RU2080076C1 - Способ экстрагирования жареного и молотого кофе - Google Patents

Abstract

Изобретение касается способа экстрагирования жареного молотого кофе в экстракторе. Для увеличения скорости и эффективности процесса экстракции, кофе предварительно увлажняют путем его смешивания с водой при температуре 20 - 100^oC до 20 - 50%-ного содержания влаги (от общего веса кофе), а из экстрактора, куда подают кофе, удаляют газы и водяной пар под давлением в пределах от 600 мбар до давления водяного пара при температуре увлажненного кофе. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Настоящее изобретение касается способа экстрагирования жареного и молотого кофе для получения кофейного экстракта, главным образом для использования в качестве исходного материала для получения называемого растворимым кофе или порошкообразным кофе.

Имеется значительный экономический интерес в промышленной экстракции кофе, производящей кофейный экстракт для его использования непосредственно или для изготовления растворимого кофейного порошка. Это обусловлено не только тем, что последнее изделие потребителю легче использовать, чем молотый жареный кофе, но также тем, что промышленная экстракция позволяет получить значительно более полное использование кофе, чем то, что могут обеспечить способы экстракции, обычно применяемые в домашних условиях.

Перечень известных способов промышленной экстракции кофе можно найти в работе М.Сиветца и Н.Эллиота Фууте: "Технология обработки кофе", The AVT Publishing Company Jnc. Вестпорт, Коннектикут (1963), т. 1, а также у Р.Дж. Кларка и Р.Макри: "Кофе", Elsevier Applied Science Лондон, (1987), т. 2.

Для достижения высокого выхода экстракта экстракция должна осуществляться при температуре свыше 100^oC и в течение нескольких часов.

Обычно используются экстракционные батареи, состоящие из нескольких экстракторов, соединенных таким образом, что достигается экстракционный процесс типа противотока, в котором свежая экстракционная вода передается в экстрактор, в котором находится кофе, подвергавшийся экстрагированию в течение самого длительного времени, тогда как экстракт, полученный вновь из этого экстрактора, передается в экстрактор, содержащий кофе, экстрагировавшееся в течение второго по длительности периода времени и т.д. до тех пор, пока последний экстракт не будет извлечен из экстрактора, содержащего кофе, который был экстрагирован за самый короткий промежуток времени.

Из-за большой продолжительности экстрагирования и высокой температуры, используемой при промышленной экстракции кофе, существует опасность того, что качество экстракта ухудшится, вследствие разрушающего окислительного процесса и потери необходимых ароматных составляющих.

Различные принципы предлагались в отношении конструкции индивидуальных экстракторов. Так, например, в патенте Великобритании 620.383 описывается конструкция, в которой рециркулирующая экстракционная жидкость распыляется на кофе в то время, когда он находится в мешке, в результате чего экстракционная жидкость будет проходить через молотый кофе под действием силы тяжести.

Однако такой экстрактор имеет неудовлетворительно низкую производительность экстрагирования по отношению к его объему и стоимости изготовления, и он не пригоден для изготовления экстрактов с высоким содержанием сухого вещества и, следовательно, относительно высокой вязкостью.

Поэтому, предпочтительно, в качестве экстракционных устройств использовать экстракторы, которые по существу полностью заполняют кофе, а затем в них подают экстракционную жидкость для заполнения внутренних пространств между кофейными частицами, так как с такими экстракторами легче контролировать скорость потока жидкости относительно кофейных частиц за счет регулирования разности давления, при котором экстракт подается, от давления, при котором он извлекается.

Наиболее эффективная экстракция достигается при высоком потоке жидкости. Однако возможность высокого потока жидкости ограничена по нескольким причинам. Так, существует тенденция к тому, что будет возникать слой из относительно мелких частиц кофе ближе к тому месту, где извлекается экстракт, и этот слой будет создавать значительное сопротивление потоку жидкости, причем это сопротивление не может быть преодолено за счет увеличения разности давлений.

Для противодействия этой тенденции в патенте США 2.931.728 было предложено размещать слой из очень грубых частиц возле места извлечения экстракта.

Даже если эта мера до некоторой степени увеличена возможность поддержания высокого потока жидкости, однако, оказалось, что даже когда используется такой слой из крупных частиц, проблемы будут возникать в отношении поддержания потока жидкости на достаточно высоком уровне, так как сопротивление потоку жидкости через кофейную массу увеличивается вследствие причин, которые ранее не были полностью выяснены.

В соответствии с обычным способом экстрагирования, описанным Сиветцом и др. молотый кофе подается в заполненный воздухом экстрактор, после чего в него загружается горячая экстракционная жидкость, а находившийся воздух удаляется.

Однако, поскольку кофе сильно нагревается прежде, чем завершится удаление воздуха, то большие количества ароматических веществ из кофе уносятся с воздухом в процессе его удаления.

Чтобы избежать потерю этих ароматических веществ, удаляемый воздух направляется через замораживающую ловушку для сбора требуемых компонентов. Такой сбор требуемых ароматических компонентов из удаляемого воздуха является, однако, сложным из-за того, что ароматические вещества смешаны с большим количеством воздуха и водяного пара, как это имеет место в действительности, по этой причине требуются несколько этапов охлаждения и очень низкие температуры, что делает такое извлечение очень дорогостоящим и сложным в экстракционном процессе.

Вариант такого процесса восстановления аромата является предметом изобретения патента США 4.606.921.

Кроме того, известны процессы, имеющие некоторую аналогичность с этими процессами восстановления аромата, но в которых кофе намерено подвергается предварительной обработке для удаления ароматических веществ перед экстрагированием с тем, чтобы вернуть ароматические вещества в полученный экстракт. Такое удаление аромата выполняется в соответствии с Европейским патентом 227.262 и патентом США 4.707.368, осуществляемое с помощью обработки паром в вакууме.

Жареные молотые кофейные зерна, называемые в данной заявке часто просто кофе, обычно содержат 6 7% влажности. Поскольку этот материал трудно увлажнять кофейным экстрактом, с которым он должен быть экстрагирован, то известно осуществление предварительного увлажнения кофе с помощью воды, см. например патент США 2.340.758 и Свитца и др. В последнем указывается, что такое увлажнение происходит до, но предпочтительно после поступления кофе в экстрактор.

В патенте США 4.701.333 описывается предварительное увлажнение кофе, которое очевидно осуществляется ступенчато, используя в общем по меньшей мере две вес. части воды на каждую часть кофе прежде, чем увлажненный кофе поступит в экстрактор.

Способ предварительного увлажнения кофе описан также в патенте США 3.549.380. В соответствии с этим способом жидкость на водной основе распыляется на кофе, когда его загружают в экстракционную колонну. Однако такая процедура является менее приемлемой для способа по изобретению, как оно описано ниже, согласно которому существенным является очень тщательное перемешивание предварительно увлажняющей воды и кофе.

Следует также отметить, что уже предлагалось (патент США 3.420.674) уменьшить содержание кислоты в пропаренном кофе за счет вакуумной обработки перед экстрагированием для улучшения аромата конечного продукта.

Теперь авторы обнаружили, что путем осуществления экстрагирования, как описано ниже в соответствии с настоящим изобретением, достигается существенное увеличение потока жидкости в экстракторе и, следовательно, более короткое время экстракции, а использовавшиеся до сих пор операции по восстановлению ароматических веществ становятся излишними.

Следовательно, настоящее изобретение касается способа экстрагирования жареного и молотого кофе в экстракторе, по которому кофе предварительно увлажняют перед его передачей в экстрактор, и который в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что
a) кофе увлажняют путем перемешивания с водой при температуре от 20 до 100^oC для получения содержания воды 20 50% по весу,
b) увлажненный кофе передают в удлиненный экстрактор, чтобы по существу заполнить его,
c) газы и водяной пар удаляют из экстрактора для получения давления порядка между 600 мбар и величиной, соответствующей давлению пара воды при температуре, которую достигает увлажненный кофе в результате смешивания в соответствии с пунктом a),
d) без какого-либо дальнейшего удаления газов и водяного пара горячую водяную экстракционную жидкость подают на один конец разряженного экстрактора для его заполнения и экстрагирование производится при температуре свыше 100^oC, и тем, что
e) водный экстракт, содержащий как летучие ароматные компоненты, так и нелетучие кофейные компоненты, удаляют из другого конца экстрактора.

В предпочтительных вариантах осуществления способа по изобретению используют воду при температуре 50 100^oC для увлажнения в соответствии со стадией a), и когда в экстракторе создают разряжение в соответствии со стадией c), то давление уменьшается до величины, соответствующей давлению пара воды, которого достигает увлажненный кофе в результате смешивания с горячей водой в соответствии со стадией a). Благодаря этим мерам достигается особенно эффективное удаление воздуха из кофе на последующей стадии c).

Причина, по которой достигаются существенно более высокие потоки жидкости с помощью способа по изобретению и последующие более короткие периоды времени экстрагирования, чем в обычных способах, предположительно объясняется тем, что за счет откачивания в соответствии со стадией c) достигается эффективное удаление количества воздуха, находящегося в экстракторе, а также эффективное вытеснение двуокиси углерода из кофейных зерен вакуумом, а также за счет ввода экстракционной жидкости без кофе, бывшего тем временем в контакте с воздухом, и предотвращения жидкости. Испытания на специальном испытательном оборудовании показали, что если не принять рассматриваемых мер, то в некоторых частях экстрактора могут иметь место изменения цвета, что указывает на образование пены из очень меленьких пузырьков. Такая пена снижает способность экстракционной жидкости диспергировать среди кофейных зерен и значительно увеличивает сопротивление потоку жидкости через слой из кофейных частиц.

Обработка с помощью пара и вакуума, как та, что ранее предлагалась для удаления летучих компонентов (см. выше Европейский патент 227.262 и патент США 4.707.368), не может предотвратить такое образование пены, поскольку, вероятно, имеет место поглощение атмосферного воздуха в период между обработкой и контактом с экстракционной жидкостью.

Кроме того, следует отметить, что способ, предложенный в патенте Великобритании 620.383 для защиты кофе от окисления за счет создания вакуума в экстракторе после поступления кофе, но до подачи экстракционной жидкости, если он использовался в связи с процессом, аналогичным заявляемому в настоящем изобретении, не будет предотвращать образование рассматриваемой пены, поскольку такая вакуумная обработка в самом экстракторе с поддержанием вакуума до введения экстракционной жидкости не сможет сама по себе предотвращать образование пены при последующей экстракции, так как вакуумная обработка происходит без какого-либо предварительного увлажнения кофе горячей водой, а кофе поэтому не будет при последующей подаче экстракционной жидкости увлажняться без образования пены.

Откачка газов и водяных паров из экстрактора, которая осуществляется на стадии c) перед подачей экстракционной жидкости, происходит при такой низкой температуре и такой скорости, что количество ароматических веществ, удаляющихся из кофе, является небольшим и, следовательно, никакого восстановления не потребуется. Когда горячая экстракционная жидкость на стадии d) подается в экстрактор, то нет необходимости удалять из него воздух и вышеуказанная проблема, касающаяся возврата аромата из удаляемого воздуха, поэтому не существует.

Таким образом, экстракт, полученный в результате процесса, уже содержит летучие ароматические компоненты, которые в соответствии с обычными способами перемешиваются с экстрактом после его восстановления, возможно, после дальнейшей обработки экстракта.

В предпочтительном варианте способа жареный молотый кофе сначала перед увлажнением на стадии a) подвергается просеиванию для разделения кофе на крупнозернистую фракцию и мелкозернистую фракцию, при этом крупнозернистая фракция составляет 1 10% от веса количества кофе, тогда как мелкозернистая фракция составляет остальную часть, после чего обе фракции увлажняются раздельно и в соответствии со стадией b) подаются таким образом, что крупнозернистая фракция размещается на конце экстрактора, из которого удаляется экстрактор. Просеивание предпочтительно осуществляется с помощью сита с ячейками 2 4 мм. За счет использования этого приема, который сам по себе известен из приведенного выше патента США 2.931.728, можно полностью использовать уменьшение сопротивления потоку жидкости через слой порошкообразного кофе, при этом уменьшение достигается благодаря тому, что устранено образование пены.

Таким образом, можно контролировать количество экстракционной жидкости, подаваемой в экстрактор для осуществления экстрагирования со скоростью потока 20 50 м/час, рассчитанной на базе количества жидкости, проходящей через экстрактор, и площади сечения, перпендикулярной траектории потока через экстрактор, наличие кофе при этом не учитывалось.

В предпочтительном варианте способа экстрактор является частью батареи из нескольких экстракторов, соединенных последовательно известным способом таким образом, что горячая вода под давлением подается в экстрактор, содержащий кофе, которое экстрагировалось в течение самого длительного периода времени, в то время как конечный экстракт извлекался из экстрактора, который был последним, заполнявшимся увлажненным кофе, вода подается при температуре 160 190^oC, и так, что кофе удаляется из экстрактора после экстрагирования 45
60% по весу его сухого вещества при продолжительности экстрагирования 1 2,5 часа.

В противоположность этому, известные способы экстрагирования для достижения таких же выходов экстрагирования и при использовании аналогичных температур, время на экстрагирование требуется порядка 4 часов.

Полученный экстракт обладает хорошими ароматом и запахом, поскольку почти все ароматические компоненты исходного жареного кофе были сохранены в экстракторе, так как они не были удалены, когда экстракторы заполнялись жидкостью, и в частности из-за очень короткой продолжительности экстрагирования сохраняются требуемые нюансы, как то, аромат лучше, чем в случаях с обычными более продолжительными процессами.

Способ настоящего изобретения будет описан ниже более подробно со ссылками на предлагаемый чертеж, показывающий установку для осуществления этого способа.

На чертеже показан бункер 1 для жареных зерен кофе, из которого они направляются в мельницу 2. Из последней молотый кофе поступает на сито 3 с размером ячеек обычно порядка 2 4 мм.

Фракция молотого кофе, которая проходит через сито 3 и которая несомненно составляет основное количество кофе, собирается в бункере 4, установленном так, что его содержимое может передаваться в смесительное устройство 5, служащее в качестве предувлажнителя.

От сита 3 отходит трубопровод 6, по которому фракция кофе, оставшаяся на сите, может поступать в смесительное устройство 5.

Смесительное устройство 5 соединено с контейнером 7 для воды, имеющей температуры от 20 до 100^oC, для увлажнения молотого кофе в смесительном устройстве 5.

Из контейнера 7 горячая вода подается в смесительное устройство для достижения содержания влаги в кофе 20 50% по весу, а предпочтительно примерно 30% по весу.

Как будет видно, установка позволяет осуществлять раздельное увлажнение мелкозернистой фракции, поступающей в смесительное устройство 5 через сито 4, и относительно крупнозернистую фракцию, подаваемую по трубопроводу 6.

Из смесительного устройства 5 влажный кофе поступает во взвешивающий бункер 8, а из него в экстрактор, являющийся частью экстракционной батареи 9, которая в показанном варианте имеет семь экстракторов.

При заполнении экстрактора предварительно увлажненным кофе желательно, чтобы, если экстракционная жидкость будет подаваться в экстрактор сверху вниз, сначала подавалась крупнозернистая фракция молотого кофе, которая по трубопроводу 6 транспортируется в смесительное устройство 5, а затем заполнялся экстрактор мелкозернистой фракцией молотого кофе, транспортируемой в смесительное устройство 5 из бункера 4.

Все экстракторы соединены с вакуумным насосом 10.

После заполнения экстрактора кофе, соединение между экстрактором и вакуумным насосом прерывается и насос начинает откачку внутреннего и внутречастичного воздуха и газа. В предпочтительном варианте осуществляется относительно быстрая откачка, продолжающаяся до тех пор, пока давление не достигнет величины, соответствующей давлению пара и воды при температуре, господствующей в экстракторе. Достижение этого давления будет характеризоваться тем, что дальнейшая откачка не будет сопровождаться каким-либо существенным падением давления в экстракторе.

Когда давление будет уменьшено до этой величины, то откачивание прекращается с целью предотвращения удаления летучих ароматных компонентов.

Существенным для достижения цели настоящего изобретения является то, что затем в экстрактор подается экстракционная жидкость без какой-либо возможности, существовавшей тем временем, для воздуха проникнуть в разряженный экстрактор.

В качестве экстракционной жидкости, вводимой в разряженный экстрактор, может использоваться горячий кофейный экстракт из другого экстрактора экстракционной батареи, однако, предпочтительно, чтобы экстракционной жидкостью, которая первой контактирует с увлажненным кофе, являлась горячая вода, которая будет затем впоследствии кофейным экстрактом, проходящим остальные экстракторы батареи. Таким образом, достигается то, что получаемый экстракт кофе приобретает аромат и привкус, аналогичные свежеприготовленному кофе дома.

На чертеже показана падающая труба 11 для воды для первоначального заполнения экстракторов. Эта вода предварительно нагревается в теплообменнике 12 до температуры обычно 120^oC.

Когда экстрактор заполняется, таким образом, горячей водой, то он известным самим по себе способом вставляется в экстракционную батарею так, что в его верхнюю часть будет подаваться экстракт из основания экстрактора, в котором кофе находилось в течение самого короткого периода времени.

В верхнюю часть экстрактора, в которой кофе проходило экстрагирование в течение самого длительного периода времени, вода подается через трубопровод 13, нагретая, например, до 160 180^oC в нагревательном устройстве 14.

Один из экстракторов обычно находится в процессе разгрузки или заполнения и, следовательно, отсоединения от циркуляции в экстракционной батарее. Экстракт, покидающий эту батарею через трубу 15, состоит, таким образом, частично из экстракта, прошедшего шесть экстракторов, частично из экстрактора, полученного в результате относительно короткого контакта с водой, впервые поданной, с вновь поступившим кофе.

Работа экстракционной батареи в остальном осуществляется полностью традиционным образом, что касается транспортирования жидкости, разгрузки экстракторов и т.п.

Пример.

В качестве исходного материала в данном примере использовалось 247,0 кг жареного кофе типа "Робуста". Жареный кофе, содержащий 6% воды, соответствует количеству сухого вещества в 232,18 кг. После размалывания кофе просеивалось через сито с размером ячеек 3,5 мм. На сите осталось 9,52 кг крупнозернистого молотого кофе, соответствующее 4,1% тогда как фракция, прошедшая через сито, составила 237,48 кг.

Каждая из двух фракций молотого кофе была увлажнена путем смешивания примерно в течение 15 мин, используя одну часть по весу кипящей воды на две части по весу кофе. Получившаяся смесь, которая выглядела как сухой молотый кофе, имела температуру порядка 55^oC.

Само экстрагирование происходило в управляемой батарее, состоящей из семи экстракторов, каждый из которых имеет длину порядка 4 м и внутренний диаметр 57 мм, соответствующие объему 10,2 л.

После заполнения экстрактора кофе, сначала крупнозернистой фракцией, а затем мелкозернистой, в экстракторе создается разрежение, соответствующее примерно 150 мбар абсолютного давления.

Не нарушая разрежения, экстрактор затем заполняется водой при температуре 120^oC.

В процессе работы экстракторы были соединены для достижения противоточного типа экстрагирования кофе, как описано выше.

Через пятнадцать минут экстрактор выводился из циркуляции, опорожнялся и заполнялся свежим кофе, как описано выше. В экстрактор, в котором кофе экстрагировалось в течение самого длительного периода времени, добавлялась вода при температуре 180^oC и абсолютном давлением примерно 13 бар. Добавление производилось, как уже отмечалось, в экстрактор, выщелоченный в большей степени, в то время, как экстракт извлекался из экстрактора со свежим кофе. Количество подаваемой воды составляло примерно 83 л/ч.

Испытание включало 80 заполнений экстракторов, что соответствовало двадцати часам работы. За этот период было получено экстракта 1637 кг с содержанием сухого вещества 128 кг. Это соответствует выходу в 52,2% сухого вещества, поданном в жареном и молотом кофе. Поток жидкости в экстракторах, рассчитанный без учета присутствия кофе, составил примерно 32,5 м/час.

Полученный экстракт имел превосходный аромат и привкус, а также был значительно лучше экстракта, полученного с помощью обычных способов, например, как описан в приводимом ниже для сравнения примере.

Сравнительный пример.

Осуществляют аналогично предыдущему примеру, но без разделения молотых зерен и без предварительного увлажнения кофе и без создания вакуума в экстракторах перед началом экстрагирования.

В этом случае невозможно получить поток жидкости более, чем 12 м/час, поскольку попытки увеличения скорости потока за счет повышения давления подачи экстракционной жидкости создавали проблему закупорки, поэтому выход составил только 47% Когда экстрагирование было продлено с целью получения выхода такого размера, как был получен в примере, то продление времени пребывания кофе в экстракторах составило примерно 4 часа.

Claims (7)

1. Способ экстрагирования жареного и молотого кофе в экстракторе, в соответствии с которым кофе предварительно увлажняют перед его подачей в экстрактор, отличающийся тем, что а) кофе увлажняют путем перемешивания с водой при 20 100^oС для получения содержания воды 20 50 мас. в) увлажненный кофе подают в удлиненный экстрактор для его, по существу, заполнения; с) газы и водяной пар удаляют из экстрактора для получения давления в пределах между 600 мбар и давлением, соответствующим давлению пара воды при температуре, которую приобретает увлажненный кофе в результате смешивания с водой в соответствии со стадией а); d) без какой-либо дальнейшей откачки газов и водяного пара горячую на водной основе экстракционную жидкость подают на один конец откаченного экстрактора для его заполнения и экстрагирование производят при температуре свыше 100^oС и е) водный экстракт, содержащий как летучие ароматные компоненты, так и нелетучие кофейные компоненты, удаляется через другой конец экстрактора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для увлажнения на стадии а) используют воду с температурой 50 100^oС.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при откачивании экстрактора в соответствии со стадией с), давление сразу же понижают до величины, соответствующей давлению пара воды при температуре, которую получает увлажненный кофе в результате смешивания в соответствии со стадией а).

4. Способ по пп.1 и 2 или 3, отличающейся тем, что перед увлажнением в соответствии со стадией а) жареный и колотый кофе просеивают для разделения его на крупнозернистую и мелкозернистую фракции, из которых крупнозернистая фракция составляет 1 10% от общего веса кофе, тогда как мелкозернистая фракция составляет остальное, при этом две фракции увлажняют раздельно и в соответствии со стадией в) подают таким образом, что крупнозернистая фракция размещается в том конце экстрактора, из которого удаляется экстракт.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что просеивание осуществляется с помощью сита с размером ячеек 2 4 мм.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что путем регулирования количества экстракционной жидкости, подаваемой в экстрактор, экстрагирование осуществляют со скоростью потока жидкости 20 25 м/ч определяемой на основании количества жидкости, проходящего через экстрактор, и площади сечения, перпендикулярного траектории потока через экстрактор, при этом присутствие кофе не учитывается.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что экстрактор является частью батареи из нескольких экстракторов, соединенных последовательно так, что горячую воду под давлением вводят в экстрактор, содержащий кофе, который экстрагировался в течение самого длительного периода времени, тогда как конечный экстракт извлекают из экстрактора, являющегося последним, который заполнялся увлажненным кофе, отличающийся тем, что воду подают при 160 190^oС, и кофе удаляют из экстрактора после экстрагирования 45 60% по весу его сухого вещества при продолжительности экстрагирования 1 2,5 ч.