CC BY
198
1-4. 1999 First UK landing by new tTawler / / Fish. News Intern. - 1989. - 1. - P. 4.
13. Борисочкина Л.И. Использование рыбного фарша в производстве различных пишевых продуктов за рубежом // Экспресс-информ. ВНЙИЭРХ.. - 1990. — Вып. 3. — С. 1 — 12.
14. Сборник технологических инструкций по производству рыбных консервов и пресервов. Ч. 2. - Л., 1989. - 166 с.
Кафедра технологии мясных к рыбных продуктов
Поступила 08.05.01 г.
663.933.002.237
ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА КОФЕПРОДУКТОВ
Р.Г. ГАРГИЯНЦ, Г.И. КАСЬЯНОВ, Н.А. КУДРЯШОВ,
И.И. ТАТАРЧЕНКО
Кубанский государственный технологический университет
В настоящее время во всем мире увеличивается производство кофепродуктов, в том числе и кофейных напитков на основе кофе, цикория, хлебных злаков и других видов сырья. В связи с этим совершенствование технологии производства кофепродуктов в последние годы получает все большее развитие. Большое число кофейных фирм и организаций, как за рубежом, так и в России, проводят исследования, направленные на создание новых технологических режимов, учитывающих особенности конкретного сырья, а также методов контроля, способствующих оптимизации всего технологического цикла производства того или иного кофепродукта.
Зерно кофе имеет сложный химический состав: оно содержит приблизительно 2000 химических соединений, которые в совокупности определяют отличительный аромат и вкус кофе. В процессе обжаривания содержание химических веществ в зерне изменяется (таблица).
Кофе — главный, а иногда и единственный компонент большинства кофепродуктов, производимых во всем мире. Все другие виды растительного сырья, используемые для производства кофепродуктов, появились лишь как заменители кофе и в большинстве случаев уступают ему по своим качественным характеристикам.
В зависимости от сырья и технологии переработки кофепродукты подразделяют на следующие
группы: кофе натуральный жареный в зернах и молотый, кофе натуральный растворимый, кофейные напитки нерастворимые, кофейные напитки растворимые порошкообразные, кофейные напитки растворимые пастообразные, кофе без кофеина, кофе и кофейные напитки с молоком.
Для получения столь широкой гаммы кофепродуктов необходимо правильно проводить такие технологические операции, как первичная обработка сырья, приемка и сепарация, обжаривание, ароматизация, размол и просеивание, смешивание компонентов, экстракция, декофеинизация, сушка экстракта, упаковка, хранение и переработка отходов. Кроме того, на различных этапах производства могут применяться технологические приемы, направленные на улучшение качества кофепродуктов или придание им своеобразных вкусоароматических характеристик.
На этапе первичной обработки кофейных плодов предложен новый «полусухой» способ обработки [1]. По этому способу плоды кофе промывают и отделяют всплывшие (сухие бобы) от спелых и недозрелых плодов. Затем последние пропускают через специальную машину, которая отделяет зеленые плоды и удаляет пульпу со спелых плодов кофе. Сухие бобы, недозрелые и очищенные от пульпы, спелые бобы кофе затем сушат отдельно на воздухе или в ротационной сушилке. Предлагаемый способ позволяет улучшить качество сырья и получить сырой кофе без черных и зеленых зерен.
Для усовершенствования процесса сортировки используются электронно-оптические сортировоч-
‘ ■ ■ ■ - - Таблица
Химический состав Содержание в кофе Арабика, % СВ
сыром обжаренном
Кофеин О со "►С* 1,01,6
Растворимые вещества " 612,5 6,216,5 --і .
■ Нерастворимые вещества •■.- 3453 ;; і-' 1021
Различные кислоты . , ... . . - • .. ; 811 1.27Д .
Хлорогеновая кислота ' '■ : 79 . 0,23,5
Протеины ' ;ї': ! ■ 913 1315
Липиды .--Г ■ Ні ' 1518 15,520
I
г
ц
с
3
п
с
II п н
4
и
Л(
ч
рг
2<
де
Л)
то
ет
бй
ЖІ
СИ
об
ст.
сн
и
ст
Ре
тр
CT1
і
ные машины, сортирующие зерна на стандартные и не стандартные в зависимости от их цвета.
В Италии разработан прибор для автоматической классификации зеленого кофе, он позволяет определять колориметрические и рассеивающие характеристики образцов кофе, автоматически классифицировать партии кофе по заданным критериям или по международному стандарту в зависимости от числа отобранных дефектных бобов, закладывать информацию по анализируемым образцам в банк данных.
Немецкие исследователи изучили возможность применения водяного пара для улучшения качества кофе [2]. Запатентованный ими способ предусматривает обработку сырых бобов паром при повышенном давлении и температуре до 140 °С. При этом влажность бобов повышается до 18%, после чего следует подсушка до конечной влажности 11,5%.
Процесс обжаривания является главной операцией при производстве всех видов кофепродуктов. От правильного выбора режимов обжаривания зависит ход сложных биохимических реакций, протекающих в сырье, и в конечном счете - качество полученного продукта.
До середины XIX в. кофе обжаривали небольшими партиями в домашних условиях. С ростом потребления напитка начали внедряться обжароч-ные машины, в которых вращающиеся цилиндрические емкости обогревались углем. В начале XX в. для обжаривания кофе стали использовать газ. За последние 50 лет были открыты способы обжаривания в электромагнитном поле (диэлектрический способ), с помощью энергии ионизирующих излучений, терморадиационный способ обжаривания инфракрасными лучами и др. Последние модели обжарочных машин осуществляют полный контроль за процессом и продукцией с помощью компьютеров. В некоторых из них время обжаривания составляет менее 1 мин.
Для получения кофе с повышенной экстраги-руемостью и улучшенным качеством в США предложен способ сверхбыстрого обжаривания. Он предусматривает обжаривание зерен кофе в аппарате с псевдосжиженным' слоем при температуре 290-400 °С в течение 30-120 с, быстрое охлаждение воздухом или инертным газом с целью получения порошка или хлопьев. Заваренный напиток из полученного таким способом кофе отличается пониженной горечью и более высокой стабильностью. .
При обжаривании бобов кофе в псевдосжи-женном слое процесс проходит довольно интенсивно, однако большинство современных систем оборудования не обеспечивают достаточного качества конечного продукта. Подача горячего воздуха снизу вверх, высокие скорости воздушного потока и высокие температуры способствуют хотя и быстрому, но неравномерному ходу обжаривания. Регулировать такой процесс трудно, неэкономично тратится энергия. Этих недостатков лишена конструкция, запатентованная одной из фирм США
под названием System 90 Roaster [3]. Горячий воздух в установке поступает в камеру обжаривания горизонтально. Форма камеры обеспечивает
r\ODlIA»JOnUna Cl ГЛ ПОПППОТТЛ rratlTIQ Т" Г>/-*о
v-Л . a CmiiCpa a j pci ош_
духа умеренная, что исключает перегрев отдель-ных бобов. Хорошо продумана система охлаждения, снабженная линиями рециркуляции воздуха. Установка работает быстро, экономично, обеспечивая высокое качество продукта. Глубина псев-досжиженного слоя 30-50 мм, производительность 900-3600 кг/ч, температура воздуха 240-300 °С, продолжительность обработки 120-180 с.
С целью увеличения производительности процесса обжаривания кофе на одном из австрийских предприятий проводится внедрение конструкции обжарочного аппарата, основанной на принципе рециркуляции бобов в потоке газов, благодаря чему в ней практически отсутствуют движущиеся части [4]. Устройство представляет собой установленный вертикально корпус, внутри которого выполнен бункер. По периферии бункера С: одной стороны устанавливается труба, по которой бобы под действием потока нагретого воздуха с силой выбрасываются вверх, в самом верху бункера отражаются от отбойного листа, выполненного в виде полусферы, и возвращаются в бункер. Собранные в бункере бобы под действием силы тяжести просыпаются снова в горизонтальный участок трубы, откуда потоком нагретого газа подаются в вертикальный ее участок, после чего цикл повторяется.
Усовершенствована технология получения обжаренного кофе, характеризующаяся повышенным выходом продукта и его высокими потребительскими свойствами. Суть ее в мягких условиях сушки зерен и быстром обжаривании. При этой технологии содержащаяся в зеленых бобах кофе хлорогеновая кислота разлагается и выделяется диоксид углерода, способствующий получению пористой структуры конечного продукта. Такой продукт при заварке более полно передает вкусовые вещества напитку.
В Германии предложен процесс получения порошкообразного обжаренного кофе, при котором зерна обжаривают при невысоких температурах в течение длительного времени, пока не начнут разрушаться клеточные структуры, в результате чего происходит выделение кофейного масла.- После охлаждения продукта водой производят размол на рифленых вальцах, получая продукт грубого помола, который затем вторично размалывают до величины частиц 0,1-0,3 мм. Такой кофе имеет экстрактивность на 15-20% выше, чем полученный обычным путем.
Американскими технологами изобретен новый способ обработки кофе для улучшения его вкуса, предусматривающий следующие этапы: частичную обжарку сырых зерен кофе; обработку частично обжаренных зерен кофе водно-щелочным раствором, содержащим воду и пищевую основу, при 4— 177°С в течение 5—48 ч; конечное обжаривание обработанных зерен. В отличие от обычного кофе
полученный продукт имеет лучшие вкусовые свойства и содержит меньше соединений, обусловливающих неприятный запах.
В Великобритании предложен способ обработки зерен до этапа их измельчения [5]. Он предусматривает погружение зерен кофе в растительное масло при температуре более 200 °С. Обработку зерен осуществляют в течение 40-180 с, после чего их подвергают быстрому охлаждению с использованием воды. Затем зерна помещают в центрифугу для удаления избыточного количества воды и масла с их поверхности. До термообработки зерна намачивают в холодной воде. В качестве растительного масла предпочтительно используется арахисовое. Обработанные зерна имеют улучшенный вкус с менее выраженной горечью и в большей степени сохраняют свой аромат. Способ обеспечивает экономию энергии и предупреждает загрязнение окружающей среды.
Известен усовершенствованный способ обжаривания зерен кофе с использованием пара, способствующий существенному уменьшению интенсивности неприятного аромата кофе Робуста, усилению полноценного аромата кофе Арабика, устранению кислого вкуса обжаренных зерен, получению продукта с высокой экстрактивной способностью [6]. Способ включает обжаривание зеленых зерен кофе с использованием пара (температура 250-400°С) в течение 50-300 с при давлении до 2 МПа, сброс давления пара и окончательное обжаривание зерен при атмосферном давлении. На первом этапе обжаривания используется перегретый пар.
Работы, проведенные в Японии, предполагают возможность улучшения вкуса растворимого кофе. Обычно кофе Робуста, имеющий пресный и грубоватый вкус, используется в смеси для производства растворимого кофе. Установлено, что качество продукта может быть улучшено обработкой зеленого кофе до обжаривания танином в течение 1-2 ч. Танин удаляет неприятные вяжущие оттенки вкуса и посторонние привкусы без изменения аромата.
Немецкими специалистами разработан способ получения обжаренного кофе, при котором получаются бобы с покрытием из продуктов деструкции сахаридов [7]. На обжаренные бобы, находящиеся в непрерывном движении (например, в виброслое) наносят жженый сахар, содержащий ряд добавок (гидроколлоиды, продукты деструкции крахмала и др.). Масса покрытия может составлять 2,5-10% от массы бобов. Покрытие может быть нанесено распылением водного раствора с последующей воздушной сушкой при 60-120°С и охлаждением до 20 °С и может содержать добавки липидов, восков, а также эмульгаторы. Процесс напоминает нанесение на бобы кофе слоя сахара, но предложенный способ обеспечивает лучшую устойчивость покрытия к влаге, т.е. лучшую способность сохранять качество.
Усовершенствован способ получения экстракта кофе, обеспечивающий высокие вкусовые свойст-
ва продукта [8]. Способ отличается тем, что сырые зерна обжаривают после их выдерживания в газонепроницаемой емкости при температуре от температуры замерзания зерен до 3°С в течение 7-21 сут. Температура замерзания зерен кофе изменяется в зависимости от содержания в них влаги и количества водорастворимых компонентов и находится в диапазоне от -4 до -15°С. Выдержанные зерна обжаривают, измельчают и экстрагируют горячей водой. По оценке дегустационной комиссии показатели вкуса и аромата полученного экстракта кофе значительно превышают показатели контрольного образца.
Запатентован способ получения обжаренных зерен кофе, обеспечивающий высокий выход , кофейного напитка [9]. Он состоит в том, что часть зерен (1-50%) обжаривается до темного цвета, а другая часть (50-99%) - до светло-коричневого; содержание влаги в зернах этой части до обжаривания составляет более 7%. Первая часть зерен обеспечивает крепость завариваемого из смеси зерен напитка с минимальной интенсивностью запаха жженой резины. Вторая часть зерен смеси, не подвергавшаяся сушке, обеспечивает аромат й кислотность напитка.
Для улучшения контроля процесса обжаривания в Германии предложен способ обжаривания с помощью теплоносителя (горячий воздух), поступающего от теплового источника. Особенностью способа является составление теоретического графика сушки, представляющего линейное повышение ее температуры от начальной до конечной. При этом прямая может состоять из двух отрезков: на первом подъем температуры значительный, а на втором - едва заметен. Благодаря тща: тельному контролю фактической температурной кривой при обнаружении ее отклонений от теоретической осуществляется немедленная подрегулировка: изменение температуры источника или направления движения теплоносителя. Процесс проводят в емкости, снабженной источником нагрева воздуха, а также системой регулирования его температуры и направления движения. Это позволяет получить кофе, обжаренный по намеченному режиму.
В Италии проведены исследования физических и физико-химических свойств кофе с разной степенью обжаривания [10]. Испытано 10 вариантов, в которых степень обжаривания регулировалась изменением температуры и времени. Самый светлый образец получен в процессе обжаривания при температуре 155 °С в течение 3 мин 17 с. Самый темный - при температуре 245 °С в течение 10 мин. Испытания проводили на образцах кофе Арабика сорта Сантос. После обжаривания в кофе определяли потерю массы, плотность, увеличение объема, цветовые параметры. Установлено, что с увеличением степени обжаривания снижается влажность и плотность кофе. Чем больше потеря массы, тем ниже величины светлости по цветовой шкале. Эти исследования по влиянию кинетики процесса обжаривания на физико-химические
свойства кофе показали, что изменение скорости нагревания при обжаривании дает возможность получать образцы кофе с различным объемом и плотностью.
Следующим этапом после обжаривания для производства молотого и растворимого кофе является размалывание зерен. Некоторые кофезамени-тели предварительно подвергают дроблению. Дробление и размалывание - это физикомеханический процесс, сопровождающийся трением и механическим разрушением клеток обжаренного полуфабриката.
Установлено, что при традиционном помоле и фасовке кофе теряется около 50% ароматических веществ. В настоящее время создана установка, осуществляющая помол и упаковку кофе по современной технологии, при использовании которой потери ароматических веществ сводятся к 2%. В новой установке узлы помола и упаковки кофе помещены в камеру с модифицирующей атмосферой (азот). Все операции последовательно проводятся в одном агрегате: помол кофе при сильном охлаждении (жидкий азот), перевод в дозирующую камеру, наполнение отмеренной дозой кофе и герметизация упаковки.
Разработана новая технология сверхтонкого помола кофе. Для этого применяют многоступенчатый вальцовый измельчитель, снабженный системой водяного охлаждения. Низкие температурные режимы работы не допускают перегрева и слипания продукта. Средняя величина частиц при сверхтонком помоле 75-125 мкм. Кофе такого помола при экстракции дает больше водорастворимых веществ и имеет интенсивный вкус и аромат.
В Германии обсуждается новая технология помола обжаренного кофе методом взрывания. При этом уникальном способе достигается хороший размол, кофе может храниться более длительное время после размола, снижается объемная масса, увеличивается экстрактивность и улучшается качество продукта. Обжаренный кофе помещают в камеру и осуществляют сбрасывание давления маленькими порциями со взрывом. Такой механизм измельчения хорошо действует на поверхность зерен.
Для получения растворимого кофе размолотые кофейные зерна подвергают экстракции - высвобождению из кофейного порошка вкусоароматических веществ в результате его взаимодействия с водой или другим растворителем. Впервые промышленная экстракция кофе была осуществлена путем паровой дистилляции в 1865 г. в США. В дальнейшем были разработаны и другие способы, однако все они предусматривали низкотемпературные (от 25 до 100°С) режимы экстрагирования, при которых выход растворимых веществ не превышал 20%. Только в 1943 г. фирмой “Нестле” (Швейцария) был запатентован способ проведения гидролиза при экстрагировании кофе в условиях высокой температуры (160-175°С) и давления, позволивший получить выход растворимых веществ до 27%. С этого времени началось бурное
развитие в области техники и технологии процесса экстракции для производства растворимого кофе, растворимых кофейных напитков из хлебных злаков, цикория и других видов сырья.
Один из новых способов получения экстракта кофе, предложенный в США, предполагает следующие операции: предварительную обработку паром водной смеси молотого обжаренного кофе в закрытой емкости под давлением до 3,1 МПа при температуре более 200°С; поддержание заданных значений температуры и давления в течение определенного периода времени; быстрый сброс давления в емкости и обработку полученной суспензии гидролитическим ферментом или смесью гидролитических ферментов из группы, включающей про-теазу, целлюлазу, пектиназу и др. [11]. После образования осадка жидкость сливают, а остаток центрифугируют и высушивают, получая растворимый кофе с улучшенным ароматом и выходом экстрактивных веществ до 53%.
С целью увеличения выхода и повышения качества растворимого кофе в России разработан способ экстрагирования в две стадии [12]. Первая проводится по традиционной методике. Перед началом второй стадии в кофе вводят ферментный препарат ксилоглюканофоетидин и воду. Смесь выдерживают при 40—60 °С в течение 2-5 ч, затем экстрагируют при температуре 165-175°С. После этого полученный экстракт смешивают с экстрактом первой стадии экстрагирования.
В Австралии запатентован эффективный способ гидролиза, отличающийся тем, что частично экстрагированный молотый кофе приводят в контакт с водой в реакторе с фиксированным слоем при температуре 190-230°С. Время выдерживания кофе в реакторе 30-120 мин. Во время контакта осуществляется гидролиз кофе, при котором удаляется, по крайней мере, 50% маннана, выход экстрактивных веществ составляет 55-68%. Полученный экстракт выпаривают до концентрации 25%, вводят в первичный экстракт, смесь концентрируют и высушивают с целью получения растворимого кофе [13].
Специалистами США создан кофепродукт, содержащий растворимые частицы кофе и эмульсионный концентрат, в состав которого входит гидролизованное кофейное масло и ароматические соединения кофе [14]. При добавлении в эмульсионный концентрат воды при температуре, превышающей температуру плавления гидролизованного кофейного масла, равную 30-40°С, концентрат, по крайней мере частично, образует эмульсию молекулярных веществ, в которой содержатся капельки диспергированной жировой среды размерами менее 200 нм. Гидролизованное кофейное масло содержит более 10% свободных жирных кислот. Образующаяся микроэмульсия является термодинамически устойчивой прозрачной жидкостью, поэтому ее жировая фракция не образует масляной пленки на поверхности водной фракции. Благодаря очень мелким размерам капель дисперги-
рованной фазы, площадь ее поверхности и, следо-.вательно, площадь поверхности высвобождения ароматических соединений очень велика. В результате эмульсионный крнцснтрат ,при растворе^ НИИ в горячей воде генерирует интенсивный ко-
сти напитков. Показано, что время экстракции не влияло на содержание сухих веществ в напитках, если, процесс осуществлялся при высоких темпе-ратурах. Установлено, что оптимальные,. утсловкя экстракции - температура более 90°С и время
феиныи аромат, л. .,. ...... :
,. Способ быстрого извлечения .ценнЦх... компонентов из высушенного растительцого материала (чая, кофе и др.) в виде концентрированной жидкости, а также установка для его осуществления разработаны в США [15]. Способ обеспечивает получение экстракта высокрй степени прозрачности, без потерь вкусоароматических соединений и без компонентов с неприятным, горьким или вяжущим вкусом. Он включает экстрагирование ценных компонентов водой при температуре 40-60°С, создание в смеси ультразвуковых колебаний с частотой в пределах 100-500 кГц, фильтрование при уменьшении давления 3-8 кПа с целью отделения экстрагированных компонентов. Одновременно осуществляется стерилизация экстракта благодаря действию ультразвуковых волн.
Австрийскими специалистам» представлен процесс получения кофейного экстракта с помощью центрифуги с боковыми отверстиями [16]. В камеру -центрифуги подают кипяченую воду при температуре 90-100°С и проводят экстракцию по ступенчатому режиму: вращение центрифуги 3-6 с, выдержка без вращения 30-60 с, окончательная экстракция при вращении. Получаемый экстракт вытекает в специальную емкость через отверстия в камере центрифуги. Исходный кофе подается в виде тонкоизмельченного порошка. Данный метод -способствует более полной экстракции кофе.
Российскими исследователями предложен новый способ экстрагирования растительного сырья, при котором процесс массообмена интенсифицируется путем совмещения экстрагирования с промежуточным отжимом [17]. При работе экстрактора исходное сырье подается в первую секцию, где под действием вращающихся ковшей осуществляется интенсивный контакт твердой и жидкой фаз. Затем ковш перемещает твердую фазу в отжимную камеру, где специальной пластиной из нее удаляется часть жидкости, находящейся в порах и между частицами. Далее сырье подается в следующую секцию и цикл повторяется. После попадания в последнюю, девятую секцию сырье удаляется из аппарата. Исследования показали эффективность применения промежуточного отжима при экстрагировании растительного сырья. При этом капитальные затраты на организацию и производство по сравнению с традиционными технологиями снижаются в 1,5-2 раза.
В Италии исследован процесс экстракции кофе, путем изменения таких параметров, как электропроводность, pH, цветность, [18], Установлено, что электропроводность напитков кофе хорошо коррелирует с содержанием в них сухих веществ. Коэффициент корреляции составил 0,9997. Это позволяет контролировать процесс экстракции с помощью быстрого определения электропроводно-
15-20 мин. Исследование кислотности напитков свидетельствует, что низкая температура хранения не останавливает роста кислотности. На основании скорости увеличения кислотности при хранении проведен расчет возможных сроков хранения напитков как функций температуры.
Наиболее важным показателем: качества получаемого порошка, растворимого кофе является его .сыпучесть, которая определяется степеньюагломерации. Агломерированный -, перишок нмеет меньшую площадь поверхности и, следовательно, меньше подвержен воздействию влаги, окружающего воздуха и света, он более удобен для фасов-л<и и длительного хранения, чем пылевидный порошок.
Фирма General Foods (США) разработала метод агломерации порошка, состоящий в следующем. Экстракт, высушенный в распылительной сушилке,, подается в молотковую дробилку, на которой частицы материала, содержащего воздух, разрушаются, и всплывания агломерированного порошка при растворении не происходит. Затем порошок поступает в вибрирующий дозатор, на выходе из которого образует завесу, сбивающуюся в агломераты струей пара. Агломераты направляются в зону досушки и далее транспортируются к охлажденному конвейеру.
Принцип получения агломерата в аппарате с вращающимся диском оказался более успешным. Поверхность порошка на пути из дозатора к вращающемуся. диску увлажняется жидкостью и паром из форсунки; продукт, попадает на центральную зону диска, который вращается с частотой до 5 тыс. мин _1. Частицы сбиваются на поверхности диска в агломераты и затем сбрасываются центробежной силой.
Современная технология изготовления растворимого кофе предусматривает выработку кофейных концентратов и ^обезвоживание их сублимационной сушкой. Этот метод заключается в том, что ледяные кристаллы кофейного экстракта обезвоживаются, под закуумом, благодаря, чему в кофе сохраняется гораздо больше натуральных ; полезных веществ и он обладает более тонким вкусом и ароматом. :Такой кофе отличается;от агломерированного и внешним видом: его. комочки .имеют неправильную форму, тогда как у . агломерированного они округлые.
В; процессе сублимационной сушки образуется система, нижний слой которой находится в замороженном состоянии, а верхний - сухой. От состояния последнего зависит весь процесс сушки кофе. С целью изучения влияния сухого слоя на процесс высушивания разработана математическая модель, определяющая термопроводность и проницаемость этого слоя и их влияние на процессы переноса [19]. Установлено что термопро-
водность уменьшается с ростом пористости слоя. Проницаемость растет с увеличением пористости, а также при повышении температуры и давления. Отмечено, что применение сублимационной сушки позволяет получить растворимый кофе улучшенного качества, с меньшими потерями аромата, чем при распылительной сушке.
Распространение этого метода сушки, несмотря на высокое качество получаемого порошка, сдерживается, главным образом, из-за экономических соображений: сублимационная сушка по-
прежнему остается значительно дороже распылительной. В Германии, США, Франции и других странах ведутся работы по созданию сублимационных установок непрерывного действия с использованием более дешевых хладагентов.
В Германии предложен процесс сушки экстракта кофе, состоящий в том, что исходный экстракт вспенивают и помещают на ленточное устройство при температуре ниже -30°С, в результате чего образуются гранулы замороженного продукта. Их высушивают при несколько повышенном давлении в течение 0,5-1,5 ч. В результате получаются мелкие, легко растворимые гранулы кофе.
В связи с тем, что сублимационная сушка слишком дорога, а обычная распылительная сушка при температуре 200-300°С связана с большой потерей ароматических веществ, что резко снижает качество продукта, в некоторых странах ведутся разработки по созданию более щадящих режимов распылительной сушки. Так, технология, предложенная в Бразилии, предполагает снижение температуры окружающей среды до 130°С и температуры распылительной сушки до 80°С. Высокотехнологичный, низкотемпературный процесс позволяет получать продукт с сохранением ароматических и вкусовых веществ.
'Аромат кофе определяют сотни индивидуальных ароматических веществ. До настоящего времени удалось выделить и идентифицировать более 600 компонентов кофейного аромата. В последние годы с целью расширения гаммы кофейных напитков и улучшения их вкусоароматических характеристик все большее развитие получает ароматизация кофе. В США к настоящему времени ароматизируется более 50% кофе, поступающего в продажу. Применение ароматизаторов для кофе и кофейных напитков широко распространилось по всему миру, способствуя повышению привлекательности напитков. Фирмы-изготовители тщательно изучают вкусы потребителя и вырабатывают соответствующую продукцию. Ассортимент ароматизаторов очень широк: шоколад, орехи, миндаль, ваниль, цитрусовые, всевозможные ягоды и фрукты, а также комбинации отдельных ароматов. К примеру, итальянская фирма Italia D’oro выпускает для ароматизации чая и кофе 36 ароматизаторов, что позволяет удовлетворить любого потребителя.
Возможности кофейной промышленности благодаря применению ароматизаторов значительно
расширились. Она получила новый импульс и прекрасные перспективы развития на длительное время. Ароматизироваться Могут все без исключения виды кофе: в зернах, молотый, растворимый, кофейные напитки и др. Ароматизация заключается в том, что бобы кофе обжаривают, при желании измельчают и смешивают с ароматизатором. В качестве последних применяют самые различные природные и синтетические вещества. Смет шивание производят в барабанных, шнековых и других смесителях, под давлением. При ароматизации влажность кофе может возрастать, поэтому конечный продукт должен быть высушен до регламентированной влажности (0,1-5%).
В США предложен способ получения ароматизированного выдержанного кофе, предусматривающий соединение обжаренного кофе (целых зерен или молотого) с жидким ароматизатором и выдержку полученной смеси в герметизируемой емкости в течение 4-7 сут.
Затем кофе подсушивают потоком теплого воздуха и фасуют в пакеты из воздухонепроницаемого ламинированного материала. Жидкий ароматизатор представляет смесь солодового и коричного компонентов.
Одним из основных направлений ароматизации, наряду с расширением ассортимента ароматизаторов, является стабилизация полученного аромата путем применения микрокапсулирования или защитных покрытий для исключения потерь аромата при хранении продукта. В США с этой целью создан способ инкапсулирования ароматических веществ, добавляемых в растворимые кофейные напитки [20]. Он предусматривает приготовление эмульсии молекулярных веществ кофе с образованием непрерывной водной фазы. Эмульсия разбрызгивается по массе растворимого сухого напитка для получения прикрепленных к частицам порошка капсул, содержащих слой водорастворимых сухих веществ кофе, инкапсулирующий кофейное масло. Содержание влаги в растворимом порошке после разбрызгивания эмульсии составляет менее 5%. Перед разбрызгиванием эмульсии осуществляют ее гомогенизацию.
С целью снижения потерь летучих ароматических веществ кофе в процессе его производства разработано множество способов улавливания ароматических соединений с дальнейшим возвратом их в полученный продукт. В Германии внедряете^'гпроцесс сохранения кофейного аромата, заключающийся в том, что при проведении обжаривания зеленых бобов кофе летучие вещества отводятся в специальный аппарат - конденсатор, где онй конденсируются и охлаждаются до низкой температуры. Основная масса кофе после обжаривания и удаления летучих веществ проходит измельчение и передается в смеситель, куда поступает охлажденный конденсат ароматических веществ. В смесителе производят перемешивание обоих компонентов и их микрокапсулирование с помощью раствора желатина. Капсулированные: гранулы таблетируют, дозируют и упаковывают.
Подобная установка для улавливания ароматических веществ запатентована в США. Она включает нагревательную камеру и блок улавливания ароматических веществ. Нагревательная камера представляет собой герметичный вертикальный резервуар, в стенках которого размещены электронагревательные спирали. Внутрь камеры подается инертный газ от внешнего источника под давлением. Блок улавливания состоит из трех цилиндрических резервуаров, помещенных в емкость с хладагентом. В процессе обжаривания сырья в рабочую камеру непрерывно продувается инертный газ, который смешивается с парами .газообразных веществ и через фильтр последовательно проходит резервуары блока улавливания. Ароматические вещества концентрируются, а газ отводится наружу или возвращается в магистраль.
В США усовершенствован способ улавливания и переноса ароматических соединений из газа в жидкий абсорбент. Он предусматривает сжатие газа, несущего ароматические соединения, приведение его в контакт с жидким абсорбентом, распыление последнего посредством газа с целью переноса ароматических соединений из газа в абсорбент и отделение газа от жидкого абсорбента. Насыщенный ароматическими веществами абсорбент может быть непосредственно добавлен в экстракт или сухой напиток, приготовленный из растительного материала, из которого были извлечены ароматические вещества. Ароматизированный абсорбент можно также охладить и хранить для последующего использования.
Способ получения обжаренных зерен или молотого кофе, запатентованный в США, позволяет сохранить интенсивный аромат продукта без применения сложного оборудования или специального охладителя, такого как жидкий азот [21]. Способ предусматривает обжаривание и быстрое охлаждение зерен кофе холодным сухим воздухом до температуры от -17 до -35°С в течение 3,5 мин непосредственно после прекращения процесса обжаривания . После этого обжаренные зерна фасуют в воздухонепроницаемые емкости, исключая операцию дегазирования. Для получения молотого кофе после этапа охлаждения температуру зерен повышают до 20 °С, а затем их измельчают и фасуют. Готовый продукт отличает не только интенсивный устойчивый аромат, но и длительная сохраняемость.
Фирма '\УУРП1егз (Бельгия) разработала фильтрующие системы, позволяющие удалять до 94% неприятных запахов, образующихся при обжаривании кофе. Принцип действия этих фильтров основан на адсорбции компонентов, обусловливающих неприятные запахи, из газа на керамическом инертном порошке.
Один из центральных вопросов кофейного производства, которому необходимо уделить особое внимание, - совершенствование процесса деко-феинизации кофе. Сейчас на долю кофе, не содержащего кофеин, приходится пятая часть производимого в мире напитка. Технология декофеи-
низации была изобретена в 1903 г., когда судно с грузом кофе попало в шторм и зерна оказались намоченными морской водой. Проверив их качество, немецкий предприниматель Людвиг Роземус обнаружил, что зерна лишились кофеина, но вполне пригодны для использования. Он запатентовал свой метод в США и начал производить кофе без кофеина [22].
Кофеин - важный алкалоид кофейных зерен, склонный к метаболизму, поэтому нарушение технологии декофеинизации может иметь негативные последствия для человеческого организма. Особой осторожности требует использование токсичных растворителей при проведении этого процесса.
Проблема декофеинизации состоит в том, чтобы удалив из кофе кофеин сохранить неизменными остальные компоненты, определяющие его вкусовые и ароматические качества. Сегодня в этих вопросах кофепроизводителям удалось достичь больших успехов. Кофе без кофеина по вкусу и аромату практически не отличается от произведенного обычным способом, но актуальными остаются вопросы уменьшения влияния вредных растворителей, повышения производительности используемых для декофеинизации установок, и снижения затрат, связанных с этим процессом.
Декофеинизации подвергаются зеленые кофейные зерна. В настоящее время разработано несколько сотен способов проведения декофеинизации, но все они основываются на трех базовых: с использованием растворителей, воды и СО2.
Суть первого способа состоит в том, что зерна кофе замачивают в горячей воде, после чего воду сливают, а зерна заливают растворителем для удаления содержащегося в них кофеина. После завершения этой стадии зерна снова заливают горячей водой, тщательно их прополаскивают, а затем подвергают сушке. Среди множества растворителей, используемых для этих целей (бензол, хлороформ, спирт, СС14, ЫН^Н, ацетон и др.), наибольшую популярность в последние годы приобрел трихлорэтилен. Однако в результате экстракции в продукте накапливается токсичное соединение - метиленхлорид. В качестве растворителя может использоваться также этилацетат, полученный из натурального сырья - бананов, яблок, груш.
Независимо от того, какой растворитель используется, данный способ извлечения кофеина имеет один существенный недостаток: в зернах все же остается некоторое количество растворителя, что ухудшает вкус кофе. Кроме того, растворитель не безвреден для организма человека.
При использовании водного способа декофеинизации зеленый кофе помещают в горячую воду, которая экстрагирует кофеин и некоторые другие растворимые компоненты. Кофеин отделяют от этих компонентов, используя активированный уголь, а раствор, свободный от кофеина, снова направляют в кофейные зерна. Затем зерна кофе осторожно высушивают, чтобы не потерять аро-
матические компоненты. Преимущество водного процесса в том, что не используются вредные рас-творитёли. Высушенные зерна кофе являются реабсорбентами растворимых веществ. В результате такого процесса декофеинизации получают кофе на 99,9 % свободный от кофеина.
Разновидностью способа декофеинизации с использованием воды является способ, разработанный швейцарской компанией Coffex, называемый Swiss Water, который впервые внедрен в США в 1979 г. Путем замачивания зеленых зерен в горячей воде из них удаляется кофеин вместе со вкусоароматическими компонентами. Затем из воды, при помощи фильтров из активированного угля удаляется кофеин. Новую партию зеленых зерен замачивают в этой воде, не содержащей кофеин, но насыщенной вкусоароматическими компонентами. Естественно, что вода из новой партии зерен забирает только кофеин.
Проведенные компанией Coffex исследования по совершенствованию технологии Декофеинизации с использованием воды [23] показали, что равновесное состояние воды и раствор.цмых веществ достигается к 6 ч обработки. Оптимальная температура обработки 80°С. С целью повышения селективности активированного угля на кофеин его обрабатывают раствором сахара. Реактивацию угля проводят в три стадии: сушка при 100°С, десорбция и пиролиз абсорбированного материала при 1Q0-8QP°C, активация при температуре более 800°С. После реактивации уголь возвращается в абсорбционную систему. Разработанная технология позволяет получать зеленый кофе с содержанием кофеина до 0,1 %. Хотя расходы при этом методе декофеинизации значительные, но он дает возможность получить продукт, отличающийся хорошим вкусом и ароматом, не опасный для здоровья человека.
Извлечение кофеина из водных экстрактов осуществляют не только с помощью активированного угля, в качестве адсорбента с этой целью можно использовать молекулярные сита, например цеолит. Для десорбции используют обычно спиртово-водный раствор. Процесс проводят при 75 °С. После десорбции кофеина адсорбент обрабатывают водой или паром для удаления остатков десорбирующей среды. Промышленные установки предусматривают проведение процесса декофеинизации в системе колонн по замкнутому циклу с максимальным использованием материальных и энергетических ресурсов.
Еще один известный метод декофеинизации основан на применении сжатого газа - диоксида углерода СО2. После замачивания в воде кофейные зерна подвергают сверхкритической десорбции в течение 10 ч сжатым диоксидом углерода при температуре до 70°С и давлении до 40 МПа. В таких условиях газ проявляет свойства селективного экстрагента и извлекает из зерен только кофеин, оставляя вкусоароматические компоненты кофе в сохранности. Очень важно, что даже сле-
дов диоксида углерода не остается в напитке при снижении давления до атмосферного.
Проведенные в США исследования показали, что скорость экстракции кофеина из зерен кофе при помощи СО2 увеличивается, если сырые зерна предварительно подвергнуть вспениванию в воде, при возрастании в последних содержания воды, насыщенной диоксидом углерода, а также с увеличением давления и температуры.
Преимущества декофеинизации кофе сверхкри-тическим диоксидом углерода состоят в том, что он является безопасным нетоксичным растворителем, легко удаляется из бобов, а также из водного раствора кофеина. Кофе в процессе декофеинизации не теряет аромата и оценивается потребителем как натуральный. Потери кофе и кофеина с применением этого способа чрезвычайно малы. Это свидетельствует, что диоксид углерода является практически идеальным растворителем для экстракции кофеина из кофе.
Несмотря на успехи в совершенствовании процесса декофеинизации сегодня широко проводится работа по изысканию способов получения диетических сортов кофе с натуральным вкусом и ароматом. Большие надежды возлагаются на генную инженерию с целью получения таких сортов кофе, которые сочетали бы натуральные органолептические свойства с регламентированным содержанием кофеина.
Нами рассмотрены основные технологические операции, необходимые для производства кофе-продуктов, указаны основные направления, в которых движется технический прогресс с целью совершенствования приемов производства кофейных напитков.
Необходимо отметить увеличение объемов производства кофепродуктов на территории Краснодарского края. В Краснодаре успешно работает фирма ООО “ОМНИ”, в ст-це Павловской - ООО “Луч”, занимающаяся производством кофе жареного в зернах и молотого, из натурального бразильского кофе по классической арабской технологии. Совсем недавно компанией Nestle после достижения соответствующей договоренности с властями Краснодарского края в г. Тимашевске была запущена линия по расфасовке растворимого кофе Nescafe Classic. Кроме того, расфасовкой растворимого кофе в крае занимаются предприятия ООО “Мастер-Групп”, ООО “Сусварен” и др.
На кафедре пищевкусовых продуктов КубГТУ выполняются исследования по созданию напитков с высокими тонизирующими свойствами на основе обжаренных кофейных зерен и кофезаменителей. Для улучшения качества кофе предлагается проводить подсушку зерен в мягких условиях перед операцией обжаривания, что позволяет увеличить экстрактивность продукта. Используя прием обогащения нерастворимых кофейных напитков сырьем с высоким содержанием аминокислот и витаминов, а также смешивая сырье с различной степенью обжаривания, предполагается значительно
улучшить вкусоароматические свойства кофейных напитков. Последние разработки кафедры направлены на создание кофейного напитка, сбалансированного по основным компонентам кофе. Детально изучается химический состав кофе с целью получения кофейного напитка на основе известных кофезаменителей, максимально приближенного по своему химическому составу к кофе.
■ ■ ■ - - литература
1. Jones Н. Pinhalense presents new preparation process / / Tea and coffee Trade J. - 1993. - № 3. - P. 45.
2. Заявка 19605948 Германия, МПК6 A 23 F 5/16. Ver-fahren zur Qualitatsverbeserung von Arabica-Kaffee / Kinder-mann Claus; Elite Commodites & Finance AG. - № 19605948.8; Заявл. 17.02.96; Опубл. 21.08.97.
3. Packed bed us. fluid bed / / Tea and Coffee Trade J. -1996. - 2. - P. 76, 78-79.
4. Пат. 643193 Австрия, МКИ4 A 23 N 012/08. Apparatus and method for roasting food products / Bestn lan Jeffrey . - № 47572/90; Заявл. 14.12.89; Опубл. 11.11.93.
5. Заявка 2286108 Великобритания, МКИ6 А 23 F 5/02. А method of preparing coffee beans / Grewal Surinder Pal. - № 9401887.6; Заявл. 01.02.94; Опубл. 09.08.95.
6. Пат. 5681607 США, МПК6 А 23 Р 1/00, С 12 С 7/16, А 23 В 4/03. Process for roasting coffee beans with steam / Maki Yoshiaki, Haruyama Tsutomu; Ajionomoto General Foods, Inc. —№ 682657; Заявл. 28.01.94; Опубл. 28.10.97.
7. Пат. 290572 ГДР, МКИ5 А 23 F 5/02. Verfahren zur Herstellung von ROstkalfee mit Melange-Kaffee-Charakter / Pahlmann R., Bartsch G., Kapp W., Meister U.; VEB Institut fur Getreideverarbeitung. -№ 3360417; Заявл. 21.12.89; Опубл.
06.06.91.
8. Tamaki Yohji, Sakaida Kazuhiro; Заявка 0453585 ЕПВ, МКИ5 A 23 F 5/02. Method for producing coffee // Pokka Corp. - № 90107600.0; Заявл. 21.04.90; Опубл. 30.10.91.
9. Заявка W095/14390 PCT, МКИ6 А 23 F 5/04, 5/12, 5/10. High-yield roasted coffee with balanced flavor / Jensen M.R., Kirkpatrick S.J., Leppla J.K.; The Proctor and Gamble Co.
- №US93/11476; Заявл. 24.11.93; Опубл. 01.06.95.
10. Severini С., Nicoli М. C., Mastrocola D., Lerici C. R. Influence of heating rate on some physico-chemical propertiese of coffee beans during the roasting process / / 14eme Colloq. sci. int. cafe, San Francisco, 14—19 juill., 1991/ASIC. - Paris, 1992.
- P. 641-648.
11. Пат. 637294 Австралия, МКИ5 A 23 F 005/26, A 23 F 005/46. An improved method for producing coffee extracts /Colton Ralph L. - № 62622/91; Заявл. 02.01.91; Опубл.
20.05.93.
12. А.с. 1839313 Россия, МКИ® А 23 F 5/24. Способ производства растворимого кофе / Нахмедов Ф.Г.; ВНИИ пище-концентрат. пром-сти и спец. пищ. технол. -№ 47461745/13; Заявл. 05.10.89; Опубл. 27.5.96.
13. Пат. 610654 Австралия, МКИ5 А 23 F 005/16, А 23 F 005/10, А 23 F 005/36. Hydrolysis of a partially roasted and ground coffee / Scoville E., Turek E.J., Wragg A., Cuozzo K.D., Rankowitz M.M.; General Foods Corp. - № 24616/88; Заявл. 02.11.88; Опубл. 23.05.91.
14. Пат. 557604 США, МПК6 А 23 F 5/46. Coffee aroma emulsion formulations / Chmiel О., Traitler H., Watzke H., Westfall S.A.; Nestec S.A. - № 382326; Заявл. 01.02.95; Опубл. 19.11.96.
15. Пат. 5358725 США, МКИ5 А 23 F 3/00, 5/00. Method and device for extracting effective ingredients from dried plant materials / Izumitani Maremitsu, Sawada Yoshimi; McCoffee Co., Ltd. - 85985; Заявл. 01.07.93; Опубл. 25.10.94; Приор.
01.07.92, № 4 - 197788 (Япония).
16. Пат. 403000 Австрия, МКИ6 А 47 J 31/36, А 23 F 5/26. Verfahren zum Zubereiten eines KaffeegetrUnkes durch Rotationsextraktion / Tchibo Frisch-ROst-Kaffee GmbH. -№ 120/96; Заявл. 26.01.96; Опубл. 27.10.97.
17. Ломачинский B.A. Экстрагирование растительного сырья в аппаратах с промежуточным отжимом (теория и практическое применение) / / Хранение и перераб. сельхозсырья.
- 1995. - № 5. - С. 6-12.
18. Nicoli М.С., Severini С., Daila Rosa М., Lerici C.R. Effect of some extraction conditions on brewing and stability of coffee beverage // 14eme Colloq. sci. int. cafe, San Francisco, 14-19 juill., 1991/ASIC . - Paris, 1992. - P. 649-656.
19. Sagara Yasuyuki, Ichiba Jum-ichi. Measurement of transport properties for the dried layer of coffee solution undergoing freeze drying / / Drying Technol. - 1994. - 12. - № 5. - P. 1081-1103.
20. Пат. 5580593 США, МПК6 A 23 L 2/38, 3/46. Process for making encapsulated sensory agents / Liu Richard Т., Rush-more Dean F.; Nestec S.A. - № 384314; Заявл. 01.02.95; Опубл. 03.12.96.
21. Пат. 5368875 США, МКИ5 А 23 F 5/04. Method of manufacturing rich-flavored roasted coffee beans / Hibi Haruo, Yamanashi Hirotoshi; Nagoyaseiraku Co., Ltd. - № 126808; Заявл. 24.09.93; Опубл. 29.11.94; Приор. 25.09.91, 3-245985.
22. Иванов Ю.Г. Наш любимый кофе. - Смоленск: Русич, 1999. - 448 с.
23. Heilmann W. A modified Secoffex process for green bean decaffeination / /14eme Colloq. sci. int. cafe, San Francisco, 14-19 juill., 1991/ASIC. - Paris, 1992. - P. 349-356.
Кафедра пищевкусовых продуктов . , ....... .......
Поступила 03.07.01 2. '
