一种回收速溶咖啡生产过程中香气物质的方法及系统

摘要

本发明涉及一种回收速溶咖啡生产过程中香气成分的方法及系统，其通过吸附塔中冷冻工艺水喷淋冷凝来回收咖啡研磨过程中散失的香气物质，通过闪蒸、置换、浓缩与吸附来回收萃取工序和浓缩工序中的香气物质，全方位地回收速溶咖啡生产过程中易散失及破坏的香气物质，本发明充分结合速溶咖啡生产工艺，利用咖啡高温高压萃取的原理，采用闪蒸技术将高温高压萃取液中的易挥发性香气物质快速与料液分离，后再将分离出的易挥发性香气物质纯化、浓缩，最后回填至咖啡浓缩液中，从而最大程度地保留了速溶咖啡的原有香气品质。本发明采用水作为冷凝液，无污染，多次循环，能耗低，具有明显的技术和经济上的优势，节约生产成本，能广泛应用于工业生产中香气物质的回收。

说明书

技术领域

本发明涉及食品加工领域，具体涉及一种回收速溶咖啡生产过程中香气物质 的方法及系统，可全程回收速溶咖啡生产过程中香气物质。

背景技术

咖啡与茶叶、可可并称为世界三大饮料植物，全世界约有三分之一的人口饮 用，咖啡在全球贸易额仅次于石油。咖啡含有丰富的蛋白质、粗纤维、粗脂肪、 咖啡碱等，因其具有独特的醇香口味和提神、兴奋的作用，逐渐成为现代人不可 缺少的日常饮品。随着现代社会生活节奏的不断加快，相比较为繁复的传统咖啡 冲泡方式，喜欢喝咖啡的人越来越多在接受速溶咖啡。速溶咖啡，是通过将咖啡 萃取液中的水分蒸发而获得的干燥的咖啡提取物，以其能够很快的溶化在热水 中、在储运过程中占用的空间和体积更小、更耐储存的特点，获得了广泛的流行。

速溶咖啡生产工序包括：选料、烘焙、研磨、萃取、离心、浓缩、调配、干 燥，生产过程中咖啡所含的挥发性香气物质很容易挥发或被破坏变质。对于咖啡 研磨工序而言，咖啡中的风味物质在研磨过程中不稳定、易挥发。在焙炒过程中， 咖啡豆内部形成了1.6MPa的高压，在咖啡豆被粉碎时压力释放，导致易挥发风 味物质大量散失，研究表明有22种风味物质散失严重。对于萃取及浓缩工序而 言，现有的加热真空浓缩在一定温度、一定压力(负压)下蒸发咖啡料液中的大 量水分，使易挥发香气物质也被蒸出，最终浓缩液中易挥发性香气物质损失和破 坏较严重，对速溶咖啡香气品质影响较大。

速溶咖啡生产过程的各工序或多或少存在着香气的损失与破坏，通过对工 艺、设备的改良和优化，都不足以让速溶咖啡的香气接近现磨冲泡咖啡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可全程回收速溶咖啡生产过程中易散失及破坏 的香气物质，所回收的咖啡香气物质水溶液直接回填到咖啡浓缩液中，增加咖啡 浓缩液的香气特征，大大提高速溶咖啡的品质的回收速溶咖啡生产过程中香气物 质的方法及系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种回收速溶咖啡生产过程中香气物质的方法，包括咖啡研磨过程中香气物 质的回收、萃取工序香气物质的回收、浓缩工序香气物质的回收，通过冷冻工艺 水喷淋冷凝来回收咖啡研磨过程中散失的香气物质，通过闪蒸、置换、浓缩与吸 附来回收萃取工序和浓缩工序中的香气物质，其具体方法如下：

A、咖啡研磨过程中香气物质的回收

取咖啡熟豆置于研磨机中进行研磨，咖啡熟豆研磨过程会释放CO₂和挥发性 香气物质，释放的香气物质随空气经负压输送到排气口排出，收集负压输送系统 排气口排出的带香气物质的空气，经过滤网过滤后，将其导入吸附塔中，气体从 吸附塔底端进入塔内，冷冻工艺水从顶部喷淋而下，气体与冷冻工艺水逆流接触， 捕捉气体中的挥发性香气物质，塔顶排出的气体进入冷凝器，将气体中残留的香 气物质冷凝下来，不凝气体排出，冷凝下来的冷凝液用泵输送到置换塔塔顶作喷 淋液，采用蒸汽加热将上述冷凝液中的香气物质置换出来，再通过真空泵抽送到 吸附塔中再次吸附，吸附塔底流出的带有香气物质的冷凝液冷却保持温度在 1-7℃，通过泵循环回到吸附塔塔顶作喷淋用冷冻工艺水，如此循环操作达到浓 缩的效果，待最后吸附塔塔底带有香气物质的冷凝液浓缩倍数达到100-200倍 (1T咖啡萃取出液总回收5-10kg香气物质浓缩液)，出液备用。带有香气物质 的冷凝液浓度不能太高，否则会因冷凝液中香气物质过于饱和，再循环到吸附塔 内后吸附效果不好；

B、萃取工序香气物质的回收

将研磨好的咖啡粉输送到萃取罐中进行萃取，萃取罐流出的咖啡萃取液以高 温高压的状态进入始终保持负压的闪蒸罐内，瞬间大量水分汽化，香气物质由于 沸点比水低，随水分一起汽化，汽化后的带香气物质的水汽从闪蒸罐顶部出口排 出进入冷凝器，经20-30℃的水冷却成冷凝液和不凝气体，冷凝液用泵输送到置 换塔顶部用作喷淋液，不凝气体则直接与置换塔置换出的香气物质汇合导入吸附 塔中进行吸附；

置换塔塔底在生产前注入工艺水，并将工艺水加热至沸腾，蒸发出的水汽与 塔顶喷淋下来的喷淋液进行逆流接触，两相接触时，液相中的低沸点易挥发组分 不断地向气相中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，从而置换出喷 淋液中的香气物质，置换塔置换出的香气物质汇合闪蒸后未冷凝的气体由真空泵 导入到吸附塔中进行吸附，通过冷冻工艺水喷淋冷凝捕捉气体中的香气物质，其 后操作方法与上述咖啡研磨过程中香气物质回收的吸附塔中吸附过程操作方法 一致；

C、浓缩工序香气物质的回收

将经闪蒸后闪蒸罐出口流出的咖啡萃取液进行冷却和离心之后，再输送到浓 缩器中进行浓缩，浓缩过程中产生带有香气物质的冷凝液，将带有香气物质的冷 凝液导入加热器中加热至60-70℃，加热后的带有香气物质的冷凝液通过高压泵 导入闪蒸罐中进行闪蒸，再依次进入置换塔和吸附塔，进行置换、吸附和浓缩操 作，其具体操作方法与上述萃取工序香气物质回收的操作方法一致。

所述的咖啡研磨过程为封闭过程，研磨过程易挥发香气物质不散失到系统 外。

所述的吸附塔为丝网波纹填料塔。

所述的置换塔为丝网波纹填料塔。

所述的冷冻工艺水温度为1-7℃。

一种回收速溶咖啡生产过程中香气物质的系统，所述的系统包括闪蒸罐、水 泵Ⅰ、板式换热器Ⅰ、水泵Ⅱ、板式换热器Ⅱ、水泵Ⅲ、置换塔、真空泵、吸附 塔、水泵Ⅳ、板式换热器Ⅲ、板式换热器Ⅳ、水泵Ⅴ、罗茨鼓风机、收集罐，所 述的闪蒸罐底部出口设有水泵Ⅰ，顶部出口与板式换热器Ⅰ连接，板式换热器Ⅰ 出口与置换塔塔顶连接，置换塔塔底设有工艺水进口、水泵Ⅲ和板式换热器Ⅱ， 置换塔塔顶出口与真空泵连接，真空泵与吸附塔塔底入口连接，吸附塔塔底设有 工艺水进口，吸附塔塔底出口与水泵Ⅳ连接，水泵Ⅳ与板式换热器Ⅲ连接，板式 换热器Ⅲ与吸附塔塔顶喷淋口连接，吸附塔塔顶出口与板式换热器Ⅳ连接，板式 换热器Ⅳ出液口通过水泵Ⅴ与置换塔塔顶连接，所述的收集罐出口与罗茨鼓风机 连接，罗茨鼓风机与吸附塔塔底入口连接。

所述的板式换热器Ⅰ出口与置换塔塔顶之间的连接管路上设有水泵Ⅱ。

所述的板式换热器Ⅰ、板式换热器Ⅲ和板式换热器Ⅳ为冷凝器，板式换热器 Ⅱ为加热器。

所述的闪蒸罐入口与萃取罐出液口连接。

所述的收集罐入口与咖啡研磨装置负压输送系统排气出口连接。

本发明采用以上技术方案，通过吸附塔中冷冻工艺水喷淋冷凝来回收咖啡研 磨过程中散失的香气物质，通过闪蒸、置换、浓缩与吸附来回收萃取工序和浓缩 工序中的香气物质，全方位地回收速溶咖啡生产过程中易散失及破坏的香气物 质，本发明考虑到浓缩过程中易挥发性香气物质损失和破坏较严重，故本发明在 浓缩前即萃取工序就将料液中的大部分香气物质回收掉，同时回收浓缩过程产生 的冷凝液中残留的香气物质，此外本发明充分结合速溶咖啡生产工艺，利用咖啡 高温高压萃取的原理，采用闪蒸技术，将高温高压萃取液中的易挥发性香气物质 快速与料液分离，后再将分离出的易挥发性香气物质纯化、浓缩，最后回填至咖 啡浓缩液中，从而最大程度地保留了速溶咖啡的原有香气品质。本发明可以回收 大部分的香气物质，采用水作为冷凝液，无污染，多次循环，能耗低，具有明显 的技术和经济上的优势，节约生产成本，能广泛应用于工业生产中香气物质的回 收，再将回收的易挥发性香气物质经纯化、浓缩后回填至产品中，从而能够大大 地提高生产产品的品质。

附图说明

现结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明回收速溶咖啡生产过程中香气物质的系统示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种回收速溶咖啡生产过程中香气物质的系统，所述的系统包 括闪蒸罐1、水泵Ⅰ2、板式换热器Ⅰ3、水泵Ⅱ4、板式换热器Ⅱ5、水泵Ⅲ6、置 换塔7、真空泵8、吸附塔9、水泵Ⅳ10、板式换热器Ⅲ11、板式换热器Ⅳ12、水 泵Ⅴ13、罗茨鼓风机14、收集罐15，所述的闪蒸罐1底部出口16处设有水泵Ⅰ2， 顶部出口17与板式换热器Ⅰ3连接，板式换热器Ⅰ3出口18与置换塔7塔顶连接， 置换塔7塔底设有工艺水进口19、水泵Ⅲ6和板式换热器Ⅱ5，置换塔7塔顶出口与 真空泵8连接，真空泵8与吸附塔9塔底入口20连接，吸附塔9塔底设有工艺水进口 21，吸附塔9塔底出口22与水泵Ⅳ10连接，水泵Ⅳ10与板式换热器Ⅲ11连接，板 式换热器Ⅲ11与吸附塔9塔顶喷淋口连接，吸附塔9塔顶出口与板式换热器Ⅳ12 连接，板式换热器Ⅳ12出液口23通过水泵Ⅴ13与置换塔7塔顶连接，所述的收集 罐15出口与罗茨鼓风机14连接，罗茨鼓风机14与吸附塔9塔底入口20连接。

所述的板式换热器Ⅰ3出口与置换塔7塔顶之间的连接管路上设有水泵Ⅱ4。

所述的板式换热器Ⅰ3、板式换热器Ⅲ11和板式换热器Ⅳ12为冷凝器，其设 有冷冻水进口和出口，板式换热器Ⅱ5为加热器，其设有蒸汽进口和冷凝水出口。

所述的闪蒸罐1入口与萃取罐出液口连接。

所述的收集罐15入口与咖啡研磨装置负压输送系统排气出口连接。

一种回收速溶咖啡生产过程中香气物质的方法，包括咖啡研磨过程中香气物 质的回收、萃取工序香气物质的回收、浓缩工序香气物质的回收，通过冷冻工艺 水喷淋冷凝来回收咖啡研磨过程中散失的香气物质，通过闪蒸、置换、浓缩与吸 附来回收萃取工序和浓缩工序中的香气物质，其具体方法如下：

A、咖啡研磨过程中香气物质的回收

以越南Robusta豆为原料进行中度烘焙，烘焙好的咖啡熟豆在暂存仓中熟化 24h左右，之后进入研磨机研磨，咖啡熟豆研磨过程会释放CO₂和挥发性香气物 质，一旦研磨咖啡粉达到研磨暂存仓1/3位置后，即开始负压输送研磨咖啡粉到 下一工序，释放的香气物质随空气经负压输送到排气口排出，收集排气口排出的 带香气物质的空气于收集罐15中，经过滤网过滤后，通过罗茨鼓风机14将其导 入吸附塔9中，气体从吸附塔9塔底入口20进入塔内，冷冻工艺水从顶部喷淋 而下，气体与冷冻工艺水逆流接触，捕捉气体中的挥发性香气物质，塔顶排出的 气体进入冷凝器(板式换热器Ⅳ12)，将气体中残留的香气物质冷凝下来，不凝 气体排出，冷凝下来的冷凝液用泵Ⅴ13输送到置换塔7塔顶作喷淋液，采用蒸 汽加热将上述冷凝液中的香气物质置换出来，再通过真空泵8抽送到吸附塔9 中再次吸附，吸附塔9底流出的带有香气物质的冷凝液冷却保持温度在1-7℃， 通过泵循环回到吸附塔9塔顶作喷淋用冷冻工艺水，如此循环操作达到浓缩的效 果，待最后吸附塔塔底带有香气物质的冷凝液浓缩倍数达到100-200倍(1T咖 啡萃取出液总回收5-10kg香气物质浓缩液)，出液备用。带有香气物质的冷凝液 浓度不能太高，否则会因冷凝液中香气物质过于饱和，再循环到吸附塔9内后吸 附效果不好；

B、萃取工序香气物质的回收

将研磨好的咖啡粉输送到萃取罐(图中未示出)中进行萃取，萃取罐流出的 咖啡萃取液以高温高压(温度80-140℃，压力3-20bar)的状态进入始终保持负 压为0.13-0.2bar的闪蒸罐1内，瞬间大量水分汽化，香气物质由于沸点比水低， 随水分一起汽化，汽化后的带香气物质的水汽从闪蒸罐1顶部出口17排出进入 冷凝器(板式换热器Ⅱ5)，经20-30℃的水冷却，冷凝液用泵输送到置换塔7顶 部用作喷淋液，不凝气体则直接与置换塔7置换出的香气物质汇合进入吸附塔9 中进行吸附；

置换塔7塔底在生产前即从工艺水进口19处注入工艺水，并将工艺水加热 至55-65℃沸腾，蒸发出的水汽与塔顶喷淋下来的液体进行逆流接触，两相接触 时，液相中的低沸点易挥发组分不断地向气相中转移，气相愈接近塔顶，其易挥 发组分浓度愈高，从而置换出喷淋液中的香气物质，置换塔7置换出的香气物质 汇合闪蒸后未冷凝的气体由真空泵8抽入到吸附塔9中进行吸附，通过冷凝捕捉 气体中的香气物质，其后操作方法与上述咖啡研磨过程中香气物质回收的操作方 法一致；

C、浓缩工序香气物质的回收

将经闪蒸后闪蒸罐1出口16流出的咖啡萃取液进行冷却和离心之后，再输 送到浓缩器(图中未示出)中进行浓缩，浓缩过程中产生带有香气物质的冷凝液， 将带有香气物质的冷凝液导入加热器(图中未示出)中加热至60-70℃，加热后 的带有香气物质的冷凝液通过高压泵导入闪蒸罐1中进行闪蒸，再依次进入置换 塔7和吸附塔8，进行置换、吸附和浓缩操作，其具体操作方法与上述萃取工序 香气物质回收的操作方法一致。

所述的咖啡研磨过程为封闭过程，研磨过程易挥发香气物质不散失到系统 外。

所述的吸附塔7为丝网波纹填料塔。

所述的置换塔9为丝网波纹填料塔。

所述的冷冻工艺水温度为1-7℃。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术 方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。