一种咖啡浓缩装置及其使用方法与流程

本发明涉及咖啡浓缩技术领域，尤其是涉及一种咖啡浓缩装置及其使用方法。

背景技术：

跨入21世纪后，随着中国经济的飞速增长，人们生活质量的不断提高，饮品日益多样化，咖啡逐渐与时尚、现代生活连在一起带动了咖啡消费量的迅猛增加，形成巨大消费潜在市场。根据权威部门统计，目前，在中国咖啡年消费量近年来保持在3万-4万吨之间，每年市场增长速度在10％-15％，其消费市场和规模大大推进了咖啡产业的发展。

咖啡生产工艺包括去壳、选豆、清洗、烘焙、研磨、制浆、浓缩、浸提、干燥、包装、检验。在浓缩环节，需要对浸提的咖啡进行浓缩，浓缩至60-70％。咖啡浓缩目前是通过冷冻浓缩和冷冻干燥结合使用实现，然而，冷冻浓缩能耗大，费用昂过，而且冷冻后形成的冰晶与浓缩液的分离困难。

因此，如何降低咖啡浓缩的费用及能耗，降低冷冻后形成的冰晶与浓缩液的分离难度是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的第一个目的是提供一种咖啡浓缩装置，以降低咖啡浓缩的费用及能耗，降低冷冻后形成的冰晶与浓缩液的分离难度。

本发明的第二个目的是提供一种咖啡浓缩装置的使用方法。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了如下方案：

一种咖啡浓缩装置，包括：

咖啡液罐，所述咖啡液罐用于盛放咖啡原液；

正渗透系统，所述正渗透系统内设置有正渗透膜，所述正渗透系统的第一入口与所述咖啡液罐的出口导通，所述正渗透系统的第一出口与所述咖啡液罐的入口导通；

汲取液罐，所述汲取液罐用于盛放汲取液，所述汲取液罐的第一入口与所述正渗透系统的第二出口导通，所述汲取液罐的第一出口与所述正渗透系统的第二入口导通。

优选地，在上述咖啡浓缩装置中，还包括反渗透系统；

所述反渗透系统内设置有反渗透膜；

所述反渗透系统的入口与所述汲取液罐的第二出口导通；

所述反渗透系统的第一出口与所述汲取液罐的第二入口导通。

优选地，在上述咖啡浓缩装置中，还包括产水罐；

所述产水罐的入口与所述反渗透系统的第二出口导通。

优选地，在上述咖啡浓缩装置中，还包括液位传感器；

所述液位传感器设置在所述汲取液罐内；

当所述汲取液罐内的汲取液到达高液位时，所述液位传感器能够将检测到的第一信号传给所述反渗透系统，所述反渗透系统能够启动工作；

当所述汲取液罐内的汲取液到达低液位时，所述液位传感器能够将检测到的第二信号传给所述反渗透系统，所述反渗透系统能够停止工作。

优选地，在上述咖啡浓缩装置中，所述正渗透系统的正渗透膜的个数和所述反渗透系统的反渗透膜的个数均为多个。

优选地，在上述咖啡浓缩装置中，所述汲取液为预设浓度的蔗糖溶液。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开的咖啡浓缩装置，使用时，将咖啡原液盛放到咖啡液罐，将汲取液盛放到汲取液罐，启动正渗透系统，咖啡液罐内的咖啡原液中的水分透过正渗透系统中的正渗透膜进入汲取液罐内。本发明通过采用正渗透膜浓缩咖啡，不会造成咖啡原始成分的破坏，工艺过程简单，占地面积小，且浓缩效果好，在咖啡浓缩领域有巨大的应用前景。相比于传统的工艺技术，冷冻浓缩费用昂贵，该技术可降低咖啡制造工艺的整体成本。即本发明降低了咖啡浓缩的费用及能耗，降低了冷冻后形成的冰晶与浓缩液的分离难度。

为了实现上述第二个目的，本发明提供了如下方案：

一种咖啡浓缩装置的使用方法，使用如上述任意一项所述的咖啡浓缩装置，包括以下步骤：

步骤a：将所述咖啡原液加入到所述咖啡液罐中；

步骤b：将所述汲取液加入到所述汲取液罐中；

步骤c：启动正渗透系统。

优选地，在上述咖啡浓缩装置的使用方法中，所述步骤c之中还包括：

启动所述正渗透系统的同时，启动所述反渗透系统。

本发明公开的咖啡浓缩装置的使用方法，首先，将咖啡原液加入到咖啡液罐中，接着，将汲取液加入到汲取液罐中，然后，启动正渗透系统。咖啡原液在渗透压差的作用下，咖啡液罐中的水不断被吸入到汲取液中，进而实现咖啡原液被浓缩。本发明通过采用正渗透膜浓缩咖啡，不会造成咖啡原始成分的破坏，工艺过程简单，占地面积小，且浓缩效果好，在咖啡浓缩领域有巨大的应用前景。相比于传统的工艺技术，冷冻浓缩费用昂贵，该技术可降低咖啡制造工艺的整体成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的咖啡浓缩装置的主视结构示意图；

图2为本发明提供的咖啡浓缩装置的使用方法的流程图。

其中，图1中：

咖啡液罐1、正渗透系统2、汲取液罐3、反渗透系统4、产水罐5。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

如图1所示，本发明公开了一种咖啡浓缩装置。其中，咖啡浓缩装置包括咖啡液罐1、正渗透系统2和汲取液罐3。

其中，咖啡液罐1用于盛放咖啡原液。正渗透系统2内设置有正渗透膜，正渗透系统2的第一入口与咖啡液罐1的出口导通，正渗透系统2的第一出口与咖啡液罐1的入口导通，正渗透膜的个数可以依据实际需要进行设定，咖啡原液进行浓缩的速度可以调节正渗透膜的数量来控制，可根据具体需要浓缩的量来灵活调节。

汲取液罐3用于盛放汲取液，汲取液罐3的第一入口与正渗透系统2的第二出口导通，汲取液罐3的第一出口与正渗透系统2的第二入口导通。

本发明公开的咖啡浓缩装置，使用时，将咖啡原液盛放到咖啡液罐1，将汲取液盛放到汲取液罐3，启动正渗透系统2，咖啡液罐1内的咖啡原液中的水分透过正渗透系统2中的正渗透膜进入汲取液罐3内。本发明通过采用正渗透膜浓缩咖啡，不会造成咖啡原始成分的破坏，工艺过程简单，占地面积小，且浓缩效果好，在咖啡浓缩领域有巨大的应用前景。相比于传统的工艺技术，冷冻浓缩费用昂贵，该技术可降低咖啡制造工艺的整体成本。即本发明降低了咖啡浓缩的费用及能耗，由于采用渗透膜浓缩咖啡，避免了咖啡冷冻后形成的冰晶与浓缩液的分离，降低了冷冻后形成的冰晶与浓缩液的分离难度。

实施例二

在本发明提供的第二实施例中，本实施例中的咖啡浓缩装置和实施例一中的咖啡浓缩装置的结构类似，对相同之处就不再赘述了，仅介绍不同之处。

在本实施例中，具体公开了咖啡浓缩装置还包括反渗透系统4，反渗透系统4内设置有反渗透膜，反渗透系统4的入口与汲取液罐3的第二出口导通，反渗透系统4的第一出口与汲取液罐3的第二入口导通。采用正渗透系统2对咖啡原液进行浓缩，同时采用反渗透系统4浓缩汲取液，浓缩后的汲取液回用到正渗透系统2。咖啡原液经过正渗透膜循环，回到咖啡液罐1中，构成循环回路；汲取液经过泵进入正渗透膜，回到咖啡液罐1中，构成汲取液循环回路，咖啡原液与汲取液循环方式为错流。同时，正渗透浓缩系统的汲取液通过反渗透系统4进行浓缩后循环回用于正渗透浓缩系统。反渗透系统4包括反渗透膜和泵，被正渗透系统2稀释的汲取液通过反渗透系统4进行浓缩，浓缩的液体回流到汲取液罐3中继续供正渗透系统2连续使用，汲取液罐3内有搅拌，保持其成分均匀，产水流入反渗透系统4的产水罐5中供浸泡咖啡豆环节循环利用。

为了便于收集反渗透系统4产出的水，本发明公开了咖啡浓缩装置还包括产水罐5，产水罐5的入口与反渗透系统4的第二出口导通。

进一步地，本发明公开了咖啡浓缩装置还包括液位传感器，其中，液位传感器设置在汲取液罐3内。

当汲取液罐3内的汲取液到达高液位时，液位传感器能够将检测到的第一信号传给反渗透系统4，反渗透系统4能够启动工作。当汲取液罐3内的汲取液到达低液位时，液位传感器能够将检测到的第二信号传给反渗透系统4，反渗透系统4能够停止工作。其中，汲取液罐3内的高液位和低液位可以依据实际需要进行设定。

反渗透系统4通过自我调节对汲取液的浓度进行调整，当汲取液达到高液位，启动反渗透系统4，当汲取液达到低液位则反渗透系统4自动停止，使其与正渗透咖啡的浓缩速度一致，从而使得汲取液在运行过程中浓度保持平衡，从而实现咖啡原液的浓缩，汲取液的回用以及反渗透系统4的产水的循环利用。

为了提高咖啡原液的浓缩速度及汲取液的浓缩速度，本发明公开了正渗透系统2的正渗透膜的个数和反渗透系统4的反渗透膜的个数均为多个。

汲取液可以是任意溶液，本发明以汲取液为预设浓度的蔗糖溶液为例。

本发明具有如下优点：

(1)采用的是正渗透-反渗透配合对经过研磨的咖啡豆的浸泡浸出液体进行浓缩，使得咖啡原始成分不会被破坏，且反渗透的产水可回用于咖啡生产工艺的浸泡浸出环节，避免水浪费；

(2)正渗透系统2与反渗透系统4对汲取液的稀释与浓缩同时进行，可节省因汲取液的消耗造成的成本增加；

(3)在汲取液到达高液位时，启动反渗透系统4，在汲取液到达低液位时，自动停止反渗透系统4，全自动运行不需要人工中途干预，自动化程度高；

(4)咖啡浓缩的效率是可控的，可根据具体需要浓缩的量来灵活调节；

(5)正渗透系统2即开即停，工艺简单，通过累计运行，咖啡可达到浓缩的目的，降低后续干燥系统的能耗。

实施例三

如图2所示，本发明提供了一种咖啡浓缩装置的使用方法，使用如上述任意一项实施例中的咖啡浓缩装置，包括以下步骤：

步骤s1：将咖啡原液加入到咖啡液罐1中。

在50kg咖啡溶液装入待浓缩的咖啡液罐1中，通过原液循环管路回到咖啡液罐1中，长时间运行，在渗透压差的作用下，咖啡液罐1中的水不断被吸入到汲取液中，进而被浓缩。

步骤s2：将汲取液加入到汲取液罐3中。

在汲取液罐3装入一定浓度的蔗糖作为汲取液，汲取液经过汲取液循环管路，回到汲取液罐3中。

步骤s3：启动正渗透系统2。

进一步地，本发明公开了步骤s3中还包括：启动正渗透系统2的同时，启动反渗透系统4。

正渗透系统2中汲取液在运行的同时，打开反渗透系统4。反渗透系统4以正渗透系统2的汲取液为原液，经过反渗透膜元件，浓缩的浓水重新回到汲取液罐3中重复当正渗透系统2的汲取液使用，反渗透的产水进入产水罐5中。

本发明公开的咖啡浓缩装置的使用方法，首先，将咖啡原液加入到咖啡液罐1中，接着，将汲取液加入到汲取液罐3中，然后，启动正渗透系统2。咖啡原液在渗透压差的作用下，咖啡液罐1中的水不断被吸入到汲取液中，进而实现咖啡原液被浓缩。本发明通过采用正渗透膜浓缩咖啡，不会造成咖啡原始成分的破坏，工艺过程简单，占地面积小，且浓缩效果好，在咖啡浓缩领域有巨大的应用前景。相比于传统的工艺技术，冷冻浓缩费用昂贵，该技术可降低咖啡制造工艺的整体成本。

本发明的发明人运用该方法做了以下实验：

实验一：咖啡原液浓度初始为0.1％brix(brix是指产品中的可溶性固形物的含量，又叫白利度)，汲取液浓度为8.0％brix。

浓缩结束时，咖啡原液浓度由初始的0.1％brix浓缩至1.3％brix，汲取液浓度由8.0％brix增大到8.4％brix，反渗透系统4产水浓度为0.3％brix，反渗透系统4脱除率99％。随着运行时间的增加，水通量总体呈下降趋势，但是由于通量较小，且累计运行时间不长，原液浓度还未发生明显变化，因此通量下降幅度较小；原液中的咖啡质量不断减小，当累计运行时间达到15小时时，由于原液剩余质量太小，不能充满整个运行管路，浓缩停止。

实验二：基于实验一，本实验增大咖啡溶液的初始浓度以及咖啡原液的初始质量。咖啡原液初始浓度为0.2％brix。汲取液初始浓度为8.8％brix，反渗透系统4产水浓度为0.5％brix，反渗透系统4的初始脱除率97.1％。

设备累计运行25.2个小时浓缩结束时，咖啡原液浓度为4.5％brix，汲取液浓度为9.2％brix，反渗透系统4产水浓度为0.4％brix，反渗透系统4脱除率98.3％。咖啡溶液初始质量50kg，浓缩完后咖啡剩余质量1.38kg，咖啡被浓缩36倍。

实验三：基于实验二，本实验增加正渗透膜元件数量，以提高浓缩效率。

咖啡原液初始浓度为1.6％brix，汲取液初始浓度为8.0％brix，反渗透系统4的产水浓度为0.4％brix。

设备累计运行8个小时浓缩结束时，咖啡溶液初始质量50kg，浓缩完后咖啡剩余质量2.3kg，咖啡被浓缩22倍。

在本发明中的“第一”、“第二”等均为描述上进行区别，没有其他的特殊含义。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创造性特点相一致的最宽的范围。