CC BY
46
ТЕХНОЛОГИЯ
УдК 664.95:663.9:641.3:613.26
Технологические особенности получения экстрагированных напитков
на основе натурального кофе
Н. А. Ковальченко,
канд. техн. наук, доцент; Т. С. Коршик,
канд. техн. наук, доцент Белгородский университет кооперации, экономики и права
Л. Н. Кичигина
ООО «Международная Служба Сертификации»
И. А. Андриянов
Потребление кофе и кофепро-дуктов в России, несмотря на некоторое замедление темпов прироста в текущем году, сохраняет положительную динамику. Это обусловлено сложившейся в последние годы общемировой тенденцией — перепроизводством кофе как сырья, и менее подвижным диапазоном цен на кофе как высококачественный продукт на рынке товаров и услуг. При этом потребление кофе, включая кофейные смеси, по различным данным составляет от 50 до 102 тыс. т в год или 0,59-0,83 кг на одного человека.
120 "Г---------1----------;----------;----------;-------
Рынок кофе сегментирован и включает кофе натуральный жареный (зерновой и молотый), натуральный растворимый (порошкообразный, гранулированный и сублимированный), кофейные смеси и напитки. До недавнего времени до 85 % приходилось на потребление растворимого кофе, кофейных смесей типа «ready to drink» и кофейных напитков из заменителей. В наши дни продажа молотого кофе растет. За последние три года реализация молотого продукта увеличилась на 38 %, а зернового — на 14 %. При этом уменьшилось потребление растворимого порошко-
100 - -
Рис. 1. Дифференциальная и интегральные кривые
распределения гранулометрического состава 1
ПИВО и НАПИТКИ
2015
вого кофе на 5,7 % и кофейных напитков на 22,7 %, что объясняется более целенаправленным употреблением кофе как продукта, обладающего не только значительным аромато-вкусовым, тонизирующим и энергетическим эффектом, но и пищевой ценностью, а также наличием витаминов и минеральных веществ.
Состав кофе сложен. Вещества, содержащиеся в зернах, и их количество зависят от многих факторов: ботанического вида кофе, географических и климатических условий его произрастания, методов сбора сырья и обработки для дальнейшего промышленного производства, условий хранения, видов (стилей) обжаривания, степени помола.
Жареные кофейные зерна содержат до 1000 различных химических соединений, роль и влияние которых на процесс формирования аромата и вкуса кофе остаются пока не раскрытыми. Несовершенство отдельных стадий технологической обработки кофе, в частности, помола и последующего экстрагирования, приводит к качественным и количественным изменениям сложного комплекса веществ, определяющих органолептические показатели напитка. В связи с этим, изучение технологических особенностей получения экстрагированного продукта со сбалансированными вкусо-ароматическими свойствами актуально и составляет цель данного исследования.
В соответствии с существующей технологией процессу экстрагирования предшествует измельчение предварительно обжаренных зерен кофе. Для изучения влияния гранулометрического состава на качество приготовленного водного экстракта исследовали 5 образцов натурального жареного кофе средней степени обжарки сорта преми-ум ботанического вида Кенийская арабика, навеску которого в количестве 100 + 2 г с учетом потерь измельчали в течение 10, 15, 20, 25 и 30 с.
Дисперсионный анализ проводили по ГОСТ Р 52 088-2003 [1] с использованием соответствующих устройств и средств измерений. При этом повторяемость результатов измерений составляла 2,1 % абс. при Р = 0,92-0,95. Содержание каждой фракции М со средним раз-
Технология
и
и
И 40 ^
20 -
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
| Дифференциальная кривая распределения
— Интегральная кривая распределения 1
— Интегральная кривая распределения 2
0
X . мм
ср'
Рис. 2. Дифференциальная и интегральные кривые
распределения гранулометрического состава 2
X . мм
ср'
— Дифференциальная кривая распределения
— Интегральная кривая распределения 1
— Интегральная кривая распределения 2
Рис. 3. Дифференциальная и интегральные кривые
распределения гранулометрического состава 3
мером частиц хср и средневзвешенных размеров частиц по объему хср/пов [2, 3] рассчитывали по формулам:
М1 = т{ 100/2 т1,
(1)
х , = 100/2 (М, х ), (2)
ср/пов ' 1 ср '
где т1 — масса каждой фракции, г.
Графическое построение характеристик измельченного продукта (рис. 1-5) показало, что площадь криволинейной трапеции с прямолинейным основанием, ограничен-
ной сверху функцией 2 М1пр = / (хср) (интегральная кривая 2) возрастала с увеличением нумерации состава и составила 9/2 для первого и 11/2 для последнего состава соответственно, что подтвердило общую закономерность увеличения степени от времени помола.
Одновременно уменьшалась площадь фигуры, ограниченной функцией 2 М1ост = /(х ). При этом, с увеличением длительности механического воздействия на продукт происходило смещение точки пересечения интегральных кривых рас-
2015 ПИВО и НАПИТКИ 37
технология'
пределения в сторону ее меньших значений.
Такое, более 20%, приращение общего показателя степени помола с точки зрения диффузионного увеличения экстрактивных, пищевых и минеральных веществ эффективно. Однако, распределение размеров частиц исследуемых фракционных составов кофе было неодинаковым. В частности, на дифференциальной кривой состава 2 (рис. 2), относящегося к средней степени помола (0,5-0,8 мм), происходило появление площадки в пределах 0,15 < х < 0,238, в то время, как для со-
става 3 (с той же степенью помола) ход кривой М1 = / (хср) носил более плавный характер (рис. 3). Это можно объяснить, видимо, сложным ингредиентным соотношением ботанических видов кофе с различной плотностью зерен.
Поскольку все составы удовлетворяли требованиям ГОСТ Р 52 088-2003 по гранулометрии, далее изучали процесс извлечения водорастворимых и вкусо-ароматических веществ, благодаря которым напиток популярен.
Процесс экстракции модельных составов проводили при t=95°С,
Рис. 4. Дифференциальная и интегральные кривые
распределения гранулометрического состава 4
120
100
80
И
И
И
60
40
20
X , мм
ср
» Дифференциальная кривая распределения
— Интегральная кривая распределения 1
— Интегральная кривая распределения 2
0
Рис. 5. Дифференциальная и интегральные кривые
распределения гранулометрического состава 5
тэкс = 4 мин при гидромодуле 1: 15, 1: 20, 1: 25. Лучшими органолепти-ческими показателями обладали напитки при гидромодуле 1: 20, для которых были характерны насыщенность вкуса и отсутствие излишней горечи. С учетом этого далее эксперимент продолжали для составов с соотношением 1: 20 при тех же условиях помола.
Известно, что при одинаковых условиях ведения процесса экстракции, максимального вкусо-ароматического эффекта можно достичь на фракциях так называемого тонкого, «экспрессо» помола [4-6]. Проведенные исследования (рис. 6) показали, что смещение точки пересечения интегральных кривых распределения в сторону меньших значений среднего размера частиц, то есть увеличение степени помола приводило к практически пропорциональному росту концентрации водорастворимых веществ и уменьшению скорости осаждения частиц.
В свою очередь, увеличение поверхности контакта твердых частиц с растворителем способствовало проявлению органолептических свойств экстрактов.
Сенсорный анализ приготовленных напитков осуществляли по вкусу и аромату профильным методом [2, 7, 8]. Их вкус представлен в виде 7 составляющих: горький, кислый, сладкий, бархатистый, богатый, приятный, утонченный. В аромате выделено 6 дескрипторов: насыщенный, утонченный, богатый, приятный, устойчивый, продолжительный.
Наибольшую количественную оценку дескрипторов в баллах получили составы 3, 4 и 5, которые характеризовались сильной интенсивностью бархатистости (4,82-5,0) и богатством вкуса (5,0) (рис. 7).
Сбалансировавшие утонченный (4,28-4,79) и горько-кисло-сладкие оттенки дополняли ощущение приятного (5,0) вкуса напитков в целом. Такое проявление вкусовых экстрактов связано с увеличением площади удельной поверхности твердых частиц и их контакта с жидкостью, приводящей к усилению процесса молекулярной диффузии. Одновременно происходило формирование аромата кофенапит-ков (рис. 8).
При этом его дескрипторы, по мнению десяти респондентов, бы
38 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2015
— Количество экстрактивных веществ, % х 10-2 \ \ \ / \ / / /'
— Скорость осаждения частиц, см/с \ у--------------------V / /
— Средний размер частиц, мм \. \ / \ /' /'
\ У---------------------------V /'
Рис. б. Зависимость среднего Кислый ч'-----------------------------------'•'' Сладкий
размера, скорости осаждения
частиц и количества — Состав 1 — Состав 2 — Состав 3 — Состав 4 — Состав 5
экстрактивных веществ от гранулометрического
состава Рис. 7. Профилограмма дескрипторов вкуса
Б0гатый
Рис. 8. Профилограмма дескрипторов аромата
ярко выраженными и обладали более высокими значениями, чем вкусовые.
Экспериментальные составы 1 и 2 также получили хорошую сенсорную оценку (рис. 7, 8). Кроме того, они обладали высокими показателями скорости осаждения частиц и выхода водорастворимых веществ в раствор (рис. 6), что свидетельствует о благоприятных условиях для последующего разделения фаз.
Проведенные исследования позволили сформулировать следующие практические рекомендации. Для получения высококачественных экстрагированных напитков для гранулометрических составов
со значениями 0,5 < хср < 0,8 наиболее рационален процесс экстрагирования по режиму «bottom up». На основе гранулометрических составов с 0,3<x < 0,5
ср
процесс экстракции можно осуществлять методом однократной перколяции в автоматическом режиме, например с использованием аппаратов рожкового типа. Экстракты на основе составов со значениями 0,3 < хср < 0,1 требуют увеличения регламентированного температурно-временного воздействия на молотый продукт.
Таким образом, выявленные в процессе исследования особенности стадий технологического процесса дают возможность более
рационального получения экстрагированных напитков на основе натурального кофе, занимающего значительное место как в сетевом и малом бизнесе, так и на предприятиях общественного питания [8].
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ Р 52 088-2003 Кофе натуральный жареный. Общие технические условия. — М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. — 15 с.
2. Ковальченко, Н. А. Технологии рыбных изделий на основе мяса карпа / Н. А. Ковальченко, Т. С. Коршик, Л. Н. Кичигина // Пищевая промышленность. — 2014. — № 1. — С. 56-58.
3. Михальчук, И. Н. Влияние метода обогащения кварцевого сырья на оптические характеристики / И. Н. Михальчук, Н. А. Ковальченко // Стекло и керамика. — 2008. — № 9.
4. Аркатова, А. С. Разработка получения натурального ароматизированного молотого кофе: автореферат канд. техн. наук. — Краснодар, 2014. — 18 с.
5. Плотникова, В. В. Кинетические закономерности процесса экстрагирования при производстве растворимого кофе: автореферат канд. техн. наук. — Л., 1983. — 22 с.
6. Быков, С. А. Интенсификация процесса получения кофейного экстракта: автореферат канд. техн. наук. — М., 1995. — 21 с.
7. Ковальченко, Н. А. Разработка полуфабрикатов высокой степени готовности и кулинарной продукции из мясо-рыбного сырья отечественного производства:
4 • 2015 ПИВО и НАПИТКИ 39
технология'
Сощально-Eкономiчний розвиток су-часного суспгльства / Сборник статей и тезисов докладов Междунар. научно-практич. конф. 19 ноября 2010 г. —
Харьков: КНТЕУ, XTEI КНТЕУ, 2010. — С.169.
8. Исаенко, А. В. Развитие предприятий коммерческого питания россии в период
рыночных преобразований / А. В. Иса-енко // Вестник Белгородского университета потребительской кооперации. — 2011. — № 5. — С. 31-35.
Технологические особенности получения экстрагированных напитков на основе натурального кофе
Ключевые слова
гранулометрический состав; натуральный кофе; органолептические свойства; степень помола; экстракт.
Реферат
В статье приведены результаты экспериментальных исследований отдельных стадий технологического процесса получения экстрагированных напитков на основе натурального кофе — помола и последующего экстрагирования, приводящие к качественным и количественным изменениям сложного комплекса веществ, определяющих сбалансированные вкусо-ароматические показатели приготовленного напитка. Показано влияние гранулометрического состава на степень помола кофейных зерен, а так же количественные и качественные характеристики водных экстрактов. Установлено, что с увеличением длительности механического воздействия на исходный продукт, в процессе измельчения происходило смещение точки пересечения интегральных кривых распределения различных гранулометрических составов в сторону ее меньших значений. При этом происходило изменение дифференциальных максимумов функциональной кривой каждой фракции и реперной точки пересечения интегральных кривых распределения в сторону меньших значений среднего размера частиц измельченного кофе, что, в свою очередь, приводило к увеличению содержания водорастворимых вкусовых веществ напитков на основе натурального кофе и сложному проявлению ароматических веществ в пищевых растворах с различным соотношением фаз в системе «твердое тело — жидкость». Установлено, что лучшими органолептическими показателями обладали напитки при фазовом соотношении 1:20, для которых были характерны насыщенность вкуса и отсутствие излишней горечи. С помощью сенсорного анализа произведено построение профилограмм приготовленных напитков по выделенным десятью респондентами семи дескрипторам вкуса и шестью составляющими аромата. С учетом выявленных особенностей разработаны различные рекомендации по ведению технологического процесса получения экстрагированных напитков на основе натурального кофе, в частности, по эффективному использованию метода однократной перколяции в автоматическом режиме для гранулометрических составов со средним размером частиц измельченного продукта 0,3-0,5 мм: по режиму «bottom up» — для гранулометрических составов со значениями 0,5-0,8 мм и более регламентированному температурно-временному воздействия на молотый продукт — для экстрактов на основе составов со средним размером частиц 0,3-0,1 мм, которые занимают свою определенную нишу, как в сетевом и малом бизнесе, так и на предприятиях общественного питания.
Авторы
Ковальченко Нина Александровна, канд. техн. наук, доцент;
Коршик Татьяна Сергеевна, канд. техн. наук, доцент
Белгородский университет кооперации, экономики и права,
308023, г. Белгород, ул. Садовая, д. 116А,
t9056790629@yandex.ru
Кичигина Людмила Николаевна
ООО «Международная Служба Сертификации»,
127254, Москва, ул. Гончарова, д. 17, корп. 1, kin27@yandex.ru
Андриянов Иван Алексеевич
308036, г. Белгород, ул. Буденного, д. 6, kurs525@yandex.ru
Technological Peculiarities of Receiving Extracted Beverages on the Basis of Natural Coffee
Key words
particle size; natural coffee; flavoring and aromatic substances; degree of a grinding; extract.
Abstract
The article provides the results of experimental studies of separate stages of the technological process of obtaining extracted beverages on the basis of organic coffee — grinding and subsequent extraction, leading to qualitative and quantitative changes of a complex set of substances that determine the balanced flavor indices of the prepared beverage; shows the effect of grain size on the degree of coffee beans grinding, as well as quantitative and qualitative characteristics of water extracts. The article states that with increasing duration of the mechanical treatment of the initial product in the grinding process, there occurs a displacement of the point of intersection of the integral curves of the distribution of various granulometric compositions in the direction of its smaller values. Alongside with this, there occurs a differential change of the maxima of the functional curve of each fraction and the reference points of intersection of the integral curves of the distribution towards smaller values of the average particle size of the crushed coffee, which, in turn, led to increased content of water-soluble flavoring substances of beverages based on organic coffee and complex manifestation of aromatic substances in food solutions with different ratios of the phases in the system "solid — liquid". The article finds out that the best organoleptic indicators had drinks at a phase ratio of 1:20, which were characterized by the flavor and the absence of excessive bitterness. Using sensory analysis the authors built profiles of the prepared beverages at selected by ten respondents seven descriptors of taste and six components of the aroma. Based on the identified features the authors developed various guidelines for the management of technological process of obtaining extracted beverages based on organic coffee, in particular, on the effective use of single method of percolation in automatic mode for granulometric compositions with an average particle size of the ground product of 0.3-0 5mm: mode "bottom up" — for granulometric compositions with values of 0.5-0.8 mm and more regulated temperature and temporal effects on ground product for extracts based on compositions with an average particle size of 0.3-0.1 mm, which occupy their niche in both chain and small businesses and at public catering enterprises of.
Authors
Kovalchenko Nina Alexandrovna, Candidate of Technical Science, Associate Professor;
Korshik Tatiana Sergeevna, Candidate of Technical Science, Associate Professor
Belgorod University of Cooperation, Economics and Law
116 A Sdovaya St., Belgorod, 308023, Russia,
t9056790629@yandex.ru
Kichigina Ludmila Nikolayevna
International Certification Service Ltd.
17 bildg 1 Goncharova St., Moscow, 127254, Russia, kin27@yandex.ru Andriyanov Ivan Alexeevich
6 Budennogo St., Belgorod, 308036, Russia, kurs525@yandex.ru
40 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2015
