• 技術原理

直飲型瓶裝茶和咖啡飲料的連續性生產工藝

便利的瓶裝茶和咖啡飲料,非常符合當今世界消費者日益多變的生活方式。在現代生活中,大多數人的生活都很忙碌,少有空閒時間,消費者都傾向於購買快餐。隨著人們健康意識的增強,瓶裝茶和咖啡飲料逐漸替代了傳統的軟飲料,成為當今消費者的新寵。在此背景下,瓶裝飲料成為另一個炙手可熱的領域。本文便對該類產品推動重要市場區域增長的創新技術進行探討。

目前,茶飲料是世界上第二大消費飲料,僅次於水。茶飲料之所以這麼受到人們的歡迎,不僅源於我們對其健康價值的不斷探究,而且還在於我們對產品包裝的不斷改進,使其更易於消費者飲用。 二十世紀初期,茶與咖啡市場中出現了袋泡茶,這是此行業對簡易包裝最早的研究與開發。隨後,相繼出現了速溶茶、速溶咖啡和冰茶,直至上世紀八十年代,人們又研發了瓶裝茶的咖啡飲料(RTD)。瓶裝飲料為消費者帶來了最大的便利。人們無需任何準備,無論何時何地都可以立即飲用。瓶裝與灌裝飲料也非常易於在市場上售賣,消費者可以通過多種渠道進行購買,例如燃料站、快餐店、餐廳以及自動售貨機等。 在過去五年裡,快餐連鎖店也開始在瓶裝飲料行業投入資金。 2008年中期,快餐業巨頭麥當勞在菜單中加入了甜茶和一系列的冰咖啡飲料。 2009年中期,快餐連鎖店賽百味也在飲品菜單中加入冰茶飲料。 在美國,茶並沒有那麼受到人們的歡迎,相對於其他飲料,如碳酸軟飲料,咖啡和水,茶飲料的市場佔有率也比較低。但是,也有很多變量可以推動瓶裝茶飲料的市場增長率。例如,瓶裝茶飲料製造商可以在其產品加入中水果味、活性植物提取物,或者採用不同的甜味程度,以與同類競爭產品進行區別。對於製造商來說,一切皆有可能,只要他們願意採用不同的組合推出新產品 在美國,瓶裝茶飲料市場目前的估值在12億至14億美元,在未來五年裡,該市場估值有望雙位數增長。瓶裝茶和咖啡飲料只占美國飲料消費總量的一小部分,特別是相對於軟飲料,因此瓶裝茶和咖啡飲料的增長速度預計將超過其他飲料類。在美國,立頓(Lipton®)和亞利桑那(AriZona ®)佔領了瓶裝茶飲料的絕大部分市場,2010年立頓銷售額高達4.23億美元(市場佔有率為36%),而亞利桑那的銷售額為3.32億美元,其市場佔有率為30%。 澳大利亞FT科技集團致力於為美國、亞洲以及歐洲的各大瓶裝飲料製造商提供一系列的專業技術支持。澳大利亞FT科技集團是由一批關注於蒸餾、蒸發和萃取的薄膜技術的公司組成的。憑藉滯留時間短、溫度低、靈活性高以及連續加工等多種優勢,FT科技集團的旋轉錐體柱(SCC)技術,Centritherm® 型蒸發器和集成萃取系統(IES)技術已經為世界範圍內的飲料製造商所採用,應用於茶、咖啡濃縮液的生產中。

集成萃取系統(IES)
集成萃取系統(IES)作為一種獨一無二的、開創性的設計,專門用於在咖啡和茶漿中萃取優質的濃縮液。該系統也可以用於其他植物的萃取。 IES的兩個主要特性是: 1. 能夠捕捉和保存最終萃取物中物質的主要香料特徵。 在低溫以及極短滯留時間條件下處理烘焙碾磨過的咖啡漿液,或者俱有不同品性特徵的混合茶漿, 能夠保留萃取物質的最佳質量狀態。
2. 靈活的連續模塊系統 該模塊法具有無與倫比的靈活性,這意味著一些單獨的模塊可以與現有的加工相結合或安裝進現有的加工生產線。
對於很多國際香料公司目前使用的香料回收技術,IES 系統開創性地將其與可溶性固體提取技術相結合,這在世界範圍內是首屈一指的。而且,很多IES 模塊自身在世界範圍內也是獨一無二的。我們將這些模塊整合至一個系統中,獨創性地應用於瓶裝咖啡或者瓶裝茶飲料加工工藝中。
該系統的核心是已申請專利的旋轉錐體柱(SCC)技術,現已被公認為世界首屈一指的優質香料回收技術。從各種液體和液漿物質中
捕獲和保存揮發性的香味組成份,SCC 技術可以說是最快,最有效的方法。
咖啡豆或者茶葉與水混合碾磨後的漿液進入SCC,該封閉系統即為飲料釀製單元。 SCC 有兩大功用,一是用於香料與可溶性固體的
萃取,二是避免中間香料損失或者衰化。
IES 系統中值得稱道的另一技術是Centritherm®蒸發器,該蒸發器在低溫條件下採用旋轉錐蒸發技術,熱接觸時間僅為一秒。
IES 的工作原理
IES 系統將先進的香料回收技術與可溶性固體提取技術相結合,主要包括以下幾個模塊:
液漿製備模塊
該模塊接收茶葉、烘焙咖啡豆、或其他植物原料,採用專門的濕磨技術以減少香料的損失。水與碾磨物質混合形成液漿混合物,然後被送入香料提取模塊。


圖1.從SCC 香料回收系統排放出的濃度為10%的綠茶茶漿 (FT 科技集團)

香料提取模塊
系統中納入了香料提取模塊,也可稱為旋轉錐體柱。 SCC 能夠以最快的速度收集釀製單元產生的揮發性香料混合物。大部分的提取
香料都比較輕,在採用其他提取技術的條件下,位於“前端”的混合物易於損失,且不需要進一步的精餾。但是在該模塊中,不但可以儲存該部分混合物,而且能夠避免後期加工過程中潛在的損害,以用於下一階段的集中提取。
純化模塊
存在於香料提取模塊(SCC)中的香料液漿是提取物與不溶性固體的混合物。純化模塊將分為三個階段,將不溶性固體從液體提取物
中分離。第一階段是清除分散的固體,第二個階段是清除固體微粒。而第三個階段屬於可選部分,該階段可以將提取物純化成所謂的“透亮”液體。根據對最終產品的要求和包裝,操作員可以確定該模塊中純化階段的數目。
清洗模塊(可選)
此可選模塊用於茶葉廢料或咖啡渣的清洗,以提高茶葉和咖啡豆回收物中可溶性固體的產量。
濃縮模塊
該模塊中包括Centritherm® 蒸發器:這是一個旋轉錐體蒸發器,停滯時間極短(約1 秒)。通過一次便可以達到較高的濃度比,且沒有熱降解,因此能夠保護顏色,這對於傳統的蒸發器來說是不可能實現的。
茶和咖啡中的香料提取
在所有的蒸餾系統中,旋轉錐體柱(SCC)可謂是無以倫比的,它能夠在高比例的懸浮固體條件下處理進料流。假如烘焙碾磨的咖啡(或茶葉)漿液混合冷水進入SCC,SCC 可以捕獲所有的香味特徵,包括新釀液體的前味和余味。
可以調節SCC 中的幾項參數,以控制回收不同的香味特性。這使得香精公司與飲料生產商可以用同一原料生產出不同香味的產品,
最終滿足不同口味消費者的要求。
咖啡漿處理
IES 生產的咖啡最終提取物的品質與現煮咖啡一樣優秀,在很多情況下,甚至比現煮咖啡更好。下面的氣相色譜分析中,顯示了某商用咖啡提取物與IES 生產的提取物之間的對比。 IES 的提取物樣品中含有高濃度的揮發性化合物,並主要保留了“前端”混合物的特徵,這就表明了IES 是通過現烤咖啡液漿收集提取物的,而非液體提取。

圖2. 氣相色譜圖比較某商業咖啡香料樣本與IES液漿生產樣本

茶漿處理通過在SCC中對茶的釀製,IES可以收集到現煮茶具有的那種微妙的清香味道。冷水與碾磨茶葉的混合物將會通過SCC。不管是從數量上還是從質量上,現存的茶固體大大提高了揮發性化合物的回收量
表1對通過SCC液漿收集的大吉嶺茶與液體提取物收集的大吉嶺茶在清、香兩個特性方面進行了比較

表1. 茶的液體提取物與茶液漿提取物的氣相色譜法比較結果

IES還可以用於生產可溶性(速溶)茶粉。在傳統的可溶茶加工工藝中,大部分的茶香味道被損失掉了。在傳統的加工工藝中,茶香主要損失於提取、濃縮和乾燥的加工過程中。因此, 所生產出來的可溶性茶往往不含有新鮮茶葉的清香。然而在IES系統中,首先對釀製過程中損失掉的茶葉香料進行了收集,以保護茶葉的“前味”。再將提取液濃縮至高濃度後,使用Centritherm® 蒸發器進行蒸發。最後,在噴霧或冷凍乾燥或重新加工茶粉之前,再將香料重新添加到濃縮的提取物中。 茶和咖啡提取物的濃縮 今天,通常將茶和咖啡提取物處理至較高濃度的可溶性固形物,這樣不僅使用方便,而且可以減少運輸和包裝成本,並能夠減少後續乾燥過程中的能源消耗。目前,市面上大多使用的是傳統的蒸發器進行濃縮,例如昇膜板蒸發器,或滲透蒸發膜系統,如反滲透。而Centritherm® 蒸發器卻為茶葉和咖啡提取物加工提供了諸多的優點。 這些優點包括:
易於實現高濃度(無產品回收)。
易於處理的粘性茶和咖啡濃縮物。
非常短的停滯時間(在加熱面上僅停留1秒)。
較低的工作溫度(約50攝氏°)。
對高質量濃縮產生較低的熱影響。

圖3. 美國用於生產瓶裝茶和咖啡濃縮物的Centritherm® 蒸發器模型CT-9(FT科技集團)

優質的濃縮茶 綠色和紅茶提取物對熱是非常敏感的。如果長時間暴露於高溫下,不僅顏色和口味會產生變化,而且提取物的健康“活性成分”也會降低。在極端情況下,這種“熱影響”也可能導致茶葉提取物中的糖分變成焦糖。 在Centritherm® 蒸發器中,旋轉錐體將會減少綠茶提取物與受熱面的接觸時間,大約一秒鐘。並且可以將溫度調節至35ºC,以保護茶葉提取物的健康性能,同時也確保在濃縮過程中不會產生味道特徵的損失。 通過傳統的茶葉提取系統收集的提取物,其白利度一般在2.5°至6.2°(可溶性固形物為2%至5%)。但是Centritherm® 蒸發器能夠將提取物的白利度提高至60°(可溶性固形物為25%),並且不會對產品質量產生任何影響。 優質的濃縮咖啡 類似於茶葉提取物,咖啡提取物對熱也很敏感。暴露於高溫中,會損害提取物的顏色、味道和活性成分。而Centritherm® 蒸發器具有較低的操作溫度和超短的停滯時間,經實踐證明可以將蒸發過程中的負面影響降至最低。 其次,高濃度的咖啡提取物粘性很大。 Centritherm® 蒸發器通過離心力,可以保證將提取物均勻地分佈在整個加熱表面,從而避免濃縮過程中可能產生的過“熟”影響。 在可溶性咖啡的加工過程中,傳統的可溶性咖啡多細胞提取系統所生產的提取,其白利度一般在7.5°至25°(可溶性固形物為6.1%到20.7%)。達到要求的高濃度之前,需要進行噴霧或冷凍乾燥。可以通過以下方式實現:
兩次通過Centritherm® 蒸發器;
首先通過傳統的蒸發器,再使用Centritherm® 蒸發器處理;或
預蒸發器與Centritherm® 蒸發器結合。
當使用上述方法時,Centritherm® 蒸發器能夠將濃縮咖啡提取物的白利度提高至70°(可溶性固形物為62%)。一系列的Centritherm® 蒸發器模塊現已被世界各地的企業所採用,用以連續或間歇性生產液體和可溶性咖啡。 IES系統可以為瓶裝飲料行業提供互動靈活的、自動化的、且易於使用的解決方案。 IES系統可以幫助生廠商生產一系列的風味飲品,透亮度與濃度能夠滿足任何市場上不同消費者的要求。 IES系統可以為用戶提供各種優勢,如高質量的香料、易於達到和復制的濃度要求,最終可以幫助用戶降低庫存和生產成本。 IES 也可以製造各種尺寸,以滿足不同用戶的需求。

譯者:Adam Lin (亞當•林) – 亞洲區域經理(alin@ft-tech.net) FT Technologies公司總部位於澳大利亞新南威爾士州格里菲斯市