способ получения экстракта кофе и его заменителей и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения экстракта кофе и его заменителей, предусматривающий предварительную очистку сырья от примесей, его обжаривание и измельчение, увлажнение массы путем перемешивания с водой и экстракцию в потоке горячей воды, отличающийся тем, что перед увлажнением сырья его подают в экструдер с реверсивными элементами, увлажняют там до влажности 7-20% и подвергают термомеханической обработке при температуре 120-180°С под давлением 3-12·10 ⁶ Па в течение 20-50 с, а выходящий экструдат смешивают с горячей водой в соотношении 1:3-1:4 и подвергают экстракции при температуре 90°С, давлении 0,1-0,2·10 ⁶ Па в течение 10-12 мин.

2. Установка для получения экстракта кофе и его заменителей, содержащая бункер для сырья и экстрактор непрерывного действия, отличающаяся тем, что она снабжена экструдером, установленным перед экстрактором и выполненным с реверсивными элементами, монтированными на шнеке на расстоянии 1/3-1/4 его длины от выхода экструдата, а экстрактор имеет вид трубопровода, передняя часть которого выполнена в виде смесительной камеры с оппозитно установленными форсунками, связанными с трубкой подачи горячей воды под давлением, и соединена с корпусом экструдера в зоне выхода экструдата, а задняя часть снабжена регулируемой заслонкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к технологии и технике получения экстракта кофе и его заменителей при производстве растворимого кофе и кофейных напитков.

Известен способ получения экстрактов, например кофейных, путем увлажнения обжаренных измельченных зерен многостадийной экстракции и концентрирования, характеризующийся тем, что для повышения содержания в экстракте растворимых сухих веществ обработку ведут с применением ферментного препарата (патент СССР №439954, 1974).

Недостаток данного способа заключается в применении специального ферментного препарата.

Известен способ экстрагирования жареного и молотого кофе для получения экстракта, главным образом для использования в качестве исходного материала при производстве растворимого кофе или порошкообразного кофе. Кофе предварительно увлажняют путем перемешивания с водой при температуре 20-100°С для получения содержания воды 20-50 мас.%, затем подают его в удлиненный экстрактор для его заполнения, газы и водяной пар удаляют, экстрагирование проводят при температуре 160-190°С и давлении 600 мбар. Экстрагирование осуществляют со скоростью потока жидкости 20-25 м/ч, продолжительность экстракции 1-2,5 часа (патент РФ №2080076, A23F 5/24, БИ 15, 1997 - прототип).

Также известна установка для получения экстракта из обжаренного кофе, включая измельчающее устройство, экстрактор непрерывного действия для первичного экстракта, устройство для термообработки шлама после первичной экстракции и экстрактор непрерывного действия для получения вторичного экстракта, связанные последовательно трубопроводами. Обжаренные зерна кофе измельчают на частицы размером 0,5-3,5 мм и по трубопроводу через бункер загружают в первый экстрактор, а воду подают противотоком через патрубок, экстрагирование ведут при соотношении фаз 1:2-1:5 в течение 40-300 мин. Шлам загружают во второй экстрактор, заливают горячей водой в соотношении 1:2-1:3 и обрабатывают в течение 0,5-10 мин при температуре 200-240°С (авторское свидетельство СССР №1445675, A23F 5/24, БИ 47, 1998 - прототип).

Недостатки известных способа и установки для получения экстракта из обжаренного кофе заключаются в длительности и сложности процесса экстракции и конструкции установки.

Технический результат изобретения в части способа заключается в ускорении процесса экстракции и повышении качества получаемого экстракта за счет более полного выделения растворимых веществ из сырья и устранения потерь ароматических веществ.

Этот результат достигается тем, что в предложенном способе получения экстракта из обжаренных и измельченных зерен кофе или его заменителей перед увлажнением сырья его подают в экструдер с реверсивными элементами, увлажняют там до влажности 7-20% и подвергают термомеханической обработке при температуре 120-180°С под давлением 3-12·10 ⁶ Па в течение 20-50 с, а выходящий экструдат смешивают с горячей водой в соотношении 1:3-1:4 и подвергают экстракции при температуре 90°С, давлении 0,1-0,2·10 ⁶ Па в течение 10-12 мин.

При экструзии (термомеханической обработке) сырья с применением указанных параметров получается продукт - экструдат в виде массы прямых жгутов округлого поперечного сечения с шероховатой поверхностью и развитой пористостью, происходит ослабление и разрушение клеточных оболочек, увеличивается способность к набуханию и значительно повышается экстрактивность, что обеспечивает при экстракции ускоренное и более полное выделение растворимых веществ из экструдата в экстракт и исключение потерь ароматических веществ.

Технический результат изобретения в части установки для осуществления данного способа заключается в обеспечении упрощения ее конструкции и ускорения протекающего в ней процесса экстракции.

Для достижения этого предложенная установка, содержащая бункер для сырья и экстрактор непрерывного действия, снабжена экструдером, установленным перед экстрактором и выполненным с реверсивными элементами, монтированными на шнеке на расстоянии 1/3-1/4 его длины от выхода экструдата, а экстрактор имеет вид трубопровода, передняя часть которого выполнена в виде смесительной камеры с оппозитно установленными форсунками, связанными с трубкой подачи горячей воды под давлением, и соединена с корпусом экструдера в зоне выхода экструдата, а задняя часть - снабжена регулируемой заслонкой.

Сравнительный анализ признаков прототипов с заявленными способом и установкой показывает, что указанные отличительные признаки заявляемого изобретения являются новыми, а поэтому предложение соответствует критерию «новизна».

Данный способ может быть осуществлен только при указанном конструктивном исполнении установки, что обеспечивает «единство изобретения».

Изобретение является «промышленно применимым», т.к. оно может использоваться в пищевой промышленности в линиях для производства растворимого кофе и кофейных напитков.

Изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. достигнутый технический результат удовлетворяет существующую потребность, а именно ускорение процесса экстракции, что не следует для специалиста явным образом из уровня техники.

Изобретение поясняется чертежом.

Способ осуществляют следующим образом.

Сырье - обжаренные и измельченные кофе, цикорий, ячмень или их смеси - подают в экструдер, где увлажняют его до влажности 7-20% и подвергают термомеханической обработке при температуре 120-180°С под давлением 3-12·10 ⁶ Па в течение 20-50 с. Горячий высокопористый экструдат, выходящий из фильера экструдера в виде жгутов с шероховатой поверхностью и высокой пористостью, подвергается разрушению под действием струй горячей воды из форсунок в смесительной камере экстрактора, смешивается с горячей водой в соотношении 1:3-1:4 (при необходимости вода химически очищается от примесей) и подвергается экстракции при температуре 90°С и давлении 0,1-0,2·10 ⁶ Па в течение 10-12 мин. Затем экстракт очищают от шлама с помощью обычного пресс-фильтра и направляют в приемную емкость.

Пример 1

Очищенные от примесей, обжаренные и измельченные в крупку зерна кофе подают в экструдер. В него также подают воду для увлажнения массы до 10% влажности. Процесс экструдирования осуществляют при температуре 145°С, под давлением 4·10 ⁶ Па в течение 45 с. Полученный экструдат поступает в смесительную камеру экстрактора, в которой с помощью форсунок смешивается с горячей водой в соотношении 1:4, и подвергается экстракции при температуре 90°С и давлении 0,2·10 ⁶ Па в течение 12 мин. Затем отделяют экстракт от шлама.

Полученный экстракт содержит 14% растворимых сухих веществ.

Пример 2

Очищенные от примесей, обжаренные и измельченные в крупку зерна кофе в количестве 80% и нарезанные на кубики корнеплоды цикория, высушенные и обжаренные, в количестве 20% увлажняют в экструдере до 20% влажности и подвергают термомеханической обработке при температуре 160°С под давлением 7·10 ⁶ Па в течение 25 с. Экструдат смешивают с горячей водой в смесительной камере экстрактора в соотношении 1:3 и подвергают экстракции при температуре 90°С и давлении 0,2·10 ⁶ Па в течение 10 мин. Затем отделяют экстракт от шлама.

Полученный экстракт содержит 20% растворимых сухих веществ.

Пример 3

Очищенный от примесей, обжаренный и измельченный в крупку ячмень в смеси с 10% натурального кофе подают в экструдер, где увлажняют смесь до 18% и подвергают термомеханической обработке при температуре 180°С под давлением 5·10 ⁶ Па в течение 30 с. Поступающий из фильеры горячий высокопористый экструдат в смесительной камере экстрактора с помощью форсунок смешивается с горячей водой в соотношении 1:3,5 и далее подвергается экстракции при температуре 90°С и давлении 0,15·10 ⁶ Па в течение 11 мин. Затем отделяют экстракт от шлама и направляют в приемную емкость.

Полученный экстракт содержит 18% растворимых сухих веществ.

Установка для получения экстракта кофе и его заменителей содержит бункер 1 для сырья, экструдер 2, экстрактор непрерывного действия 3, фильтр 14 и приемную емкость 15. Корпус 5 экструдера снабжен средством 6 подачи исходного сырья, патрубком 7 подачи воды в корпус для увлажнения сырья, шнеком 8 с дополнительными реверсивными элементами 9, расположенными на расстоянии 1/3-1/4 длины шнека от выхода экструдера, матрицей 10 с фильерой. Экстрактор непрерывного действия имеет вид трубопровода, передняя часть которого выполнена в виде смесительной камеры 4 с оппозитно установленными форсунками 11, связанными с трубкой 12 подачи горячей воды под давлением, и соединена с корпусом экструдера в зоне выхода экструдата, а задняя часть снабжена регулируемой заслонкой 13 и соединена с приемной емкостью 15 через фильтр 14.

Установка работает следующим образом.

Сырье из бункера 1 загружают непрерывно дозировано в экструдер 2 при помощи средства 6, а по патрубку 7 подают воду для увлажнения сырья. Массу в корпусе экструдера подвергают термомеханической обработке при температуре 120-180°С под давлением 3-12·10 ⁶ Па в течение 20-50 с с помощью вращающегося шнека и нагревательной системы экструдера. Масса шнеком 8 продвигается к матрице 10 и продавливается через фильеру, при этом дополнительные реверсивные элементы 9 активно перемешивают массу, обеспечивая ее хорошее прогревание. Поступающий из фильеры горячий высокопористый экструдат в смесительной камере 4 экстрактора 3 непрерывного действия под действием струй горячей воды, под давлением выбрасываемых оппозитно установленными форсунками 11, размывается и смешивается с водой в соотношении 1:3-1:4. Процесс экстракции осуществляется по мере течения по трубе экстрактора при температуре 90°С и давлении 0,1-0,2·10⁶ Па в течение 10-12 мин. Температура воды в экстракторе поддерживается специальной нагревательной системой, а продолжительность процесса экстракции регулируется заслонкой 13. Далее экстракт отделяется от шлама фильтром 14 и поступает в емкость 15.

Полученный экстракт содержит значительное количество растворенных ароматических и вкусовых веществ, имевшихся в исходном продукте, и может использоваться для производства растворимого кофе и кофейных напитков высокого качества.

Предложенная установка имеет более простую и компактную конструкцию в сравнении с известными и позволяет ускорить процесс получения экстракта.