部分提取焙炒和磨碎咖啡的水解法的製作方法

2023-07-25 23:34:36 2

專利名稱：部分提取焙炒和磨碎咖啡的水解法的製作方法
技術領域：
本發明涉及部分提取焙炒和磨碎咖啡的加溶法，更準確地說，本發明涉及在不加任何酸催化劑而進行高溫短時處理的反應器中水解部分提取焙炒和磨碎咖啡。例如水解工業用咖啡滲濾系統的廢渣滓。雖然提供較高溫短時反應的任何反應器都能滿足要求，但是，活塞式流動管式反應器比較方便。選擇時間與溫度的關係，使產生加溶，然後，將天然甘露聚糖低聚物從聚合度約DP10-40水解至約DP1-10，並且足以控制糖的反應，使之生成咖啡香氣、香味和成色。如此得到的水解產物和炒咖啡水提物合併可用來增加咖啡的可溶固體濃度、香味、香氣。
就可溶咖啡技術而言，絕大部分精力一直放在如何最大限度地從焙炒和磨碎咖啡提高溶出物的收率，最主要的方法是改變滲濾條件。早在第二次世界大戰前期，對速溶咖啡的研製是採用沸水浸出焙炒和磨碎咖啡的可溶物，得到小於25%可溶固體。在美國專利2，324，526號中，Morganthaler採用溫度320至347°F，達到27%可溶物。另外，採用酸解條件，使可溶物總得率提高至50%。正如Sivetz和Desrier在「咖啡工藝學」(1979年，第366頁)所引證的，工業用滲濾系統的可溶物得率通常約為焙炒和磨碎咖啡的40%至50%。由於Sivetz引述的一此問題包括渣滓受壓縮、流速和操作速度的減低，以及在這些條件下產生的咖啡精質量下降，因此，既使利用較高溫、高壓，欲從滲濾得到較高得率也是不現實的。特別是在滲濾器內大幅度水解會產生焦油和臭味。
在現有技術中已眾所周知，為提高固體得率可採用水解部分提取的咖啡渣滓，並一直沿用作為提高可溶固體得率的方法。例如，授予Chugh等人的美國專利2，573，406號公開了可溶咖啡的製備方法，該方法包括常壓提取約20%(重量)咖啡，在約1%硫酸的懸浮液中，在100℃下水解一部分渣滓約1小時，調節水解產物的pH值，過濾，與常壓提取液合併，乾燥合併的提取液。授於Benner等人的美國專利2，687，355號公開了另一種類似方法，用磷酸代替硫酸。授於DiNardo等人的美國專利3244879號中又公開了一種方法，對至少已常壓提取過的咖啡渣滓提取物，直接進行鹼解或酸解，在該提取中的直接水解，省去了現有技術加工方法的分離水解步驟，並使得在大量咖啡廢渣滓中吸附著鹼催化劑或酸催化劑。
最近，Fulger等人在美國專利4508745號公開了水解咖啡萃餘物料方法，用以生產DP1至DP10的甘露聚糖低聚物。該方法通過製備濃度5%至60%(重量)的廢渣漿，把PH值調節到約0.5至4.0，該漿料在溫度160℃至260℃下反應6秒至60秒。按照Fulger等人的上述方法，從咖啡萃餘物料，可增加可溶物收率約30%(重量)，所述殘餘物料已經部分提取過，例如已常壓提取和部分熱水解的工業用滲濾系統的廢渣滓。
可溶咖啡領域中強調的另一方面是可溶咖啡成品的香味和香氣。迄今為止，改善香味和香氣的主要因素是焙炒方法和所用咖啡的配料。用後加工從焙炒和磨碎咖啡或提取液中通過用蒸汽或真空汽提技術使咖啡香味轉變，已在現有技術中充分描述Sivetz和Desrsier(以上引述的著作，第250-251頁)指出，在焙炒期間通過顏色變暗監測將糖熱解和焦糖化控制在理想程度，便可達到要求的咖啡香味科香氣。約佔生咖啡7%的蔗糖，在焙炒期間基本上消失，生成熱解產物。這些熱解產解物可與蛋白質和其它降解產物反應，生成附加其它香味的咖啡物質。本文所述的複雜化過程，一般稱為非酶促焦化反應。此類兩種反應是焦糖化反應(該反應只涉及糖)和Maillard反應(其中還原糖與胺類、胺基酸、肽和蛋白質反應)。
J.Hodge在題為「食品的香味起源非酶促焦化反應(OrigimOfFlavorinFoodsNonenzymaticBrowningReactions)」一書(見SymposiumOnFoodsTheChemistryandPhysiologyOfFlavors，H.schultz，E.DayandL.Libbey，eds，AVIPub.Comp.Ine。(1967)中，對這種化學過程給以更全面介紹。在同一論文集中，M.Gianturco的另一評述「咖啡香味」介紹了含有稱作「香氣合成物(aromacomplex)」揮發物的咖啡香味的複雜性，報導了103種揮發物成分，其中多數顯然屬於碳水化合物。在最近的Dutch協會CIVO題為「食品中揮發化合物」(VoLatileCompoundsinFood)參考文獻中，已報導了500多種化合物(見Section＃72Coffee，S.VanStatanandH.Marseeds.，5theditionTNO(1983)，ZeisttheNetherlands)。
就咖啡製備技術而言，需要提供一種不加任何酸催化劑，於短時高溫下的反應器中能加溶部分提取焙炒和磨碎咖啡的方法，並且該咖啡主要含有作為主要碳水化合物的甘露聚糖。該方法足以使甘露聚糖組分水解，從天然聚合粒度生成含甘露糖低聚物的水解產物，該低聚物具有適於乾燥的聚合物。在靜置或濃縮時，有微量淤渣生成或沉積。
這種方法通過控制碳水化合物低聚物與處理期間釋放的蛋白質組分的反應，會產生咖啡香氣、香味和類咖啡顏色。這些香味可增加、擴散或改進焙炒過程中產生的原有香味和香氣，這些香味在提取過程早期被除去。該方法試圖使反應器中時間/溫度關係最佳化，以獲得最大量可溶固體、咖啡香味、香氣和顏色，隨之在濃度和其它加工時，使產生淤渣或沉澱的趨勢最小。
本發明涉及在無任何附加酸催化劑參予的反應器中，水解部分提取焙炒和磨碎咖啡的方法。該部分提取焙炒和磨碎咖啡在反應器中，須以溫度約200℃至260℃、時間約1分鐘至15分鐘為條件，將甘露聚糖組分水解至約DP1至DP10，以DP1至DP6為最佳，使糖反應充分，以產生咖啡香味、香氣和顏色。水解後，已水解的部分提取焙炒和磨碎咖啡可與產生的可熔固體分離。
在繼續詳述本發明之前，需定義一些有關術語「甘露聚糖」概括地表示由d-甘露糖單元構成的任何一種多糖。該單糖d-甘露糖是一個己醛和一個d-莆萄糖異構體，區別僅在於緊鄰羰基的羥基以反立體排列。在部分提取焙炒和磨粹咖啡中發現的廿露聚糖多糖的d-甘露糖單元高達40。約為DP6及低於DP6的甘露聚糖是水溶的，而高於DP10的甘露聚糖是水不溶的。
「阿拉伯半乳聚糖」是有幾百個糖單元的高分子量聚合物。主鏈由半乳糖單元構成，側鏈含阿拉伯糖和半乳糖的糖單元。同樣地，「纖素」概括表示由纖維素二糖重複單元(兩個莆萄糖單元，它們之間具有β1-4鍵)構成的聚合物，又可水解成莆萄糖單元。這樣，纖維素因充分水解而產生單糖莆萄糖。纖維素形成植物的主要結構材料。在Conant.J.and，Blatt，A.TheChemistryofOrganiccompounds.N.Y.，Macmillan，1947.pp，295-299中更詳細討論了纖纖素及其特性。
「低聚物」是指相對只有幾個單糖單元組成的聚合物，尤其用於本文的低聚物表示由少於10個單糖單元構成的聚合物。雖然嚴格說來，低聚物一般由1個以上結構單元組成，但為了方便起見，甘露糖稱為DP1的低聚物。
「聚合度」「DP」表示組成某一給定低聚物的單糖單元數。例如，DP4的甘露聚糖低聚物是由4個甘露糖單元組成。
「部分提取焙炒和磨碎咖啡」是指已部分提取過的焙炒和磨碎咖啡物料，例如，經常壓提取過的咖啡。一般來說，常壓提取可除去焦糖和褐色物、焙炒和磨碎咖啡的天然香味成分、咖啡鹼、胡蘆巴鹼、綠原酸、灰分、糖、蛋白質和咖啡酸。「部分提取焙炒和磨碎咖啡」還可含部分提取過的阿拉伯半乳聚糖，最好含從中提取過的大部分阿拉伯半乳聚糖。此外，「部分提取焙炒和磨碎咖啡」還包括將焙炒和磨碎咖啡水解至這樣程度，即其中所含甘露聚糖率與阿拉伯半乳聚糖、蛋白質和其他熱縮合產物同時水解。應該注意約1/3至1/2為廢棄甘露聚糖的焙炒和磨碎咖啡才是「部分提取焙炒和磨碎咖啡」。這可由限熱水解實施。
就工業用咖啡滲濾系統而言，在多級逆流提取設備提取焙炒和磨碎咖啡，其中，在高於約175℃的溫度下，將新鮮水送入裝有極次咖啡(已經過最大程度提取的咖啡)的提取器，濃咖啡提取液從裝有最新鮮咖啡提取器排出，顯然，所述咖啡在滲濾期間組份發生了變化。表1表示焙炒和磨碎咖啡的組合物，表2表示部分提取焙炒和磨碎咖啡的組合物。儘管碳水化合物的總百分率大致是恆定時，但要注意部分熱水解的阿拉伯半乳聚糖還要丟失。於是，最佳的部分提取焙炒和磨碎咖啡由約45%(重量)碳水化合物組成，其中多半是甘露聚糖。此外，這最佳的部分提取焙炒和磨碎咖啡是由工業規模提取焙炒和磨碎咖啡得到，其到累計得率至少為約35至55%(幹基，焙炒和磨碎咖啡)。
表1焙炒咖啡的組合物成分%(重量)(幹基)聚合碳水化合物41阿拉伯半乳聚糖13甘露聚糖20纖維素8蛋白質13焦糖和褐色物13類脂類11
惰性物料9酸類6灰分4咖啡鹼2胡蘆巴鹼1表2部分提取焙炒和磨碎咖啡組合物成分%(重量)(幹基)聚合碳水化合物45阿拉伯半乳聚糖5甘露聚糖25纖維素15類脂類25惰性物料20蛋白10

圖1是本發明方法可溶量百分數對反應時間的比率曲線圖。其中所示數據在實施例4中再充分詳述。
關於本發明的具體方法是在液體(一般是水)中，水合的部分提取焙炒和磨碎咖啡應含約2至75%(重量)幹基部分提取和磨碎咖啡，接著進入反應器，該反應器最好是活塞式流動反應器。該水合的部分提取焙炒和磨碎咖啡應是均勻的，即，它應完全均勻分布。如果事先以批量組成，各個步驟應保證均勻性，如通過泥漿泵再循環。若在活塞式流動反應器內發生水解反應，最好採用漿料，該漿料應為5%至25%(重量)，最佳為10%至20%(重量)幹基部分提取焙炒和磨碎咖啡。當利用活塞式流動反應器時，如果漿料濃度超過25%(重量)，該漿料則太稠，不能保證正常流動。因此，使用另一種反應器，如擠出機，一般不需要製備漿料，例如，常規滲濾系統的廢渣滓，一般約含65%至80%(重量)液體，它無需進一步稀釋而直接進入這種擠出機，還可採用含約40%至65%(重量)液體的廢渣滓，這類渣滓可用螺旋壓榨、空氣乾燥或眾所周知的其它方法進行部分脫水。
部分提取焙炒和磨碎咖啡經水合或製漿後，送入反應器。適宜的連續反應器包括能促使相對高溫短時反應的那些反應器，例如單頭或雙頭螺旋擠出機或活塞式流動管式反應器。適宜的間歇式反應器是一種所謂壓力密閉容器，例如高壓滅菌器，或防爆器(oxplosionpuffer)，內裝咖啡提取殘餘物料，然後，置於容器中的咖啡提取殘餘物用蒸汽加壓和使之受熱，再驟然而極迅速地釋放壓力，排出反應容器內的物料，接著從所述反應容器排放的物料中濾取可溶固體。活塞式流動管式反應器尤其方便，它基本上是一節筒形管子，可以在管內發生反應，在反應器的排料端置有噴嘴或其它適宜的裝置，用以控制反應器內壓力及從所述反應器的排放速度。「活塞式流動」表示漿料流過反應器的速度分布形，通常，流體呈現拋物線型速度，其中，管道中心的流體速度高於緊靠管壁的流體速度。就理想的活塞式流動反應器而言，速度分布圖形是平緩的，這由於容器的幾何形狀和流體的性質造成的，因而，對反應器中所有物料，使停留時間變化減至最少，保證了相同的高溫短時反應條件。
可用任一不同方法，在反應器內實現溫升。例如，漿料可通過熱交換器一部分，或從反應室分離，然後，將反應器簡單保溫，可保持溫度。另外，也可把高壓蒸汽直接注入反應器用以升溫。雖然蒸汽能稍稀釋該漿料，但這種加熱是極其迅速的，可以短時反應。最佳加熱方法的選擇，以及反應器和噴嘴直徑的測定，對本技術領域內熟練的技術人員來說，都可依標準的設計規則為根據。
在貫穿於受控反應產生所期香味和顏色，並不出現顯著的不加溶作用(如生成焦油)的同時，當然，嚴格維持反應器內時間/溫度條件藉以保證發生甘露聚糖水解。
在上述時間/溫度條件內，選擇工藝條件，以產生與下述指標相符的水解產物，所述指標為得率;香味的產生和DP分配，以致可乾燥該水解產物並使其具有最少量焦油成分。把該水解產物加於常規咖啡提取液時，通過本發明的熱水解過程產生的得率，必定足以導致累計得率為約55%至73%，以約65%至73%為最佳(幹基，焙炒和磨碎咖啡)。該過程還在水解產物中產生香氣根據提鈍和俘獲氣相色譜分析法測得總量超過4000ppm。這種香氣擁有高含量所期類咖啡香味，其中包括含吡嗪、二酮、醛和硫的化合物。產生的全部香氣中含糖醛量少於25%。對熟悉本技術領域的技術人員眾所周知的是;過量糖醛被認為是是產生穀物類有害雜質的標誌。理想類咖啡風味的指標是2-3戊二酮和聯乙醯，而由本發明方法可大量產生這兩種物質。理想的是本發明方法能生產超過100ppm的聯乙醯。
最終DP分配應使水解產物含最少量會產生沉澱的DP大於6的甘露聚糖低聚物。該水解產物含大於DP-6低聚物一般少於10%，以少於5%為佳，它還應含DP-1的量少於所產生水解產物固體總量的50%，這種水解產物是吸溼的，難以乾燥，因此，最好少於30%，可以使水解產物和咖啡提取液合併，用常規方法乾燥，即噴霧乾燥、凍幹、圓筒烘乾等。
已知所述反應溫度應在約200℃至260℃之間，最好為210℃240℃左右，以使甘露聚糖組分加溶和水解至所要求範圍，並產生所期顏色、香味和香氣。從咖啡殘餘物中至少除去50%甘露聚糖組分，優選除去75%，以除去90%為更好。如果存在阿拉伯半乳聚糖，則比加溶廿露聚糖組分更容易。此類溫度一般與所述反應器的壓力相對應，壓力約在17至40大氣壓之間，約是進入反應器漿料中水的飽和壓力。
已知所要求的反應時間約1至15分鐘，最好約為2至8分鐘，這對所述水解有影響。
在本發明方法溫度範圍內給定的任一溫度條件下，可加溶和水解甘露聚糖。得率隨停留時間而增加至最大值，此後，隨低聚物降解而減少，或產生揮發物或產生不溶物，即焦油或淤渣。根據本發明反應動學，溫度每升高10℃，反應速度加倍。在較高溫度範圍下停留時間必須在限定時間範圍的下限反道亦然，即在較低溫度範圍下，停留時間必須在時間範圍的上限。
在本發明的條件下，加溶一般為晶狀和非晶狀的廿露聚糖聚合物，以及任何殘餘阿拉伯半乳聚糖，並水解成較低的低聚物和單體，使之再進行化學反應，即梅拉德反應和焦糖化反應，產生咖啡香味和類咖啡顏色。
如上所述，該反應器和/或反應器組的排放端可端噴嘴，用以控制反應器壓力和控制排放速度。所述漿料快速通過噴嘴，使壓力降低至約為漿料經受的大氣壓，如此快速降低壓力，引起膨脹和蒸發，使漿料冷卻，因而「驟冷」或立即終止水解和焦化反應。通過如此驟冷該反應，有可能十分可靠地將水解反應時間控制在規定的1至15分鐘周期內。
漿料從活塞式流動管式反應器排出後，進一步冷卻該漿液，然後，可分離成可溶固體和殘餘水解的部分提取焙炒和磨碎咖啡。可通過把漿料引入閃蒸罐而發生這種進一步冷卻，引進閃蒸罐的蒸汽或在該罐內生成的蒸汽含可凝和未冷凝香氣，分離這些香氣並進入冷凝器。可疑性香氣可隨意地被冷凝、回收和使用，需要時可對它進行蒸餾。另外，未冷凝香味可吸收於液體介質，任意用作香氣。
可採用現有技術中眾所周知的任一種固液分離法進行分離，例如，過濾所述漿料，從中排除水解過的部分提取焙炒和磨碎咖啡，該漿料還可用離心分離，如在籃式離心機分離漿料。
可溶固體的最重要用途是將該混合物加到常規咖啡提取液中，用以增加由起始焙炒和磨碎咖啡產生的可溶咖啡量。本發明方法將增加可溶固體得率約10%至60%(幹基，部分提取焙炒和磨碎咖啡)，與累積得率約55%至73%(幹基，焙炒和磨碎咖啡)相關，由本發明方法得到的可溶固體可加至常規咖啡提取液中，接著乾燥所述提取液，或者乾燥可溶固體，然後與由常規提取液產生的可溶咖啡合併，用現在技術中已知的任一方法進行乾燥，例如用凍幹或噴霧乾燥。
下述實例是說明本發明的一些實施例，這些實例並不意味著超出權利要求保護範圍限制本發明。
實例1從工業用滲濾系統達到得率56.6%(幹基，起始焙炒和磨碎咖啡)的脫咖啡鹼部分提取焙炒和磨碎咖啡，在4″×40′活塞式流動熱反應器中熱處理，製成濃度約11%固體總量的水和渣滓漿料，並隨高壓蒸汽引入活塞式流動反應器，漿料在反應器內加熱至430°F(約221℃)8分鐘，為了在容器中保持液態形式，通過1/4″噴嘴供給反壓，然後，該物料閃蒸至大氣壓，出口漿料經過濾，回收可溶固體，所述液置於蒸發器中，濃縮至41.2%固體，然後冷凍。通過活塞式流動反應器產生的得率是增量11.6%(幹基，焙炒和磨碎咖啡)，結果從兩步過程得到總得率62.2%。這些可溶固體定量水解成糖，並通過高效液相色譜法(H.P.L.C)分析糖的總量為74%，餘留的26%可溶固體主要是焦化反應產物。
通過H.P.L.C分析，低聚物分配如下DP124.8%DP216.9%DP316.0%DP415.4%DP510.0%DP68.4%DP75.3%
DP82.8%實例2從中級提取過程達到得率35.6%(幹基，起始焙炒和磨碎咖啡)部分提取咖啡鹼的焙炒和磨碎(50%羅斯伯特，50%哥倫比亞)咖啡，在4″×40′活塞式流動熱反應器中熱處理，首先磨碎廢渣滓，將顆粒尺寸減小至1mm左右，以便更好控制進入反應器的漿料濃度，該濃度約為14%單固體量，用1/4″噴嘴，維持在430°F(約221℃)將該漿料泵送過反應器，輸送速度相當於停留時間8分鐘，該反應通過閃蒸至大氣壓而驟冷，過濾產品漿料，將可溶固體與不可溶體分離，使起始不溶咖啡固體轉化為可溶咖啡固體45.3%(幹基)，這種轉化涉及通過活塞式流動反應器得率增量29.2%及總得率總量64.8%(幹基)起始焙炒和磨碎咖啡。存在於可溶和不可溶固體的碳水化合物被定量水解成糖，並通過H.P.L.C分析。列於下表的數據表明，可溶部分的碳水化合物濃度為47.2%，具有中等褐色和基本尖咖啡香味的水解產物被濃縮至40-45%固體，並以適當比例與濃縮啡提取液合併。
碳水化合物%(幹基)莆萄糖半乳糖阿拉伯糖甘露糖總計部分提取焙炒8.79.32.426.747.1和磨粹咖啡可溶部分1.612.10.033.547.2殘餘物17.20.00.04.721.9實例3從工業用滲濾系統一般可達到得率49-55%(幹基，起始焙炒和磨碎咖啡)壓力脫水的廢咖啡渣滓(約65%水分)，在改進的Wenger擠出機裝置中熱處理。將帶雙螺杆鑽的活底箱構成的所述設備裝到WengerSX-80(80mm)單螺杆擠出機中，SX-80的出口裝進WengerSX-110(110mm)單螺杆擠出機的入口，SX-80裝有螺旋進料部件、汽封和二個電熱帶。該SX-80對SX-110起著進料器、預熱器、汽封和料封的作用，SX-110裝有4個較大的電熱帶(1.7-1.9KW帶)、15個螺旋部件和13個汽封，並分成三個不同區域進料區、加熱區和反應區。該反應區包括4個進料旋塞和1個液壓控制的拉模，以維持反壓，將少量水(170ml/min)注入1號旋塞，達到相當的均勻物料的進料流量為2101b/hr。在充滿的情況下，廢渣滓在進料區停留30秒，在加熱區停留200秒，在反應器停留80秒，在SX-110的停留時間總計為325秒(包括在加熱區和反應器之間短距離輸送區停留的時間)。加熱帶處於最大熱量狀態，在SX-110出口(拉模)測得溫度為400°F(約204℃)，液壓拉模上反壓是500psi。業已計算出廢渣滓可能受溫度約435°F(約224℃)影響3分鐘左右，直至該廢渣滓離開擠出機，閃蒸至大氣壓而快速冷卻，為分析取出的試樣，進一步用於冰冷卻，用水稀釋廢渣滓，過濾，測得有26%(幹基)廢渣滓轉化為可溶固體。
實例4從中級提取過程產生得率44%(幹基，起始焙炒和磨碎咖啡)脫咖啡鹼的部分提取焙炒和磨碎咖啡(100%羅伯斯特)，用4″×40′活塞式流動熱反應器實施試驗方案，以測定反應器溫度和停留時間對焙炒得率的影響，測試的三種溫度為460°F(約238℃)、430°F(約221℃)和400°F(約240℃)，停留時間為2至23分鐘，其結果見圖1。Y軸的焙炒得率數表示二步過程(中級提取得率，然後通過活塞式流動反應器)後的總得率。處理後，得到的得率約為含水率7%焙炒和磨碎咖啡(等於60%至71%焙炒和磨碎咖啡的累計得率，幹基)的累計得率56%至66%。為達到這個目的，在400至460°F，停留時間約3至13分鐘，在此溫度下超過這一時間範圍加熱，會降低得率，這表明長時間處理是不必要的。
實例5將實例2中產生的活塞式流動反應器提取液，濃縮至40-45%固體總量，並與初級提取、中級提取產生的提取液分批配料，根據得率分股，合併這兩股液流。
在本實例中，55%最終產物的固體是來自中級提取，而45%固體通過活塞式流動熱反應器提供。然後，這種混合提取液經噴霧乾燥顯示原型。
對試驗咖啡的產品，估計其香味和顏色的特性，鑑定該試樣是可接受的品味色，具有典型的流行商品可溶咖啡的香味，不受增加得率而衝談香味的影響。
得率分股配料回加係數中到級提取35.6%35.6＝0.5564.8活塞式流動熱反應29.2%29.264.8＝0.45總得率64.8%實例6進行一系列比較實驗，以便描述酸解廢渣滓(Fulger等人在美國專4，508，745號中介紹的內容)與本發明技術比較的差別。利用兩種類型提取焙炒和磨碎咖啡(廢渣滓)，A類渣滓表示工業用滲濾系統的廢渣滓，其中已提取57%得率(幹基，焙炒和磨碎咖啡)。B類渣滓表示中間工廠提取器的廢渣滓，其中已提取43%得率(幹基，焙炒和磨碎咖啡)。把實驗室用的活塞式流動反應器用作反應器，用於這一操作的活塞式流動反應器是實驗室規模反應器，由隔膜泵構成，該泵能將約5%固體的咖啡渣漿料泵送過蛇管，懸浮在電熱空氣流態化沙浴中，熱量隨流動沙自下向上流動，加熱該沙浴。不直接加熱含5%固體的漿料，保持沙浴溫度略高於漿料，使熱量流動或傳送。由蛇管體積和漿料流速限定停留時間。漿料排出反應器，流過蛇管，懸浮在冰浴中，並且該反應被迅速冷卻，水解產物與殘餘物(不溶性渣滓)分離，分析測空該水解產物DP分配、得率和總芳香物含量。
就酸性催化實驗而言(Fulger等人在美國專利4，508，745號中介紹的內容)，將1%硫酸(以漿料重量為基準)加到漿料中，水解後，用碳酸鈣把漿料中和至pH5.5，接著過濾。
表Ⅰ列出了利用酸催化水解部分提取焙炒和磨碎咖啡(廢渣滓)的幾次試驗操作數據。表Ⅱ列出了本發明的熱水解部分提取焙炒和磨碎咖啡的幾次試驗操作數據。
從記錄的結果可見，在酸解條件下，生成的總芳香物含量較低，這些芳香物中，有較高百分比的糖醛存在於總芳香物中，在記錄的所有情況下，都高於66%，產生的聯乙醯和2-3戊二酮的含量較低。酸解產生的產物含高量DP-1的低聚物。在記錄的情況中，DP-1的濃度都超過70%這些水解產物與常規咖啡提取液合併時，難於噴霧乾燥。
本發明方法在所有情況下產生的水解產物含DP-1低聚物小於30%。本發明的熱水解條件還產生相當大量的總芳香物，更重要的是在所有情況下含有的芳香物中，糖醛作為總芳香物含量的百分比小於21%，通過熱水解與酸解相比，產生的聯乙醯和2-3戊二酮的含量高得多。聯乙醯和2-3戊二酮是所期咖啡香味標誌的實例。
表Ⅰ操作次數ⅠⅡⅢ停留時間0.8分鐘0.25分鐘0.84分鐘48秒15秒50秒停留溫度℃202202202渣滓類型BAA總芳香物含量3，1503982，590(ppm)香味成分(ppm)聯乙醯82462-3，戊二酮420糖醛2，0872932，122總芳香物含量的66%74%82%糠醛%DP-1(水解產物的固體總量含DP-1%)82%80.4%71.8%得率(%)增量(幹基，焙炒27.3%15.7%16.1%和糖碎咖啡)累計(幹基，焙炒70.3%72.7%73.1%磨碎咖啡)
權利要求
1.在反應器中加溶部分提取焙炒和磨碎咖啡並產生咖啡香味和色料的方法，該方法包括(a)將部分提取焙炒和磨碎咖啡在液體中製漿，得到水合的部分提取焙炒和磨碎咖啡，其中含約2至75%(重量)部分焙炒和磨碎咖啡；(b)在無任何酸催化劑參予的反應器中，所述水合的部分提取焙炒和磨碎咖啡須以溫度約為200℃至260℃、時間周期範圍的1至15分鐘為條件，藉以達到水解所述的部分提取焙炒和磨碎咖啡，並有效地產生10%至60%增量得率(幹基，部分提取焙炒和磨碎咖啡)，至少有效地除去50%甘露聚糖組成，產生一種水解產物，該水解產物含DP-1低聚物含量少於50%，含大於DP-6低聚物含量少於10%，兩種含量均以產生的水解產物的固體總量為基準，以達到所期類咖啡香味、香氣和顏色，(c)驟冷水解和焦化反應；以及(d)從水解的部分提取焙炒和磨碎咖啡中分離出可溶固體和香氣。
2.根據權利要求1所述方法，其中，所述反應器內壓力變化約為17至40大氣壓。
3.根據權利要求1所述方法，其中，通過從反應器排出由步驟1(b)水解的部分提取焙炒和磨碎咖啡，及快速將壓力降至大氣壓，而完成驟冷該水解反應。
4.根據權利要求1所述方法，進一步包括將已從水解的部分提取焙炒和磨碎咖啡分離出的可溶固體與常規咖啡提取液合併的步驟。並乾燥所述合併物。
5.根據權利要求4所述方法，其中，所述方法關係到累計得為55%至73%幹基，焙炒和磨碎咖啡。
6.根據權利要求4所述方法，其中，該累計得率為65%至73%。
7.根據權利要求1所述方法，其中，在水解期間，至少除去75%甘露聚糖組分。
8.根據權利要求1所述方法，其中，在水解期間，除去90%甘露聚糖組分。
9.根據權利要求1所述方法，其中，該反應器是活塞式流動管式反應器。
10.根據權利要求1所述方法，其中，水合的部分提取焙炒和磨碎咖啡物料是含物5%至25%(重量)部分提取焙炒和磨碎咖啡的漿料。
11.根據權利要求10所述方法，其中，該漿料含約10%至20%(重量)部分提取焙炒和磨碎咖啡。
12.根據權利要求1所述方法，其中，所述反應器是擠出機。
13.根據權利要求1所述方法，其中，時間範圍約為2分鐘至8分鐘。
14.根據權利要求1所述方法，其中，反應器中溫度約為210℃至240℃。
15.根據權利要求1所述方法，進一步包括乾燥分離的可溶固體及將所述幹固體與可溶咖啡合併的步驟。
16.根據權利要求15所述方法，其中，所述方法關係到累計得率為55%至73%幹基，焙炒和磨碎咖啡。
17.根據權利要求16所述方法，其中，該累計得率為65%至73%。
18.根據權利要求1所述方法，其中，所述部分提取焙炒磨碎咖啡已經過常壓提取，提取了焙炒和磨碎咖啡的天然香味成分、咖啡鹼、胡蘆巴鹼、綠原酸、灰分、糖、蛋白質、咖啡酸和焦糖及褐色物。
19.根據權利要求1所述方法，其中，所述部分提取焙炒和磨碎咖啡具有由此提取的多半阿伯半乳聚糖。
20.根據權利要求1所述方法，其中，所述水解產物含DP-1低聚物含量少於30%，含大於DP-6低聚物含量少於5%。
21.根據權利要求1所述方法，其中，在水解產物中產生的總芳香物含量超過4000ppm。
22.根據權利要求1所述方法，其中，產生的聯乙醯含量超過100ppm。
23.根據權利要求21所述方法，其中，產生的總芳香物中至少含25%糠醛。
24.由權利要求1的方法產生的產物。
25.由權利要求4的方法產生的產物、
26.由權利要求15的方法產生的產物。
全文摘要
本發明涉及在反應器內，最好採用活塞式流動反應器，於無任何酸催化劑予的高溫短時條件下，加溶部分提取焙炒和磨碎咖啡的方法，例如加溶工業用咖啡滲濾系統的廢渣滓。如此得到的水解產物可來增加咖啡的可溶固體含量和焙炒咖啡的水提物。
文檔編號A23F5/40GK1041090SQ8810790
公開日1990年4月11日 申請日期1988年11月14日 優先權日1988年9月14日
發明者霍華德·戴夫·斯塔爾, 查爾斯·馮富爾加, 埃文·喬爾·圖列克, 託馬斯·奧羅爾·吉布森 申請人:通用食品公司