ПИЩЕВЫЕ КОНЦЕНТРАТЫ

ПРОИЗВОДСТВО РАСТВОРИМОГО КОФЕ

Растворимый кофе представляет собой про­дукт, полученный из кофейных зерен в результате их обжарива­ния, дробления, экстрагирования водой и сушки полученного экстракта. Сухие экстракты различных напитков, в том числе и кофе, выпускаются в настоящее время во многих странах. Этот продукт очень удобен для быстрого приготовления горячих на­питков в быту и особенно в походных условиях.

Технологическая схема

В нашей стране растворимый кофе вырабаты­вают по технологической схеме, представленной на рис. 93.

Зерна сырого кофе (отвешиваемые на автоматических весах порциями по 20 кг) пневмотранспортером 1 низкого давления подаются в зерновой сепаратор 2, где их очищают от посторон­них примесей, пыли и металлопримесей (производительность — 3000 кг/ч); при этом кофе обрабатывают отдельно по видам и сортам. Затем зерна пневмотранспортером 3 высокого давления через циклон-разгрузитель 4 направляют в бункер 5 (с четырьмя раздельными отсеками для хранения различных видов и сортов кофе). Оттуда зерна кофе поступают на весы 6 (весы могут от­вешивать кофе, поступающий из разных отсеков бункера, по за­данной программе) и далее — в обжарочный барабан 7. Здесь кофе обжаривают, охлаждают в охладительной чаше 8 и через камнеотборник 9 и весы 10 пневмотранспортером высокого дав­ления И направляют с разгрузкой в циклоне-осадителе 12 в бун­кер 13, предназначенный для хранения жареного кофе. Отсюда обжаренные зерна поступают на гранулятор 14, где их дробят, превращая в крупку. Крупку (гранулированный кофе) ковшовым элеватором 15 загружают в бункер 16, а оттуда — вибротран­спортом 17 через передвижные весы 18 — в экстракторы экстрак­ционной батареи 19, где с целью получить экстракт кофе обра­батывают горячей водой, предварительно умягченной на уста­новке 20.

.f:

Полученный экстракт через пластинчатые фильтр 21 и охла­дитель 22 перекачивают в смесительный бак 23, где смешивают с порошком, если необходимо повысить в продукте содержание су­хих веществ. Из бака насосом 24 перекачивают экстракт кофе з сборник-весы 25, а оттуда насосом 26 в танк-накопитель 27.

Далее экстракт профильтровывают через фильтр 28 и пита­тельным насосом 29 высокого давления через ресивер 30 подают в сушильную башню 31. Полученный сухой экстракт кофе из су­шильной башни выгружают на вибросито 32 и с него — через виброохладитель 33 — в контейнер 34. Контейнеры взвешивают на весах 35. Система сушильная башня—контейнер не сообщает­ся с внешней средой в связи с чрезвычайной гигроскопичностью продукта. Контейнеры с порошко, м растворимого кофе подъем­ником подают к загрузочному бункеру 36 автомата для расфа­совки 37. Готовый продукт расфасовывают по 100 или 50 г в же­стяные банки. Для закатывания донышек у банок используют машину 38.

I ■'"■ '" Обжарка зерен кофе

Обжарке подвергают зерна кофе, очищенные предварительно на зерновом сепараторе от примесей. В произ­водстве растворимого кофе эта операция имеет особое значение, так как влияет не только на вкусовые достоинства продукта, но и на выход его. Зерна кофе обжаривают на обжарочных аппара­тах типа «Пробат».

Обжаренный кофе увлажняют непосредственно в обжароч­ном барабане, доводя влажность до 6—7% (чтобы избежать об­разования мелких частиц при размоле), для чего к концу обжар­ки в барабан в течение 50 с подают 20 л воды и закрывают выход дымовым газам. Это уменьшает дезодорацию кофе и снижает по­тери ароматических веществ. Кофе некоторое время перемеши­вается в среде дымовых газов и водяного пара.

Нормальный режим работы обжарочного аппарата обеспе­чивается автоматически.

Степень обжаривания устанавливают опытным путем, имея в виду наибольший переход растворимых веществ кофе в водный экстракт.

Измельчение зерен кофе

Измельчение зерен кофе (гранулирование) — очень ответственная операция. При оильном измельчении, когда наряду с мелкими гранулами имеется пылевидная фракция, зна­чительно затрудняется экстракция кофе. Таким образом, одним из условий измельчения должно быть наименьшее содержание пылевидной фракции. > •• ,»=. • ... ... ......................................................................... ».

Определенную роль играет и размер гранул измельченных зерен. Известно, что скорость процесса экстракции обратно пропорциональна размеру ча­стиц, она уменьшается при их увеличении, поэтому выгодно иметь как можно более мелкие частицы продукта, подвергаемо­го экстракции. Но значительное уменьшение размера частиц приводит к ухудшению смачи­ваемости и условий фильтрации экстракта.

Оптимальный размер ча­стиц измельченных зерен кофе в значительной мере зависит от типа экстракционного оборудо­вания. При работе на экстрак­ционных батареях фирмы «Ни - ро Атомайзер» принят размер гранул 1—2 мм.

Из сказанного ясно, что применять в производстве раствори­мого кофе обычные измельчающие системы (типа вальцовых станков или кулачковых дробилок) нельзя, так как эти устрой­ства измельчают материал очень неравномерно. В этом случае целесообразно использовать специально сконструированные гра - нуляторы. Схема такого пятивалкового гранулятора представле­на на рис. 94.

Верхние три валка устанавливаются с определенным зазором и регулироваться не могут. Они служат для предварительного дробления кофе. На нижних двух валках возможность регулиро­вания зазора предусмотрена. Пропуском через эти валки дости­гается определенная крупность помола. Обычно нижние валки регулируют так, чтобы получить следующую крупность гранул кофе: сход с сита № 1,6 — от 50 до 55%; проход через сито № 0,63 — не более 3,5%.

Техническая характеристика гранулятора

Производительность, кг/ч Мощность установленного электро­двигателя, кВт Масса машины, кг Габаритные размеры гранулятора (без станины), мм Высота станины мм

На верхнем валке имеется насечка, на остальных валках на­резаны рифли: на втором, третьем и пятом валках — в верти­кальной плоскости, на четвертом валке — в горизонтальной пло­
скости". Валки очищаются специальными резиновыми пласти­нами.

Гранулированный кофе ковшовым элеватором направляется в бункер для хранения.

По мере необходимости его порциями по 165 кг через весы по­дают в передвижной бункер экстракционной батареи и оттуда в очередной экстрактор.

Приготовление экстракта

Дробленый в гранулы кофе обрабатывают для получения экстракта умягченной (освобожденной от солей магния и каль­ция) водой. Эту операцию проводят в специальной экстракцион­ной установке непрерывного действия. Установка представляет собой агрегат, состоящий из шести экстракторов со съемными трубчатыми фильтрами, имеющими отверстия диаметром 1 —1,5 мм, шести промежуточных теплообменников со змеевика­ми, в которых проходит экстракт, обогреваемый снаружи паром, одного водонагревателя для нагрева воды, поступающей в бата­реи. Все оборудование установки, соприкасающееся с продук­том, сделано из нержавеющей стали. На рис. 95 показана часть экстракционной установки (4 экстрактора 1—4).

Установка для умягчения воды состоит из ионизирующего ба­ка и сатуратора. Для очистки воду обрабатывают поваренной

Солью. Жест-кость воды после обработки солью не должна быть более 0,35 мг-экв/л. При наличии на предприятии конденсата пара, собираемого после тепловых приборов, он может быть ис­пользован для экстракции кофе без предварительного умягче­ния. Кофе загружается в батареи из подвижной тележки под вакуумом. Вакуум создается и поддерживается в экстракторе эжектором.

В загруженный экстрактор снизу со скоростью 200—300 л/ч подают подогретую в водонагревателе до 90°С воду, до тех пор, пока жидкость не появится из отборного краника, расположен­ного в верхней части экстрактора. Затем воду на входе в пер­вый экстрактор доводят до температуры 110°С, поднимая давле­ние до 0,3 МПа. Под таким давлением воду продолжают пода­вать в первый экстрактор, увеличивая скорость подачи до 550—600 л/ч; вода вытесняет экстракт кофе. Выходящий из пер­вого экстрактора экстракт кофе нагревают в первом промежу­точном теплообменнике и с температурой 90°С подают (выдавли­вают свежей водой) во второй экстрактор. Жидкость, проходя снизу вверх через слой кофе, экстрагирует из него водораство­римые вещества.

Таким образом, жидкость проходит последовательно, через все шесть экстракционных аппаратов, насыщаясь экстрактивны­ми веществами кофе. В первом экстракторе к концу процесса за­грузки батареи температура жидкости доходит до 170°С и давле­ние в аппарате поднимается до 1,2 МПа.

Полный цикл экстракции длится 7—8 ч. За это время через каждый экстрактор проходит 3500—4000 л воды. В экстракторы закладывают по 165 кг гранулированного кофе.

Соотношение кофе и воды в экстракторе таким образом со­ставляет 1 : 20 — 1 : 25, что является оптимальным.

В ходе экстракции повышение температуры воды и экстракта до точки кипения недопустимо, поэтому при необходимости под­нять температуру предварительно соответственно повышают давление в экстракторе до величины, обеспечивающей отсутст­вие закипания:

Температура, °С

Полученный экстракт должен иметь рН не менее 4,7. Если рП меньше, следует смягчить режим экстракции, т. е. понизить тем­пературу и давление.

В батарее всегда находятся загруженными пять экстракторов, а шестой стоит под разгрузкой-загрузкой. Режим загрузки бата­реи экстракторов представлен в табл. 53. Характеристика работы экстракторов при установившемся режиме дана в табл. 54.

CO 05 СЧ >> - - - a. о о —і и.

При разгрузке и загрузке очередной экстрактор и промежу­точный подогреватель изолируют от остальных, перекрывая со­ответствующие краны. Шлам из экстрактора выгружают с по­мощью пара. От каждого экстрактора отбирают по 180—200 кг экстракта. Перед заполнением экстрактор и трубопроводы про­мывают водой. При работе на описываемой установке отбор экстракта можно начинать с четвертого экстрактора.

К моменту отбора экстракта из шестого экстрактора в пер­вом заканчивается процесс экстракции, и он становится под раз­грузку-выгрузку.

Экстракт-из батареи отбирают с содержанием 27—28% сухих веществ. Контроль за проведением технологического процесса на экстракционной батарее и управление осуществляются автома­тическими приборами.

После фильтрации экстракт поступает в сборник, где его сме­шивают с порошком растворимого кофе, доводя до содержания сухих веществ 30%.

Принятый режим экстракции не является идеальным. Высо­кая температура приводит к гидролизу высших углеводов кофе, в связи с чем в экстракт переходит большое количество сухих веществ. С точки зрения экономики это выгодно. Однако вкусо­вые качества кофе снижаются, так как продукты гидролиза при­водят к появлению шдролизатного привкуса. Высокая темпера­тура обработки экстракта вызывает изменение целого комплек­са ароматических веществ, которые также, очевидно, подверга­ются гидролизу, из-за чего изменяется аромат готового продук­та, появляется несвойственный ему запах.

Так, по данным И. Н. Вольпера, в кофейном экстракте, полу­ченном по указанному режиму, остается летучих ароматических веществ, определяемых газохроматографическим методом, не бо­лее 15% от первоначального содержания их в жареных зернах.

Указанные изменения вкуса и аромата дальнейшей техноло­гической обработкой экстракта, в том числе и сушкой, исправить невозможно. Попытки сушки экстракта кофе, полученного при таком жестком режиме, методам сублимации не дают желаемых результатов.

Учитывая изложенное, целесообразно вести экстракцию во­дой при температуре не выше 90°С. Можно рекомендовать также так называемую двойную экстракцию кофе. Сначала кофе экст­рагируют водой температурой 90°С, а затем — по режиму, опи­санному выше. Можно смешивать полученные экстракты перед сушкой или сушить отдельно, а потом смешивать полученные по­рошки. При таком методе экстракции целесообразно экстракт, полученный при обработке кофе водой температурой 90°С, су­шить методом сублимации.

В Польской Народной Республике на Познанском пищевом комбинате кофе перед загрузкой в экстрактор смачивают водой, перемешивая смесь воды и кофе (75 кг кофе, 40 л воды) в течение 5 мин. Экстракцию ведут в батарее, состоящей из восьми экст­ракторов, по принципу противотока, используя воду с температу­рой от 50 до 140°С при давлении от 0 до 0,5 МПа. Процесс экст­ракции длится около 10 ч.

Попытки проводить экстракцию холодной водой не дали воз­можности получить продукт хорошего качества. Это, вероятно, объясняется тем, что не все ароматические и вкусовые вещества кофе растворяются в холодной воде. Однако в ФРГ запатентован способ, при котором кофе обрабатывают сначала холодной во­дой, температурой до 15°С, получая экстракт с содержанием 20% сухих веществ, а затем водой температурой до 140°С под соответствующим давлением. Получаемый при этом экстракт вы­сушивают, и порошок растворяют в первом экстракте. Смесь, со­держащую до 48% сухих веществ, высушивают.

На степень и скорость экстракции влияют многие факторы. О степени помола и температуре воды упоминалось выше. Имеют влияние также смачиваемость частиц кофе водой, скорость по­дачи воды в экстрактор, конструктивные особенности экстракто­ров, например соотношение длины и диаметра его, способ ввода в экстрактор воды и удаления экстракта и многое другое.

В работе экстракторов иногда можно наблюдать неприятное явление, заключающееся в образовании сквозных протоков жид­кости, что резко снижает переход экстрактивных веществ в жидкость. Это происходит в том случае, когда в экстрактор за­гружают порошок кофе разного гранулометрического состава (наряду с крупными гранулами много пылевидной части).

Сушка кофейного экстракта

Кофейный экстракт сушат на распылительной сушилке «Ниро Атомайзер» с форсуночным распылением продук­та. Сушилка снабжена набором сопел Т-3, Т-4, Т-5. Обычно ра­ботают с соплом Т-4, имеющим отверстия диаметром 3 мм.

Перед началом работы сушильную башню прогревают до тем­пературы 170°С, подавая в нее горячий воздух из воздухоподо­гревателя при работе обоих (вытяжного и нагнетательного) вен­тиляторов. После прогрева башни в форсунку некоторое время подают воду и, испытав ее работу на воде, приступают к сушке экстракта.

Экстракт центробежным насосом направляют на смешивание с. С02, что способствует образованию более крупных гранул про­дукта, а затем насосом высокого давления через ресивер — в форсунку. Распыляемый в виде мельчайших капелек (тумана) экстракт встречается с потоком горячего воздуха, подаваемого вверх вентилятором, и мгновенно высыхает.

Крупные гранулы высушенного экстракта падают на дно ко­нусной части сушильной башни. По стенкам днища время от вре­мени ударяют четыре вибромолота, управляемые электромаг­нитом, и порошок ссыпается через рукав на вибросито, который получает колебания от электромагнитного привода. Просеянный порошок попадает на виброохладитель и охлажденный ссыпает­ся. в контейнер вместимостью 165 кг.

На всем пути от сушильной башни до сборного контейнера порошок не соприкасается с наружным воздухом, что очень важ­но для такого гигроскопичного продукта.

Мелкий порошок воздухом, отсасываемым вентилятором, уносится из башни и осаждается в циклоне. Из циклона через шлюзовой затвор порошок вентилятором подается в сушильную башню на конус распыла жидкого экстракта. В результате сме­шивания в момент сушки мелкого порошка с жидким экстрак­том при высыхании получают более крупные гранулы порошка. Температура воздуха на входе в сушильную башню 250—265°С, на выходе из сушильной башни — не более 110—115°С.

При этом получают порошок кофе влажностью не более 4,0% с объемной массой 160—200 г/л. Если получают порошок с объ­емной массой выше указанной, следует увеличить подачу в экст­ракт С02.

Расфасовка порошка кофе

Порошок, полученный в результате сушки на распылительной сушилке водного экстракта кофе, при хранении на воздухе быстро впитывает влагу, превращаясь в тягучую вяз­кую массу, легко растворимую в воде. Поэтому до расфасовки кофе хранят в герметических контейнерах вместимостью 165 кг, куда он собирается после охлаждения на виброохладителе су­шильной установки, а расфасовывают в специальном помещении с кондиционированным воздухом. Воздух температурой 18—20°С, с относительной влажностью не более 40% подается в помещение вентиляторами после кондиционирования из специальной уста­новки.

Для расфасовки порошка в жестяные банки используют авто­мат, состоящий из вращающегося стола с 15 стаканами, бункера с 15 питателями-наполнителями, пластинчатых транспортероіз для подачи пустых банок и выдачи наполненных.

Привод стола и транспортеров — от одного электродвигателя. Автомат укомплектован вакуум-насосом и компрессором. Общий вид расфасовочного автомата представлен на рис. 96.

Автомат работает следующим образом. Пластинчатый тран­спортер подает очищенные обдувкой воздухом пустые банки, ус­тановленные открытым донышком кверху, к питателю-наполни­телю, при подъеме стакана банка прижимается к резиновой про­кладке питателя. Из банки через сетку отсасывается воздух, а из сопла питателя в разреженное пространство банки втягивает­ся порошок кофе. При наполнении банки порошок закрывает сетку, и отсос воздуха прекращается, прекращается и подача по-

Рис. 96. Общий вид автомата для расфасовки растворимою.

Кофе: ,,

/ — расфасовочная машина; 2 — закаточная машина.

Рошка в банку. Масса порошка в банке регулируется изменением степени разрежения в банке. Такая система наполнения позволя­ет работать без распыления порошка.

Банки с порошком кофе пластинчатым транспортером подают­ся на стол-накопитель закаточной машины, которая прикатыва­ет донышко. В качестве закаточной машины может быть исполь­зована любая оборудованная магазином для крышек закаточная машина для жестяной тары.

Закаточные банки поступают в автомат, который укладывает их в картонные короба. Банки накапливаются в магазине маши­ны в четыре ряда в шахматном порядке, затем они выталкивате­лем подаются в раскрытый и надетый на направляющие короб. Во время подачи баноїк в короб поступление их в магазин пре­кращается. Наполненный банками короб вручную устанавливают на транспортер заклеивающей машины. Короб оклеивается бан­деролью и направляется на склад.

Для расфасовки порошка кофе в пакеты по 2,5 г используют автомат, состоящий из узлов подачи ленты фольги, образования пакетов, наполнения их порошком кофе, заклеивания. Автомат укомплектован вакуум-насосом и компрессором.

Работа автомата осуществляется следующим образом. В ма­шину подается фольга, покрытая полиэтиленом и лаком, с зара­нее напечатанной этикеткой. На складываемой вдвое ленте элек­троутюгами склеиваются три стороны пакета (две боковые и

*

Низ). В связи с тем, что из-за разности температур происходит неравномерная вытяжка ленты, подача ее под электроутюги про­изводится фотоэлементом, который дает команду на изменение частоты вращения валику, тянущему ленту.

Склеенный с трех сторон пакет отрезается, вакуум-присоски раскрывают его, и в пакет подается сжатый воздух. Окончатель­но раскрывается пакет специальным приспособлением. В рас­крытый пакет высыпается навеска порошка кофе, после чего электроутюгом заклеивается четвертая сторона, и пакет вытал­кивается на отводной транспортер. Производительность автома­та 100 пакетов (250 г) в минуту.

При производстве растворимого кофе сырье, полуфабрикаты, тара и готовая продукция контролируются по перечисленным ни­же точкам технохимического контроля и показателям в соответ­ствии с инструкцией и действующими условиями.

Кофе сырой в зернах контролируют на содержание влаги и наличие посторонних примесей.

Кофе жареный в зернах не менее двух раз в смену контроли­руют на величину рН напитка и содержание влаги.

При определении рН напитка жареный кофе измельчают и приготавливают экстракт (из расчета 150 мл кипятка на 10 г ко­фе); рН определяют после фильтрации экстракта и охлаждения до комнатной температуры.

Кофе жареный гранулированный не реже трех раз в смену контролируют на степень измельчения путем рассева полуфабри­ката на металлотканных ситах и взвешивания полученных фрак­ций.

Используемую для экстракции хозяйственнощитьевую водо­проводную воду контролируют в цеховой лаборатории на жест­кость комплексометрическим методом. Для этого к 100 мл иссле­дуемой воды приливают 5 мл аммиачного буферного раствора и 6—7 капель раствора индикатора «кислотный хром темио-си - ний». Этот раствор медленно титруют 0,01 н. раствором трилона Б до изменения цвета.

Общую жесткость раствора Ж (в мг-экв/л) вычисляют по формуле

Ж== ,000.-2^. (22)

-КХ-. :1 о

Где а — объем раствора трилона Б, израсходованный иа титрование пробы, мл;

K — поправочный коэффициент; 0,01 — нормальность раствора трилона Б;

Ь— объем пробы, взятой для титрования, мл.

При приготовлении аммиачного буферного раствора к 20 г хлористого аммония приливают 20% раствора аммиака и дово­дят общий объем раствора до 1 л.

Жидкий экстракт кофе контролируют на содержание сухих веществ и рН. ты.,*, .. .-..я-* >

Процентное содержание сухих вєщєстб определяют рефрак­тометром в жидком экстракте, отбираемом из каждого экстрак­тора, а также не менее двух раз в смену в средней пробе из тан­ка, где экстракт хранится перед сушкой; рН определяют также не реже двух раз в смену в средней пробе жидкого экстракта по­сле определения в ней процентного содержания сухих веществ. При определении рН экстракт из танка предварительно разводят дистиллированной водой до 2%-ной концентрации.

Порошок сухого экстракта из сушилки в каждом контейнере контролируют на объемную массу и влажность.

В ходе технологического процесса не менее трех раз в смену проверяют стерильность тары, качество отбортовки и обдувки жестяных банок. Не менее шести-семи раз в смену контролируют качество закатки жестяных банок, массу нетто готовой продук­ции, упакованной в банки.

Растворимый кофе должен иметь следующие органолептиче - ские и физико-химические показатели: цвет — коричневый раз­ной степени интенсивности; консистенция — порошкообразная, однородная, без комков; аромат — свойственный данному про­дукту, без посторонних привкусов и запахов; растворимость — в горячей воде полная, без осадка, в течение 30 с, в холодной воде (20°С) — то же, в течение 3 мин, влажность — 4,0% при выпуске с производства и 6,0% по окончании гарантийного срока хране­ния; содержание кофеина и золы — соответственно не менее 2,8 и 10% (в пересчете на сухое вещество); рН напитка — не менее 4,7; содержание металлопримесей — не более 3 мг на 1 кг про­дукта.

Рецептуры и нормы расхода сырья

Растворимый кофе готовят из смеси натураль­ного кофе I и II сорта по одной из приведенных в табл. 55 ре­цептур.

В качестве кофе I сорта применяют Сантос, Парана № 4, ин­донезийский Робуста, индийский Робуста, вьетнамский Арабика 2, Джимма и др. В качестве кофе II сорта применяют: для рецептуры 1 — Робуста Камерун, Робуста Танзания, Робуста Берег Слоновой Ко­сти; для рецептуры 2 — Робу­ста Того, африканский Робу­ста, гвинейский Робуста, Ро­буста Ангола и для 3 рецеп­туры — вьетнамский Робуста.

Норму расхода кофе в зернах на 1 т растворимого кофе ус­танавливают на основе замера выхода полуфабриката и готово­го продукта. Принятая норма расхода сырого кофе — 3280 кг на 1 т растворимого кофе.