一种连续超声水处理制备低因咖啡的方法及其综合利用与流程

本发明涉及天然产物提取，尤其涉及一种连续超声水处理制备低因咖啡的方法及其综合利用。

背景技术：

1、咖啡是世界三大饮料之一，长期以来深受世界各地人们的喜爱。咖啡因是咖啡的主要活性物质，也是世界上使用最为广泛的精神活性药物。适度使用咖啡因具有祛除疲劳、兴奋神经的作用，临床上常用于治疗神经衰弱和昏迷苏醒。但是，若过量饮用咖啡轻则引起胃肠道不适或血压升高心动过速；重则对人体中枢神经系统造成损害，引起阵发性惊厥和骨骼震颤，损害肝、胃、肾等内脏器官，诱发呼吸道及心血管等疾病；且咖啡因具有一定成瘾性，停用后会出现全身困乏疲软、精神萎靡等各种戒断症状。

2、心血管疾病患者、咖啡因过敏人群及经常失眠、孕期妇女等特殊人群摄入咖啡因有不适感，过量对健康不利。因此，为满足特殊人群的需求，制备低咖啡因咖啡的技术日益受到重视。

3、目前，低咖啡因咖啡的制备工艺主要包括有机溶剂萃取法、瑞士水处理法及超临界二氧化碳萃取法等。

4、瑞士水处理法，是利用长时间的高温热水从咖啡中溶解出咖啡因，再用活性炭或溶剂萃取脱除热水中的咖啡因后，风味成分吸收回咖啡。这种方法虽然避免了有机溶剂残留的不适口感和健康危害，但也存在无法除去咖啡苦涩成分、咖啡原始口感风味难以保留、烘培后咖啡独特香味消失及降低了对人体有益绿原酸等成分的含量等缺点。

5、有机溶剂萃取法，常用有机溶剂如二氯甲烷、丙醇及乙酸乙酯等从湿润的咖啡中去除咖啡因。有机溶剂脱除咖啡因具有方便、脱除效率高等优势，但有溶剂残留带来的口感不适和对敏感人群有健康风险，因此，近年来逐步被其他技术取代。

6、超临界二氧化碳萃取法，是利用超临界状态下的二氧化碳流体作为溶剂，通过分配扩散作用从咖啡中将咖啡因萃取出去，但其也存在成本较高、难以大规模制备、咖啡原始口感风味消失、脂类成分流失烘培香味不足和等缺点。

7、为了实现低因咖啡的大批量制备，本发明设计了一种独特的低因咖啡制备方法，采用连续超声水提取分离生产系统，研制有效去除咖啡中咖啡因的方法。本发明具体包括：提供独特的超声辅助条件使加工热水温度大幅降低，提高咖啡因的去除效率；尽量保留了咖啡原始风味成分，减少了绿原酸等功效成分的损失；烘培后香味更淳厚，无明显不适口感而且回甘味增加；生产使用操作简便，生产周期短，容易得到符合国际标准的低因咖啡；超声提取的咖啡水提取液环保友好，可综合利用获得咖啡酸味物质和咖啡绿原酸提取物，节约了咖啡资源。

8、在以往文献和专利中未见水超声结合用于低因咖啡的生产制备。相近的文献用超声除咖啡中的咖啡因，溶媒用的是50：50的乙醇水，乙醇的加入会除去很多的脂溶性成分，这些成分都是在咖啡烘培中产生风味和香味的重要物质基础，溶媒用乙醇水和有机溶剂制备的低因咖啡和水超声制备的低因咖啡有本质的不同。

9、一种低咖啡因速溶咖啡及其制备方法(cn 105613895 b)，其方法为将生咖啡豆在水中浸泡0.5～1.5h；浸泡后的生咖啡豆在90～110℃下蒸制0.5～1.5h；将蒸制后的咖啡豆干燥进行烘焙、研磨、萃取、浓缩，经喷雾干燥得到低咖啡因速溶咖啡。该方法的热水温度比我们超声辅助温度60～75℃高得多，使咖啡咖啡原始口感风味难以保留、烘培后咖啡独特香味和功效成分几乎消失。

10、一种降低咖啡豆中咖啡因含量的方法(cn 114521605 a)及cn114600997a)。其方法为将生咖啡豆放入不锈钢罐中，加水(20～30℃)搅拌溶解(48～52℃)，得到可溶解物饱和溶液；用活性碳去除咖啡因后和生咖啡豆混合搅拌(48～50h)，烘干得低咖啡因的生咖啡豆。

11、该方法水温虽低，但实际生咖啡豆中的咖啡因难以被充分溶入溶液，该法处理的咖啡生豆是不可能达到的低因咖啡国际规定的咖啡因含量标准。

12、us4885181、us4081561、us4364964、us5208056等国际专利用瑞士水等高温水处理，处理温度高、操作繁琐，香味和风味物质已被破坏，得到的咖啡口感和香味不足，这样需过度烘培后有不适的烟熏味。

技术实现思路

1、本发明涉及天然产物提取技术领域，提供了一种连续超声水处理制备低因咖啡的方法及其综合利用。该方法得到的低因咖啡的功能成分、风味成分和香味物质较好地保留在咖啡豆里，饮用后不影响睡眠。

2、具体地，本发明涉及以下方面：

3、1.将咖啡豆进行连续超声水提取咖啡因，得到处理后的咖啡豆(低因咖啡豆)；所述水处理包括：将咖啡豆与70～75℃水混合后超声，超声2～6h，得到低因咖啡豆；超声提取的咖啡水溶液备用，用于制备咖啡特有的酸味物质。

4、本发明的目的是得到咖啡因含量低于0.1％的咖啡豆，在最初研究中发现50℃以下的水浸泡只能略降低咖啡豆中的咖啡因含量。浸泡时间几天或更长，咖啡因含量也远降不到0.1％的欧美低因咖啡标准，考虑到生产效率和成本因素，放弃了温水浸泡除咖啡因的方法。开水煮沸和加压水蒸汽除咖啡因的方法，时间足够长、温度够高才能使部分产地的咖啡豆达到咖啡因含量0.1％以下的目的，但咖啡风味香味消失，这种低因咖啡产品不受消费者欢迎。

5、超声水处理咖啡豆如果直接晾晒，在阴雨天多时，部分可能会变质发霉，所以我们经真空初步快速干燥后，再晾干和日晒交替进行就能防止咖啡豆变质。另外在超声后期加入99％无色无味的绿原酸，可改善低因咖啡品质和防止低因咖啡在晾晒过程中变质，并增进低因咖啡品质。

6、如果超声除咖啡因后咖啡豆仅用真空干燥或高温烘干，则咖啡豆中影响风味的物质氧化不够，难转化为风味和香味成分，所以要烘干晾晒结合。

7、如果遇到长期阴天和雨天，就结合紫外和红外光源让咖啡豆表面尽快氧化干燥，让咖啡豆多转化和保留更多的风味和香味物质。

8、2.根据1所述方法得到的低因咖啡豆，经烘培后粉碎，过筛得到均匀低因咖啡粉。用20倍80～85℃热水浸泡，过滤得到低因咖啡原味液；滤渣加20倍80～85℃热水，超声15～30min，过滤得到低因咖啡溶液制作咖啡饮品。

9、该发明用水超声不但能降低咖啡因含量，更能通过破坏咖啡豆的内部细胞壁组织的结构，使咖啡豆颗粒的致密性变化，烘培后更容易释放更多风味物质，该发明制作的低因咖啡豆显微结构和普通咖啡豆有明显的差异，该方法得到的烘培后研磨的咖啡粉的风味物质和香味，更容易在热水冲泡和浸泡时释放出来。该低因咖啡粉因为显微结构和普通咖啡粉明显不同，从口感也能体验到回甘味增加，不适感成分减少，这应是超声加速了涩味的鞣酸成分降解成糖类成分，增加糖类成分改善口感等原因。该发明制造的低因咖啡粉是一种创新的咖啡粉，制作得到的咖啡饮料使人饮后有一种新颖的独特体验。

10、3.根据1所述方法得到的咖啡水溶液可以综合利用，该提取液有绿原酸、咖啡因、咖啡酸味成分、苦味成分等。水提取液经d101和818树脂组合吸附，分段收集水洗脱分离出的咖啡成分组，收集有独特酸味的咖啡酸味成分部分，该酸味比普通咖啡的酸味纯正。

11、收集流出液，至流出液中穿透的绿原酸为吸附前提取液中绿原酸浓度的1％，合并咖啡的酸味液，膜浓缩至十分之一左右体积，真空干燥、冻干或喷雾干燥的咖啡酸味粉，用于配制咖啡饮料和改善咖啡口感。

12、4.咖啡因含量为0.96％咖啡豆与咖啡因含量为0.06％的低因咖啡饮品，让参与实验人员于睡前0.5～1h喝相应咖啡，探究普通咖啡与低咖啡因咖啡对人睡眠质量的影响。研究发现普通咖啡具有延长入睡时间的作用，降低睡眠质量及睡眠效率；饮用低因咖啡则无延长入睡时间作用，且对正常睡眠质量无影响。因此该发明低咖啡因咖啡适合任何时间并可睡眠前饮用。