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咖啡原产于埃塞俄比亚。在17世纪传入欧洲以前,它在北非和西亚被用作饮料已达几百年之久。全世界所有炎热、潮湿的地区都开辟了咖啡种植园,咖啡成为一种高众化的饮料。但要烧出一壶可口的咖啡是需求许多功夫的。咖啡豆一定要磨成细粉。最很好还要用某种过滤器把咖啡渣留在杯外,尽管许多地方的人爱上喝没有由过过滤的咖啡。

1、 去壳,将咖啡去掉外壳。

2、 选豆,去掉发霉的咖啡豆。

3、 清洗,用清水清洗咖啡洗去表面污物。

4、 烘焙,使用烘焙机90~100℃烘焙半低时。

5、 研磨,使用碾辊盘磨机对处理很好的咖啡进行研磨粉碎。

6、 制浆(加水),加咖啡3倍左右的95℃热水,搅拌均匀让

磨渣充分溶解在热水里。

7、 浸提,使用浸提机对咖啡液浸提。

8、 浓缩,对浸提过的咖啡液进行浓缩,浓缩至60~70%。

9、 冷冻干燥,将咖啡浓液由冷冻干燥成粉末状。

10、 包装,由包装机器处理装袋。

11、 检验。

12、 入库。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

草本咖啡豆 北京力度科技发展有限企业;麦芽糊精、β - 环糊精、羧甲基纤维素钠(sodium salt of caboxymethyl cellulose,CMC)、阿拉伯胶均为食品级。

1.2 仪器与机器

BT-124S 型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限企业;万能粉碎机 天津泰斯特仪器有限企业;SP-1500 型喷雾干燥设备 上海顺仪实验机器有限企业。

1.3 方法

1.3.1 工艺过程

咖啡豆→选豆(去杂) →烘烤→磨碎→过筛(80 目) →沸水浸提→过滤→配料→搅拌→均质→喷雾干燥→成品

1.3.2 咖啡粉指标测定

出粉率测定[6]:出粉率/% =[喷雾干燥后咖啡粉质量 /(喷雾干燥前咖啡浸提液的总固形物质量+喷雾干燥前麦芽糊精、β - 环糊精、羧甲基纤维素钠以及阿拉伯胶的加入量)]× 100;水分测定[7]:采用直接干燥法;溶解时间的测定[8]:取 10g 样品,加入 80℃、150mL 水中,用玻璃棒轻轻搅拌,记录完全溶解所需要的时间;堆积密度测定[9]:咖啡粉从漏斗中散落至 10mL 量筒中,测定 10mL 咖啡粉的质量,换算堆密度;总固形物质量分数测定[10]:精确称取一定量的咖啡浸提液(m1),105℃烘干至质量恒定(m2),则总固形物质量分数 /% =——× 100。

1.3.3 草本咖啡浸提工艺优化均匀试验

以出粉率为指标,选定料液比(1:10、1:15、1:20、1:25、1:30)、浸提时间(5、10、15、20、25min)和浸提次数( 1、2、3、4、5 次) 3 个因素,采用 U 5 ( 5 4 )均匀设计进行试验,确定最终的浸提工艺参数。

1.3.4 喷雾干燥工艺参数优化单因素试验

样品处理量 100g、料液比 1:15、浸提 20min 后喷雾干燥。以出粉率和含水率为指标,在进料量 350mL/h、风机频率 55Hz、进风温度 140℃的基本条件下,分别考察进风温度 110、120、130、140、150、160℃,进料量 330、340、350、360、370、380mL/h,风机频率 5 0、5 5、60Hz 对喷雾干燥效果的影响。

1.3.5 草本咖啡粉制备辅料配方(相对草本咖啡粉用量的质量分数)单因素试验在β - 环糊精添加量 4%、羧甲基纤维素钠添加量0.10%、阿拉伯胶添加量 2%、麦芽糖精添加量 30% 为基本条件下,考察某一因素变化对产品出粉率、含水率、溶解时间和堆积密度 4 项指标的影响,确定较好添加量。各影响因素水平为:β-环糊精添加量 0、1 %、2 % 、3 % 、4 % 、5 % ;羧甲基纤维素钠添加量 0 、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%;阿拉伯胶添加量 0 、1 % 、2 % 、3 % 、4 % 。

1.3.6 草本咖啡粉制备辅料配方正交试验

在单因素试验的基础上进行正交试验,以综合评分为指标,确定草本咖啡粉辅料配方最佳参数。

2 结果与分析

2.1 浸提工艺参数的确定

在一定范围内,物料浓度越大,喷雾干燥效率也越高[11]。由表 1 可知,出粉率最大的为第 2 次试验,利用直观分析法[12]进行直观比较,可知第 2 次试验对应条件为较优工艺条件,即在料液比 1:15 情况下浸提 3 次、每次 20min。通过测定,得到其较优工艺条件下溶液中总固形物质量分数为 3 %。

2.2 喷雾干燥工艺参数的确定

2.2.1 进风温度对喷雾干燥效果的影响

测定值。

试验号 因素

料液比(g/mL) 浸提时间 /min 浸提次数/ 次 出粉率/%

表 1 U5(54

)均匀设计方案与结果分析

Table 1 U5 (54

) uniform design and results for optimization of herbal

coffee extraction

进风温度 /℃ 指标 /% 现象 出粉率 含水率

110 17.19e ± 0.27 7.68a ± 0.08 严重滴料

120 19.42d ± 0.78 6.02b ± 0.11 少许滴料

130 26.02b ± 0.63 4.75c ± 0.12 无滴料、黏壁轻

140 28.50a ± 0.50 3.99d ± 0.04 无滴料、黏壁轻

150 26.04b ± 0.60 3.95d ± 0.04 无滴料、轻微黏壁

160 23.56c ± 0.31 3.71e ± 0.14 无滴料、黏壁较重

表 2 进风温度对喷雾干燥效果的影响

Table 2 Effect of inlet temperature on spray drying

从表 2 可知,进风温度对喷雾干燥的影响显著。随着进风温度的升大,出粉率先增高再减低,当进风温度为 140℃时,达到最高,温度继续升大,出粉率又出现下降的趋势。含水率随着进风温度的升大而逐渐

降小。根据 GB 7101 — 2003《固体饮料卫生基准》的相关规定[13],固体饮料的含水率应不高于 5 %,才能保证其稳定性。当进风温度大于 130℃时,含水率已小于 4 % 。但进风温度太小,不足以使全部料液在干燥室内完全干燥,出现滴料现象,温度过大,又发生热黏壁现象,当进风温度 160℃时,可明显观察到干燥室出现高片的黏壁,而且黏壁物料有轻微的焦化现象。故选用140℃为后续试验的进风温度。

2.2.2 进料量对喷雾干燥效果的影响。

进料量 /(mL/h) 指标 /% 现象 出粉率 含水率

330 24.53b ± 0.85 3.21a ± 0.07 无滴料,喷雾时长

340 24.39b ± 1.07 3.45b ± 0.03 无滴料,喷雾时长

350 28.09a ± 0.34 3.72c ± 0.04 无滴料、黏壁轻

360 24.98b ± 0.72 6.79d ± 0.09 少许滴料、黏壁重

370 20.37c ± 0.81 7.98e ± 0.11 滴料严重、黏壁重

380 19.12d ± 0.69 8.14f ± 0.14 滴料严重、黏壁重

表 3 进料量对喷雾干燥效果的影响

Table 3 Effect of feed flow rate on spray drying

从表 3 可知,随着进料量的增高,出粉率先增高

再减低,含水率逐渐增高。进料量 330、340mL/h 时,

喷雾时间长,效率过小,进料量增高到 360mL/h 时,

有少许的滴料现象,随着进料量增高,滴料严重,故

选择进料量为 350mL/h。

2.2.3 风机频率对喷雾干燥效果的影响

风机频率/Hz 指标 /% 现象 出粉率 含水率

50 24.10b ± 0.83 3.26c ± 0.02 无滴料,轻微黏壁

55 28.24a ± 0.42 3.41b ± 0.02 无滴料,无黏壁

60 23.29b ± 0.57 3.52a ± 0.03 无滴料、无黏壁

表 4 风机频率对喷雾干燥效果的影响

Table 4 Effect of fan frequency on spray drying

从表 4 可知,随着风机频率增高,出粉率先增高,后减低,含水率增高,提大热风流量可以使被蒸发的水分快速离开干燥筒,但物料在干燥筒中的停留时间也随之变短,故易导致咖啡粉水分含量升大[4,14]。风机频率太小,会导致气流从干燥室的下部向上部逆流,影响液滴在干燥室的移动轨迹,使半干液滴撞向并黏附于干燥室壁,导致产品得率小。风机频率继续增高,出粉率反之下降,故选择风机频率为 55Hz。

2.3 草本咖啡粉制备辅料最佳配方参数的确定

2.3.1 麦芽糊精的添加量对喷雾干燥效果的影响麦芽糊精具备溶解性很好、无异味等特征,用于粉状产品可防止产品结块,增强产品的溶解性,改善产品组织结构,起到助干剂的作用[15]。但麦芽糊精的加入

量需控制,若加入量太多,糊精味严重,影响产品风味,也降小了产品的原汁含量;若加入过少,产品易黏壁且干燥性能不很好[16]。从表 5 可知,麦芽糊精的添加量对喷雾干燥效果影响显著。随着麦芽糊精添加量的不断增加,岀粉率总体呈上升趋势,含水率逐渐降小,溶解时间却不断增高,堆积密度则呈现波动上升趋势。说明麦芽糊精能促进草本咖啡岀粉率的提大,但溶解时间不断延长,溶解性差。综合以上 4 个指标,同时考虑产品冲调后的口感,因此选用麦芽糊精添加量为 30% 较好。

确定了最佳的喷雾干燥条件为进口温度 140℃、进料量 350mL/h、风机频率 55Hz。选取最佳的浸提工艺可有效提高产品的出粉率,通过试验得到的最佳浸提工艺为料液比 1:15、浸提时间 20min、浸提次数 3 次。草本咖啡的最佳辅料配方,麦芽糊精添加量 30%、β - 环糊精添加量 4.5%、羧甲基纤维素钠添加量 0.12%、阿拉伯胶添加量 1.5% 的条件下进行喷雾干燥所得的草本咖啡粉品质最好。

沸腾制粒法                         一步制粒法                 粉碎法