Способ выделения ароматических веществ из кофе и чая

 

Изобретение относится к пищевой промышленности и касается получения ароматических веществ из кофе и чая. Целью изобретения является снижение потерь ароматических веществ. Это достигается тем, что из кофе или чая отгоняют ароматические вещества с использованием инертного газа, который подают со скоростью потока от 8 до 64 л/ч на 1 кг сырья, при этом температуру сырья при отгонке поддерживают от 60 до 82°С, а отгонку ведут в течение 15 мин - 3 ч, перед выделением ароматических веществ насыщенный ароматическими веществами газ приводят в контакт с жидким азотом, причем инертный газ берут с точкой кипения, равной или меньшей температуры жидкого азота, а выделение осуществляют путем отделения образовавшихся замерзших частиц. Это позволяет снизить потери ароматических веществ почти на 15%. 1 табл., 1 ил.

СО!03 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИК (19) SU(III

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К flATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4027378/30-13 (22) 30.04.86 (31) 729252 (32) 01.04.85 (33) US (46) 15.05.89. Бюл. 11- 18 (71) Сосьете Де Продюи 1!естле С.А. (СН) (72) 1!юзеф Годеиз аде (!!8) (53) 663.933(088 ° 8) (56) Заявка ФРГ М 2106133, кл. А 23 F 1/08, 1978.

Заявка Великобритании Ф 1419958, кл. А 23 L 1/221, 1975.

Патент Великобритании У 1480997, кл. А 23 Ь 1/22, 1978. (54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ

ВЕЦЕСТВ ИЗ КОФЕ И ЧАЯ (57) Изобретение относится к пищевой промышленности и касается получения ароматических веществ из кофе и чая, Изобретение относится к пищевой промышленности и касается получения ароматических веществ иэ кофе и чая.

Цель изобретения — снижение потерь ароматических веществ ° Способ осуществляют следующим образом.

Инертный газ — переносчик со скорос тью потока 8-64 л/ч пропускают через какой-то специфический богатый ароматически и веществами растительный материал (кофе, чай) в течение от

15 мин до 3 ч при 60-82 С (отгонка) с целью последующего извлечения из этого материала ароматических веществ, (5!! 4 А 23 F 5/43, А 23 Ь 1/221, А 23 F 3/!6

Целью изобретения является снижение потерь ароматических веществ. Это достигается тем, что из кофе или чая отгоняют ароматические вещества с использованием инертного газа, который подают со скоростью потока от d до

-64 л/ч на 1 кг сырья, при этом температуру сырья при отгонке поддерживают от 60 до 82 С, а отгонку ведут в течение 15 мин — 3 ч, перед выделением ароматических веществ насыщенный ароматическими веществами газ приводят в контакт с жидким азотом, причем инертный газ берут с точкой кипения, равной или меньшей температуры жидкого азота, а выделение осу- ф ществляют путем отделения образовавшихся ".амерзших частиц. Это позволяет снизить потери ароматических веществ почти на 15Х. 1 табл. 1 ил.

Образующийся в результате этого насыщенный ароматическими веществами газ вступает в непосредственный контакт с криогенной жидкостью, для чего этот газ пропускают через жидкость, чтобы можно было конденсировать ароматические вещества из газа с конечным образованием твердой их формы. В качестве криогенной жидкости лучше всего использовать жидкий азот, температура которого постоянно поддерживается на ..о уровне — 195 С или даже ниже. Затем твердые замерзшие частицы ароматического вещества выделяют из криогенной жидкости. Извлеченные таким образом ароматические вещества можно вводить

14Р0751 в растворимые порошкообразные напитки или в другие продукты.

Газ-переносчик должен иметь точку кипения, которая равна или чуть ниже точки кипения криогенной жидкости, чтобы исключить вероятность конденсирования газа-переносчика вместе с ароматическими веществами. В зону контакта между газовым потоком и 10 криогечной жидкостью можно вводить твердый субстрат, чтобы ароматические вещества конденсировались на этом субстрате.

i1a чертеже схематически показана технологическая схема осуществления предлагаемого способа, Схема состоит из закрытой камеры 1 отгонки, фильтра 2, предконденсатора

3, ловушки 4, мелкоячеистого сита 5 и 20 сосуда Дьюара 6.

Партию сырья, предварительно измельченного до размера частиц примерно в 2 мм, загружают в закрытую камеру 1 отгонки легких фракций. Затем 25 эту камеру нагревают, чтобы поддерживать сырье при требуемой температуре, и начинают вращать, чтобы тщательно перемешать частицы кофе. Затем в эту камеру вводят постоянный поток ЗО газа-переносчика в виде сухого азо-, та, который внутри камеры проходит через перемешиваемую массу частиц кофе, причем давление внутри камеры поддерживают чуть выше атмосферного.

Как только газ-переносчик начинает контактировать с частицами сырья, он тут же начинает извлекать из этих частиц кофе ароматические вещества, а также абсорбировать водяные лары 40 и двуокись углерода, которые выделяются частицами сырья. Поток насыщенного ароматическими веществами газа проходит из камеры отгонки легких фракций через фильтр 2, который улав- 45 ливает все находящиеся в этом потоке частицы сырья, а затем направляют через предконденсатор 3, который постоянно охлаждают холодной водой. Водяные пары конденсируются из потока . газа в нредконденсаторе вместе с наименее летучими или имеющими максимально высокую точку (температуру) кипе- ния ароматическими веществами.

Примерно при комнатной температуре насыщенный ароматическими веществами газ проходит от предконденсатора в верхний конец ловушки 4, в нижнем конце которой установлено мелкоячепстое сито 5, Нижний конец этого трубопровода погружен в ванну с жидким аз отом, который поддерживается в равновесном состоянии при своей температурее кипения при атмо сфе рном давлении в открытом и изолированном сосуде или в сосуде Дьюара 6. На верхней части сита 5 расположен тонкий слой сп ецифиче ского субстрата.

Давление в ловушке 4 вытесняет весь жидкий азот из этого трубопровода и поддерживает поверхность раздела газ /жидкость на нижнем конце трубопровода . Таким образом, верхняя часть трубопровода заполняется газом, а жидкий азот удерживается в непосредственном контакте с ситом и со слоем субстрата. Газ непрерывно выходит из нижнего конца трубопровода, предварительно проходя через субстрат и сито, и выделяет пузырьки через жидкий азот в сосуд вместе с газообразным азотом, который выделяется иэ ванны с жидкостью. Выходящие из ванны газы отводят в атмосферу.

После того, как насыщенный ароматическими веществами гаэ, который стекает вниз по трубопроводу, проходит через субстрат и попадает в жидкий азот, происходит почти мгновенное. понижение его температуры до температуры жидкого азота, т.е. до — 19) С.

Находящиеся в газе ароматические вещества и двуокись углерода конденсируются на субстрате и на сите 5. При преобладающей в этом трубопроводе температуре двуокись углерода образует твердый иней или снеговую шубу. В данный момент ароматические вещества либо замерзают, либо адсорбируются на снеговой шубе и/или на субстрате.

Следовательно„ все сконденсированные ароматические вещества собираются в твердой форме на снеговой шубе ипи и субстрате на верхней стороне сита.

После выделения из сырья желаемого количества ароматических веществ и его накапливания в ловушке прекращается поток газа. Твердые находящиеся в ловушке 4 ароматические вещества отцеляются от жидкого азота в результате простого поднятия ловушки и удаления из сосуда Дьюара. Любое количество жидкого азота, которое могло попаСть в трубопровод уже после прекра80751 е субстратами являются смесь или эмульсия концентрированного кофейного эк— страта и пищевое масло, а наиболее

5 предпочтительным субстратом является смесь, состоящая примерно из двух частей по весу из кофейного экстракта, содержащего примерно 45Х по весу кофейных твердых частиц, и иэ одной

10 части по весу из пищевого масла. Процесс извлечения ароматических веществ можно осуществлять на стехиометрической основе с другими этапами, которые используются для превращения обжаренного и молотого кофе в растворимый порошкообразный кофе после извлечения из него ароматических веществ или отгона легких фракций ° В ходе выполнения этой операции смесь р0 ароматного вещества и субстрата, полученная на основе какого-то конкретного количества обжаренного и молотого кофе, смешивается с растворимым кофейным порошком, полученным из то25 ro же количества обжаренного и молотого кофе. Если используется рекомендуемое или предпочтительное количество субстрата, тогда стехиометрическая операция имеет своим конечным

3О результатом добавление в растворимый кофейный порошок примерно 0,57. по весу масла из субстрата. Зти количества масла могут присутствовать в порошке без придания восстановленному напитку неприятных привкусов масл а.

Можно использовать и меньшие количества субстрата или вообще обойтись без субстрата, причем это не

4р окажет какого-либо большого отрицательного влияния на сам процесс из влечения ароматических веществ:.

Если субстрат вообще не используется, тогда необходима особая осторож45 ность в плане сведения к минимуму потерь ароматических веществ после их извлечения, например, в течение выполнения операции нагревания с целью введения ароматических веществ в ко-5р нечный продукт. щения потока газа, необходимо вернуть обратно в ванну, пропустив его предварительно через сито, Затем готовят твердые ароматические вещества для введения в кофе и его продукты. Зти ароматические вещества можно, например, ввести в растворимый кофе с помощью обычных методов, которые обычно используются для введения ароматических веществ в используемую для смешивания жидкость, например в концентрированный экстракт кофе, пищевое масло или эмульсию пищевого масла в кофейном экстракте. Используемую для смешивания жидкость затем можно ввести в порошкообразное растворимое кофе или в другой подобный же продукт.

Используемую для смешивания жидкость можно высушить, а образовавшийся сухой продукт можно смешать с растворимым порошкообразным кофе или с другим подобным же продуктом.

Извлеченные ароматические вещества необходимо нагревать до температуры выше точки замерзания смешивающейся жидкости. После нагревания происходит испарение двуокиси углерода, которая затвердевает вместе с ароматическими веществами. Ароматические вещества можно нагревать в закрытом контейнере вместе с субстратом, удер— живая при этом двуокись углерода.

В течение процесса нагревания нагре.тые ароматические вещества прилипают к субстрату, так что если в конечном итоге происходит освобождение двуокиси углерода, то вместе с ней теряется лишь очень незначительная часть ароматических веществ. Чтобы вообще свести к минимуму потери ароматических веществ на стадии нагревания можно погрузить твердые ароматические вещества и субстрат в смешивающую жидкость и нагревать их за счет контактирования друг с другом, чтобы освобождающиеся в процессе нагревания ароматические вещества, которые в данном случае находятся в газообразной форме, абсорбировались в смешивающейся жидкости.

Наиболее приемлемыми связывающими ароматические вещества субстанциями являются пищевые жиры или глицериды, углеводы, водный ко фей ный э кстракт., растворимый порошкообразный кофе и их комбинации в замороженной порошкообразной форме. Предпочтительными

Относительно нелетучие с высокой точкой кипения ароматические вещества, собранные в предконденсаторе, 55 также можно вводить в конечный про дукт, например, путем их введения в смешивающуюся жидкость вместе с более летучими ароматическими веществами, извлеченными и собранными в ловушке.

148075 1

Первоначально собранные в предконденсаторе и имеющие точку кипения .выше о примерно О С ароматические вещества по существу не оказывают никакого

5 влияния на улучшение вкуса и а рома та конечного продукта и поэтому эти ароматические вещества можно вообще выбросить. Можно также вообще отказаться от использования предконденсатора, в этом случае все ароматические вещества собираются в охлаждаемой азотом ловушке вместе с льдом, давлении, I из паров воды в газовом потоке. Поскольку этот вариант связан с доволь- 15 но значительным дополнительным введением тепла в ванну с жидким азотом, то он считается менее предпочтительным.

Можно также между первым предкон- 2р денсатором и ловушкой установить дополнительный предконденсатор, который работает при промежуточной температуре. В этом случае можно добиться еще большего охлаждения газового потока, 25 благодаря чему можно свести к минимуму ввод тепла в ванну с жидким азотом, а следовательно, и свести к минимуму исларение жидкого азота. Собранные в дополнительном предконден- 30 саторе ароматические вещества можно смешивать с конечным продуктом или просто выбрасывать. Предварительный охладитель и дополнительный предконденсатор могут работать при или ниже температуры сублимации .двуокиси углерода (-78,5 С). Если дополнительный предконденсатор работает при температуре ниже температуры сублимации двуокиси углерода, тогда он удаляет двуокись углерода из потока газа еще до момента, когда этот поток достигает ловушки. В соответствии с этим вариантом изобретения полученные в ловушке ароматические вещества в 45 основном свободны от двуокиси углерода, а следовательно, менее подвержены потерям, связанным с испарением двуокиси углерода в процессе нагреваниЯ ° ХОТЯ средние пО свОей летучес ти ароматические вещества, собранные в дополнительном предконденсаторе, ассоциируются или связаны с твердой двуокисью углерода, однако есть основания полагать, что они будут менее ценными и менее восприимчивыми к потерям в процессе нагревания, чем исключительно летучие ароматические вещества, собранные в ловушке, Используемая в данном процессе криогенная жидкость должна быть по сути не реактивной по отношению к арома— тическим веществам, не должна быть токсичной и должна иметь точку замерзания, намного ниже желаемой температуры жидкости. В течение этого процесса рекомендуется поддерживать температуру криогенной жидкости на о уровне примерно — 195 С, Хотя можно испольэовать и более низкие температуры криогенной жидкос ти, однако эти более низкие температуры практически не дают никакого выигрыша, так как в основном полное извлечение ароматических веществ из потока газа достигается лишь при температуре о — 195 С. Значительно более высокие температуры криогенной жидкости приводят к менее полному извлечению ароматических веществ, а следовательно, они являются менее предпочти" тельными.

Можно также использовать и некоторые другие газы-переносчики. Газпереносчик не должен вступать в реакции с ароматическими веществами и должен иметь точку кипения, которая равна или нике температуры используемой в процессе криогенной жидкости.

Если в качестве криогенной жидкости используется жидкий азот, тогда какая-то часть азота, выделенная из ванны с кидкостью, может собираться и использоваться в качестве газа-переносчика.

Является предпочтительным, чтобы точка кипения газа-переносчика при давлении которое преобладает на поверхности раздела между потоком газа и криогенной жидкостью, была равна или была ниже температуры криогенной жидкости. Если точка кипения газапереносчика равна температуре криогенной жидкости, тогда по мере прохождения газ а — переносчика через крио— генную жидкость он не конденсируется. После того, как какая-то часть газа-переносчика достигает температуры жидкости, то тут же прекращается передача тепла, а газ образует пузырек при состоянии равновесия с окружающей жидкостью. Если точка кипения газа-переносчика ниже температуры криогенной жнцкости, то в этом слу— чае существует большая вероятность того, что газ-переносчик не будет

1480751

10 конденсироваться, а следовательно, он не будет улавливаться или задерживаться в твердых ароматических веществах.

Использование неконденсирующегося газа †переносчи способствует образованию делаемого ароматического вещества в конечном продукте. Хотя изоб— ретение не ограничивается какой-либо 10 теорией работы, однако можно предположить, что поскольку извлеченные или восстановленные в ловушке твердые ароматические вещества не содержат в себе какой-либо большой части скан- 15 денсированного газа — переносчика, "пойманного" в пределах твердой матрицы, то и не происходит никакой значительной отгонки легких фракций ароматических веществ улетученным газом- 20 переносчиком при нагревании.

Все достигающие ловушки ароматические вещества конденсируются и восстанавливаются или извлекаются в твердой форме. В течение всего пери- 25 ода, пока криогенная жидкость удерживается при температуре примерно в

-195 С или чуть ниже, нижний конец ловушки остается погруженным в криогенную жидкость; в течение всего этого периода не отмечается какой-либо обнаруживаемой потери ароматических веществ в газе, выходящем из ловушки несмотря на постоянный поток газа

1 .в ловушку. Скорость потока газа-переносчика через камеру отгонки легких фракций выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить оптимальную отгонку легких фракций ароматических веществ из обжаренного кофе, 40

Скорость, при которой ароматические вещества можно успешно отгонять из обжаренного и молотого кофе и чая, лимитируется скоростью диффузии 45 из внутренней части частиц кофе к поверхности этих же частиц. 3а пределами какого-то определенного практического барьера дальнейшее повышение скоростей потока газа †переносчи не намного повышает эффективность ипи скорость этапа отгонки легких фракций. Хотя с помощью соответствующих аналитических приборов и можно обнаружить некоторое увеличение выхода ароматического вещества в ловушке в случае превышения скорости потока rаза упомянутого предела, однако .этот эффект настолько незначителен, что даже эксперты-дегустаторы не в состоянии обнаружить различия во вкусовых и ароматических характеристиках конечного напитка, который вклю— чает в себя восстановленные или извлеченные арома тические вещества.

С целью наименьшить потерь ароматических веществ скорость потока инертного газа берут 8 — 64 л/ч.

Эффективность этапа отгонки легких фракций повышается по мере повышения температуры, однако при температуре выше 82 С проявляется явная тенденция к ухудшению качества находящихся в кофе ароматических веществ, Следовательно, в течение этапа отгонки легких фракций следует поддерживать температуру сырья на уровне примерно 60-82 С.

Эффективность этапа отгонки легких фракций также повышается по мере увеличения длительности этапа отгонки, однако количественное выражение полученных при этом дополнительных ароматических веществ на единицу времени постепенно уменьшается к концу завершения этого процесса. Для обжаренного и молотого кофе с разме ром частиц примерно в 1-3 мм наибольшей эффективности отгонки можно добиться в течение первых 15 мин, даже и после 3 ч отмечается некоторый дополнительный выход продукции отгонки при увеличении продолжительности самого процесса отгонки. Для достижения оптимального баланса между продолжительностью отгонки и эффективностью извлечения ароматических веществ рекомендуется ограничи. вать продолжительности отгонки периодом от примерно 15 мин до примерно

3 ч. В ходе выполнения ипи осуществления периодического процесса обработки сырья очередная партия его удерживается в камере в течение желаемого срока отгонки. В ходе выполнения непрерывного процесса обработки партия сырья подается и проходит через камеру отгонки легких фракций непрерывно с помощью соответствующего конвейера, так что каждая часть загрузки сырья удерживается в камере в течение желаемой продолжительности отгонки.

Чай можно обрабатывать точно также, как и кофе. Однако следует иметь в виду, что ароматические вещества в чае обычно менее летучи, чем в ко12

11 14807 фе. Следовательно, продолжительности отгонки, температуры самого процесса отгонки и скорости потока газа — nepei носчика обычно приближаются к более

5 высоким пределам упомянутых выше диапазонов для кофе, т.е. они более высо ки, Связывающие ароматические вещества субстраты, которые можно использовать с ароматическими веществами чая, следующие: экстракт чая, растворимый порошкообразный чай, пищевые масла, углеводы и их комбинации в форме замороженных частиц.

Обычно предназначенный для обработ- 15 ки отгонкой чай представлен листьями черного чая, т,е. в том виде, в ко-. тором он обычно используется для нормального промышленного процесса экстракции в ходе производства раствори- 20 мого чая. В соответствии с технологией изобретения можно обрабатывать .и другие содержащие ароматические вещества растительные материалы.

Является желательным исключить присутствие кислорода в потоке газа, достигающего ловушки, чтобы исключить вероятность конденсации жидкого кислорода, а следовательно, и исключить вероятность возникновения скапливания 30 жидкого кислорода в криогенной жидкости. Следовательно, данную систему необходимо тщательно продувать газомпереносчиком перед моментом направления потока газа в ловушку. Если эта система работает на непрерывной основе, тогда камеру отгонки легких фракций необходимо постоянно поддерживать в условиях положительного давления, чтобы исключить вероятность присутствия в ней кислорода, что не обходимо для осуществления периодической смены криогенной жидкости с целью удаления скопившегося жидкого кислор ода.

40

50 вушке используется субстрат, состоящий из одной части пищевого масла и

Данный способ иплюстрируется следующими примерами.

Пример ы 1-6. Камеры отгонки легких фракций периодического действия и ловушка предназначены для обработки обжаренного кофе с размером его частиц примерно в 2,2 мм.

Смеси А и B представляют собой различные смеси, содержащие зерна из различных сортов кофе. В каждом отдельном случае ловушка содержит субстрат, состоящий из двух частей концентрированного кофейного экстракта (457 твердых частей) и одной части эфирного масла кофе. В каждом отдельном случае извлеченные ароматические вещества вводятся в одно и то же количество растворимого порошкообразного кофе с помощью идентичного метода и средств. Значение или величиН tl на газовая хроматография порошка для каждого примера представляет собой общий максимальный подсчет (количество) наблюдаемой пробы в газовой хроматографии, который был выполнен с помощью одной и той же процедуры для каждого образца растворимого кофе.

Более высокие величины газовой хроматографии порошка представляют собой более высокие содержания ароматических веществ. Образец порошкаприготовляют из смеси В, но без до-:. бавления извлеченных или восстановленных ароматических веществ,(имеет

/ величину газовой хроматографии порош7 ка в 0,44 1О ) . Цифры в процентах выделения ароматического вещества в свободном состоянии для каждого образца представляют собой процентное выражение общего количества ароматических веществ в обжаренном и молотом кофе, которое удалено на этапе отгонки легких фракций и которое определено на основе общих максимальных подсчетов в газовой хроматографии перец и после операции отгонки легких фракций.

Результаты примеров 1-6 сведены в таблицу.

Пример 7. листья черного чая обрабатывают с помощью того же оборудования, которое использовано и описано в примерах 1-6. В течение выполнения операции отгонки легких фракций листья чая поддерживают при темо пературе примерно в 82 С, Газ-переносчик пропускают через камеру отгонки легких фракций. Операции отгонки легких фракций и конденсации продолжаются примерно s течение 3 ч, В лодесяти частеи концентрированного экстракта ая (451 твердых частей).

Дпя предлагаемого способа сущест венными являются время (15 мин—

3 ч), температура (60-82 С) и скорость гонки (8-64 л/ч). Проведение процесса ниже данных параметров не

7 выделеПродолжительность

Смесь обжаренного и

Величина СС порошка

Температура обжаренного и моПример ния ароматического отгонки вещества в свободном состоянии моло тог О кофе легких фракций,ч лотого о кофе, С

2,09 10

2,03 10

1, b3 10

2,03 ° 10

0,99 10

48

43

29

24

53

1

1

2

А

А

А

А

В

82

82

82

1

3

5

6..

l3 148075 позволяет осуществить полное освобождение ароматических веществ, при использовании параметров выше заявленных не достигается никаких преиму5 ществ, а при более высоких температурах ароматические вещества распа даются.

Предлагаемый способ позволяет сни1 зить потери ароматических веществ по сравнению с известным почти íà 15Х, Формул а из обретения

Способ выделения ароматических 15 веществ иэ кофе и чая, включающий отгонку их из сырья с использованием в качестве рабочего агента инертного

СС вЂ” газовая хроматография

1 14 газа и выделение ароматических веществ из насыщенного нми газа, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения потерь ароматических веществ, инертный газ подают со скоростью потока 8...64 л/ч íà 1 кг сырья, температуру сырья при отгонке . о, поддерживают 60...82 С, отгонку ведут в течение от 15 мин до 3 ч, перед вьщелением ароматических веществ насыщенный ароматическими веществами газ приводят в контакт с жидким азотом, причем инертный газ берут с точкой кипения, равной или меньшей температуры жидкого азота, а выделение осуществляют путем отделения образовавшихся замерзших частиц.! 480751

Составитель Е, Буданцева

Техред Л.Сердюкова Корректор И. Рыбченко

Редактор Н. Киштулинец

Тираж 526

Заказ 2563/58

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина,101