Аркатова, Анастасия Сергеевна. Разработка технологии получения натурального ароматизированного молотого кофе

Краткое описание

Аркатова, Анастасия Сергеевна. Разработка технологии получения натурального ароматизированного молотого кофе : диссертация ... кандидата технических наук : 05.18.05 / Аркатова Анастасия Сергеевна; [Место защиты: Кубан. гос. технол. ун-т].- Краснодар, 2013.- 156 с.: ил. РГБ ОД, 61 14-5/1763

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

04201456124

АРКАТОВА Анастасия Сергеевна
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ НАТУРАЛЬНОГО АРОМАТИЗИРОВАННОГО МОЛОТОГО КОФЕ
05.18.05 - Технология сахара и сахаристых продуктов, чая, табака и субтропических культур
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук,
профессор Татарченко И.И.
Краснодар - 2013
ОГЛАВЛЕНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ОТЕЧЕСТВЕННОЙ И ЗАРУБЕЖНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЙ 12
1.1 Технологии получения кофе и кофейных напитков 12
1.1.1 Способы обжаривания зеленого кофе 12
1.1.2 Растворимые кофейные напитки и кофейные экстракты 17
1.1.3 Антиоксидантная активность зерен кофе 24
1.2 Технологические процессы по улучшению качества кофе 26
1.2.1 Ароматизация кофе 26
1.2.2 Декофеинизация кофе 33
1.2.3 Совершенствование способов хранения кофе 39
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 41
2.1 Объекты исследований 41
2.2 Методы исследований 45
2.2.1 Дегустационная оценка качества 46
2.2.2 Определение физико-химических показателей качества 47
2.2.3 Характеристика показателей безопасности 53
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 55
3.1 Разработка технологии получения натурального ароматизированного молотого кофе 55
3.2 Разработка технологической линии по производству натурального ароматизированного молотого кофе 58
3.3 Органолептическая оценка экспериментальных образцов кофе и их сравнение с исходным сырьем 64
3.4 Изменение физических свойств экспериментальных образцов кофе и
их сравнение с исходным сырьем 71
з
3.4.1 Определение массовой доли влаги в кофе зеленом сыром и кофе мо¬лотом 74
3.4.2 Определение массовой доли общей золы и золы, не растворимой в соляной кислоте 78
3.4.3 Определение содержания экстрактивных веществ 80
3.4.4 Определение содержания кофеина 82
3.5 Определение показателей безопасности натурального ароматизиро¬ванного молотого кофе 84
3.6 Изучение влияния способов обжарки кофе на его физические и хими¬ческие параметры 86
3.7 Исследование влияния степени обжарки и сорта кофе на его феноль¬ные фракции 90
3.8 Получение новых видов кофе с добавлением натурального аромати¬зированного молотого кофе 105
4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ 116
4.1 Производственные испытания разработанной технологии получения натурального ароматизированного молотого кофе 116
4.2 Экономический эффект от внедрения разработанной технологии по¬лучения натурального ароматизированного молотого кофе 118
ВЫВОДЫ 124
ЛИТЕРАТУРА 126
ПРИЛОЖЕНИЕ 138
A. Проект технических условий на кофе натуральный молотый аромати¬зированный 138
Б. Акты об использовании результатов АНР в производстве 139
B. Акты об использовании результатов АНР в учебном процессе 144
Г. Патенты на изобретения и полезную модель 149
Введение
Актуальность темы исследований. С него начинают утро две трети жителей Земли. Кофе - величайший путешественник всех времен и народов. В Европе кофе известен всего 300 лет, на самом же деле - он отметил свой тыся¬челетний юбилей.
Кофе на сегодняшний день один из самых популярных и любимых на¬питков. В чем же секрет популярности? В первую очередь, естественно, бод¬рящий вкус, от которого улучшается самочувствие, повышается работоспособ¬ность и соответственно настроение. Аромат свежеприготовленного кофе вряд ли оставит кого-либо в равнодушии.
Кофе с древних времен прочно вошел в жизнь человека, обворожил своими вкусовыми и целебными качествами, и тем самым заслужил достойное признание.
Современные сорта кофе и формы выпуска настолько разнообразны, что удовлетворят вкус практически любого почитателя этого напитка: кофе в зер¬нах и молотый, растворимый и в гранулах - все виды и торговые марки дарят отменный вкус и заряд энергии. Кофе употребляют с сахаром или не сладким, с молоком или со сливками, с лимоном, коньяком, а также можно употреблять кофе с различными ароматными добавками на основе сухих сливок и молока, которые придают напитку индивидуальный изысканный вкус.
Сегодня производство кофе - гигантская отрасль, в работе которой заня¬ты свыше 20 миллионов человек по всему миру. Этот ценный товар занимает второе место после нефти на международных рыночных торгах. С учётом того, что ежегодно употребляется более 400 миллиардов чашек кофе, это - самый популярный напиток во всём мире. В одной только Бразилии около пяти мил¬лионов человек занимаются выращиванием и сбором урожая с более чем трех миллиардов кофейных деревьев.
Рынок кофе включает несколько сегментов: кофе натуральный жареный (зерновой и молотый), натуральный растворимый (сублимированный, гранули-
рованный и порошкообразный) и кофейные смеси. Основная доля производства натурального кофе приходится на натуральный растворимый и натуральный жареный кофе. Быстрый рост объемов производства натурального растворимо¬го кофе, который наблюдался в России с 2006 г., был обусловлен запуском в производство России новых кофейных фабрик компаний «Нестле» и «Крафт Фудс». В период с 2002 по 2012 год темпы прироста розничных продаж кофе в России составляли порядка 15-20% в год. В 2012 году в Россию было ввезено около 50 тыс. т зеленого кофе. Всего в 2012 году в России было произведено 40 тыс. т. готового продукта, из которых 15 тыс. тонн пришлось на натуральный кофе в зернах и молотый и 25 тыс. тонн - на натуральный растворимый кофе. Ежегодный рост кофейного рынка России составляет 10-15 %.
В июне-июле 2009 года почти 55% кофейного рынка в объемном выра¬жении приходилось на растворимый кофе. Более 24% продаж принадлежали кофе в цельных или молотых зернах. Остальные доли занимали растворимый кофе с добавками - сухое молоко, сахар и другие - и кофейные напитки. Такое соотношение долей рынка достаточно стабильно на протяжении последних лет. Несмотря на кризис, в сегменте растворимого кофе наблюдается долго¬срочная тенденция переключения потребителей с дешевой продукции на более дорогую. Можно предположить, что кофе - это не та категория, на которой потребитель готов экономить. Потребитель, скорее, будет покупать меньшими объемами, но по-прежнему хороший, качественный продукт, к которому он привык. Кроме того, в кризис кофе можно причислить к категории продуктов «маленьких радостей» для потребителя, он может сэкономить на других това¬рах повседневного спроса, в том числе и для того, чтобы иметь возможность купить тот напиток, который ему нравится.
Однако в наши дни все более актуальной становится забота о своем здо¬ровье, в СМИ появляется все больше информации о пользе натурального ко¬фе. Потребители понимают, что растворимый кофе зачастую содержит хими¬ческие добавки, а теперь модно пить и есть все натуральное.
Традиция ароматизации кофейных зерен такая же старая, как и традиция
употребления кофе. Первым ароматизатором для кофейных зерен была корица.
Идея ароматизировать кофе возникла очень давно на Востоке. Арабы, жившие на территории современного Йемена, при заваривании кофе добавляли в него различные пряности. Они усиливали вкус и аромат напитка. Добавками служили корица, кардамон, гвоздика, имбирь, ванилин. На Западе же предпо¬читают пить кофе с коньяком или ликером.
Для создания ароматизированного кофе, добавки вводятся на стадии об¬жарки зерен. Может создаваться впечатление, что непосредственно зерна кофе обладают этим приятным чарующим ароматом, но в действительности все об¬стоит несколько иначе. Этот эффект кофе приобретает после того, как зерна обжариваются с добавлением ароматических масел. Таким образом, поверх¬ность обжаренного зерна пропитывается выбранным ароматом. Однако осно¬вой ароматизированного кофе остаются все-таки кофейные зерна, а позже вво¬дится выбранный аромат. Сейчас легко можно попробовать кофе с нотами ва¬нили или миндаля, орехов, апельсина, земляники, вишни, шоколада, и еще со многими и многими другими наполнителями.
При изготовлении ароматизированного кофе возможности практически безграничны. Вы, если пожелаете, можете отведать кофе, с рядом, так сказать, стандартных ароматов: ванили или фундука. Также, можно выпить кофе с изы¬сканным букетом: тут на сцену выходят пикантные ноты гвоздики и корицы, исполняя соло или дополняя прочие ароматы. Последние ароматизированные виды кофе предлагают такие эффекты как вкус и аромат шоколада или, даже, эффект добавления ликера или коньяка. Различные добавки придают кофейно¬му напитку определенный экзотический вкус: ликера, шоколада, ягод, фруктов, орехов, а также острых и пряных специй.
Некоторые люди предпочитают самостоятельно ароматизировать кофе, при этом добавляя в напиток такие, казалось бы, несовместимые с кофе пряно¬сти, как чеснок и перец. Однако добавить в готовый напиток ликер, лимон или перец — дело нехитрое. Но нужно знать, что только сами ароматизированные кофейные зерна сохранят аромат надолго.
Профессиональные ароматизаторы для кофе изготавливают на натураль¬ной основе - без добавления красителей и алкоголя. Они имеют свойство со¬хранять аромат напитка при высокой температуре, не сворачиваются в нем, не меняют его цвет и не дают побочных привкусов. Ароматизированный кофе имеет свои преимущества.
В настоящее время российские потребители отдают предпочтение нату¬ральному жареному в зернах и молотому кофе. Разработаны различные техно¬логии производства жареного кофе, а также ароматизированного в зернах и молотого кофе. Существующие способы производства ароматизированного кофе предполагают нанесение ароматизатора на уже размолотый кофе, обжа¬ривание зерен кофе с добавлением ароматических масел, и механическое сме¬шивание молотого кофе с ароматизатором. Напитки, приготовленные из кофе, произведенного этими способами, обладают слабым ароматом и посредствен¬ным вкусом из-за существующих недостатков применяемых технологий и по¬тери ароматических веществ в процессе технологической обработки и хране¬ния кофе. При ароматизации кофе путем смешивания обжаренных зерен с ароматизатором, аромат и вкус внесенного ароматизатора в готовом напитке «забивает», а не усиливает аромат, вызываемый нативными ароматическими веществами кофе, из-за которых он употребляется.
Поэтому разработка эффективной технологии получения натурального ароматизированного молотого кофе является актуальной.
Степень разработанности темы. В диссертационной работе разработа¬ны, экспериментально подтверждены, а также адаптированы в условиях дей¬ствующего производства способ получения натурального ароматизированного молотого кофе, технологическая линия по производству натурального арома¬тизированного молотого кофе, новые виды кофе с добавлением натурального ароматизированного молотого кофе.
Цель и задачи исследований. Целью исследований явилась разработка технологии получения натурального ароматизированного молотого кофе, по¬зволяющей получить продукт высокого качества за счет сохранения нативных
ароматических веществ кофе и внесению ароматизаторов.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
-изучить и проанализировать отечественную и зарубежную научно- техническую и патентную литературу по теме исследований.
- исследовать особенности ароматических веществ и возможности при¬менения С02-экстрактов, полученных из растительного ароматического сырья (плодов миндаля, перца душистого, сухой персиковой выжимки, черного и зеле¬ного чая).
- разработать технологию получения натурального ароматизированного молотого кофе путем ароматизации зерен жареного кофе С02-экстрактом рас¬тительного ароматического сырья и молотого кофе эмульсией, полученной на основе растительного ароматического сырья; разработать технологическую ли¬нию по производству натурального ароматизированного молотого кофе.
-произвести комплексную органолептическую оценку натурального мо¬лотого кофе с внесенными в него экстрактами растительного ароматического сырья.
- определить изменение физико-химических показателей натурального молотого кофе, ароматизированного различными экстрактами.
- установить влияние вносимых ароматических веществ на химический состав натурального молотого кофе и вкусовые качества приготавливаемого кофейного напитка.
- исследовать влияние сорта кофе и степени обжарки на содержание в
нем
соединений фенольных фракций; выявить влияние интенсивности тепло¬вой обработки при обжарке зеленого кофе на антиоксидантную активность приготавливаемого из него кофейного напитка.
- выявить возможность и целесообразность получения новых видов кофе на основе натурального ароматизированного молотого кофе.
- разработать технические условия для нового вида продукта и провести опытно-промышленную апробацию разработанной технологии получения на¬турального ароматизированного молотого кофе в производственной лаборато¬рии предприятия ООО «Кофе ОМНИ» (г. Краснодар).
- расчет ожидаемого экономического эффекта от использования предла¬гаемой технологии получения натурального ароматизированного молотого ко-
Научная новизна. Научная новизна исследований заключается в теоре¬тическом обосновании разработки технологии получения натурального арома¬тизированного молотого кофе путем ароматизации зерен жареного кофе С02- экстрактом растительного ароматического сырья и молотого кофе эмульсией, полученной на основе выбранного растительного ароматического сырья.
Впервые исследовано влияние сорта кофе и степени его обжарки на анти- оксидантные свойства приготавливаемого кофейного напитка. Теоретически и экспериментально обоснованна целесообразность и эффективность применения натуральных ароматизаторов, полученных из растительного ароматического сырья.
Исследовано влияние способов обжарки кофе на его физические и хими¬ческие показатели. Впервые практически подтверждена возможность использо¬вания натурального ароматизированного молотого кофе в качестве добавки к растворимому кофе.
Впервые проведено измельчение ароматизированного кофе в среде сжи¬женного диоксида углерода с целью получения продукта высокого качества. На основе результатов органолептической оценки и физико-химических исследо¬ваний установлено улучшение качества полученного по разработанной техно¬логии натурального молотого кофе, ароматизированного С02-экстрактами пло¬дов миндаля, перца душистого, сухой персиковой выжимки, черного и зеленого чая; органолептические показатели экспериментальных образцов имели более высокие дегустационные оценки (9-10 баллов) по сравнению с контрольными. Содержание экстрактивных веществ в образцах кофе, полученных по разрабо¬танной технологии, увеличивается на (0,1-0,5%), что служит подтверждением улучшения качества приготавливаемого кофейного напитка.
Новизна технологических и технических решений подтверждена пятью патентами РФ на изобретения и одним патентом РФ на полезную модель.
Теоретическая н практическая значимость работы. Разработана тех¬нология получения натурального ароматизированного молото кофе; разработа¬но 5 новых видов натурального ароматизированного молотого кофе с исполь¬зованием в качестве ароматизаторов ССЬ-экстрактов из плодов миндаля, перца душистого, сухой персиковой выжимки, черного и зеленого чая.
Проведены производственные испытания и получены акты о внедрении разработанной технологии на предприятии ООО «Кофе ОМНИ» (г. Краснодар). Разработаны ТУ-9198-374-02067862-2013 на новые виды кофе и способы про¬изводства ароматизированного молотого кофе (патенты на изобретения РФ №№ 2364180, 2365182, 2363224, 2366256 и 2364185), которые рекомендованы к внедрению в производство. Ожидаемый экономический эффект от внедрения и реализации предлагаемых новых видов кофе составит 10535 руб. на 1 т гото¬вой продукции. При среднегодовом объеме производства молотого кофе на ко¬фейной фабрике производственной мощностью в 5000 т экономический эф¬фект составит 52 млн. руб.
Методология и методы исследований. При проведении исследований использовали стандартные методы анализа, применяемые в кофейной отрасли. Оценку органолептических свойств осуществляли по ГОСТ Р 52088, физико¬химических свойств образцов кофе - по ГОСТ Р 53068, ГОСТ Р 52795, ГОСТ Р 52613, ГОСТ Р 52088, и показателей безопасности - по ГОСТ 10444.12, ГОСТ Р 51301, ГОСТ 26930, ГОСТ Р 51301, ГОСТ 26927, ГОСТ 30711.
Обработку экспериментальных данных проводили методами математиче¬ской статистики с использованием компьютерной программы "Microsoft Excel" и Statgraf. Результаты считали статистически достоверными при Р

Список литературы

ВЫВОДЫ
1. На основе проанализированной научно-технической литературы и па¬тентной информации по теме исследования с глубиной поиска 15 лет теорети¬чески и экспериментально обоснован выбор и возможность применения в каче¬стве ароматизаторов С02-экстракгов ароматического растительного сырья.
2. Выбранное растительное сырье (миндаль, перец душистый, сухая перси¬ковая выжимка, черный и зеленый чай) благодаря высокому содержанию токофе¬ролов фенольного типа (1-2 %) способствовало повышению антиоксидантных свойств готового продукта.
3. На основании комплекса технологических исследований разработана технология получения натурального ароматизированного молотого кофе путем использования ароматизации зерен жареного кофе С02-экстрактами ароматиче-ского растительного сырья и молотого кофе эмульсиями, полученными на ос¬нове растительного сырья, и реализована в производственных условиях.
4. Органолептические показатели у образцов натурального молотого кофе с внесенными в него ароматизаторами имеют более высокие дегустационные показатели. По внешнему виду и цвету, аромату и вкусу образцы кофе, полу¬ченные по разработанной технологии, имеют более высокую балльную оценку (9-10 баллов), чем контрольные образцы(7-8 баллов).
5. Определены физико-химические показатели кофе натурального моло-того, ароматизированного СОг-экстрактами миндаля, перца душистого, сухой персиковой выжимки, черного и зеленого чая. Неизменными по сравнению с контрольными образцами, не обработанными ароматизаторами, остаются такие показатели как массовая доля влаги (3,1 -4,9%), массовая доля общей золы (4,0- 5,9%) и золы, нерастворимой в соляной кислоте (0,06-0,1%).
6. Содержание экстрактивных веществ в образцах кофе, полученных по разработанной технологии, увеличивается на (0,1-0,5%), что служит подтвер¬ждением улучшения качества кофейного напитка. Содержание кофеина увели¬чивается на 0,07-0,08%.
7. Установлено преимущество использования таких натуральных арома¬тизаторов как СОг-экстракты плодов миндаля, перца душистого, сухой персико-вой выжимки, черного чая и зеленого чая при исследовании влияния сорта кофе и степени обжарки на содержание фракций фенольных соединений. Показано, что на антиоксидантную активность в напитках из средне и сильно прожарен¬ного кофе отрицательно влияет интенсивность тепловой обработки (средний относительный вклад NPF в общие операции очистки напитков, сваренных из сильно прожаренных образцов кофе, составил 19,3±4,9%).
8. Экспериментально подтверждена целесообразность получения новых видов кофе с добавлением натурального ароматизированного молотого кофе. Выявлена возможность использования натурального ароматизированного мо¬лотого кофе (10%) в качестве добавки к натуральному растворимому кофе.
9. Предложенная технология опробована в производственных условиях и внедрена в производственной лаборатории предприятия ООО «Кофе ОМНИ» (г. Краснодар), получены акты внедрения разработанной технологии получения натурального ароматизированного молотого кофе; разработаны ТУ-9198-374- 02067862-2013 на новые виды кофе.
10. Ожидаемый экономический эффект от внедрения и реализации предла¬гаемых новых видов кофе составляет 10535 руб. на 1 т готовой продукции; при среднегодовом объеме производства молотого кофе на кофейной фабрике про¬изводственной мощностью в 5000 т экономический эффект составит 52 млн. руб.
126
ЛИТЕРАТУРА
1. Воробьева Л.Н., Татарченко И.И. Товароведение материалов пищевкусо¬
вых производств, - Ростов-на-Дону, Издательство «Донской табак», 2005, 280с.
2. ГОСТ Р 51881-2000 Кофе натуральный растворимый. Общие технические
условия. - Москва, ИПК издательство стандартов, 2002.-12с.
3. ГОСТ Р 52088-2003 Кофе натуральный жареный. Общие технические ус¬
ловия. - Москва, ИПК издательство стандартов, 2003. -16с.
4. ГОСТ Р 52612-2006 Кофе натуральный растворимый. Определение мас¬
совой доли влаги при температур 70°С и пониженном давлении. - Мо¬сква, Стандартинформ, 2007. -7с.
5. ГОСТ Р 52613-2006 (ИСО 10095:1992) Кофе. Определение массовой доли
кофеина. Метод высокоэффективной жидкостной хроматографии. - Москва, Стандартинформ, 2007.-8с.
6. ГОСТ Р 52794-2007 (ИСО 11294:1994) Кофе жареный молотый. Метод
определения массовой доли влаги при 103°С. - Москва, Стандартин¬форм, 2008. -7с.
7. ГОСТ Р 52795-2007 (ИСО 11817:1994) Кофе жареный молотый. Опреде¬
ление массовой доли влаги. Метод Карла Фишера. - Москва, Стандар¬тинформ, 2008.-8с.
8. ГОСТ Р 53068-2008 (ИСО 6673:2003) Кофе зеленый (сырой). Определе¬
ние массовой доли влаги при 105°С. - Москва, Стандартинформ, 2009. - 4с.
9. Гуляев В.Н. Технология пищевых концентратов [Текст]/ В.Н.Гуляев//
Изд-во Факториал/ Москва, 1998. - 304с.
10. Елизарова Л.Г. Экспертиза качества кофе натурального жареного и на¬турального растворимого: Методическое руководство. МР-005-99-М.: Некоммерческая образовательная организация «Московская высшая школа экспертизы», 1999, -32с.
11. Карлин И.П., Семкин Е.П., Кульзин Н.М. Определение факта фальси¬фикации кофейных напитков методом газовой хроматографии. Мате¬риалы межведомственного научно-практического семинара. - Рига, 1979.
12. Касьянов Г.И. Обработка сырья сжиженными и сжатыми газами [Текст]/ Г.И.Касьянов, О.И.Квасенков, И. Нематуллаев, В.В. Нестеров // АгроНИИТЭИПП: Москва, 1993. - 40с.
13. Кореневская-Давыдова Е.В., Доронин А.Ф. Соотношение между кон¬центрацией фосфатов и воспринимаемой кислотностью кофе/ Конди¬тер. и хлебопек. - 2007, № 6, с. 20-22.
14. Космодемьянский Ю.В. Процессы и аппараты пищевых производств [Текст]/ Ю.В. Космодемьянский// Колос: Москва, 1997. - с. 135-162.