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技术领域
本发明通常涉及用于从咖啡果分离和萃取抗氧剂及其它有益化合物的方法。
背景技术：
咖啡植物(例如阿拉伯咖啡(Coffea arabica))的果实通常被称为“咖啡果”。咖啡果由下述各层组成(从外向内)∶外皮，果肉，粘膜(mucilage)，羊皮纸(parchment)和豆组成。外皮，也称为外果皮(epicarp或exocarp)，是由蜡质物覆盖以确保保护果实的单细胞层。中果皮包括果肉和粘膜。果肉是中果皮的肉质外层，直接在外皮之下，其在加工期间可以被果肉取出机(pulping machine)除去。粘膜是果肉和羊皮纸之间存在的粘滑的层，粘着于咖啡果之内的羊皮纸上。其通常不能被取果肉除去。粘膜在未成熟的咖啡果实中不存在，并且在过熟的咖啡中消失。内果皮(endocarp)或“羊皮纸”是当新鲜时紧密压在豆上但在干燥期间豆从其缩小的坚韧珠被。其位于果的多肉部分(或果肉)和银皮(silver skin)之间。内果皮也包括薄的、脆的纸样覆盖物，其在取果肉和发酵之后保留在湿加工的咖啡豆上，并且随后在去壳期间被除去。所述豆包括胚乳和胚芽。胚乳包括在发芽期间向胚芽供料的组织。胚芽最终形成咖啡豆。银皮是覆盖胚乳的种子珠被，即直接包围咖啡豆的薄的、纸样、发光层，为珠被的剩余部分。在加工期间，在出口之前研磨除去大部分银皮，并且在烘焙期间除去糠形式的其余部分。当咖啡果成熟时，胚乳充满珠被。
采集并加工咖啡果以制备咖啡。在加工期间，除去所述果的豆部分，并使用各种技术进一步加工。该方法通常除去所述豆、银皮和羊皮纸。因此，在除去豆之后，剩余了大量咖啡果果实。
传统上，在除去豆之后剩余的果部分被视为废料，尽管其有时被加工成堆肥或动物饲料。然而，该剩余的部分具有显著的营养价值。特别地，其中抗氧剂和多酚的含量高，包括各种类型的氯原酸、咖啡酸、奎尼酸、阿魏酸、原花色素和其他。这些化合物具有抗氧化活性，其可以通过减少氧化损伤有助于良好身体健康，从而改善相关疾病状态，比如糖尿病、阿尔茨海默病和某些类型的心血管和神经病学病症。这样的化合物以及提取物的其它有益组分的有益的抗氧化和其它性质也可以用于治疗其它病症，比如皮肤病症等。然而，从去豆的(de-beaned)咖啡果分离这些抗氧剂及其它有益化合物会很困难。例如，咖啡果肉含有高水平单宁类，其结合蛋白质并使其难于提取和沉淀。另一个问题是咖啡果肉中的游离酚被氧化成醌类。醌类是氧化剂，其可以氧化咖啡果蛋白质中的氨基酸。而且，在去壳期间使用成熟咖啡果实，并将其暴露于氧，在加工之前或加工期间，咖啡果的酶、糖和其它组分的活性也可使这些化合物快速降解和/或氧化和快速细菌繁生长。这些降解过程可能在除去豆之后几乎立即开始。因此，从咖啡果分离有益组分的可用方法经常导致产率差和存在不期望的副产物。
本领域仍然需要从咖啡果分离抗氧剂及其它有益化合物的改进的方法。
附图简述
图1为描绘根据本文公开的方法可以使用的去豆(de-beaning)方法的流程图。在接收咖啡果之后，将其洗涤，并浮在水中(1)以除去“漂浮物”(坏果浮起)。然后，使用分离生咖啡豆和咖啡外皮的咖啡果肉取出机(pulping machine)使果为“去豆的”(经取果肉的)(2)。将生咖啡豆移到发酵/洗涤槽(2a)，并用于咖啡生产(2c)。经由连接果肉取出机的电动或手动喷雾器，向去豆的咖啡果(本文也可以称为咖啡果肉或外皮)喷雾抗坏血酸和柠檬酸的混合物(3)。咖啡外皮通常以较短时间段(＜10秒)穿过螺旋钻到达咖啡外皮收集点。在此，将咖啡外皮收集在塑料袋(良好等级，不透气)(4)中。当接收容器满时，使用真空从所述袋(5)除去氧气，但是可选地可以使用氮气或其它惰性气体吹扫以除去氧气。将所述袋立即闭合并密封，以保持容器中的低氧(或负氧)环境。将所述密封的、无氧/少氧的外皮袋立即(通常在除去果肉的几分钟内)置于冷藏的/冷冻的运输车辆中，用于立即冷藏(6)和转送至冷冻装置(7)。将该无氧外皮袋冷冻，通常冷冻至不超过20至25华氏度的温度以使降解酶活性变性。
图2为描绘用于由去豆的咖啡果制备粉末的代表性方法的流程图。在该方法中，去豆的咖啡果是新制的(即，在图1中列出的去豆方法步骤2之后尽早，和迟于步骤5之后)或冷冻的(即，在图1的所有步骤之后)。当新制的或仍然在冷藏下(约20-32华氏度)时，将咖啡外皮分散在开孔干燥架(食品级)上，并清理掉任何碎块、变色的果实、叶子或茎(11)。将所述含有经清理的、处理的外皮的架子浸没在含有柠檬酸/抗坏血酸的混合物的水的容器中，或者可选地使用蒸汽预煮或通过微波预煮方法处理(12)。预煮是将咖啡外皮暴露于沸水或蒸汽较短时间以灭活酶。通常，植物(除了草药和青椒)需要预煮，并且在冷冻之前迅速冷却，因为加热减慢或中止了酶作用，所述酶作用引起植物生长和成熟。然而，在成熟之后，酶可以引起品质、味道、色泽、质地和营养物丧失。如果植物没有被充分加热，则酶将在冷冻贮存期间继续活化，并可引起植物变坚韧或产生异味和颜色。预煮也会引起植物萎蔫或变软，使它们易于包装。这消灭了一些细菌，并且有助于除去任何表面污物。在70至105℃的热水中预煮可引起酶活性破坏。预煮通常在75至95℃之间进行＜1分钟。这些预煮/处理步骤可以有助于确保在脱水过程期间没有酶活性。将经处理的咖啡果实的架子通过无氧传送机传送，所述无氧传送机中具有作为振动器/振荡器作用的部分，以在脱水之前从咖啡果实除去过多水分(13)。将咖啡果实的架子装入可以在低温且无氧或低氧下操作的脱水器。例如，可以用惰性气体代替氧气。将外皮在优选地不超过140华氏度的温度脱水，并继续脱水直到获得约5-6％的水分含量(14)。此时，干咖啡果实可以作为整体干咖啡果实外皮贮存，或者用含有咖啡果液体提取物的经测量的喷雾富集(15)，然后在约5-6％湿度下再脱水(16)。在脱水之后，将咖啡果外皮贮存或基于市场需要使用产生粉末的机器比如Fitzmill进一步加工成粉末形式(17)。将外皮粉末化的过程在用氮气或其它惰性气体替代氧气的密封的环境中进行。将经加工的咖啡外皮贮存在密封的食品级容器中，所述容器中的氧气基本上已经全部被除去，例如用氮气吹扫或贮存在冷的黑暗环境中(18)。然后，将该容器转送到工厂用于加工或转送到冷冻机中，所述冷冻机可以位于或不位于加工设备中。
图3是描绘从去豆的咖啡果制备液体提取物的代表性方法的流程图。在如图1所述贮存之后，经处理的咖啡外皮接受在不透气的真空(21)中的冷冻。不使用新制的外皮，因为冷冻(不是迅速冷冻)促进了所述果外皮细胞壁的溶解，其增强了提取。同时仍然在冷藏环境(低于32华氏度)下，使用压制机将每个冷冻的外皮袋压碎(22)，以将冷冻的外皮彼此分离。移除所述袋，并将冷冻外皮置于传送机上以除去碎块、叶子和细枝。外皮被传送到接收槽，其中将外皮浸没在水中，所述水具有初始温度至多约145华氏度。所述接收槽含有一个或多个“研磨/剪切泵”(23)，其将外皮切成适用于提取的大小，然后将物质泵送到提取容器中进行提取(24)。提取容器含有纯净水(可选地，水和甲醇/乙醇的50-50混合物)，其被加热到高达约145度数的温度且置于真空下。可以机械搅拌或通过其它方式如超声波振动搅拌该外皮。水与外皮的比例为约1:1(外皮磅：水加仑)。可选地或另外，也可以使用超高压萃取(称为UPE)提取酚类及其它化合物。将已经提取的外皮移动到“果实压制机”(25)，其从咖啡外皮果肉除去剩余液体。除去用尽的外皮。使用沉降或可选地使用离心装置或膜过滤技术过滤来自提取物的液体(26)。使用蒸发系统(27)，以低温、无氧/低氧、和在蒸发器中低保留时间(在一个示例性实施方案中，在脱水期间加热产物仅约1秒，从而保存营养物)，将过滤的液体提取物减少到其稳定的浓缩点(约50BRIX)。将得到的液体提取物包装，并贮存在食品级容器中，用氮气吹扫容器以除去氧气，然后贮存在冷的黑暗条件下(28)。
详细说明
如下详细地讨论本发明的实施方案。在描述实施方案中，为了更清楚地说明使用特定的术语。然而，本发明并不意味着限定于如此选择的特定术语。相关领域的技术人员应当认识到在没有背离本发明的精神和范围下，可以使用其它同等的部分以及其它开发方法。将本文引用的所有参考文献都通过援引并入，如同其各自被单独并入一样。
人类细胞通过氧化过程产生“生命能量”；然而，过度氧化也可能引起细胞损伤。人体具有在我们的细胞中通过使用抗氧剂控制氧化的多种系统。然而，因为由于我们高度工业化社会导致的因素—包括污染、放射、压力和我们忙碌的生活方式-我们的身体不能与其堆积一样快地清除氧化，产生多种多样的健康问题。减少人体的氧化和氧化损伤是人类健康最重要的问题之一。因为富含抗氧剂的物质很难获得且加工昂贵，产生大到足以供给全球范围内人类的抗氧剂供应已经成为最大的问题。
咖啡是世界上第二大的农作物，但是仅仅使用其果实的一小部分——豆。使用本发明，之前被视为废料的咖啡制备的“副产物”可提供一种有效抗氧剂以及包含于果实中的其它有益化合物的有价值的来源，使它们更容易且更充足地被公众所获得。
用于制备粉末的方法
本文公开的方法可用于制备富含抗氧剂的粉末，例如来自咖啡果。
咖啡果可以处于符合从咖啡果提取抗氧剂及其它有益化合物的成熟的任何阶段。这样的抗氧剂及其它有益化合物包括，例如各种类型的氯原酸，包括咖啡酰奎尼酸(CQA)，具有3个异构体(3-、4-和5-CQA)；二咖啡酰奎尼酸(diCQA)，具有3个异构体(3,4-diCQA，3,5-diCQA，4,5-diCQA)；阿魏酰奎尼酸(FQA)，具有3个异构体(3-,4-和5-FQA)；对-香豆酰奎尼酸(pCoQA)，具有3个异构体(3-,4-和5-pCoQA)，以及咖啡酰-阿魏酰奎尼酸(CFAQ)的六个混合二酯，还以及痕量的二阿魏酰奎尼酸，二甲氧基肉桂酰基奎尼酸、咖啡酰基-二甲氧基肉桂酰基奎尼酸和阿魏酰-二甲氧基肉桂酰基奎尼酸；以及原飞燕草素(Prodelphinidins)、原花青素(procyanidins)、葫芦巴碱、木质素、单宁类比如缩合单宁、各种类型的羟基肉桂酸、咖啡糖类、咖啡酸、奎尼酸、阿魏酸、花色素苷和原花色素。氯原酸(CGA)是一些羟基肉桂酸和奎尼酸之间形成的酯家族。任何这样的酯都包括在上述抗氧剂及其它有益化合物中。成熟阶段通常由保留在咖啡果表面上绿着色的量所反映，绿着色越多表明越不成熟。用于本文公开的方法中使用的咖啡果可以是其表面上的绿着色高于约50％、约40％、约30％、约20％、约10％、约5％或约1％，或者咖啡果可以是成熟的，即红色的。在示例性的实施方案中，咖啡果实成熟的或接近成熟的(例如，其表面上的绿着色小于约10％或小于5％)。
咖啡果可以是例如在进一步处理之前去豆的，或者可以使用整个咖啡果。在示例性的实施方案中，咖啡果是去豆的。然而，本文无论何处使用“去豆的咖啡果”，本领域普通技术人员应当理解可以代替整个咖啡果。因此，本发明特别适合使用在去豆之后咖啡制备方法中使用的成熟果。这些果由于它们快速降解通常被视为所述制备方法的废物。除非上下文另有说明，否则如本文使用的“外皮”当用于涉及咖啡果时，可以理解为等同于“去豆的咖啡果”。
可以使用本领域已知的任何方法，比如本文所述方法，使咖啡果去豆。在去豆之后，迅速地用包衣液比如防腐包衣液喷雾去豆的咖啡果的表面。例如，当咖啡果去豆时，去豆的咖啡果可以落入将咖啡果运送到包装区的螺旋钻(auger)中。然后，可以使用喷雾器在所述螺旋钻的一端喷雾去豆的咖啡果，并且可以在另一端收集去豆的咖啡果。去豆的咖啡果可以在它们落入螺旋钻之前被喷雾，并在短期内被转送到螺旋钻上，例如约1(一)分钟(但是如本文公开的其它时间可以是合适的)，之后进一步加工。包衣液例如通过防止氧化或酶促降解可以具有抑制咖啡中的抗氧剂及其它有益的化合物降解的作用。例如，果实中的酚类化合物可以被称为多酚氧化酶(PPO)的酶氧化。该过程由果实褐变所证实。而且，咖啡果实酶被活化，它们可以将游离酚和氨基酸转化成奎尼酸。包衣延缓了这些降解过程，从而保留了较高量的抗氧剂。
包衣液可以包括例如抗坏血酸、柠檬酸、乙酸、苯甲酸、二氧化硫、亚硫酸盐比如亚硫酸钾中的一种或多种或者两种或更多种这些化合物的组合。例如，包衣液包括在水中或另外合适的溶剂中的抗坏血酸和柠檬酸的组合。例如，抗坏血酸的使用量可以为至多或约1克/加仑、2克/加仑、3克/加仑、4克/加仑、5克/加仑、6克/加仑、7克/加仑、8克/加仑、9克/加仑、10克/加仑、11克/加仑、12克/加仑、13克/加仑、14克/加仑、15克/加仑、20克/加仑的水或合适的溶剂或更多，或约10 30、约10-20、或约12-16克/加仑。在某些实施方案中，可以使用粉末比如食品级抗坏血酸粉末。例如，抗坏血酸的存在量可以为约15克食品级粉末/加仑的水或其它合适的溶剂。
柠檬酸的使用量可以为至多或约0.5克/加仑、1克/加仑、2克/加仑、3克/加仑、4克/加仑、5克/加仑、6克/加仑、7克/加仑、8克/加仑、9克/加仑、10克/加仑、11克/加仑、12克/加仑、13克/加仑、14克/加仑、15克/加仑、20克/加仑或更多、或约1-15、2-10或5-10克/加仑。在某些实施方案中，可以使用粉末比如食品级柠檬酸粉末。
抗坏血酸与柠檬酸的比例可以为约4:1至约1:4。在示例性实施方案中，抗坏血酸与柠檬酸的比例可以为约4:1至约1:2、约3:1至约1:1或约2:1。例如，包衣液可以由约15克的抗坏血酸和7克的柠檬酸/加仑的水构成。一加仑的包衣液可用于处理约100-200、约125-175、或约150磅的去豆的果。
在采集和(在去豆的咖啡果的情况下)去豆之后，将包衣液迅速应用于去豆的咖啡果上。迅速处理果肉可以使促进氧化的酶变性，从而保留氨基酸和游离酚。如本文使用的“迅速地”指与保留咖啡果中所有或大部分的抗氧剂及其它有益化合物一致的时间段。“迅速地”可以指例如在方法的之前步骤之后或在提及事件之后(当适用时)，在约24小时之内、在约12小时之内、在约6小时之内、在约4小时之内、在约3小时之内、在约2小时之内、在约1小时之内、在约45分钟之内、在约30分钟分钟之内、在约15分钟之内、在约5分钟之内、在约1分钟之内、在约30秒之内、在约15秒之内、在约10秒之内、或在约5秒之内或更短。例如，包衣液可以在采集和/或去豆之后在约5分钟之内、或在约1分钟之内或在约30秒之内应用。如本文使用的“约”指在高于或低于所列举数字的十个百分比(10％)之内，除非上下文另有指示。可以在去豆的咖啡果穿过外皮处理螺旋钻之前或当时施用包衣液。
根据所述方法正在进行的环境，可能需要将去豆的咖啡果在其被涂布之后但在其进行进一步加工之前贮存。在这样的情形中，贮存可以在基本上无氧和/或冷藏条件下进行。如本文使用的“基本上无氧条件”和“无氧条件”可互换地使用，指在以下条件下：去豆的咖啡豆或其加工组分被保护以防止暴露于氧气，所述氧气的这样量或活性有利于去豆的咖啡果中的抗氧剂和/或其它有益化合物氧化和/或酶促降解。不能产生抗氧剂和/或有益化合物的实质性氧化和/或酶促降解的任何氧水平都涵盖在“无氧条件”之内。无氧条件可以例如通过从咖啡果周围的环境除去大部分或所有氧气来获得，例如通过排空和密封容纳咖啡果的容器，或者通过用不同气体代替氧气，所述不同气体包括惰性气体，比如氮气、氩气、二氧化碳或其组合。也可以使用获得无氧条件的其它方式，例如通过将咖啡果浸入具有很少或没有氧气或氧化活性的液体中，比如本文公开的柠檬酸/抗坏血酸混合物、或柠檬汁、偏亚硫酸钠溶液或二氧化硫、或者通过使环境中存在的氧气不起作用或失活。例如，可以通过将咖啡果置于一个或多个容器中并排空容器来获得。容器可以为设计用于贮存的任何合适的密封元件，包括食品级塑料袋、具有或不具有衬垫的容器筒、具有或不具有衬垫的垃圾桶、和/或垃圾袋/购物袋/冷冻袋，并且可以具有任何容量，例如约50lb.容量。本文公开的方法中的任何步骤都可以适用于在无氧条件下进行。
如果去豆的咖啡果被贮存在无氧条件下，则所述咖啡果在所述果被去豆之后迅速经受这样的条件，例如在去豆之后约1分钟之内。例如，喷雾的去豆的咖啡果可以在其落入螺旋钻之前被喷雾，然后可以在被(例如)装袋、抽真空和密封之前约1(一)分钟被转送到螺旋钻。
无论是否在无氧条件下贮存，涂布的去豆的咖啡果也可以贮存在冷藏条件下。如本文使用的“冷藏条件”指有效地抑制咖啡果中的抗氧剂及其它有益化合物的氧化和/或酶促降解的任何温度条件。因此，冷藏代表一种减少或消除环境中任何氧或残余氧的活性和有害作用的容易且经济可获得的方法。冷藏条件也可以起促进咖啡果中的细胞裂解作用，其促进有益化合物从细胞释放，有助于进一步加工。这样的条件也可以使有助于咖啡果降解的酶变性。例如，“冷藏条件”涵盖低于约60°F、约50°F、约40°F、约35°F、约32°F、约30°F、约25°F、约20°F、约15°F、约10°F、约5°F、约0°F或更低的温度。低于约32°F的温度也可以被认为是冷冻条件。因而，“冷冻条件”涵盖在“冷藏条件”中。例如，涂布的去豆的咖啡果可以贮存在冷冻条件下。如果涂布的去豆的咖啡果被贮存在冷藏条件下，则它们在所述果被去豆的之后迅速(例如在去豆之后约十五分钟、约五分钟或约两分钟)经受这样的条件。在示例性实施方案中，在去豆之后立即将防腐包衣液施用于咖啡果，接着除去氧并冷藏。例如，在将咖啡果置于容器中之后，可以将容器放入冷冻运输车辆比如运冰车中，其将容器暴露于约32华氏度的条件。在贮存运输车辆(包括转送到贮存设施期间)中的贮存时间范围可以为约5分钟至几天，例如约20分钟至约三小时。容器可以被转送到贮存设施，其可以将容器暴露于约0-20华氏度的条件。
在无氧和/或冷藏条件下进行贮存的涂布的去豆的咖啡果可以被贮存在这样的条件下任何时间长度，所述时间符合保留咖啡果中至少大部分的抗氧剂和/或其它有益化合物。这样的贮存可以持续例如长达约2小时、约4小时、约6小时、约12小时、约24小时、约3天、约1周、约2周、约1个月、约2个月、约3个月、约4个月、约5个月、约6个月、约12个月、约18个月、约24个月或更久。例如，这样的贮存可以持续长达约6个月，尽管达到时限的冷冻的去豆的咖啡果可以被加工且呈作为干燥外皮保存。如果期望为了将咖啡果递送到贮存设施的转送，这样的转送也可以在无氧和/或冷藏条件下进行。
也可以例如通过使用液压、机械、水或气动压制机，将在冷藏条件下贮存的去豆的咖啡果压碎。该步骤可以均匀地分散去豆的咖啡果，用于检查和清理。无论涂布的去豆的咖啡果是否进行贮存，则所述涂布的去豆的咖啡果可以进行任选的进一步处理步骤。该步骤可以在将咖啡果从贮存处移出之后进行，并且可以起部分或完全地使已经处于冷藏条件下贮存的去豆的咖啡果解冻作用。例如，可以在无氧条件下进行任选地其它处理步骤，例如通过在惰性气体笼罩下进行这样的操作。该进一步处理步骤可以包括例如预煮所述涂布的去豆的咖啡果。预煮可以通过将去豆的咖啡果暴露于热水或蒸汽一段时间进行。所述预煮步骤可以在符合保留咖啡果中的大部分抗氧剂和/或其它有益化合物的任何时间和温度条件下进行。例如，预煮步骤可以包括暴露于水和/或蒸汽至少约15秒、30秒、45秒、1分钟、2分钟、2分钟30秒、3分钟、3分钟30秒、4分钟、5分钟、10分钟、12分钟、14分钟、15分钟、16分钟、18分钟、20分钟、25分钟、30分钟、1小时或更久。热水和/或蒸汽可以处于例如至少约120°F、130°F、140°F、150°F、160°F、170°F、180°F、190°F、200°F、210°F、212°F、215°F、220°F、230°F、240°F、250°F、300°F或更热的温度。例如，预煮可以使用蒸汽或使用约190F.的温度的热水进行浸泡约45秒至1分钟/盘的时间。尽管此处使用浸泡，但是也可以使用喷雾法作为此处以及本文描述任何地方的浸泡的替代。在示例性实施方案中，如果在水中进行预煮，则水可以含有其它防腐剂，例如抗坏血酸、柠檬酸、乙酸、苯甲酸、二氧化硫、亚硫酸盐比如亚硫酸钾或其组合。在预煮之后，然后将去豆的咖啡果的盘浸入由冷却水构成的第二槽中，其也可以含有抗坏血酸、柠檬酸、乙酸、苯甲酸、二氧化硫、亚硫酸盐比如亚硫酸钾或其组合，其可以提供所述去豆的咖啡果的立即冷却，从而使它们不会在预煮之后保持蒸煮。也可以将冷却的水或溶液喷雾到去豆的咖啡果上。预煮可以在冷冻并待脱水的去豆的咖啡果上进行。可选地或另外，预煮步骤可以在贮存之前的去豆的咖啡果上进行，例如在采集和去豆之后但在喷雾之前，或者在喷雾之后但在冷藏之前，或者在冷藏之后但在冷冻之前。
进一步的处理步骤也可以包括将涂布的去豆的咖啡果暴露于适于抑制氧化和/或酶促降解的另外的组合物。这样的组合物可以包括例如抗坏血酸、柠檬酸、乙酸、苯甲酸、二氧化硫、亚硫酸盐比如亚硫酸钾或其组合。例如，所述组合物可以包括所述比例和在本文公开的溶剂中的抗坏血酸和柠檬酸。例如，咖啡果可以暴露于这样的组合物至少约15秒、30秒、45秒、1分钟、2分钟、2分钟30秒、3分钟、3分钟30秒、4分钟、5分钟、10分钟、12分钟、14分钟、15分钟、16分钟、18分钟、20分钟、25分钟、30分钟、1小时或更久。
可选地，去豆的咖啡果可以在冷藏条件下直接转送到生产设施，从来不递送到贮存设施用于冷冻。在生产工厂，则可以从密封袋取出去豆的咖啡果，并分散在脱水盘上进行检查。然后，可以将它们如本文所述那样预煮或浸泡溶液，之后冷浸以阻止蒸煮，接着在将所述盘装载到脱水器之前甩掉过量的水。
在任选的进一步处理步骤之后，如果存在，则可以使涂布的去豆的咖啡果脱水。咖啡果可以脱水至较低水含量，例如水含量小于约50％、40％、30％、20％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％或更低。例如，在脱水之后，咖啡果可以具有的水含量为约5％至约6％(w/w)。用于使食物样品脱水的任何本领域已知的方法，包括任何合适的时间和温度条件，都可以用于本文公开的制备方法。例如，脱水可以在低热下进行，例如至多或约100、110、120、125、130、135、140、145、150、160、180或200华氏度或更高，或者约100-200、约120-170、约130-160、约130-150华氏度。脱水可以进行一段时间，例如至少约1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时、11小时、12小时、13小时、14小时、15小时、16小时、17小时、18小时、19小时、20小时、24小时、48小时或更长。例如，脱水可以在约130至约145华氏度、或约135华氏度的温度进行约10-12小时，或者直到获得约5％或6％的水含量。在示例性实施方案中，脱水步骤可以在无氧条件下进行，例如在脱水期间将咖啡果暴露于惰性气体比如氮气中。使用振荡器/振动器传送机，可以将去豆的咖啡果传送到脱水器，或者直接装载到脱水器中。
在脱水之后，咖啡果可以进行任选的富集步骤。该富集步骤可以包括用富集物质，比如使用本文公开且如下描述的方法制备的咖啡果提取物，接触脱水的咖啡果。这样的接触可以通过例如给脱水的果喷雾水性提取物或其它提取物进行。在暴露于提取物之后，富集的咖啡果进行进一步的脱水步骤。例如，当脱水的去豆的咖啡果达到5-6％的含水量时，可以使用如本文所述制备的液体咖啡提取物或使用本领域已知的方法，在喷雾器中喷雾以富集粉末状去豆的咖啡果产物。例如，喷雾量可以为约0.1、0.5、0.75、1、1.25、1.5、2、3、4、5、10或更多盎司的提取物/千克脱水的咖啡果。例如，喷雾量可以为约1(一)盎司50BRIX提取物/千克干粉末(基于5-6％湿度)。将该富集的粉末再次脱水，直到达到5-6％湿度(使用本文公开的方法约1-2小时)。
无论咖啡果是否进行任选的富集步骤，然后可以将脱水的果研磨成粉末。该研磨可以使用本领域已知的任何方法或机器进行。例如，根据消费者规格，可以使用Fitzpatrick Mill(Fitzmill)(Fitzpatrick Company,Elmhurst,IN)或HammerMill(Meadows Mills,Inc.,North Wilkesboro,NC)将脱水的咖啡果研磨成粉末。该研磨步骤可以使用无氧条件进行。
用于制备液体提取物的方法
在另一个方面，本发明提供用于制备咖啡果，例如，去豆的咖啡果的提取物的方法。对于提取方法而言，去豆(如果有)、涂布和贮存(如果有)步骤都为如上对于制备粉末所述的。在示例性实施方案中，所述方法使用获得的涂布的去豆的咖啡果，而无需贮存。在其它示例性的实施方案中，所述方法使用已经贮存在无氧和/或冷藏条件下的涂布的去豆的咖啡果，其仅在冷藏运输车辆中或也被递送和贮存在冷藏的贮存设施中，如之前描述的。本文所述的提取步骤可以进行一次，或者它们可以进行多次，以便获得期望的纯度和产率。
在示例性实施方案中，在进行提取过程之前，将去豆的咖啡果冷冻。要提取的涂布的去豆的咖啡果可以进行浸软步骤。在浸软步骤期间，将咖啡果切成碎块。所述碎块的平均粒径可以为例如小于约5cm、4cm、3cm、2cm、1cm、9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm、0.5mm、0.1mm或更小，其中测定结果反映了所述碎块长度的最大尺寸。例如，碎块可以为约0.5-2mm或1-2mm。可以使用本领域已知用于此目的的任何方法进行这样的浸软步骤。例如，浸渍槽。在某些实施方案中，浸渍槽在底部含有一个或多个研磨机/浸渍泵，并且可以是不透气的且使用氮气代替氧气而不含氧。例如，所述槽可以盛装溶剂，包括水性溶剂比如纯净水，比例为约1加仑：1磅(液体提取物：去豆的咖啡果)。在某些实施方案中，“研磨机泵”可用于将液化物质泵送到密封的提取用提取容器。例如，浸软步骤可以在浸软槽中在无氧条件下进行。
然后，浸软的咖啡果碎块可以进行提取步骤。提取步骤可以使用本领域已知适于提取咖啡果中的抗氧剂和/或其它有益化合物的任何方式进行。例如，可以在提取槽中用水性溶剂接触咖啡果碎块。其它合适的溶剂包括甲醇、乙醇或甲醇和乙醇中任一者或两者与水的组合。例如，溶剂可以为约50/50(以体积、重量、或者为w/v或v/w测量)的水和乙醇的混合物、或水和甲醇的混合物。水性溶剂可以为例如水。水可以为纯净水，这样的纯化可以通过任何已知的方法进行，包括例如反向渗透、膜过滤、炭床过滤(charcoal bed filtering)、去离子、蒸馏或这些方法的组合。例如，水性溶剂可以为实验室-质量的水，其是通过将水反向渗透然后去离子制备的。例如，所述水可以通过将其进行反向渗透、膜过滤和炭床过滤达到高纯度水平，例如，<3ppm，然后去离子制备。水或其它提取液体可以任选地含有另外的防腐剂，比如抗坏血酸、柠檬酸或本领域已知的其它防腐剂。提取也可以使用超高压提取(称为UPE)进行，其可以用于提取咖啡果中的酚类或其它抗氧剂或有益化合物。在UPE中，高压可用于在没有过热下“推动”溶剂穿过所述物质，所述过热可引起降解。
水性溶剂的温度可以为高温，例如高于室温。水性溶剂的温度可以为例如至少约70°F、80°F、90°F、100°F、110°F、120°F、130°F、140°F、145°F、150°F、155°F、160°F、170°F、180°F、190°F、200°F、210°F或更高。提取中使用的水的量可以表示为相对于咖啡果碎块的比例。例如，水性溶剂：碎块比例(加仑单位的溶剂：磅单位的碎块)可以为至少约0.01:1、0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1、1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2:1或更高。提取可以在无氧条件下进行。
在提取期间，可以任选地搅拌溶剂/碎块混合物。搅拌可以通过本领域已知的任何方法进行，例如通过机械拌搅(例如，电动机和叶片)、超声波搅拌(使用例如超声换能器)和/或酶搅拌(根据本领域已知的方法使用引入的酶)。例如，可以使用机械搅拌搅拌混合物。这样的机械搅拌可以使用Lightnin搅拌器(Lightnin,Rochester,NY)完成。可以搅拌该混合物一段时间，以便有利于提取方法。例如，可以搅拌该混合物至少约1分钟、5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟、35分钟、40分钟、45分钟、50分钟、55分钟、1小时、1小时30分钟、2小时、3小时或更久。可以例如搅拌该混合物约40分钟。
可以过滤溶剂/碎块混合物以除去颗粒物质，包括咖啡果肉沉淀物。过滤方法是本领域已知的，普通技术人员可以从那些已知方法中选择合适的过滤方法。这样的过滤方法的非限制性实例包括∶1)膜滤法，比如微量过滤、超滤、纳米过滤以及具有螺旋缠绕、不锈钢、陶瓷、管状或板框结构的反向渗透；2)沉淀物净化，由此可以使用食品级槽将提取物保持在无氧条件下，以使沉淀物由于重力而收集在槽的底部,例如，约24小时的时间，并且经由分离阀除去底部沉淀物；3)压滤方法，由此可以使用机械压制机、气动压制机或液压机以将澄清汁挤压穿过一个滤网或一组滤网，或具有尺寸小于5微米的筛，以除去沉淀物；4)离心，由此离心可以通过使用离心力分离固体；和5)真空过滤，其可以提供另一种无氧过滤方法。例如，可以使用压滤方法过滤溶剂/碎块混合物。然后，可以将滤液收集在容器比如食品级存储槽中，其中可以将其贮存在无氧条件下。存储槽也可以用于通过重力分离(如下所述)的净化/过滤，或用于溢流控制，例如如果蒸发器要持续处理过多液体，或者如果蒸发器正满负荷运行。也可以或另外通过沉淀除去颗粒物质，即通过使混合物静置或使用比如上述这些的方法使颗粒物质下沉到贮存容器的底部。在沉降之后，移出上清液进一步处理。可以任选地过滤上清液。如果使用，沉降也可以在无氧条件下进行，例如在惰性气体笼罩下。此时液体和滤液可以被称为稀提取物。
过滤期间收集的颗粒物质可以在果实/草药压制机，例如10吨容量的气动压制机(Eden Labs,Tacoma,WA)、液压机或类似的装置中任选地加工，产生另外的液体。然后，通过挤压特定的物质产生的液体可以加入到过滤步骤期间产生的滤液中和加入到稀提取物中。
稀提取物可以进行蒸发步骤。蒸发步骤产生更浓的提取物。使用BRIX测量监测提取物浓度。BRIX值通常用于测量液体中糖浓度，但是它们也可以用作提取物浓度的代表：BRIX值越高，提取物越浓。稀提取物可以具有低BRIX值，例如小于约10BRIX、8BRIX、6BRIX、或4BRIX或更低，或者在约0.1至10BRIX之间、在1至5BRIX之间和在1至3BRIX之间或在约1.5至约2.5BRIX之间。浓提取物的BRIX值可以高达或至少约1.5BRIX、2.5BRIX、5BRIX、10BRIX、15BRIX、20BRIX、25BRIX、30BRIX、35BRIX、40BRIX、45BRIX、50BRIX、55BRIX、60BRIX、65BRIX、70BRIX、75BRIX、80BRIX、85BRIX、90BRIX、95BRIX、100BRIX或更高，或者在约30至70BRIX之间、或在30至60BRIX之间、或在40至60BRIX之间、或约50BRIX。提取物可以以高达约5:1、约10:1、约15:1、约20:1、约25:1、约35:1、约40:1、约45:1、约50:1、约60:1或更高(其中所述比例表示初始体积相对于最终体积)的比例减少。可以使用“Brix Meter”或“折射计”进行BRIX测量。液体提取物可以浓缩为任何期望的水平，从相对稀的提取物至非常浓且粘稠的提取物，并且甚至进行完全蒸发(例如，小于约10％含水量、或约5-6％含水量或更低)，以提供干提取物浓缩物。
蒸发步骤可以使用本领域已知的任何装置和方法进行，例如使用管降膜蒸发器、板式蒸发器、旋带蒸馏柱蒸发器或旋转锥蒸发器(spinning cone evaporator)。在管降膜蒸发器中，要蒸发的汁液被特别开发的分配系统分布在上管板上和加热管上。由该系统，产品在加热管中向下流到更下的管板作为薄膜。蒸发的蒸汽(蒸汽)沿同一方向向下流动且因此加速膜的流动。这限制停留期至几秒，在此期间要蒸发的汁液保留在加热管中。在板式蒸发器中，主要特点是紧凑设计。结构高度根据设计从3米到5米。板式蒸发器通常被设计成以单向操作使流体上升。这尽可能低的保持产品的热应变。浓缩澄清汁液或含有少量果肉的汁液是果汁工业的应用实例。旋转锥蒸发器是紧凑单元，十分适于浓缩热敏的、有价值的和粘性产品。其提供短停留时间、比传统的升膜或降膜蒸发器更少热冲击和更大加工灵活性。例如，可以使用旋转锥蒸发器比如evaporator(FT Technologies,Griffith,Australia)进行蒸发。在示例性实施方案中，蒸发步骤是在低温条件和/或减压下进行的。如本文使用的低温指温度低于或约100℃、90℃、80℃、70℃、69℃、68℃、67℃、66℃、65℃、64℃、63℃、62℃、61℃、60℃、59℃、58℃、57℃、56℃、55℃、50℃或更低，或者约50-100℃、50-80℃或60-70℃。例如，在约62℃下进行蒸发。例如，在低温且无氧条件下进行蒸发。可以使用基于真空的技术进行蒸发。得到的浓提取物可以被贮存在无氧和/或冷藏条件下，也可以进行巴氏杀菌(如果期望)。
提供下述实施例是为了更好地使本领域普通技术人员制备和使用所公开的组合物和方法，并不打算以任何方式限制本发明的范围。
实施例
实施例1∶粉末的制备
去豆的咖啡果的收集：使用称为“取果肉”的方法使咖啡果为去豆的果，其中称为咖啡果肉取出机的机器从果实轻轻地“捏出(pinchesout)”豆。当去豆的咖啡果穿过外皮处理螺旋钻(穿越螺旋钻约10秒的短程)时，在被取果肉几秒之内对它们喷雾。将来自螺旋钻的顶出端的涂布的去豆的咖啡果放入食品级塑料袋中，然后将该袋抽真空并密封。接着，立即将该袋装入冷藏车中直到完成收集。冷藏车贮存处内部的温度为约32华氏度。将冷藏车中的袋转运到贮存设施，其中所述袋被贮存在冷藏条件下。从收集时开始使袋避免直射光。
在粉末形成之前加工去豆的咖啡果：将去豆的咖啡果置于冷藏室内部的检查传送机上，其中检查它们的质量、碎块、细枝和种子。然后，将去豆的咖啡果传送到含有约190华氏度的热水的预煮槽中，其中将它们浸泡约45秒以使酶失效。然后，将预煮过的咖啡果浸泡在抗坏血酸/柠檬酸的冷溶液中，以致不“蒸煮”酚类。
使加工的咖啡果脱水∶然后，将预煮过的咖啡果置于振荡器/振动器传送机(在无氧条件下)上，以除去过量液体，接着装载入脱水器中。脱水器为由Commercial Dehydrator Systems,Inc.(Eugene,OR)制造的低温、不锈钢、市售脱水器，类似于EXCALIBERTM脱水器或Klamath，其已经被调整为消除氧气。进气口罩上氮气发生器以消除脱水器中的氧气。在脱水步骤期间，将脱水机密封，使用低热操作，并在脱水器氧气中循环氮气，以抑制酶活性。在约140华氏度下，将预煮过的咖啡豆干燥约10-12小时至水含量小于6％(w/w)。
粉末形成∶使用Fitzpatrick Mill(Fitzmill)粉末研磨机将脱水的咖啡果研磨成粉末。当运行时将FitzMill封闭入无氧环境中，以消除产物降解。
实施例2∶使用柠檬酸/抗坏血酸浸泡制备粉末
根据实施例1加工去豆的咖啡果，不同在于，替代预煮去豆的咖啡果，而是将该去豆的咖啡果在含有抗坏血酸和柠檬酸的溶液(约7克柠檬酸和约15克抗坏血酸/加仑水)的浸没槽中浸泡45秒，加热至约185°F。
实施例3∶强化粉末的制备
在研磨去豆的咖啡果之前，通过用根据如下实施例4制备的50BRIX提取物喷雾它们将它们富集。然后，将富集的组合物放回脱水器再干燥。
实施例4∶在不冷冻下粉末的制备
根据实施例1的“去豆的咖啡果的收集”步骤加工去豆的咖啡果，不同在于去豆的果从来没有被递送到贮存设施用于冷冻。相反，将它们装入冷藏车中，并递送到生产工厂。
在生产工厂，从密封的袋取出去豆的咖啡果，然后分散在脱水盘上进行检查。然后，将它们预煮，之后冷浸以阻止蒸煮，接着在将所述盘装载进入脱水器之前甩掉过量的水，用于如实施例1所述的进一步加工。
实施例5∶液体提取物的制备
去豆的咖啡果的收集：如实施例1所述，将咖啡果去豆、涂布并贮存。
在提取之前加工去豆的咖啡果：将去豆的咖啡果置于冷藏室内部的检查传送机，其中检查它们的质量、碎块、细枝和种子。在无氧条件下，将用于液体提取的去豆的咖啡果传送到浸渍槽，其中将其切成0.5-2mm尺寸。
提取：使提取槽充满实验室-质量的水，所述水通过将其进行反向渗透然后去离子制备。然后，将水加热至145°F(63℃)。将浸软的咖啡果碎块以1:1的比例(水加仑/碎块磅)加入到装满水的提取槽中。将提取槽抽真空以除去所有氧气，然后用Lightnin Mixer搅拌器(Lightnin,Rochester,NY)搅拌约40分钟。然后，通过使用25微米不锈钢筛过滤过滤该水/碎块混合物，并将滤液传送到接收槽。将经由过滤器除去的经提取的外皮传送到果实压制机，其榨出任何剩余的液体。然后，将经压制的液体如同上述过滤，并用管传送到接收槽。该接收槽是食品级的，是密封且抽真空的。在无氧条件下进行所有步骤。
蒸发∶到目前为止制备的提取物都具有约1.5至2.5的BRIX测量值。在约145华氏度下，使用无氧条件(使用真空获得)进行蒸发。以物质保留时间1秒蒸发提取物。当蒸发正在进行时测量提取物的BRIX值。一旦获得50BRIX水平，则将浓缩的提取物密封在无氧条件(用氮气代替氧气)下的槽中。然后，将50BRIX提取物转送到冷藏室。
本说明书中图解并讨论的实施方案预期仅用于以发明人已知的用于制备和使用本发明的最佳方式教导本领域技术人员。本说明书中的任何内容都不应被认为是限制了本发明的范围。所有出现的实施例都是代表性的且非限制性的。在没有背离本发明下，本发明的上述实施方案都可以被修饰或改变，如本领域技术人员根据上述教导所理解的。因此，应当理解，除了如特别描述的之外，本发明可以在权利要求书和其同等物的范围之内实施。