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透明咖啡制作原理

时间:2017-03-15 来源:中国咖啡品牌网 阅读:1042次
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我在今年9月中旬的时候看到一篇文章讲述的是斯洛伐克一名发明家-纳吉研发出了“Clear Coffee”,这款产品透明如清水,但味道却是杯“咖啡”,预计售价一罐只要2.5欧元,和一些咖啡加盟店的普通咖啡价格差不多。我当时看完之后很好奇透明咖啡制作原理,在查阅了很多垮领域文献资料之后,最终得出了一个相对科学的揭秘猜想,跟着我的思维一起探寻一下这个“故弄玄虚“的产品吧。

透明咖啡制作原理

经过我一番研究终于发现了潜在的奥秘,上文陈述中有三个关键点:1.不添加任何化学药剂,2.主要成分中添加了用天然方式提取的咖啡因,3.售价便宜。他们分别说明了什么?1.不添加任何化学药剂提取色素的技术是研究突破口之一,2.说明在提取色素的过程中咖啡中的咖啡因等成分有流失,3.技术成本很低。

今天我采取一个全新的方式来讲解这个探秘的过程,先剧透结论,再讲解我的探索思路历程。(因为以前我的文章臭长,很多朋友看几行就看不懂啦,这回先给你看结论)

结论剧透:

其实根据上述三点突破口,最符合的技术是:高分子膜分离技术,膜分离技术包含:微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(RO)。判定透明咖啡采用膜分离技术的原因:1.膜分离技术是一个物理过滤过程,不会使溶液中的物质发生化学变化。2.膜分离技术是在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透明时,实现选择性分离的技术。咖啡在膜分离过程中很可能使部分咖啡因被截留。3.膜分离技术系统能耗低,设备运行成本低,操作与维护简洁,工人劳动强度低。从而能够达到降低生产成本,提高企业经济效益的目的。

透明咖啡制作原理2

什么是膜分离技术?

说白了,其实就像一个高压极细滤纸的爱乐压过程,让我们想要的物质和不想要的物质分离。其实这项技术早已成熟应用在各个领域,最常用的就是透析、净水处理和浓缩果汁制作,水处理是要通过滤膜之后所留下的溶剂,而浓缩果汁是要未通过滤膜的溶质。今天这个“透明的咖啡”也是用了膜分离技术,而且最终的产品就是通过滤膜之后的溶剂,但是部分咖啡因物质被截留(从纳吉的表述很容易得出他选用的滤膜致使咖啡因流失),因此纳吉采用天然方式提取的咖啡因来恢复溶剂中的咖啡因含量。

透明咖啡制作原理3

那么纳吉在膜滤咖啡的过程中选用的是哪种滤径呢?

由上图我们可以迅速排除掉微滤膜和反渗透膜,原因是一个过滤太粗操,另一个过滤太细致。那么究竟是超滤还是纳滤呢?看了上图之后我们必须弄明白“颜料”和“染料”的区别才能下定论。“颜料”和“染料”的主要判别依据是是否能溶于水、醇、油或其他有机溶剂(颜料不溶,而染料溶)。

经查阅文献得知咖啡中的颜色主要来源于烘焙过程转化生成的焦糖色和极细粉中的炭化纤维。焦糖色:深褐色易吸湿的粉末或粘稠液体,有苦味和焦气,溶于水和稀乙醇;炭化纤维:不溶于水和乙醇等溶剂。因此咖啡中的颜色算是“颜料”和“染料”的混合体,如果“Clear Coffee”是无色透明的,那就必须通过纳米膜分离技术;如果“Clear Coffee”是浅色透明的(非完全无色),那就可以通过超滤膜分离技术。

透明咖啡制作原理4

目前我还没有一个确切的答案,究竟是超滤还是纳滤。其实我个人更倾向于超滤膜,因为如果采用纳滤膜,那么咖啡中被拦截的物质过多,从而过多失去了咖啡的味道。然而如果是超滤,虽然不能彻底的脱色(焦糖色脱色不彻底,但可以完全清除炭化纤维的颜色),但是滤过液也呈现浅色透明液态,而且还尽可能保留了咖啡的味道。那么下面我们姑且按照超滤膜技术来继续研究。

为什么说“Clear Coffee”是“故弄玄虚”?

假设采用超滤膜技术过滤咖啡溶液,那么此过程不仅过滤掉了部分色素,还让咖啡的很多风味物质被截留,这样的做法多少有一些顾此失彼。纳吉在“Clear Coffee”中添加咖啡因也是因为在超滤过程中部分咖啡因被截留,从而必须通过这样的方法来掩饰咖啡没咖啡因的不足。我猜测还有很多物质在膜分离过程中被拦截,但是由于目前我还没有喝过“Clear Coffee”,所以我也不敢断言它的味道有何缺失。但是我们可以根据咖啡中的成分来推演一下结果:

透明咖啡制作原理5

超滤前咖啡中的主要成分:1.咖啡因,2.单宁酸,3.蛋白质,4.脂肪,5.糖,6.纤维,7.矿物质

超滤后咖啡中所剩主要成分:1.咖啡因,2.单宁酸,3.糖,4.矿物质

超滤前咖啡的风味:挥发性香气+水溶性滋味+口感

超滤后咖啡所剩的风味:少部分的香气+苦味减弱的水溶性滋味(这一块可以根据《精品咖啡学》下册第一章内容参考阅读)

由此可见,所谓的透明咖啡确实丧失了部分我们鉴赏咖啡的风味,那么透明的咖啡其实就是经过过滤的咖啡不完全形态。其实膜分离技术在其他领域的应用早已成熟,“Clear Coffee”又是一个成熟技术垮领域实施的案例。这也给了我很大启示:应该不断拓展自己的知识广度,垮领域技术转嫁往往是新产品研发的快捷途径。如果我有生之年参加WBC,那么创意咖啡一定要在技术上有重大突破。

探索思路历程:

这次透明咖啡的研究历程真的是迂回曲折,从脑洞大开盲猜中结论,到反复验证回归本初,真的是一次很烧脑的探索历程。这篇文章应该是目前为止刷论文数量最多的一篇,也是撰写周期最长的一篇文章,电脑桌面都被这篇文章的文献和图片挤爆啦,可见我对这次的论题是有多么不了解。一开始针对这个论题,我真的是一片空白,通过不断地猜想与碰壁才找到看似合理的结论。

在我读完Scott Rao的《Everything but Espresso》之后,极细粉对咖啡醇厚度(Body)的重要影响给了我重大启发,他通过实验得到了一个结论:同参数冲煮的情况下,法压咖啡的body>法压咖啡用滤纸过滤后的body>滤纸手冲咖啡的body。这说明滤纸可以截留咖啡中适量的极细粉和油脂,导致咖啡的风味清晰度增加,而咖啡的醇厚度降低。看完之后我突然脑洞大开:如果我将过滤的介质空洞缩小到足够小,那么我就有可能过滤掉咖啡中的色素成分,那么我就可以得到透明的咖啡啦。

于是我随手在朋友圈发了一个廉价实验雏形:萃取一杯咖啡,然后用纳米防水衬衫布代替爱乐压的滤纸,将萃取好的咖啡在纳米布爱乐压中过滤一下,也许就得到了透明咖啡。(其实这个实验方案还是有点贴近最终思路的,但是当时我完全不知道膜分离技术是个啥,就此饶了一大圈,直到写完水处理才知道超滤膜)

但是这条朋友圈得到了很多朋友的质疑,很多人认为既然是防水衬衫那水还能通过吗?这也让我开始怀疑我的实验模型,于是我就将这个实验搁置啦。后来过滤净水技术研究给了我新的启发,水能通过那么多滤芯是因为有足够的压力,过滤后如果水压不足还可以用助力泵帮辅。那么如果我拥有足够的压力让咖啡通过纳米布,那我的猜想也许可行。不过苦于这个增压实验成本有点高,我就暂时绕到其他方向寻找突破口。

后来我就想到了色素提取的方式除掉咖啡中的颜色,想去掉颜色就要知道颜色的来源。经查阅文献得知咖啡中的颜色主要来源于烘焙过程转化生成的焦糖色,焦糖色的性状:深褐色易吸湿的粉末或粘稠液体,有苦味和焦气。溶解情况:溶于水和稀乙醇。

那么如何从咖啡中提取焦糖色呢?为此我查阅了很多色素提取的论文和文献,目前世界主流色素提取技术有:传统Soxhlet萃取、超声波萃取、超临界流体萃取(SFE)、微波萃取(ME)和加速溶剂萃取(ASE)。这些方法基本都要通过化学药剂提取色素,明显和纳吉强调的无化学药剂冲突,所以这条思路进入了死胡同。(其实为此我还做了一个微博萃取实验模型:将萃取好的咖啡和酒精混合,然后用微波炉低温加热模拟微波萃取技术,看看能不能将焦糖色从咖啡中转移到酒精中。但是后期咖啡与酒精分离的问题让我彻底放弃了这个实验)

透明咖啡制作原理6

(总觉得没图怪怪的,所以放一张我查阅的微波萃取法研究论文)

于是我只能另辟新路,这时同样带有颜色的酱油却给了我全新的思路。国内对于咖啡研究的文章是极少的,但是酱油研究的文献是很容易查阅的,如果我能查到酱油脱色的方法,那么我一定可以照猫画虎给咖啡脱色。目前国际上有很多针对”白酱油“加工工艺的研究,日本的发酵法和国内的活性炭法最先被我查阅到,经过研究我认为活性炭法也许可行,因为活性炭只是通过物理吸附,没有添加化学药剂,而且价格非常便宜,符合纳吉的阐述。于是我迅速在淘宝买了活性炭准备明天实验,结果后来我才发现研究要用糖用活性炭,而我买的是吸甲醛活性炭(真丢人)。不过查阅更多资料之后我认为这种方法不可行,活性炭吸附是有饱和度的,而且脱色效果不予活性炭添加量正比增长,也就是说活性炭不可能完全脱色。

于是活性炭实验法也被我自己否决啦,不过通过一篇酱油废水脱色研究的论文让我有了重大发现:酱油酿制过程中的美拉德反应(咖啡圈常说的梅纳反应)和焦糖化反应是酱油呈色的主要原因,这一点和咖啡完全一样的。因此也明确了研究酱油脱色的方向,查阅到了决定性的技术:超滤膜酱油脱色技术,一切的问题也因此变得明亮。

于是我查阅了大量的超滤膜和膜分离技术的文献资料,但因为不同膜分离技术的孔径大小和截留物质差异而举棋不定。究竟什么物质能通过什么膜?什么物质不能通过什么膜?通过各种膜过滤会对咖啡的风味造成什么影响?无奈自己知识不扎实,只得回去翻韩大爷的《精品咖啡学》,结合下册第一章的内容和查阅的相关资料最终找到了一个自认为相对靠谱的结论:超滤膜技术。

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