Способ выделения ароматических веществ из кофе и чая - SU1480751A3
Код документа: SU1480751A3
Чертежи
Описание
Изобретение относится к пищевой промышленности и касается получения ароматических веществ из кофе и чая.
Цель изобретения - снижение потерь ароматических веществ.
Способ осуществляют следующим образом .
Инертный газ-переносчик со скоростью потока 8-64 л/ч пропускают через какой-то специфический богатый ароматическими 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,
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 уровне - 19i°C или даже ниже. Затем твердые замерзшие частицы ароматического вещества выделяют из криогенной жидкости. Извлеченные таким образом ароматические вещества можно вводить
Јь
ЭО
J
сд
ш
в растворимые порошкообразные напитки или d другие продукты.
Газ-переносчик должен иметь точку кипения, которая равна или чуть ниже точки кипения криогенной жидкости, чтобы исключить вероятность конден сирования газа-переносчика вместе с ароматическими веществами. В зону контакта между газовым потоком и
криогенной жидкостью можно вводить твердый субстрат, чтобы ароматические вещества конденсировались на этом субстрате.
На 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 сосуда Дьюара 6.
Партию сырья, предварительно измельченного до размера частиц примерно в 2 мм, загружают в закрытую камеру 1 отгонки легких фракций. Затем эту камеру нагревают, чтобы поддерживать сырье при требуемой температуре , и начинают вращать, чтобы тщательно перемешать частицы кофе. Затем в эту камеру вводят постоянный поток газа-переносчика в виде сухого азот 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 пары и двуокись углерода, которые выделяются частицами сырья. Поток насыщенного ароматическими веществами газа проходит из камеры отгонки легких фракций через фильтр 2, который улав- 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 предконденсаторе вместе с наименее летучими или имеющими максимально высокую точку (температуру) кипения ароматическими веществами.
Примерно при комнатной температуре насыщенный ароматическими веществами газ проходит от предконденсатора в верхний конец ловушки 4, в ниж
ю
$
20
25 30 35 0 5 g
5
1
нем конце которой установлено мелкоячеистое сито 5. Нижний конец этого трубопровода погружен в ванну с жидким азотом, который поддерживается в равновесном состоянии при своей температуре кипения при атмосферном давлении в открытом и изолированном сосуде или в сосуде Дьюара 6. На верхней части сита 5 расположен тонкий слой специфического субстрата. Давление в лозушке 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, которьй выделяется из ванны с жидкостью. Выходящие из ванны газы отводят в атмосферу.
После того, как насыщенный арома- тическими веществами газ, который стекает вниз по трубопроводу, проходит через субстрат и попадает в жидкий азот, происходит почти мгновенное пониженно его температуры до температуры жидкого азота, т.е. до -19J5°C. Находящиеся з газе ароматические вещества и двуокись углерода конденсируются на субстрате и на сите 5. При преобладающей з этом трубопроводе температуре двуокись углерода образует твердьй иней или снеговую шубу. В даьный 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 или з 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 & ароматические вещества отделяются от жидкого азота в результате простого поднятия ловушки и удаления из сосуда Дьюара. Любое количество жидкого азота, которое могло попасть в трубопровод уже после прекра-
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. Эти 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 су хой 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 арома- .тическими веществами. Ароматические вещества можно нагревать в закрытом контейнере вместе с субстратом, удер - живая при этом двуокись углерода. В течение процесса нагревания нагретые 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 кофейный экстракт, растворимый порошкообразный кофе и их комбинации в замороженной порошкообразной форме. Предпочтительными
20
10
15
25
субстратами являются смесь или эмульсия концентрированного кофейного эк- страта и пищевое масло, а наиболее предпочтительным субстратом является смесь, состоящая примерно из двух частей по весу из кофейного экстракта , содержащего примерно 45% по весу кофейных твердых частиц, и из одной части по весу из пищевого масла. Процесс извлечения ароматических веществ можно осуществлять на стехио- метрической 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 ароматного вещества и субстрата, полученная на основе какого-то конкретного количества обжаренного и молотого кофе, смешивается с растворимым кофейным порошком, полученным из того же количества обжаренного и молотого кофе. Если используется рекомендуемое или предпочтительное количество субстрата, тогда стехиометри- ческая операция имеет своим конечным результатом добавление в растворимый кофейный порошок примерно 0,5% по весу масла из субстрата. Эти количества масла могут присутствовать в порошке без придания восстановлен- 35 ному напитку неприятных привкусов масла,
Можно использовать и меньшие количества субстрата или вообще обойтись без субстрата, причем это не окажет какого-либо большого отрицательного влияния на сам процесс извлечения ароматических веществ. Если субстрат вообще не используется , тогда необходима особая осторожность в плане сведения к минимуму потерь ароматических веществ после их извлечения, например, в течение вы- i полнения операции нагревания с целью введения ароматических веществ в ко-- нечный продукт.
30
40
45
50
Относительно нелетучие с высокой точкой кипения ароматические вещества , собранные в предконденсаторе, также можно вводить в конечный продукт , например, путем их введения в смешивающуюся жидкость вместе с более летучими ароматическими веществами, извлеченными и собранными в лопушке.
Первоначально собранные в предконден- саторе и имеющие точку кипения выше примерно О С ароматические вещества по существу не оказывают никакоговлияния на улучшение вкуса и аромата 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, из паров воды в газовом потоке. Поскольку этот вариант связан с доволь- но значительным дополнительным введением тепла в ванну с жидким азотом, то он считается менее предпочтительным .
Можно также между первым предкон- денсатором и ловушкой установить дополнительный предконденсатор, которьй работает при промежуточной температуре . В этом случае можно добиться еще большего охлаждения газового потока, благодаря чему можно свести к минимуму ввод тепла в ванну с жидким азотом , а следовательно, и свести к минимуму испарение жидкого азота. Собранные в дополнительном предконден- саторе ароматические вещества можно смешивать с конечным продуктом или просто выбрасывать. Предварительный охладитель и дополнительньй 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 уда- ляет 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
основном свободны от двуокиси углерода , а следовательно, менее подверг жены потерям, связанным с испарением двуокиси углерода в процессе нагревания . Хотя средние по своей летучее- ти ароматические вещества, собранные в дополнительном предконденсаторе, ассоциируются или связаны с твердой двуокисью углерода, однако есть основания полагать, что они будут ме- нее 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 ароматическим 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 уровне примерно -195°С. Хотя можно использовать и более низкие температуры криогенной жидкости, 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 -195 С. Значительно более высокие температуры криогенной жидкости приводят к менее полному извлечению ароматических веществ, а следовательно , они являются менее предпочтительными .
Можно также использовать и некоторые другие газы-переносчики. Газ- переносчик не должен вступать в реакции с ароматическими веществами и должен иметь точку кипения, которая равна или ниже температуры используемой в процессе криогенной жидкости. Если в качестве криогенной жидкости используется жидкий азот, тогда какая-то часть азота, выделенная из ванны с жидкостью, 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 газа- переносчика равна температуре криогенной жидкости, тогда по мере прохождения газа-переносчика через криогенную жидкость он не конденсируется . После того, как какая-то часть газа-переносчика достигает температуры жидкости, то тут же прекращаетс передача тепла, а газ образует пузырек при состоянии равновесия с окружающей жидкостью. Если точка кипения газа-переносчика ниже температуры криогенной жидкости, то в этом случае существует большая вероятность того, что газ-переносчик не будет
конденсироваться, а следовательно, он не будет улавливаться или задерживаться в твердых ароматических веществах .
Использование неконденсирующегося газа-переносчика способствует образованию делаемого ароматического вещества в конечном продукте. Хотя изобретение не ограничивается какой-либо теорией работы, однако можно предположить , что поскольку извлеченные или восстановленные в ловушке твердые ароматические вещества не содержат в себе какой-либо большой части окон- денсированного газа-переносчика, пойманного в пределах твердой матрицы , то и не происходит никакой значительной отгонки легких фракций ароматических веществ улетученным газом- переносчиком при нагревании.
Все достигающие ловушки ароматические вещества конденсируются и восстанавливаются или извлекаются в : твердой форме. В течение всего пери- 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 это- го периода не отмечается какой-либо обнаруживаемой потери ароматических веществ в газе, выходящем из ловушки несмотря на постоянньй поток газа
в ловушку о Скорость потока газа-пе
реносчика через камеру отгонки легких фракций выбирается с таким расчетом, чтобы обеспечить оптимальную отгонку легких фракций ароматических веществ из обжаренного кофе.
Скорость, при которой ароматические вещества можно успешно отгонять из обжаренного и молотого кофе и чая, лимитируется скоростью диффузии из внутренней части частиц кофе к поверхности этих же частиц. За пределами какого-то определенного практического барьера дальнейшее повышение скоростей потока газа-переносчика не намного повышает эффективность или скорость этапа отгонки легких фракций. Хотя с помощью соответствующих аналитических приборов и можно обнаружить некоторое увеличение вы- хода ароматического вещества в ловушке в случае превышения скорости потока газа упомянутого предела, однако этот эффект настолько незначителен,
JQ 15 20
25 30
5
д
г
0
что даже эксперты-дегустаторы не в состоянии обнаружить различия во вкусовых и ароматических характеристиках конечного напитка, который включает в себя восстановленные или извлеченные ароматические 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-1- 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 ограничивать продолжительности отгонки периодом от примерно 15 мин до примерно 3 ч. В ходе выполнения или 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 ко148075
фе. Следовательно, продолжительности отгонки, температуры самого процесса отгонки и скорости потока газа-переносчика обычно приближаются к более высоким пределам упомянутых выше диапазонов для кофе, т.е. они более высоки. Связывающие ароматические вещества субстраты, которые можно использовать с ароматическими веществами чая, следующие: экстракт чая, растворимый порошкообразньй чай, пищевые масла, углеводы и их комбинации в форме замороженных частиц. Обычно предназначенный для обработки отгонкой чай представлен листьями черного чая, т„е. в том виде, з котором он обычно используется для нормального промышленного процесса экст-
12
(45% 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 величина 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 порошка
Реферат
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.
Формула
