Спосіб одержання ароматизованого водного розчину

Реферат: Винахід належить способу одержання ароматизованого водного розчину, який передбачає: a) одержання газу, що включає аромат з обсмаженої і меленої кави і воду, b) конденсацію газу, що включає аромат і воду, для одержання рідкої водної фази і газової фази, і c) піддавання одержаної на стадії b) газової фази підвищенню тиску в присутності водного розчину для одержання ароматизованого водного розчину, d) змішування ароматизованого водного розчину, одержаного на стадії с), із кавовим екстрактом. UA 108632 C2 (12) UA 108632 C2 UA 108632 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід стосується способу одержання водного розчину, ароматизованого ароматичними сполуками кави. Даний розчин є корисним, наприклад, для виробництва розчинних кавових продуктів. Рівень техніки Кавові екстракти є основою розчинних кавових продуктів, як у сухій порошковидній формі (розчинна кава), так і у рідкій формі (наприклад, готові до вживання кавові напої). Аромати є важливою частиною розчинних кавових продуктів; якщо продукту не вистачає аромату, сприйняття споживачем продукту значно погіршується. Розчинні кавові порошки, одержані наявними на ринку способами, що включають екстракцію, концентрацію і висушування, звичайно практично позбавлені аромату. З цієї причини зручно відновлювати кавові аромати, які зникають під час обробки розчинного кавового порошку, і повторно вводити зазначені аромати, наприклад, у концентрований кавовий екстракт до висушування розчинного кавового порошку. Кавові аромати можуть бути відновлені на декількох стадіях під час обробки, наприклад, при відгонці аромату смаженої і меленої кави до екстракції. WO 01/13735 розкриває спосіб відновлення кавового аромату із кавової маси, що передбачає зволоження, нагрівання і відгонку аромату із кавової маси при підданні кавової маси зменшеному тиску. Кавові ароматичні сполуки, вивільнені при такій обробці, потім відновлюються. EP 1069830 (примітка: патент GEAR) розкриває спосіб, що включає одержання суспензії обсмаженої і меленої кави і відгонку аромату з цієї суспензії із застосування газу, для одержання ароматизованого газу. В обох способах ароматичні сполуки вивільняються із обсмаженої і меленої кави у газову фазу, з якої збираються. Такий потік газу складається з газів, первісно вловлених в обсмаженій каві (переважно діоксид вуглецю) і, можливо, вловленого повітря або пари. Відновлення аромату з газу зазвичай здійснюють шляхом конденсації аромату при низьких температурах, наприклад, кріогенною конденсацією. Кріогенна конденсація є дорогою і в подальшому не призводить до повного відновлення високолетких ароматичних сполук. Існує потреба в покращенні відновлення високолетких ароматичних сполук і зниженні витрат і складності без піддання ароматовмісного газу впливу підвищених температур, що призведе до розпаду ароматичних сполук. Суть винаходу Автори винаходу встановили, що газ, який містить аромат з обсмаженої і меленої кави і воду, може бути конденсований для одержання газової фази і рідкої водної фази. Газова фаза, що включає ароматичні сполуки, може бути піддана підвищеному тиску в присутності водного розчину, що веде до переходу ароматичних сполук із газової фази у водний розчин для одержання ароматизованого водного розчину. При такому процесі уникають збільшення температури, яке звичайно відбувається під час підвищення тиску, що досягається завдяки охолоджуючому ефекту водного розчину, і покращується відновлення високолетких ароматичних сполук у порівнянні із способами з рівня техніки. Відтак, даний винахід стосується способу одержання ароматизованого водного розчину, який передбачає: a) одержання газу, що містить аромат з обсмаженої і меленої кави і воду; b) конденсацію газу, що містить аромат і воду, для одержання рідкої водної фази і газової фази; і c) піддання газової фази, одержаної на стадії b), тиску в присутності водного розчину для одержання ароматизованого водного розчину. В додатковому аспекті винахід стосується способу одержання сухого екстракту розчинної кави. Короткий опис фігур Фігура 1 схематично зображує рідинно-кільцевий компресор. Фігура 2 ілюструє приклад способу одержання сухого розчинного кавового порошку. Фігури 3 і 4 зображують результати з прикладу 3. Детальний опис винаходу Відповідно до даного винаходу одержують газ, що містить аромат з обсмаженої і меленої кави і воду. Цього можна досягти будь-яким придатним способом, які добре відомі фахівцям з рівня техніки. Переважно, газ, що містить аромат з обсмаженої і меленої кави і воду, одержують шляхом відгонки обсмаженої і меленої кави для одержання газу із вмістом аромату. Декілька способів відгонки обсмаженої і меленої кави відомі з рівня техніки, наприклад, з WO 01/13735, де ароматизований газ вивільняють з обсмаженої і меленої кави при зменшеному тиску, і з EP 1069830, в якому потік газу застосовують для відгонки аромату в газову фазу. Газ, що містить аромат з обсмаженої і меленої кави і воду, можна також одержати як помольний газ, тобто, багатий на аромат газ, який вивільняється з обсмажених кавових зерен при помелі і після нього. Газ містить воду, яка, наприклад, може бути одержана з природної вологи, наявної в обсмаженій і меленій каві, наприклад, вивільненої при помелі і /або відгонці, і/або вона може походити з води, доданої до обсмаженої і меленої кави, наприклад, якщо обсмажену і мелену 1 UA 108632 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 каву зволожують до або під час відгонки, або від інжекцієї пари під час відгонки. Газ, який містить аромат з обсмаженої і меленої кави і воду, може додатково містити діоксид вуглецю, наприклад, діоксид вуглецю, вивільнений з кавових зерен. Газ, що містить аромат і воду, конденсують для одержання рідкої водної фази і газової фази. Конденсацію здійснюють будь-яким придатним способом, однак, звичайно здійснюють шляхом зниження температури газу, так що рідка водна фаза конденсується з газу, що містить аромат і воду. Застосовувана температура буде залежати від тиску в системі і рівня вологості в газі, що місить аромат і воду. Як правило, газ, що містить аромат і воду, конденсується при температурі від 0 до 40 °C, наприклад, від 5 до 30 °C, або наприклад від 5 до 20 °C. Тиск, як правило, становить від 0.1 до 3 бар абсолютного тиску, наприклад, 0.2-2 бар абсолютного тиску, або 0.3-1 бар абсолютного тиску. Може застосовуватись будь-який відомий з рівня техніки придатний конденсатор. В переважному варіанті втілення винаходу газ, що містить аромат і воду, не піддають умовам температури і тиску, при яких вода знаходитиметься в твердій фазі (лід). В ще одному переважному варіанті втілення винаходу газ, що містить аромат і воду, під час процесу піддають мінімальній температурі вище 0 °C. Одержану шляхом конденсації газу, що містить аромат і воду, газову фазу піддають підвищенню тиску в присутності водного розчину для одержання ароматизованого водного розчину. Під підданням підвищеному тиску розуміють, що тиск підвищують в порівнянні із тиском на стадії конденсації. Переважно на стадії підвищення тиску тиск підвищують до значення від 1 до 20 бар абсолютного тиску, наприклад, 2-15 абсолютного тиску, або 2-8 абсолютного тиску. Підвищення тиску здійснюють в присутності водного розчину. Під цим розуміють, що газова фаза контактує із водним розчином під час підвищення тиску. Підвищення тиску в присутності водного розчину призводить до переходу ароматичних сполук із газової фази у водну вазу для одержання ароматизованого водного розчину, і, водночас, водний розчин може абсорбувати тепло, виділене при підвищенні тиску газу, таким чином запобігаючи занадто значному підвищенню температури, яке б відбувалося, якщо підвищення тиску здійснювали без присутності водного розчину. В переважному варіанті втілення винаходу масове співвідношення водного розчину до газу при підвищенні тиску становить від 1:1 до 10000:1, наприклад, від 3:1 до 5000:1. Для мінімізації розпаду ароматичних сполук газову фазу переважно піддають максимальній температурі нижче 60 °C, наприклад, нижче 50 °C, або нижче 30 °C. Підвищення тиску можна здійснювати у придатній ємності або пристрої. Поверхня і час контакту між газовою фазою і водним розчином мають бути достатніми для уможливлення ефективної передачі ароматичних сполук з газової фази у рідку водну фазу і для уможливлення утримання температури в бажаному діапазоні. Температуру під час підвищення тиску можливо, наприклад, утримувати на бажаному рівні шляхом циркуляції водного розчину через охолоджувальний пристрій для видалення тепла, утвореного при підвищенні тиску газової фази. Водний розчин, наявний при підвищенні тиску, може бути будь-яким придатним водним розчином, наприклад, водою або кавовим екстрактом. В переважному варіанті втілення наявний під час підвищення тиску водний розчин включає всю рідку водну фазу, одержану при конденсації газу, що містить аромат і воду, або її частину. У такий спосіб конденсована рідка водна фаза, яка вже містить низько- і середньолеткі ароматичні кавові компоненти, що були конденсовані із водою на стадії конденсації, можливо додатково ароматизувати шляхом переміщення високолетких ароматичних сполук до неї із газової фази, так що можуть застосовуватись як аромат, конденсований на стадії конденсації, так і переміщений з газової фази при підвищенні тиску аромат. В переважному варіанті втілення винаходу підвищення тиску в присутності водного розчину здійснюють у рідинно-кільцевому компресорі. Рідинно-кільцевий компресор стискає газ шляхом обертання лопатевого колеса ексцентрично до циліндричного корпусу. Водний розчин подають на насос і, шляхом прискорення центрифугою, утворюють рухоме циліндричне кільце напроти внутрішньої частини корпуса. Таке рідинне кільце утворює серію ущільнень в просторі, які утворюють камери компресії. Ексцентричне відхилення між віссю обертання колеса та геометричною віссю корпуса призводить до циклічної зміни об'єму, утвореного між лопатями і кільцем водного розчину. Газова фаза входить в насос через впускний порт на одному кінці корпуса, де об'єм камер компресії, утворених між лопатями лопатевого колеса і рідинним кільцем, є найбільшим, і газ вловлюється у камерах компресії. Зменшення об'єму, викликане обертанням лопатевого колеса, стискає газ, і стиснутий газ виходить з компресора через випускний порт на іншому кінці корпуса, де об'єм камер компресії є найменшим. Робота рідиннокільцевого компресора проілюстрована на Фіг. 1 (примітка: слід навести фігуру, що ілюструє рідинно-кільцевий компресор). Для контролю температури в рідинно-кільцевому компресорі 2 UA 108632 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 водний розчин переважно обертається навколо зовнішнього теплообмінника. Система рідиннокільцевого компресора може працювати безперервно. Можна застосовувати два або більше рідинно-кільцевих компресора що працюють по черзі. Коли водну рідку фазу, одержану конденсацією газу, який містить аромат і воду, застосовують як водний розчин в рідиннокільцевому компресорі, така рідка фаза може бути додатково ароматизована і водночас застосовуватися як технічна і охолоджуюча рідина для рідинно-кільцевого компресора. Газова фаза, що виходить з рідинно-кільцевого компресора, може вловлювати деяку рідину. Така рідина може бути відділена від газу і подана назад до водної рідкої фази. Одержаний ароматизований водний розчин можна застосовувати для надання кавового аромату, наприклад, харчовим продуктам, де він необхідний. Якщо він не застосовується негайно, ароматизований водний розчин переважно може зберігатися від тиском до використання. Можна застосовувати будь-який придатний тиск, наприклад, в діапазоні від 1 до 20 бар абсолютного тиску. Переважно тиск зберігання є таким же, як і тиск в компресорі. Спосіб згідно даного винаходу може застосовуватися у виробництві розчинної кави в багатьох варіантах. Наприклад, одержаний ароматизований водний розчин може застосовуватися для ароматизації кавового екстракту шляхом змішування ароматизованого водного розчину із кавовим екстрактом. Крім того, з такого ароматизованого кавового продукту може бути одержаний висушений розчинний кавовий продукт шляхом висушування ароматизованого екстракту способами, добре відомими з рівня техніки для висушування кавових екстрактів, наприклад, шляхом розпилювального висушування або сублімації. Газ, що містить аромат з обсмаженої і меленої кави і воду, також звичайно містить діоксид вуглецю з кавових зерен. Наприклад, так відбувається у випадку, якщо газ одержаний шляхом відгонки обсмаженої і меленої кави, як описано вище. Діоксид вуглецю може повністю або частково переміщуватися у водний розчин при підвищенні тиску. При виробництві сухої розчинної кави такий діоксид вуглецю може застосовуватися для регулювання густини готового продукту, наприклад, якщо ароматизований водний розчин, що містить діоксид вуглецю, змішують із кавовим екстрактом, який слід висушити. Кількість доданого до екстракту діоксиду вуглецю і, відтак, густину кавового екстракту фахівець з рівня техніки може легко контролювати шляхом регулювання параметрів процесу, тобто, тиску і температури при підвищенні тиску, як і кількість ароматизованого водного розчину, яку змішують з екстрактом. Таким чином, спосіб згідно винаходу може прибрати або зменшити потребу у додаванні діоксиду вуглецю із зовнішніх джерел, що часто роблять при виробництві розчинної кави для досягнення бажаної густини розчинного кавового порошку. Густина розчинного кавового порошку є важливою, наприклад, для характеристик розчинності, а також для забезпечення сталого дозування порошку при приготуванні кави. Спосіб згідно винаходу може, наприклад, застосовуватись для виробництва розчинного кавового екстракту, наприклад, як проілюстровано на фіг. 2. Виробництво розчинного кавового порошку добре відоме з рівня техніки, і часто включає стадію обсмажування зелених кавових дерен, їх помел, відновлення аромату з обсмажених і мелених зерен в формі газу, що містить аромат обсмаженої і меленої кави і воду, екстрагування обсмажених і мелених кавових зерен із водою, концентрацію кавового екстракту шляхом випаровування і висушування кавового екстракту до порошку, наприклад, розпилювальним висушуванням або сублімацією. Спосіб згідно винаходу може застосовуватись для одержання ароматизованого водного розчину з газу, що містить аромат з обсмаженої і меленої кави і воду, і такий розчин можна додати до концентрованого кавового екстракту до висушування. Відповідно, в одному з варіантів втілення спосіб згідно винаходу додатково передбачає змішування ароматизованого водного розчину, одержаного на стадії c), із кавовим екстрактом В ще одному варіанті втілення винаходу спосіб згідно винаходу включає висушування такого кавового екстракту після змішування із ароматизованим водним розчином для одержання сухого розчинного кавового екстракту. В одному з варіантів втілення винаходу обсмажену і мелену каву попередньо зволожують водним розчином до відгонки парою аромату з кавової маси. Газ, що містить аромат з обсмаженої і меленої кави і воду, одержаний при відгонці кави, конденсують для одержання рідкої водної фази і газової фази; і зазначену газову фазу піддають підвищенню тиску в присутності зазначеної рідкої водної фази для одержання ароматизованого водного розчину, переважно, у рідинно-кільцевому компресорі. Одержаний ароматизований водний розчин потім подають назад і застосовують для попереднього зволоження обсмаженої і меленої кави, що надходить в систему для відгонки. ПРИКЛАДИ Приклад 1 Відгонка аромату 3 UA 108632 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Відгонка із суміші обсмажених і мелених кавових зерен Арабіка і Робуста була здійснена згідно WO 01/13735 у змішувальній камері в умовах вакууму, причому вода була розпилена на кавову масу для її зволоження, а пару було інжектовано через дно міксера для утворення газу, що містить кавовий аромат і воду. Газ був видалений із змішувальної камери і поданих в конденсатор, що працює при приблизно 10 °C, для одержання ароматизованої рідкої водної фази і газової фази. Екстрагування Піддану відгонці обсмажену і мелену каву екстрагували в багатостадійній системі екстракції, як описано у EP 0826308, для одержання рідкого кавового екстракту. Екстракт був концентрований у стандартній випаровувальній установці, і концентрований екстракт був висушений до одержання розчинного кавового порошку за допомогою сублімації. Зразок A (порівняльний) Газову фазу, одержану з конденсатора вищеописаним способом, подали в кріогенний конденсатор, що працює при нижче -100 °C для одержання ароматичного інею. Цей ароматичний іній, а також одержану з конденсатора рідку водну фазу додали до концентрованого екстракту, що залишає випаровувальну установу до сублімації. Кількість застосовуваного для встановлення густини CO2 варіювалася від 2.5 г CO2/ кг обсмаженої і меленої кави. Зразок B Відгонку аромату і екстракцію здійснювали, як описано вище, із застосуванням кавових зерен суміші згідно зразку A. Газову фазу, одержану з конденсатора вищеописаним способом, подали у рідинно-кільцевий конденсатор і стиснули до тиску 350-900 міллібар абсолютного тиску при температурі 12 °C. Рідку воду фазу, одержану з конденсатора, застосовували як рідину у рідинно-кільцевому конденсаторі, вона циркулювала через теплообмінник для утримання температури в діапазоні 12-20 °C. Ароматизовану рідку фазу, що виходить з рідиннокільцевого компресора, додавали до концентрованого кавового екстракту, що виходить з випаровувальної установки, до сублімації. Газ, що виходить з рідинно-кільцевого компресора, скидають. Кількість застосовуваного для встановлення густини CO 2 становила 1.5 г CO2/ кг обсмаженої і меленої кави. Сенсорна оцінка Одержані вищеописаним способом розчинні кавові порошки були розчинені у воді при 80 °C в концентраціях 1.7 г/100 мл. Комісія з 12 фахівців здійснила сліпу оцінку обох зразків двічі, застосовуючи стандартний перелік характеристик. Зразок B мав значно вищі показники загального аромату, загального смаку, кавового аромату і кавового смаку, ніж зразок A. Приклад 2 Чотири зразки розчинної кави були одержані тим же способом, як зразок B з прикладу 1, крім того, що температура компресії становила 12 °C, 15 °C, 20 °C, і 25 °C, відповідно. Зразки були відновлені у гарячій воді, були проведені два незалежні трикутникові тести на відмінності, із порівнянням зразку при 12 °C із зразком при 15 °C, а також зразку при 12 °C із зразком 25 °C, із залученням комісій, що складаються із 37 і 34 досвідчених дегустаторів відповідно. Тести показали відсутність істотної різниці між зразками. Приклад 3 П'ять зразків розчинної кави були виготовлені тим же способом, як і зразок B прикладу 1 вище, за виключенням того, що тиск компресії становив 2 бар, 3 бар, 4 бар, 5 бар, і 6 бар відповідно (абсолютний тиск). Відновлення основних ароматичних сполук в зразках розчинної кави оцінили шляхом відносного підрахунку маркерних сполук методом мікроекстракції твердої фази-газової хроматографії/масової спектрометрії на пристрої Agilent 7890/5975 GC/MS із DB-Wax GCколонною (60 м x 0.25 мм x 0.25 мкм). Результати були оцінені в % кількостей, встановлених у зразках, одержаних при компресії 2 бар. Стандартне відхилення в 3 зразках виникло завдяки помилкам у бар. Наступні ароматичні сполуки були оцінені. Результати показані на фігурах 3 і 4. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 1. Спосіб одержання ароматизованого водного розчину, який передбачає: a) одержання газу, що включає аромат з обсмаженої і меленої кави і воду, b) конденсацію газу, що включає аромат і воду, для одержання рідкої водної фази і газової фази, і c) піддавання одержаної на стадії b) газової фази підвищенню тиску в присутності водного розчину для одержання ароматизованого водного розчину, 4 UA 108632 C2 5 10 15 20 d) змішування ароматизованого водного розчину, одержаного на стадії с), із кавовим екстрактом. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що водний розчин, наявний під час підвищення тиску на стадії с), включає всю одержану на стадії b) рідку водну фазу або її частину. 3. Спосіб за будь-яким з пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що газ, який включає аромат і воду, конденсують при температурі від 0 до 40 °C. 4. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що газ, що включає аромат і воду, конденсують при тиску від 0,1 до 3 бар абсолютного тиску. 5. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що одержану на стадії b) газову фазу піддають підвищеному тиску від 2 до 20 бар абсолютного тиску на стадії с). 6. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що одержану на стадії b) газову фазу піддають максимальній температурі від 0 до 50 °C під час підвищення тиску на стадії с). 7. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що підвищення тиску на стадії с) виконують в рідинно-кільцевому компресорі. 8. Спосіб за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що газ, що включає аромат з обсмаженої і меленої кави і воду, одержують шляхом відгонки аромату з обсмаженої і меленої кави із газом, переважно, парою. 9. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що обсмажену і мелену каву зволожують до і/або під час відгонки газом. 10. Спосіб одержання сухого екстракту розчинної кави, який відрізняється тим, що ароматизований кавовий екстракт, одержаний способом за п. 8, висушують. 25 5 UA 108632 C2 Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6