本發(fā)明涉及用于以高收率和/或高品質(zhì)產(chǎn)生速溶咖啡產(chǎn)品(instant coffee product)的工藝。在速溶咖啡產(chǎn)品中的總固體基于烘焙且研磨的咖啡豆固體的量的收率可以是65％或更多。
背景技術(shù)：
每年產(chǎn)生約700.000噸的速溶咖啡。最大生產(chǎn)成本是所使用的生咖啡豆(green coffee bean)的價格。因此，在將生豆(green bean)的消耗從當今的約2.4kg生豆/kg干速溶粉末的典型值減少方面存在動機。
典型地，2.4kg生豆產(chǎn)生約1.0kg最終產(chǎn)品。損失來源于烘焙和提取，其中典型地通過烘焙除去0.4kg，并且提取產(chǎn)生約50％的剩余物。收率的水平對應(yīng)于典型地約30％的天然可溶性組分加上使用先進技術(shù)回收的另外約20％溶解的組分的總和。在文獻中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)有技術(shù)的收率是54-60％。
傳統(tǒng)的溶解通過使用濕熱水解在升高的溫度下分解來進行。用于增大收率的一種先進方法是將濕水解(wet hydrolysis)溫度增大到180℃或以上。雖然較高的溫度將增大水解產(chǎn)物的量，但高溫還將有助于異味(off-flavour)、有毒物質(zhì)的產(chǎn)生以及溶解的組分的降解。
因此，對于通過較低溫度方法進行溶解已經(jīng)存在需求。各種聚合碳水化合物的酶分解是感興趣的可能性。另外，使用的酶的成本和熱處理必須考慮總經(jīng)濟評估。
用于增大收率和降低工藝復雜化的先進方法已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中被提出。因此，GB 1.200.700公開了使用另外的水溶性咖啡膠(water-soluble coffee gum)用于保持油和咖啡調(diào)味成分。可溶性干咖啡膠優(yōu)選地與烘焙的咖啡摻合，之后研磨烘焙的咖啡。在摻合期間并且特別地在摻合物的研磨期間，干可溶性膠顆粒用作用于油和咖啡調(diào)味成分的吸收劑。
US 8,603,562涉及通過糖和咖啡油的堿催化的酯交換反應(yīng)提供的咖啡衍生的表面活性劑?？Х妊苌谋砻婊钚詣┰谟糜谂c咖啡產(chǎn)品一起使用或并入到咖啡產(chǎn)品中的咖啡油乳液的生產(chǎn)中是尤其有用的?？Х妊苌谋砻婊钚詣┰黾訉⒖Х扔筒⑷氲娇Х犬a(chǎn)品中，其中減少形成所謂的“咖啡浮油(coffee slick)”。在咖啡產(chǎn)品中并入咖啡保持最終產(chǎn)品中的某些咖啡調(diào)味品。
在許多文獻中，酶已經(jīng)被用于增大品質(zhì)或收率。因此，US 5,714,183公開了用于水解液體咖啡提取物中的半乳甘露聚糖以減少或消除在提取物的冷凍期間形成凝膠的方法。液體咖啡提取物通過以下來產(chǎn)生：用固定的β-甘露聚糖在足夠的溫度下使提取物水解并且持續(xù)足以從提取物中除去半乳甘露聚糖的時間并且形成大體上不含β-甘露聚糖的最終產(chǎn)品。
US 4,983,408公開了用于產(chǎn)生咖啡提取物的改進的收率的方法，所述方法包括：(1)用蒸汽在密閉的容器中，在壓力下，在超過200℃的溫度下預處理咖啡渣的含水混合物；(2)保持所述溫度和壓力持續(xù)從約1-10分鐘的時間段；(3)使所述容器的內(nèi)容物即刻暴露于大氣而不冷卻，以便使所述內(nèi)容物恢復到大氣水平；以及(4)用選自由一種水解酶和多種水解酶的混合物組成的組的成員處理由此獲得的漿料。該工藝產(chǎn)生熱損傷副產(chǎn)物(thermal damage by-product)并且收率是次最優(yōu)的。
基于膜的方法已經(jīng)在EP1844661中被提出，其公開了產(chǎn)生可溶性咖啡提取物的方法，所述方法包括：(1)將烘焙的咖啡固體精細地濕磨(wet milling)以形成包含咖啡固體的咖啡漿料；(2)用呈穩(wěn)定化的酶組合物的形式的有效量的酶在一定溫度下處理咖啡漿料并且持續(xù)足以使咖啡固體水解的時間以形成可溶性咖啡提取物材料，其中穩(wěn)定化的酶組合物包含酶和使酶穩(wěn)定化的有效量的咖啡衍生的材料；以及(3)使可溶性咖啡提取物材料分離成滲余物(retentate)和滲透物，其中滲透物包含可溶性咖啡提取物。
EP 1.745.702還涉及基于膜的方法，其中咖啡提取物通過用水解酶精細地濕磨咖啡豆或研磨的咖啡或預提取的咖啡渣而產(chǎn)生，所述水解酶優(yōu)選地是糖酶或蛋白酶例如葡聚糖酶和甘露聚糖酶或其混合物，該混合物優(yōu)選地包含甘露聚糖酶、纖維素酶和蛋白酶，并且其中酶經(jīng)由使用膜裝置被保留在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，使得完成的提取物基本上沒有酶、油或顆粒，并且酶最終可以被再使用。該工藝產(chǎn)生其中僅存在少量的5-羥甲基糠醛(5-HMF)的反應(yīng)區(qū)，因為5-HMF穿透膜并且因此不抑制酶活性。
在EP 1,745,702中，認識到的是，5-HMF可能賦予不合意的酒味或干草類似的味道(Coffee Flavour Chemistry,Ivon Flament,Wiley 2002的第229頁)。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，5-HMF和其他熱解產(chǎn)物還嚴重地抑制許多酶的活性。然而，使用基于膜的工藝的提出增加了總工藝的復雜性并且增加了工藝中所需要的投資。本發(fā)明提出一種工藝設(shè)計，其在水解酶的作用期間，避免或減少5-羥甲基糠醛(5-HMF)和其他不期望的分解產(chǎn)物的存在，從而改進用于酶的反應(yīng)條件。
發(fā)明簡述
本發(fā)明涉及用于以高收率產(chǎn)生速溶咖啡產(chǎn)品的工藝，所述工藝包括以下的步驟：
a)用具有80℃或更小的溫度的水提取烘焙且研磨的咖啡豆，以產(chǎn)生第一提取物和用過的咖啡渣(spent coffee ground)，
b)向用過的咖啡渣添加水，以產(chǎn)生含水懸浮液，
c)使用水解酶水解含水懸浮液，以產(chǎn)生第二提取物和用過的剩余物，
d)任選地在第二提取物的濃縮和/或干燥之后，向第二提取物添加第一提取物，以獲得合并的提取物，以及
e)使合并的提取物干燥，以獲得速溶咖啡產(chǎn)品。
用于烘焙且研磨的咖啡豆的初始提取工藝在低溫即低于80℃下進行。低溫導致減少產(chǎn)生5-HMF和其他分解產(chǎn)物并且較少對芳香化合物的破壞。在隨后的水解步驟中，水解酶大體上不被5-HMF和其他分解產(chǎn)物抑制，這導致第二提取物的較高的收率。此外，揮發(fā)性芳香組分和在較高的溫度下分解的芳香組分被保留在第一提取物中。雖然第一提取可以在低于80℃的任何溫度下進行，只要提取物是液體，但通常，提取步驟a)在10-80℃的范圍內(nèi)的溫度下進行。優(yōu)選地，第一提取在15℃至45℃下、最優(yōu)選地在室溫下進行，以防止水的溫度有助于分解產(chǎn)物的產(chǎn)生。
用于在第一提取工藝中提取可溶性組分所使用的時間隨著水的溫度、碾磨的粒度、濃度梯度和水-顆粒接觸而變化。通常，提取時間對于冷水比對于熱水更長。在本發(fā)明的方面中，提取步驟a)在5min至2小時的時間范圍內(nèi)進行。
所使用的水解酶能夠分解用過的咖啡渣的多種化學成分中的一種或更多種，例如碳水化合物例如纖維素、半纖維素、以及淀粉；木質(zhì)素；蛋白質(zhì)；脂質(zhì)；核酸等等。分解產(chǎn)物在水中優(yōu)選地是可溶的。根據(jù)優(yōu)選的方面，水解酶選自碳水化合物水解酶或羧酸酯水解酶或此類酶的任何組合。
用于酶促水解反應(yīng)的條件可以變化，這取決于所使用的酶的類型和活性、反應(yīng)介質(zhì)的溫度、pH等等。在優(yōu)選的實施方案中，水解步驟c)對于用過的咖啡渣的含水懸浮液在40-80℃的范圍內(nèi)的溫度下，在pH 4-7下，在1-16小時的時間范圍內(nèi)進行。
為了幫助酶促反應(yīng)，可以合適的是，在水解步驟c)期間存在助劑。助劑的實例包括酸度控制劑、表面活性劑、螯合劑、輔因子等等。在本發(fā)明的某個方面中，助劑是表面活性劑。表面活性劑明顯地改進收率，并且其甚至可以衍生自咖啡。
咖啡衍生的表面活性劑可以通過化學手段來產(chǎn)生，例如在US8,603,562中所公開的，技術(shù)內(nèi)容通過引用并入本文。在優(yōu)選的方面中，咖啡衍生的表面活性劑通過以下是可獲得的：
i.用碳水化合物水解酶消化用過的咖啡渣，以獲得碳水化合物碎片，以及
ii.在允許酯交換的條件下，向碳水化合物碎片添加咖啡油和羧酸酯水解酶。
碳水化合物水解酶可以選自大組的可商購的酶。在本發(fā)明的實施方案中，碳水化合物水解酶選自包括以下的組：纖維素酶、木聚糖酶、半纖維素酶、或這些酶的任何組合。
類似地，羧酸酯水解酶可以選自大組的可商購的酶。在本發(fā)明的實施方案中，羧酸酯水解酶選自酯酶、脂肪酶、或其任何組合。
用于制備咖啡衍生的表面活性劑的咖啡油可以固有地存在于研磨的咖啡豆中或可以添加咖啡油。如果添加，則咖啡油衍生自生咖啡豆、烘焙且研磨的咖啡、或用過的咖啡渣提取物。
雖然咖啡衍生的表面活性劑可以被單獨地產(chǎn)生，但在本發(fā)明的某些實施方案中，還可能的是，咖啡衍生的表面活性劑在水解步驟期間通過將羧酸酯水解酶和任選地咖啡油添加到含水懸浮液來原位獲得。羧酸酯水解酶將進行酯交換，其中來自咖啡油的親脂性基團被添加到碳水化合物組分。
在第一提取之后，但在第二提取之前，用過的咖啡渣可以被預處理，之后酶促水解。可以進行預處理，以使得對于酶接近其底物是更容易的。預處理可以包括暴露植物細胞的內(nèi)部和/或松散來自纖維素的木質(zhì)素。在優(yōu)選的實施方案中，預處理包括：
·將水添加到用過的咖啡渣，
·使用過的咖啡渣蒸汽爆裂(steam exploding)，以及
·分離成中間體提取物和預處理的用過的咖啡渣。
來自蒸汽爆裂程序的中間體提取物可以用于最終產(chǎn)品中、被純化，或如果來自蒸汽爆裂程序的中間體提取物包含太多異味，則可以被排放或用于另一種應(yīng)用。然而，通常，蒸汽爆裂程序受控制，使得照原樣被濃縮和/或干燥的中間體提取物被添加到合并的提取物。
如果僅“溫和的”溫度蒸汽爆裂被進行，則異味的量通常是低的且可接受的。因此，中間體提取物可以被添加到合并的提取物。用于蒸汽爆裂的優(yōu)選的條件包括，蒸汽爆裂在50-170℃的溫度范圍內(nèi)，在0.1巴至10巴的壓力下進行持續(xù)0.1小時至5小時。
蒸汽爆裂的可選擇的方法可以包括冷凍或均質(zhì)化。
為了使木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)松散并且為了部分地分解半纖維素的結(jié)構(gòu)，可以有利的是，使用用于預處理的某個溫度方案。溫度方案可以以任何順序包括：
·在25℃至150℃的溫度范圍內(nèi)持續(xù)1min至24小時的低溫處理時間段，以及
·在100℃至200℃的溫度范圍內(nèi)持續(xù)1min至24小時的高溫處理時間段。
蒸汽爆裂可以單獨地進行或可以被整合在溫度方案中。在本發(fā)明的優(yōu)選的方面中，蒸汽爆裂在高溫處理時間段期間進行。
在蒸汽爆裂和酶促處理步驟之間中，洗滌程序是有益的，因為洗滌程序?qū)⒃龃竺傅男Я?。此類程序除去酶抑制劑并且提高工藝。洗滌水可以被包含在合并的提取物中?/p>
在酶促水解之后，第二提取物可以通過以下來后處理：
·在足以使酶失活的時間內(nèi)加熱到高于70℃的溫度，典型地120℃持續(xù)10-30min，并且可能地除去凝結(jié)的酶，或
·膜過濾以除去酶，所述酶任選地在步驟(c)中被再使用。
在步驟(a)中使用的烘焙且研磨的咖啡豆可以被細分成典型地在0.2-5mm之間的合適的尺寸。在隨后的酶促水解步驟(c)中，用過的咖啡渣可以進一步被分成更小的顆粒以使酶易于接近。在優(yōu)選的方面中，用過的咖啡渣被細分成在2-1000μm、優(yōu)選地30-500μm的范圍內(nèi)的平均粒度，之后酶處理。
在步驟(a)之前，咖啡油可以通過擠壓或其他手段從咖啡豆中被除去。除去油可以對酶促水解具有積極的作用。此咖啡油隨后可以被用于若干目的，例如其可以被添加到提取物或最終產(chǎn)品，或其可以被用于咖啡衍生的表面活性劑的產(chǎn)生。
本發(fā)明通過產(chǎn)生第一提取物、中間體提取物以及第二提取物提供高收率。在優(yōu)選的方面中，速溶咖啡產(chǎn)品中的總固體基于烘焙且研磨的咖啡豆的量的收率是按重量計65％、70％、或75％或更多。
合并的提取物、或第一提取物、中間體提取物以及第二提取物中的一種或更多種可以通過膜過濾、之后隨后的噴霧干燥或冷凍干燥來濃縮。在本發(fā)明的方面中，提取物被膜過濾，以用于使含水滲透物再循環(huán)，該含水滲透物可以是略微酸性的，以用于在工藝中再使用。當?shù)谝惶崛∥锇瑩]發(fā)性芳香組分時，通常期望的是，第一提取物以芳香保存的方式被濃縮，例如冷凍濃縮。
詳述
本發(fā)明的重要的組分是一種或更多種酶的使用?？梢圆捎玫拿傅念愋桶ǖ幌抻诘矸勖?、甘露聚糖酶、半纖維素酶、葡聚糖酶、纖維素酶、酯酶、蛋白酶、纖維二糖酶、阿拉伯糖酶、半乳糖酶、阿拉伯糖-半乳糖酶、核酸酶、果膠酶、異構(gòu)酶、木質(zhì)素酶、果膠酶以及脂肪酶。這些酶可以單獨地被采用或相對于給定量的水中的底物成分以0.01-2.0％的酶濃縮物的相對小的劑量組合地被采用。
碳水化合物水解酶的特定的實例包括β-葡糖苷酶、β-半乳糖苷酶、6-磷酸-β-葡糖苷酶、6-磷酸-β-半乳糖苷酶、β-甘露糖苷酶、β-D-巖藻糖苷酶、β-葡萄糖醛酸酶、外型-β-氨基葡萄糖苷酶、甘露糖蛋白內(nèi)型-β-甘露糖苷酶、β-D-葡糖苷酶、α-L-阿拉伯呋喃糖酶、β-D-吡喃木糖糖苷酶(β-D-xylopyranosidase)、N-乙?；?β-D-氨基葡萄糖苷酶、β-D-葡聚糖葡萄糖水解酶(β-D-glucan glucohydrolase)、β-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶、α-葡糖苷酶、α-半乳糖苷酶、α-葡萄糖醛酸酶、6-磷酸-α-葡糖苷酶、6-磷酸-β-葡糖苷酶、內(nèi)型-葡聚糖酶、內(nèi)型-甘露聚糖酶、外型-葡聚糖酶、外型-甘露聚糖酶、1,6-半乳聚糖酶、1,3-甘露聚糖酶、1,4-木聚糖酶、內(nèi)型-糖神經(jīng)酰胺酶(endo-glycoceramidase)、木葡聚糖酶(xyloglucanase)、纖維二糖水解酶(cellobiohydrolase)、內(nèi)型-1,4-β-葡聚糖酶、殼聚糖酶、內(nèi)型-1,3-1,4-β-葡聚糖酶、地衣糖酶(licheninase)、內(nèi)型-1,4-β-木聚糖酶、外型-低聚木聚糖酶、內(nèi)型-β-1,3-木聚糖酶、內(nèi)型-聚糖酶、內(nèi)型-β-1,4-木聚糖酶、α-淀粉酶、轉(zhuǎn)糖苷酶、低聚-1,6-葡糖苷酶、普魯蘭酶、環(huán)麥芽糖糊精酶、形成麥芽四糖的α-淀粉酶、異淀粉酶、葡聚糖葡糖苷酶(dextran glucosidase)、海藻糖-6-磷酸水解酶、形成甘露六糖的α-淀粉酶、形成麥芽三糖的α-淀粉酶、麥芽糖淀粉酶、新普魯蘭酶、低聚麥芽糖基海藻糖水解酶(maltooligosyltrehalose trehalohydrolase)、極限糊精酶、形成麥芽五糖的α-淀粉酶、淀粉蔗糖酶、蔗糖磷酸化酶、環(huán)糊精葡聚糖轉(zhuǎn)移酶、4-α-葡聚糖轉(zhuǎn)移酶、異麥芽酮糖合成酶、海藻糖合成酶、淀粉轉(zhuǎn)葡糖苷酶、葡糖葡聚糖酶、α,α-海藻糖酶、內(nèi)型-轉(zhuǎn)糖苷酶、木糖葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(xyloglucosyltransferase)、硫酸角質(zhì)素內(nèi)型-1,4-β-半乳糖苷酶、內(nèi)型-1,3-β-半乳聚糖酶、內(nèi)型-1,3-β-葡聚糖酶、內(nèi)型-1,3(4)-β-葡聚糖酶、外型-1,3(4)-β-葡聚糖酶、地衣多糖酶、β-瓊脂酶、β-紫菜聚糖酶(β-porphyranase)、κ-卡拉膠酶、1,3-β-D-葡聚糖內(nèi)型水解酶、1,3；1,4-β-D-葡聚糖內(nèi)型水解酶、1,3-β-D-葡聚糖外型水解酶、幾丁質(zhì)酶、內(nèi)型-β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、外型-β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、β-N-乙酰半乳糖胺酶、β-6-SO3-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、外型-乳糖-N-二糖苷酶、胞壁質(zhì)酶、肽聚糖N-乙酰胞壁?；饷?peptidoglycan N-acetylmuramoylhydrolase)、1,4-β-N-乙酰胞壁質(zhì)酶、N-乙酰胞壁酰基水解酶、β-1,4-N-乙酰胞壁質(zhì)酶、β-1,4-N,6-O-二乙酰胞壁質(zhì)酶、內(nèi)型-β-1,4-甘露聚糖酶、外型-β-甘露聚糖酶、β-1,3:1,4-葡聚糖酶、β-1,3-木聚糖酶、α-半乳糖苷酶、α-N-乙酰半乳糖胺酶、異麥芽糖葡聚糖酶、聚半乳糖醛酸酶、果膠酶、鼠李糖水解酶、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖半乳醛酸聚糖水解酶、外型-α-巖藻糖苷酶、葡糖醛酸木聚糖木聚糖水解酶、α-木糖苷酶、異麥芽糖基轉(zhuǎn)移酶、麥芽糖淀粉酶、葡糖淀粉酶、外型-菊粉酶、左旋聚糖酶、β-2,6-果聚糖6-左聚糖生物水解酶(β-2,6-fructan6-levanbiohydrolase)、果聚糖β-(2,1)-果糖苷酶、果聚糖β-1-外型水解酶、果聚糖β-(2,6)-果糖苷酶、果聚糖β-6-外型水解酶、蔗糖1-果糖基轉(zhuǎn)移酶、果聚糖1-果糖基轉(zhuǎn)移酶、果聚糖6-果糖基轉(zhuǎn)移酶、果聚糖6G-果糖基轉(zhuǎn)移酶、左聚糖果糖基轉(zhuǎn)移酶、外型-β-氨基葡萄糖苷酶、α-N-乙酰氨基半乳糖苷酶、α-甘露糖苷酶II、β-木糖苷酶、α-L-艾杜糖苷酸酶、α-L-阿拉伯糖苷酶、β-D-巖藻糖苷酶、α-L-阿拉伯糖呋喃糖苷酶、內(nèi)型-α-L-阿拉伯糖酶(endo-α-L-arabinanase)、外型-α-1,3-半乳聚糖酶、β-D-木糖苷酶、阿拉伯糖基木聚糖α-L-阿拉伯糖呋喃糖水解酶、阿拉伯糖基木聚糖阿拉伯糖呋喃糖水解酶-D3、外型-α-1,5-L-阿拉伯糖酶(exo-α-1,5-L-arabinanase)、內(nèi)型-β-1,4-殼聚糖酶、外型-α-1,2-甘露糖苷酶、ER-α-甘露糖苷酶I、芳基α-D-甘露糖苷酶、葡聚糖酶、葡聚糖1,6-α-異麥芽糖三糖苷酶、異普魯蘭酶、外型-β-瓊脂酶、β-1,4-半乳聚糖酶、β-木糖苷酶、β-1,3-葡聚糖酶、外型-葡聚糖-1,3-β-葡糖苷酶、淀粉酶普魯蘭酶、4-α-葡聚糖轉(zhuǎn)移酶、內(nèi)型-N-乙酰基神經(jīng)氨酸酶、外型-α-葡糖苷酶、甘露糖基-低聚糖葡糖苷酶、麥芽糖(Glc-α-1,4-Glc)磷酸化酶、海藻糖(Glc-α1,α1-Glc)磷酸化酶、曲二糖(Glc-α-1,2-Glc)磷酸化酶、海藻糖6-磷酸(Glc-α1,α1-Glc6P)磷酸化酶、內(nèi)型-葡聚糖酶、環(huán)異麥芽低聚糖葡聚糖轉(zhuǎn)移酶、α-葡糖苷酸酶、β-木糖苷酶、果聚糖蔗糖酶、β-呋喃果糖苷酶、菊粉蔗糖酶、葡聚糖蔗糖酶(glucansucrase)、葡聚糖蔗糖酶(dextransucrase)、交替蔗糖酶、變聚糖蔗糖酶(mutansucrase)、reuteransucrase、木糖葡聚糖基生物水解酶(xyloglucanobiohydrolase)、低聚木糖基葡聚糖纖維二糖基水解酶(oligoxyloglucan cellobiohydrolase)、木糖基葡聚糖內(nèi)型-β-1,4-葡聚糖酶、木糖基葡聚糖水解酶、β-葡萄糖醛酸酶、β-4-O-甲基葡萄糖醛酸酶、貝加靈β-葡萄糖醛酸酶(baicalinβ-glucuronidase)、類肝素酶、透明質(zhì)酸酶、內(nèi)型-β-1,4-殼聚糖酶、ι-卡拉膠酶(ι-carrageenanase)、β-N-乙?；该髻|(zhì)酸酶、內(nèi)型-β-N-乙?；被咸烟擒彰?、β-瓊脂酶、α-N-乙?；被咸烟擒彰?、外型-α-甘露糖苷酶、α-1,2-甘露糖苷酶、α-1,3-甘露糖苷酶、α-1,4-甘露糖苷酶、α-1,6-甘露糖苷酶、α-L-阿拉伯糖基呋喃糖苷酶、纖維二糖(Glc-β1,4-Glc)磷酸化酶、纖維糊精((Glc-β1,4-)n-1Glc；n≥3)磷酸化酶、N,N’-二乙酰基殼二糖(GlcNAc-β1,4-GlcNAc)磷酸化酶、1,2-α-L-果糖苷酶、內(nèi)型-β-半乳糖苷酶、內(nèi)型-α-甘露糖苷酶、外型-葡糖苷酶I、外型-葡糖苷酶II、溶解性轉(zhuǎn)糖基酶B(lytic transglycosylase B)、肽聚糖裂解酶、α-1,3-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷磷酸化酶、β-1,3-D-半乳糖基-D-己糖胺磷酸化酶(β-1,3-D-galactosyl-D-hexososamine phosphorylase)、β-1,4-D-半乳糖基-L-鼠李糖磷酸化酶、半乳糖基-N-二糖磷酸化酶、乳糖-N-二糖I磷酸化酶、半乳糖-N-二糖I磷酸化酶、乳糖-N-二糖I磷酸化酶、α-葡萄糖醛酸酶、(4-O-甲基)-α-葡萄糖醛酸酶、酸性β-葡糖苷酶、葡萄糖腦苷脂酶、α-1,3-L-(3,6-脫水)-半乳糖苷酶(α-1,3-L-(3,6-anhydro)-galactosidase)、β-L-阿拉伯糖二糖糖苷酶(β-L-arabinobiosidases)、β-L-阿拉伯糖基呋喃糖苷酶、內(nèi)型-β-1,4-葡聚糖酶、甲基6-O-(α-D-甘露吡喃糖基)-β-D-甘露吡喃糖苷酶、甲基β-L-阿拉伯糖基呋喃糖苷酶、內(nèi)型-α-N-乙?；被肴樘擒彰浮⑼庑?α-N-乙?；被肴樘擒彰浮⑼庑?β-1,3-葡聚糖酶、外型-1,6-葡聚糖酶。
羧酸酯水解酶的特定的實例包括乙?；ッ浮Ⅴ；D(zhuǎn)移酶、糖脂肪酶(glycolipase)、黑曲霉(Aspergillus Niger)的三?；视椭久?、南極假絲酵母(Candida Antarctica)的三?；视椭久浮⒔湍妇娜；视椭久浮㈤L枝木霉(Trichoderma Longibrachiatum)的三?；视椭久?、固醇酯酶、?；视椭久浮⑾?酯水解酶、以及單萜ε-內(nèi)酯水解酶。
在本發(fā)明的某些實施方案中，蒸汽爆裂被用于增加使酶接近于植物成分。蒸汽爆裂包括將用過的研磨咖啡放置在壓力容器中以及使內(nèi)容物與蒸汽在升高的溫度和高于環(huán)境壓力下接觸。溫度和壓力處理之后是迅速解壓至大氣水平。通過使容器的內(nèi)容物暴露于大氣，使得容器內(nèi)的壓力即刻釋放，而不冷卻由于植物材料內(nèi)部較高的壓力造成的用過的研磨的咖啡“爆裂”的植物材料。蒸汽爆裂導致細胞破裂和孔尺寸擴大，這增大了表面積并且使得細胞的內(nèi)部對于酶促作用是可用的。
雖然研磨的咖啡的粒度可以在大范圍內(nèi)選擇，但通常期望小粒度以獲得大的表面積。通常，小粒度增強酶效力。測試已經(jīng)證明，越來越小的粒度，以及微粉碎成小于100μm，提供越來越大的收率，作為用于酶促水解的底物預處理。
研磨的咖啡豆可以在兩個或更多個階段中通過干磨或濕磨被碾磨。因此，第一碾磨可以在制備用于產(chǎn)生第一提取物的研磨咖啡豆時發(fā)生。第二碾磨可以作為用過的咖啡渣的濕磨來進行，之后酶促水解。第二濕磨可以在蒸汽爆裂之前或之后發(fā)生，這取決于情況。濕磨成10μm至250μm的平均粒度是優(yōu)選的。濕磨的用過的研磨的咖啡的累積的粒度分布包括約90％或更多的為低于150μm、優(yōu)選地低于100μm并且在某些情況下低于50μm的顆粒。
通常，能夠濕磨成所需粒度范圍的任何設(shè)備是可接受的并且這可以包括轉(zhuǎn)子-定子裝置、包含研磨介質(zhì)的介質(zhì)磨機、錐形磨機或其他剪切裝置例如超聲裝置和空穴裝置或高壓均質(zhì)器的組合。另外，對于給定的設(shè)備類型，性能和產(chǎn)生的咖啡粒度可以通過操作參數(shù)例如旋轉(zhuǎn)速度、咖啡的生產(chǎn)率、介質(zhì)(例如在微磨機中)的尺寸和形狀以及在轉(zhuǎn)子/定子或類似的剪切裝置中的篩尺寸而變化。轉(zhuǎn)子/定子磨機例如Admix Boston ShearmillTM或Ross Model ME-430XS-6(Charles Ross&Sons,Hauppage NY,USA)可以被用于碾磨步驟，盡管其他的磨機例如膠體磨機例如Charlotte SD-2(Bradman-Lake,Charlotte NC,USA)或Dispx DRS-2000-5(IKAUSA)也是合適的。
來自固體組分的第一、第二、或中間的提取物的分離以及還有提取可以通過任何合適的裝置包括離心分離器、膜過濾、帶過濾、或滲濾來進行。優(yōu)選的離心分離器是兩相傾析器離心機。合適的傾析器離心機可以從GEA Westfalia獲得。
根據(jù)步驟a)的提取可以根據(jù)一定工藝來進行。在此工藝中，第一提取物可以通過以下來產(chǎn)生：提供烘焙的咖啡豆和水的混合物，在加壓室中碾磨烘焙咖啡豆和水的混合物，并且使液體咖啡提取物中的碾磨的混合物和用過的咖啡渣分離。
在碾磨期間將烘焙的豆浸沒在水中導致大量的揮發(fā)性水溶性芳香組分溶解在水中并且出現(xiàn)在提取物中而不是釋放到環(huán)境空氣。此外，封閉的加壓的室確保，揮發(fā)性水溶性芳香組分不逃逸并且揮發(fā)性親脂性組分被保持在相同的區(qū)室而不逃逸到周圍環(huán)境。
用于碾磨烘焙咖啡豆和水的混合物的加壓的室的使用還降低起泡的趨向。可能是由于來自CO2釋放的氣體和在豆中的蛋白質(zhì)含量(按重量計是約10％)，濕磨工藝可以導致泡沫在碾磨期間形成。泡沫形成可以導致工藝停止和隨后的設(shè)備的艱難的清潔。高于環(huán)境壓力防止CO2氣泡釋放并且因此減少泡沫形成。
CO2可以被儲存并且稍后被用于提取水的pH控制。
此外，在單工藝步驟中的碾磨和第一提取的組合降低了總工藝的復雜性。通常，烘焙的咖啡豆在一件設(shè)備中被碾磨而在另一件設(shè)備中被提取。將碾磨和提取工藝組合在單步驟中避免了在不同的位置之間運輸和單獨的設(shè)施的資本投入。此外，當整個烘焙的咖啡豆和水的混合作為在線工藝在碾磨工藝的上游立即進行時，總工藝時間可以被縮短。
傳統(tǒng)的家庭咖啡釀造在約沸點的水溫即100℃下進行。在工業(yè)設(shè)施中，提取溫度可以是更高以獲得較高的收率。根據(jù)本發(fā)明的相對冷的水的使用防止芳香化合物降解。許多芳香組分趨于與水或在含水混合物中的其他化合物反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物產(chǎn)生不確定性質(zhì)的感知體驗。
在某些實施方案中，在80℃或更小下的低溫提取，任選地包括中間體蒸汽爆裂，以其自身令人驚訝地導致多達50％的高收率。這樣的方法還可以在家庭咖啡制備以及半專業(yè)和專業(yè)的咖啡釀造(咖啡設(shè)備和自動化)中發(fā)現(xiàn)其用途。該方法將導致在可以處理所需粒度、壓力等等的裝置中制備的即飲提取物。相對于常用家庭咖啡制造器，一種這樣的消費者裝置將提供使用者較高的收率和品質(zhì)。當水溫是80℃或更小時，這將導致咖啡豆的較少消耗以及導致能量節(jié)約。衍生的益處將是，消費者減少燒傷的風險。
根據(jù)本發(fā)明的此方面，使用較低溫的水，例如在60℃下或低于60℃、合適地低于50℃的溫度，以獲得對于調(diào)味組分的反應(yīng)降低的趨向和揮發(fā)性組分的較低的蒸汽壓。為了避免在混合之前加熱水，溫度可以是自來水的溫度?？蛇x擇地，水略微地被加熱到約室溫。
低溫的使用導致減少產(chǎn)生糠醛(據(jù)此還有5-HMF)以及具有令人不愉快的味道的其他分解產(chǎn)物。雖然提取優(yōu)選地在低于80℃的溫度下進行，但通常第一提取步驟在10-80℃的范圍內(nèi)的溫度下進行。優(yōu)選地，提取在15℃或45℃下、最優(yōu)選地在室溫下進行，以防止水的溫度有助于分解產(chǎn)物的產(chǎn)生。
第一提取通常需要的是，在分離之前，將碾磨的混合物保持在加壓室中持續(xù)5min至2小時或更長，以獲得可溶性組分的充分提取。用于提取的具體的時間取決于許多因素，包括溫度、烘焙的豆的粒度、水與豆的比率、水流速、濃度梯度等等。
烘焙的豆和水的混合，以及此混合物的碾磨可以在單獨的區(qū)室中和在不同的壓力下發(fā)生。在本發(fā)明的方面中，混合在環(huán)境壓力下進行，而碾磨在加壓區(qū)室中進行。然而，在優(yōu)選的實施方案中，烘焙咖啡和水的混合兩者均在加壓室中發(fā)生?；旌鲜液湍肽ナ业膲毫梢允遣煌模线m地在大體上相同的水平。在本發(fā)明的方面中，在碾磨步驟期間，壓力是0.5barg或更大、優(yōu)選地1barg或更大。
烘焙的咖啡豆和水的混合可以在碾磨混合物之前即刻作為在線工藝步驟發(fā)生。在線混合確保有效的處理和短的工藝時間。
在本發(fā)明的混合和碾磨步驟期間，釋放CO2。釋放的CO2可以被放出混合室或碾磨室之外。然而，在某些方面中，優(yōu)選的是，在混合工藝步驟和/或碾磨工藝步驟期間，從烘焙咖啡豆中釋放的CO2的主要量與烘焙咖啡和水提取物的混合物保持在一起。在優(yōu)選的方面中，基本上全部量的CO2在碾磨工藝期間被保持在碾磨室中。據(jù)信，除了改進收率之外，這可以改進相對于芳香回收的最終結(jié)果。
在碾磨程序之后，碾磨的混合物的壓力被降低。合適地，壓力被降低至環(huán)境壓力。通過壓力降低，CO2和其他揮發(fā)性組分可以被收集或排放到周圍環(huán)境。在某些實施方案中，使通過壓力的降低釋放的氣體通過凍阱，以收集揮發(fā)性組分。如有必要，壓力的降低可以在溫度降低之前、與溫度降低同時地或繼溫度降低之后進行。如有必要，在分離步驟之前，溫度可以被降低至在0℃和30℃之間。
在某些方面中，第一咖啡提取物在隨后的工藝中以液體形式不修改地來使用或被干燥。在其他方面中，液體咖啡提取物在含水咖啡提取物和咖啡油中被進一步分離。
第一咖啡提取物可以被干燥成速溶咖啡產(chǎn)品，任選地在與其他咖啡提取物摻合之后。干燥可以通過常規(guī)的噴霧干燥或冷凍干燥發(fā)生。
實施例
實施例1
表面活性劑對提取的作用
將具有400μm的平均粒度的烘焙和研磨的羅布斯塔咖啡豆(250g)用具有60℃的溫度的熱水(總計4000ml)在兩個循環(huán)期間首先提取成31％(±1％)的合并的提取收率。將瀝干的咖啡渣研磨成100μm的平均粒度并且與水(2000ml)一起裝載到高壓釜中。將高壓釜密封并且加熱到130℃，同時攪拌持續(xù)10分鐘以使渣滅菌。然后，將混合物冷卻到50℃并且一次性添加10g第17號GEA纖維素酶(小樣品可以根據(jù)需要被取回)。允許酶促水解在65℃下同時攪拌開始過夜(16小時)。然后，將混合物加熱到150℃持續(xù)25分鐘，冷卻到室溫，并且將用過的咖啡渣瀝干，以產(chǎn)生具有2.94％的干物質(zhì)含量的2450g的咖啡提取物。所有提取的合并的收率共計57％。
將烘焙且研磨的羅布斯塔咖啡豆(250g)用熱水(總計4000ml)在兩個循環(huán)期間首先提取成31％(±1％)的合并的收率。將瀝干的咖啡渣研磨成100μm的平均粒度并且與水(2000ml)一起裝載到高壓釜中。將高壓釜密封并且加熱到130℃同時攪拌持續(xù)10分鐘以使渣滅菌。然后，將混合物冷卻到50℃并且添加10g第17號GEA纖維素酶和表面活性劑TWEEN20(2.0g)。允許酶促水解在65℃下同時攪拌開始過夜(16小時)。然后，將混合物加熱到150℃持續(xù)25分鐘，冷卻到室溫，并且將用過的咖啡渣瀝干，以產(chǎn)生具有3.51％的干物質(zhì)含量的2842g的咖啡提取物?？紤]到所使用的溫和的溫度，所有提取的合并的收率令人驚訝地共計68％。
實施例2
咖啡衍生的表面活性劑的制備
用脂肪酶作用于來自咖啡的咖啡油和水溶性碳水化合物碎片來產(chǎn)生咖啡衍生的表面活性劑。測試程序被分成三個階段：
階段0：將原材料(200g的商業(yè)的用過的羅布斯塔咖啡渣)在摻合器中用去礦物質(zhì)水(500g)崩解持續(xù)10分鐘并且過濾。洗滌的和崩解的渣的粒度被測量為是50-100μm。
階段1：使來自階段0的崩解的和洗滌的渣懸浮在水(360g)中并且用第21號GEA纖維素酶(1.0g)在50℃下處理持續(xù)14小時。將懸浮液過濾并且測量濾液中的碳水化合物碎片的含量(1.27％)。
階段2：向來自階段1的濾液(30g)和從商業(yè)來源獲得的咖啡油(2.0g)的兩相混合物添加下文列出的類型的脂肪酶(400mg)，并且將混合物通過磁力攪拌在50℃下攪動持續(xù)14小時。允許脂質(zhì)層和水層分離，并且將后者除去并且過濾。
將不同的脂肪酶產(chǎn)物以此程序單獨地測試：
a)第25號GEA脂肪酶
b)Dupont LysoMaxOil(Baking Enzyme)
產(chǎn)生濾液的每種混合物用于在階段3中進一步測試。
階段3.向每種濾液(14g)添加如在階段0中所描述制備的用過的羅布斯塔咖啡渣(7.4g)和低劑量的可商購的第21號GEA纖維素酶(25mg)，并且將產(chǎn)生的混合物在50℃下攪拌持續(xù)24小時。隨后，將混合物加熱到150℃持續(xù)25min并且冷卻到室溫，以使酶失活。回收濾液并且測量可溶性物質(zhì)的量：
參考樣品(無脂肪酶) 9％收率
a)第25號GEA脂肪酶 17％收率
b)Dupont LysoMaxOil(Baking Enzyme) 14％收率
該實施例示出，在咖啡碳水化合物碎片的存在下用脂肪酶處理咖啡油產(chǎn)生在用過的咖啡渣的隨后的纖維素酶水解中對可溶性物質(zhì)的收率具有積極作用的物質(zhì)。
實施例3
以下實施例示出，在相對低溫下可以如何獲得相對高的提取收率。
將烘焙的咖啡豆(400g,TS 95.05％,380g干重量)在可商購的咖啡研磨機上研磨成400μm的平均粒度。然后，將烘焙物和渣與1000mL水(25℃)一起轉(zhuǎn)移到容器。使?jié){料充分混合，并且在兩分鐘之后，將漿料轉(zhuǎn)移到在一端中安裝有300μm過濾器的提取柱。通過使水(25℃)泵送通過柱來從豆中提取可溶性固體，直到流出物的白利糖度是0.5。收集的體積是2777mL并且溶解的固體的量是3.56％，對應(yīng)于98.86g或26％的收率。
然后，將咖啡渣從柱中除去并且與水(2000mL)一起轉(zhuǎn)移到能夠保持高壓和高溫的容器。容器的底閥安裝有連接到旋風器的金屬管，使得在容器內(nèi)的高壓可以被釋放到旋風器中。將容器密封，并且將溫度升高到140℃，同時攪拌漿料。在140℃下60min之后，打開底閥以允許漿料逃逸到旋風器中。壓力的突然下降引起蒸汽爆裂，蒸汽爆裂使咖啡渣中的細胞破裂且看起來改進收率。
然后，將咖啡渣用水(65℃)提取，直到流出物的白利糖度是0.1。在此步驟，收集的提取物體積是5283mL并且溶解的固體的量是1.33％，對應(yīng)于70.3g。兩個合并的提取步驟的總提取收率是168g或44％。
將咖啡渣用水(65℃)進一步洗滌，直到洗滌水的白利糖度是0。此洗滌水事實上不包含收率，并且因此被丟棄。將咖啡渣在廚房級摻合機器中細分成50μm的平均粒度并且與2000mL的水一起轉(zhuǎn)移到加熱的容器。一次性添加酶的混合物：第42號GEA水解酶(4.00g)。然后，在攪拌時使?jié){料保持在50℃持續(xù)18小時并且然后離心。
上文共計三次提取物的總和，其中收率在以下表中描述。
考慮到所使用的低溫，65％的總收率是令人驚訝地高的。
實施例4
將一批具有240g(96％)的固體含量的250g烘焙羅布斯塔咖啡豆磨機研磨成400μm的平均粒度并且在750g的去離子水中在環(huán)境溫度下攪拌持續(xù)60min。
將混合物通過布氏漏斗過濾，并且將濾餅用500g的去離子水洗滌。在蒸發(fā)合并的濾液之后，總固體的含量是約48g，對應(yīng)于初始批次的20％。
使洗滌的濾餅懸浮在1000g的去離子水中并且轉(zhuǎn)移到壓力室。在內(nèi)部機械攪拌下，將混合物加熱到140℃持續(xù)90min，并且蒸汽爆裂到旋風器中。
將混合物通過布氏漏斗過濾，并且將濾餅用1000g的去離子水洗滌。在蒸發(fā)合并的濾液之后，總固體的含量是約48g，對應(yīng)于初始批次的另一個20％-導致40％累積收率。
將在濾餅中殘余的60％轉(zhuǎn)移到燒杯并且將去離子水添加至1400ml的總體積。將此混合物在Turrax T 18高剪切混合器上持續(xù)60min均質(zhì)化成低于100μm的平均粒度和16％的干固體含量。
使此混合物的50g樣品(8g的總固體)經(jīng)歷酶處理?；诖藰悠分械母晒腆w，在三個步驟內(nèi)使用1.9％總劑量的第42號GEA水解酶(小樣品可以根據(jù)需要被取回)。
步驟1：
將樣品用45g的去離子水攪動持續(xù)1min并且在4500rpm下離心持續(xù)4min。除去上清液，并且重復該程序以除去更多的可溶性物質(zhì)和細顆粒。將合并的上清液蒸發(fā)，以給出688mg干固體(50g樣品的8.5％)。
使洗滌的樣品懸浮在50g的去離子水中，并且向此混合物添加0.42％裝載量(32mg)的第42號GEA水解酶。將混合物密封并且在50℃下攪拌持續(xù)12小時并且在4500rpm下離心持續(xù)4min。
除去上清液并且將殘余物用40g的去離子水攪動持續(xù)1min并且在4500rpm下離心持續(xù)4min。將洗滌用另外的40g的去離子水重復，以除去更多溶解的物質(zhì)和由酶形成的細顆粒。將合并的上清液蒸發(fā)，以給出1.84g固體(在50g樣品中的固體的23％)。
步驟2：
將來自步驟1的殘余物懸浮在50g的去離子水中，并且向此混合物添加0.58％裝載量(46mg)的第42號GEA水解酶。將混合物密封并且在50℃下攪拌持續(xù)12小時并且在4500rpm下離心持續(xù)4min。
除去上清液并且將殘余物用40g的去離子水攪動持續(xù)1min并且在4500rpm下離心持續(xù)4min。將洗滌用另外的40g的去離子水重復，以除去更多溶解的物質(zhì)和由酶形成的細顆粒。將合并的上清液蒸發(fā)，以給出1.44g固體(在50g樣品中的固體的18％)。
步驟3：
將來自步驟2的殘余物懸浮在50g的去離子水中，并且向此混合物添加0.90％裝載量(72mg)的第42號GEA水解酶。將混合物密封并且在50℃下攪拌持續(xù)12小時并且在4500rpm下離心持續(xù)4min。
除去上清液并且將殘余物用40g的去離子水攪動持續(xù)1分鐘并且在4500rpm下離心持續(xù)4min。將洗滌用另外的40g的去離子水重復，以除去更多溶解的物質(zhì)和由酶形成的細顆粒。將合并的上清液蒸發(fā)，以給出1.44g固體(在50g樣品中的固體的18％)。
50g樣品的合并的收率經(jīng)三個步驟是67.5％，對應(yīng)于初始烘焙咖啡豆的40.5％并且令人驚訝地提供80.5％的總收率。
實施例5
將一批250g烘焙且研磨的羅布斯塔咖啡豆提取、蒸汽爆裂并且制備，用于根據(jù)在實施例4中描述的程序的酶處理，提供46.5％的總收率的可溶性碎片。
將20.12g(2.37g干重量)的剩余的不溶性材料轉(zhuǎn)移到安裝有Alfa Laval UFX 10pHt 10kDa超濾膜的50ml Millipore Amicon膜過濾單元。該單元另外裝載有第42號GEA水解酶(17mg)和檸檬酸鈉緩沖溶液(pH 4.50,25mM,45g)的混合物。將包含過量的檸檬酸鈉緩沖溶液(pH 4.50,25mM)的給料罐連接到過濾單元。攪拌該單元中的混合物并且加熱到50℃，并且將1barg的壓力應(yīng)用于給料罐，迫使緩沖溶液從給料罐連續(xù)地流動到該單元并且隨著由酶形成的可溶性碎片通過膜。在12小時的時間段內(nèi)，收集作為澄清溶液的總計855g滲透物，其中將63g滲透物轉(zhuǎn)移到安裝有DOW FILMTEC NF-270 300kDa納米過濾膜的第二Millipore Amicon膜過濾單元。攪拌溶液并且應(yīng)用4barg的壓力，迫使溶解的檸檬酸鈉通過膜，但保留由酶形成的可溶性碎片。
從滲余物中以及通過洗滌殘余的咖啡渣獲得的總?cè)芙獾墓腆w是轉(zhuǎn)移到該單元的材料的1.2g-50.5％。
這對應(yīng)于73.5％的總收率，基于烘焙且研磨的咖啡中的干固體，并且此外相比于實施例4，使酶劑量從1.9％減少到0.5％。考慮到所使用的非常小的酶劑量，此收率是相當令人驚訝的。