具有改进芳香特性的干咖啡芳香气的制造方法

专利名称：具有改进芳香特性的干咖啡芳香气的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种具有改进芳香特性的干咖啡芳香气、例如咖啡研磨机气体的制造方法。干咖啡芳香气可用于食品底物芳香化，如速溶咖啡。
咖啡芳香气通常用于增加各种咖啡产品的芳香。为达此目的，将芳香咖啡气与液体载体结合，如咖啡油，然后将其用于使各种咖啡产品芳香化。
例如，授权日为1982年6月15日的属于Stipp的美国专利4,335,149中(已转让给The Procter & Gamble Company)公开了一种咖啡芳香气直接冷凝于冷冻咖啡油颗粒流化床的方法。一个颗粒状固体咖啡油的流化床置于一个被冷冻流体冷却的容器内。颗粒状的固体流态化从而提供一个吸附床。由咖啡芳香气组成的气态芳香挥发性物质在一个被冷却的、温度低于-150°F的颗粒流化床中冷凝。由此而形成的芳香化颗粒可以平衡、熔化，然后将其加入速溶咖啡中提供芳香。Stipp提出通常可在冷凝前除去芳香咖啡气中的任何水分以消除不必要的热负荷和将冷冻咖啡油颗粒流化床的堵塞现象降低最小。虽然Stipp没有公开这样做的方法，但人所共知可以用水冷冷凝器除去部分芳香气中的水分，通常可除去芳香气中水分的50％。
1992年6月23日提出的美国专利申请07/902,747中描述了一种从咖啡芳香气中除去水分的改进方法。在其描述的方法中，将芳香气体通过能水合的硫酸钙颗粒床，使水分直接从芳香气体中除去。得到的干燥气体然后冷凝并与芳香载体结合，例如，咖啡油，进行平衡和熔化。熔化产品是一种芳香化咖啡油，它可以加入到速溶咖啡中提供香味。从咖啡芳香气中直接除去水分有助于使芳香化咖啡油中产生的过量含硫芳香气体最少。有水分存在时，芳香化咖啡油迅速产生过量的含硫芳香气体。
但是，人们发现，依据发明申请中公开的方法制造的、经干燥剂处理过的咖啡芳香气体，常常具有一种不平衡的、过度发霉气味。含有这种经干燥剂处理过的咖啡芳香气体的芳香化咖啡油，常常也具有一种不平衡的、过度发霉气味。
因此，本发明的一个目的就是提供一种利用硫酸钙颗粒从咖啡芳香气中除去水分的方法，这种方法不会使经干燥剂处理过的咖啡芳香气体中产生不平衡的、过度发霉气味。
本发明的这些目的以及其它目的将从这里的公开中清楚看到。
本发明提供了一种制造具有改进芳香特性的干燥咖啡芳香气体的方法。根据该方法，含水的咖啡芳香气流过硫酸钙颗粒干燥床，并从床中流出，这里所说的颗粒，其初始水分含量低于硫酸钙颗粒重量(干重)的0.5％。在硫酸钙颗粒吸水量从低于0.5％增至高于4.3％的硫酸钙颗粒重量(干重)后，但是从干燥床流出的经干燥剂处理过的咖啡芳香气含水量超过1000ppm之前，停止通入含水分的咖啡芳香气。所有从干燥床中流出的经干燥剂处理过的咖啡香气体被收集和综合，直到停止通入含水分的咖啡芳香气体。这种被收集和综合的经干燥剂处理过的咖啡芳香气体含有大约10到200ppm的水分，并且没有不平衡的、过度发霉气味。这种经干燥剂处理过的咖啡芳香气体可以用于使食品底物芳香化。
包括在这里所说的方法中的对以前方法的改进，是1)硫酸钙干燥过程必须在临界湿度参数下进行操作；2)当达到和在临界湿度参数范围内操作时，综合所有从干燥床流出的经干燥剂处理过的咖啡芳香气体。人们发现，经过硫酸钙干燥剂干燥的含水分的咖啡芳香气体，常常具有一种不平衡的、过度发霉气味。本发明提供一种方法来避免这些稳定性不良的、过度发霉气味的产生。


图1所示是本发明干燥方法中的临界湿度参数。纵轴代表硫酸钙干燥剂中的吸水量，横轴代表对干燥床先再生和再利用循环次数。
图1中，A线代表硫酸钙颗粒干燥床对于任意给定再生和重新利用循环的吸附容量。超过这个吸附容量将造成不希望的水分进入经干燥剂处理过的咖啡芳香气体。干燥处理后的咖啡芳香气体中多余的水分将造成过量的含硫芳香气体的快速产生。
图1中，B线代表对于任意给定再生和重新利用循环的最小吸水量。干燥过程中，没有在这个最低含水量上操作，将造成在经干燥剂处理后的咖啡芳香气中，有不平衡的多余的发霉芳香气味。
斜线阴影面积CDE代表为避免产生多余的含硫或发霉芳香气体，对任意给定再生和重新利用循环，干燥过程中干燥床中吸附水量的操作范围。
这里使用的一些术语有如下含义。
“被吸附水分”指从含水分的咖啡芳香气体中，被硫酸钙颗粒干燥床吸附的水分。“被吸附水分”表示成为被吸附水分占干燥床中硫酸钙颗粒重量(干重)的百分数。
“含水分的咖啡芳香气”是指未通过硫酸钙干燥剂并含有多于0.10％水分的咖啡芳香气体。
“再生的硫酸钙颗粒”是指通过任意已知或常规干燥方法除去其中吸附水分的硫酸钙颗粒，这些“再生的”颗粒含有低于0.5％的吸附水分。
“再生和重新利用循环”是指硫酸钙颗粒干燥床用于这里的干燥过程，然后接着又由空气干燥除去吸附的水分的过程。
“干燥”、“被干燥的”或“经干燥剂处理”的咖啡芳香气体是指通过硫酸钙干燥剂，并且含水量在10到200ppm之间的咖啡芳香气体。
所有的百分数、分数、比率，除特殊说明外，都是基于重量的。
本发明的方法涉及一个利用硫酸钙干燥剂从咖啡芳香气体中除去水分的干燥操作。经干燥剂处理后的咖啡芳香气具有不带过度发霉芳香气味的、平衡的香味。在优选的方法中，经干燥剂处理后的芳香气体与芳香载体结合形成芳香化的咖啡油。
这些方法的详细描述如下。用硫酸钙干燥剂去除水分在本发明的方法中，含水分的咖啡芳香气体通过硫酸钙颗粒干燥床后流出。所有的流出气体被收集并结合形成含水量在10到100ppm之间的经干燥剂处理后的咖啡芳香气体。该方法更详细的描述如下1.咖啡芳香气味这里所指的干燥方法中所用的咖啡芳香气体，可以由已知的和常规的方法来提供。咖啡芳香气体由在咖啡制造操作中，如烘烤、研磨、蒸气蒸馏或干燥蒸馏中获得的咖啡挥发性物质组成。优选的是，咖啡芳香气是在研磨烘烤过的咖啡豆的过程中得到(咖啡研磨机气体)。在研磨过程中，通过封住或盖住研磨装置，可以很容易得到咖啡研磨机气体。从研磨过的咖啡油中放出的研磨机气体由泵、旋风风机或类似设备移走。如果使用泵抽气，气体在进泵之前宜先冷却，以使抽气时增加的热量不会减少气体中芳香挥发物的量。
当咖啡豆烘烤和研磨时，放出含有二氧化碳、水及芳香挥发物的咖啡研磨机气体。在收集过程中与空气混合时，典型的咖啡研磨机气体内含有4-8％的二氧化碳，0.80-2.5％的水分以及0.10-0.20％的芳香挥发物。这里，“芳香挥发物”是指那些从烘烤过的咖啡豆中释放出的，聚集后产生的一种典型的烤咖啡豆香味的芳香气。
2.用硫酸钙干燥剂干燥咖啡芳香气体在本文的干燥方法中，含水分的咖啡芳香气体流过硫酸钙颗粒干燥床后，除去其中的水分。流入干燥床的气体含水量通常在大约1000到8000ppm之间，而流出干燥床后含水量通常在大约10到200ppm之间。
与含水分的咖啡芳香气体接触前硫酸钙颗料，其初始吸附水分含量低于颗粒重量(干重)的0.5％。当含水分咖啡芳香气体流过干燥床，从而去除气体中的水分时，这个吸附水分的含量将增加。含水分的芳香气体流过干燥床，直到干燥床中吸附的水含量从低于硫酸钙颗粒重量(干重)的0.5％增加到至少4.3％为止。然后继续通入气体，只有到当流出气体中含水量从10到50ppm突然增至200到100ppm为止。此时，干燥操作就完成了，必须停止通入含水分的咖啡芳香气。
图1所示的坐标图，有助于说明被吸附水分含量(干燥床中)在干燥过程中的操作范围。图中斜线阴影面积CDE代表干燥过程中，干燥床中的吸附水分含量必须达到但又不能超出的临界操作范围。正如下面描述的，所有的干燥处理后芳香气体被结合和收集。这包括，当吸收水分含量低于4.3％时(如图1B线)，从干燥床流出的部分芳香气体，还有当吸附水分含量在约4.3％(图1B线)和吸附容量(图1A线)之间时，从干燥床流出的部分芳香气体。
含水分的芳香气体流速通常在每100磅硫酸钙颗粒5到20标准立方英尺/分，更通常的是每100磅硫酸钙颗粒15标准立方英尺/分。对任意给定再生和重新利用循环，高的流速会使水分的吸收容量有稍微减小。
所有的经干燥剂处理后的咖啡芳香气体被收集和结合，这一点很重要。这包括上述干燥过程中从始至终由于干燥器流出的所有经干燥剂处理后的咖啡芳香气。每一部分经干燥剂处理后的芳香气体都具有独特的芳香特性。只有当这些芳香气体被收集并结合后，才共同地具有典型的、平衡的烤咖啡香味。在干燥过程中收集到的经干燥剂处理后的综合咖啡芳香气体，含水量在约10到200ppm之间，优选的是在约10到50ppm之间。
已知硫酸钙干燥剂的吸附水容量为约6.5％。当具体用于干燥含水分的咖啡芳香气体时，其吸收容量随每一次硫酸钙颗粒的再生和重新利用循环减小(见图1)。对任意给定循环，达到这个吸附容量的那点与流出的经干燥剂处理后的芳香气体含水量迅速由10到50ppm增加到200到1000ppm之间那点有关。这种迅速的增长表示当达到或超过吸水容量时，水分穿过干燥床。
对任意时刻，干燥床中的吸附水分含量，可以由公式Mads＝〔(D×V×Hs×100)/W〕＋Mp计算，式中，Mads是任意时刻吸附水分占硫酸钙颗粒重量(干重)的百分数；D是含水分咖啡芳香气体的密度(磅/标准立方英尺)；V是通过干燥床的含水咖啡芳香气的体积(标准立方英尺)；Hs是含水分的咖啡芳香气在流过干燥床之前的饱和湿度(磅水/磅干空气)；W是干燥床中硫酸钙的重量(磅)；Mp是在干燥过程开始之前，水分占硫酸钙颗粒重量(干重)的百分数。Mp总是小于0.5％，通常小于0.1％。含水分的咖啡芳香气体的密度(D)大致为0.81到0.83磅/标准立方英尺。其它测定吸收水分含量的方法，包括这些含水量更直接的测量方法，可以用于本文所说的干燥过程中。
干燥过程进行到干燥床中吸附水分的含量增加到至少占硫酸钙颗粒重量(干重)的4.3％时为止，这一点很重要。在达到这个最小吸水量之前就停止干燥操作，通常会造成干燥处理后的咖啡芳香气具有一种不平衡的、过量发霉气味。可以确信，这种过度发霉气味是由于缺某种未知的结合到硫酸钙颗粒上的芳香性挥发物造成的。当吸水量达到硫酸重量(干重)的4.3％时，可以确信，吸收水分开始将这些芳香性挥发物置换到流出的经干燥剂处理后的气体中去，从而除去这种不平衡的、过度发霉气味。
可以确信，水分的吸附以及结合的咖啡芳香挥发物的置换，是本文中干燥过程的关键。可以确信，咖啡芳香挥发物很容易被硫酸钙颗粒吸附，但又被吸附的水分置换出来。在干燥过程初期，水分和芳香性挥发物都被吸附在硫酸钙颗粒上。当干燥过程继续进行，可用于吸附的部位减少时，芳香气流中的水分就开始将结合的芳香挥发物置换到流出的经干燥剂处理后的芳香气流中去。只有当吸附水分含量占硫酸钙颗粒重量(干重)的百分数至少达到4.3％时，才能进行有效的芳香挥发物的置换，从而除去或掩蔽本文所说的那种过度发霉芳香气味。
与上文所述的干燥床吸水容量不同，最小吸水量在每一个再生和重新利用循环中保持常数。这就是说，虽然在每个新的循环中，硫酸钙颗粒会失去对水分的亲合力，但却不失去对咖啡芳香挥发物的亲和力。因此，在每个后来的再生和重新利用循环中，干燥床中，在最小和最大(吸附容量)吸水含量之间可获得的容许范围将减小。经过30次循环，这个范围将消失，以致这些硫酸钙颗粒不能再生和重新用于干燥过程。超过30次再生和重新利用，会使干燥处理后的咖啡芳香气体具有一种不平衡的、过度发霉气味。
如在1992年6月23日提出的美国专利申请07/902,747中所描述，在达到干燥床吸水容量时或这之前，没有及时停止干燥过程，会造成多余数量的水分穿透进入经干燥处理后的咖啡芳香气体。这些多余数量的水分会导致迅速产生多余的含硫芳香气体。
硫酸钙颗粒干燥床包括一个容器，优选的是一个具有用于咖啡芳香气流入和流出的入口和出口的封闭容器，容器的长径比典型地为10∶1到3∶1，更典型是在9∶1到7∶1之间。容器填满硫酸钙颗粒。
作为一个实际应用，在设计用于干燥含水咖啡芳香气体的制造过程中，通常使用至少两个干燥容器。在任意时刻，至少一个容器在线干燥咖啡芳香气流，而其它的离线再生。
硫酸钙颗粒可以由已知和常规的方法提供。特别优选的是Drierite，这是一种由俄亥俄州的Xenia市的W.A.HammondDrierite公司生产的硫酸钙干燥剂。Drierite对于干燥相对大量的空气和工业气体很有名。其它有名的干燥剂包括碳酸钾、硫酸镁、氧化钙、五氧化二磷、氯化钙、氢氧化钾和氢氧化钠。
含水分的咖啡芳香气体可以以连续或间歇的方式通过干燥床。当上文所述的含水分咖啡芳香气停止通入后，该干燥床就从生产线上取下，其中的水合硫酸钙再生(空气干燥，使水分含量低于硫酸钙干重的0.5％)。硫酸钙颗粒使用时不要超过30次循环，这是因为上文所述以及图1说明的吸水量的临界值(吸水容量降低到最小容许吸水含量以下)。
为开始进行水合硫酸钙的再生，干燥容器从含水分的芳香气体干燥生产线上取下。典型地，周围空气加热到450°到600°F之间，并用泵鼓入或吹风机吹入到干燥容器入口内。热空气流过其中的硫酸钙颗粒，并从出口流出。混有水分的热空气从出口放空。热空气连续流过容器，直到硫酸钙颗粒床含水量不再高于颗粒重量(干重)的0.5％。有效地干燥容器中的硫酸钙颗粒典型地需要3-8个小时。除热损失外，有效地再生一磅硫酸钙颗粒典型地需要大约250-300BTU′s。可以为在要求温度下操作提供干净空气的任何热源都可以使用。本文所说的干燥容器，通常在4小时内再生100磅硫酸钙颗粒，需要约25标准立方英尺/分的热空气和约3千瓦的电热。
可以在容器入口和出口监测热空气的水分含量，间接鉴别硫酸钙被充分再生的那一点。当出口的含水量与入口处大致相等时，则硫酸钙便充分再生了(吸附水分低于硫酸钙干重的0.5％)。还可以监测入口和出口温度，来间接测量水分含量。当出口温度与入口温度大致相等时，则硫酸钙便充分再生了。
当硫酸钙颗粒再生后，关掉加热入口热空气的加热装置。然后用泵将干空气(露点温度低于-10°F)抽入容器中，直到出口空气温度降至低于100°F，优选的是低于68°F。然后该容器可放入处理含水分的咖啡芳香气体的生产线，重新用于芳香气体的干燥。另外，容器的入口和出口可以封住，将容器存放起来以备后用。
还应注意的是，其它已知的可减少含水分咖啡芳香气体中含水量的方法可以用来补充本发明的硫酸钙气体干燥方法。这些已知方法的例子包括，但并不以此限制，干燥条件下烘烤和在烘烤过程中使用低水分淬冷剂或淬冷介质。特别优选的方法是，在硫酸钙气体干燥过程之前，使用预冷凝器。在这样的方法中，含水分的咖啡芳香气体流过预冷凝器，把气体冷却到约35°至60°F的露点温度下。含水分的芳香气体中大约25-75％的水分，典型地是50％的水分在预冷凝器中被冷凝到冷却表面上。从含水的咖啡芳香气体中除去越多的水分，对给定数量的硫酸钙颗粒，可以干燥更多体积的含水咖啡芳香气体。同样，干燥床中要求达到最小容许吸水量(4.3％)的气体体积也增加。
本发明的硫酸钙气体干燥方法，减少可选择的下文所述的芳香化的咖啡油的生产过程中水分与咖啡芳香挥发物的接触。这样的接触，致使芳香化的咖啡油中迅速产生多余的含硫芳香气体。例如，咖啡芳香气中的水分，通常是只有在含水芳香气与咖啡油结合形成芳香化油后，从芳香化咖啡油中除去。通常用轻轻倒出移入其它容器或离心的方法，从芳香化咖啡油中除去其中的水。在从芳香化油中除去水份之前，水与咖啡挥发物相互作用，迅速产生过量的含硫挥发物。可以通过在水分冷凝和与咖啡油结合之前，直接从咖啡芳香气中除去水分来避免这种不希望的作用。
可以确信，这些过量的含硫芳香气体是由芳香化咖啡油中的乙醛、甲硫醇和硫化氢与水反应造成的。这样，结果产生1-甲基-乙硫醇，它是一种带有强烈含硫芳香气体。这个反应在Journal Agr.Food Chem.，Vol.20，No.2，Pg.181(1972)上，由Schulte和Koen-ders描述过，但并没以咖啡作参考。
根据本文方法制造的经干燥剂处理后的咖啡芳香气体，可以以任意已知或常规方法对不同底物进行芳香化。这些底物包括可溶或速溶咖啡，烘烤或研磨的咖啡，或其混合物，咖啡包，等。用干燥处理后的咖啡芳香气对底物芳香化本发明的优选方法中，把经干燥剂处理后的咖啡芳香气冷凝并与冷冻的芳香载体结合，达到平衡后熔化。熔化物是芳香化的咖啡油，可用来芳香化各种底物。下面给出此芳香化过程的详细描述。
1、芳香气载体用于芳香化过程的芳香气载体可以是任何适宜底物或吸附剂。咖啡芳香挥发物可以转移到底物或吸附剂上，同时底物与吸附剂作为挥发物的载体。
当然，芳香气载体来源的选择通常由需要芳香化的产品决定。当咖啡需要芳香化，且芳香气是咖啡芳香气时，咖啡油为首选载体。但其它载体也可用来芳香化咖啡产品。其中典型的是来源于动植物的食用油和食用脂肪，例如，豆油、菜子油、玉米油、鱼肝油、动物油，从水果、草莓和蔬菜中提取的油。
这里任意芳香化过程中使用的咖啡油可由萃取法获得，萃取法经常用于从烘烤咖啡豆中提取咖啡油，通常有两种方法，第一种方法由一个使用有机溶剂和/或超临界二氧化碳从烤咖啡豆或研磨过的咖啡豆中萃取咖啡油的萃取过程组成。在此过程中，有机溶剂和/或超临界二氧化碳在与烤咖啡豆或研磨过的咖啡豆接触后，从萃取物中分离出来，从而得到咖啡油残留物。
使用的第二种方法和更通常的方法是以极大的机械压力把咖啡油从烤咖啡豆压出来。这种方法得到的产品称为压榨咖啡油。因为压榨咖啡油不需要用其它物质，如有机溶剂，从咖啡底料中取出咖啡油，所以应被优先选用。
在此芳香化过程中使用的咖啡油在与经干燥剂处理后的咖啡芳香气结合前，含水量应低于0.1％。用任意已知或常规方法可以除去这些原料中的水分，从而获得低水分含量的咖啡油。典型的方法可以是闪蒸、离心、超速离心、分子筛、加入干燥剂、使用玻璃纤维填料柱，以及这些技术的组合。其它不减少咖啡油或不降低咖啡油质量的干燥方法也可使用。
咖啡油与其它芳香载体油比较，咖啡油固定并保持咖啡芳香挥发物，使得芳香挥发物被固定，然后用于芳香化各种底物。
2.经干燥处理后的芳香气的冷凝及其与低温芳香载体的结合在芳香化过程中，按上述方法制备经干燥处理后的咖啡芳香气。然后经干燥处理后的咖啡芳香气被冷凝并与低温芳香载体结合，低温芳香载体，如冷冻咖啡油，可用1974年1月1日授权的美国专利3,783,163(Patel)或1982年6月15日授权的Stipp的美国专利4,335,149(转让给Procter & Gamble Company)中介绍的方法制备，以上两种方法引以参考。
例如，在制备冷冻咖啡时，把咖啡油加入冷冻流体中形成冷冻浆液。浆液是冷冻流体与固化的咖啡油粒子的混合物。在咖啡油加入过程中要一直搅拌冷冻流体。根据咖啡油和冷冻流体的相对用量，加入过程通常需要10—15分钟。浆液含水量低于0.1％。
在此可选择的芳香化过程中可选用的冷冻液是那些(在1个大气压下)沸点低于-109°F的冷冻液，其中包含液氮、液氢、液氦、液化空气以及上述的各种混合物。优选的是液氮，因为它容易得到且基本是惰性的。其它的液化气通常较易挥发，所以可能引起安全问题。冷冻流体与咖啡油重量比典型地大于1∶1，更典型地是在5∶1到2∶1之间。
因为液氮为在此使用的优选冷冻剂，所以下面所述芳香化工艺均采用液氮，但应明白，上述其它的致冷剂均可使用。
冷冻浆液(液氮和冷冻咖啡油颗粒)形成后，使其温度上升到液氮的沸点(-320°F)之上。结果导致液氮从浆液中蒸发出来，完全蒸发一般需要大约10—30分钟。连续或间歇搅拌浆液可缩短蒸发时间。蒸发后，留下大量冷冻咖啡油颗粒，完全没有液氮。
优选采用两种方法中的一种使冷冻咖啡油与经干燥处理后的咖啡芳香气体结合。在一种次优选的方法中，是把经干燥处理后的芳香气体冷凝成雾状加到咖啡油颗粒中去。该过程是把经干燥处理后的咖啡芳香气通过一个冷却表面，其表面温度低到可以使经干燥处理后的气体冷凝的程度。优选地，其表面温度低于-150°F，最优选低于-210°F。当冷却表面温度低于-210°F时，大多数芳香气体(约90％)会冷凝。合适的冷凝器包括一个有外壳的、垂直安装的、壁面粗糙的热交换器，热交换器由如液氮的液态气体冷却剂冷却。也可使用其它类似的冷凝器，这种方法形成的雾状芳香气体可直接加到低温咖啡油颗粒中。
除了将预冷凝的雾状芳香气加入到冷冻咖啡油粒子中外，较优选的是将芳香气体直接在冷冻咖啡油粒子上冷凝。这样形成大量的冷冻芳香咖啡油粒子，其中粒子内部是固化的咖啡油核，外层是冷凝的芳香气、如固化的二氧化碳、咖啡芳香物质和低于0.1％的水分。
这里所说的芳香化过程中，经干燥处理后的芳香气体被引入盛有冷冻咖啡油颗粒(基本不含液氮)的冷却容器中。容器中的冷冻咖啡油颗粒温度可保持在-210°F到-290°F之间。也可使用低于-290°F的温度，但会使氧气在颗粒上冷凝。氧气的冷凝会在生产中产生危险，优选避免其存在。高于-210°F的温度也可使用，但芳香气的冷凝部分就因此降到难以令人满意的90％以下。
当经干燥处理后的芳香气体进入冷却容器后，它就在冷冻的咖啡油颗粒上冷凝下来，一些芳香气体也可能在容器壁上冷凝。但优选绝大多数芳香气体直接在冷冻咖啡颗粒上冷凝下来。当芳香气体进入容器时，容器内优选含有搅拌冷冻油颗粒的装置。通过在冷凝过程中搅拌油颗粒，可使咖啡芳香挥发物更均匀地冷凝到各个颗粒上。冷冻容器可以是敞开式，也可以是通风式的。采取某种冷冻方式使其中所盛物料温度降到低于-210°F的容器冷冻方式典型地是由与冷却器壁接触的液氮夹层实现，但冷却方式并不以此为限。
3.受控的平衡过程使冷冻的大量芳香油颗粒经历受控温度平衡，使基本上全部固体二氧化碳从咖啡油粒子中升华除去。当二氧化碳从冷冻颗粒上升华并除去时，此平衡过程也使得咖啡芳香挥发物转移或结合到咖啡油上。
在平衡过程中，冷冻芳香咖啡油颗粒的量可在通风式容器中保持不变，此容器浸入温度在-109°F到100°F之间的周围介质，优选是-50°到70°F之间，最优选是在室温(68°F)左右。通气式容器可置于上述温度的地方或房间内，最好用上述温度下的某种循环气夹套包围通气容器。在上述的环境温度下，固体二氧化碳从冷冻物料中升华并从通气式容器中除去。二氧化碳的升华温度约为-109°F，容器内的压力可高于或低于大气压，但对本发明来说并非必须的。典型地，处于平衡的冷冻物质在容器内保持一个大气压。
含有芳香咖啡油粒子的二氧化碳冷冻物质的受控温度平衡是本文中芳香化方法的一个重要方面。平衡开始时，冷冻物质的温度通常低于-210°F。然后当粒状物被加热而升高并最终稳定在-109°F。在-109°F，固态二氧化碳开始升华。当基本上所有的二氧化碳升华后，粒状物的温度开始升至高于-109°F。此时，平衡就完成了。这样，冷冻物质含有结合有咖啡芳香挥发物的冷冻咖啡油，其中水分含量低于0.1％，并且基本上没有固态二氧化碳。为了保证一个完成的平衡(例如，基本上所有固态二氧化碳都升华)，平衡最好允许进行到粒状物温度约为-105°F。如果让温度升高超过-105°F会造成咖啡芳香挥发物不必要的损失。
优选的是，平衡时芳香咖啡油颗粒的冷冻物以间歇或连续方式搅拌，优选用连续方式。搅拌可以缩短平衡时间，并降低平衡时通气式容器必需的浸浴温度。在可选择的芳香化方法中，一个典型的例子是，在暴露于室温下空气中的通气式容器中连续搅拌，平衡需要大约3到7小时。如果不加搅拌，平衡将需要15—30天之久。
典型地，在受控平衡时，损失的咖啡挥发物不会超过5％。冷冻的二氧化碳在3—7小时内基本完全除去，而至少约95％的咖啡挥发物保留下来。
4.熔化过程在可选择的芳香化方法的最后一个步骤中，由在硫酸钙干燥步骤中基本不含水分和在受控温度平衡步骤中基本不含二氧化碳而得到的芳香油颗粒冷冻物质熔化形成芳香化的咖啡芳香油(含水量低于0.1％)。优选在封闭空间内和相对快速的条件下进行的熔化是通过使温度平衡后的芳香油颗粒的冷冻物温度调整到约60°F到约110°F之间来实现，优选是温度在约80°到约100°F之间，保持能足够地熔解颗粒的时间。
熔解过程优选的是使用高表面面积的加热器/熔化器。加热器表面(加热表面)的温度保持在约60°到110°F之间，优选是在约80°到约100°F之间。熔化时间可以变化，但是熔化典型地进行1—3个小时。根据待熔化的经平衡后的物质大小和选择的加热参数(如，加热器个数，平衡物质单位体积上的表面积)，熔化时间可以超出1—3小时的范围。然后，熔化的芳香化咖啡油可以用于芳香化其它底物，如速溶咖啡。
通过在受控温度平衡步骤中，从芳香/咖啡油颗粒冷冻物中基本上完全除去固态二氧化碳，而使得在熔化器/加热器内需要较少的能量就可熔化冷冻物。由于需要的能量较少，组合物可以在更短的时间内熔化。另外，本文的工艺中低能量的溶化可能降低芳香/咖啡油组合物中芳香/咖啡物质的降解。
下面几个实施例用来说明本发明的硫酸钙干燥方法。实施例1约162,000磅的烤咖啡豆研磨前在室温下放7小时(烘烤后)。咖啡豆研磨后产生混有空气的咖啡研磨机气体(约35,000标准立方英尺)。空气/研磨机气体混合物含水量约2％。当研磨机气体产生后，形成的气流连续地加入带盖的容器并用泵抽入水冷式预冷凝器。由预冷凝器流出的研磨机气体的露点温度约为45°F，含水量为0.6％。然后，研磨机气体用泵以50标准立方英尺/分的速度抽入干燥容器(长径比为8∶1，填有375磅的10毫米Drierite)，Drierite初始含水量低于0.1％(干重)，且是第十次再生和重新利用循环。研磨机气体在通过干燥容器后由容器中流出并被收集。所有的流出气体被收集和综合，直到干燥柱中的吸水量达到Drierite颗粒重量(干重)的4.8％〔0.082磅/立方英尺×35,000标准立方英尺×0.00633(45°F下的饱和湿度)×100/375磅Drierite〕，此时干燥过程停止，水合的干燥柱从生产线上取下。Mp大致为零(吸水量低于0.1％)。收集的经干燥处理后的芳香研磨机气体含有大约20ppm的水分。实施例2大约150磅的压榨咖啡油(含水量低于0.1％)倒入冷冻罐，并与其中的300磅的液氮连续混合(超过15分种)。得到的浆液用液氮在冷冻混合器洗涤。冷冻混合器由一个有液氮夹套的通气式容器组成，并配有可搅拌容器内物质的装置。
浆液在冷冻混合器内连续搅拌10—15分钟，直到全部液氮都蒸发完，剩下含有冷冻咖啡油颗粒的粒状物。连续搅拌粒状物(冷冻咖啡油颗粒)并保持粒状物的温度在-250°F，由实施例1中得到的经干燥处理后的研磨机气体然后通入到冷冻混合器，当全部35,000标准立方英尺的研磨机气体通入并在容器中冷凝后(大约12小时)，从周围的夹套中撤掉氮。
氮气在冷冻混合器的周围夹套内循环。开始进入夹套循环气体的温度约为68°F。当二氧化碳从冷冻混合器排出后，冷冻物的温度从约-250°F升至稳定的-109°F。当冷却物质的温度达到-105°F，将得到的经平衡的、不含二氧化碳的冷冻物质(150磅)迅速放入高表面积的熔化器。熔化器内的加热表面保持在约90°F。当平衡的物质熔化时，将其收集到一个封闭的容器中。得到的芳香化咖啡油含水量低于0.1％。实施例3该实施例用来说明吸水参数对咖啡芳香气的影响。
实施例1和2重复多次，每次改变干燥过程停止时的干燥床中的吸水量。将每次重复操作得到的芳香化咖啡油注入一个装有干速溶咖啡的30毫升的玻璃瓶中。注入油的体积在约30—80微升间变化，从而对每瓶芳香化速溶咖啡提供相似的瓶内空间香气强度。每个瓶子密闭并平衡1—3天。然后开启瓶子，由专门的传感器来评价为平衡的和过度发霉气味。这一评价结果如下所示。<
由这些结果可以看出，通过硫酸钙干燥气体的操作，其干燥床内硫酸钙颗粒的吸水量达到至少占其重量(干重)的4.3％时，可以很大程度上避免形成过度发霉气味。当干燥床含水量为或高于4.3％时，表现出的发霉芳香气味的批数减少，通过置信度为95％的t检验，这是统计上有意义的。
权利要求
1.一种制造具有改进芳香特性的干咖啡芳香气的方法，该方法包括以下几个步骤(a).将含水分的咖啡芳香气体流过硫酸钙颗粒干燥床，其中所述的颗粒其初始含水量低于颗粒干重的0.5％；(b).在硫酸钙颗粒含水量从低于颗粒干重的0.5％增加到至少4.3％以上后，但在流出干燥床的经干燥剂处理后的咖啡芳香气含水量超过1000ppm之前，停止通入含水分的咖啡芳香气流；(c).收集并综合所有从步骤(a)干燥床流出的经干燥剂处理后的咖啡芳香气，直到步骤(b)中停止。通入含水分的咖啡芳香气流；其中收集和综合的经干燥剂处理后的咖啡芳香气含水量在10到200ppm之间，而且没有不平衡的和过度发霉芳香气体。
2.根据权利要求1的方法，其中的硫酸钙颗粒干燥床已经过0到30次的再生。
3.根据权利要求书2的方法，其中，当从干燥床流出的经干燥剂处理后的咖啡芳香气体含水量在200到1000ppm之间时，停止向其中通入含水分的咖啡芳香气流。
4.根据权利要求书2的方法，其中的含水咖啡芳香气体是咖啡研磨机气体。
5.一个制造具有改进芳香特性的干芳香化咖啡油的方法，该方法包括以下几步a)将含水分的咖啡芳香气体流过硫酸钙颗粒干燥床，其中所述的颗粒其初始吸水量低于颗粒干重的0.5％；b)在硫酸钙颗粒的吸水量由低于颗粒干重的0.5％增至4.3％以上后，但在从干燥床流出的经干燥剂处理后的咖啡芳香气体含水量超过1000ppm之前，停止通入含水分的咖啡芳香气流；c)所有由干燥床出来的经干燥剂处理后的咖啡芳香气体冷凝并与冷冻的芳香载体油颗粒结合，形成含水量不超过其重量0.1％的冷冻粒状物，冷冻粒状物含有冷凝的、含二氧化碳的经干燥剂处理过的咖啡芳香气和冷冻的芳香载体油，冷冻的粒状物温度保持足够低，从而保持含二氧化碳的经干燥剂处理后的咖啡芳香气处于冷凝形式；d)通过使上述冷冻的粒状物经历-109°到100°F的环境温度，而使从步骤c)中得到的冷冻的粒状物平衡，直到粒状物内的温度升高到-109°至-105°F之间，因此从上述冷冻的粒状物中基本上全部除去所有的二氧化碳；然后e)通过使上述粒状物温度在60°到110°F之间保持足够的、能液化上述粒状物的时间，从而熔化步骤d)中得到的基本上不含二氧化碳的冷冻的粒状物；其中液化的粒状物是含水量低于0.1％并且没有过度发霉气味的芳香化咖啡油。
6.根据权利要求5的方法，硫酸钙颗粒的干燥床经过0到30次的再生。
7.根据权利要求6的方法，其中，当从干燥床中流出的经干燥剂处理后的咖啡芳香气流含水量在200到1000ppm之间时，停止通入含水分的咖啡芳香气体。
8.根据权利要求6的方法，其中含水分的咖啡芳香气体是咖啡研磨机气体。
9.根据权利要求8的方法，其中芳香载体油是咖啡油。
10.根据权利要求5中的方法，其中，冷冻的颗粒要在步骤4(c)中的冷凝过程以及步骤4(d)中的平衡过程中加搅拌。
全文摘要
公开了一种制造具有改进芳香特点的干咖啡芳香气的方法。含水的咖啡芳香气通过一个装有硫酸钙颗粒的干燥床，并从床中流出，其中所述的颗粒其初始含水量低于约0.5％的所述颗粒的干重。当硫酸钙颗粒的吸水量从低于所述颗粒干重的0.5％上升到至少4.3％后，但在经干燥剂处理后的咖啡芳香气中的湿含量超过约1000ppm前，停止通入该含水的咖啡芳香气。收集和综合所有的从干燥床流出的经干燥剂处理过的咖啡芳香气，直到停止通入含水的咖啡芳香气。经干燥剂处理过的咖啡芳香气含有约10ppm至约200ppm的水分，而且并没有不平衡的和过度发霉芳香气体。经干燥剂处理过的咖啡芳香气可用于芳香化食品底物，例如速溶咖啡。
文档编号A23F5/46GK1135163SQ94194198
公开日1996年11月6日 申请日期1994年5月10日 优先权日1993年11月18日
发明者A·M·科尔玛希 申请人:普罗克特和甘保尔公司