一种咖啡鲜果加工水循环利用系统及工艺方法与流程

本发明涉及一种咖啡鲜果加工工艺中的技术方法和设备领域，具体为一种咖啡鲜果加工水循环利用系统及工艺方法。

背景技术：

咖啡树是属茜草科常绿小乔木，日常饮用的咖啡是用咖啡豆配合各种不同的烹煮器具制作出来的，而咖啡豆就是指咖啡树果实里面的果仁，再用适当的方法烘焙而成，一杯标准的咖啡品尝起来的味道不应该是苦涩的，一名合格的咖啡师在制作咖啡时会严谨的进行每一步操作，最后为客人呈上的咖啡在味觉上会呈现出不同程度的甜度、酸度、醇厚度或是干净度。咖啡鲜果不宜过夜，存储不得超过两天。所以，在咖啡鲜果采收后，要立即进行初加工。初加工后，仍然是生豆，还要再进行烘焙，才能制作出我们通常喝的各种口味的咖啡。通常，由咖啡鲜果制成咖啡生豆的方法有两种，即湿法加工和干法加工，一般采用湿法加工。湿法加工过程一般按照漂洗分级一脱皮一发酵一清洗一浸泡一晾晒一带壳豆检验包装入库一脱壳一分级一咖啡豆检验包装入库等多道工序进行。经过发酵后的豆粒，表面会自然分泌出一些糖份，所以从一开始，工作人员就必须使用大铁锨不停地搅动豆粒，以便把上面的糖份充分洗净。在清洗的同时，最大、最饱满的豆粒都沉在了池底，其它的豆粒都借助水流，流入了下一层，这样就分出了两个等级；这样相同的步骤进行多次之后就能形成一定的咖啡豆脱胶清洗分级，脱皮后的咖啡豆表面包有粘液状的果胶物质，这种物质是由糖、酶、原果胶质和果胶脂组成的化学物质，但是，此类做法不但对于人工强度较大，同时还对水资源有着极大的浪费，对水资源的控制和利用，目前均没有出现很好的解决方法。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明旨在提供一种能够节约咖啡加工用水的系统及工艺方法，能有效解决水资源的浪费和巧妙利用循环水的含量改变来提高发酵效率，改善咖啡鲜果品质。

具体的，本发明是这样实现的：一种咖啡鲜果加工水循环利用系统，包括清洗水箱、清洗槽、脱胶发酵池，用水管道，清洗槽通过用水管道连接脱胶发酵池，脱胶发酵池的出水端通过用水管道连接至出水道，出水道上设有电控双通阀门，电控双通阀门的一端连接排水管，另一端连接至沉降池，沉降池通过水泵和用水管道连接至清洗水箱，清洗槽内安装有滤壳装置，滤壳装置的出料端连接果壳收集槽，另一端通过用水管道连接至出水道。

进一步的，所述滤壳装置置于连接清洗槽的排料末端下方，滤壳装置包括接料斗，接料斗下方连接升料蛟龙管，升料蛟龙管的底部开设有若干个排水孔，升料蛟龙管连接至输壳电机，排水孔的下方设有相应的用水管道开口。

进一步的，所述发酵池呈纵向依次排列的若干个发酵槽构成，所述发酵槽的底部呈斜坡状，并在斜坡上按坡度形成高矮顺次相排的若干个纵向排列的台阶，且台阶从里到外缘具有向上的倾斜度，排水闸门设置于发酵槽底边侧部，排水闸门连接至出水道。

进一步的，所述出水道与沉降池之间还装有过滤装置，过滤装置的出料端连接杂质收集槽，另一端连接连通进沉降池。

进一步的，所述过滤装置包括过滤电机、过滤网带、网带辊；过滤网带上方安装有过滤槽，来自出水道的用水管道连接至过滤槽，过滤网带下方为另一段用水管道，通过该用水管道连接至沉降池内，过滤网带的末端延伸至杂质收集槽。

进一步的，所述水泵还连接安装有液位传感器，液位传感器的水平高度不低于水泵所在的水平高度，所述液位传感器连接至水泵的电机。

一种咖啡鲜果加工水循环利用工艺方法，包括清洗去壳后的咖啡鲜果以及对咖啡鲜果进行发酵脱胶处理，包括以下步骤：

s1、咖啡鲜果进入清洗槽清洗，滤掉果壳，鲜果顺水流进入至发酵池；

s2、将咖啡鲜果均匀的分摊进发酵池内，清洗时滤出的清洗用水通过管道连通至出水道；

s3、清洗用水经出水道进入至沉降池内进行有效的沉降净化处理；

s4、沉降后的上层水体经水泵抽至清洗槽内对刚倒入的咖啡鲜果进行清洗，形成循环，直至发酵池内的咖啡鲜果存满，此时关闭清洗槽的出料端，清洗用水直接流入发酵池内,此时的清洗用水含糖量在5g/l～10g/l,；

s5、发酵时间10h～20h，发酵完成后，首次发酵用水直接引流至沉降池内，沉降4小时后，第二批鲜果清洗和发酵直接使用沉降后的用水，此时发酵用水的含糖量在12g/l～27g/l之间；

s6、第二批咖啡鲜果发酵时间7h～14h，发酵后发酵用水的直接通过排水管排出，从第三批咖啡鲜果加工时重复步骤s1。

进一步的，所述步骤s4中清洗用水含糖量在5.8g/l～9.27g/l,；同时还含有1.66g/l～2.98g/l的果胶酶；所述步骤s5中发酵用水含糖量在15.7g/l～26.85g/l之间，同时还含有同时还含有4.66g/l～8.87g/l的果胶酶。

进一步的，所述步骤s2中发酵池内按每立方米150g～300g的用量放入茶叶。

本发明的工作原理介绍：实际应用时，外接清水进入清洗水箱内存储，将刚脱壳完成的咖啡鲜果入料进清洗槽内，开放清洗水箱，水流直接冲洗咖啡鲜果，将咖啡鲜果表面混杂的碎壳和渣质冲洗浮于水面上层并被带入滤壳装置进行水壳分离，清洗后的咖啡鲜果伴随部分水流通过用水管道进入至脱胶发酵池内堆积，此过程可以不断的连续进行进料清洗，经过滤壳装置后的清洗用水通过用水管道连接至出水道并从出水道进入沉降池内汇集沉淀，将水体内含有的砂石渣质进行沉淀分离净化，上层的清水通过水泵抽出再次灌入清洗水箱内，用于重复对咖啡鲜果进行清洗；部分循环过两三次甚至四次的清洗也会进入至脱胶发酵池内进行发酵，发酵后出料时可以先放水，首次发酵时，发酵后的水体能够满足再次清洗和发酵的条件，能够将其引入至沉降池内沉降处理后继续利用，两次发酵后，水体不可再次使用，此时，调整电控双通阀门关闭通向沉降池的入口，开启排水管的通道，将用水排出系统，再进行水体处理，这样的循环水体系，克服了传统咖啡鲜果加工中需要大量使用自来水的问题，有效的节约了用水，并且，在此系统内，水体多次经过咖啡鲜果的浸泡清洗，通过多次与咖啡鲜果果肉的接触，将肉果果胶内大量的糖分和酶融入水体之中，通过数次循环后，水体的整体含糖量和含酶量翻倍升高，这部分水体进入脱胶发酵池内能够促进咖啡脱胶速率和发酵速率，有效的提高了发酵的效率，缩短工艺耗时，则能够有效的控制咖啡发酵的过程，避免出现发酵不足或发酵过度对咖啡豆造成的品质影响，对于咖啡鲜果的加工处理具有重要的积极意义。

当清洗水流带着冲洗下的砂石泥土和碎壳顺清洗槽外流出后进入滤壳装置，砂石泥土碎壳和水体直接从清洗槽落下进入升料蛟龙管内，水体从排水孔中流出进入用水管道，被排水孔滤掉的砂石碎壳则被升料蛟龙管运送至果壳收集槽；实现初级过滤，留下水体，滤出固体物，碎果壳可以再次回收利用；

咖啡鲜果随水流冲入进发酵池后发酵，传统的脱胶发酵池是平底面的，容易造成咖啡鲜果的堆积，造成脱胶发酵不均匀，同时，咖啡鲜果的大小、轻重、是否好坏都会决定咖啡发酵对咖啡味品和品质的影响，实际中发现，较轻和较小、以及成熟度较高的咖啡鲜果发酵所需时间最短，且不能发生挤压和堆积，会因为堆积和搅拌损坏鲜果，造成品质上的影响，因此，发明人经过试验发现，将发酵池的底面呈斜坡状设计，并在斜坡上按坡度形成高矮顺次相排的若干个纵向排列的台阶，且台阶从里到外缘具有向上的倾斜度，能达到更好的脱胶和发酵效果，原理是咖啡鲜果顺水流冲进发酵池落于第一台阶上，新鲜度高、个头小、较轻的咖啡鲜果会顺水流继续往前滚落，较重的鲜果和较大个的鲜果前进的距离则远短于较轻的鲜果，因此，当一批发酵鲜果放满整池后，较轻、成熟度较高的鲜果大部分集中于发酵池尾段，而较重和较大的鲜果大部分位于发酵池前段，形成分级分布，方便了发酵脱胶过程中对鲜果的搅拌程度的区分，避免了较重的鲜果埋压于成熟度教高、教轻的鲜果之上而造成搅拌过多对鲜果的损坏程度，也避免了发酵时间而导致部分鲜果发酵过时而带来的品质影响，这样的设计，当鲜果发酵后需要取出时，可以先从发酵池的尾端取鲜果，这样可以缩短了这部分鲜果的相对发酵时间，从而实现了更好的分级控制操作，有效的提高了鲜果的发酵时间的可控性，提高了发酵脱胶的品制度控制；此处的过滤装置是用于过滤渣质，沉降池的目的在于汇集清洗用水，避免有较大的杂质和垃圾进入沉降池内；液位传感器用于测定沉降池内的液体水位，当液体水位过低时，液位传感器停止水泵工作；

一种咖啡鲜果加工水循环利用工艺方法，包括清洗去壳后的咖啡鲜果以及对咖啡鲜果进行发酵脱胶处理，包括以下步骤：

s1、咖啡鲜果进入清洗槽清洗，滤掉果壳，鲜果顺水流进入至发酵池；

s2、将咖啡鲜果均匀的分摊进发酵池内，清洗时滤出的清洗用水通过管道连通至出水道；

s3、清洗用水经出水道进入至沉降池内进行有效的沉降净化处理；

s4、沉降后的上层水体经水泵抽至清洗槽内对刚倒入的咖啡鲜果进行清洗，形成循环，直至发酵池内的咖啡鲜果存满，此时关闭清洗槽的出料端，清洗用水直接流入发酵池内,此时的清洗用水含糖量在5g/l～10g/l,；

s5、发酵时间10h～20h，发酵完成后，首次发酵用水直接引流至沉降池内，沉降4小时后，第二批鲜果清洗和发酵直接使用沉降后的用水，此时发酵用水的含糖量在12g/l～27g/l之间；

s6、第二批咖啡鲜果发酵时间7h～14h，发酵后发酵用水的直接通过排水管排出，从第三批咖啡鲜果加工时重复步骤s1。

利用循环用水中不断提高的含糖量来实现加快发酵过程的目的，在数次清洗咖啡鲜果后，清洗用水的平均含糖量达到5g/l～10g/l之间，此时可以将原本12h～30h的发酵脱胶时间缩短至10h～20h；利用二次发酵水体后，含糖量可达12g/l～27g/l之间，此时的发酵效率最佳，能够将发酵时期有效缩短至7h～14h；提高了发酵效率和过程的可控制化，提高了工作效率，保障了咖啡鲜果的品质率；

所述步骤s2中发酵池内按每立方米150g～300g的用量放入茶叶。经发明人试验发现，在发酵池中放入适量的茶叶后，也能提升发酵的效率从而缩短发酵时间，由于茶叶的加入，能够使得发酵液的ph值增加，呈现碱性，能够促进发酵的进行，从而缩短发酵时间，同时，茶叶中的咖啡因也会进入至发酵液内，提高咖啡发酵过程中的整体咖啡因含量，能有效增强和改善咖啡鲜果品质，从而改善最终产品咖啡的醇香口感。

与传统的咖啡发酵工艺系统相比，本发明的一种咖啡鲜果加工水循环利用系统及工艺方法能够有效节约水资源，大大减少加工咖啡鲜果对用水量的需求，实现节能减排，节约用水的环保效果，同时，利用这样的发酵系统还能够实现提高发酵效率，缩短发酵时间，提高发酵脱胶后鲜果的完好率，降低发酵过度和不足的鲜果数量，整体提高发酵质量，提高加工效率的同时，还能改善咖啡鲜果的醇香，提高咖啡鲜果的品质。

附图说明

图1为一种咖啡鲜果加工水循环利用系统的结构示意图；

图2为滤壳装置的结构示意图；

图3为过滤装置的结构示意图；

图4位发酵槽的底部侧视剖面结构示意图；

其中：1—清洗水箱、2—清洗槽、3—脱胶发酵池、4—用水管道、5—出水道、6—电控双通阀门、7—排水管、8—沉降池、9—水泵、10—滤壳装置、11—果壳收集槽、12—接料斗、13—升料蛟龙管、14—排水孔、15—输壳电机、16—发酵槽、17—台阶、18—排水闸门、19—过滤装置、20—杂质收集槽、21—过滤电机、22—过滤网带、23—网带辊、24—过滤槽、25—液位传感器。

具体实施方式

实施例1：一种咖啡鲜果加工水循环利用系统，包括清洗水箱1、清洗槽2、脱胶发酵池3，用水管道4，清洗槽2通过用水管道4连接脱胶发酵池3，脱胶发酵池3的出水端通过用水管道4连接至出水道5，出水道5上设有电控双通阀门6，电控双通阀门6的一端连接排水管7，另一端连接至沉降池8，沉降池8通过水泵9和用水管道4连接至清洗水箱1，清洗槽2内安装有滤壳装置10，滤壳装置10的出料端连接果壳收集槽11，另一端通过用水管道4连接至出水道5。实际应用时，外接清水进入清洗水箱1内存储，将刚脱壳完成的咖啡鲜果入料进清洗槽2内，开放清洗水箱1，水流直接冲洗咖啡鲜果，将咖啡鲜果表面混杂的碎壳和渣质冲洗浮于水面上层并被带入滤壳装置10进行水壳分离，清洗后的咖啡鲜果伴随部分水流通过用水管道4进入至脱胶发酵池3内堆积，此过程可以不断的连续进行进料清洗，经过滤壳装置10后的清洗用水通过用水管道4连接至出水道5并从出水道5进入沉降池8内汇集沉淀，将水体内含有的砂石渣质进行沉淀分离净化，上层的清水通过水泵9抽出再次灌入清洗水箱1内，用于重复对咖啡鲜果进行清洗；部分循环过两三次甚至四次的清洗也会进入至脱胶发酵池3内进行发酵，发酵后出料时可以先放水，首次发酵时，发酵后的水体能够满足再次清洗和发酵的条件，能够将其引入至沉降池8内沉降处理后继续利用，两次发酵后，水体不可再次使用，此时，调整电控双通阀门6关闭通向沉降池8的入口，开启排水管7的通道，将用水排出系统，再进行水体处理，这样的循环水体系，克服了传统咖啡鲜果加工中需要大量使用自来水的问题，有效的节约了用水，并且，在此系统内，水体多次经过咖啡鲜果的浸泡清洗，通过多次与咖啡鲜果果肉的接触，将肉果果胶内大量的糖分和酶融入水体之中，通过数次循环后，水体的整体含糖量和含酶量翻倍升高，这部分水体进入脱胶发酵池3内能够促进咖啡脱胶速率和发酵速率，有效的提高了发酵的效率，缩短工艺耗时，则能够有效的控制咖啡发酵的过程，避免出现发酵不足或发酵过度对咖啡豆造成的品质影响，对于咖啡鲜果的加工处理具有重要的积极意义。

进一步的，所述滤壳装置10置于连接清洗槽2的排料末端下方，滤壳装置10包括接料斗12，接料斗12下方连接升料蛟龙管13，升料蛟龙管13的底部开设有若干个排水孔14，升料蛟龙管13连接至输壳电机15，排水孔14的下方设有相应的用水管道4开口。当清洗水流带着冲洗下的砂石泥土和碎壳顺清洗槽2外流出后进入滤壳装置10，砂石泥土碎壳和水体直接从清洗槽2落下进入升料蛟龙管13内，水体从排水孔14中流出进入用水管道4，被排水孔14滤掉的砂石碎壳则被升料蛟龙管13运送至果壳收集槽11；实现初级过滤，留下水体，滤出固体物，碎果壳可以再次回收利用；

进一步的，所述出水道5与沉降池8之间还装有过滤装置19，过滤装置19的出料端连接杂质收集槽20，另一端连接连通进沉降池8。进一步的，所述过滤装置19包括过滤电机21、过滤网带22、网带辊23；过滤网带22上方安装有过滤槽24，来自出水道5的用水管道4连接至过滤槽24，过滤网带22下方为另一段用水管道4，通过该用水管道4连接至沉降池8内，过滤网带22的末端延伸至杂质收集槽20。此处的过滤装置19是用于过滤渣质，沉降池8的目的在于汇集清洗用水，避免有较大的杂质和垃圾进入沉降池8内；

进一步的，所述水泵9还连接安装有液位传感器25，液位传感器25的水平高度不低于水泵9所在的水平高度，所述液位传感器25连接至水泵9的电机。液位传感器25用于测定沉降池8内的液体水位，当液体水位过低时，液位传感器25停止水泵9工作；

实施例2：在实施例1的基础上进一步的，所述发酵池呈纵向依次排列的若干个发酵槽16构成，所述发酵槽16的底部呈斜坡状，并在斜坡上按坡度形成高矮顺次相排的若干个纵向排列的台阶17，且台阶17从里到外缘具有向上的倾斜度，排水闸门18设置于发酵槽16底边侧部，排水闸门18连接至出水道5。咖啡鲜果随水流冲入进发酵池后发酵，传统的脱胶发酵池3是平底面的，容易造成咖啡鲜果的堆积，造成脱胶发酵不均匀，同时，咖啡鲜果的大小、轻重、是否好坏都会决定咖啡发酵对咖啡味品和品质的影响，实际中发现，较轻和较小、以及成熟度较高的咖啡鲜果发酵所需时间最短，且不能发生挤压和堆积，会因为堆积和搅拌损坏鲜果，造成品质上的影响，因此，发明人经过试验发现，将发酵池的底面呈斜坡状设计，并在斜坡上按坡度形成高矮顺次相排的若干个纵向排列的台阶17，且台阶17从里到外缘具有向上的倾斜度，能达到更好的脱胶和发酵效果，原理是咖啡鲜果顺水流冲进发酵池落于第一台阶17上，新鲜度高、个头小、较轻的咖啡鲜果会顺水流继续往前滚落，较重的鲜果和较大个的鲜果前进的距离则远短于较轻的鲜果，因此，当一批发酵鲜果放满整池后，较轻、成熟度较高的鲜果大部分集中于发酵池尾段，而较重和较大的鲜果大部分位于发酵池前段，形成分级分布，方便了发酵脱胶过程中对鲜果的搅拌程度的区分，避免了较重的鲜果埋压于成熟度教高、教轻的鲜果之上而造成搅拌过多对鲜果的损坏程度，也避免了发酵时间而导致部分鲜果发酵过时而带来的品质影响，这样的设计，当鲜果发酵后需要取出时，可以先从发酵池的尾端取鲜果，这样可以缩短了这部分鲜果的相对发酵时间，从而实现了更好的分级控制操作，有效的提高了鲜果的发酵时间的可控性，提高了发酵脱胶的品制度控制；

实施例3：利用实施1或2进行加工操作的一种咖啡鲜果加工水循环利用工艺方法，包括清洗去壳后的咖啡鲜果以及对咖啡鲜果进行发酵脱胶处理，包括以下步骤：

s1、咖啡鲜果进入清洗槽清洗，滤掉果壳，鲜果顺水流进入至发酵池；

s2、将咖啡鲜果均匀的分摊进发酵池内，清洗时滤出的清洗用水通过管道连通至出水道；

s3、清洗用水经出水道进入至沉降池内进行有效的沉降净化处理；

s4、沉降后的上层水体经水泵抽至清洗槽内对刚倒入的咖啡鲜果进行清洗，形成循环，直至发酵池内的咖啡鲜果存满，此时关闭清洗槽的出料端，清洗用水直接流入发酵池内,此时的清洗用水含糖量5g/l；

s5、发酵时间10h，发酵完成后，首次发酵用水直接引流至沉降池内，沉降4小时后，第二批鲜果清洗和发酵直接使用沉降后的用水，此时发酵用水的含糖量在12g/l；

s6、第二批咖啡鲜果发酵时间7h，发酵后发酵用水的直接通过排水管排出，从第三批咖啡鲜果加工时重复步骤s1。

实施例4

利用循环用水中不断提高的含糖量来实现加快发酵过程的目的，在数次清洗咖啡鲜果后，清洗用水的平均含糖量达到5g/l～10g/l之间，此时可以将原本12h～30h的发酵脱胶时间缩短至10h～20h；利用二次发酵水体后，含糖量可达12g/l～27g/l之间，此时的发酵效率最佳，能够将发酵时期有效缩短至7h～14h；提高了发酵效率和过程的可控制化，提高了工作效率，保障了咖啡鲜果的品质率；

所述步骤s2中发酵池内按每立方米150g～300g的用量放入茶叶。经发明人试验发现，在发酵池中放入适量的茶叶后，也能提升发酵的效率从而缩短发酵时间，由于茶叶的加入，能够使得发酵液的ph值增加，呈现碱性，能够促进发酵的进行，从而缩短发酵时间，同时，茶叶中的咖啡因也会进入至发酵液内，提高咖啡发酵过程中的整体咖啡因含量，能有效增强和改善咖啡鲜果品质，从而改善最终产品咖啡的醇香口感。

实施例5

环境：云南省普洱市澜沧县勐朗镇麻卡地后山；海拔1078米；

气候条件：实验当天气候为晴天，气温26℃

材料：云南小粒咖啡，数量：500kg

方法：先使用传统清洗法进行清洗500kg咖啡鲜果，目的是冲洗去碎壳和砂石杂质；再利用本发明实施例1或2，以及实施例3的方法利用循环系统进行清洗500kg咖啡鲜果，分别统计两次清洗的用水量。

结果见下表：

结论：使用本发明的实施例3的方法利用水循环进行对咖啡鲜果进行清洗，由于清洗过程中滤碎壳的原理和方式，使得两种方法清洗出的鲜果清洁度差距不大，但用水量方面，本发明的的系统和方法则能够节约用水70％，实现了节约用水的明显效果。

实施例6

环境：云南省普洱市澜沧县勐朗镇麻卡地后山；海拔1078米；

气候条件：实验当天气候为晴天，气温24℃；

材料：云南小粒咖啡，数量：2t，

方法，使用600kg清水进行循环冲洗，将咖啡鲜果平均分为3批依次清洗，并统一发酵脱胶；然后每清洗一批测量一次清洗用水的成分值，发酵后测定最终的含量。

结果如下：

结论，随清洗批次的增加，清洗用水中的总糖含量和果胶酶含量也会相应升高；

使用上述方法多次清洗鲜果并按总糖含量的不同依次取样清洗用水，进行发酵脱胶时间对比，结果如下表：

结论：使用清水发酵原本需要发酵18小时的咖啡鲜果，通过使用总糖含量及果胶酶不同的发酵液，发酵效率也不相同，在27～30g/l含量之间达到最优值，高于30g/l的含糖量容易破坏咖啡鲜果的成熟度；

实施例7

环境：云南省普洱市澜沧县勐朗镇麻卡地后山；海拔1078米；

气候条件：实验当天气候为晴天，气温24℃；

材料：云南小粒咖啡，数量：2t，山茶茶叶1800g

方法，在实施例6的基础上，于每一批发酵池内撒入600g茶叶，记录发酵所需时间。

结果如下表所示：

结论，放入茶叶浸泡后确实可以提高发酵速率；但会增加成本。经换算结果，茶叶的用量控制在每立方米150g～300g最佳。

最终，利用本实验获取的咖啡鲜果加工后的粗产品制作完成后的咖啡成品用于和实施例6的咖啡鲜果加工获得的最终成品进行对比，本实施例制得的咖啡成品，香气更加浓艳醇正，口感甘苦且伴有回甜，能够更加自然的突出小粒咖啡的口感特点。