咖啡無(wú)水綠色初加工創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用與推廣

楊永林 ,王永斌 ,陳治華*,蔣快樂(lè) ,楊 婧,曲 鵬,陳艦飛,王晶輝,鄧家有

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)熱帶作物學(xué)院，云南普洱 665000；2.瀾滄縣茶葉和特色生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展中心，云南瀾滄 665600；3.云南富民農(nóng)業(yè)裝備有限公司，云南寧洱 665000；4.云南仨得科技有限公司，昆明 678000；5.云南愛(ài)伲咖啡有限公司，云南普洱 665000）

云南咖啡產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展近45 年（1978 年開(kāi)始），取得突出成績(jī)，2022 年種植面積已達(dá)9.32 萬(wàn)hm2，產(chǎn)量14.04 萬(wàn)t。但發(fā)展中也面臨很多問(wèn)題，尤其是初加工技術(shù)較為傳統(tǒng)的現(xiàn)狀制約著產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前，云南咖啡產(chǎn)區(qū)的咖啡初加工廠超過(guò)1 000 家，大多是作坊式的小加工廠，生產(chǎn)極不規(guī)范，咖啡豆質(zhì)量不穩(wěn)定，且對(duì)環(huán)境污染大，治污難度高。針對(duì)云南咖啡傳統(tǒng)初加工中的痛點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題，一種新型的咖啡無(wú)水綠色初加工創(chuàng)新技術(shù)已研發(fā)成功并投入生產(chǎn)應(yīng)用。該技術(shù)工藝規(guī)范，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和污水零排放，且咖啡豆質(zhì)量穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效。本文從咖啡初加工問(wèn)題和技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用方面詳細(xì)介紹咖啡無(wú)水綠色初加工技術(shù)，為咖啡從業(yè)技術(shù)人員深入掌握和使用該技術(shù)提供指導(dǎo)，在確保咖啡豆質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)要求。

1 咖啡傳統(tǒng)初加工工藝及主要問(wèn)題

1.1 工藝類型及特點(diǎn)

咖啡傳統(tǒng)初加工方法主要有咖啡濕法（水洗）加工、咖啡半濕法加工和咖啡干法加工等3 種類型。各類型初加工工藝及特點(diǎn)如下：

（1）咖啡干法（日曬豆）加工

工藝：咖啡鮮果→除雜→分級(jí)→帶果皮干燥→脫殼→分級(jí)→咖啡豆。

特點(diǎn)：產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差，無(wú)耗水，干燥時(shí)間長(zhǎng)，發(fā)酵過(guò)程很難控制，容易吸濕霉變，豆色差，品質(zhì)難保障，市場(chǎng)需求量較小。

（2）半濕法處理（半水洗豆）加工

工藝：咖啡鮮果→除雜→分級(jí)→脫皮→干燥→脫殼→分選→咖啡豆。

特點(diǎn)：產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差，耗水較大，干燥速度比干法快，發(fā)酵過(guò)程不易控制，豆殼發(fā)黃，豆色差，市場(chǎng)需求量小。

（3）濕法加工工藝（水洗豆）加工

工藝：咖啡鮮果→除雜→分級(jí)→脫皮（膠）→發(fā)酵→清洗→干燥→脫殼→分選→咖啡豆。

特點(diǎn)：產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差，耗水量大，發(fā)酵過(guò)程不易控制，容易產(chǎn)生發(fā)酵餿臭味，市場(chǎng)需求量大，是咖啡傳統(tǒng)加工的主要方式。

1.2 傳統(tǒng)初加工的主要問(wèn)題

1）“批次一致性差”問(wèn)題突出，主要原因有濕法脫膠、日曬干燥過(guò)程受天氣影響，一致性難以保證；

2）濕法脫膠、洗豆、日曬干燥等環(huán)節(jié)配套設(shè)備不完善，影響到內(nèi)在品質(zhì)和一致性；

3）品質(zhì)不穩(wěn)定，整體工藝手段落后，影響咖啡內(nèi)在品質(zhì)；

4）“散、小、亂”作坊式生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量參差不一，生產(chǎn)效率低，管理難度大；

5）污染問(wèn)題嚴(yán)重。例如：采用咖啡濕法（水洗）加工工藝，加工1 t 鮮果平均產(chǎn)生6 t 污水；采用咖啡半濕法加工工藝，加工1 t 鮮果平均產(chǎn)生2 t 污水。咖啡鮮果初加工污水排放量大、成分復(fù)雜，廢水中含有果皮、果肉、糖類、果膠等，水溶液呈酸性。果膠具有很高的粘性，在廢水輸送過(guò)程中會(huì)堵塞管道，環(huán)境污染大，治污難度高。

2 咖啡無(wú)水綠色初加工創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)情況

咖啡無(wú)水綠色初加工技術(shù)是通過(guò)對(duì)咖啡初加工技術(shù)創(chuàng)新，在提升咖啡品質(zhì)和降低加工成本的前提下，將咖啡加工污水做到零排放，徹底解決咖啡初加工排污問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效和節(jié)能環(huán)保綠色加工。

2.1 研發(fā)基本情況

2018 年以來(lái)，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)熱帶作物學(xué)院的咖啡團(tuán)隊(duì)與云南富民農(nóng)業(yè)裝備有限公司、云南仨得科技有限公司、普洱炮掌山長(zhǎng)木咖啡有限公司、普洱奧萊咖啡有限公司、云南愛(ài)?？Х扔邢薰镜榷嗉覇挝贿M(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新合作研發(fā)咖啡無(wú)水綠色初加工技術(shù)，進(jìn)行了大量的生產(chǎn)性試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，利用該技術(shù)方法加工咖啡鮮果，加工中不產(chǎn)生污水，在實(shí)現(xiàn)污水零排放的前提下，提升了咖啡豆品質(zhì)，且勞動(dòng)生產(chǎn)率提高，人工成本降低；提高了咖啡豆成品率，機(jī)損率降低，效益增加。通過(guò)創(chuàng)新研發(fā)，在保證咖啡豆品質(zhì)的前提下，咖啡初加工排放污水的問(wèn)題得到了根本性的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)咖啡初加工綠色生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。該技術(shù)已獲3 項(xiàng)發(fā)明專利、7 項(xiàng)實(shí)用新型專利。

2.2 咖啡無(wú)水綠色初加工技術(shù)工藝及要點(diǎn)

2.2.1 工藝總流程

咖啡鮮果采收→鮮果輸入（輸送）→鮮果除雜（去除雜質(zhì)及干癟果）→帶式色選進(jìn)料（輸送）→鮮果帶式色選分級(jí)技術(shù)（青果、瑕疵果分離）→鮮果預(yù)處理[預(yù)處理方式有兩種：中度以上發(fā)酵處理加工精品咖啡（可控發(fā)酵技術(shù)）、中度以下發(fā)酵處理加工商品咖啡（可控發(fā)酵技術(shù)）]→脫皮進(jìn)料（輸送）→機(jī)械無(wú)水脫皮脫膠技術(shù)（脫皮脫膠，皮果分離技術(shù)）［1］→濕豆出料（輸送）→快速表干進(jìn)料（輸送）→快速表干技術(shù)（低溫高風(fēng)量2 小時(shí)內(nèi)完成）→干燥池進(jìn)料（斗式提升）→咖啡果背壓干燥技術(shù)（背壓式熱泵干燥池）→咖啡帶殼干豆出料（輸送）→咖啡脫殼技術(shù)（脫殼分級(jí)設(shè)備）→重力和粒徑分選技術(shù)（重力和粒徑分選設(shè)備）→高分辯率立式色選技術(shù)（高分辯率異色豆色選設(shè)備）→驗(yàn)質(zhì)包裝→標(biāo)準(zhǔn)咖啡生豆。主要環(huán)節(jié)如下：

（1）機(jī)械脫膠加工或生物發(fā)酵處理

采用機(jī)械脫膠直接處理，完成優(yōu)質(zhì)商品咖啡豆加工，脫膠會(huì)產(chǎn)生小量果膠水；采用可控工業(yè)微生物厭氧發(fā)酵（控溫、控壓力、控制pH 值），控制時(shí)間（24 h 內(nèi)）發(fā)酵，完成精品咖啡豆加工。兩種處理的后續(xù)工序相同。

（2）咖啡濕豆快速表面預(yù)干處理

咖啡濕豆的水分達(dá)57%，其中13%附在表層，這些水分用強(qiáng)風(fēng)脫除，須在2 h 內(nèi)快速除掉，以確?？Х葷穸共划a(chǎn)生二次發(fā)酵。采用大風(fēng)量熱風(fēng)在預(yù)干燥池內(nèi)完成對(duì)咖啡濕豆表面水分去除，除去表面水分的咖啡豆相互無(wú)粘接，無(wú)結(jié)塊。每個(gè)預(yù)干燥池快速表面干燥處理濕豆量≥500 kg/h。為進(jìn)入下一工序創(chuàng)造條件。

（3）背壓干燥處理［2］

利用一定溫度、風(fēng)壓、風(fēng)量及清潔的熱空氣為載體，對(duì)一定厚度的咖啡濕豆進(jìn)行熱風(fēng)干燥，直至水分降到12%。當(dāng)咖啡水分降到所需條件時(shí)，采用一定時(shí)間的熱風(fēng)背壓平衡，最后利用熱風(fēng)進(jìn)一步將咖啡水分降到目標(biāo)值。這種干燥方法不受天氣情況影響，不需要曬場(chǎng)，干燥水分均勻，投資成本低，干燥質(zhì)量穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和規(guī)?；a(chǎn)［3］。

2.2.2 主要技術(shù)工藝

（1）無(wú)水初加工工藝（主要生產(chǎn)商業(yè)豆、優(yōu)質(zhì)豆）

1）咖啡脫皮加工工藝：咖啡鮮果→鮮果清潔、分級(jí)、厭氧輕度發(fā)酵→脫皮膠機(jī)無(wú)水脫皮→濕豆快速表干處理→背壓平衡干燥→脫殼→分級(jí)→咖啡生豆。

咖啡風(fēng)味［4］：和傳統(tǒng)水洗法加工差異不大，杯品干凈，酸甜平衡、高淳厚度。

2）咖啡脫皮脫膠加工工藝：咖啡鮮果→鮮果清潔、分級(jí)、厭氧輕度發(fā)酵→脫皮膠機(jī)無(wú)水脫皮微水脫膠→濕豆快速表干處理→背壓平衡干燥→脫殼→分級(jí)→咖啡生豆。

咖啡風(fēng)味：和傳統(tǒng)水洗法加工差異不大，杯品干凈，酸甜平衡、高淳厚度。

（2）可控單發(fā)酵無(wú)水加工工藝（主要生產(chǎn)商業(yè)豆、優(yōu)質(zhì)豆、精品豆）

咖啡鮮果→鮮果清潔、分級(jí)→厭氧中（重、超重）度發(fā)酵→脫皮膠機(jī)無(wú)水脫皮脫膠→濕豆快速表干處理→背壓平衡干燥→脫殼→分級(jí)→咖啡生豆。

咖啡風(fēng)味：呈草莓、橙子、桂花等風(fēng)味，酸甜平衡、高淳厚度。因豐富的風(fēng)味展現(xiàn)可做為手沖單品。

（3）可控多發(fā)酵處理加工工藝（主要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)豆、精品豆）

咖啡鮮果→鮮果清潔、分級(jí)→厭氧輕度發(fā)酵→脫皮膠機(jī)脫皮部分脫膠→厭氧中（重）度發(fā)酵→濕豆快速表干處理→背壓平衡干燥→脫殼→分級(jí)→咖啡生豆。

咖啡風(fēng)味：呈草莓、橙子、桂花、熱帶水果等風(fēng)味，酸甜平衡、高淳厚度。中深烘焙的咖啡豆通過(guò)意式機(jī)萃取還能展現(xiàn)更豐富的味道。

2.2.3 主要技術(shù)工藝特點(diǎn)

①噸鮮果用水量為0 L；②葉、渣、石等雜質(zhì)除凈率為98%；③干果分凈率為96%；④非成熟果與成熟果分凈率大于98%；⑤整個(gè)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化、可視化控制，解決了生豆工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、一致性的問(wèn)題。

2.3 咖啡無(wú)水綠色初加工技術(shù)特點(diǎn)

1）在確?？Х犬a(chǎn)品品質(zhì)的前提下，“無(wú)需用水”，可實(shí)現(xiàn)污水零排放，達(dá)到節(jié)能環(huán)保要求，從源頭上徹底解決咖啡加工中的排污問(wèn)題；

2）加工過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)可控制，實(shí)現(xiàn)“批次一致性好”，產(chǎn)品一致性得到保障；

3）可通過(guò)工藝手段確保咖啡“品質(zhì)穩(wěn)定”；

4）可“規(guī)模化生產(chǎn)”，集中加工，方便管理，加工效益得到提高；

5）“加工成本低”效益好（相同加工量，僅人工費(fèi)降低70%以上）；

6）可“定制化生產(chǎn)”以提升咖啡的精品率，為精深加工提供優(yōu)質(zhì)原料；

7）實(shí)現(xiàn)咖啡初加工工藝的節(jié)能環(huán)保、綠色可持續(xù)性發(fā)展。

3 咖啡無(wú)水綠色初加工創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用和推廣情況

3.1 主要技術(shù)指標(biāo)

對(duì)上述咖啡無(wú)水綠色初加工創(chuàng)新主要技術(shù)生產(chǎn)的咖啡產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，其主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，具體如下：脫皮機(jī)皮果分離率≥98%，廢皮含鮮殼果≤2%；脫皮機(jī)破損率≤1%；脫膠率超過(guò)70%；干燥咖啡豆之間水分含量差值≤1%。

3.2 推廣應(yīng)用情況

截至 2023 年 3 月 2 日（2022 年咖啡產(chǎn)季），云南已有132 家咖啡企業(yè)使用該技術(shù)，其中日處理鮮果達(dá)50 t 以上規(guī)模化鮮果集中處理中心32 家，日處理鮮果50 t 以下鮮果處理中心100 家，咖啡企業(yè)或合作社使用該系列技術(shù)及設(shè)備的日處理咖啡鮮果能力達(dá)4 770 t 以上，已覆蓋云南咖啡主產(chǎn)區(qū)約3.67 萬(wàn)hm2的咖啡園。預(yù)計(jì)2025 年該技術(shù)將覆蓋80%以上的咖啡園?？Х葻o(wú)水綠色初加工創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用為云南咖啡產(chǎn)業(yè)的綠色健康發(fā)展提供了技術(shù)保障。