咖啡產(chǎn)品的加工技術(shù)研究進(jìn)展

劉鋮珺,黃曉燕,劉麗敏,方 婷,2,*

(1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州 350002; 2.閩臺特色海洋食品加工及營養(yǎng)健康教育部工程研究中心(教育部),福建福州 350002)

咖啡樹是屬茜草科常喬木,原產(chǎn)于非洲埃塞俄比亞西南部高原地區(qū)[1]?？Х葮涔麑?shí)中的果仁經(jīng)過烘培得到的咖啡豆,配合不同的烹煮工具能夠制作出一種深受世界各地消費(fèi)者喜愛的飲料——咖啡[2],咖啡已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)最為普遍的飲品之一。Ciaramelli等[3]研究發(fā)現(xiàn),有75%的常規(guī)軟飲料消費(fèi)都來自于咖啡?？Х戎泻写罅烤哂锌寡趸缘幕衔?因此被視為一種功能性食品[4]。Arendash等[5]指出,咖啡中的咖啡因可以有效治療阿爾茲海默癥,Jia等[6]研究證明咖啡中多種成分能夠預(yù)防2型糖尿病(type 2 Diabetes Mellitus,T2D),通過合理控制咖啡的攝入量可以有效預(yù)防T2D,以及作為飲食干預(yù)手段干預(yù)肥胖管理?？Х茸鳛槿澜缦M(fèi)最廣泛的食品產(chǎn)品之一,對生產(chǎn)和出口咖啡的國家的經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要,咖啡產(chǎn)業(yè)在世界范圍內(nèi)產(chǎn)值每年可以達(dá)到1000億美元[7]。二十一世紀(jì)以來,由于新式產(chǎn)品和飲料配方、新型咖啡機(jī)和街道上咖啡店的推動,全球咖啡消費(fèi)持續(xù)增長[8]。

雀巢基于中國咖啡市場和消費(fèi)者進(jìn)行長時(shí)間的觀察,對速溶、即飲、實(shí)體店等所有細(xì)分品類的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì),2019年中國國內(nèi)咖啡年人均飲用量僅6杯,遠(yuǎn)低于歐美、日本年人均300杯[9]。隨著我國人民生活水平的提高以及咖啡文化的日益盛行,將會不斷刺激咖啡消費(fèi)[10]。隨著時(shí)代的變化,為了滿足消費(fèi)者的需求,咖啡產(chǎn)品的形態(tài)越來越豐富,不只局限于現(xiàn)磨咖啡,市面上出現(xiàn)了瓶裝或者罐裝的即飲咖啡飲料,產(chǎn)生了速溶咖啡如凍干咖啡粉以及冷萃咖啡液,以及需要自行過濾沖泡但風(fēng)味最貼近現(xiàn)磨咖啡的掛濾咖啡,這些產(chǎn)品的加工方式大有不同。

2018年速溶咖啡仍在中國咖啡市場中占比最大,可以達(dá)到68.5%;其次為現(xiàn)磨咖啡,占18.1%;而罐裝或瓶裝即飲咖啡占有10.1%的市場;剩下的市場則是被咖啡豆、膠囊咖啡、掛耳咖啡等小眾的咖啡消費(fèi)方式所占據(jù)[11]。由此可見,未來中國各式咖啡產(chǎn)品均具有巨大的市場潛力,但速溶咖啡仍然是中國咖啡市場的主導(dǎo)部分[12-13]。而影響速溶咖啡粉品質(zhì)的關(guān)鍵是其干燥技術(shù),在干燥階段,存在許多關(guān)鍵變量，如干燥時(shí)間、溫度、氣流、與顆粒接觸的干燥劑的理化特性、干燥層的厚度等[14],探究速溶咖啡的優(yōu)質(zhì)干燥技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。且速溶咖啡粉的干燥技術(shù)仍處于不斷改進(jìn)、突破的過程中。

本文通過對現(xiàn)有不同類型的咖啡產(chǎn)品加工技術(shù)進(jìn)行介紹,并對占市場比重最大的速溶咖啡粉干燥技術(shù)進(jìn)行總結(jié),旨在為中國未來的咖啡市場發(fā)展提供借鑒和理論支持。

1 咖啡產(chǎn)品

1.1 掛濾咖啡

掛濾咖啡,也稱掛耳咖啡,是由咖啡豆經(jīng)過烘培與研磨后,被裝入具有孔隙的無紡布或尼龍材質(zhì)的濾袋中,在密封于獨(dú)立包裝之前充入氮?dú)膺M(jìn)行保鮮的一種便攜式咖啡產(chǎn)品。在飲用時(shí),將濾袋兩邊的“掛耳”掛在杯子兩邊,勻速加入熱水(90～95 ℃最佳)[15],熱水滲過咖啡粉將咖啡液及香氣提取出來,消費(fèi)者根據(jù)喜好加入糖包或奶包攪勻即可飲用。

掛濾咖啡使用的無紡布濾袋是可生物降解的,減少了對環(huán)境的污染[16]。充入氮?dú)獾木唧w操作為對獨(dú)立包裝內(nèi)部抽真空,再充入氮?dú)庖赃_(dá)到氣壓平衡?；诘?dú)鉃槎栊詺怏w、對人體無害的原理,可以有效防止袋外氧氣進(jìn)入,降低袋內(nèi)氧化作用,杜絕咖啡香氣揮發(fā),起到保鮮作用。

掛濾咖啡在烘焙研磨階段進(jìn)行的加工與咖啡店現(xiàn)磨現(xiàn)沖咖啡的制作工藝基本一致。由于食用時(shí)無需經(jīng)過復(fù)雜的加工手段,充氮包裝很大程度上可保持研磨咖啡的香氣,以及便利、環(huán)保型包裝等特點(diǎn)深受消費(fèi)者喜愛。

1.2 即飲咖啡

即飲咖啡(ready-to-drink coffee,RTD coffee),又稱瓶裝或罐裝咖啡,是現(xiàn)代普遍的咖啡飲料,通常以速溶咖啡或者咖啡濃縮液為基礎(chǔ),添加牛奶、奶粉、煉乳或者奶精,以及香精等配料灌裝而成。牛奶、奶粉、煉乳抑或是奶精的選擇會對此類咖啡飲料的品質(zhì)、風(fēng)味、成本造成較大的影響[17]。

罐裝咖啡飲料的制作工藝為:先將烘焙并且研磨好的咖啡粉狀物加入熱水或者冷水萃取(產(chǎn)品風(fēng)味不同)[18],得到咖啡萃取物通入過濾器,過濾掉咖啡渣等雜質(zhì),再加入牛奶、香精、糖等配料進(jìn)行調(diào)制以獲得良好的風(fēng)味,將得到的咖啡飲料轉(zhuǎn)移至容器中,最后經(jīng)過滅菌設(shè)備進(jìn)行殺菌,以避免微生物污染的風(fēng)險(xiǎn)并獲得足夠的貨架期[19]。在即飲咖啡生產(chǎn)中會經(jīng)過超高溫瞬時(shí)殺菌和無菌冷灌裝技術(shù),即在2～8 s內(nèi)將咖啡飲料加熱到指定溫度范圍內(nèi)(135～150 ℃),殺死咖啡飲料中的微生物和細(xì)菌,再迅速冷卻至30～40 ℃[20]。為避免再次受到污染,工業(yè)上運(yùn)用無菌冷灌裝技術(shù)進(jìn)行灌裝[21]?；诳Х蕊嬃蠌募訜岬嚼鋮s經(jīng)歷時(shí)間短,咖啡飲料中的化學(xué)變化小,咖啡飲料能夠保持原有風(fēng)味。

罐裝咖啡也能夠通過巴氏滅菌法實(shí)現(xiàn)滅菌[22]。巴氏滅菌法采用較低的殺菌溫度,能夠保留溶液中微量營養(yǎng)物質(zhì),在殺死致病菌的同時(shí)減少咖啡飲料風(fēng)味的損失。Alongi等[23]使用不同溫度下的巴氏滅菌法發(fā)現(xiàn)蘋果汁中總酚含量隨熱處理強(qiáng)度的增加而增加,而酚類物質(zhì)正是提供咖啡風(fēng)味的重要物質(zhì)。Matsumiya等[24]發(fā)現(xiàn)乳狀液層中的蛋白量與乳液穩(wěn)定性的成正比,κ-酪蛋白和β-乳球蛋白對乳狀液的穩(wěn)定性起著重要作用,可保持罐裝牛奶或咖啡的穩(wěn)定性。Borland等[25]通過蒸汽攝取研磨后咖啡的香氣,從蒸汽中去除低揮發(fā)性咖啡香氣化合物,回收高揮發(fā)性香氣化合物,再添加到咖啡提取物中。這種方法生產(chǎn)的即飲咖啡可使消費(fèi)者在打開罐裝拉環(huán)后立刻感受到釋放出的咖啡香氣,而且不會影響咖啡原有的風(fēng)味。

盡管即飲咖啡被人戲謔稱為咖啡味的糖水,抑或是被重度咖啡愛好者所排斥,也不影響其逐漸擴(kuò)大的市場潛力。為了提高咖啡飲料的風(fēng)味以及穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量,會加入食品添加劑如乳化劑、增稠劑等,也開發(fā)了合適的殺菌技術(shù)。雖然更新鮮的咖啡被現(xiàn)代所推崇,但不可否認(rèn)的是,即開即飲的生活方式正在潛移默化地改變我們的生活。

1.3 冷萃咖啡液

冷萃咖啡液是通過將烘焙且研磨好的咖啡粉與水在低溫環(huán)境浸泡12 h以上,再經(jīng)過過濾萃取而成。在48 h內(nèi),浸泡時(shí)間越長,味道更醇厚。冷萃有效地抑制了咖啡中的單寧在高溫條件下分解產(chǎn)生的焦梧酸帶來的苦澀感[26],更能體現(xiàn)咖啡自身的風(fēng)味。對比熱萃咖啡,如現(xiàn)沖咖啡和掛濾咖啡,在85～95 ℃之間經(jīng)5 min以內(nèi)萃取,最快的意式濃縮咖啡只需18～23 s,遠(yuǎn)低于冷萃咖啡所花時(shí)間[27]。

冷萃咖啡液經(jīng)獨(dú)立條型包裝(每條約20 mL),經(jīng)冷鏈運(yùn)輸售賣,兌水或者加入牛奶即可飲用。在夏天,熱萃咖啡中加入冰塊使之成為冰咖啡,相對于冷萃工藝下的咖啡更加酸澀,研究表明冷萃咖啡中的酸性物質(zhì)會比熱萃咖啡低67%[28-29]。另外,咖啡粉在低溫水中長時(shí)間浸泡,只有小分子風(fēng)味物質(zhì)被萃取,使得冷萃咖啡喝起來口感更順滑、馥郁、層次分明,且回甘明顯[30]。將掛濾咖啡的咖啡包長時(shí)間浸泡于冷水得到的萃取液也類似于冷萃咖啡液。獨(dú)立包裝的便攜冷萃咖啡液在0～10 ℃下能夠保藏90～180 d,在常溫下能保存48 h,全程低溫萃取和冷鏈運(yùn)輸可以很好地保證其香氣不因高溫而損失,口感甘甜滑順。

1.4 速溶咖啡粉

速溶咖啡粉,又稱可溶性咖啡粉的工序或凍干咖啡粉,由烘焙并且磨碎的咖啡豆經(jīng)過過濾,產(chǎn)生濃縮的咖啡萃取物。然后將萃取物烘干使其蒸發(fā)多余的水分獲得干燥的咖啡提取物,制成最后的咖啡混合物。速溶咖啡粉具有獨(dú)特的口感和咖啡因的刺激作用,因其能迅速溶解于熱水,在儲運(yùn)過程中更易儲存,所占空間體積小,而受廣大消費(fèi)者青睞。

速溶咖啡粉通常為罐裝銷售,膠囊咖啡與之相似,但在加工和飲用方面有所不同。膠囊咖啡產(chǎn)品類型為粉狀,使用特殊材質(zhì)的膠囊狀容器包裝并通入惰性氣體保鮮,咖啡膠囊小巧便利,但是需要專用膠囊咖啡機(jī)將高壓熱水注入膠囊才能萃取出咖啡濃縮液。膠囊咖啡與膠囊咖啡機(jī)需要一定的兼容性,膠囊咖啡成本較高,且膠囊材質(zhì)環(huán)保性較差不利于回收再利用,因此膠囊咖啡具有局限性。本文主要針對罐裝速溶咖啡粉的干燥技術(shù)進(jìn)行討論。

Stokes等[31]通過隨機(jī)選擇40名經(jīng)常喝咖啡的受試者,年齡在20～52歲之間(55%的男性,45%的女性),接受速溶咖啡粉與過濾咖啡的感官測試評估,得出結(jié)論,偏好過濾咖啡人數(shù)與其整體接受度呈正相關(guān)。速溶咖啡粉與新鮮過濾咖啡在質(zhì)量與口感上存在一定差異,又因其缺乏過濾咖啡所具有的獨(dú)特風(fēng)味,整體接受度偏低。影響速溶咖啡粉質(zhì)量的因素很多,除了咖啡品種會帶來顯著差異,還與咖啡豆種植環(huán)境的土壤成分、海拔和氣候條件相關(guān),烘焙和干燥也是決定速溶咖啡粉的感官性能質(zhì)量的關(guān)鍵階段。而在干燥階段,干燥時(shí)間、溫度、氣流、與顆粒接觸的干燥劑的理化特性、干燥層的厚度等都是關(guān)鍵變量[14]。由此可見,速溶咖啡的優(yōu)質(zhì)干燥技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵。目前,在速溶咖啡粉生產(chǎn)中,將咖啡萃取物轉(zhuǎn)化為咖啡粉末有兩種常用的脫水工藝,即噴霧干燥和冷凍干燥。

2 咖啡粉干燥技術(shù)

2.1 噴霧干燥技術(shù)

噴霧干燥是將液體食品轉(zhuǎn)化為粉末的技術(shù)。其原理是使用噴霧霧化器在原料中產(chǎn)生液滴噴霧。這些液滴中包含固體組分,通過加熱的氣流的相互作用,液體組分揮發(fā)留下干燥粒子,再進(jìn)行慣性分離或過濾步驟將其篩選分離出來[32]。噴霧干燥通常產(chǎn)生近球形團(tuán)聚體,因此具有良好的流動性[33]。在干燥咖啡液的過程中,流動性隨著液體濃度增加而變差,噴霧過程容易堵塞噴嘴;若濃度過低,粘度變低,表面張力增加,不利于干燥顆粒的形成,所以咖啡液固形物含量應(yīng)控制在30%～40%[34-35]。

干燥技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟且被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)食品粉末,運(yùn)用噴霧干燥技術(shù)干燥橄欖葉提取物,回收率最大可達(dá)到70%,粉狀植物提取物相對于液態(tài)提取物,具有穩(wěn)定性好、貯運(yùn)成本低、能達(dá)到較高的濃度等優(yōu)點(diǎn),干燥所得的提取物可有效作為營養(yǎng)食品的功能性成分[36]。

噴霧干燥技術(shù)成本低,可實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn),但基于其嚴(yán)格的干燥條件,必須建立干燥工藝優(yōu)化模型。Kalkan等[37]測定噴霧干燥法后的榛子油微膠囊化粉末的經(jīng)濟(jì)成本,得出噴霧干燥是最經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)微膠囊材料的方法,成本遠(yuǎn)小于冷凍干燥(30～50倍)。在操作噴霧干燥機(jī)前,需要調(diào)整適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)。針對噴霧干燥技術(shù)干燥水果汁和蔬菜汁,Tontul等[38]研究表明要提前對噴霧干燥參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,才可以獲得生產(chǎn)效率高、品質(zhì)優(yōu)良的粉末。Uscategui等[39]描述了一種用甘蔗汁轉(zhuǎn)化為粉末狀產(chǎn)品的噴霧干燥技術(shù),噴霧干燥條件對粉狀產(chǎn)品的工藝性能和質(zhì)量性能的影響很大,必須建立噴霧干燥工藝的優(yōu)化模型,通過最大限度地提高有效產(chǎn)率、溶解度、容重和粒徑,同時(shí)最小化附著在干燥器壁上的固體顆粒、水分含量和水活度,確定最佳條件,保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

運(yùn)用噴霧干燥技術(shù),干燥過程中的高溫處理會破壞敏感化合物導(dǎo)致產(chǎn)品風(fēng)味喪失。Alaalvar等[40]描述了基于噴霧干燥技術(shù)(進(jìn)口溫度160 ℃空氣流量600 L/h進(jìn)料流量8 mL/min)干燥以鼠尾草和椴樹作為原料提取出的酚類物質(zhì),研制速溶冰茶的方法。由于高溫,噴霧干燥過程中提取的萃取物總酚類物質(zhì)含量TPC降低,造成酚類物質(zhì)的損失。

另外,噴霧干燥技術(shù)的產(chǎn)品穩(wěn)定性較差。Zotarelli等[41]研究了在不添加麥芽糖糊精的情況下,采用噴霧干燥法和膠帶干燥法生產(chǎn)芒果粉,對比了兩種干燥方法作用下的芒果粉末的水分、顆粒密度、孔隙度等,繪制出狀態(tài)圖表明噴霧干燥法下制備的芒果粉的穩(wěn)定性略低于用膠帶干燥法制備的芒果粉。

噴霧干燥技術(shù)已被應(yīng)用于制藥工業(yè),目前主要應(yīng)用于制造溶解度低的小分子藥物,也可應(yīng)用于大型生物分子和生物藥物的加工。雖然噴霧干燥技術(shù)存在局限性,但是在食品、制藥以及各種類型的原料方面扮演了一個重要的角色。在干燥過程中,運(yùn)用噴霧干燥所產(chǎn)生的粉末質(zhì)量不會產(chǎn)生太大的改變,具有很強(qiáng)的可控性[42]。噴霧干燥技術(shù)具有適用性廣泛、可節(jié)省時(shí)間(干燥過程約10～50 s[43])、成本的優(yōu)點(diǎn)[44]。

然而,噴霧干燥技術(shù)生產(chǎn)的咖啡粉通常被認(rèn)為是質(zhì)量較差的咖啡粉末,高溫處理會導(dǎo)致咖啡揮發(fā)物的損失,失去或減少其特有的風(fēng)味及品質(zhì)[45]。Bedade等[46]研究發(fā)現(xiàn),在噴霧干燥過程中生成較高含量的丙烯酰胺等對人體有潛在負(fù)面影響的物質(zhì)。宋美云[35]提出在生產(chǎn)噴霧干燥咖啡過程中可以添加β-環(huán)糊精等具有包裹能力的物質(zhì),回收干燥過程中咖啡揮發(fā)的香氣、減少其風(fēng)味損失,證明了可以加入特殊物質(zhì)保證咖啡產(chǎn)品質(zhì)量的可行性。相比之下,用于速溶咖啡粉的另一種干燥方法,即冷凍干燥,基于低溫和升華,可以保留更多咖啡本身的揮發(fā)性香氣。

2.2 冷凍干燥技術(shù)

冷凍干燥技術(shù)多用于干燥含有熱敏物質(zhì)和易被氧化化合物的食物。基本原理是冷凍的食品產(chǎn)品在極低溫度和壓力下通過升華脫水達(dá)到干燥的目的。

工業(yè)生產(chǎn)脫水食品的最佳干燥方法是冷凍干燥。冷凍干燥與其他干燥方法相比,可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品,在冷凍干燥過程中由于缺乏液相水,加上真空狀態(tài)下缺氧以及低溫條件,微生物反應(yīng)減緩,變質(zhì)反應(yīng)受阻以及減緩,有利于保持最大的生物活性。Araya-Farias等[47]研究了熱風(fēng)干燥和冷凍干燥方法對沙棘果粉中生物活性化合物的影響,得出沙棘在冷凍干燥工藝下的動力學(xué)遠(yuǎn)快于普通空氣干燥,生物活性化合物保留率也更高。這要得益于冷凍干燥過程處于缺氧的狀態(tài)(與氧氣接觸少)。

在質(zhì)量方面,冷凍干燥能保持產(chǎn)物的復(fù)水性,這得益于冷凍干燥獲得開放微觀結(jié)構(gòu)[48]。在醫(yī)藥制造業(yè),固態(tài)藥物比其液體溶液狀態(tài)時(shí)的穩(wěn)定性更高,因此,冷凍干燥法在藥物生產(chǎn)過程中是一個關(guān)鍵步驟[49]。制藥領(lǐng)域中,抗生素、疫苗、多肽和蛋白質(zhì)等物質(zhì)因?yàn)樗拇嬖诙幱诓环€(wěn)定的狀態(tài),需要在干燥的條件下儲存[50]。

Shishir等[51]通過比較冷凍干燥技術(shù)和噴霧干燥技術(shù)對于保存果蔬汁粉末的效果,得出結(jié)論,噴霧干燥廣泛應(yīng)用于食品制造行業(yè),但容易破壞其敏感化合物,且熱效率相對較低,雖然冷凍干燥的是公認(rèn)的最有效的營養(yǎng)粉產(chǎn)品的保護(hù),噴霧干燥性價(jià)比(成本較低,干燥時(shí)間較短,可以實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn))仍是果蔬汁粉體加工的關(guān)鍵技術(shù)。

Rajkumar等[52]研究采用固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜(solid phase microextraction-gas chromatography-mass,SPME-GC-MS)測定比較卷心菜片在熱風(fēng)干燥和冷凍干燥條件下?lián)]發(fā)性化合物成分以及感官品質(zhì),以及分析樣品顏色、復(fù)水率等物理性質(zhì)。結(jié)果表明,冷凍干燥對卷心菜的理化性質(zhì)和揮發(fā)性物質(zhì)影響較小,很好的保留了花青素的特征并產(chǎn)生積極的感官效果,大眾整體接受度提高。并且,低溫狀態(tài)下的冷凍干燥有助于提高品質(zhì)。但是將冷凍干燥技術(shù)用于蔬菜干燥具有成本高、蔬菜產(chǎn)品自身價(jià)值低的問題,沒有很好的發(fā)展前景。

冷凍干燥普遍被認(rèn)為是制造干燥產(chǎn)品較為昂貴的方法。從運(yùn)行成本和能源消耗來看,這是一個昂貴的操作。冷凍干燥的生產(chǎn)成本是噴霧干燥的4倍,是熱風(fēng)干燥的8倍,消耗的能量更能達(dá)到普通熱風(fēng)干燥的4～10倍,這種高成本限制了這種技術(shù)僅用于高價(jià)值產(chǎn)品[53]。目前,冷凍干燥局限于香料草藥、航天食品、軍事或極限運(yùn)動食品以及咖啡或嬰兒速溶配方等特色食品的生產(chǎn)。對于干燥咖啡、香料等高價(jià)值的產(chǎn)品,冷凍干燥技術(shù)顯得十分重要。Ghirian等[54]分別對噴霧干燥法和冷凍干燥法得到的咖啡粉進(jìn)行含水量的測定,凍干咖啡是一種質(zhì)量更高、克服了風(fēng)味和香氣損失的產(chǎn)品。

使用冷凍干燥技術(shù)干燥咖啡,原料通常選用含40%固形物的咖啡濃縮提取物。為了防止芳香類物質(zhì)的揮發(fā)、減少烘干機(jī)過載,初級冷凍階段中的咖啡濃縮物處于0～3 ℃的低溫條件。在冷凍階段,咖啡提取液由液體迅速變?yōu)楣腆w。進(jìn)入破碎和過篩階段,冷凍過程中形成的冰塊首先被破碎成小塊,對顆粒大小進(jìn)行篩選。冷凍的咖啡顆粒被送入干燥室。冰晶中的水分在所需溫度和真空條件下會升華。在此過程中,冷凝器收集升華的水蒸氣,保持干燥室內(nèi)的恒定真空。最后產(chǎn)生凍干的咖啡顆粒[55]。冷凍干燥破碎階段需要進(jìn)行機(jī)械磨碎得到咖啡粉末,然而研磨過程產(chǎn)生的熱量會對咖啡粉末品質(zhì)造成影響,且得到的顆粒大小不均勻,流動性較差[43]。

近年來,消費(fèi)者對加工程度低、質(zhì)量高的食品存在較大需求,凍干食品的市場在不斷擴(kuò)大,并逐漸多元化發(fā)展。隨著人們對咖啡產(chǎn)品需求的日益增長,速溶咖啡市場具有良好前景。Ratti等[56]指出,應(yīng)對新型市場必須對冷凍干燥技術(shù)提出新的需求以及工藝改進(jìn)創(chuàng)新技術(shù),使產(chǎn)品產(chǎn)生附加值。想要將冷凍干燥技術(shù)廣泛應(yīng)用與咖啡干燥,必須對工藝進(jìn)行創(chuàng)新,減少成本便于規(guī)?；a(chǎn)。隨著消費(fèi)者對食品源頭、食品安全、品質(zhì)、天然有機(jī)食品市場的關(guān)注,冷凍干燥粉末的需求必將在今后不斷提高。

2.3 噴霧冷凍干燥技術(shù)

噴霧干燥以低成本提供高生產(chǎn)能力，但因其較高的溫度,最終導(dǎo)致產(chǎn)品的風(fēng)味不佳。另一方面,冷凍干燥克服了風(fēng)味和香氣損失、保持良好質(zhì)量的同時(shí)消耗更多成本[57]。

噴霧冷凍干燥技術(shù)是一種目前在藥物微球制備中廣泛應(yīng)用的技術(shù),它可以很好的結(jié)合噴霧干燥和冷凍干燥的優(yōu)勢。噴霧冷凍干燥技術(shù)干燥咖啡液的過程中,將咖啡液(液體固形物含量處理至30～40%[43])經(jīng)由霧化器霧化成細(xì)小的霧滴(霧化階段),這些霧滴與容器中經(jīng)過制冷的冷空氣接觸,凝固凍結(jié)后經(jīng)最后的升華干燥(冷凍干燥階段[58]),形成流動性良好的多孔球形咖啡粉[59-60]。

Ishwarya等[61]研究了新型噴霧冷凍干燥技術(shù)對于可溶性咖啡加工的適用性。這項(xiàng)技術(shù)能夠保留咖啡特有的低沸點(diǎn)芳香化合物,保留更多的香氣,使咖啡粉末具有良好的溶解性、流動特性,在包裝儲運(yùn)方面有積極意義。因此,噴霧冷凍干燥技術(shù)證明了投入可溶咖啡的生產(chǎn)的可行性,在改善高價(jià)值產(chǎn)品的特性方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

Anandharamakrishnan等[62]研究指出噴霧冷凍干燥技術(shù)干燥時(shí)間約為5～8 h,相對于凍干技術(shù)(8～21 h)可以減少大約30%～60%干燥時(shí)間。香氣成分的擴(kuò)散損失的速率隨著升華速率和總干燥時(shí)間減小,噴霧冷凍干燥條件下的可溶性咖啡標(biāo)記化合物的保留率最大,由于這個原因,噴霧冷凍干燥技術(shù)處理下的咖啡粉末更能保持香氣。

噴霧冷凍干燥技術(shù)過程減少了冷凍干燥產(chǎn)品粉碎的步驟,可以直接產(chǎn)生良好流動性和溶解性粉末的同時(shí)節(jié)省干燥時(shí)間、保留更多香氣,具有良好的研究前景。然而,噴霧冷凍干燥技術(shù)操作復(fù)雜、工序繁瑣、能耗高、成本昂貴[55],具有在真空能源密集型操作和批量模式操作導(dǎo)致的額外成本的局限性[63],更適用于干燥高市場價(jià)值的藥物產(chǎn)品,這也是噴霧冷凍干燥技術(shù)在速溶咖啡粉尚未工業(yè)化的主要原因。

表1 不同干燥技術(shù)比較Table 1 Comparison of different drying technology

3 討論

本文介紹幾款除了現(xiàn)沖咖啡以外的咖啡產(chǎn)品及其加工工藝,簡要探討了三種速溶咖啡粉的干燥技術(shù)。掛濾咖啡能夠最大程度保持研磨咖啡的香氣;罐裝即飲咖啡口味的多元化能夠保持大多數(shù)消費(fèi)者的需要;冷萃咖啡液在低溫下萃取,酸澀感減少且口感更馥郁。速溶咖啡粉干燥工藝的選擇在其生產(chǎn)過程中十分關(guān)鍵,運(yùn)用噴霧干燥所產(chǎn)生的粉末質(zhì)量雖具有很強(qiáng)的可控性且能節(jié)省大量時(shí)間和成本,但是對于干燥高價(jià)值的咖啡粉末來說,高溫處理會導(dǎo)致咖啡揮發(fā)物的損失,影響其特有的風(fēng)味及品質(zhì),過程中容易發(fā)生美拉德反應(yīng),生成較高含量的丙烯酰胺等對人體有潛在負(fù)面影響的物質(zhì)。冷凍干燥基于低溫和升華作用,可以保留更多咖啡本身的揮發(fā)性香氣。同時(shí),也因其成本過高有一定局限性,仍須對冷凍干燥技術(shù)做出工藝改進(jìn)、創(chuàng)新技術(shù)、降低成本、增大附加價(jià)值。噴霧冷凍干燥技術(shù)綜合了噴霧干燥和冷凍干燥的優(yōu)點(diǎn),但是在干燥速溶咖啡方面,技術(shù)尚未成熟,且成本過高,存在很大的市場潛力和研究前景。

4 展望

隨著中國咖啡市場的擴(kuò)大、趨于多元化發(fā)展,人們對咖啡的種類和品質(zhì)有了更高的要求,對目前的咖啡干燥技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善顯得尤為重要。研究咖啡干燥新技術(shù),保證咖啡粉品質(zhì)的同時(shí)又能夠降低成本,以保持咖啡市場競爭性。此外,使咖啡粉原有風(fēng)味最大限度保留是咖啡干燥技術(shù)發(fā)展方向之一,對多種干燥技術(shù)的集成聯(lián)用可以有效提高咖啡粉的品質(zhì)。