速溶咖啡增香工艺专利技术综述

◎ 卢 坤，杨凌寒

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215000）

咖啡是一种嗜好性饮料，具有独特的风味，咖啡的香气是评价其质量的重要指标，咖啡的口感和风味等因素甚至比其营养作用更加重要[1]。目前，速溶咖啡是咖啡市场的最主要产品形式[2]。传统速溶咖啡的生产工艺通常包括预处理→焙炒→磨碎→萃取→浓缩→干燥[3]。在制备速溶咖啡的过程中，由于多个加工环节中需要使用较高温度，导致咖啡中的大量风味成分在加工过程中散失或者被破坏，因此，由上述工艺得到的速溶咖啡粉通常缺乏消费者所期望的现煮咖啡的香气[4-5]。

1 专利申请量趋势及申请人概况

通过对CNABS和VEN数据库中检索获得的该领域的相关专利文献进行梳理和分析后发现，国外速溶咖啡增香工艺专利技术最早诞生于1901年，1901—1960年是萌芽时期，期间仅有8件申请。1960—1990年是快速发展时期，申请量迅速增长，期间共有115件申请。1990年以后，经过多年的发展，工艺已较为成熟，因此专利申请量相对有所下降并趋于平稳，共有68件申请。19世纪80年代起，我国专利制度初步建立，国外咖啡厂商进入中国，抢占速溶咖啡市场，因此，申请量上升较快，保持稳定的发展趋势，至今共有82件申请。

国外专利申请中申请量占前五位的申请人依次为通用食品（62件）、雀巢（30件）、宝洁（18件）、弗门尼舍有限公司（9件）和卡夫（6件）。国内依次为雀巢（32件）、卡夫（5件）、通用食品（3件）、宝洁（3件）以及皇家戴维艾格伯茨有限公司（3件）。

2 速溶咖啡增香工艺专利技术分析

通过对该领域的专利技术进行梳理，得出了速溶咖啡增香工艺专利技术的几个主要技术分支。

2.1 回收香气成分后直接回填（1901-）

早期的专利申请多是在加工过程中通过使用惰性气体或者蒸汽作为载体收集咖啡中的芳香物质，将其直接与可溶咖啡粉接触或者冷凝得到挥发油后掺入可溶咖啡粉中。例如，US735777A[6]提取了焙炒和磨碎咖啡中的挥发油，加入咖啡水提液中，然后干燥；US2306061A[7]使用惰性气体作为载体提取焙炒和磨碎咖啡中的香气成分，然后加入咖啡萃取物中。这种方法通过咖啡粉的表面吸收芳香物质，香气的吸收非常有限，且吸收之后容易散失，储藏时易氧化。

2.2 回收香气成分后溶于油性基质后回填（1940-）

考虑到芳香物质的不稳定性，后续的专利技术将芳香物质和油性基质结合，使其变得稳定。选择油性基质是作为芳香物质的储存和释放基质，这种基质能补充感官刺激但对产品的特征香味没有影响，使用的油性基质有可可脂、甘油三酯、咖啡油等。例如，GB744757A[8]使用氯仿作为载气提取芳香物质，冷凝之后加入可可脂，然后与咖啡萃取物形成乳液，最后干燥形成可溶咖啡产品。US3148070A[9]使用咖啡油作为芳香物质的基质，然后将含有芳香物质的咖啡油加入可溶咖啡粉中。

使用甘油三酯，尤其是咖啡油作为芳香物质的基质提高了芳香物质的稳定性，使其能够被有效保留在咖啡粉中，但是保持效果仍然不理想，且为了使咖啡的香气更加浓郁，则需要使用更多的咖啡油，这会导致咖啡在冲泡时饮料的表面上聚集一层油膜，这种油膜会降低消费者对产品的接受度。

2.3 回收香气成分的净化（1960-）

在使用蒸汽或者惰性气体来萃取咖啡豆中的芳香物质时，所得到的芳香物质中既含有期望的芳香成分，也含有不良风味成分，如挥发性有机酸，粗糙感风味物质、焦油以及泥土类气味成分。咖啡中的有机酸含量有限量要求，如果酸含量过高，则咖啡的口感不好，如果蒸馏得到的咖啡芳香物质中含有较多的有机酸，则限制了芳香物质的加入量，从而使咖啡风味变淡。从19世纪60年代开始，研究者们开始意识到这个问题，因此出现了较多的对芳香物质进行进一步处理为主题的专利技术。例如，GB4479063A[10]使用分馏柱除酸；US3476566A[11]向焙炒咖啡中加水，然后加热，蒸发掉至少一部分的水分，初步蒸发可除去粗糙、焦油以及泥土类的气味成分，还能除去部分二氧化碳；US3615666A[12]将蒸馏冷凝物加热至80～140 ℉，可以减少有机酸的含量；US5087469A[13]使用具有硅氧烷结构的聚合体吸附剂吸附芳香物质中的期望成分。

2.4 回收香气成分的包埋与密封，咖啡胶囊（1970-）

使用甘油三酯尤其是咖啡油作为芳香物质的基质提高了芳香物质稳定性，使其能被有效保留在咖啡粉中，但是保持效果仍然不理想，且容易产生异味。因此，从19个世纪70年代开始，对芳香物质进行包埋和密封成为研究的热点之一。

通用食品在专利CA837021A[14]提出了初步的研究成果，即将咖啡油与固形物含量为25%的咖啡萃取物混合，均质，加入香气冷凝液，搅拌均匀，将混合物喷洒到速溶咖啡粉上，然后进行真空干燥得到速溶咖啡产品。该专利首次提出了使用具有一定固形物含量的咖啡萃取物来包埋芳香物质，干燥之后，芳香物质油滴被咖啡粉所包裹，有利于维持香气的稳定性，但是该方法在后续的真空干燥过程中仍会损失一定 量 的 香 气。NL174322C[15]、WO1981001094A[16]等提出使用具有孔状结构的咖啡固体作为基质，这类产品的缺点是产品稳定性依赖于可溶咖啡粉的结构。GB1204578A[17]、US4045586A[18]、US4576826 A[19]等提出在芳香物质冷凝液中加入稳定剂，稳定剂为水溶性的碳水化合物、天然胶体、多糖、明胶等物质，然后进行冷冻干燥，在干燥过程中，稳定剂将芳香物质包埋，形成稳定的芳香化粉末，但是仍存在成膜效果差、包封率低、维持时间短等问题，后续干燥过程中导致香气成分的损失。

US5580593A[20]提出用水溶性碳水化合物基成膜剂和食用油形成水包油乳液，将水包油乳液喷洒到速溶咖啡粉上，喷洒之后咖啡粉的含水量低于5%。覆盖于可溶咖啡粉上的水包油乳液液滴迅速干燥，形成成膜剂包裹油芯的胶囊，胶囊粘附于粉末。该方法具有胶囊壁好，香气保留效果好；溶于热水时能够快速释放香气；胶囊无需进行后续的干燥或者热处理，因此不会导致香气二次损失等优点。

此外，雀巢公司在US5399368A[21]、US5750178A[22]等专利中提出将可溶咖啡固体加热形成熔化的可溶咖啡固体，加入含有芳香物质的基质，形成混合物，将混合物挤入高压区域，保持，直至熔化的混合物固化形成硬的玻璃状物质，将其粉碎成咖啡颗粒的技术方案。CN101005765A[23]提出使用超滤或采用PVP/PVPP处理咖啡萃取物以选择性除去芳香剂分解化合物，并将芳香剂化合物封装在食品聚合物的玻璃状基质中。MX2015015787A[24]提出使用蛋白质、肽、多糖和多酚等与咖啡油形成乳剂，浓缩、干燥后加入咖啡粉中。

2.5 作为回收香气成分载体的基质的改进（1990-）

US4835002A[25]提出将咖啡油微乳化，微乳的粒径小，因此在冲泡时形成肉眼难以觉察的液滴，解决了表面浮油的问题，且微乳的比表面积大，在冲泡时，香气能够较快地释放。该专利的不足在于其加入了表面活性剂、乙醇等辅料以便于形成微乳，这些物质在食品领域属于添加剂，不易被消费者接受。

雀巢公司对上述专利进行了改良，在US5576044A[26]、US5496574A[27]提出，使用水解咖啡油，其能够在加入热水的条件下自发形成水包油微乳液，其粒径低于100 nm，该技术避免了使用表面活性剂。

US6544576B2[28]、CN1487796A[29]提出，当使用固体载体时，由于在重新水合的过程中重新水合的液体扩散进入颗粒，抑制了香味向外逆向扩散，所以发香能力很低。当使用常规的液体载体时，发香能力同样很差，不论它们是否包封。那些水溶性的载体有着和可溶性固体载体同样的问题。水向载体的流入抑制了香味的向外扩散。该专利提出了新一代的香气载体，将挥发性的咖啡香料与挥发性有机载体结合，创造了一种挥发性的咖啡香味组合物，它在咖啡饮料配制时能提供良好的充满咖啡香味的最初感觉，同时避免了上述的表面油迹残留和在饮用时发香能力弱的问题。

2.6 速溶粉中掺入咖啡原粉（1980-）

这种方法直接在速溶咖啡粉中掺入焙炒与磨碎的咖啡细粉，优势在于产品的香气极为纯正浓郁，因为产品中掺入了焙炒与磨碎的咖啡细粉，因此香气更好，这类产品的出现与发展使得速溶咖啡的产品品质得到了较大的提升。KR830001619 A[30]通用食品提出将焙炒咖啡在液氮-45 ℃条件下研磨粉碎，与可溶咖啡粉混合。这种初期产品的缺点在于流动性不好，而且不容易用匙舀出。US4594257A[31]通用食品提出通过附聚形成附聚咖啡，附聚咖啡解决了产品流动性不好以及不容易用匙舀出的问题，且具有与焙炒和磨碎咖啡相似的外观。

CN1081829A[32]卡夫通用食品提出焙炒咖啡在空气中研磨特别是在不冷却的情况下，香味的加速丧失和降鲜是显而易见的，而采用水湿磨法又会使风味、稳定性和分散性等性能变差，因此提出在食用油中研磨含水量小于5%的经焙炒和研磨的干咖啡豆，使得磨碎的豆粒径为0.1～20.0 µm，从而得到稳定且强烈的咖啡风味和咖啡香味。GB2520342A[33]卡夫食品提出将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极细研磨的焙炒与磨碎的咖啡粉。

3 结语

在消费者心中，速溶咖啡历来被认为是低端的咖啡产品，速溶咖啡永远不可能像现煮咖啡那样可口，而通过将速溶咖啡粉与研磨咖啡原粉结合，可以实现“跟现煮咖啡一样美味可口的速溶咖啡”，可见这一定程度上代表了未来高品质速溶咖啡的发展方向，但是存在焙炒与磨碎的咖啡细粉容易在杯底沉积的问题。