咖啡生产中保香留香的方法概述_石有权.pdf

2023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.1doi:10.3969/j.issn.1004-275X.2023.01.30咖啡生产中保香留香的方法概述石有权1，李南2，代妮娅1(1.云南省轻纺工业设计院有限公司，云南昆明650000;2.昆明市粮油饲料产品质量检验中心，云南昆明650000)摘要:咖啡中的香味物质主要是挥发性物质。速溶咖啡生产工艺会造成咖啡香味物质的损失。介绍了焙炒、抽提、干燥 3 个关键环节对咖啡香味的影响，还从脱臭、萃取、增香、香味回收 4 个方面简单介绍了生产过程中的保香留香技术，以及改善咖啡香味的方法。关键词:咖啡;香味;速溶咖啡;可溶咖啡粉中图分类号:TS190文献标识码:A文章编号:1004 275X(2023)01 0113 03Summarizing of Method of etaining Fragrance on Coffee ProductionShi Youquan，Li Nan，Dai Niya(Faculty of Chemical Engineering，Yunnan Provincial LightTextile Industrial Design Co，Ltd，Kunming 650000，China)Abstract:The most aroma of coffee is the volatile substances Instant coffee production process might cause the loss the aroma of coffee In thispaper，the three key processes of roasting，extraction and drying effect on coffee aroma were illustrated The article introduced the technology ofretaining of fragrance of instant coffee and the method of improve coffee fragrance from the four aspect of deodorization，extraction，flavor，aromarecoveryKey words:coffee;fragrance;instant coffee;soluble coffee powder咖啡的香气是咖啡品质的重要指标。咖啡香气中的物质主要就是挥发性物质。人们对咖啡的香味进行气相色谱法成分分析，发现它是由酸、醇、乙醛、酮、酯、硫黄化合物、苯酚、氮化合物等数百种挥发成分复合而成。大致上说起来，脂肪、蛋白质、糖类是香气的重要来源，而脂质成分则会和咖啡的酸、苦调和，形成滑润的味道 1。如果咖啡的香味消失了，就意味着品质变差，因此香气和品质的关系极为密切。这些挥发性物质很多并非咖啡豆的原始成分，而是在烘焙的过程中，咖啡中含有的其他成分彼此发生反应，形成的新的化合产物。比如咖啡中的糖类、氨基酸和其他有机酸相互作用，最终产生出独特易挥发的物质 1。咖啡的香气是在咖啡豆的烘焙过程中产生的，当豆子的内部温度超过 200 时，咖啡豆中含有的糖分在烘焙后会转为焦糖，同时，豆中的粗纤维也在烘焙中炭化，与糖分的焦糖互相结合，咖啡豆变成棕褐色。同时，豆子中含有的油开始从内部溢出，在高温中挥发。这就是香气产生的时刻。油溢出并挥发得越多，味道就越香浓。关于咖啡香味，通常十分重视“刚磨碎”“刚冲泡”时的香气，但此香味是瞬间性，很难把握2。又有加温销售的罐装咖啡，长期保存时的风味有劣化现象。1咖啡香味中的微量组分周斌等 3 研究了不同烘焙程度对云南小粒咖啡香气品质的影响，吕文佳等 4 研究了咖啡主要烘焙风味物质的形成及变化规律。有人用气相色谱/质谱方法对咖啡香味成分作过鉴定，并检出了约 60 个微量组分。这些化合物并不完全，采用高灵敏度、高分辨率的质谱仪器可检出更多微量组分。后来又有人用预柱低温富集顶空样品的方法对云南小粒咖啡 GC/MS 进行分析探索，以普及型 GC/MS 仪(Q/Mass 910)成功地对云南小粒咖啡挥发性般量组分进行了分析，鉴定出云南小粒咖啡制品中一批微量组分，效果甚佳(见表1)5。表 1用顶空气相色谱/质谱法检出的云南小粒咖啡中微量组分5 峰号物质名称分子式峰号物质名称分子式1丙酮C3H6O181 甲基 1H 吡咯C5H7N2甲级乙酸酯C3H6O219吡啶C5H5N32 甲基 丙醛C4H8O204 甲基 2，3 戊二酮C5H10O242，3 丁二酮C4H6O221未检出52 丁酮C4H8O22未检出62 甲基 呋喃C5H6O232，3 二甲基 环氧乙烷C4H10O73 甲基 呋喃C5H6O244 吡啶胺C5H6N28醋酸C2H4O2252 呋喃醛C5H4O29戊醛C5H10O26未检出102 甲基 丁醛C5H10O272 甲羟基呋喃C5H8O23112023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.1表 1(续)峰号物质名称分子式峰号物质名称分子式11丙酸乙酯C5H8O3282 乙基 1，2 乙二醇C5H10O412未检出29甲基糠醛C6H6O3132，3 戊二酮C5H8O2302，5 二甲基嘧啶C5H8N2142，5 二甲基 呋喃C5H8O31乙基吡啶C6H8N2153 羟基 2 丁酮C4H8O232未检出16未检出332 甲基对丙烯基酚乙酸酯C7H8O3171H 吡咯C4H5N34未检出2速溶咖啡生产工艺及对香味的影响速溶咖啡工艺对咖啡香味的影响巨大。起初的速溶咖啡产品的香味无法与刚泡制时的咖啡香味相比，但随着技术的不断改进，现在的速溶咖啡制品的香味已经接近于普通咖啡的香味。速溶咖啡的制造步骤如图 1 所示。图 1速溶咖啡制造步骤6 2.1焙炒在前言中我们已经提到，咖啡的香味是焙炒所产生的，要得到优质的产品，焙炒是关键操作之一，焙炒程度浅则咖啡豆质软，磨碎后较易浸提;而焙炒程度深则豆质脆，磨碎后细粉较多从而影响浸提，焙炒不足则香味欠佳，成品色泽差且提出率低;焙炒过度则析出的油多也会妨碍提取并影响喷干操作7。所以良好的焙炒条件必须根据产品色泽、香味、得率、经济效果以及渗滤器设计条件来确定。一般使用转筒式焙炒炉，烘烤温度和烘烤时间是关键控制因素。烘烤时，火力控制应该由大到小，一般控制最高温度在230 250 之间，此温度能取得较好的芳香并在萃取时取得较合适的品味。焙烤时间不应超过 20 min，这样可以尽量减少咖啡芳香物质的挥发8。2.2抽提抽提的目的是有效地取得经焙炒、粉碎的咖啡所具有的可溶性风味成分，并制备便于后道工序处理的咖啡液。抽提是速溶咖啡加工中一个非常重要的环节，控制不好会造成咖啡香味成分的损失。一般采用逆流式连续抽提法，由 6 7 台抽提塔组成，其中 5 6 台供抽提用，另一台供周转用6。其中抽提温度是关键控制因素，抽提温度一般在 100 200 之间。抽提塔实质上是渗滤器，经焙炒粉碎的咖啡充填在渗滤器中，水全部由渗滤器底部进入，从顶部抽出，以串联方式排列。2.3干燥通常采用喷雾干燥，经浓缩后的抽提液通过预热器泵到喷雾千燥塔顶，通过压力喷咀喷成雾状，在245 左右的热、风气流下干燥成粉末 7。因为咖啡的芳香物质热敏性很强，在较高温度下极易挥发，采用高温喷雾干燥法，香味损失较大，使咖啡应有的自然风味减弱，感官质量水平明显下降 9 10。干燥方法另外还可采用真空冷冻干燥技术 11，可使热敏性很强的芳香物质得以保留，并能获得很好的溶解性、色泽和形态。3咖啡香味改善的方法3.1除去咖啡中的臭味物质如果用来萃取的焙炒咖啡在加温的条件下在渗滤器中停留时间太长，如果对香味成分的仔细分离没有给予适当的注意，以及在接下来的部分萃取阶段，即第二、第三萃取阶段，采用更加苛刻的萃取条件的话，就会在速溶咖啡制备过程中形成臭味物质。有许多除去或减少臭味物质的尝试。例如将二次萃取出的臭味物质结合至弱的碱性离子交换剂中;为了从速溶咖啡中提取掉未经处理的、苦味的和具有金属性的物质，将其吸附到聚合树脂上;使用咖啡油的除去法;通过采用蒸汽蒸馏法从速溶咖啡生产中的二次萃取中将臭味物质除去。除去 95%的糠醛(是一种臭味的标志)，被认为是这一生产工艺的有效性的证明。所有已知工艺中的缺点是用该方法制备的速溶咖啡的香味质量仍不能令人满意。有人 12 采用超临界状态或液态 CO2可以有效的除去臭味物质，这些臭味物质存在于含水萃取物中，同时还可以除去咖啡因。3.2改进二次咖啡萃取物的香味13 在咖啡萃取物生产中，首先在温和温度和压力条件下从炒咖啡得到一次萃取物，该一次萃取物通常具有高品质，接近于家庭中即时所制咖啡浸液的品质。所述一次萃取可用热水在渗滤器中进行。一次萃取步骤的收率只有 20 30%，需要利用二次萃取步骤来提高收率。二次萃取是在更苛刻温度和压力条件下进行的，所得二次萃取物的酸含量高，于香味有不良影响，并且这种二次萃取物有一种不愉快的香味味道，常称之为“水解味”。这种不良味道对成品品质不利，并且混到典型速溶咖啡味道中，使之有异于通常的炒咖啡浸液的香味。人们提出了多种处理二次咖啡萃取物的方法，例如利用植物油进行液/液萃取，从二次咖啡萃取物4112023 年 1 月云南化工Jan 2023第 50 卷第 1 期Yunnan Chemical TechnologyVol.50，No.1中除掉不希望的物质;用固体有机聚合物处理二次萃取物;用低碱度离子交换剂处理;涉及磨碎咖啡香气的稳定化方法，该法是假设能使炒咖啡具改进的感官性质和贮存稳定性。该法建议用吸附剂处理磨碎的炒咖啡，吸附剂是细孔或粗孔硅胶，以及合成或天然来源的沸石;从生咖啡豆或炒咖啡豆的水溶液中除掉咖啡因，是使用某种 Y 型结晶沸石分子筛，即UHP Y，它对咖啡因有很高的选择性;使用碱性分子筛处理二次萃取物而达到改进香味，同时不使该萃取物中所溶解的香味增进物质的含量下降。3.3增香可溶咖啡粉传统可溶咖啡粉是在蒸发咖啡提取物之后冻干或喷雾干燥而得到的，而咖啡的提取物是将提取液逆流穿过装有研磨过的焙炒咖啡的孔而制取。这类方法的主要问题之一是得到的产品没有焙炒咖啡的味道，主要原因是提取和冻干或喷雾干燥步骤，这些步骤必然造成香味物质的显著损失15。已有各种解决方案，这些方案中是将油、一般是咖啡油用咖啡香料处理，然后喷到可溶咖啡粉上或掺入到装有可溶咖啡粉的容器中。例如用惰性气体穿过研磨的焙炒咖啡进行循环，这种惰性气体便带有香味，并通过冷凝挟带的二氧化碳、水分和香味物质形成霜。然后，将该霜在预定温度和压力条件下与油接触，以便使该油回收到霜中部分香味物质。之后，使得到的油掺入到可溶咖啡粉中。实际应用上述方法有时会使香味非常迅速演变成与原味距离较大，且目的产品的稳定性特别依赖于可溶咖啡粉的结构。通过在可溶咖啡粉中掺入富集咖啡风味的油而使可溶咖啡粉增香的方法，其中通过冷凝充满着焙炒咖啡香味和水分的二氧化碳来制霜，将该霜与第一种油接触，使二氧化碳从接触所得混合物中升华而得到油相和水相，除去油相后将水相与第二油接触而得到油相和水相，最后将所得油相掺入可溶咖啡粉中，从而使可溶咖啡粉增香14。3.4咖啡香味的回收咖啡香味的回收是在可溶咖啡粉的处理过程中进行，而最通常的是在可溶咖啡粉浓缩与干燥前，于研磨烘烤咖啡豆和对咖啡萃取物进行气提之际进行16。从磨碎的咖啡中回收香味，将烘烤与磨碎的咖啡置于萃取塔中并保持于约 40。然后对咖啡床喷水使之湿润化以帮助从咖啡粒排出香味。将惰性气体(通常是 N2)加热到约 44，引入该萃取塔中。随着惰性气体通过，也就从咖啡粒中提取出香味。然后将此惰性气体送入在约 5 温度下工作的冷凝器内以冷凝惰性气体中的水，脱水的惰性气体最后送入低温冷凝器内将此香味冷凝成霜，回