速溶咖啡增香工藝專利技術綜述

◎ 盧 坤，楊凌寒

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

咖啡是一種嗜好性飲料，具有獨特的風味，咖啡的香氣是評價其質量的重要指標，咖啡的口感和風味等因素甚至比其營養作用更加重要[1]。目前，速溶咖啡是咖啡市場的最主要產品形式[2]。傳統速溶咖啡的生產工藝通常包括預處理→焙炒→磨碎→萃取→濃縮→干燥[3]。在制備速溶咖啡的過程中，由于多個加工環節中需要使用較高溫度，導致咖啡中的大量風味成分在加工過程中散失或者被破壞，因此，由上述工藝得到的速溶咖啡粉通常缺乏消費者所期望的現煮咖啡的香氣[4-5]。

1 專利申請量趨勢及申請人概況

通過對CNABS和VEN數據庫中檢索獲得的該領域的相關專利文獻進行梳理和分析后發現，國外速溶咖啡增香工藝專利技術最早誕生于1901年，1901—1960年是萌芽時期，期間僅有8件申請。1960—1990年是快速發展時期，申請量迅速增長，期間共有115件申請。1990年以后，經過多年的發展，工藝已較為成熟，因此專利申請量相對有所下降并趨于平穩，共有68件申請。19世紀80年代起，我國專利制度初步建立，國外咖啡廠商進入中國，搶占速溶咖啡市場，因此，申請量上升較快，保持穩定的發展趨勢，至今共有82件申請。

國外專利申請中申請量占前五位的申請人依次為通用食品（62件）、雀巢（30件）、寶潔（18件）、弗門尼舍有限公司（9件）和卡夫（6件）。國內依次為雀巢（32件）、卡夫（5件）、通用食品（3件）、寶潔（3件）以及皇家戴維艾格伯茨有限公司（3件）。

2 速溶咖啡增香工藝專利技術分析

通過對該領域的專利技術進行梳理，得出了速溶咖啡增香工藝專利技術的幾個主要技術分支。

2.1 回收香氣成分后直接回填（1901-）

早期的專利申請多是在加工過程中通過使用惰性氣體或者蒸汽作為載體收集咖啡中的芳香物質，將其直接與可溶咖啡粉接觸或者冷凝得到揮發油后摻入可溶咖啡粉中。例如，US735777A[6]提取了焙炒和磨碎咖啡中的揮發油，加入咖啡水提液中，然后干燥；US2306061A[7]使用惰性氣體作為載體提取焙炒和磨碎咖啡中的香氣成分，然后加入咖啡萃取物中。這種方法通過咖啡粉的表面吸收芳香物質，香氣的吸收非常有限，且吸收之后容易散失，儲藏時易氧化。

2.2 回收香氣成分后溶于油性基質后回填（1940-）

考慮到芳香物質的不穩定性，后續的專利技術將芳香物質和油性基質結合，使其變得穩定。選擇油性基質是作為芳香物質的儲存和釋放基質，這種基質能補充感官刺激但對產品的特征香味沒有影響，使用的油性基質有可可脂、甘油三酯、咖啡油等。例如，GB744757A[8]使用氯仿作為載氣提取芳香物質，冷凝之后加入可可脂，然后與咖啡萃取物形成乳液，最后干燥形成可溶咖啡產品。US3148070A[9]使用咖啡油作為芳香物質的基質，然后將含有芳香物質的咖啡油加入可溶咖啡粉中。

使用甘油三酯，尤其是咖啡油作為芳香物質的基質提高了芳香物質的穩定性，使其能夠被有效保留在咖啡粉中，但是保持效果仍然不理想，且為了使咖啡的香氣更加濃郁，則需要使用更多的咖啡油，這會導致咖啡在沖泡時飲料的表面上聚集一層油膜，這種油膜會降低消費者對產品的接受度。

2.3 回收香氣成分的凈化（1960-）

在使用蒸汽或者惰性氣體來萃取咖啡豆中的芳香物質時，所得到的芳香物質中既含有期望的芳香成分，也含有不良風味成分，如揮發性有機酸，粗糙感風味物質、焦油以及泥土類氣味成分?？Х戎械挠袡C酸含量有限量要求，如果酸含量過高，則咖啡的口感不好，如果蒸餾得到的咖啡芳香物質中含有較多的有機酸，則限制了芳香物質的加入量，從而使咖啡風味變淡。從19世紀60年代開始，研究者們開始意識到這個問題，因此出現了較多的對芳香物質進行進一步處理為主題的專利技術。例如，GB4479063A[10]使用分餾柱除酸；US3476566A[11]向焙炒咖啡中加水，然后加熱，蒸發掉至少一部分的水分，初步蒸發可除去粗糙、焦油以及泥土類的氣味成分，還能除去部分二氧化碳；US3615666A[12]將蒸餾冷凝物加熱至80～140 ℉，可以減少有機酸的含量；US5087469A[13]使用具有硅氧烷結構的聚合體吸附劑吸附芳香物質中的期望成分。

2.4 回收香氣成分的包埋與密封，咖啡膠囊（1970-）

使用甘油三酯尤其是咖啡油作為芳香物質的基質提高了芳香物質穩定性，使其能被有效保留在咖啡粉中，但是保持效果仍然不理想，且容易產生異味。因此，從19個世紀70年代開始，對芳香物質進行包埋和密封成為研究的熱點之一。

通用食品在專利CA837021A[14]提出了初步的研究成果，即將咖啡油與固形物含量為25%的咖啡萃取物混合，均質，加入香氣冷凝液，攪拌均勻，將混合物噴灑到速溶咖啡粉上，然后進行真空干燥得到速溶咖啡產品。該專利首次提出了使用具有一定固形物含量的咖啡萃取物來包埋芳香物質，干燥之后，芳香物質油滴被咖啡粉所包裹，有利于維持香氣的穩定性，但是該方法在后續的真空干燥過程中仍會損失一定 量 的 香 氣。NL174322C[15]、WO1981001094A[16]等提出使用具有孔狀結構的咖啡固體作為基質，這類產品的缺點是產品穩定性依賴于可溶咖啡粉的結構。GB1204578A[17]、US4045586A[18]、US4576826 A[19]等提出在芳香物質冷凝液中加入穩定劑，穩定劑為水溶性的碳水化合物、天然膠體、多糖、明膠等物質，然后進行冷凍干燥，在干燥過程中，穩定劑將芳香物質包埋，形成穩定的芳香化粉末，但是仍存在成膜效果差、包封率低、維持時間短等問題，后續干燥過程中導致香氣成分的損失。

US5580593A[20]提出用水溶性碳水化合物基成膜劑和食用油形成水包油乳液，將水包油乳液噴灑到速溶咖啡粉上，噴灑之后咖啡粉的含水量低于5%。覆蓋于可溶咖啡粉上的水包油乳液液滴迅速干燥，形成成膜劑包裹油芯的膠囊，膠囊粘附于粉末。該方法具有膠囊壁好，香氣保留效果好；溶于熱水時能夠快速釋放香氣；膠囊無需進行后續的干燥或者熱處理，因此不會導致香氣二次損失等優點。

此外，雀巢公司在US5399368A[21]、US5750178A[22]等專利中提出將可溶咖啡固體加熱形成熔化的可溶咖啡固體，加入含有芳香物質的基質，形成混合物，將混合物擠入高壓區域，保持，直至熔化的混合物固化形成硬的玻璃狀物質，將其粉碎成咖啡顆粒的技術方案。CN101005765A[23]提出使用超濾或采用PVP/PVPP處理咖啡萃取物以選擇性除去芳香劑分解化合物，并將芳香劑化合物封裝在食品聚合物的玻璃狀基質中。MX2015015787A[24]提出使用蛋白質、肽、多糖和多酚等與咖啡油形成乳劑，濃縮、干燥后加入咖啡粉中。

2.5 作為回收香氣成分載體的基質的改進（1990-）

US4835002A[25]提出將咖啡油微乳化，微乳的粒徑小，因此在沖泡時形成肉眼難以覺察的液滴，解決了表面浮油的問題，且微乳的比表面積大，在沖泡時，香氣能夠較快地釋放。該專利的不足在于其加入了表面活性劑、乙醇等輔料以便于形成微乳，這些物質在食品領域屬于添加劑，不易被消費者接受。

雀巢公司對上述專利進行了改良，在US5576044A[26]、US5496574A[27]提出，使用水解咖啡油，其能夠在加入熱水的條件下自發形成水包油微乳液，其粒徑低于100 nm，該技術避免了使用表面活性劑。

US6544576B2[28]、CN1487796A[29]提出，當使用固體載體時，由于在重新水合的過程中重新水合的液體擴散進入顆粒，抑制了香味向外逆向擴散，所以發香能力很低。當使用常規的液體載體時，發香能力同樣很差，不論它們是否包封。那些水溶性的載體有著和可溶性固體載體同樣的問題。水向載體的流入抑制了香味的向外擴散。該專利提出了新一代的香氣載體，將揮發性的咖啡香料與揮發性有機載體結合，創造了一種揮發性的咖啡香味組合物，它在咖啡飲料配制時能提供良好的充滿咖啡香味的最初感覺，同時避免了上述的表面油跡殘留和在飲用時發香能力弱的問題。

2.6 速溶粉中摻入咖啡原粉（1980-）

這種方法直接在速溶咖啡粉中摻入焙炒與磨碎的咖啡細粉，優勢在于產品的香氣極為純正濃郁，因為產品中摻入了焙炒與磨碎的咖啡細粉，因此香氣更好，這類產品的出現與發展使得速溶咖啡的產品品質得到了較大的提升。KR830001619 A[30]通用食品提出將焙炒咖啡在液氮-45 ℃條件下研磨粉碎，與可溶咖啡粉混合。這種初期產品的缺點在于流動性不好，而且不容易用匙舀出。US4594257A[31]通用食品提出通過附聚形成附聚咖啡，附聚咖啡解決了產品流動性不好以及不容易用匙舀出的問題，且具有與焙炒和磨碎咖啡相似的外觀。

CN1081829A[32]卡夫通用食品提出焙炒咖啡在空氣中研磨特別是在不冷卻的情況下，香味的加速喪失和降鮮是顯而易見的，而采用水濕磨法又會使風味、穩定性和分散性等性能變差，因此提出在食用油中研磨含水量小于5%的經焙炒和研磨的干咖啡豆，使得磨碎的豆粒徑為0.1～20.0 μm，從而得到穩定且強烈的咖啡風味和咖啡香味。GB2520342A[33]卡夫食品提出將烘焙研磨的咖啡在咖啡油中研磨。CN103549092A[34]星巴克公司提出在可溶咖啡粉中加入極細研磨的焙炒與磨碎的咖啡粉。

3 結語

在消費者心中，速溶咖啡歷來被認為是低端的咖啡產品，速溶咖啡永遠不可能像現煮咖啡那樣可口，而通過將速溶咖啡粉與研磨咖啡原粉結合，可以實現“跟現煮咖啡一樣美味可口的速溶咖啡”，可見這一定程度上代表了未來高品質速溶咖啡的發展方向，但是存在焙炒與磨碎的咖啡細粉容易在杯底沉積的問題。