Стеклообразные матрицы для стабилизации кофейного аромата

Стеклообразные матрицы для стабилизации кофейного аромата

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к стеклообразным матрицам для захватывания кофейного аромата и композициям кофейного аромата, включенным в подобные матрицы.

Наряду со своим стимулирующим воздействием кофейные напитки ценятся за их органолептические свойства. Самыми важными из этих органолептических свойств являются запах и вкус приготовленного кофейного напитка.

Обычно целью производителей растворимого кофе является попытка добиться восстановления органолептических свойств свежеприготовленного обжаренного и молотого кофе в такой степени, в какой только это возможно. Иногда главным аспектом развития и производства растворимого кофе является развитие органолептических свойств, отличных от традиционного обжаренного и молотого кофе, но вместе с тем неизменной целью является оптимизация органолептического профиля растворимого кофе таким образом, чтобы наилучшим образом удовлетворить предпочтения потребителей.

Органолептические свойства растворимого кофе зависят сложным образом от смеси кофе, использованной при его производстве, условий обжарки, эффективности восстановления аромата, технологии сушки, условий хранения порошкообразного кофе и того способа, каким потребитель приготовил растворимый кофе. Современные достижения в области растворимого кофе основаны на взаимосвязи некоторых из органолептических свойств растворимого кофе с химическими, структурными и физическими свойствами растворимого кофе, что достоверно подтверждено современными исследованиями.

Например, аромат, как важная органолептическая характеристика напитка растворимого кофе, является результатом воздействия сложной, но сбалансированной смеси приблизительно 800 летучих соединений на обонятельный эпителий. Многие физико-химические свойства этих приблизительно 800 соединений известны, и также известно, какой они вносят вклад в характер аромата кофе. Летучие соединения аромата в основном формируются в течение процесса обжарки и частично включаются в состав конечного порошкообразного растворимого кофе. Во время приготовления напитка растворимого кофе порошкообразный кофе растворяется, и ароматические соединения попадают на обонятельный эпителий, пройдя множество промежуточных этапов.

Традиционно растворимый кофе производят посредством водной экстракции обжаренного и молотого кофе, концентрирования водного экстракта кофе до получения концентрированной дисперсии и сушки концентрированной дисперсии для получения порошкообразного растворимого кофе в стеклообразном состоянии.

Кофейный аромат, который получен при обжарке кофейных зерен, частично извлекается в течение этого процесса и вновь вводится в концентрированный экстракт кофе перед сушкой. После сушки кофейный аромат захватывают в матрицу растворимого кофе, которая находится в стеклообразном состоянии.

Одной из ключевых проблем, связанных с растворимым кофе, является проблема, связанная со снижением при хранении качественных показателей и интенсивности аромата. Это уменьшение интенсивности аромата и снижение качественных показателей проявляется даже при хранении растворимого кофе при условиях хранения, близких к оптимальным (низкое содержание влаги, инертная атмосфера и комнатная температура), и в течение срока хранения, общепринятого для растворимого кофе, обычно в течение одного года. Кроме того, эти показатели значительно ухудшаются при неблагоприятных условиях хранения, таких как повышение уровня влажности, повышение температуры или присутствие кислорода.

Снижение качества и уменьшение интенсивности аромата растворимого кофе во время хранения в основном возникает из-за взаимодействия и реакции многих сильнодействующих ароматических соединений растворимого кофе с многочисленными классами нелетучих соединений, присутствующих в матрице растворимого кофе. Эти нелетучие соединения находятся среди тех, которые экстрагированы из обжаренного и молотого кофе и оказываются в экстракте, использованном для приготовления стеклообразной матрицы растворимого порошкообразного кофе.

В целях лучшей сохранности интенсивности аромата и качества растворимого кофе желательно обеспечить его системой введения аромата. Кроме того, желательно, чтобы такая система вносила пониженный уровень соединений, которые ответственны за деградацию аромата.

В патентной заявке JP 02-104242 описывается ультрафильтрация как способ приготовления жидкого пищевого продукта с ингибиторными характеристиками для деградации аромата кофе. Отсутствует информация, подтверждающая, что этот способ можно использовать для приготовления стеклообразного кофейного материала с улучшенными характеристиками хранения.

С другой стороны, у Zanoni et al., Lebensmittel-Wissenschaft und-Technologie 25(3), 271-274 (1992) упоминается о проведении ультрафильтрации для получения жидкого экстракта кофе с улучшенными характеристиками сохранности аромата кофе. Неожиданно и в противовес полученным нами результатам обнаружено, что пермеат улучшает стабильность кофейного аромата в жидком, смешанном пищевом продукте. Во всяком случае, следовало бы ожидать от пермеата содержания компонентов, деградирующих аромат, таким образом здесь проявляется не единое научное понимание ролей ультрафильтрации и полученного в результате пермеата и ретентата в стабильности сенситивной активности ингредиентов, включая кофейный аромат.

В СА 1157310 описывается ультрафильтрация и обратный осмос, использованные параллельно для получения экстракта для производства растворимого кофе. Кроме того, более 99% всех сухих веществ, полученных на стадии ультрафильтрации, сохраняются, что совершенно ясно является слишком высоким показателем для того, чтобы значительно сократить потенциал твердых веществ кофе, деградирующих аромат.

В статье “Flavor Delivery System” в Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, он-лайн издание, широко обсуждаются различные технологии получения систем доставки и инкапсуляции ароматических и вкусовых веществ. Однако никогда не упоминалось никакой технологии удаления соединений, деградирующих аромат, из матрицы.

В US 5087469 описываются реакционные ароматические соединения, извлеченные и затем снова введенные в стандартный кофе, для увеличения общего аромата введением аромата двумя партиями. Не описывается или не предлагается, что такие ароматические соединения удерживаются в инертной стеклообразной матрице.

В WO-А-96/09773 описываются технологии инкапсулирования ароматических соединений кофе в стеклообразную матрицу пищевого полимера. Здесь нет предложения использования ни ультрафильтрации экстракта кофе, ни обработки экстракта кофе с PVP/PVPP для селективного удаления соединений, деградирующих аромат.

И в WO-А-98/18610 и US-А-5399368 описываются способы получения (контролируемого выделения) частиц, содержащих инкапсулированные соединения. Также ничего не описывается или не предлагается для удаления реактивных молекул из кофейного аромата посредством ультрафильтрации или использования PVPP.

Таким образом, настоящее изобретение стремится обратиться к одной или более из вышеупомянутых проблем и/или обеспечить одно или более вышеупомянутых преимуществ.

Неожиданно было обнаружено, что твердые, стеклообразные матрицы, подходящие для введения аромата, могут быть получены из кофе, и таким образом матрица включает пониженные уровни нелетучих соединений, ответственных за деградацию аромата.

Таким образом, настоящее изобретение предоставляет инертную, стеклообразную матрицу для захватывания кофейного аромата, в которой по меньшей мере часть соединений, обычно присутствующих в водном экстракте кофе, которые оказывают деградирующее воздействие на соединения кофейного аромата, была удалена.

Также настоящее изобретение предлагает способ получения инертной стеклообразной матрицы для захватывания кофейного аромата, предусматривающий стадии:

(i) обработки экстракта кофе поливинилполипирролидоном или иммобилизованным поливинилпирролидоном для удаления деградирующих соединений;

(ii) удаления фракции, содержащей поливинилполипирролидон или поливинилпирролидон, чтобы оставить обработанный экстракт;

(iii) использования обработанного экстракта для получения захватывающей матрицы.

Другим объектом настоящего изобретения является способ получения инертной стеклообразной матрицы для захватывания кофейного аромата, предусматривающий стадии:

(i) обработки экстракта кофе ультрафильтрацией, чтобы удалить деградирующие соединения и оставить обработанный экстракт; (ii) использования обработанного экстракта для получения захватывающей матрицы.

Еще одним объектом настоящего изобретения является композиция растворимого кофе, включающая стеклообразные матрицы по настоящему изобретению и захваченный аромат.

Растворимый кофе, полученный с использованием стеклообразных матриц по настоящему изобретению, имеет улучшенную стабильность захваченного ею аромата. Поскольку под термином «растворимый кофе» обычно подразумевают только водорастворимые ингредиенты из обжаренных зерен кофе, которые могут присутствовать в конечном продукте, это вводит жесткие ограничения на материалы, которые могут использоваться, и, таким образом, традиционные способы стабилизации аромата, используемые в других технологических процессах, непригодны для использования в данном случае.

Сущность настоящего изобретения состоит в том, что для ограничения деградации кофейного аромата соединения, деградирующие аромат, в основном или полностью удалены из экстракта кофе, в то время как поддерживается способность матрицы растворимого кофе принимать форму стеклообразного состояния при достаточно низком содержании воды и комнатной температуре.

Модификация композиции экстракта кофе была осуществлена таким образом, что: 1) значительная часть, предпочтительно практически все деградирующие аромат соединения, были удалены из экстракта кофе и 2) обработанные матрицы сохранили способность принимать форму стеклообразного состояния, подходящую для захватывания кофейного аромата.

Предпочтительными являются способы с использованием иммобилизованного поливинилпирролидона (здесь и далее введено как «PVP») или поливинилполипирролидона (здесь и далее введено как «PVPР»), и особенно последнего. Был обнаружен альтернативный способ обработки ультрафильтрацией, подходящий для использования в настоящем изобретении.

Термин «иммобилизованный» означает, что материал (например, PVP) привит на твердую или полимерную основу. Подходящие полимерные основы включают: кремний, полистирол и декстран.

Растворимый кофе затем может быть получен из обработанных матриц способами, известными из предшествующего уровня техники, включая, например, необязательно концентрирование обработанного экстракта кофе, последующее введение ранее удаленной ароматической фракции в экстракт кофе перед сушкой и сушку экстракта, содержащего аромат, с последующими процедурами, установленными в области получения ароматизированного растворимого порошкообразного кофе, в стеклообразном состоянии с улучшенными органолептическими свойствами и улучшенной стабильностью захваченного аромата. Необязательно сохраняющая реактивность неароматизированная матрица может быть высушена и смешена после сушки со стеклообразной инертной кофейной матрицей, содержащей захваченный кофейный аромат.

Удаление соединений, деградирующих аромат, обычно осуществляется на тонком слое паром, необязательно концентрировать экстракт кофе перед введением ранее удаленного кофейного аромата. Обработка экстракта кофе может быть проведена при любом подходящем содержании сухих веществ или экстракта кофе до тех пор, пока он находится в жидком состоянии. Обычно, однако, оптимальная концентрация, при которой проводится обработка, определяется как технологическими условиями, так и степенью удаления соединений, деградирующих аромат, которую требуется получить.

Обработка экстракта кофе PVPP или PVP может быть проведена любым из следующих способов, известных специалисту в данной области. Существуют два подходящих способа проведения этой операции: 1) смешиванием PVPP или иммобилизованного PVP до требуемой концентрации с экстрактом кофе, выдерживание смеси в течение периода времени, необходимого для удаления PVPP или PVP, связанных с соединениями, деградирующими аромат, посредством фильтрации или центрифугирования или 2) прохождение экстракта кофе через колонку достаточных размеров и способную содержать PVPP или иммобилизованный PVP.

Ультрафильтрация экстракта кофе проводится с использованием ультрафильтрационной мембраны, молекулярная масса не пропускаемых частиц зависит от размера фракции молекул, которые удаляются. Технологические процессы, посредством которых проводится эта ультрафильтрация, известны любому специалисту в данной области техники и включают технологические процессы с использованием плоскостных мембран, спиральных мембран и половолоконных мембран. Процесс ультрафильтрации может быть проведен различными способами, такими как тупиковая фильтрация, фильтрация в перекрестном потоке и фильтрация с обратной циркуляцией.

В зависимости от содержания твердых веществ после удаления соединений, деградирующих аромат, необязательно экстракт может быть подвергнут концентрированию для удаления избыточной воды. Концентрирование может быть проведено любым из следующих общеизвестных способов, используемых для этой цели, например выпаривание и обратный осмос.

Прежде чем проводить сушку, кофейный аромат может быть введен как в форме концентрированной ароматической фракции, так и в форме водного раствора или концентрата на основе масла. Последующая сушка экстракта, содержащего аромат, проводится таким образом, что потеря аромата в процессе сушки минимальна, и получают порошок, который находится в стеклообразном состоянии при комнатной температуре. Растворимый порошкообразный кофе обладает усиленными органолептическими свойствами и улучшенной стабильностью захваченного кофейного аромата.

В контексте настоящего изобретения термин «кофейный аромат» определен как смесь летучих соединений, которые обеспечивают вкусовые и ароматические ощущения кофе, воспринимаемые пьющим посредством стимулирования рецепторов клеток обонятельного эпителия.

Ароматические соединения попадают извне в носовую полость посредством вдыхания через нос (где пахучие молекулы ощущаются как запах) или изнутри при питье через носоглотку, находящуюся в задней части ротовой полости и горла (где ощущаются как вкус и аромат). Существует много сотен соединений в кофейном аромате, идентифицированных как участвующие в создании аромата кофе, некоторые из наиболее важных представлены здесь: 2,3-бутанедион, 2,3-пентанедион, 1-метилпиррол, фурфурилтиол (FFT), 1Н-пиррол, метанетиол, этанетиол, пропанал, бутанал, этанал, метилформат, метилацетат, метилфуран, 2-бутанон, метанол, этанол, пропанол, пиразин, фурфурал, диметилсульфид, 4-гидрокси-2,5-диметил-3(2Н)-фуранон, 2-метилбутанал, 2(5)-этил-4-гидрокси-5(2)-метил-3(2Н)-фуранон, метилпропанал, 4-этенил-2-метоксифенол, 3-метилбутанал, ванилин, 2-метоксифенол, 3-гидрокси-4,5-диметил-2(5Н)-фуранон, 4-этил-2- метоксифенол, 2-этил-3,5-диметилпиразин, метионал, 3-меркапто-3-метилбутилформат, 2,3-диэтил-5-метилпиразин, 3-изобутил-2-метоксипиразин, 2-метил-3-фурантиол, 2-этенил-3,5-диметилпиразин, 3-метил-2-бутен-1-тиол и 2-этенил-3-этил-5-метилпиразин.

Одной из ключевых проблем, связанных с растворимым кофе, является проблема, связанная со снижением при хранении качественных показателей и интенсивности аромата. Это уменьшение интенсивности аромата и снижение качественных показателей проявляется даже при хранении растворимого кофе при условиях хранения, близких к оптимальным (низкое содержание влаги, инертная атмосфера и комнатная температура), и в течение срока хранения, общепринятого для растворимого кофе, обычно в течение одного года. Кроме того, эти показатели значительно ухудшаются при неблагоприятных условиях хранения, таких как повышение уровня влажности, повышение температуры или присутствие кислорода.

Независимо от наличия летучих веществ многие соединения кофейного аромата, обладающие ключевым воздействием, являются химически чувствительными и могут вступать в реакцию друг с другом или с другими различными соединениями. Такие реакции могут проходить с, например, другими ароматическими соединениями, атмосферным кислородом, водой и веществами, составляющими стеклообразную матрицу кофе.

Снижение качества и уменьшение интенсивности аромата растворимого кофе во время хранения в основном возникает из-за взаимодействия и реакции многих сильнодействующих ароматических соединений растворимого кофе с многочисленными классами соединений, присутствующих в матрице растворимого кофе. Во время обжарки зеленых кофейных зерен имеет место целый ряд сложных комплексных химических реакций, большая часть которых может быть сгруппирована под общим названием реакция Майяра. Несмотря на то что эти реакции индуцируют образование соединений кофейного аромата и таким образом ответственны за создание типичного аромата кофе, они также индуцируют множество реакций, приводящих в результате к получению нелетучих соединений, которые являются изначально нежелательными, но которые, однако, сохраняются в матрице растворимого кофе.

Обычно растворимый кофе получают из обжаренных и размолотых зерен кофе в соответствии со следующими основными этапами. Сначала обжаренные и размолотые зерна кофе подвергают экстракции водой и/или паром при определенных условиях. Эти условия процесса, которые, например, включают температуру и давление во время экстракции и длительность процесса экстракции, точно отрегулированы для получения желаемых составляющих экстракта из кофейных зерен. Как описано далее, аромат обычно отделяют из кофе перед или после экстракции. Затем экстракт в основном концентрируют в дисперсию сухих веществ кофе. После введения ранее удаленного кофейного аромата концентрированную дисперсию затем высушивают для получения порошкообразного растворимого кофе в стеклообразном состоянии.

В зависимости от конечного применения и предпочтения потребителя порошкообразный растворимый кофе может быть высушен любым общеизвестным способом, применяемым в пищевой промышленности, например распылительной сушкой или сублимацией.

Важной частью процесса производства растворимого кофе является способ извлечения и введения кофе-аромата в растворимый кофе. Для достижения этого в промышленности используются разнообразные процессы. Хотя предположительно они отличаются эффективностью и способом, которым экстрагирован кофейный аромат в используемом процессе производства растворимого кофе, эти процессы объединены тем, что аромат, извлеченный в процессе производства, присутствует или введен в концентрированный экстракт кофе перед сушкой. Например, это достигается отделением части летучих веществ аромата перед или сразу после экстракции и введением этих ранее удаленных летучих веществ аромата перед сушкой. Во время сушки концентрированного экстракта кофе получают порошкообразный растворимый кофе в так называемом стеклообразном состоянии, в котором захвачен кофейный аромат.

Важным в производстве растворимого кофе является проведение экстракции таким образом, чтобы распределение молекулярной массы экстракта способствовало в дальнейшем при сушке получению порошка с желаемой физической стабильностью. Под физической стабильностью обычно понимается, что порошок остается в состоянии, в котором зернистая структура не стала мягкой, не разрушилась, и частицы не слиплись. Общеизвестно, что матрица растворимого кофе, которая содержит фракцию крупных углеводов, находится, как правило, в аморфной форме. Как все аморфные системы матрица растворимого кофе может находиться в двух различных состояниях, что очень важно для ее производства и сохранения стабильности. Эти состояния, которые известны как стеклообразное и резиноподобное, разделены переходом от стеклообразного к резиноподобному. Таким образом, термин «физическая стабильность» означает, что матрица растворимого кофе находится в стеклообразном состоянии.

Температура перехода матрицы растворимого кофе в стеклообразное состояние сильно снижается с повышением содержания воды или влагоактивности, поскольку вода является сильным пластификатором биополимеров, находящихся в растворимом кофе. Поскольку растворимый кофе обязательно содержит определенное количество воды, следовательно, очень важно удостовериться, что матрица растворимого кофе находится в стеклообразном состоянии при нормальной концентрации воды. Согласно существующему уровню техники при производстве растворимого кофе это достигается точным регулированием состава композиции и профиля молекулярной массы экстракта кофе.

Объектом настоящего изобретения является растворимый кофе с превосходной стабильностью захваченного аромата, что было достигнуто извлечением нежелательных соединений из матрицы кофе с гарантией, что модифицированная матрица растворимого кофе демонстрирует подобные или даже улучшенные характеристики стеклообразного состояния. Обнаружено, что для достижения этого особенно желательно получение таких модифицированных матриц растворимого кофе, у которых будет легко происходить при комнатной температуре процесс перехода в стеклообразное состояние при критическом содержании воды или влагоактивности.

Неожиданно было обнаружено, что фракция крупных соединений матрицы кофе, которые вовлечены в деградацию ароматических соединений кофе, может быть удалена при одновременном поддержании физической стабильности модифицированных матриц кофе на достаточном или даже улучшенном уровне. Деградирующие аромат соединения удалены из экстракта кофе предпочтительно посредством обработки экстракта кофе PVPP или иммобилизованного PVP или посредством ультрафильтрации экстракта кофе. Экстракт кофе, модифицированный таким образом в композицию, может быть использован для захватывания кофейного аромата и образования стабильной стеклообразной матрицы. Необязательно оставшаяся реактивная неароматизированная матрица может быть высушена и смешана после сушки с стеклообразной инертной матрицей кофе, содержащей захваченный кофейный аромат. Применение такого способа как ультрафильтрация при получении инертной матрицы позволяет повысить температуру перехода в стеклообразное состояние ретентата, используемого как инкапсулируемая матрица, по отношению к стандартному растворимому кофе при такой же влагоактивности, например от 5°С до 40°С, предпочтительно от 10°С до 20°С.

Содержание сухих веществ может варьировать от около 2%, в случае серийного производства в лаборатории экстракта с помощью PVPP или иммобилизованного PVP, до около 10% при пилотном производстве экстракта с помощью ультрафильтрации и до около 50% при использовании промышленных установок для непрерывной ультрафильтрации при высоком давлении.

При обработке водного экстракта кофе PVPP или иммобилизованным PVP извлечены по меньшей мере 5%, предпочтительно более 10% и более предпочтительно более 15% сухих веществ кофе. Установлено, что удаление таких фракций сухих веществ из водного экстракта кофе ведет к частичному или практически полному удалению группы химических маркеров, включающих хлорогеновые кислоты, лактоны хлорогеновой кислоты, кофейную и феруловую кислоты, гидроксиметил-фурфурал, кофеин и тригонеллин. Большинство классов нелетучих соединений, такие как свободные и связанные фенолы, альдегиды с низкой молекулярной массой, меланоидины с низкой молекулярной массой, предположительно индуцируют деградацию аромата и могут быть также в основном или в значительной степени удалены этим способом благодаря подобию их физико-химических свойств, но не могут быть прямо измерены. Химические маркеры могут быть использованы для оценки уровней соединений, деградирующих аромат, которые являются действительно реакционноспособными партнерами при деградации аромата. Уровень этих химических маркеров позволяет оценить процесс отделения и предположить переход обработанной матрицы кофе в состояние со стабильным ароматом после инкапсуляции в стеклообразном состоянии. Идеально, когда из матрицы удалено по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 70% и наиболее предпочтительно по меньшей мере 85% соединений маркеров. PVPP любого типа и степени может быть использован настолько широко, насколько это разрешено для пищевых целей. PVPP, который является сшитой формой PVP, набухает в воде, однако является из-за его сшитой формы по существу нерастворимым. Обнаружено, что особенно подходящим является PVPP Polyclar® AT, хотя могут быть использованы другие PVPP продукты.

При серийном производстве PVPP или иммобилизованный PVP вводят в экстракт кофе в желаемой концентрации. Обычно это означает, что массовое соотношение PVPP или иммобилизованного PVP к сухим веществам кофе устанавливают на уровне, определенном степенью удаления соединений, деградирующих кофейный аромат, и временем выдержки. Эти массовые соотношения могли бы, желательно, варьировать от 10:1 до 1:10⁵, предпочтительно от 1:1 до 1:10⁴, более предпочтительно от 1:10 до 1:10³. Время выдержки при обработке PVPP варьирует в зависимости от условий процесса и требуемой степени удаления соединений, деградирующих аромат. Обычно время выдержки варьирует от 1 минуты до 24 часов, предпочтительно от 25 минуты до 6 часов, более предпочтительно от 40 минут до 1,5 часов. Температура, при которой проводят выдержку, может варьировать обычно от 4°С до 30°С, при этом время выдержки может возрастать при понижении температуры. Таким образом, температуры вне этой шкалы могут быть использованы, если это необходимо.

После выдержки с PVPP или иммобилизованным PVP связанные деградирующие аромат соединения удаляют из экстракта кофе любым известным специалистам в данной области способом. Специальные процедуры, которые могут быть использованы, включают фильтрацию и центрифугирование. Фильтрация может быть проведена под давлением или без давления; размер пор фильтра выбран таким образом, что по существу весь PVPP или иммобилизованный PVP удаляется, в то время как сохраняется незначительное количество несвязанных сухих веществ кофе. Для воплощения данного варианта настоящего изобретения, в котором использовали Polyclar AT, стеклообразная фритта с пористостью №3, осаждение экстракта, обработанного PVPP или иммобилизованным PVP, может быть проведено с использованием центрифуги любого типа, лабораторной или промышленной. Удаление PVPP или иммобилизованного PVP посредством центрифугирования обычно является более эффективным для более разведенного экстракта; однако, используя высокоскоростные центрифуги и ультрацентрифуги, возможно осадить PVPP или иммобилизованный PVP даже в очень концентрированных экстрактах кофе. Условия и время центрифугирования могут быть установлены по стандартной программе, известной специалисту в данной области техники.

Необязательно могут быть проведены стадии промывания для удаления несвязанных соединений из экстракта кофе от PVPP или иммобилизованного PVP после обработки. Такие стадии промывания могут быть проведены с использованием воды в качестве промывающего агента (предпочтительно холодной воды с температурой 4°С). Стадии промывания включают центрифугирование и фильтрацию для удаления PVPP или иммобилизованного PVP, и жидкая фаза может быть введена в обработанный экстракт кофе для повышения степени извлечения.

Для осуществления ультрафильтрации может быть использован любой обычный тип ультрафильтрационной мембраны. Предпочтительно использовать половолоконные мембраны, поскольку они обеспечивают максимальную площадь фильтрующего материала в элементе фильтра и оптимальные режимы потока и ретентата, и пермиата при минимальном размере фильтровальной установки, но с таким же успехом могут быть использованы и фильтры с плоскими мембранами. Фильтры могут быть сделаны из любого обычно используемого для этих целей материала; полисульфоновые фильтры, чье качество было доказано в рамках настоящего изобретения, но настоящее изобретение не ограничивается этими материалами для фильтров.

Мембрана, используемая при ультрафильтрации водного экстракта кофе, предпочтительно имеет молекулярную массу не пропускаемых частиц от 3 кДа до 100 кДа, более предпочтительно от 4 до 8 кДа. Фракция сухих веществ, извлекаемая из водного экстракта кофе для достижения требуемой степени снижения деградации аромата, может варьировать в зависимости от молекулярной массы не пропускаемых мембраной частицей. Для мембраны с порогом отсечения по молекулярной массе 3 кДа использован ретентат в качестве матрицы для захватывания кофейного аромата, содержащий максимально 80%, предпочтительно менее чем 50% и более предпочтительно менее чем 25% от общей массы сухих веществ кофе. Для мембраны с порогом отсечения по молекулярной массе 6 кДа может быть использован ретентат в качестве матрицы для захватывания кофейного аромата, содержащий максимально 80%, предпочтительно менее чем 50% и более предпочтительно менее чем 25% от общей массы сухих веществ кофе. Для мембраны с порогом отсечения по молекулярной массе 100 кДа может быть использован ретентат в качестве матрицы для захватывания кофейного аромата, содержащий максимально 80%, предпочтительно максимально 50%, предпочтительно менее чем 30% и более предпочтительно менее чем 25% от общей массы сухих веществ кофе.

Ультрафильтрация может быть проведена с циркуляцией экстракта кофе в течение любого периода времени. Такой рабочий период процесса обычно определяют требуемой степенью удаления молекул малого размера, эффективностью прохождения потока сквозь мембрану и соотношением объема экстракта к площади поверхности мембраны. Обычно экстракт кофе циркулирует в течение от 1 до 24 часов, предпочтительно от 2 до 12 часов и более предпочтительно от 4 до 8 часов. Трансмембранное давление во время ультрафильтрации может варьировать и будет обычно в некоторой степени возрастать во время операции. Причиной этого является засорение пор экстрактом кофе и может быть минимизировано посредством использования установки, осуществляющей фильтрацию в перекрестном потоке и/или фильтрацию с обратной циркуляцией. Коэффициент концентрации, достигнутый в процессе ультрафильтрации, варьирует приблизительно от 2 до 20, предпочтительно от 4 до 15, более предпочтительно от 8 до 12.

Ультрафильтрация экстракта кофе может быть проведена таким образом, что потребуется только одна стадия ультрафильтрации. Обычно, однако, экстракт подвергается предварительной фильтрации с использованием микрофильтра для удаления грубого осадка. Этот грубый осадок может быть необязательно введен в ретентат или пермеат после ультрафильтрации, необязательно после процесса промывки. Кроме того, ультрафильтрация экстракта кофе может быть проведена с использованием способов многократной ультрафильтрации, включая использование различных типов ультрафильтрационных мембран.

Обработанный стеклообразный экстракт, содержащий уменьшенные уровни соединений, деградирующих аромат, используется в качестве исходного материала для производства растворимого кофе. В зависимости от содержания сухих веществ после удаления соединений, деградирующих аромат, экстракт может быть необязательно подвергнут обработке концентрированием для удаления избытка воды. Этот процесс концентрирования может быть проведен любым общеизвестным способом, используемым для этих целей, например выпариванием или обратным осмосом.

Перед сушкой кофейный аромат обычно вводят как в форме концентрированной ароматической фракции, так и в форме водного раствора или в форме концентрата на основе масла.

Кофейный аромат обычно является экстрактом натурального кофейного аромата или конденсата. Кроме того, он может быть обогащен введением определенного количества определенных ароматических соединений. Эти введенные ароматические соединения могут быть натуральными, например из источников, не являющихся кофе, или могут быть идентичны натуральным. Такой кофейный аромат, обогащенный определенными ароматическими соединениями, будет определяться, как композиция кофейного аромата. Такая же номенклатура может быть применена к кофейному аромату, который получен из простых, чистых ароматических соединений или ароматов, не являющихся кофейными. Кофейный аромат может быть получен в виде в основном чистой композиции, содержащей только ароматические соединения (которые будут обозначены как концентрат), но также он может быть в форме экстракта или конденсата, содержащего носитель аромата (например, кофейное масло или вода), и необязательно нелетучих соединений кофе. Кофейный аромат на таком носителе также будет обозначен как композиция кофейного аромата. Концентрация соединений кофейного аромата в композиции кофейного аромата может варьировать в зависимости от его источника, его обработки и типа используемого носителя. Например, если в качестве носителя используется вода, то концентрация соединений кофейного аромата обычно очень низкая, например от 0,001% до 10%, чаще от 0,1% до 1%. Ароматы на основе масла обычно имеют концентрацию аромата от 1% до 90%, предпочтительно от 5% до 20%. Любая ароматическая композиция, состоящая на 90% или более из соединений кофейного аромата, будет определяться как чистый кофейный аромат или концентрат кофейного аромата. Кофейный аромат согласно настоящему изобретению может быть получен любым подходящим способом, но обычно получен удалением воздухом аромата из обжаренного и размолотого кофе и необязательно увлажнением и конденсированием и концентрированием жидкости, содержащей удаленный аромат.

Последующая сушка экстракта, содержащего аромат, проводится таким образом, что потеря аромата во время сушки минимизирована, и полученный порошок находится в стеклообразном состоянии при комнатной температуре. Инкапсуляция или захватывание кофейного аромата в инертные матрицы может быть проведено любым из общеизвестных способов, используемых в данной области техники. Такие способы включают, но не ограничиваются: распылительной сушкой, сублимацией, экструзией расплава полимера, сушкой в псевдосжиженном слое, распылительной сушкой совместно с агломерацией и вакуумной сушкой. Основные принципы общеизвестных способов могут быть найдены, например в J. Ubbink and A. Schoonman, “Flavor Delivery Systems”, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Wiley Interscience (2003).

Выбор наиболее подходящего способа обычно определяется оптимальным соответствием многочисленным требованиям обработки, порошкообразными свойствами и предпочтением потребителя. Например, выбор способа может быть определен доступностью технических средств, стоимостью обработки, энергозатратами, необходимыми для промышленных установок, и подобными принципами. В случае, если порошкообразные свойства являются важными, на выбор могут влиять следующие ограничения: сыпучесть порошка, способность восстанавливаться, способность смешиваться. Предпочтение потребителя может играть важную роль в выборе способа, при котором внешний вид порошка будет влиять на восприятие продукта потребителем.

Например, если для усиления растворимого кофе, высушенного с применением распылительной сушки, использованы капсулы, содержащие инкапсулированный кофейный аромат, тогда будет предпочтительно использовать распылительную сушку в качестве способа сушки.

Если капсулы были смешаны с сублимированным порошкообразным растворимым кофе, тогда в качестве способа выбирается сублимация, так как это будет оптимизировать внешний вид порошкообразной смеси.

Если капсулы получены сушкой в псевдосжиженном слое, они могут быть смешаны с растворимым порошкообразным кофе, полученным с помощью сублимации, обеспечивая конечной порошкообразной смеси приятный визуальный контраст между частицами кофе, полученного с помощью сублимации, и аромасодержащими капсулами, полученными с помощью сушки в псевдосжи