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具有改進芳香特性的干咖啡芳香氣及干芳香化咖啡油的制造方法.pdf

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具有 改進 芳香 特性 咖啡 制造 方法
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摘要
申請專利號:

CN94194198.1

申請日:

19940510

公開號:

CN1040831C

公開日:

19981125

當前法律狀態:

有效性:

失效

法律詳情:
IPC分類號: A23F5/46 主分類號: A23F5/46
申請人: 普羅克特和甘保爾公司
發明人: A·M·科爾瑪希
地址: 美國俄亥俄
優先權: 154902
專利代理機構: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 代理人: 周中琦
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法律狀態
申請(專利)號:

CN94194198.1

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

公開了一種制造具有改進芳香特性的干咖啡芳香氣的方法。經干燥劑處理過的咖啡芳香氣含有約10ppm至約200ppm的水分,而且并沒有不平衡的和過度發霉芳香氣體。經干燥劑處理過的咖啡芳香氣可用于芳香化食品底物,例如速溶咖啡。還公開了一種制造具有改進芳香特性的干芳香化咖啡油的方法。得到的干芳香化咖啡油含水量低于0.1%并且沒有過度發霉氣味。

權利要求書

1.一種制造具有改進芳香特性的干咖啡芳香氣的方法,該方法包括以下幾個步驟:(a).將含水分的咖啡芳香氣體流過硫酸鈣顆粒干燥床,其中所述的顆粒其初始含水量低于顆粒干重的0.5%;(b).在硫酸鈣顆粒含水量從低于顆粒干重的0.5%增加到至少4.3%以上后,但在流出干燥床的經干燥劑處理后的咖啡芳香氣含水量超過1000ppm之前,停止通入含水分的咖啡芳香氣流;(c).收集并綜合所有從步驟(a)干燥床流出的經干燥劑處理后的咖啡芳香氣,直到步驟(b)中停止通入含水分的咖啡芳香氣流;其中收集和綜合的經干燥劑處理后的咖啡芳香氣含水量在10到200ppm之間,而且沒有不平衡的和過度發霉芳香氣體。2.根據權利要求1的方法,其中的硫酸鈣顆粒干燥床已經過0到30次的再生。3.根據權利要求書2的方法,其中,當從干燥床流出的經干燥劑處理后的咖啡芳香氣體含水量在200到1000ppm之間時,停止向其中通入含水分的咖啡芳香氣流。4.根據權利要求書2的方法,其中的含水咖啡芳香氣體是咖啡研磨機氣體。5.一種制造具有改進芳香特性的干芳香化咖啡油的方法,該方法包括以下幾步:a)將含水分的咖啡芳香氣體流過硫酸鈣顆粒干燥床,其中所述的顆粒其初始吸水量低于顆粒干重的0.5%;b)在硫酸鈣顆粒的吸水量由低于顆粒干重的0.5%增至4.3%以上后,但在從干燥床流出的經干燥劑處理后的咖啡芳香氣體含水量超過100ppm之前,停止通入含水分的咖啡芳香氣流;c)所有由干燥床出來的經干燥劑處理后的咖啡芳香氣體冷凝并與冷凍的芳香載體油顆粒結合,形成含水量低于其重量0.1%的冷凍粒狀物,冷凍粒狀物含有冷凝的、含二氧化碳的經干燥劑處理過的咖啡芳香氣和冷凍的芳香載體油,冷凍的粒狀物溫度保持低于-134.4℃,從而保持含二氧化碳的經干燥劑處理后的咖啡芳香氣處于冷凝形式;d)通過使上述冷凍的粒狀物經歷-78.3℃到37.8℃的環境溫度,而使從步驟c)中得到的冷凍的粒狀物平衡,直到粒狀物內的溫度升高到-78.3℃至-76.1℃之間,因此從上述冷凍的粒狀物中基本上全部除去所有的二氧化碳;然后e)通過使上述粒狀物溫度在15.6℃到43.3℃之間保持足夠的、能熔化上述粒狀物的時間,從而熔化步驟d)中得到的基本上不含二氧化碳的冷凍的粒狀物;其中熔化的粒狀物是含水量低于0.1%并且沒有過度發霉氣味的芳香化咖啡油。6.根據權利要求5的方法,硫酸鈣顆粒的干燥床經過0到30次的再生。7.根據權利要求6的方法,其中,當從干燥床中流出的經干燥劑處理后的咖啡芳香氣流含水量在200到1000ppm之間時,停止通入含水分的咖啡芳香氣體。8.根據權利要求6的方法,其中含水分的咖啡芳香氣體是咖啡研磨機氣體。9.根據權利要求8的方法,其中芳香載體油是咖啡油。10.根據權利要求5中的方法,其中,冷凍的顆粒要在步驟(c)中的冷凝過程以及步驟(d)中的平衡過程中加攪拌。

說明書

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本發明涉及一種制造具有改進芳香特性的干咖啡芳香氣,例如 咖啡研磨機氣體的制造方法。干咖啡芳香氣可用于食品底物芳香 化,如速溶咖啡。還涉及一種具有改進芳香特性的干芳香化咖啡油 的方法。

咖啡芳香氣通常用于增加各種咖啡產品的芳香。為達此目的, 將芳香咖啡氣與液體載體結合,如咖啡油,然后將其用于使各種咖啡 產品芳香化。

例如,授權日為1982年6月15日的屬于Stipp的美國專利4, 335,149中(已轉讓給The?Procter&Gamble?Company)公開了一種 咖啡芳香氣直接冷凝于冷凍咖啡油顆粒流化床的方法。一個顆粒狀 固體咖啡油的流化床置于一個被冷凍流體冷卻的容器內。顆粒狀的 固體流態化從而提供一個吸附床。由咖啡芳香氣組成的氣態芳香揮 發性物質在一個被冷卻的、溫度低于-101.1℃(-150°F)的顆粒流 化床中冷凝。由此而形成的芳香化顆粒可以平衡、熔化,然后將其加 入速溶咖啡中提供芳香。Stipp提出通常可在冷凝前除去芳香咖啡 氣中的任何水分以消除不必要的熱負荷和將冷凍咖啡油顆粒流化床 的堵塞現象降低最小。雖然Stipp沒有公開這樣做的方法,但人所 共知可以用水冷冷凝器除去部分芳香氣中的水分,通常可除去芳香 氣中水分的50%。

1992年6月23日提出的美國專利申請07/902,747中描述了 一種從咖啡芳香氣中除去水分的改進方法。在其描述的方法中,將 芳香氣體通過能水合的硫酸鈣顆粒床,使水分直接從芳香氣體中除 去。得到的干燥氣體然后冷凝并與芳香載體結合,例如,咖啡油,進 行平衡和熔化。熔化產品是一種芳香化咖啡油,它可以加入到速溶 咖啡中提供香味。從咖啡芳香氣中直接除去水分有助于使芳香化咖 啡油中產生的過量含硫芳香氣體最少。有水分存在時,芳香化咖啡 油迅速產生過量的含硫芳香氣體。

但是,人們發現,依據發明申請中公開的方法制造的、經干燥劑 處理過的咖啡芳香氣體,常常具有一種不平衡的、過度發霉氣味。含 有這種經干燥劑處理過的咖啡芳香氣體的芳香化咖啡油,常常也具 有一種不平衡的、過度發霉氣味。

因此,本發明的一個目的就是提供一種利用硫酸鈣顆粒從咖啡 芳香氣中除去水分的方法,這種方法不會使經干燥劑處理過的咖啡 芳香氣體中產生不平衡的、過度發霉氣味。

本發明的這些目的以及其它目的將從這里的公開中清楚看到。

本發明提供了一種制造具有改進芳香特性的干燥咖啡芳香氣體 的方法。根據該方法,含水的咖啡芳香氣流過硫酸鈣顆粒干燥床,并 從床中流出,這里所說的顆粒,其初始水分含量低于硫酸鈣顆粒重量 (干重)的0.5%。在硫酸鈣顆粒吸水量從低于0.5%增至高于4. 3%的硫酸鈣顆粒重量(干重)后,但是從干燥床流出的經干燥劑處理 過的咖啡芳香氣含水量超過1000ppm之前,停止通入含水分的咖啡 芳香氣。所有從干燥床中流出的經干燥劑處理過的咖啡香氣體被收 集和綜合,直到停止通入含水分的咖啡芳香氣體。這種被收集和綜 合的經干燥劑處理過的咖啡芳香氣體含有大約10到200ppm的水 分,并且沒有不平衡的、過度發霉氣味。這種經干燥劑處理過的咖啡 芳香氣體可以用于使食品底物芳香化。

包括在這里所說的方法中的對以前方法的改進,是:1)硫酸鈣 干燥過程必須在臨界濕度參數下進行操作;2)當達到和在臨界濕度 參數范圍內操作時,綜合所有從干燥床流出的經干燥劑處理過的咖 啡芳香氣體。人們發現,經過硫酸鈣干燥劑干燥的含水分的咖啡芳 香氣體,常常具有一種不平衡的、過度發霉氣味。本發明提供一種方 法來避免這些穩定性不良的、過度發霉氣味的產生。

圖1所示是本發明干燥方法中的臨界濕度參數。縱軸代表硫酸 鈣干燥劑中的吸水量,橫軸代表對干燥床先再生和再利用循環次數。

圖1中,A線代表硫酸鈣顆粒干燥床對于任意給定再生和重新 利用循環的吸附容量。超過這個吸附容量將造成不希望的水分進入 經干燥劑處理過的咖啡芳香氣體。干燥處理后的咖啡芳香氣體中多 余的水分將造成過量的含硫芳香氣體的快速產生。

圖1中,B線代表對于任意給定再生和重新利用循環的最小吸 水量。干燥過程中,沒有在這個最低含水量上操作,將造成在經干燥 劑處理后的咖啡芳香氣中,有不平衡的多余的發霉芳香氣味。

斜線陰影面積CDE代表為避免產生多余的含硫或發霉芳香氣 體,對任意給定再生和重新利用循環,干燥過程中干燥床中吸附水量 的操作范圍。

這里使用的一些術語有如下含義。

“被吸附水分”指從含水分的咖啡芳香氣體中,被硫酸鈣顆粒干 燥床吸附的水分。“被吸附水分”表示成為被吸附水分占干燥床中硫 酸鈣顆粒重量(干重)的百分數。

“含水分的咖啡芳香氣”是指未通過硫酸鈣干燥劑并含有多于 0.10%水分的咖啡芳香氣體。

“再生的硫酸鈣顆粒”是指通過任意已知或常規干燥方法除去其 中吸附水分的硫酸鈣顆粒,這些“再生的”顆粒含有低于0.5%的吸 附水分。

“再生和重新利用循環”是指硫酸鈣顆粒干燥床用于這里的干燥 過程,然后接著又由空氣干燥除去吸附的水分的過程。

“干燥”、“被干燥的”或“經干燥劑處理”的咖啡芳香氣體是指通 過硫酸鈣干燥劑,并且含水量在10到200ppm之間的咖啡芳香氣 體。

所有的百分數、分數、比率,除特殊說明外,都是基于重量的。

本發明的方法涉及一個利用硫酸鈣干燥劑從咖啡芳香氣體中除 去水分的干燥操作。經干燥劑處理后的咖啡芳香氣具有不帶過度發 霉芳香氣味的、平衡的香味。在優選的方法中,經干燥劑處理后的芳 香氣體與芳香載體結合形成芳香化的咖啡油。

這些方法的詳細描述如下。 用硫酸鈣干燥劑去除水分

在本發明的方法中,含水分的咖啡芳香氣體通過硫酸鈣顆粒干 燥床后流出。所有的流出氣體被收集并結合形成含水量在10到 100ppm之間的經干燥劑處理后的咖啡芳香氣體。該方法更詳細的 描述如下:

1.咖啡芳香氣味

這里所指的干燥方法中所用的咖啡芳香氣體,可以由已知的和 常規的方法來提供。咖啡芳香氣體由在咖啡制造操作中,如烘烤、研 磨、蒸氣蒸餾或干燥蒸餾中獲得的咖啡揮發性物質組成。優選的是, 咖啡芳香氣是在研磨烘烤過的咖啡豆的過程中得到(咖啡研磨機氣 體)。在研磨過程中,通過封住或蓋住研磨裝置,可以很容易得到咖 啡研磨機氣體。從研磨過的咖啡油中放出的研磨機氣體由泵、旋風 風機或類似設備移走。如果使用泵抽氣,氣體在進泵之前宜先冷卻, 以使抽氣時增加的熱量不會減少氣體中芳香揮發物的量。

當咖啡豆烘烤和研磨時,放出含有二氧化碳、水及芳香揮發物的 咖啡研磨機氣體。在收集過程中與空氣混合時,典型的咖啡研磨機 氣體內含有4-8%的二氧化碳,0.80-2.5%的水分以及0.10-0. 20%的芳香揮發物。這里,“芳香揮發物”是指那些從烘烤過的咖啡 豆中釋放出的,聚集后產生的一種典型的烤咖啡豆香味的芳香氣。

2.用硫酸鈣干燥劑干燥咖啡芳香氣體

在本文的干燥方法中,含水分的咖啡芳香氣體流過硫酸鈣顆粒 干燥床后,除去其中的水分。流入干燥床的氣體含水量通常在大約 1000到8000ppm之間,而流出干燥床后含水量通常在大約10到 200ppm之間。

與含水分的咖啡芳香氣體接觸前硫酸鈣顆料,其初始吸附水分 含量低于顆粒重量(干重)的0.5%。當含水分咖啡芳香氣體流過干 燥床,從而去除氣體中的水分時,這個吸附水分的含量將增加。含水 分的芳香氣體流過干燥床,直到干燥床中吸附的水含量從低于硫酸 鈣顆粒重量(干重)的0.5%增加到至少4.3%為止。然后繼續通入 氣體,只有到當流出氣體中含水量從10到50ppm突然增至200到 1000ppm為止。此時,干燥操作就完成了,必須停止通入含水分的 咖啡芳香氣。

圖1所示的坐標圖,有助于說明被吸附水分含量(干燥床中)在 干燥過程中的操作范圍。圖中斜線陰影面積CDE代表干燥過程 中,干燥床中的吸附水分含量必須達到但又不能超出的臨界操作范 圍。正如下面描述的,所有的干燥處理后芳香氣體被結合和收集。 這包括,當吸收水分含量低于4.3%時(如圖1B線),從干燥床流出 的部分芳香氣體,還有當吸附水分含量在約4.3%(圖1B線)和吸 附容量(圖1A線)之間時,從干燥床流出的部分芳香氣體。

含水分的芳香氣體流速通常在每45.36千克(100磅)硫酸鈣顆 粒0.1416到0.5663立方米/分(5到20標準立方英尺/分),更通常 的是每45.36千克硫酸鈣顆粒0.4248立方米/分(15標準立方英尺 /分)。對任意給定再生和重新利用循環,高的流速會使水分的吸收 容量有稍微減小。

所有的經干燥劑處理后的咖啡芳香氣體被收集和結合,這一點 很重要。這包括上述干燥過程中從始至終由于干燥器流出的所有經 干燥劑處理后的咖啡芳香氣。每一部分經干燥劑處理后的芳香氣體 都具有獨特的芳香特性。只有當這些芳香氣體被收集并結合后,才 共同地具有典型的、平衡的烤咖啡香味。在干燥過程中收集到的經 干燥劑處理后的綜合咖啡芳香氣體,含水量在約10到200ppm之 間,優選的是在約10到50ppm之間。

已知硫酸鈣干燥劑的吸附水容量為約6.5%。當具體用于干燥 含水分的咖啡芳香氣體時,其吸收容量隨每一次硫酸鈣顆粒的再生 和重新利用循環減小(見圖1)。對任意給定循環,達到這個吸附容 量的那點與流出的經干燥劑處理后的芳香氣體含水量迅速由10到 50ppm增加到200到1000ppm之間那點有關。這種迅速的增長表 示當達到或超過吸水容量時,水分穿過干燥床。

對任意時刻,干燥床中的吸附水分含量,可以由公式Mads=〔(D ×V×Hs×100)/W〕+Mp計算,式中,Mads是任意時刻吸附水分占 硫酸鈣顆粒重量(干重)的百分數;D是含水分咖啡芳香氣體的密度 (千克/立方米);V是通過干燥床的含水咖啡芳香氣的體積(立方 米);Hs是含水分的咖啡芳香氣在流過干燥床之前的飽和濕度(千克 水/千克干空氣);W是干燥床中硫酸鈣的重量(千克);Mp是在干燥 過程開始之前,水分占硫酸鈣顆粒重量(干重)的百分數。Mp總是 小于0.5%,通常小于0.1%。含水分的咖啡芳香氣體的密度(D)大 致為12.97到13.30千克/立方米(0.81到0.83磅/標準立方英 尺)。其它測定吸收水分含量的方法,包括這些含水量更直接的測量 方法,可以用于本文所說的干燥過程中。

干燥過程進行到干燥床中吸附水分的含量增加到至少占硫酸鈣 顆粒重量(干重)的4.3%時為止,這一點很重要。在達到這個最小 吸水量之前就停止干燥操作,通常會造成干燥處理后的咖啡芳香氣 具有一種不平衡的、過量發霉氣味。可以確信,這種過度發霉氣味是 由于缺某種未知的結合到硫酸鈣顆粒上的芳香性揮發物造成的。當 吸水量達到硫酸重量(干重)的4.3%時,可以確信,吸收水分開始將 這些芳香性揮發物置換到流出的經干燥劑處理后的氣體中去,從而 除去這種不平衡的、過度發霉氣味。

可以確信,水分的吸附以及結合的咖啡芳香揮發物的置換,是本 文中干燥過程的關鍵。可以確信,咖啡芳香揮發物很容易被硫酸鈣 顆粒吸附,但又被吸附的水分置換出來。在干燥過程初期,水分和芳 香性揮發物都被吸附在硫酸鈣顆粒上。當干燥過程繼續進行,可用 于吸附的部位減少時,芳香氣流中的水分就開始將結合的芳香揮發 物置換到流出的經干燥劑處理后的芳香氣流中去。只有當吸附水分 含量占硫酸鈣顆粒重量(干重)的百分數至少達到4.3%時,才能進 行有效的芳香揮發物的置換,從而除去或掩蔽本文所說的那種過度 發霉芳香氣味。

與上文所述的干燥床吸水容量不同,最小吸水量在每一個再生 和重新利用循環中保持常數。這就是說,雖然在每個新的循環中,硫 酸鈣顆粒會失去對水分的親合力,但卻不失去對咖啡芳香揮發物的 親和力。因此,在每個后來的再生和重新利用循環中,干燥床中,在 最小和最大(吸附容量)吸水含量之間可獲得的容許范圍將減小。經 過30次循環,這個范圍將消失,以致這些硫酸鈣顆粒不能再生和重 新用于干燥過程。超過30次再生和重新利用,會使干燥處理后的咖 啡芳香氣體具有一種不平衡的、過度發霉氣味。

如在1992年6月23日提出的美國專利申請07/902,747中所 描述,在達到干燥床吸水容量時或這之前,沒有及時停止干燥過程, 會造成多余數量的水分穿透進入經干燥處理后的咖啡芳香氣體。這 些多余數量的水分會導致迅速產生多余的含硫芳香氣體。

硫酸鈣顆粒干燥床包括一個容器,優選的是一個具有用于咖啡 芳香氣流入和流出的入口和出口的封閉容器,容器的長徑比典型地 為10∶1到3∶1,更典型是在9∶1到7∶1之間。容器填滿硫酸鈣顆粒。

作為一個實際應用,在設計用于干燥含水咖啡芳香氣體的制造 過程中,通常使用至少兩個干燥容器。在任意時刻,至少一個容器在 線干燥咖啡芳香氣流,而其它的離線再生。

硫酸鈣顆粒可以由已知和常規的方法提供。特別優選的是 Drierite,這是一種由俄亥俄州的Xenia市的W.A.Hammond Drierite公司生產的硫酸鈣干燥劑。Drierite對于干燥相對大量的空 氣和工業氣體很有名。其它有名的干燥劑包括:碳酸鉀、硫酸鎂、氧 化鈣、五氧化二磷、氯化鈣、氫氧化鉀和氫氧化鈉。

含水分的咖啡芳香氣體可以從連續或間歇的方式通過干燥床。 當上文所述的含水分咖啡芳香氣停止通入后,該干燥床就從生產線 上取下,其中的水合硫酸鈣再生(空氣干燥,使水分含量低于硫酸鈣 干重的0.5%)。硫酸鈣顆粒使用時不要超過30次循環,這是因為 上文所述以及圖1說明的吸水量的臨界值(吸水容量降低到最小容 許吸水含量以下)。

為開始進行水合硫酸鈣的再生,干燥容器從含水分的芳香氣體 干燥生產線上取下。典型地,周圍空氣加熱到232℃到315.6℃ (450°到600°F)之間,并用泵鼓入或吹風機吹入到干燥容器入口內。 熱空氣流過其中的硫酸鈣顆粒,并從出口流出。混有水分的熱空氣 從出口放空。熱空氣連續流過容器,直到硫酸鈣顆粒床含水量不再 高于顆粒重量(干重)的0.5%。有效地干燥容器中的硫酸鈣顆粒典 型地需要3-8個小時。除熱損失外,有效地再生一磅硫酸鈣顆粒典 型地需要大約2.64×105到3.17×105焦耳(250-300BTU)。可以 為在要求溫度下操作提供干凈空氣的任何熱源都可以使用。本文所 說的干燥容器,通常在4小時內再生45.36千克硫酸鈣顆粒,需要約 0.7079立方米/分(25標準立方英尺/分)的熱空氣和約3千瓦的電 熱。

可以在容器入口和出口監測熱空氣的水分含量,間接鑒別硫酸 鈣被充分再生的那一點。當出口的含水量與入口處大致相等時,則 硫酸鈣便充分再生了(吸附水分低于硫酸鈣干重的0.5%)。還可以 監測入口和出口溫度,來間接測量水分含量。當出口溫度與入口溫 度大致相等時,則硫酸鈣便充分再生了。

當硫酸鈣顆粒再生后,關掉加熱入口熱空氣的加熱裝置。然后 用泵將干空氣(露點溫度低于-23.3℃(-10°F))抽入容器中,直到 出口空氣溫度降至低于37.8℃(100°F),優選的是低于20℃(68°F)。 然后該容器可放入處理含水分的咖啡芳香氣體的生產線,重新用于 芳香氣體的干燥。另外,容器的入口和出口可以封住,將容器存放起 來以備后用。

還應注意地是,其它已知的可減少含水分咖啡芳香氣體中含水 量的方法可以用來補充本發明的硫酸鈣氣體干燥方法。這些已知方 法的例子包括,但并不以此限制,干燥條件下烘烤和在烘烤過程中使 用低水分淬冷劑或淬冷介質。特別優選的方法是,在硫酸鈣氣體干 燥過程之前,使用預冷凝器。在這樣的方法中,含水分的咖啡芳香氣 體流過預冷凝器,把氣體冷卻到約1.7℃至15.6℃(35°至60°F)的露 點溫度下。含水分的芳香氣體中大約25-75%的水分,典型地是 50%的水分在預冷凝器中被冷凝到冷卻表面上。從含水的咖啡芳香 氣體中除去越多的水分,對給定數量的硫酸鈣顆粒,可以干燥更多體 積的含水咖啡芳香氣體。同樣,干燥床中要求達到最小容許吸水量 (4.3%)的氣體體積也增加。

本發明的硫酸鈣氣體干燥方法,減少可選擇的下文所述的芳香 化的咖啡油的生產過程中水分與咖啡芳香揮發物的接觸。這樣的接 觸,致使芳香化的咖啡油中迅速產生多余的含硫芳香氣體。例如,咖 啡芳香氣中的水分,通常是只有在含水芳香氣與咖啡油結合形成芳 香化油后,從芳香化咖啡油中除去。通常用輕輕倒出移入其它容器 或離心的方法,從芳香化咖啡油中除去其中的水。在從芳香化油中 除去水之前,水與咖啡揮發物相互作用,迅速產生過量的含硫揮發 物。可以通過在水分冷凝和與咖啡油結合之前,直接從咖啡芳香氣 中除去水分來避免這種不希望的作用。

可以確信,這些過量的含硫芳香氣體是由芳香化咖啡油中的乙 醛、甲硫醇和硫化氫與水反應造成的。這樣,結果產生1-甲基-乙 硫醇,它是一種帶有強烈含硫芳香氣體。這個反應在Journal?Agr. Food?Chem.,Vol.20,No.2,Pg.181(1972)上,由Schulte和Koen- ders描述過,但并沒以咖啡作參考。

根據本文方法制造的經干燥劑處理后的咖啡芳香氣體,可以以 任意已知或常規方法對不同底物進行芳香化。這些底物包括可溶或 速溶咖啡,烘烤或研磨的咖啡,或其混合物,咖啡包,等。 用干燥處理后的咖啡芳香氣對底物芳香化

本發明的優選方法中,把經干燥劑處理后的咖啡芳香氣冷凝并 與冷凍的芳香載體結合,達到平衡后熔化。熔化物是芳香化的咖啡 油,可用來芳香化各種底物。下面給出此芳香化過程的詳細描述。

1、芳香氣載體

用于芳香化過程的芳香氣載體可以是任何適宜底物或吸附劑。 咖啡芳香揮發物可以轉移到底物或吸附劑上,同時底物與吸附劑作 為揮發物的載體。

當然,芳香氣載體來源的選擇通常由需要芳香化的產品決定。 當咖啡需要芳香化,且芳香氣是咖啡芳香氣時,咖啡油為首選載體。 但其它載體也可用來芳香化咖啡產品。其中典型的是來源于動植物 的食用油和食用脂肪,例如,豆油、菜子油、玉米油、魚肝油、動物油, 從水果、草莓和蔬菜中提取的油。

這里任意芳香化過程中使用的咖啡油可由萃取法獲得,萃取法 經常用于從烘烤咖啡豆中提取咖啡油,通常有兩種方法,第一種方法 由一個使用有機溶劑和/或超臨界二氧化碳從烤咖啡豆或研磨過的 咖啡豆中萃取咖啡油的萃取過程組成。在此過程中,有機溶劑和/或 超臨界二氧化碳在與烤咖啡豆或研磨過的咖啡豆接觸后,從萃取物 中分離出來,從而得到咖啡油殘留物。

使用的第二種方法和更通常的方法是以極大的機械壓力把咖啡 油從烤咖啡豆壓出來。這種方法得到的產品稱為壓榨咖啡油。因為 壓榨咖啡油不需要用其它物質,如有機溶劑,從咖啡底料中取出咖啡 油,所以應被優先選用。

在此芳香化過程中使用的咖啡油在與經干燥劑處理后的咖啡芳 香氣結合前,含水量應低于0.1%。用任意已知或常規方法可以除 去這些原料中的水分,從而獲得低水分含量的咖啡油。典型的方法 可以是閃蒸、離心、超速離心、分子篩、加入干燥劑、使用玻璃纖維填 料柱,以及這些技術的組合。其它不減少咖啡油或不降低咖啡油質 量的干燥方法也可使用。

咖啡油與其它芳香載體油比較,咖啡油固定并保持咖啡芳香揮 發物,使得芳香揮發物被固定,然后用于芳香化各種底物。

2.經干燥處理后的芳香氣的冷凝及其與低溫芳香載體的結合

在芳香化過程中,按上述方法制備經干燥處理后的咖啡芳香氣。 然后經干燥處理后的咖啡芳香氣被冷凝并與低溫芳香載體結合,低 溫芳香載體,如冷凍咖啡油,可用1974年1月1日授權的美國專利 3,783,163(Patel)或1982年6月15日授權的Stipp的美國專利4, 335,149(轉讓給Procter&Gamble?Company)中介紹的方法制備, 以上兩種方法引以參考。

例如,在制備冷凍咖啡時,把咖啡油加入冷凍流體中形成冷凍漿 液。漿液是冷凍流體與固化的咖啡油粒子的混合物。在咖啡油加入 過程中要一直攪拌冷凍流體。根據咖啡油和冷凍流體的相對用量, 加入過程通常需要10-15分鐘,漿液含水量低于0.1%。

在此可選擇的芳香化過程中可選用的冷凍液是那些(在1.01× 105帕(1個大氣壓)下)沸點低于-78.3℃(-109°F)的冷凍液,其中 包含液氮、液氫、液氦、液化空氣以及上述的各種混合物。優選的是 液氮,因為它容易得到且基本是惰性的。其它的液化氣通常較易揮 發,所以可能引起安全問題。冷凍流體與咖啡油重量比典型地大于 1∶1,更典型地是在5∶1到2∶1之間。

因為液氮為在此使用的優選冷凍劑,所以下面所述芳香化工藝 均采用液氮,但應明白,上述其它的致冷劑均可使用。

冷凍漿液(液氮和冷凍咖啡油顆粒)形成后,使其溫度上升到液 氮的沸點(-195.6℃)之上。結果導致液氮從漿液中蒸發出來,完全 蒸發一般需要大約10-30分鐘。連續或間歇攪拌漿液可縮短蒸發 時間。蒸發后,留下大量冷凍咖啡油顆粒,完全沒有液氮。

優選采用兩種方法中的一種使冷凍咖啡油與經干燥處理后的咖 啡油芳香氣體結合。在一種次優選的方法中,是把經干燥處理后的 芳香氣體冷凝成霧狀加到咖啡油顆粒中去。該過程是把經干燥處理 后的咖啡芳香氣通過一個冷卻表面,其表面溫度低到可以使經干燥 處理后的氣體冷凝的程度。優選地,其表面溫度低于-101.1℃,最 優選低于-134.4℃(-210°F)。當冷卻表面溫度低于-134.4℃時, 大多數芳香氣體(約90%)會冷凝。合適的冷凝器包括一個有外殼 的、垂直安裝的、壁面粗糙的熱交換器,熱交換器由如液氮的液態氣 體冷卻劑冷卻。也可使用其它類似的冷凝器,這種方法形成的霧狀 芳香氣體可直接加到低溫咖啡油顆粒中。

除了將預冷凝的霧狀芳香加入到冷凍咖啡油粒子中外,較優選 的是將芳香氣體直接在冷凍咖啡油粒子上冷凝。這樣形成大量的冷 凍芳香咖啡油粒子,其中粒子內部是固化的咖啡油核,外層是冷凝的 芳香氣、如固化的二氧化碳、咖啡芳香物質和低于0.1%的水分。

這里所說的芳香化過程中,經干燥處理后的芳香氣體被引入盛 有冷凍咖啡油顆粒(基本不含液氮)的冷卻容器中。容器中的冷凍咖 啡油顆粒溫度可保持在-134.4℃到-178.9℃(-290°F)之間。也 可使用低于-178.9℃的溫度,但會使氧氣在顆粒上冷凝。氧氣的冷 凝會在生產中產生危險,優選避免其存在。高于-134.4℃的溫度也 可使用,但芳香氣的冷凝部分就因此降到難以令人滿意的90%以 下。

當經干燥處理后的芳香氣體進入冷卻容器后,它就在冷凍的咖 啡油顆粒上冷凝下來,一些芳香氣體也可能在容器壁上冷凝。但優 選絕大多數芳香氣體直接在冷凍咖啡顆粒上冷凝下來。當芳香氣體 進入容器時,容器內優選含有攪拌冷凍油顆粒的裝置。通過在冷凝 過程中攪拌油顆粒,可使咖啡芳香揮發物更均勻地冷凝到各個顆粒 上。冷凍容器可以是敞開式,也可以是通風式的。采取某種冷凍方 式使其中所盛物料溫度降到低于-134.4℃的容器冷凍方式典型地 是由與冷卻器壁接觸的液氮夾層實現,但冷卻方式并不以此為限。

3.受控的平衡過程

使冷凍的大量芳香油顆粒經歷受控溫度平衡,使基本上全部固 體二氧化碳從咖啡油粒子中升華除去。當二氧化碳從冷凍顆粒上升華 并除去時,此平衡過程也使得咖啡芳香揮發物轉移或結合到咖啡油上。

在平衡過程中,冷凍芳香咖啡油顆粒的量可在通風式容器中保 持不變,此容器浸入溫度在-78.3℃到37.8℃之間的周圍介質,優 選是-46.5℃到21.1℃(-50°到70°F)之間,最優選是在室溫 (20℃)左右。通氣式容器可置于上述溫度的地方或房間內,最好用 上述溫度下的某種循環氣夾套包圍通氣容器。在上述的環境溫度 下,固體二氧化碳從冷凍物料中升華并從通氣式容器中除去。二氧 化碳的升華溫度約為-78.3℃,容器內的壓力可高于或低于1.01× 105帕,但對本發明來說并非必須的。典型地,處于平衡的冷凍物質 在容器內保持1.01×105帕。

含有芳香咖啡油粒子的二氧化碳冷凍物質的受控溫度平衡是本 文中芳香化方法的一個重要方面。平衡開始時,冷凍物質的溫度通 常低于-134.4℃。然后當粒狀物被加熱而升高并最終穩定在-78. 3℃。在-78.3℃,固態二氧化碳開始升華。當基本上所有的二氧化 碳升華后,粒狀物的溫度開始升至高于-78.3℃。此時,平衡就完成 了。這樣,冷凍物質含有結合有咖啡芳香揮發物的冷凍咖啡油,其中 水分含量低于0.1%,并且基本上沒有固態二氧化碳。為了保證一 個完成的平衡(例如,基本上所有固態二氧化碳都升華),平衡最好允 許進行到粒狀物溫度約為-76.1℃(-105°F)。如果讓溫度升高超 過76.1℃(-105°F)會造成咖啡芳香揮發物不必要的損失。

優選的是,平衡時芳香咖啡油顆粒的冷凍物以間歇或連續方式 攪拌,優選用連續方式。攪拌可以縮短平衡時間,并降低平衡時通氣 式容器必需的浸浴溫度。在可選擇的芳香化方法中,一個典型的例 子是,在暴露于室溫下空氣中的通氣式容器中連續攪拌,平衡需要大 約3到7小時。如果不加攪拌,平衡將需要15-30天之久。

典型地,在受控平衡時,損失的咖啡揮發物不會超過5%。冷凍 的二氧化碳在3-7小時內基本完全除去,而至少約95%的咖啡揮 發物保留下來。

4.熔化過程

在可選擇的芳香化方法的最后一個步驟中,由在硫酸鈣干燥步 驟中基本不含水分和在受控溫度平衡步驟中基本不含二氧化碳而得 到的芳香油顆粒冷凍物質熔化形成芳香化的咖啡芳香油(含水量低 于0.1%)。優選在封閉空間內和相對快速的條件下進行的熔化是 通過使溫度平衡后的芳香油顆粒的冷凍物溫度調整到約15.6℃到 約43.3℃(110°F)之間來實現,優選是溫度在約26.7℃(80°F)到約 37.8℃之間,保持能足夠地熔解顆粒的時間。

熔解過程優選的是使用高表面面積的加熱器/熔化器。加熱器 表面(加熱表面)的溫度保持在約15.6℃到43.3℃之間,優選是在約 26.7℃到約37.8℃之間。熔化時間可以變化,但是熔化典型地進行 1-3個小時。根據待熔化的經平衡后的物質大小和選擇的加熱參 數(如,加熱器個數,平衡物質單位體積上的表面積),熔化時間可以 超出1-3小時的范圍。然后,熔化的芳香化咖啡油可以用于芳香化 其它底物,如速溶咖啡。

通過在受控溫度平衡步驟中,從芳香/咖啡油顆粒冷凍物中基本 上完全除去固態二氧化碳,而使得在熔化器/加熱器內需要較少的能 量就可熔化冷凍物。由于需要的能量較少,組合物可以在更短的時 間內熔化。另外,本文的工藝中低能量的溶化可能降低芳香/咖啡油 組合物中芳香/咖啡物質的降解。

下面幾個實施例用來說明本發明的硫酸鈣干燥方法。 實施例1:

約73483千克(162,000磅)的烤咖啡豆研磨前在室溫下放7小 時(烘烤后)。咖啡豆研磨后產生混有空氣的咖啡研磨機氣體(約 991立方米(35,000標準立方英尺))。空氣/研磨機氣體混合物含水 量約2%。當研磨機氣體產生后,形成的氣流連續地加入帶蓋的容 器并用泵抽入水冷式預冷凝器。由預冷凝器流出的研磨機氣體的露 點溫度約為7.2℃(45°F),含水量為0.6%。然后,研磨機氣體用泵 以1.42立方米/分(50標準立方英尺/分)的速度抽入干燥容器(長 徑比為8∶1,填有170.1千克(375磅)的10毫米Drierite),Drierite 初始含水量低于0.1%(干重),且是第十次再生和重新利用循環。 研磨機氣體在通過干燥容器后由容器中流出并被收集。所有的流出 氣體被收集和綜合,直到干燥柱中的吸水量達到Drierite顆粒重量 (干重)的4.8%〔1.31千克/立方米×991立方米×0.00633(7.2℃ 下的飽和濕度)×100/170.1千克Drierite〕,此時干燥過程停止,水 合的干燥柱從生產線上取下。Mp大致為零(吸水量低于0.1%)。 收集的經干燥處理后的芳香研磨機氣體含有大約20ppm的水分。 實施例2:

大約68.0千克(150磅)的壓榨咖啡油(含水量低于0.1%)倒入 冷凍罐,并與其中的136.1千克的液氮連續混合(超過15分種)。得 到的漿液用液氮在冷凍混合器洗滌。冷凍混合器由一個有液氮夾套 的通氣式容器組成,并配有可攪拌容器內物質的裝置。

漿液在冷凍混合器內連續攪拌10-15分鐘,直到全部液氮都蒸 發完,剩下含有冷凍咖啡油顆粒的粒狀物。連續攪拌粒狀物(冷凍咖 啡油顆粒)并保持粒狀物的溫度在-156.7℃(-250°F),由實施例1 中得到的經干燥處理后的研磨機氣體然后通入到冷凍混合器,當全 部991立方米的研磨機氣體通入并在容器中冷凝后(大約12小時), 從周圍的夾套中撤掉氮。

氮氣在冷凍混合器的周圍夾套內循環。開始進入夾套循環氣體 的溫度約為20℃。當二氧化碳從冷凍混合器排出后,冷凍物的溫度 從約-156.7℃升至穩定的-78.3℃。當冷卻物質的溫度達到- 76.1℃,將得到的經平衡的、不含二氧化碳的冷凍物質(68.0千克) 迅速放入高表面積的熔化器。熔化器內的加熱表面保持在約 32.2℃(90°F)。當平衡的物質熔化時,將其收集到一個封閉的容器 中。得到的芳香化咖啡油含水量低于0.1%。 實施例3:

該實施例用來說明吸水參數對咖啡芳香氣的影響。

實施例1和2重復多次,每次改變干燥過程停止時的干燥床中 的吸水量。從每次重復操作得到的芳香化咖啡油注入一個裝有干速 溶咖啡的30毫升的玻璃瓶中。注入油的體積在約30-80微升間變 化,從而對每瓶芳香化速溶咖啡提供相似的瓶內空間香氣強度。每 個瓶子密閉并平衡1-3天。然后開啟瓶子,由專門的傳感器來評價 為平衡的和過度發霉氣味。這一評價結果如下所示。 ??干燥操作 ???(次數) ??吸水量 ?有發霉芳香氣味 ??的油的批數 ????(批數) ????46 ??3%-4.2% ?????34/46 ????11 ??4.3%-4.5% ?????1/11 ????24 ??4.6%-但小于 ??水分的穿透點 ?????0/24

由這些結果可以看出,通過硫酸鈣干燥氣體的操作,其干燥床內 硫酸鈣顆粒的吸水量達到至少占其重量(干重)的4.3%時,可以很 大程度上避免形成過度發霉氣味。當干燥床含水量為或高于4.3% 時,表現出的發霉芳香氣味的批數減少,通過置信度為95%的t檢 驗,這是統計上有意義的。

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