있다. 별법으로, 커피 추출물을 증발시키기 전에 휘발 성분을 제거하기 위해 컬럼에서 스트립핑한다. 이어서 농축 추출물을 Filmtruder Polymer 기계에 통과시킨다. 이 기계에서는 급속 회전 로우터(rotor)가 추출물 박막을 증발기 벽에 대해 접선 방향으로 놓이게 하고, 추출물을 하부로 유입시키는 패들(paddle)에 의해 하부로 나선형 흐름을 형성하는 반면, 다른 패들은 로우터의 축에 대해 접선 및 수직 방향으로 추출물을 분산시킨다. 추출물 필름은 약 0.32cm±약 0.04cm(1/8in±1/64in)가 좋다.

이와 같은 기계의 로우터가 50 내지 700rpm으로 회전할 수 있으므로, 커피 추출물에 대해서는 350 내지 550rpm으로 사용하는 것이 좋다. 약 177.8 내지 약 355.6mmHg(7 내지 14inHg)의 진공을 증발기의 추출면상에 걸면서 2.4-3.1atm(35-45psig)의 증기를 증발기의 자켓(jacket)에 도입시킨다. 추출 온도를 60-130℃로 유지시키기 위해서 대기압 이상의 압력을 가할 수 있다. 이 추출물을 로우터 블레이드(blade)로 소사함으로써 추출물이 증발기 내에서 하강되고, 88-97%의 고상물 농도로 증발 섹션(section)에서 배출된다. 고압 기어 펌프를 사용하여 추출물을 제거하는데, 이 추출물은 증발기로부터 배출시 최대로 약 1,000,000센티포이즈의 점도를 가질 수 있다.

필요에 따라서, 농축 추출물을 수집하기 위하여, 보유 탱크 또는 구역을 펌프에 연결되기 전, 증발 섹션 주변에 추가로 연결한다. 이러한 구역으로 인해 기어펌프를 사용할 수 있게 됨으로써 고도로 농축된 유체의 가변 흐름을 혼합기에 전달하여 그리하여 방향성을 부여하고 또한(또는) 가스화시켜서, 공정의 일부를 형성할 수 있다. 별법으로서, 한 기어 펌프는 농축 추출물을 공급 탱크로 주입하고, 또다른 기어 펌프는 공정중 최종 단계에 추출물을 주입하도록 사용할 수 있다. 바람직하게는, 보유 탱크는 혼합 및 체류 온도를 조절할 수 있도록 장치한다.

보유 탱크로부터 농축된 점탄성 유체를 커피 방향 성분 및(또는) 불활성 가스가 유체로 혼입되는 일련의 정적 혼합기를 통해 가압하에 통과시킬 수 있다.

방향 성분 및(또는) 가스의 혼입된 후, 유체를 충분히 혼합한 후, 필름, 로우프(rope) 또는 기타 형상이 형성되는 성형 장치로 통과시킨다. 60-130℃, 바람직하게는 70-110℃, 가장 바람직하게는 80-100℃의 유체가 형성되고, 이것을 부서지기 쉬운 유리상체로 신속히 냉각시킨다. 냉각 공정은 유체를 냉각 가스 또는 냉각 터널(tunnel)에 침지 또는 분무시키거나, 또는 필름형인 경우 시팅 다이에서 배출되는 필름을 인장시킴으로써 행한다.

이러한 급냉 공정은 성형된 유체의 외층을 응고시키고, 커피의 방향 성분이 다소 손실됨을 방지한다.

일단 부서지기 쉬운 유리상체로되면, 이 유리상체를 분쇄하거나 또는 기타의 방법으로 처리하여 입도를 작게 한 다음, 목적하는 최종 산물의 입도로 선별한다. 산물의 함수량이 6% 이상인 경우, 건조 단계를 사용하여 수분을 2.5%-5%H₂O로 감소시킨다. 이러한 방법은 커피가 응집되지 않도록 안정화시키고, 부여된 풍미 성분이 손실되지 않도록 산물을 안정화시킨다.

본 발명은 통상적으로 추출된 로스티드 앤 그라운드 커피 추출물에 대해 양호하게 실시될 뿐 아니라, 열, 산, 효소 또는 염기 가수분해에 의해 커피로부터 얻은 추출물에도 적용할 수 있다. 예를들면, 커피 고상물 일부는 중합도 1 내지 8인 올리고머를 형성하는 가수분해된 만난으로부터 얻을 수 있다. 이러한 물질은 일반적으로 잔류 커피 분말을 고압, 단시간, 고온 처리하여 만난을 최대 중합도가 8인 저분자량의 올리고머로 가수분해함으로써 제조할 수 있다. 또한 커피는 커피의 셀룰로오스 성분에서 얻은 셀룰로오스 당을 함유할 수도 있으며, 여기에서 커피의 셀룰로오스 성분은 커피를 효소, 산 또는 염기 가수분해함으로써 생성된다.

본 발명에 사용된 가용성 건조 커피 또는 농축 추출물은 다음과 같은 건조 중량%의 조성을 갖는다.

본 발명자들은 로스티드 커피의 조성이 카라멜화된 당을 상당량 함유하기 때문에, 이러한 조성물로부터 제조된 유리상 커피는 고온에서 저장할 수 없을 만큼 흡습성이지는 않은데, 그 이유는 커피 용융물의 제조시 사용된 수분이 제한되었기 때문이다.

일단 커피 혼합물이 제조되면, 이것을 혼합물에 주입시키고, 각종 가스, 예컨대 질소, 공기, 이산화탄소 또는 기타 가스, 또는 이들의 혼합물과 균일하게 혼합하여 가스화시킨다. 이러한 가스화 효과는 커피 혼합물의 밀도를 저하시키고, 가요성을 부여하며, 최종적인 커피 제품의 밀도를 조절할 수 있다. 또한 이러한 가스화는 용해도를 개선시키며, 제품의 색상을 밝게하여 이 유리상체를 성분으로 사용하는 신규한 형태의 커피 제품을 기획하는 경우에 유용하다.

또한, 방향 성분의 첨가를 가스화 단계와 함께 행하거나, 또는 별도의 단계로 행하는데, 예를들면 방향성분을 혼합물에 첨가한 후, 이 혼합물을 균일하게 혼합한다. 방향 성분 첨가 단계에서는, 방향성이 부여된 커피 용융물을 한정된 헤드스페이스에서 고온으로 유지시킴으로써 방향 성분에 대한 온도 효과를 감소시킨 다음, 3분 이내에 이 용융물을 냉각시킬 필요가 있다. 방향 성분의 열 분해 및 손실은 용융물을 성형시에 하나의 오리피스 또는 일련의 오리피스를 통과시킨 후, 즉시 냉각시킴으로서 방지된다. 커피 용융물이 오리피스에서 배출될 때, 이 용융물을 신속히 고화시키고, 냉각시켜서 경질 유리상체로 만든다. 별법으로, 혼합물을 공지된 방법으로 압출기 내에서 신속히 냉각시킬 수 있다. 중요한 것은, 용융물을 냉각하고 재고화시켜서 유리상체를 성형하는 것이다. 어떤 경우, 본 발명자들은 방향성이 부여된 커피를 액화 질소조를 사용하거나 또는 급냉법을 사용하여 180초 내, 바람직하게는 120초 내, 및 가장 바람직하게는 1분 이내에 냉각시키는 것이 좋다는 것을 발견하였다.

방향 성분은 커피 오일, 커피 추출물 또는 기타 안정된 기술로 안정화시킬 수 있다. 방향 성분은 공지된 기술로 수집한다.

유리상 커피는 커피에 첨가될 수 있는 천연 또는 합성 풍미를 보호하고 안정화시키는데 특히 유용하다. 가압 하의 용융 액상의 고상물 함량이 높으면, 균질한 방향 혼합물을 신속히 제조할 수 있고 이 혼합물을 급냉시켜서 휘발성 방향 성분의 손실이 50% 미만, 바람직하게는 30%, 더욱 바람직하게는 20% 미만이 되도록 하여 유리상 커피로 상 전이시킨다. 임의적으로는, 불활성 가스를 방향성이 부여된 용융물에 혼입하여 방향 성분이 산화되는 것을 방지하고, 밀도를 조절하고, 최종 냉각 용융물 또는 유리상 커피의 용해도를 개선시킬 수 있다. 냉각이 되면 이어서 유리상 커피를 목적으로 하는 입도로 분쇄할 수 있다.

적합한 풍미 및 방향 성분에는 로스티드 앤 그라운드 커피에서 수집된 방향 성분[통상 그라인더 가스(grinder gas)], 커피 추출물에서 수집된 방향 성분[통상, 벤트 가스(vent gas)], 및 커피 오일에서 수집된 방향 성분, 증기 방향 성분, 진공 방향 성분, 및 기타 공지된 형태의 커피 방향 성분 및 풍미가 함유된다. 또한, 기타 공지된 형태의 커피, 예컨대 콜로이드상 커피를 용융물에 분산시키거나 캡슐화시킬 수도 있다.

다음의 실시예들은 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니라, 본 발명을 상세히 설명하려는 것이다.

[실시예 1]

함수량 4.9%에서 밀도가 0.25g/cm인 Maxwell House 상표의, 분무건조된 가용성 과립 인스턴트 커피를 Werner-Pfleiderer 제품의 트윈 스크류 압출기인 모델 번호 1982 ZSK 57mm 50/2중 제6배럴상에 위치한 K-Tron 용량 측정 주입구로 공급하였다. 물을 약 1.54kg/hr(3.4lb/hr)의 속도로 제8배럴에 펌핑하였다. 미합중국 특허 제4,574,089호에서와 같이 제조한, 밀도 0.85g/cm인 액상 커피 방향 성분을 약 0.25kg/hr(0.55lbs/hr) 속도로 압출기에 공급하였다. 방향 성분 전달계를 가압하여 방향 성분 손실을 방지하고, 방향 성분온도를 최대 2℃로 유지시켰다.

커피를 11개의 배럴의 압출기중 5개의 배럴을 통해 가공처리하였다. 5개의 온도 존(zone)을 조절하여 다음 조건을 얻었다.

압출기를 약 38.6kg/hr(85lb/hr)의 속도, 및 스크류 회전 속도 60rpm을 갖는 64% 토오크로 작동시켰다.

원료 스트림을 균질화시키고, 기계적으로 가열하여 커피 매트릭스로 용융시켰다. 산물을 3/4 직경인 2개의 공극을 갖는 로우프 다이를 통해 온도 88℃ 및 수분 8%에서 압출기로부터 배출시켰다. 이 압출물을 액화 질소에 침지, 급냉시켜서, 부서지기 쉬운 유리상 커피로 성형하였다. 일단 부서지기 쉬운 성질을 갖게되면, 이 유리상 커피를 분쇄하였다.

이와같은 공정으로 얻은 산물을 정화ㆍ포획법(purge and trap)을 사용하여 가스 크로마토그래프로 측정한 결과, 방향 성분 보유율이 93%였다. 분말 원료의 시료에 커피 방향 성분을 화학량론적으로 보정한 농도로 첨가하고, 방향 성분이 부여된 압출 산물을 비교하였다. 이 방법에는 시료 커피 수용액을 제조하는 것이 포함되었다. 커피 용액에 열을 가하거나 헬륨 가스를 소사하여 휘발 성분을 커피 용액으로부터 흡수관으로 유도하였다. Envirochem Unacon 농축기를 사용하여, 흡수된 휘발 성분을 제거하고, 이 휘발성분을 FID(탄소) 검출기가 장치된 가스 크로마토그래프 중의 용융 실리카 컬럼으로 이전시켰다.

측정된 방향 성분 보유율을 다른 통상적인 방법으로 얻은 것과 풍미 면에서 비교하였다. 통상의 방법은 분무 건조(55%), 과립화(1회 통과시 75%) 또는 동결 건조(65-75%)한 것이었다.

자체 청정식 1290mm 트윈 스크류 장치(앞으로 설명됨)은 Werner Pfleiderer로부터 구입한 기소(機素)를 조립한 것이었다. 이 장치에는, 스트림 실(stream seal)이 상하로 작동하면서 첨가된 방향성분을 압출기 외부로 증발시켜서 그 양을 감소시키는, 라이트 핸디드 혼련 블럭(right handed kneading block=K)이 내재되어 있다.

[실시예 2]

리본형 혼합기에서 미리 8% 습도까지 보습시킨 가용성 커피를 약 1.9cm(0.75in) 직경, 2/1 압축비의 스크류가 장치된 Brabender 싱글 스크류 25/1 L/D비의 압출기에 3.3#/hr의 속도로 주입하였다. 미합중국 특허 제4,574,089호에 기재된 바로 제조한 액상 방향성 커피를 0.05#/hr의 속도로 압출기에 펌핑하였다. 스크류를 50rpm으로 작동시켜서 4500-5000 토오크(Neutron Meter)로 작동되도록 하였다. 3개의 가열 존에서 커피 용융물을 각각 75, 80 및 80℃으로 유지시켰다. 온도를 조절한 다이 어댑터 부위를 85℃로 유지시키고, 커피 용융물을 평균 1.75-2분 동안 체류시킨 후 88℃에 노출시켰다. 이어서 커피 용융물을 신속히 냉각시켜서 부서지기 쉬운 유리상체를 형성하였다.

압출물을 Homoloid 분쇄기에서 20메쉬 이하의 스크린을 사용하여 분쇄하고, 분무 건조 커피 분말과 함께 유리상 커피 10%, 분무 건조 분말 90%의 비율로 혼합한 후, 평형이 유지되도록 하였다.

4개월 간의 저장 실험을 행한 결과, 본 제품은 양호하게 저장되어, 커피 매트릭스 내에 함유된 방향 성분은 관능 검사로 측정한 바, 실온에서 적어도, 10주, 및 35℃에서 9주 동안 보유되었다.

바람직한 경우, 기타 산물을 상이한 방향 성분, 및 커피에서 얻은 물질로 제조할 수 있다.

[실시예 3]

가스가 주입된 수직관 다이를 이용하여 로우프 및 시트형과는 상이한 저밀도 압출형을 제조하였다. 이 경우에는, C.W. Brabender 싱글 스크류의 약 15/1 L/D비(직경 약 1.9cm) 압출기에 1/1 압축비의 스크류를 장치하였다. 가용성 커피(함수량 9.5%)를 압출기에 공급하였다. 3종의 가열 존은 각각 75℃, 80℃ 및 85℃ 고정시키고, Brabender 수직관 다이(외경 약 0.87cm(11/32″), 내경 약 0.71cm(9/32″))를 85℃까지 가열하였다.

가용성 커피를 약 0.9-약 15.4kg/hr(2.0-34lb/hr)의 속도로 압출기를 통과시키고, 80-86℃로 압출기에서 배출하였다. 스크류는 22, 23 및 40rpm의 속도로 작동시키고, 다이에서의 압력이 20.4-27.2atm(300-400psi)이 되도록 하였다. 이 용융물을 40-60rpm으로 작동되는 테플론 코팅 밸트 상으로 압출시켰다. 이 압출물을 거무스름한 외표면 및 매끄럽고 거무스름한 내표면을 갖는 관형으로 성형하였다. 이러한 관형물은 그의 말단을 눌러 팽창시켜서 얇은 벽(약 0.0076cm(0.003″))을 갖는 커피 포말을 형성할 수 있었다. 냉각시킨 커피 포말은 부서지기 쉬운/취성인 벽을 가지게 되어 파손시에는, 온수에 극도로 가용성인 가벼운 거미줄 같은 입자를 형성하였다.

[실시예 4]

Werner and Pfleiderer Corporation에서 제작한 C-37mm 공회전식 트윈 스크류 압출기를 사용하여 본 실시예를 행하였다.

공급 섹션에서는, 1개의 스크류에 60mm에서 26.7mm로 피치가 점차 감소되는 수송 기소 1045mm를 장치하고, 연속해서 3개의 세트(set)로 된 또다른 10mm 레프트 핸디드(left handed) 수송ㆍ중립 기소, 이어서 압출기 배출부에는 핸디드 훈련 블럭(handed kneeding block)을 연결시켰다. 스크류 길이는 총 1158mm이며, 압출기의 배럴 수는 7개였다. 또다른 스크류에 대해서도 프로필을 정합시켰다. Haake Buchler에서 제조된 시트 다이를 압출기 배출부에 연결시켰다. 이 다이는 10.16cm(4in) 폭의 공극을 갖고 그 갭(gab)은 약 0.013cm(0.005in)로 고정되었다. 또한 다이에 압력 변환기를 내재시켜서, 다이 전체에 걸친 압력 손실에 근거하여 통상의 기술로 다이 점도를 계산할 수 있도록 하였다. 압출기의 온도는 제1배럴(공급배럴)을 약 21.1℃(70℉) 제2, 3배럴을 35℃(95℉), 제4, 5, 6, 7(배출) 배럴을 100℃(212℉), 시트 다이를 약 104.4℃(220℉)로 고정시켰다.

함수량 3%인 시판중의 분무 건조 커피 분말을 스크류를 115rpm으로 작동시키면서 C-37mm에 고급하였다. 제2배럴에서 물을 함수량 6%인 혼합물을 생산하는 속도로 분말 내에 도입시켰다. 이 보습 분말을 혼합하고 압출기 내에서 가열하여 균질 용융물을 제조하였다. 다이에서 배출되는 혼합물은 온도가 약 112.8℃(235℉)였고, 점도가 2600센티포이즈였다. 이 혼합물을 부서지기 쉬운 유리상체로 신속히 고화시켰다.

제2시험을 동일 압출기/다이 장치 및 조건으로 행하였다. 제2시험에서 공급된 분말은 시판중인 분무 건조 분말(앞에서 사용한 것과 동일) 50중량%, 함수량 0%인 시판 덱스트로오스 25중량%, 및 함수량 0.3%인 시판 프럭토오스 고상물 25중량%로 구성된 것을 사용하였다. 제2배럴에서 함수량 6%의 혼합물을 생산하는 속도로 분말 혼합물에 첨가하였다. 다이에서 배출되는 용융물은 색상이 밝고, 부서지기 쉬운 유리상체로 고화되지 못하고 연질의 점착성을 가졌다. 커피/단당 혼합물에 첨가되는 물의 양을 점차 감소시켜서 이 시험을 계속하였다. 압출기에 물이 첨가되지 않는 시점에서, 다이에서 배출되는 멜트는 계속 생상이 밝았다. 이 혼합물은 함수량 1.6%(물을 첨가하는 공정이 없었음), 온도 약 112.8℃(235℉), 점도 2550센티포이즈로서, 연질의 점착성을 나타내었다.

[실시예 5]

벌크 밀도가 약 0.26g/㎤이고 습도가 2.5%인, 통상의 분무건조법으로 생산된 커피 분말을 K-Tron 무게 공급기의 호퍼(hopper)에 공급하였다. K-Ton 유닛(unit)은 분무건조된 커피 분말을 약 64.9kg/hr(143lb/hr)의 속도로 Werner-Pfleiderer 57mm 트윈 스크류식 압출기인 모델 번호 ZSK 57의 제4 및 제5 배럴에 공급하였다. 107rpm으로 회전하는 압출기 스크류가 용융 커피 분말을 압출기로 수송하였다. 압출기의 제6배럴과 제7배럴 사이에서 물을 약 2.40kg/hr(5.30lb/hr)(분말을 기준으로 함수량이 3.7%이 공급속도)로 커피 용융물에 주입하였다.

이 커피 용융물을 Scientific Process and Research, Inc.(뉴저지주, 서머셋 소재) 제품인, 폭 약 45.7cm(18in), 공극 약 0.013cm(0.005in)를 갖는 코트 행거형(coat hanger) 선형 플로우(flow) 다이를 통해 압출시켰다. 고온의 커피 용융 시트를 50.8cm(20″) 폭의 Kamflex 연속식 강철제 메쉬형 벨트 수송기인 모델 번호 731을 사용하여 벨트 속도를 약 15.2 내지 약 61.0m/분(50-200ft/분)으로 하여 다이로부터 인장시켰다. 시트가 다이에서 인장되면, 이것을 다이에 의해 평균 약 0.025 내지 약 0.127cm(약 0.01″ 내지 0.05″)인 초기 두께를 약 0.0025 내지 0.0127cm(약 0.001″ 내지 0.005″)의 두께로 신장시켰다. 커피 용융물의 얇은 연속 시트를 벨트에 따라 실온으로 급냉시켜서, 양면이 광택성이 있고, 조대하고, 부서지기 쉬운 유리상 커피를 형성하였다. 벨트로부터 큰 조각의 유리상 커피를 모델 N Urschel 분쇄기로 공급하여, 보다 작은 입도의 플레이트로 분쇄하였다. 이어서 작은 플레이트를 약 30.5cm(12″) SWECO 진동 분리기로 선별하였다. 분리기의 최상단 스크린(8U.S. 메쉬)를 통과한 입자와, 하단(20U.S. 메쉬)에 남아있는 입자를 산물로서 모았다. 8U.S. 메쉬 스크린에 남아있거나 또는 30U.S.메쉬 스크린을 통과한 플레이트를 모두 압출기에 공급하여 재순환시켰다.

입도를 선별한 플레이트는 Jeffery 진동식 유동층 TMV 약 30.5cm(12″)×약 624cm(20' 60″) 건조ㆍ냉각계에서 처음의 약 3.0m(10ft)의 계는 약 90.6℃(약 195℉)의 고온 공기 및 2000SCFM을 사용하고, 나머지 약 3.0m의 계는 실온의 공기 및 2000SCFM을 사용하여 건조시켰다. 유리상 커피의 함수량을 약 4.5%로 감소시키기 위해서는 건조계에서의 커피 체류 시간은 약 2분 정도를 요하였다. 이 유리상체를 모으고, 약 30.5cm(12″) SWECO 진동 분리기를 사용하여 입도를 재선별하였다. 분리기의 최상단(8U.S.메쉬)을 통과하고 하단(30U.S.메쉬)에 잔류된 입자를 산물로서 모았다.

압출기로 공급된 것과 유사한 분무건조 가용성 커피 분말을 Fitzmil 모델 D분쇄기로 분쇄한 후, 리본식 혼합기에서 선별된 플레이트와 분말 약 7부 대 플레이트 약 3부의 비로 혼합하였다. 분말/플레이크 혼합물을 Siletta 감량 공급기를 통해 약 113.4kg/hr(약 250lb/hr)의 속도로 약 3.0, (30ft) 직경 타워 과립기로 공급하였다. 증기를 총 약 56.7 내지 226.8kg/hr(125 내지 500lb/hr)의 속도로 약 107.2℃의 온도에서 1, 2 또는 3개의 노즐을 통해 과립기에 주입시켰다. SCFM 및 약 246.1℃(475℉)의 기류는 과립기의 플레넘(plenum)에서 타워 하부로 이동되었다. 공기는 약 140.4℃(약 220℉)로 타워에서 배출되었다. 분말/플레이트 공급물을 과립화시켜서, 반짝거리는 광택이 있는 분말-건조 과립을 형성하였다. 이 과립을 Cardwell 진동 수송기를 통해 타워 배출부에서 Rotex 스크리너 모델 번호 12 SAN ALSS로 수송하였다. Rotex의 최상부(8U.S.메쉬) 스크린을 통과하고 하부(30U.S.메쉬) 스크린에 잔류하는 과립을 산물로서 모았다. 8U.S.메쉬 스크린에 잔류하였거나, 또는 30U.S.메쉬 스크린을 통과한 과립을 모아서 분쇄하고, 이들을 과립기에 다시 공급하여 재순환시켰다. 함수량 5.5%인, 선별된 산물을 Jeffrey 진동 유동층 TMV 약 30.5cm×약 624cm(12″×20'60″) 건조ㆍ냉각계에서 처음의 약 3.0m(10ft)의 계는 약 90.6℃의 고온 공기 및 2000SCFM을 사용하고, 나머지 약 3.0m(10ft)의 계는 실온의 공기 및 2000 SCFM을 사용하여 건조시켰다. 계에서의 커피 잔류 시간은 약 115초였다. 약 4.5%의 함수량을 갖는 과립을 산물로서 모았다. 이 산물은 반짝이는 독특한 외관을 가졌다.

[실시예 6]

Werner-Pfleiderer 57mm 트윈 스크류식 압출기를 사용하고, 또한 약 0.013cm(0.005in)(5밀)의 다이 구경을 갖는 약 45.7cm(18in) 선형 다이를 사용하여 일련의 연구를 행하였다. 압출기 배열은 다음의 표에 주어져 있으며, 이 표는 압출기의 10개의 각 구획에 대한 온도 프로필 및, 커피 원료, 물 또는 추출물이 추가되는 지점을 나타내고 있다. 각 경우에서, 필름은 다이에서 배출되는 속도보다 빠른 속도로 필름을 다이에서 인장시켜서 그 크기를 산출하였다. 1 내지 15밀 사이의 필름 두께는 드로우다운 컨베이어 스피드(drawndown conveyor speed)를 사용하여 얻었다.

표식- * 공급물 위치

* 물, 방향성분 및 추출물 첨가 위치

[실시예 7]

과립화된 압출 로프 산물 2종을 Werner Pfleiderer ZSK 57mm 트윈 스크류 압출기 상에서 분무 건조 분말로부터 제조하였다. 이들은 동결건조된 것과 같은 외관 및 로스티드 앤 그라운드된 것과 같은 외관을 나타냈다.

[동결 건조 외관]

압출기 배럴내의 밀도, 색상 및 안정도를 조절하기 위해서 이산화가스를 배럴에 주입하였다. 이러한 작동법에서 중요한 조절변수는 수분, 온도, 가스 대 커피 비, 및 혼합도였다. 선택된 압출기 스크류의 프로필은 우수한 혼합도를 제공하면서 또한 비교적 저온 프로필(압출기 조건을 참조)에서 유지시킬 수 있는 것이다. 분무 건조 커피가 가스분해된 고상물을 함유하지 않는다는 사실로부터 목적하는 함수량을 7.0%로 설정하였다. 이 수분 농도는 조절된 온도 프로필과 함께, CO₂가스가 분산되고 다이에서 우수하게 팽창되기에 적당한 점도를 갖는 용융물을 생성하였다. 산물은 냉각시키면서 수축 및 붕괴를 최소화하여 배출시켰다. 그리하여, 저점도 및 우수한 용해도를 갖는 동결 건조 외관 형태로 분쇄될 수 있는 다공성 구조의 로우프가 성형되었다.

다이로는 약 0.48cm(3/16″) 직경의 구멍 2개를 갖는 45℃ 경사의 다면 스트랜드(strand) 다이를 사용하였다. 로우프는 스트랜드가 다이에서 배출되면, 이들을 약 1.59cm(약 5/8″) 직경으로 팽창시키고, 이들을 와이어(wire) 메쉬 수송 벨트 상에서의 다이 배출 속도와 동일한 속도로 인출시켰다. (다이 이탈시 로우프의 수분이 약 1% 손실됨은 주목할 필요가 있다). 벨트 상에서는, 이들을 액화 질소를 분무함으로써 냉각시켰다. 벨트 말단에서, 로우프를 5.08 내지 약 15.24cm(2-6in) 조각으로 분쇄하고, 포장하기 전에 스텐레스 스틸 테이블 상에 놓고 더 냉각시켰다(5-10분). 이들은 Urschel 모델 N 분쇄기(4회 통과)에서 분쇄하여 약 45.7cm(18″) Sweco(-8/+24U.S. 스크린)로 입도를 선별하고, Jeffrey 유동충 베드 에프터드라이어(afterdryer)로 건조시켰다(1회).

[압출기 조건]

[온도 프로필]

분말 공급 속도 약 30.0kg/hr

다이 온도 약 93.3-97.2℃

액체 주입 제3배럴 앞에서, 20% 농축 추출물을 29g/분으로

가스 주입 제6배럴 앞에서, CO₂가스를 2700cc/분으로

가스 주입 압력 14.97atm(220psig)

스크류 속도 100RPM

스크류 토오크 70.8%

다이 압력 20atm

[로스티드 앤 그라운드 외관]

압출기 조건은 가스 대 커피 비를 제외하고는 동결 건조 외관의 방법과 동일하였다. 약간 얼룩진, 보다 어두운 색의 산물을 얻기 위해서 가스 비율을 매우 낮은 유동 속도(25cc/m)로 조절하였다. 그 결과, 동결 건조된 것보다 훨씬 농밀하고 다공도가 현저히 낮은 로우프를 얻었다. 또한 후순(後順)의 압출기 배럴의 온도를 다소(약 +5.6℃(+10℉)) 상승시킬 수도 있다. 다이에서 배출될 때의 수분 손실은 0.5%였다. 이것은 다공도가 낮고, 수분 제거를 도와주는 CO₂가스 방출이 현저히 낮기 때문인 것으로 생각된다.

로스티드 앤 그라운드 외관에 바람직한, 보다 작은 입도를 얻기 위해 Urschel 분쇄기를 통해 다음과 같이 5회 처리하였다.

산물은 -14/+20US 스크린을 사용하여 약 45.7cm(18″) Sweco 스크리너로 입도를 선별하였다. 로스티드 앤 그라운드 시료는 다공도가 낮기 때문에 수분을 적당한 수준으로 감소시키기 위해서는, 시료를 건조단계 다음에 Jeffrey 유동층에 2회 통과시킬 필요가 있었다.

[Jeffrey 유동층 에프터드라이어의 조건]

[제품 평가 및 분석]

[관능 검사 및 시각적 검사]

풍미의 질에 대한 각종 가공 단계의 효과를 평가하기 위해 최종 산물을 시험하였다. 이들을 생상하는데 사용했던 분무건조 분말에 대한 유사 특징으로서 그 결과를 기재하였다. 관능시험자들의 컨센서스(consensus)는 산물들이 풍미, 품질 및 외관에 대한 모든 기재를 충족시키는 것으로 나타났다.

[산물의 특성]

주 : 본 실시예에 사용된 동결 건조 분말의 물리적 특성은 다음과 같다.

밀도 : 0.25g/cc

수분 : 2.75%

[실시예 8]

약 0.002cm(5밀) 다이 공극이 있는 약 45.7cm(18in) 선형 다이 또는 2개의 구멍이 있는 다이를 사용하는 Werner-Pfleiderer ZSK 57mm 트윈스크류 압출기를 이용하여 일련의 시험을 행하였다. 압출기의 배위는 다음의 표에 나타내었으며, 이 표는 압출기의 10개 구획 각각에서의 온도 프로필 및 커피 공급, 가스첨가, 물 또는 추출물 첨가의 위치 및 산물의 일반적 성질을 나타내고 있다.

표식- * 공급물 위치 압출기내에서 커피용융물과 혼합되어 팽창된

** 물 첨가위치 커피 용융물을 생성하는 중탄산암모늄 생성

*** 물 첨가 위치 가스의 분해

[실시예 9]

[결정 형성]

약 55% 고상물 농도를 갈색 커피 추출물을 사이즈 15인 Waukesha 공급 펌프를 사용하여 약 72.5kg/시(160lb/시)의 비율로 예열기에 공급하였다. 예열기로 주입하기 전, 펌프의 배출 면 상에서 추출물을 Tate Andale 모델 ID 스트레이너로 통과시켜서 임의의 침전물을 제거하였다. 고온수 자켓 예열기인 Luwa 모델 #TV0030에서, 추출 온도를 실온에서 77℃로 상승시켰다. 예열기 로우터는 160rpm으로 작동시켰다. 가열된 추출물은 예열기의 상부에서 배출시키고 증발기 주입구로 유입하였다.

가열 추출물을 증발기 Luwa 모델 #HS0050의 상부로 유입시켰다. 증발기의 로우터 속도를 약 380rpm으로 유지시키고, Falk 유체력 드라이브 모델 #30VCVf-AA-2123-70으로 수압을 유도하였다. 사이즈 AT-64인 Nash 펌프를 사용하여 증발기에 약 17.78mmHg(7inHg)의 진공을 걸었다. 약 2.3atm(약 34psig)인 포화 증기를 증발기 자켓에 통과시켜서 추출물 내부를 약 93℃까지 가열시켰다. 추출물이 농후해져서 로우터의 토오크가 약 12.67kg-m(약 1100in-lb)로 되었다. 증기화된 물을 증발기의 상단에서 인출하여 응축기 상단으로 유입시켰다. 고정 셀(shell)관 응축기는 표면적이 약 6.2㎡(67ft²)으로, 여기에 공업용 냉각수를 공급하였다. Gould 펌프의 모델 #3196으로 응축기로부터 증발기에서 배출된 응축물을 인출시켜서 수집 용기 또는 드레인으로 보냈다.

증발기를 사용함으로써 약 91%의 고상물을 갖는 농축 추출물을 통상의 약 11.4리터(3갈론) 스풀 피스(spool piece)로 유입시켰다. 약 5.7리터(약 1.5갈론)이 보유되었다. 스풀 피스 정도는 K-Ray 센서, 모델 #7062B로 검색하였다. 농축 추출물을 MAAG Vacorax 기어 펌프, 모델 #70/70을 사용하여 30rpm의 속도로 스풀 피스로부터 제거하였다. Vacorax 펌프의 배출부 하부에 위치한 Nametra 직접 인지식 점도계, 모델 #667-9-87을 사용하여 커피 유체의 점도를 감지한 결과, 5×10⁴내지 1×10⁶cp였다. Mogas 제품의 풀포트(full-port)형 C-1 볼 밸브(ball valve)를 사용하여 유체를 정적 혼합기 및 성형 다이오 유도 하였다. Vacorax 펌프 배출부 및 성형 다이의 주입구에서의 압력은 Gentran 모델 GF-72/6-XXX-5M, -365 압력 변화기 및 Gentran 모델 GF-434 디지탈 계측기로 측정하였다.

점탄성 커피 유체는 Sultzer SMX형 혼합 기소 14개를 각각 내재한, 3개의 섹션의 정적 혼합기를 통해 펌핑하였다. 커피의 방향 성분을 통상의 Sultzer 주입 노즐을 통해 커피 유체에 주입하였다. Eldex 계측펌프, 모델 #AA-100S은 사용 커피 혼합물에 따라 변화되는 속도 및 조건으로 방향 성분을 공급하는데 사용하였다. 점탄성 유체 및 방향 성분이 혼합기를 통과함에 따라, 이들은 균질한 산물을 형성하게 되고, 이어서 HPM 시리즈 2500 시트 다이를 통해 압출되었다. 약 30.5cm(12in) 폭의 다이를 약 0.013cm(0.005in) 공극으로 간격을 두었다. HPM에서 생산된 전기 가열기를 사용하여 다이 온도를 93.3℃(200℉)로 유지시켰다.

다이를 통해 압출된 커피 시트를 스텐레스 스틸 메쉬 벨트를 갖는 수송기로 약 15.2 내지 45.7m/분(50-150ft/분)의 속도로 신장시켰다. 수송기 길이는 약 5.5m(18ft)였다. 이어서, 벨트상에서 냉각된 커피 시트를 Urschel 분쇄기, 모델 N으로 공급하였다. Sweco 진동 스크리너, 모델 #LS 18S333은 분쇄된 커피 플레이트를 -12/+30US 메쉬의 특정 입도로 선별하는데 사용하였다. 입도가 선별된 플레이트를 Jeffrey TMV 약 0.6m(2ft)×약 4.6cm(15ft) 진동의 유동층 건조기로 건조시켜서, 목적하는 함수량인 4.5-4.75%를 얻었다.

[실시예 10]

[로스티드 앤 그라운드형의 성형]

약 55% 고상물 농도를 갖는 갈색 커피 추출물을 예열시키고, 실시예 1에서와 같이 농축하였다. 이와같이 하여 생성된 약 92% 농도의 점탄성 커피 유체를 실시예 1에서와 같이 Vacorax 기어 펌프플 통해 혼합기로 펌핑하였다. 목적하는 로스티드 앤 그라운드형 외관을 갖기 위해서, 액화 이산화탄소는 약 20.4atm(300psig)에서 커피 고상물 1kg 당 약 0.1kg의 이산화탄소 유속으로, GP-45 이산화탄소 이동 탱크로부터 직접 주입시켰다. 이산화탄소의 유속은 주입 노즐의 배압을 조절함으로써 제어하였다.

혼합후에 점탄성 커피 유체를 전기로 가열된 HPM 시리즈 100 스트랜드 다이를 통해 압출시켰다. 이 다이는 45℃로 하부로 기울어진 직경 약 0.32cm(1/8in)의 구멍이 1 내지 8개로 구성되었다. 이렇게 하여 얻은 커피 스트랜드는 플래싱 이산화탄소에 의해 다소 팽창되었고 외관이 얼룩졌다. 이어서 이 커피 스트랜드를 약 5.5m(18ft) 길이의 스텐레스 스틸 메쉬 벨트 수송기를 따라 다이로부터 수송하고, 신속히 냉각시켰다. 이어서 벨트 수송기에서 얻은 스트랜드를 분쇄하고, 스크린한 후, 실시예 1에서와 같이 건조시켜서, 크기가 -8/+24US 메쉬인 산물을 얻었다.

동결 건조 및 볶은 원두 외관과 같은 기타 신규한 가용성 커피 형태는 Bran and Luebbe 55mm 플런저 피스톤 펌프, 모델 #A 7365를 사용하여 각종 유동 속도로 가스 또는 초임계 유체를 주입함으로써 성형이 가능하였다.

기타 통상의 실시예들을 다음의 표에 기재하였다.

[표 1]

파이롯트 플랜트에서의 실행결과

[비고]

A 산물의 밀도 및 색상을 조절하기 위하여 액화 이산화탄소를 정적 혼합기에 주입하였다.

로우프로서 산물을 수거한 후, 과립화하고, 입도를 조절한 다음 건조시켰다.

밀도 : 0.342g/cc, 색상 : 20°L, 입도 : -8, +20US메쉬.

B 산물을 신장시켜서 박막으로 성형하였다. 광택성의 얇은 결정을 안정한 수분함량이 될 때까지 건조시켰다.

밀도 : 0.599g/cc, 색상 : 18°L, 입도 : -8, +20US메쉬.

C 산물을 로우프형으로 성형하고 과립화시킨 다음 밀도를 조절하였다. 건조공정은 요구되지 않았다.

밀도 : 0.462g/cc, 색상 : 18°L, 입도 : -8, +20US메쉬.

D 산물을 신장시켜서 박막으로 성형하였다. 광택성의 얇은 결정을 안정한 수분함량이 될 때까지 건조시켰다.

밀도 : 0.462g/cc, 색상 : 18°L, 입도 : -8, +20US메쉬.

Claims (21)

1. (a) 수용성 커피 추출물을 88 내지 97중량%의 고상물 농도까지 농축시키거나 또는 건조 커피 분말을 88-97중량%의 고상물 농도로 습윤시키는 단계, (b) 단계 (a)의 커피를 한정된 헤드스페이스 하에서 균질한 용융 액상을 얻기에 충분한 열 및 전단 응력으로 처리하는 단계, (c) 균질한 용융 상을 형성하기 전, 도중 또는 후에 커피 방향 성분 또는 풍미 성분을 커피와 혼합하는 단계, 및 (d) 균질 상을 50% 이상의 풍미 및 방향 성분을 보유하면서 커피 용융물로부터 유리상 커피로 상 전이되도록 신속히 냉각시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 개선된 가용성 커피 제품의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 가스를 단계 (b)의 커피 용융물에 주입시키는 단계가 추가되는 방법.
3. 제1항에 있어서, 가스를 단계 (c)의 균질한 혼합물에 주입시키는 단계가 추가되는 방법.
4. 제1항에 있어서, 커피 방향 및(또는) 풍미 성분을 함유한 커피 콜로이드를 한정된 헤드스페이스 하에서 커피 용융물에 첨가하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 커피 용융물을 약 70 내지 110℃에서 형성하고, 이 용융물이 91 내지 96%의 커피 고상물을 함유하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 용융 및 방향성 부여 단계가 압출기 내에서 행해지는 방법.
7. 제1항에 있어서, 유리상 커피를 분쇄하고, 이 분말 유리상 커피를 함수량 4.5중량% 미만의 건조 커피 고상물과 함께 평균 함수량이 5중량% 이하인 커피 제품을 제조하기 위한 중량비로 혼합하는 단계가 추가되는 방법.
8. (a) 커피 추출물 전부를 45% 이상의 커피 고상물 함량이 될 때까지 증발시키는 단계, (b) 상기 증발 단계를 행하기 전 및(또는) 도중에 방향 성분을 커피 추출물로부터 회수하는 단계, (c) 45% 이상의 고사울을 갖는 상기 커피 추출물을 88 내지 97%의 고상물을 갖는 점탄성 유체로 될 때까지 더 증발시킴으로서 가열 증발기의 벽에 농축 추출물의 박막을 형성시키고, 이 유체를 60℃ 내지 130℃로 유지시키면서 이 추출물을 약 0.3175cm(1/8in)의 월클리어런스(well clearance)를 갖는 회전 블레이드를 사용하여 바닥의 벽 하부로 추진시키는 단계, (d) 상기 유체를 모으고, 커피 방향 성분이 첨가되어 유체내로 충분히 혼합되는 혼합 존을 통해 상기 유체를 펌핑하는 단계, (e) 혼합물을 부서지기 쉬운 유리상 커피내에 커피 방향 성분이 함유될 수 있도록 급냉시키는 단계, 및 (f) 혼합물을 분쇄하여, 입도를 조절한 다음, 필요한 경우에 6% 미만의 안정한 함수량을 갖도록 건조시키는 단계로 됨을 특징으로 하는, 개선된 가용성 커피 제품의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 가스를 점탄성 유체 커피내에 주입시키는 단계가 추가되는 방법.
10. (a) 30℃ 내지 80℃의 유리 전이 온도를 가지며, 4% 이상-12%의 물과 88%-96% 미만의 커피 고상물로 된 100% 커피 유도 고상물의 혼합물을 제조하는 단계, (b) 이 혼합물을 60℃ 내지 130℃의 온도로 가열하는 단계, (c) 균질한 혼합물을 얻도록 블렌딩하는 단계, (d) 상기 혼합물을 제한된 구역을 통과시켜서 성형하는 단계, (e) 성형 혼합물이 제한 구역에서 배출되는 속도보다도 빠른 속도로 혼합물을 인장하여 신장시키고, 냉각시켜서, 얇고 연속적이며 균질하고 투명한 고체 필름의 상부 및 하부 양면이 광택성인 유리상 커피의 필름을 형성하는 단계, (f) 이 필름을 분쇄하는 단계, 및 (g) 분쇄 필름을 6% 이하의 안정한 함수량으로 회수하는 단계로 됨을 특징으로 하는, 안정된 투명 유리상 커피의 형성방법.
11. 제10항에 있어서, 성형 혼합물을 건조 단계 전에 투명한 박막의 유리상 커피가 0.254mm 내지 0.381mm(1 내지 15밀)의 두께로 형성되도록 신장시키는 방법.
12. (a) 커피 유도 고상물이 총 함량이 88% 내지 97%이고 물 함량이 3% 내지 12%인 혼합물을 형성하는 단계, (b) 상기 혼합물 온도를 60℃ 내지 130℃로 조절하여 용융물을 형성하는 단계, (c) 가스를 한정된 구역에서 가압하에 상기 용융물에 주입하여 균질한 가스화 연질 용융물을 형성하는 단계, (d) 상기 용융물을 가압하에 오리피스에 통과시켜서 가스화 용융물을 성형하는 단계, (e) 오리피스에서 배출되는 상기 가스화 성형 용융물을 급냉시켜 균질한 가스화 유리상 커피를 형성하는 단계 및 (f) 상기 균질한 가스화 유리상 커피를 회수하고, 임의로 분쇄하여 외관이 냉동 건조형 또는 로스티드 앤드 그라운드형인 커피 완제품을 얻는 단계로 됨을 특징으로 하는, 냉동 건조 또는 로스티드 앤 그라운드 커피 외관을 갖는 가스화 유리상 커피의 형성방법.
13. 제12항에 있어서, 혼합물이 단계 (a)에 있어서 91% 내지 96%의 커피 고상물 및 4% 내지 9%의 물을 함유하는 방법.
14. 제12항에 있어서, 혼합물을 70℃ 내지 110℃로 가열하는 방법.
15. 제12항에 있어서, 가스가 이산화탄소, 질소, 공기 또는 이들의 혼합물인 방법.
16. 제12항에 있어서, 단계 (a)의 혼합물이 건조 커피 고상물을 물과 혼합함으로써 얻어지는 방법.
17. 제12항에 있어서, 가스화 용융물이 오리피스로부터 배출된 후, 함수량을 2.5% 내지 5%로 줄이기 위해 건조 단계가 추가되는 방법.
18. 제12항에 있어서, 용융물을 성형하기 전에, 풍미 및(또는) 방향 성분을 용융물에 첨가하는 단계가 추가되는 방법.
19. 제18항에 있어서, 용융물에 첨가한 방향 및(또는) 풍미 성분이 커피 오일인 방법.
20. 제12항에 있어서, 오리피스로부터 배출되는 가스화 용융물을 급냉시키면서 신장시키는 단계가 추가되는 방법.
21. 제12항 내지 20항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 용융이 압출기내에서 수행되는 방법.