润湿对速溶咖啡萃取的影响

2019-06-02山云辉段炳意杨亚仙李秋菊张晓群

云南农业科技 2019年6期

山云辉，段炳意，杨亚仙，李秋菊，张晓群

（1. 德宏后谷咖啡有限公司，云南芒市678400；2. 芒市农业技术推广中心，云南芒市678400）

速溶咖啡自20 世纪初进入日常消费领域以来，已经历了近一个世纪的发展，速溶咖啡因其可直接热水或冷水溶解且无沉淀物、经过加工后保存时间较长及方便、卫生、品质一致等特点，成为了许多国家咖啡消费的主流产品之一，改革开放以后，速溶咖啡进入中国市场并在最近20 年得到了快速的发展和普及。

萃取是指在一定的温度和压力下，把咖啡的有效成分提取到水中的过程，是生产速溶咖啡过程中最复杂的中心部分，它对速溶咖啡的收得率及产品品质等起到了决定性的作用。

1 材料与方法

1.1 供试材料

越南中粒种焙炒豆及中国云南小粒种焙炒豆各1～2 kg，本实验所用焙炒豆取自德宏后谷咖啡有限公司芒市速溶咖啡粉分公司的生产车间，是生产速溶粉所用原料，由probat 焙炒机所焙炒，其中中粒焙炒豆的色值为60，小粒焙炒豆的色值为68；纯化水取至德宏后谷咖啡有限公司芒市速溶咖啡粉分公司水处理车间，由反渗透系统处理。

电子台秤（精度0.01 g）、实验室用磨碎机（飞马牌600 N）、分析天平、整套水蒸汽蒸馏装置、蒸发皿、烘箱、恒温水浴锅、干燥器、磨砂口平底烧瓶、球形冷凝管、移液管、漏斗、滤纸、烧杯、测色仪、折光仪、钟表、杯品相关器具。

1.2 试验方法

1.2.1 样品准备

用烘箱恒重法分别测定中粒焙炒豆及小粒焙炒豆的水分备用。中粒焙炒豆及小粒焙炒豆样品各有2份，一份取自焙炒车间，用实验室磨碎机4 档研磨，得到中粒样品1、小粒样品3；另一份取自预处理车间的投料口，由生产用破碎机磨碎为约3 mm 的颗粒，得到中粒样品2、小粒样品4。4 个样品分别用带自封口的铝箔袋装好备用，然后分别对4 个样品进行以下实验。

1.2.2 润湿及润湿所需蒸汽量、时间的测定

称量并记录水蒸汽蒸馏装置中的蒸馏瓶空瓶重量，然后放入适量样品，称量并记录重量；安装好水蒸汽蒸馏装置，对水蒸汽发生装置进行加热，用产生的蒸汽对样品进行润湿，实验过程中密切注意观察，待蒸馏瓶中的样品刚好全部润湿时，停止加热；对装有润湿后的样品的蒸馏瓶进行称重，并做好记录，润湿后增加的重量即为润湿所需的蒸汽量；同时，准确记录开始润湿至润湿结束所需的时间；将上述操作重复3 次，所得平均值即为本实验所得的该样品润湿所需的蒸汽量及润湿所需的时间。对润湿后的样品用烘箱恒重法测定水分。

1.2.3 提取率（可溶性固形物含量）的测定

在速溶咖啡的生产中，咖啡萃取出的成分分为两大部分，即可溶物部分及水解物部分，其中水解物部分需在140 ℃以上才能提出，100 ℃下只能提出可溶物部分，所以笔者在实验室条件下只能用可溶物部分的提出率来代表咖啡的提取率。

对润湿前及润湿后的样品进行可溶性固形物含量的测定，测定方法如下：

取10 g（用分析天平精确称量并记录）咖啡样品放入磨砂口平底烧瓶中，精确加入沸腾的纯化水200 mL；在平底烧瓶口上装上回流冷凝装置，和100 ℃恒温水浴回流提取，样品1 样品3 的水浴恒温提取时间为10 min、15 min、20 min、25 min 和30 min，样品2的水浴恒温提取时间为10 min、15 min、20 min、25 min、30 min 和60 min，样品4 的水浴恒温提取时间为10 min、15 min、20 min、25 min、30 min、40 min 和60 min；将回流提取好的咖啡液用中速滤纸过滤，用移液管精确量取20 mL 过滤后的咖啡液2 份，分别放到2个干燥好并已称重的瓷蒸发皿中，将蒸发皿放在水浴锅上对咖啡液进行蒸发，待水分蒸干后将蒸发皿移至烘箱中烘干至恒重并记录重量。

根据恒重质量和咖啡豆的量分别计算出润湿前后的样品在不同恒温提取时间下的可溶性固形物含量（及该咖啡样品的提取率），计算公式如下：

式中W：提取率（%）；M2：蒸发皿及咖啡恒重后的质量（g）；M1：蒸发皿恒重后的质量（g）；V：提取时的加水量体积，即200 mL；V1：移入蒸发皿中的咖啡液体积，即20 mL；M：咖啡样品质量（g）。

对过滤后的剩余咖啡提取液稀释至杯品浓度进行杯品，并对比观察润湿前后的咖啡提取液中的杂质情况。

2 结果与分析

2.1 样品润湿所需的蒸汽量及时间

从表1 可知，破碎颗粒越小，润湿所需的蒸汽量越多。实际生产过程中，需适时观察及检测破碎度与润湿蒸汽的匹配性，而且实际生产所需的蒸汽量还需进行相关的生产调试，不能完全照搬实验室数据；润湿所需的蒸汽量小粒种比中粒种稍多，所以在实际生产时，润湿蒸汽量要根据不同粉型的配方进行适当调整；润湿的蒸汽并非全部进入咖啡豆中，4 个样品润湿通入的蒸汽量比润湿后咖啡增加的水分量均高出10%左右，而这部分蒸汽中携带着咖啡的很多易挥发香气成分，所以润湿需在相对密闭的容器中进行，而且如条件允许需对携带香气成分的蒸汽进行香气收集，并在干燥前回填入咖啡混合液中；破碎颗粒越细，润湿所需时间相对越长，在生产用破碎度下，润湿时间在20～30 min，当然润湿时间还取决于通入蒸汽的流量，所以实际生产时的润湿时间还有待考察。

表1 4 个样品润湿所需的蒸汽量、时间及润湿前后水分含量

2.2 样品润湿前后不同提取时间的提取率

从表2 可知，提取率润湿后的样品普遍高于润湿前的样品，特别是4 档磨碎度的样品，不论中粒种还是小粒种，在不同提取时间下，均是润湿后的提取率更高，而生产用破碎度的样品，则只有个别提取时间段的润湿后提取率略低，且不排除有偶然因素的存在；润湿后的样品在提取时间比润湿前样品少5 min的情况下，提取率依然普遍高于润湿前的，特别是提取时间在20～40 min 的数据基本呈现这一趋势，而10～15 min 的提取时间并不符合生产需求，可以不必太在意这一区间段的数据，所以在实际生产中润湿后单罐萃取的时间至少可以减少5 min，整个萃取周期就可减少25～35 min，不仅提高了生产效率，也对速溶粉的品质改善起到相应作用。

表2 4 个样品润湿前后不同萃取时间的提取率

2.3 润湿后的咖啡研磨颗粒的流动性

实验室磨碎机4 档研磨的样品润湿后流动性较润湿前有明显下降，大部分咖啡研磨颗粒在摇晃后流动性尚可，可以倒出蒸馏瓶，但有少部分有粘壁现象；而生产用破碎度的样品润湿后流动性较润湿前有所下降，大部分咖啡研磨颗粒经摇晃流动性良好，基本可以倒出蒸馏瓶，个别颗粒有粘壁现象。考虑到实际生产的可行性，建议可在润湿罐内装搅拌装置，润湿罐外部装敲打及摇晃装置，以便于润湿咖啡能快速且完全的进入萃取罐。

2.4 润湿前后的提取液感官检测结果

润湿后的提取液悬浮物明显减少，含渣量比未润湿的低，且过滤速度比润湿前的快。

提取液汤色润湿前的比润湿后的深，透明度、清亮度明显不及润湿后的。

通过对润湿前后的提取液进行杯品分析，润湿后的香气损失较多，香气弱于润湿前的，所以油润感和丰富度稍不及润湿前的，尤其在提取时间较短的时候相对明显；另由于香气保留少，所以当咖啡豆有异杂味时润湿后的提取液异杂味感知相对明显；润湿后的提取液酸味比润湿前的稍强，清爽度及干净度明显优于润湿前的，润湿前的有点浑浊感；苦涩味及酸味随着提取时间的增加而增强，提取时间在25～30 min 时口感最优，当提取时间超过40 min 时就出现闷熟味，苦涩味强，香气保留也随之减少，润湿前和润湿后的香气差异也随着提取时间的延长而缩小；中粒和小粒相比，中粒种润湿前和润湿后的口感差异趋势与小粒近似，但差异度不及小粒明显。所以如增加润湿工序，润湿需在相对密闭的容器内进行，且需在润湿时对香气进行收集并在后续工艺回填，否则对香气会有所影响。