CC BY
145
УДК 663.938.8
Определение
экстрактивных веществ кофе
И. Д. Щеголева,
канд. техн. наук, доцент; М. Б. Мойсеяк,
канд. техн. наук, доцент Московский государственный университет пищевых производств
Кофе — один из наиболее любимых напитков россиян, пользующийся устойчивым спросом. Он содержит разнообразные биологически активные вещества, стимулирующие работу головного мозга, центральной нервной системы, повышающие общий тонус, настроение человека, умственную и физическую работоспособность [1-4]. Богатство и индивидуальность аромата и вкуса сваренного кофе, его биологическая ценность обусловлены наличием сложного комплекса химических компонентов, одни из которых изначально присутствуют в сырых кофейных зернах, другие образуются при обжаривании зерен и варке напитка [1-5].
Наиболее полезные для человека вещества сосредоточены в водной фазе готового продукта — экстракте. Поэтому один из основных показателей качества кофе — содержание в нем экстрактивных веществ. В кофейной промышленности этот показатель определяют методом ГОСТ Р 52088-2003 «Кофе натуральный жареный. Технические условия» [6]. Оценивают количество экстрактивных веществ, извлеченных из навески размолотого кофе массой 10,0 г кипящей дистиллированной водой объемом 100-150см3 в течение 5 мин и отделенных от оставшихся твердых частиц навески фильтрацией. Допускаются два варианта анализа. По первому, основному, варианту определенную порцию экстракта выпаривают, высушивают до постоянной массы и вычисляют массовую долю выделенных экстрактивных веществ в исследуемом образце. По второму, ускоренному, варианту в приготовленном кофейном экстракте определяют концентрацию сухих веществ с помощью
рефрактометра, после чего вычисляют массовую долю выделенных экстрактивных веществ в образце кофе. Общая продолжительность анализа по первому варианту составляет 5-6 ч, по второму — 1-1,5 ч. Как показывает опыт, определить концентрацию сухих веществ в кофейном экстракте с помощью рефрактометра бывает трудно из-за интенсивной окрашенности экстракта — это снижает точность результатов.
Таким образом, рекомендуемые методы определения содержания экстрактивных веществ кофе либо трудоемки и продолжительны по времени, либо не дают необходимой точности измерения. Поскольку экстракция кофе — важный технологический процесс в кофейной промышленности (в производстве растворимого кофе) и определяет полноту использования биологически ценных компонентов кофе потребителем, для изучения и оптимизации этого процесса необходим более простой метод, дающий стабильные и достоверные результаты. В этом направлении были проведены исследования. За основу было взято определение массовой доли сухих веществ навески кофе, переходящих в горячую воду в режиме реальной (по времени) варки или заваривания в чашке. Данный показатель рекомендуется называть «выходом экстрактивных веществ кофе», так как он не отражает максимально возможное извлечение экстрактивных веществ из образца кофе, а характеризует сумму тех питательных веществ, которые получает человек при потреблении этого напитка.
Разработанный метод предусматривает извлечение экстрактивных веществ из навески кофе горячей водой в течение заданного времени, отделе-
36 ПИВО и НАПИТКИ 2014
ние экстракта фильтрованием, высушивание и взвешивание нерастворимого осадка кофе вместе с фильтром, вычисление массы экстрактивных веществ по разности масс сухих веществ навески и осадка и расчет выхода экстрактивных веществ кофе по формуле
X = —т— 100, (1)
т
где т — масса сухого вещества навески кофе, г; т1 — масса сухого вещества осадка кофе, г.
Разработка метода определения выхода экстрактивных веществ кофе включала следующие этапы: выбор типа фильтра, режима его подготовки и режима фильтрации; выбор массы навески кофе для экстракции; выбор режима сушки фильтра с осадком кофе; выбор способа экстракции; определение возможности использования метода для образцов кофе, приготовленных по разной технологии; сопоставление результатов предлагаемого метода и метода ГОСТ Р 52088-2003 [6].
В работе использовали три образца кофе, приготовленного по разной технологии: кофе в зернах (размол на лабораторной мельнице), сорт «Арабика», мексиканская обжарка; кофе молотый для варки, сорт «Арабика», торговая марка «Черная карта»; кофе молотый для заваривания в чашке, сорт «Арабика», торговая марка «РиН§». По органо-лептическим и физико-химическим показателям образцы кофе соответствовали нормам ГОСТ Р 52088-2003 «Кофе натуральный жареный. Технические условия» [4].
На первом этапе работы выбирали тип используемого фильтра, режим его подготовки и фильтрации. Были взяты бумажные обеззоленные фильтры ФС «белая лента», «синяя лента», «красная лента» диаметром от 70 до 110 мм, соответствующие нормам изготовления и хранения ТУ 2642 001 68085491-2011. Необходимую полноту отделения осадка при наименьшем времени фильтрации обеспечивали фильтры «белая лента» и «красная лента» диаметром 90-110 мм. В дальнейших опытах использовали фильтры «белая лента» диаметром 110 мм. Подготовка фильтров к применению состояла в их предварительном высушивании, которое выполняли в сушильном шкафу СЭШ 3М при температуре 130 °С в металлических бюксах в течение 30 мин — основное высушивание, с последующим досушиванием в течение 30 мин. После извлечения из сушильного шкафа фильтры с бюксами охлаждали в эксикаторе и взвешивали. Массу выражали в граммах с точностью до второго десятичного знака. Было проведено шесть параллельных испытаний. Установлено, что в течение первых 30 мин происходит уменьшение массы фильтра с бюксом за счет испарения остаточной влаги, потеря массы составляет от 0,22 до 0,35 %, в среднем 0,27%. На основании результатов опытов была выбрана следующая методика подготовки фильтров: фильтры ФС «белая лента» или «красная лента» диаметром 90-110 мм высушивают в металлических бюксах в сушильном шкафу при температуре 130 °С в течение 30 мин.
Таблица 1
Показатель фильтрации Фильтрация с принудительной откачкой воздуха Естественная фильтрация
Скорость фильтрации Высокая Средняя
Потеря осадка кофе Значительные потери Нет
Сохранение целостности фильтра Высокая вероятность прорыва фильтра Целостность фильтра сохраняется
Возможность одновременной фильтрации нескольких образцов Нет Да
Таблица 2
Масса навески кофе, г Масса сухого осадка после высушивания 1,5 ч, г Масса сухого осадка после досушивания 0,5 ч, г Масса сухого осадка после повторного досушивания 0,5 ч, г
2 1,54 1,51 1,50
2 1,62 1,47 1,47
2 1,59 1,53 1,53
5 7,83 6,02 5,54
5 6,45 5,10 4,87
5 6,76 5,61 5,23
КОНТРОЛЬКАЧЕСТВАГ
Для определения режима фильтрации сравнивали основные лабораторные варианты: фильтрация с принудительной откачкой воздуха в колбу Бунзена и естественная фильтрация (табл. 1).
Использование естественной фильтрации по сравнению с принудительной откачкой воздуха при ее проведении снижает вероятность получения ошибочных данных и время на проведение анализа нескольких образцов. В результате была выбрана естественная фильтрация кофейной суспензии.
Далее определяли необходимую массу анализируемой навески кофе. Учитывали следующие требования: расход исследуемого материала (минимальный); соотношение величины навески кофе и объема экстрагента, обеспечивающее наибольший выход экстрактивных веществ; продолжительность высушивания осадка кофе после фильтрации (наименьшая). Были взяты варианты навески кофе от 2 до 5 г. Выбранный диапазон обусловлен следующими соображениями: масса навески более 5 г неприемлема из-за необходимости продолжительных фильтрации и высушивания осадка; навеска менее 2 г недостаточна в сравнении с массой фильтра, она не обеспечивает точность результатов. При проведении опытов экстракцию из навески кофе проводили завариванием 50 см3 кипящей дистиллированной воды в стеклянном стаканчике вместимостью 100-150 см3 с последующим настаиванием кофейной суспензии в течение 5 мин. Затем суспензию быстро охлаждали до температуры 20 °С и фильтровали через подготовленный бумажный фильтр. Осадок кофе, оставшийся на стенках стаканчика, переносили на фильтр 50 см3 дистиллированной воды комнатной температуры. Фильтры с осадком кофе высушивали в металлических бюксах в сушильном шкафу СЭШ 3М при температуре 130 °С в следующем режиме: 1,5 ч — основное высушивание с последующими двумя досушиваниями продолжительностью 0,5 ч каждое. Извлеченные из сушильного шкафа бюксы с фильтром и осадком кофе взвешивали. Массу выражали в граммах с точностью до второго десятичного знака. Вычисляли массу сухого осадка кофе. Опыты выполняли с использованием трех указанных выше образцов кофе. Для всех образцов была выявлена общая закономерность, представленная в табл. 2 для образца кофе молотого для варки сорта «Арабика» торговой марки «Черная карта».
2014 ПИВО и НАПИТКИ 37
КОНТРОЛЬКАЧЕСТВА"
Из табл. 2 видно, что при массе навески кофе 5 г требуется значительный, более 2,5 ч, интервал времени, а для 2 г — не более 2,0 ч. В опыте с навеской 2 г расхождение между массой сухого осадка кофе каждой пробы и средним значением этого показателя составило не более 2%, а в опыте с навеской 5 г — 6%. На основании этих результатов, а также с учетом других вышеназванных условий была выбрана навеска кофе 2 г.
Рассмотренный в предыдущем опыте (см. табл. 2) многоэтапный режим высушивания осадка кофе сложен и нерационален по затратам времени. Для его оптимизации испытывали вариант с увеличением времени основного высушивания до 2 ч.
При увеличении времени основного высушивания до 2 ч отпадает необходимость в досушивании фильтра с осадком кофе, что снижает затраты времени на проведение анализа, осадок высыхает после однократного высушивания. Этот режим был выбран для анализа навески кофе.
На основании проведенных исследований составлена следующая методика определения выхода экстрактивных веществ кофе. Навеску кофе массой 2 г помещают в стеклянный стаканчик вместимостью 100-150 см3, заливают 50 см3 кипящей дистиллированной во-
ды и настаивают при комнатной температуре в течение 5 мин, охлаждают до температуры 20 °С и фильтруют через предварительно подготовленный (высушенный и взвешенный) бумажный фильтр. Осадок кофе, оставшийся на стенках стаканчика, переносят на фильтр 50 см3 дистиллированной воды комнатной температуры. Фильтр с осадком кофе высушивают в сушильном шкафу при температуре 130 °С в течение 2 ч, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Результаты взвешивания выражают в граммах с точностью до второго десятичного знака. Рассчитывают массу сухого осадка кофе. С учетом влажности исходного образца кофе определяют массу сухого вещества навески. После этого по формуле (1) вычисляют выход экстрактивных веществ кофе.
По изложенной методике проводили анализ трех образцов кофе, изготовленных по разной технологии: кофе в зернах (размол на лабораторной мельнице), сорт «Арабика», мексиканская обжарка; кофе молотый для варки, сорт «Арабика», торговая марка «Черная карта»; кофе молотый для заваривания в чашке, сорт «Арабика», торговая марка «РиН§». Средний выход экстрактивных веществ составил: для образца № 1 — 22,09%, образца № 2 — 25,88%, образца
Таблица 3
Способ № пробы Масса сухого осадка кофе, г Масса сухих веществ навески кофе, Выход экстрактивных веществ кофе, %
экстракции перешедших в экстракт, г в пробе средний
Настаивание 5 мин 1 1,51 0,49 25,79
2 1,49 0,51 26,84 26,32
3 1,50 0,50 26,32
Настаивание 30 мин 1 1,49 0,51 26,84
2 1,49 0,51 26,84 27,02
3 1,48 0,52 27,37
Кипячение 5 мин 1 1,45 0,55 28,95
2 1,45 0,55 28,95 28,95
3 1,45 0,55 28,95
Таблица 4
Образец кофе № пробы Масса сухого осадка кофе, г Масса сухих веществ навески кофе, Выход экстрактивных веществ кофе, %
перешедших в экстракт, г в пробе средний
1 1,51 0.40 25,26
Кофе в зернах 2 1,50 0,50 25,77 25,26
3 1,52 0,48 24,74
Кофе молотый для варки 1 1,45 0,55 28,35
2 1,45 0,55 28,35 28,35
3 1,45 0,55 28,35
Кофе молотый для заваривания 1 1,46 0,54 28,42
2 1,47 0,53 27,89 28,24
в чашке 3 1,46 0,54 28,42
№ 3 — 27,02%. Полученные результаты соответствуют достоверному интервалу содержания экстрактивных веществ в кофейных зернах — от 20 до 29% [5, 6]. Максимальный выход экстрактивных веществ при пятиминутном заваривании получен у кофе молотого для заваривания в чашке, что соответствует его технологическим характеристикам. Для разных образцов кофе величина отклонения от среднего значения определяемого показателя составила (за 100% взята среднеарифметическая величина показателя по каждому образцу): образец № 1 — максимальная 1,50 средняя 0,23%; образец № 2 — максимальная 0,52, средняя 0,35%; образец № 3 — максимальная 0,34, средняя 0,24%. Следовательно, для тех продуктов, в приготовлении которых предусмотрена варка — кипячение (образцы № 1 и 2), режим экстракции завариванием не вполне отражает потенциальный выход экстрактивных веществ. Исходя из этого, дополнительно сравнивали несколько вариантов экстракции кофе: пятиминутное заваривание (использовано в предыдущих опытах); 30-минутное заваривание; пятиминутное кипячение. Полученные результаты для образца кофе молотого для варки сорта «Арабика» торговой марки «Черная карта» отражены в табл. 3.
Из табл. 3 видно, что экстракция пятиминутным кипячением по сравнению с коротким (5 мин) или продолжительным (30 мин) завариванием дает наиболее достоверные данные и максимальный выход экстрактивных веществ. Из этого следует, что при определении выхода экстрактивных веществ кофе способ экстракции пятиминутным кипячением наиболее предпочтителен. В табл. 4 представлены результаты определения выхода экстрактивных веществ кофе предлагаемым способом (с экстракцией пятиминутным кипячением) для образцов кофе, приготовленных по разной технологии. Полученные величины выхода экстрактивных веществ кофе стабильны, имеющиеся отклонения не превышают 0,52 % от среднего значения для образца (или 2%, если средний результат принят за 100%). Максимальный выход экстрактивных веществ имел кофе молотый для варки и кофе молотый для заваривания в чашке.
Проведены сравнения результатов определения экстрактивных веществ
38 ПИВО и НАПИТКИ 2014
ЧОНТРОЛЬКАЧЕСТВА
Образец кофе
Определение экстрактивных веществ, %, методом
ГОСТ предлагаемым
в пробе средний в пробе средний
Таблица В
Отклонение,
%
Кофе в зернах 1 25,77 25,26
2 25,77 25,43 25,77 25,26 0,17
3 24,74 24,74
Кофе молотый для варки 1 27,83 28,35
2 27,83 27,83 28,35 28,35 0,52
3 27,87 28,35
Кофе молотый для заваривания 1 28,42 28,42
2 27,37 27,72 27,89 28,24 0,52
в чашке 3 27,37 28,42
образцов кофе, приготовленного по разной технологии, предлагаемым и стандартным методами (табл. 5). Получено минимальное отклонение, не более 0,52%, между средними результатами анализов, проведенных методом ГОСТ Р 52088-2003 и предлагаемым методом.
На основании проведенных исследований предложен метод оценки качества кофе жареного по показателю «выход экстрактивных веществ», который определяют следующим способом. Навеску кофе (кофе в зернах размалывают) кипятят, суспензию охлаждают до температуры 20 °С и фильтруют через предварительно подготовленный
(высушенный и взвешенный) бумажный фильтр. Осадок кофе, оставшийся на стенках стаканчика, переносят на фильтр 50 см3 дистиллированной воды комнатной температуры. Фильтр с осадком кофе высушивают в сушильном шкафу при температуре 130 °С в течение 2 ч, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Результаты взвешивания выражают в граммах с точностью до второго десятичного знака. Рассчитывают массу сухого осадка кофе. С учетом влажности исходного образца кофе определяют массу сухого вещества навески. После этого по формуле (1) вычисляют выход экстрактивных веществ кофе.
Предложенный метод дает достоверные результаты, позволяет оценить потребление экстрактивных веществ кофе при режиме реального заваривания, сократить время анализа экстрактивных веществ кофе, уменьшить количество основных операций и расход анализируемого кофе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Куликова, Н. Р. Товароведение и экспертиза кофе: учебное пособие/Н. Р. Куликова. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко», 2010. — 168 с.
2. Шамба, Н. Т. Кофе/Н. Т. Шамба. — М.: Издательство Жигульского, 2002. — 128 с.
3. Холмогорова, Г. Т. Кофе: польза или вред?/ Г. Т. Холмогорова // Врач. — 2004. — № 9.
4. Brice, C. F. Effects of coffeine on mood and performance: a study of realistic consum-ption/C. F. Brice, A. P. Smith // Psycho-pharmacology (Berl). — 2002. — № 164 (2). — Р. 188-192.
5. Татарченко, И. И. Химия субтропических и пищевкусовых продуктов: учебное пособие/И. И. Татарченко, И. Г. Мохначев, Г. И. Касьянов. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 256 с.
6. ГОСТ Р 52088-2003 «Кофе натуральный жареный. Общие технические условия. Библиотека ГОСТов Системы ТЭКСЕРТ. http://ntb.ru/gost/pages. (Sí
№ пробы
Определение экстрактивных веществ кофе
Ключевые слова
кофе в зернах; кофе молотый для варки; метод определения; экстрактивные вещества.
Реферат
Статья посвящена разработке ускоренного способа определения наиболее важного показателя кофе — экстрактивных веществ. Задача, поставленная в данной работе, соответствует актуальному направлению разработок в области пищевой технологии — созданию ускоренных методов определения физико-химических показателей сырья и готовой продукции. Поскольку экстракция кофе является важным технологическим процессом в кофейной промышленности и определяет полноту использования биологически ценных компонентов кофе потребителем, для изучения и оптимизации этого процесса необходим более простой метод, дающий стабильные и достоверные результаты. Были проведены исследования в этом направлении. Авторы статьи на основании проведенных исследований разработали ускоренный метод оценки качества кофе жареного по показателю «выход экстрактивных веществ».
Предложенный метод дает достоверные результаты, позволяет оценить потребление экстрактивных веществ кофе при режиме реального заваривания, сократить время анализа экстрактивных веществ кофе, уменьшить количество основных операций и расход анализируемого кофе.
Авторы
Щеголева Ирина Дмитриевна, канд. техн. наук, доцент; Мойсеяк Марина Борисовна, канд. техн. наук, доцент Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, shegoleva.id@yandex.ru
Determination of Coffee Extractive Substances
Key words
coffee; method of determining; extractives.
Abstract
Article is devoted to the development of rapid method for determining the most important indicator of coffee — extractives. Problem posed in this paper matches the actual direction of developments in the field of food technology — accelerated the establishment of methods for the determination of physico-chemical parameters of raw materials and finished products. Because the extraction of coffee is an important process in the coffee industry and determines the completeness of use of biologically valuable components of coffee consumer, for the study and optimization of the process, a more simple method yielding stable and reliable results. Studies have been conducted in this direction. Authors on the basis of studies have developed an accelerated method of assessing the quality of roasted coffee in terms of «yield extractives». The proposed method gives reliable results, allows us to estimate the consumption of extractives in real coffee brewing, reduce analysis time extractives coffee, reduce the number of basic operations and the flow of the analyzed coffee.
Authors
Schegoleva Irina Dmitrievna, Candidate of Technical Scienc, Associate Professor; Moiseyak Marina Borisovna, Candidate of Technical Science, Associate Professor Moscow State University of Food Production,
11 Volokolamskoe shosse, Moscow, 125080, Russia, shegoleva.id@yandex.ru
2014 ПИВО и НАПИТКИ 39
