CN1423525A - 用于形成糖果制品的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种通过冷挤压制造成型的糖果制品的方法和设备,其中,糖果制品的颗粒被供给到相互反向转动的成型辊之间,辊的表面有符合所述制品的所需形状的凹陷部。在成型辊之间,颗粒被压实和压缩并且熔合在一起,输出一材料薄片,连接成型的糖果制品。成型制品从辊表面的释放是借助于辊之间引入的差动。

Description

用于形成糖果制品的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用巧克力或性质接近于宾汉(Bingham)材料的其它材料制造成型的糖果制品的方法和设备。更具体的是，本发明涉及用冷挤出方法形成成型的糖果制品。

背景技术

糖果制品、如巧克力制品典型的是在巧克力已经按配方制造以后，由一大团熔化的巧克力制造。有许多不同的巧克力配方，如黑的和白的巧克力、牛奶巧克力和白的混合物涂层，其典型地包括糖或糖的代用品、干奶粉、乳化剂和油脂、如可可脂或者蔬菜或其它油脂代用品。

加工成型的巧克力制品、即条状或其它形状并形成包裹层的传统的巧克力的制造方法是在巧克力处于熔化或可流动的状态下进行的。在熔化准备(conditioning)过程、即通常温度为27-32℃的称为混料(tempering)的过程以后，巧克力由模具模制成所需的形状，或者通过另一个模制过程形成所需的形状，而巧克力仍处于熔化的状态，且处于高于环境温度的高温下。

近来，有通过冷挤出工艺形成巧克力制品的工作报导，如Becket等人的《巧克力的冷挤出》，见1994年3月的化学工程学会抄本第72卷第C部分第47-54页，美国专利US5439695和1996年9月11日公开的欧洲专利申请EP0730827。这些出版物中公开的方法和设备未教导和建议使用冷挤出方法来制造具有特定形状的巧克力制品，如扁豆形、星形或者表示节日如复活节、万圣节、圣诞节或者任何其它成型的形状。公开在这些在先出版物中的挤出方法和设备采用模制工艺和设备，由于它们的特点而妨碍巧克力制品的精确成型。

欧洲专利EP0776608公开了一种方法，用于在非熔化状态下模制巧克力制品。此方法涉及使结晶的巧克力承受模制挤出以形成可展的薄片。此薄片然后被直接供给到成型辊。此专利未公开或者建议一种方法，一形成颗粒原料或者由使颗粒的宾汉塑性材料而形成单一的制品。该专利也未公开或者建议一种通过控制辊之间的差动而使成型的薄片从辊上释放方法。

通过使颗粒材料在反向转动的辊之间通过，而滚动压实或者热压结成型物品的设备，在辊上有间隔的凹陷部，这样的设备在此之前已经被用于多种产品。这些现有技术的设备仅举出一些：美国专利US5358727，其中公开了反向转动的辊，带有模制腔，从而由水果如去核的梅李或浆果形成食物制品；美国专利US4411611，其中公开了反向转动的辊，从而由磨成粉状的和/或颗粒材料形成煤球；美国专利US5073323，其中公开了一种设备，用于在反向转动的成型辊之间压实不可挤出的陶瓷翻滚介质；美国专利US4017241，其中公开了一种压型设备，用于形成金属矿石的压型；美国专利US3255285，其中公开了反向转动的脊形辊，从而压实颗粒化肥和动物饲料。

另外的现有技术以压实和形成压型，采用了各种形式的压缩，以压实材料，如US5667824、US4882105、US4394395和US4178392。

这些现有技术的设备和方法中没有建议使用反向转动的辊来压实一具有宾汉塑性流变性的材料，未公开或者建议在反向转动的辊之间采用差动，以帮助从辊上释放形成的块和互连的带的薄片。

当前，在制造成型的巧克力制品时，例如一扁豆型，其继而设置一糖的涂层外壳，该巧克力团在熔化形式下被提供到相对较大的直径的反向转动的辊，该辊上在各辊的表面具有适宜的扁豆形状的凹陷部。设置有侧面板以保持熔化的巧克力被限制在辊之间的区域，并且熔化的巧克力在辊上方搅动。当辊转动时，熔化的巧克力被移入辊之间的辊隙，由各辊上的相配的凹陷部而成型为适宜的扁豆形状。

辊通过流动的冷却液而被冷却，如50/50体积的乙二醇和水的溶液，-20℃，在巧克力接触表面下面通过辊子，从而从熔化的巧克力吸取热，以允许其形成具有足够刚度的形状，保持被赋予的形状。成型的巧克力离开辊时是半固态，需要另外的冷却，而使巧克力达到室温，巧克力能够被处理，去除各扁豆形之间的毛刺，然后涂覆糖，或者烤制刚去除毛刺后的巧克力块并且包装。此方法还需要靠近成型辊去湿，去除潮气。

在通过成型辊以后的另外的冷却步骤需要使用冷却通道，输送装置和另外的冷却，以在冷却通道中提供适当的冷却温度。

因为该过程起始于巧克力在熔化的状态，必须流入成型的凹陷部，因此不得不采用较大尺寸的形状，而且较小的形状或者具有不规则变化的形状，如星形或者成型的形状，因为遇到冷却的表面熔化的巧克力的流动特性问题，采用传统的方法和设备是很困难的。

另外，辊的直径必须相对的大，并且辊的转动速度相对较慢，以保证熔化的胶质物从成型辊辊隙之间的巧克力团充填到相对的辊的所有的成型空间。

这些当前采用的方法需要相对较大的设备尺寸，采用冷却液如乙二醇溶液，而使成型辊冷却，去温和采用附加冷却的冷却通道都增加了制造费用和复杂性。

因此，需要在糖果领域提供一种方法和设备，更经济地形成成型的糖果制品，如巧克力，并且由于取消在冷却通道中采用超强的冷却剂，而以较高的产率较小的成本而增加产量。

发明概述

在本发明的用于形成成型的糖果制品的优选实施例中，一个优选的糖果制品是巧克力，一对相对置的辊被设置，在各辊的表面具有形成巧克力制品的所需的形状的凹陷部。该辊被安装成反向转动，在辊之间没有或者有微小的间隙，并且在反向转动的辊的上方设置一个料斗，以通过重力引导将高结晶调和的薄片的或者颗粒的巧克力供给到辊子。因为此方法采用的宾汉塑性材料在成型前是最多结晶和被冷却的，它允许采用更有效的冷却和结晶方法，以得到所需的最终产品形态，温度和结晶状态。有许多涉及宾汉胶状物的机械搅动和处理的冷却和/或结晶方法，其能够用在本发明的方法的供给流中，以得到所需的形态，温度和结晶状态。这些更有效的方法时常不能用于热成型的产品，因为它们在成型以后被结晶和冷却，这将导致所需的最终块的形状的机械损坏。

反向转动的辊将巧克力块下移到两辊之间的辊隙之间，以压缩和压实巧克力块，在类似于热压结的过程中，将巧克力形成为所需的形状。巧克力在下游方向以薄片的形式离开辊，该形成的巧克力块由巧克力薄片互联。巧克力的整体温度不变。一小部分巧克力，特别是Beta3形式的巧克力及以下的熔化了。但是此熔化不明显，并且没有不需要在冷却通道中作附加冷却。

然后，薄片被去毛刺，巧克力块被搅动，以传统的方式将其边变光滑，在那里，薄片连接着成形的块。然后如果需要，巧克力块可以被进一步处理，涂覆上糖外壳或者不涂层而被包装，供最终的消费者消费。

附图说明

图1是本发明的方法和设备的示意图。

图2是本发明设备的主要特征的局部立体图。

图3是本发明设备的俯视平面图。

图4是一个轴的支承座的分解立体图。

图5是形成一种成型制品的成型凹陷部的一个实施例的成型辊的平面图。

图6是本发明成型辊的侧视图。

图7是本发明成型辊的局部立体图。

优选实施例的描述

首先参见图1，本发明的设备10包括一个储存仓12，具有一个料斗14，薄片的或者颗粒度小于6毫米直径的巧克力被供给到料斗中。根据需要，巧克力块从储存仓12供给到供给料斗16，从料斗16继而附着在一对反向旋转的成型辊18和20的辊隙之间。成型辊18和20以所示的简箭头方向相向地转动。成型辊18和20设置有成型的凹陷部，这将在下面说明，当成型辊转动时，凹陷部接合，将巧克力颗粒压实，以形成所需的形状。

由于此过程的重力供给特性，已经发现供给材料的颗粒直径应当小于小于模型槽的直径的1/2。较小的供给颗粒没有不利的影响，而大颗粒将时常造成成型槽的不充分的充填，产生不完整的巧克力块。用于优选实施例的巧克力的成分是美国标准，包含大约30％重量的油脂，并且具有大约40微米的显微颗粒度。

刚结晶(2-10分钟)的供给巧克力的优选的温度范围是12-16℃。大多数的V型的油脂是稳定的结晶形式。如果刚结晶的供给巧克力被允许时效几个小时到几天，则结晶度水平增大到其热力学平衡水平。此经时效的结晶巧克力的优选的供给温度变为17-21℃。此供给巧克力的较佳的高油脂结晶度水平的特性在于其触摸硬度。供给的巧克力足够硬，当5厘米长的熔化块在手中慢慢折断成两半时，可产生特别的折断声。

从辊中出去的原料通过量是连续的薄片形式。该薄片由压实和粘着的成型块以及在块之间的平的带子组成。

出来形成的薄片可以由一转换门引导到一转动的去毛刺辊24，该辊转动以将形成的巧克力块与薄的相互连接的薄片分离开。形成的块从去毛刺辊被引导，如箭头26所示，做进一步的处理，并且不相连的巧克力带被引导到另一处，如箭头28所示，在生产过程中作为原始材料再利用。

现在参见图2~4，成型辊18和20被分离安装在壳体34内的轴30和32上。一个可变速的驱动电机36在轴32上可转动的驱动。各轴分别设置有一个正齿轮38和40，它们啮合，使得当驱动轴转动时，其驱动反向转动的另一轴。本领域的技术人员应当明白，其它的驱动系统能够被采用，包括其它的传动装置或者驱动传动系统。重要的因素是有足够的动力的驱动系统来驱动成型辊18和20的轴，使得成型辊相向转动。另一重要因素是能够改变转速的能力。这可以由可变速驱动电机36或者适当的齿轮传动系统进行速度调整。

各轴30和32延伸通过壳体34的一个前壁42和一后壁44，并且由一轴承装置被安装在其中，该轴承装置容纳微小的轴的弯曲，下面详细描述。各轴的轴承装置如图4所示，其中左侧代表外轴承，右侧代表内轴承座。各轴30和32类似地被安装，由一对轴承座支承转动。

如图4所示，后壳体壁44包括一个轴的进入孔，和一个衬板48，带有轴进入孔50。在壳体34内，衬板48在成型辊18和20的一侧，一个类似的衬板在成型辊18和20的另一侧。各轴承座还包括一个轴承座板52，在后壁44的外侧，一个轴承座板54，在前壁42的外侧。各板52和54包括一个进入孔56，支承轴30和32的轴承置于其中。

各轴还在各轴承座中设置有一对轴承，其中外轴承件58最好是圆柱形滚柱轴承，以提供给轴30和32附加的支承，最里面的轴承60是倾斜的止推轴承，其帮助轴在轴承间的弯曲。轴承58和60由一轴承垫片62分离开。轴承58和60与垫片一起被压入到相应的轴承座板52和54。

现在参见图5-7的成型辊18和20的细节，各辊是相同的。如图5和6所示，各成型辊包括一个周边环件64，最好由氧化铝制造，有特氟隆涂层，以利于取下压实的巧克力的薄片。最好的是，该表面是高度抛光的或者修整光滑的，从而形成的成型的块没有表面中断。多个凹陷部66设置在环件64的表面。环件64上的凹陷部66之间的间隔依赖于凹陷部的尺寸和直径。已经发现，当模槽以交错的形式布置时，模槽之间分离得最小，各侧之间的距离是模槽外径的大约1/4。已经发现，由于在相邻的块的成型期间材料回流的干扰，较近的间隔有助于块的分离。其它考虑的因素是成型的薄片通过两辊之间的辊隙时的释放角度和成型的块的厚度。最期望的状态是全部释放，不挂在成型辊上。

凹陷部66可以是任何所需的形状，以达到所需的成型糖果制品。在一优选实施例中，凹陷部66被成型为一扁豆形，进一步进行糖外壳涂层，以制造出如M&M糖的制品。已经发现，其它所需的形状如数字，星星，心形，蛋形及其它形状也可以使用。但是，由于巧克力的性质，已经发现，带有一圆形周边的形状是最好的，以提供一好的释放角度，允许成型的薄片易于从成型辊上脱离。各辊上的凹陷部不需要相同，因为形状能够制造成背面和前面不同。重要的考虑是各凹陷部在两辊之间的辊隙处接合时对齐，使得形成一个具有类似径向尺寸的块。

当糖果制品是巧克力时，巧克力薄片或者颗粒在过程开始时是大气温度。但是，当其被压实时，当巧克力通过成型辊之间的辊隙时，施加的压力使得与成型辊接触的巧克力表面上升，并且将导致巧克力附着到成型辊的表面，从而延缓成型的薄片从成型辊上释放。因此，需要提供散热剂来保持成型辊表面在优选的温度范围14-20℃。

因此，各成型辊18和20设置有一冷却剂循环路径以允许冷却剂，如冷却水，靠近成型辊表面循环。最好如图6和7所示，各成型辊18和20设置有多个通孔68，其穿过成型辊设置在成型辊18和20的各侧的环形切槽70中。一环形槽密封板72密封地接合在各切槽70上。

各轴30和32设置有一局部的中间孔74，剂能够穿过该孔流动。一冷却剂联接器76设置在各轴端，承受其相应的轴转动。一冷却剂分布线78被设置，其与中间孔74连通，并且通过槽密封板72与切槽70连通。这样，冷却剂流经一个入口80，通过中间孔74和分布线78进入通过成型辊18和20的切槽70，并通过外冷却剂出口线82进入轴上的中间孔84，经流体连接器76在出口86流出。各成型辊还设置有一个端盖88，见图2，以盖住冷却剂分布系统。

用于设备10的框架和辊的优选材料是6061T6铝，因为其热传导性好，重量轻，和所需要的机械特性。轴30和32最好是316不锈钢，因为其抗腐蚀和机械刚度。

为了提供进一步的给用于该设备的随温度膨胀和收缩的6061T6铝的一致性，冷却剂流动路径90，见图2，被设置成穿过壳体34的前壁42和后壁44和侧壁92。那些壁的冷却还冷却了衬板48。以此方式，提供了设备的稳定的膨胀和收缩，使得成型辊之间的间隙能够保持不变，不需要调整由于温度的不同造成的膨胀和收缩的不同。

当糖果制品是巧克力糖果时将采用冷却，其它糖果制品可能需要加热，而不是冷却。因此，在此情况下，不是在系统中流动冷却水，而是采用热的流体。

本发明的方法和设备，特别是在糖果制品是巧克力时，包括使巧克力薄片和/或颗粒承受足够高的压力和剪切应力，使得单个的颗粒变形并熔合在一起。该过程发生在三个不同的阶段，与材料相对于成型辊18和20之间的辊隙的位置有关。如图1所示，第一阶段用1表示，相应于团压实过程。当成型辊18和20反向转动时，颗粒巧克力在辊之间的团被搅动，从而颗粒相互作用把一般的转动传给颗粒台内的颗粒。在此阶段，颗粒承受弱的力，其主要倾向于重新安排其位置。最终的效果是类似于摇动颗粒，导致团材料密度的增加，但是没有压缩或者材料的变形。

当附加的颗粒再分布不能进一步减小团的体积时，压实阶段终止，压缩阶段开始，如2所表示的。由于成型辊的运动和几何形状需要进一步减小体积。这通过挤压和使巧克力颗粒变形而实现，主要是通过变形辊表面施加的高压力。因此，颗粒变形开始，首先是通过充填颗粒之间的空气穴，然后引起单个的邻近的颗粒熔合或者热压结。此压实阶段导致机械能以热的方式传送，使得巧克力颗粒的表面被加热到该温度范围，使得巧克力牌更软的状态。巧克力颗粒的表面加温对于颗粒的熔合或者热压结是有利的。

成型辊表面的切向摩擦力和平行于两辊隙的压力分力之间的力的平衡限定了热压结过程的可行的状态。该压力依赖于颗粒度，模型腔大小和间隔，以及成型辊的直径。摩擦力依赖于表面的剪切率，是成型辊转动速度的函数。

压缩阶段开始在恰好成型辊之间存在最小间隙处，如图1的3所表示的。巧克力是一种非牛顿流体，其流动特性依赖于剪切的时间或者持续时间。在压缩阶段3，巧克力变形率高，并且该材料的行为是塑性的，类似于宾汉塑性流体的行为。宾汉塑性流体可能是最简单的非牛顿流体，因为在剪切应力与剪切速率的图表中，其关系是线性的，相对于巧克力特有的塑变值带有一个正偏置。

因此，当巧克力在压缩阶段超过塑变应力时，材料行为变成塑性。变形率相对地独立于施加的力，变形能作为热消除(即该过程是不可逆的)。屈服应力是巧克力成分和温度的函数。因此，通过成型辊的冷却而控制温度允许可重复的制品的稳定。

如上，由于成型高结晶巧克力时产生的高压力，传给成型辊18和20，以及它们相应的轴30和32的反作用力也很大。这导致轴30和32向外挠曲或者弯曲。

轴30和32向外挠曲，也引起成型辊18和20向外移动，这还有利于帮助成型的薄片在辊隙下面与成型辊分离。

已经发现，当处理行为像宾汉胶状物的巧克力时，由于高压力，轴30和32除了挠曲还有扭曲。因为在转动中依赖于转动位置相对于穿过辊隙区域的槽通道，在传给成型辊和轴的反作用力有大的改变。因此因为成型辊被转动，它们承受反作用力的增加，一个降低和一个增加。最终的结果是把一个振荡的扭转力传送给轴，随着振荡的轴的挠曲，有利于巧克力的成型的薄片在通过辊之间的辊隙后的初始分离。

为了达到所需的轴的挠曲和扭转效果，重要的是保持轴30和32的直径和成型辊18和20的直径和宽度之间的尺寸关系。轴的机械特性还是决定挠曲大小和扭转效果的重要因素。这些效果的大小能够通过系统的机构分析、操作状态和被成型的材料的物理特性来确定。成型材料属性的测定表明该挠曲度在分离和扭曲取向时均是0.1毫米。

如果轴30和32的直径与成型辊轴的直径比较较大，则挠曲和扭曲不会发生到所需的程度，不能得到所需的移动以保证成型的材料的薄片与辊脱离，而不破坏产品形状的整体性。

已经发现，当轴是316不锈钢时，在成型辊外径是约28厘米，宽度约14.8厘米，轴的直径约6.5厘米时，可以得到好的薄片分离。

如所述的，成型辊的直径还取决于被成型的块的总尺寸，以确保可重复的使薄片从成型辊上脱开，而不损坏产品的形状。已经发现，对于具有约28厘米的外部直径以形成一扁豆形状、用于M&M糖的尺寸的成型辊，可以有效地使用外径约为12.19毫米、最大深度约2.74毫米的凹陷部。

本发明的设备和方法实现了比传统的熔化处理系统明显的成本效益。当前的用于熔化处理巧克力以形成一扁豆形状、用于M&M糖的生产设备使用的成型辊具有约40厘米的直径和约80厘米的宽度。这些辊包含6500多个槽。此方法必须从巧克力的液态沉积温度接近30度使巧克力结晶和冷却到其排出温度接近15℃。而且这些成型辊必须以相对慢的速度5rpm转动。在这些情况下，完成的巧克力块的产量约1200千克/小时。

本发明的设备，成型辊的直径约28厘米，宽约15厘米，可以在100rpm的速度下操作，并且生产出1500千克/小时的完成的巧克力。另外，只需采用10-20℃的冷却水，而不用防冻液、如约-20℃的乙二醇溶液。而且，后形成冷却通道不是必要的，使得此设备的显著的成本因素和其制冷系统被彻底消除。本发明的结晶和成型过程的分开，允许两种功能的单独优化，产生更全面的优化方法。

因此，本发明实现了显著的产量增加，设备占地较少，同时实现了设备和能源需要上的显著的成本节约。

Claims (18)

1.一种冷成型一可食产品的成型制品的方法，它包括：

以可自由流动状态的颗粒形式，将具有宾汉塑性流变性的形成所述制品的材料供给到一对相互反向转动的成型辊，辊的表面有符合所述制品的所需形状的凹陷部；

压实和压缩所述颗粒材料，以形成联合粘着的所述材料的薄片，包括与所述凹陷部相符合的成型制品，由所述材料的薄带相连；以及

将成型制品从相连的薄带上分离。

2.如权利要求1的方法，其中，被处理的材料从油脂连续材料和巧克力构成的组中选取。

3.如权利要求1的方法，其中，被处理的材料借助重力供给到所述成型辊。

4.如权利要求1的方法，它包括冷却所述成型辊的表面的步骤，以从所述制品带走由所述压实和压缩所产生的热。

5.如权利要求4的方法，它包括靠近所述成型辊的表面的冷却介质的循环和穿过安装所述成型辊的轴的冷却介质的循环。

6.如权利要求1的方法，它包括在所述成型辊之间产生差动的步骤，以加强成型制品的薄片从所述辊上的释放。

7.如权利要求1的方法，它包括当所述材料通过所述成型辊的两辊间的辊隙时，将一差异挠曲运动传递到安装所述成型辊的轴上的步骤。

8.如权利要求1的方法，它包括当所述材料通过所述成型辊的两辊间的辊隙时，将一扭转力传递到安装所述成型辊的轴上的步骤。

9.如权利要求1的方法，它包括当所述材料通过所述成型辊的两辊间的辊隙时，将一差异挠曲运动和一差异扭转力传递到安装所述成型辊的轴上的步骤。

10.一种用于冷成型一可食产品的成型制品的设备，所述制品由颗粒块的产品形成，它包括：

一支承框架结构；

一对成型辊，安装成在所述框架结构内作相互反向转动；

所述成型辊的安装包括一个轴，使每个所述成型辊可转动地安装在所述框架结构内；

每个所述成型辊在其周边表面包括多个凹陷部，以形成所需形状的制品；

每个所述成型辊安装成相互反向转动，在各成型辊离另一辊最近的对接处，所述凹陷部与另一成型辊的凹陷部对齐；

驱动装置，用于驱动所述成型辊反向转动；以及

所述辊相互间隔开，以便将所述颗粒块压缩和压实成与成型辊上的成型凹陷部相符的成型制品，并由所述材料的薄带相互连接。

11.根据权利要求10的设备，其中，所述驱动装置包括一个可变速的驱动装置。

12.根据权利要求10的设备，其中，所述成型辊包括一个邻近所述辊的表面的流体通道，以容纳不同于环境温度的流体介质的流动。

13.根据权利要求12的设备，它包括一个流体通道，穿过安装有成型辊的所述轴，该流体通道与邻近所述成型辊表面的所述通道相连通，使得所述流体介质通过所述轴并通过邻近所述成型辊表面的所述通道进行循环。

14.根据权利要求13的设备，它包括在所述支承框架结构内的流体通道，以容纳穿过所述支承框架结构内的所述流体通道的所述流体介质的流动。

15.根据权利要求10的设备，其中，所述成型辊安装在所述框架结构内，使得在所述产品的所述颗粒块进入之前，所述成型辊表面相互接触。

16.根据权利要求10的设备，其中，所述轴的尺寸和安装使得它在所述成型辊被驱动而所述颗粒块被成型为一成型轮廓时发生挠曲。

17.根据权利要求10的设备，其中，所述轴的尺寸和安装使得它在所述成型辊被驱动而所述颗粒块被成型为一成型轮廓时发生扭转。

18.根据权利要求10的设备，其中，所述轴的尺寸和安装使得它在所述成型辊被驱动而所述颗粒块被成型为一成型轮廓时发生挠曲和扭转。

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