CH671142A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Röstvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Bei der Schokoladenherstellung spielt das Rösten eine wesentliche Rolle bezüglich der Qualität des Endproduktes, insbesondere hinsichtlich der Aroma- und Geschmackseigenschaften. In der Praxis werden bis heute nahezu ausschliesslich ungeschälte ganze oder nur grob gebrochene Kakaobohnen geröstet, d.h. eine gewisse Zeit auf Temperaturen von bis zu etwa 150 °C erhitzt. Dabei treten zwei grundlegende Probleme auf. Das eine liegt in den relativ grossen Dimensionen der Röstgutteilchen und ihrer stark unterschiedlichen Grössenverteilung, die grosse Temperaturgefälle zwischen der Oberfläche der Röstgutteilchen und ihrem Zentrum bedingen und wodurch Über- und/oder Unterrö-stung unvermeidbar bleiben. Das andere liegt in dem mitunter sehr hohen Wassergehalt der rohen Kakaobohnen begründet. Wie Grundlagenuntersuchungen gezeigt haben, wirkt sich ein hoher Wassergehalt zu Beginn des Röstens behindernd, in extremen Fällen sogar verhindernd auf die während des Röstens ablaufenden Aromareaktionen aus.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde vorgeschlagen, die rohen Kakaobohnen zunächst zu schälen und vorzubrechen, davor gegebenenfalls vorzutrocknen, zu reinigen, den Kakaobruch zu einer viskosen Masse zu vermählen und diese viskose Masse in einer dünnen Schicht zu rösten, bei Zwischen - oder Nachschaltung weiterer Verfahrensschritte (DE-OS 2 238 519).

Bei dieser Verfahrensweise werden rohe, ganze Kakaobohnen getrocknet, gebrochen und gereinigt. Der Nachteil bei dieser Verfahrensweise ist in der niedrigen Prozessgeschwindigkeit zu sehen, die durch das Trocknen ganzer Bohnen gegeben ist. Grund dafür ist die relativ niedrige Diffusionsgeschwindigkeit des Wassers aus dem Inneren der Kakaobohne. Es existiert auch immer ein Feuchtigkeitsgefalle in der Kakabohne.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass beim Vortrocknen ganzer Bohnen Kakaobutter in die Schalen diffundiert, die somit beim Trennen der Schalen vom Kernbruch verlorengeht.

Die Vortrocknung erfolgt vorzugsweise bei Unterdruck. Dieses birgt aber den Nachteil, dass die bei Normaldruck nur wenig flüchtigen Aromavorstufenverbindungen in grösserem Masse ausgetrieben werden.

Anlagenseitig genügen die meisten Aggregate den technischen Anforderungen. Nicht zufriedenstellend sind jedoch die Ergebnisse der Dünnschichtröstung. Nach der DE-OS 2 238 519 soll die optimale Rösttemperatur möglichst genau eingehalten werden. Es werden nur Schwankungen von + 1,5 °C zugelassen. Hinzu kommt, dass diese optimale Temperatur in der gesamten Dünnschichtlänge und -tiefe zu halten ist.

Zur Erreichung dieser Bedingungen wurde schon in der DE-PS 297 888 vorgeschlagen, die geschälten, rohen Kakaobohnen zu Kakaomasse zu zerkleinern und auf glatten, bewegten Heizflächen in ruhender dünner Schicht zu rösten. In der DE-OS 2 238 519 wird vorgeschlagen, den Röstprozess auf einem Band- oder Walzenapparat in ruhender Schicht durchzuführen.

Versuche haben jedoch ergeben, dass selbst in einer ruhenden Dünnschicht merkliche Temperaturgradienten auftreten und die Entfeuchtung und Entgasung der ruhenden Dünnschicht unvollkommen ist. Die eingeschlossenen Dampf- und Gasblasen führen zur Schaumbildung.

Nach der DE-OS 1 919 870 soll das Rösten unter Rühren in einem geschlossenen Behälter erfolgen. Die Entgasung ist hier gegenüber dem Rösten in ruhenden Dünnschichten besser, jedoch treten hier in der zu röstenden Kakaomasse noch grössere Temperaturdifferenzen auf.

Bei allen bekannten Röstaggregaten ist das sich einstellende Temperaturprofil nur ungenügend beeinflussbar.

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Die genaue Einhaltung eines vorgegebenen Temperatur-Zeit-Regimes ist jedoch wichtigste Voraussetzung für die optimale Röstung der Kakaomasse. Daher spielt die exakte Prozessregelung eine entscheidende Rolle für das Prozessergebnis. Die dafür notwendige Erfassung der Verteilung der Guttemperatur entlang der Apparatelänge wird derzeit in sehr aufwendigen Konstruktionen mit Wanddurchbrüchen am Stator realisiert, wobei die Anzahl der Messpunkte in der Regel begrenzt, die Störanfälligkeit infolge der Wanddurchbrüche und der stationären Temperaturfühler sehr hoch ist. In vielen Fällen wird auf die Erfassung des Temperaturprofils ganz verzichtet und nur die Gutaustrittstemperatur aufgenommen. In Anlagen, bei denen mitrotierende Messfühler angewandt werden, wird das Messsignal üblicherweise über Schleifringe an die stationären Anlagenteile übertragen. Diese messtechnischen Schwierigkeiten bewirken bei allen ausgeführten Verfahren und Apparaten zur Dünnschichtröstung prinzipielle Unzulänglichkeiten bei der Prozessablaufsteuerung und damit bei der Sicherung gleichbleibender Produktqualität.

Die Erfindung bezweckt eine gleichmässig geröstete Kakaomasse bei optimaler Ausbeute des Aromapotentials zu erhalten.

Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, bei dem der Wassergehalt im Verarbeitungsgut vor dem Röst-prozess gegenüber dem Ausgangszustand für die Weiterverarbeitung genügend niedrig ist und bei dem das Temperaturprofil während des Röstprozesses örtlich gleichmässig und über die gesamte Röstzeit eine optimale Form hat.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe verfahrensseitig durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Das Vortrocknen erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 60 CC bis 80 C, und der Nachtrocknungsprozess erfolgt bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 2,5% wobei die Nachtrocknungstemperatur maximal 90 °C beträgt.

Bei dieser vorgeschlagenen Verfahrensweise wird die Prozessgeschwindigkeit erhöht, was in dem schnelleren Trocknen der schon vorgebrochenen Bohnen (kleinere Teile und grössere Oberfläche) begründet ist. Es wird dadurch auch weniger Wärmeenergie benötigt. Da schon vor dem Trocknen ein Grossteil des Schalenmaterials abgeführt wird, tritt auch weniger Kakaobutterverlust ein.

Die Merkmale der erfindungsgemässen Vorrichtung sind im Anspruch 3 angegeben.

Die Heizeinrichtung ist zweckmässig sektionsweise regelbar am Umfang des Grundkörpers angeordnet. Die Temperaturfühler können auf allen Wischerblättern spiralförmig versetzt angeordnet sein und sind auf Halbleiterbasis aufgebaut. In dem Messwertverarbeitungs- und -übertragungsteil sowie in dem Auswertungs- und Steuerteil können jeweils ein Sender und ein Empfänger zur bidirektionalen Signalübertragung enthalten sein.

Die Signalübertragung erfolgt vorteilhaft auf der Basis von Infrarotstrahlen. Bei dieser vorgeschlagenen Röstvorrichtung kann der Röstprozess eindeutig gesteuert werden. Insbesondere ist das Temperaturprofil und die Rösttempera-tur an allen Punkten exakt steuerbar und somit werden die gesamten Aromastoffe voll ausgenutzt.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Verfahrensweise ist als Fig. 1 in einem Verfahrensfliessbild dargestellt.

Verfahrensmässig werden die rohen Kakaobohnen nach einer Vorreinigung zu Kernbruch gebrochen und die lose anhaftenden Schalen abgetrennt. Dieser Kernbruch wird zur grösstmöglichen Vermeidung von Material- und Aromavor-stufensubstanzverlusten bei Temperaturen von 60 "C bis 75 C in einem Festbetttrockner mit im Kreuzstrom geführten Trocknungsmitteln kontinuierlich vorgetrocknet, wobei als Austrittsfeuchte 3,5 — 4 Masseprozente eingehalten werden muss. Der so erhaltene vorgetrocknete Kernbruch wird einem Reinigungsprozess unterworfen, in dem mindestens 99% der Schalen abgetrennt werden und nachfolgend zerkleinert, wobei durch Regulierung des Unterdruckes im Mahlaggregat aufwerte von höchstens Normaldruck und kleinstens 0,6-IO3 Pa die Erreichung einer Endfeuchte von mindestens 2,5% höchstens 2,0% gewährleistet sein muss.

Die dort vorbehandelte Kakaomasse wird in der erfindungsgemässen Vorrichtung unter Normaldruck ohne zusätzliche Einspeisung von warmer und/oder trockener Luft geröstet, entgast und entfeuchtet, wobei ein Temperaturprofil eingehalten wird, welches dadurch gekennzeichnet ist,

dass im ersten Drittel der Apparatelänge die Kakaomasse auf 125 C erwärmt wird und in den verbleibenden zwei Dritteln die Temperatur konstant auf 125 C gehalten wird. Im ersten Drittel sind dazu Heizmitteltemperaturen von etwa 140 C und in den verbleibenden zwei Dritteln von etwa 125—130 'C erforderlich. Die Verweilzeit in der Röstzone beträgt dabei etwa 40 — 60 s. Die Röstzeit ist durch die Schrägstellung der erfindungsgemässen Röstvorrichtung steuerbar. Nach Verlassen des Apparates wird die geröstete, entfeuchtete und entgaste Kakaomasse schnell auf eine Temperatur von weniger als 80 — 85 C gekühlt. Die so hergestellte Kakaomasse weist einen Wassergehalt von etwa 1 Gew% und damit sehr gute Fliess- und Verarbeitungseigenschaften auf. Die sensorisch ermittelte Aromaqualität der so vorbehandelten und gerösteten Kakaomasse ist durch ein starkes harmonisches Kakaoaroma, angenehme Bitterkeit, wenig Adstringens und Säure gekennzeichnet.

Der Prozess der Röstung in bewegter dünner Schicht lässt sich erfindungsgemäss in einer Vorrichtung vollziehen, wie sie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. In Fig. 3 ist der Schnitt A—A nach Fig. 2 gezeigt. Die Röstvorrichtung besteht aus einem Zylinder 1 mit einem in Heizzonen 2 eingeteilten Doppelmantel zur Aufnahme eines Heizmittels. Dargestellt ist eine vorteilhafte Ausführung mit drei Heizzonen. Der Doppelmantel ist in jeder Zone mit Rohrstutzen 3 für die Heizmittelzufuhr und Rohrstutzen 4 für die Heizmittelabfuhr versehen. An der Eintrittsstirnseite 5 des Zylinders 1 befindet sich eine Öffnung 6 für die Zufuhr der ungerösteten Kakaomasse und ein Anschlussstutzen 7 für die Zufuhr warmer und/oder trockener Luft. Am anderen Ende des Zylinders 1 ist ein Abscheideransatz 8 angebracht, an welchem sich eine Öffnung 9 für die Abfuhr des Röstgases und der eingeführten warmen und/oder trockenen Luft befindet. Im Inneren des Abscheideransatzes 8 befindet sich der eigentliche Abscheidekopf 10. Im Inneren des Zylinders 1 und des Abscheideransatzes 8 ist eine in Bezug auf Zylinder 1 und Abscheideransatz 8 axial orientierte Welle 11 angebracht, die mehrere in Bezug auf den Zylinder 1 radial orientierte Wischerblätter 12 trägt. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, ist eine Ausführung mit vier Wischerblättern gewählt worden. Die äusseren Kanten der Wischerblätter 12 besitzen einen endlichen Abstand grösser 0 zur Innenwand des Zylinders 1, der ggf. variabel gestaltet werden kann. Die gesamte Vorrichtung befindet sich normalerweise in horizontaler Lage, kann aber in eine geneigte Lage gebracht werden, damit durch das entstehende Gefälle zwischen Eintrittsstirnseite des Zylinders 1 und dem Abscheideransatz 8 die Strömungsverhältnisse und damit das Verweilzeitverhalten im Sinne des erfindungsgemässen Verfahrens günstig beeinflusst werden können.

Die messtechnische Erfassung des Temperaturprofils der Kakaomasse entlang des doppelmanteligen Zylinders 1 erfolgt durch Temperaturfühler 13, die vorzugsweise auf Halbleiterbasis aufgebaut und entlang den Kanten der Wischer5

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blätter 12 angeordnet sind. Diese Messfühler 13, die entweder an einem oder an mehreren Wischerblattkanten angebracht werden können, sind über die gesamte Länge der Wischerblätter 12 verteilt. Eine besonders günstige Anordnung besteht in einer etwas dichteren Verteilung in Eintrittsnähe des Zylinders 1 und in einer weniger dichten Verteilung in der Nähe des Überganges vom Zylinder 1 in den Abscheideransatz 8, da hierdurch die in Eintrittsnähe besonders grossen axialen Temperaturgradienten besonders gut messtechnisch erfasst werden können.

Die von den Temperaturfühlern 13 erzeugten temperaturanalogen Signale werden per Draht erfindungsgemäss an ein auf dem abscheideransatzseitigen Ende der Welle 11 befindliches Messwertverarbeitungs- und -übertragungsteil 14 abgegeben und von dort über eine bidirektionale, berührungslose und vorteilhafterweise störungsfreie, auf IR-Strah-lung basierende Übertragungsstrecke auf ein stationäres Auswertungs- und Steuerteil 15 übertragen. Dabei kann die Abfrage der einzelnen Temperaturfühler 13 und damit die Aufnahme des Temperaturprofils sowohl automatisch, prozessrechnergesteuert als auch von Hand erfolgen. Durch die erfindungsgemässe Messanordnung im On-line-Prinzip besteht die Möglichkeit der ggf. prozessrechnergestützten Regelung des Temperaturprofils.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung des Messwerter-fassungs- und Messwertverarbeitungssystems 14; 15, einschliesslich der dazugehörigen Temperaturfühler 13 sei im folgenden beschrieben. Als Messfühler werden HF-Transistoren verwendet, deren temperaturabhängige Basis-Emit-terspannung bei konstantem Stromfluss ausgenutzt wird. Die Umschaltung der einzelnen Messstellen erfolgt über Analogmessstellenumschalter, die von einer Schiebekette gesteuert werden. Die temperaturanalogen Messsignale, die in Form einer Spannung vorliegen, werden in einem Spannungs-Frequenz-Wandler in eine Impulsfolge umgewandelt und mittels eines IR-Strahlers berührungslos und störunan-fällig übertragen. Diese Funktionseinheiten befinden sich in dem auf der Welle 11 befindlichen Messwertverarbeitungs-und -übertragungsteil 14. Im berührungslos davor angeordneten Auswertungs- und Steuerteil 15 wird die mit dem IR-Strahl ankommende Impulsfolge empfangen, in einem Zählwerk weiterverarbeitet, digital angezeigt, nach einer Digital-Analogwandlung auf analogen Registrier- und Anzeigegeräten festgehalten. Gleichzeitig erfolgt durch den stationären Teil 15 die Steuerung des Teils 14 über die bidirektionale IR-Übertragungsstrecke, wodurch die Befehle für die Schiebekette, die Synchronisation und der Takt für den Spannungs-Frequenz-Wandler übermittelt werden.

Wirkungsweise der Vorrichtung

Wird die zu röstende Kakaomasse über die Eintrittsöffnung 6 in den Zylinder 1 eingespeist, so wird sie von den rotierenden Wischerblättern 12 erfasst und als dünne Schicht auf der Innenwand des beheizten Zylinders 1 ausgebreitet und in Richtung Abscheideransatz 8 transportiert. Dabei bildet sich vor den Wischerblättern 12 eine mehr oder weniger grosse Bugwelle aus, deren Inhalt ständig mit dem der dünnen Schicht ausgetauscht wird, wobei sich sowohl dünne Schicht als auch Bugwelle in ständiger turbulenter Bewegung befinden, was zur Folge hat, dass kein messbarer radialer Temperaturgradient auftritt. Die Temperaturfühler 13 tauchen dabei in die dünne Schicht bzw. die Bugwelle ein und liefern dabei ein der örtlichen Temperatur der Kakaomasse analoges Messsignal. Die sich im Innern des Zylinders 1 befindliche Kakaomasse wird während ihres Aufenthaltes darin geröstet, wobei ihre Röstgase und Wasserdampf entweichen und ggf. von der in die Eintrittsöffnung 7 eingeblasene warme und/oder trockene Luft mitgeführt wird.

Ist das Ende des beheizten Zylinders erreicht, werden Kakaomasse und das Gasgemisch im Abscheidekopf 10 getrennt, der vorteilhaft so gestaltet ist, dass die Kakaomassen den Zylinder 1 nur in unmittelbarer Nähe der Austrittsöffnung 16 verlassen kann, während das Gasgemisch (bestehend aus Röstgasen, Wasserdampf und ggf. Luft) den Zylinder 1 nur in der Nähe der rotierenden Welle 11 verlassen kann. Eventuell im Gasgemisch mitgerissene Kakaomasseteilchen werden durch die Zentrifugalwirkung der rotierenden Welle 11 nach aussen abgeschleudert, wobei die Austrittsöffnung 9 durch ein zum Abscheidekopf 10 gehörendes Prallblech 17 geschützt wird. Das Gasgemisch verlässt den Apparat durch Austrittsöffnung 9, während die geröstete Kakaomasse den Apparat durch die Austrittsöffnung 16 verlässt. Die von den Messfühlern 13 gelieferten temperaturanalogen Messsignale werden im auf der Welle 11 mitrotierenden Messwertverarbeitungs- und -übertragungsteil 14 umgewandelt, wie bereits beschrieben an das stationäre Auswertungs- und Steuerventil 15 übertragen und dort weiterverarbeitet zu einem in analoger und/oder digitaler Form vorliegenden Temperaturprofil. Über eine entsprechende Kopplung werden die dem Temperaturprofil entsprechenden, umgewandelten Messsignale einem Regelungsblock oder einem Prozessrechner eingegeben, die nach Vergleich mit einem vorgegebenen Temperaturprofil auf Temperatur und/oder Menge des den einzelnen Zonen des Heizmantels des Zylinders 1 zuzuführenden Heizmittels einwirken.

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671142 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen von Kakaomasse bei welchem die Kakaobohnen durch Trocknen, Schälen, Brechen, Zerkleinern und Rösten zu einer gerösteten Kakaomasse aufbereitet werden, gekennzeichnet durch folgende Arbeitsschrittfolge

— Brechen, Vorschälen und Vortrennen roher Kakaobohnen,

— Vortrocknen des Kakaobohnenbruches bis zu einem Feuchtigkeitsgrad von 4% bis 3% bei einer Temperatur von 40 °C bis 90 °C,

— Trennen des Kernbruches von Schalenteilen,

— Zerkleinern des Kernbruches und Nachtrocknen bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 3% bis 2% unter Ausnutzung der beim Zerkleinern frei werdenden Wärmeenergie und Regulierung des Druckes auf höchstens Normaldruck und kleinstens 0,6-105 Pa,

— Rösten der Kakaomasse in bewegter Dünnschicht und kontinuierlichem Durchlauf bei Temperaturen von 100 °C bis 140 °C,

— Kühlen der fertig gerösteten Kakaomasse.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vortrocknen vorzugsweise bei einer Temperatur von 60 °C bis 80 °C und der Nachtrocknungsprozess bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 2,5% erfolgt, wobei die Nachtrocknungstemperatur maximal 90 °C beträgt.

3. Röstvorrichtung zur Dünnschichtröstung von Kakaomasse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem beheizbaren Grundkörper mit im Inneren drehbar über eine Welle angeordneten Wischerblättern, gekennzeichnet dadurch, dass

— ein zylindrischer beheizbarer Grundkörper (1) lagevariabel geneigt angeordnet ist,

— im Inneren des Grundkörpers mehrere an einer zentral gelegenen Welle (11) rotierende Wischerblätter (12) radial verstellbar angeordnet sind,

— an mindestens einem Wischerblatt (12) in vorausge-wähltem Abstand voneinander mehrere Temperaturfühler (13) angeordnet sind, die mittels Leitungselementen mit einem am Wellenstumpf angeordneten Messwertverarbei-tungs- und -übertragungsteil (14) in Verbindung stehen,

— vor dem Messwertverarbeitungs- und -Übertragungs-teil (14) verbindungslos ein Auswertungs- und Steuerteil (15) angeordnet ist, welches mit einem Prozessrechner und/oder Registrier- und Anzeigegeräten in Verbindung steht.

4. Röstvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung sektionsweise regelbar am Umfang des Grundkörpers angeordnet ist.

5. Röstvorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturfühler (13) auf allen Wischerblättern (12) spiralförmig versetzt angeordnet und auf Halbleiterbasis aufgebaut sind.

6. Röstvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Messwertverarbeitungs- und -übertragungsteil (14) und im Auswertungs- und Steuerteil (15) jeweils ein Sender und ein Empfänger zur bidirektionalen Signalübertragung enthalten sind.

7. Röstvorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragung auf der Basis von Infrarotstrahlen erfolgt.