DD230418A3

DD230418A3 - Verfahren und vorrichtung zum temperieren von schokoladen- oder aehnl. fetthaltigen massen

Info

Publication number: DD230418A3
Application number: DD83248521A
Authority: DD
Inventors: Dieter Runge; Wolf Harriers
Original assignee: Schokoladenverarbeitungsmaschi
Priority date: 1983-03-07
Filing date: 1983-03-07
Publication date: 1985-12-04
Also published as: IT1177578B; DK48684D0; DE3400452A1; DK48684A; DE3400452C2; IT8447802A0

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Temperieren von Schokoladen- oder aehnlichen fetthaltigen Massen und findet insbesondere Anwendung in Verbindung mit Ueberziehanlagen kleinerer Leistung. Aufgabe der Erfindung ist, durch schonende Kuehlung eine starke Unterkuehlung der Schokoladenmasse zu verhindern und eine gleichmaessige Kristallbildung durch lange Verweilzeiten waehrend des Kuehlprozesses sowie eine hohe Kuehlmittelausgangstemperatur zu ermoeglichen. Verfahrensgemaess wird die Schokoladenmasse innerhalb einer Kuehlungseinheit in einer Vorkuehlzone bis zum Erreichen der Kristallbildungstemperatur gekuehlt, danach in einer Hauptkuehlzone weiter abgekuehlt, wobei das in die Hauptkuehlzone eingeleitete Kuehlmittel entgegen dem Foerderstrom der Masse in den Bereich der Vorkuehlzone gefuehrt wird. Hauptmerkmale der Vorrichtung sind, dass in dem als Waermetauscher dienendem zylindrischen Behaelter im unteren Zylinderbereich ein als Temperier- und Foerderschnecke und im oberen Zylinderbereich als Ruehrelement ausgebildeter Rotor umlaeuft sowie im Kuehlmittelmantel des Behaelters horizontal angeordnete, mit Ueberstroemoeffnungen versehene Trennwaende vorgesehen sind. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Temperieren von Schokoladen- oder ähnlichen fetthaltigen Massen. Nach dem Verfahren wird die erwärmte Masse von einer über ihrer höchsten Schmelztemperatur liegenden Temperatur mittels Kühlwasser in einer Vorkühlungszone und einer Hauptkühlungszone gekühlt und danach durch Erwärmen auf Verarbeitungstemperatur gebracht.

Die Vorrichtung hierzu besteht aus einem vertikal angeordneten, als Wärmetauscher ausgebildeten, von einem Kühlmittelmantel umgebenen, zylindrischen Behälter, der an der oberen Stirnseite einen Masseeinlaß und im Bereich der unteren Stirnfläche einen Masseauslaß besitzt, an den sich ein Fö'rderrohr anschließt und im Innenraum des Wärmetauschers ein die Kühlfläche bestreichender Rotor umläuft, der über eine im Bodenteil geführte Welle angetrieben wird.

Wirtschaftlichen Einsatz findet die Erfindung in Verbindung mit Überziehanlagen kleiner Leistung sowie zur Herstellung kleiner Mengen geformter Artikel, insbesondere für technologische Anwendungsfälle, bei denen kleine Mengen Schokolade oder schokoladenähnliche, fetthaltige Massen konfektiert werden sollen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für kleine Temperierleistungen sind bereits Temperierverfahren bekannt, die diskontinuierlich oder kontinuierlich arbeiten und dabei die Verfahrensschritte Kühlen und Anwärmen in mehreren Stufen realisieren.

Die diskontinuierlich arbeitenden Einrichtungen vollziehen diese Verfahrensstufen in einem Behälter, der als Wärmetauscher ausgebildet ist. Für die Temperierung ist es hierzu erforderlich, die Temperatur des Kühl- bzw. Heizmittels nacheinander im Sinne von Verfahrensstufen zu verändern. Der Temperiervorgang erstreckt sich dabei über mehrere Stufen, wodurch ein ungünstiger technologischer Arbeitsablauf entsteht. Die damit verbundene längere Bevorratung der Schokoladenmasse verursacht außerdem einen hohen Energiebedarf und großen maschinentechnischen Aufwand. Bei nach kontinuierlichen Verfahren arbeitenden Temperiervorrichtungen wird die Schokoladenmasse mit geeigneten Fördereinrichtungen, wie Pumpen oder Förderschnecken, durch einen oder mehrere nacheinander geschaltete Wärmetauscher geleitet und in diesen auf eine gewünschte Temperatur unter ständigem Rühren, Schaben und Mischen zunächst stark gekühlt und anschließend auf Verarbeitungstemperatur erwärmt. Die Wärmetauscher sind so ausgebildet, daß die Schokoladenmasse im Bereich der Kühlung an Kühlflächen, die von einem Kühlmittel umgeben sind, vorbeigeleitet wird. Als Kühlmittel wird vorzugsweise Kühlwasser verwendet, welches in Abhängigkeit vom jeweiligen Verfahren etwal 5⁰C kalt oder nur wenig kalter als die zu erreichende Schokoladenmassetemperatur sein kann. Im zuletzt genannten Fall sind größere Kühlflächen erforderlich, die einen höheren maschinentechnischen Aufwand erfordern und einen höheren Kühlmittelverbrauch zur Folge haben. Ferner

wird bei diesen niedrigen Kühlmitteltemperaturen oftmals keine optimale Ausnutzung des Kühlwassers erzielt, das heißt, die Kühlwasseraustrittstemperatur liegt noch weit unterhalb der zu erreichenden Schokoladenmassetemperatur. Diese Nachteile entstehen insbesondere dadurch, daß im Interesse der Senkung des maschinentechnischen Aufwandes der Wärmetauscher mit möglichst geringen Abmessungen ausgeführt wird, wodurch für die Kristallbildung nur eine kurze Zeit zur Verfügung steht.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt, mit geringem maschinentechnischen Aufwand und bei geringem Kühlmittelverbrauch eine Temperierung der Schokoladenmasse in hoher Qualität zu sichern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung für dessen Durchführung zu schaffen, um durch schonende Kühlung eine starke Unterkühlung der Schokoladenmasse zu verhindern und eine gleichmäßige Kristallbildung durch lange Verweilzeiten während des Kühlprozesses sowie eine hohe Kühlmittelausgangstemperatur zu ermöglichen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schokoladenmasse kontinuierlich innerhalb einer Kühlungseinheit zunächst in der Vorkühlzone bis zum Erreichen der Kristallbildungstemperatur gekühlt und anschließend unter zwangsweiser Förderung mit langer Verweilzeit zur Kristallbildung von mindest 0,5 bis 1 min. in der Hauptkühlzone weiter abgekühlt wird, wobei das in die Hauptkühlzone eingeleitete Kühlmittel entgegen dem Förderstrom der Masse unter Aufnahme der Kristallbildungswärme aus dem Bereich der Hautkühlzone in den Bereich der Vorkühlzone geführt wird. Weitere Merkmale des Verfahrens sind, daß das Größenverhältnis der Wärmetauschflächen zur Vorkühlung und zur Hauptkühlung 2:1 bis 3:1 beträgt und daß der Kühlmittelkreislauf für den Bereich der Vorkühlzone abschaltbar ist. Die zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung ist in ihren Hauptmerkmalen dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor den Behälter in eine obere Vorkühlzone und eine untere Hauptkühlzone unterteilt und im unteren Zylinderbereich als Temperier- und Förderschnecke mit geringer Steigung und kleinem Gangquerschnitt und im oberen Zylinderbereich als mit Abstreifern versehenes Rührelement ausgebildet ist. Ein Merkmal hierzu ist, daß das Rührelement und die Temperier- und Förderschnecke ein Bauteil bilden, das fest mit der Antriebswelle verbunden ist und sich auf die gesamte Höhe im Innenraum des Behälters erstreckt. Weiter ist vorgesehen, daß der Behälter im Bodenteil ein am Rotor angeordnetes Abstreif- und Mischorgan besitzt, dem ein unter dem Bodenteil liegender Wasserraum zugeordnet ist. Zu der Erfindung gehört ferner, daß der Kühlmittelmantel des Behälters mit horizontal angeordneten Trennwänden versehen ist, die mit Überströmöffnungen ausgestattet sind. Hierzu ist vorgesehen, daß jede Trennwand eine Überströmöffnung besitzt, die jeweils zu der darunter- bzw. darüberliegenden Überströmöffnung um 180° versetzt am Umfang des gebildeten Ringraumes angeordnet ist. Weiter ist vorgesehen, daß der Kühlmittelmantel an der Trennstelle zwischen dem oberen und unteren Zylinderbereich einen Überlauf besitzt, dem ein Absperrventil zugeordnet ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich die zusätzliche Vorkühlung der Schokoladenmasse vorteilhaft auf die Temperierqualität, den Energieeinsatz und die Ausnutzung des Kühlmittels auswirkt. Ferner wird durch nur eine zentrale Antriebsbewegung für das Rührelement und die Förderschnecke der maschinentechnische Aufwand gesenkt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers zur Durchführung des Verfahrens Fig. 2: als Einzelheit die Lage einer Trennwand mit Überströmöffnung im Kühlmittelmantel im Schnitt Fig. 3: ein Temperatur-Weg-Diagramm für Masse und Kühlmittel im Bereich der Verfahrensstufen Wie Fig. 1 zeigt, besteht der Wärmetauscher aus einem vertikal angeordneten, doppelwandigen, zylindrischen Behälter 1, der von einem Kühlmittelmantel 2 umgeben ist und ein nachgeordnetes, als Auslaßgehäuse ausgebildetes Bodenteil 3 besitzt. Der obere Zylinderbereich des Wärmetauschers dient als Vorrats- und Vorkühlzone und der untere Zylinderbereich als Hauptkühlzone. Die obere Stirnfläche 4 des Wärmetauschers ist mit einem nicht näher dargestellten Masseeinlaß versehen und mit einem Sieb 5 zur Fremdkörperabscheidung abgedeckt. Die untere Stirnfläche 6 wird gleichzeitig als zusätzliche Wärmetauschfläche benutzt und ist zu diesem Zweck mit einem darunter angeordneten Wasserraum 7 ausgestattet. An das Bodenteil 3 ist das ebenfalls doppelwandige Förderrohr 8 angeschlossen, an dessen freiem Ende sich das Überlaufgefäß 9 mit dem darüber angeordneten Dreiwegehahn 10 befinden. Zur Masseentleerung dient der in das Bodenteil eingesetzte Abgangstutzen 11. Der Ring raum des Kühlmittelmantels ist mit Trennwänden 12 versehen, die mit Überströmöffriungen 13, wie aus Fig. 2 ersichtlich, ausgestattet sind. Jede Trennwand besitzt eine Überströmöffnung, die zu der darunter- bzw. darüberliegenden Überströmöffnung um.180° versetzt am Umfang des Ringraumes angeordnet ist. An der Trennstelle 14 zwischen der Vorrats- und Vorkühlzone und der sich darunter erstreckenden Hauptkühlzone des Wärmetauschers befindet sich im Kühlmittelmantel ein Überlauf 15 für das.Kühlwasser, dem das Absperrventil 16 zugeordnet ist. Am oberen Ende des · Kühlmittelmantels wird das Kühlwasser über den nicht absperrbaren Ablauf 17 abgeführt. Für die Kühlwasserzuführung-besitzt der Kühlmittelmantel am unteren Ende eine Einlaßöffnung 18 der ein Magnetventil 19 vorgeschaltet ist. Im Innenraum des Wärmetauschers ist im Bereich der Hauptkühlzone der als Temperier- und Förderschnecke 20 und in der darüberliegenden Vorrats- und Vorkühlzone als Rührelement 21 ausgebildete Rotor angeordnet. Das Rührelement des Rotors ist mit Abstreifern 22 und die Temperier- und Förderschnecke mit geringer Steigung und kleinem Gangquerschnitt versehen. Die beiden Rotorteile, Rührelement 21 und Temperier- und Förderschnecke 20 sind fest miteinander verbunden. Durch diese Form des Rotors wird in der Hauptkühlzone ein Engspalt zum Wärmetauscher und in der darüberliegenden Vorrats- und Vorkühlzone ein Raum mit großem Querschnitt gebildet. Der Antrieb 23 für den Rotor erfolgt von unten über die zentrisch im Bodenteil 3 geführte und fest mit der Temperier-und Förderschnecke verbundene Antriebswelle 24. Im Bodenteil 3 des Wärmetauschers ist ferner ein am Rotor befestigtes Abstreif- und Mischorgan 25 für die Schokoladenmasse angeordnet. Die beschriebene Temperiervorrichtung arbeitet wie folgt:

Die im thermostabilen Zustand vorliegende, untemperierte Schokoladenmasse wird über das Sieb 5 in den Wärmetauscher direkt aufgegeben und befindet sich in der ersten Verfahrensstufe im oberen Bereich des Wärmetauschers, der als Vorrats- und Vorkühlzone wirkt. Durch die Bewegung des mit den Abstreifern 22 versehenen Rührelementes 21 wird die Schokoladenmasse gemischt und ständig von der Wandung des Wärmetauschers abgeschabt.

In der darunter liegenden Hauptkühlzone des Wärmetauschers wird die Schokoladenmasse an der Wandung intensiv gekühlt und durch die Form der Temperier- und Förderschnecke 20 in bekannter Weise gefördert, wobei die an der Wandung gekühlten Partikel mit der übrigen Schokoladenmasse ständig intensiv vermischt werden. Der Fördereffekt der Temperier- und Förderschnecke 20 wird gleichzeitig für den Weitertransport der Schokoladenmasse zur Abgabestelle verwendet. Durch den kleinen Förderquerschnitt und die geringe Steigung der Temperier- und Förderschnecke entsteht ein langer, schraubenlinig verlaufender Förderweg, der eine lange Verweilzeit der Schokoladenmasse in diesem Raum bewirkt. Das Kühlmittel, das durch die am unteren Ende des Kühlmittelmanteis2 angeordnete Einlaßöffnung 18 dem Wärmetauscher über das Magnetventil'19 zugeführt wird, besitzt dort seine niedrigste Temperatur. Im unteren, als Hauptkühlzone dienenden Bereich des Wärmetauschers wird eine intensive Kühlung dadurch erreicht, daß die Kühlmitteltemperatur niedrig liegt und sich nur eine dünne Schokoladenschicht in diesem Bereich befindet. Durch die lange Verweilzeit einer kleinen Schokoladenmenge erfolgt eine gleichmäßige Kristallbildung, ohne daß eine starke Unterkühlung an den Wandflächen des Wärmetauschers erforderlich ist. Im oberen Bereich des Wärmetauschers erfolgt die Kühlung der Schokoladenmasse bis zu dem Zustand, bei dem die Kristallbildung einsetzt. Für diesen Kühlvorgang wird das Kühlmittel aus dem unteren Wärmetauscherbereich in den oberen Wärmetauscherbereich geleitet. Die Größenverhältnisse der Temperierflächen von Vorkühlung und Hauptkühlung liegen bei 2:1 bis 3:1. Durch die Anordnung der Trennwände 12 im Kühlmittelmantel des Wärmetauschers wird erreicht, daß das Kühlmittel von unten nach oben durch den Wärmetauscher strömt, wobei sich die kalten Schichten unten und die warmen Schichten oben befinden. Es entsteht somit ein Temperaturgefälle von der niedrigen Eintrittstemperatur in der Hauptkühlzone zur hohen Austrittstemperatur im Bereich derVorkühlzone. Das Kühlmittel verläßt den Wärmetauscher durch den am oberen Ende des Kühlmittelmantels vorgesehenen, nicht absperrbaren Ablauf 17. Der Wasserraum 7 im Bodenteil des Wärmetauschers und das doppelwandige Förderrohr 8 sind in den Warmwasserkreislauf 26, in dessen Bereich die Schokoladenmasse auf Verarbeitungstemperatur durch das Heizelement 27 angewärmt wird, mit einbezogen. Das im Bodenteil 3 des Wärmetauschers rotierende Abstreif- und Mischorgan 25 bewirkt, daß durch seine Rotationsbewegung eine intensive Durchmischung der Schokoladenmasse erfolgt.

Die erforderliche Messung der Schokoladenmassetemperatur und der Wassertemperatur sowie die Regelung der Kühlung und der Heizung in den einzelnen Bereichen erfolgt in an sich für Temperiermaschinen bekannter Weise. Die hierfür eingesetzten Instrumente sowie Steuereinrichtungen wurden daher im einzelnen nicht näher dargestellt. Die Fig.3 zeigt schematisch an einem Temperatur-Zeit-Diagramm für zu temperierende dunkle Schokoladenmasse, den Temperaturverlauf der Schokoladenmasse 28, die Erwärmungskurve für das Kühlwasser 29 und die konstante Wassertemperatur 30 für das Anwärmen, innerhalb der Verfahrensstufen: Vorkühlung, Hauptkühlung sowie Anwärmen. Verfahrensgemäß wird im Bereich der Vorkühlung die Schokoladenmasse 28, bei der das Fett in vollständig flüssiger Form vorliegt, bis auf eine bis ca. 30⁰C liegende Temperatur T_SchK abgekühlt, bei der noch keine Kristallbildung erfolgt. Die eigentliche Kristallbildung erfolgt erst während der Hauptkühlung bei zwangsweiser Förderung und langer Verweilzeit der Schokoladenmasse. Die Verweilzeit liegt in der Hauptkühlzone im Bereich von 0,5 bis 1 min. Das Kühlwasser 29 wird mit der Eintrittstemperatur T_Kme von 18⁰C in die Hauptkühlzone eingeleitet und erwärmt sich durch Aufnahme der Kristallbildungswärme auf ca. 26⁰C. Das derart erwärmte Kühlwasser wird in die Vorkühlzone übergeleitet und dient als Kühlmittel zur Vorkühlung der Schokoladenmasse. Das Kühlwasser erwärmt sich in derVorkühlzone weiter bis auf eine AustrittstemperaturTKMA-die bis zu 30⁰C beträgt. Die genannten Temperaturwerte liegen bei unterschiedlicher Rezeptur z.B. für Milchschokoladenmasse bis zu 2 K niedriger. Der Gegenstand der Erfindung ist jedoch nicht an das dargestellte Ausführungsbeispiel gebunden. Soll beispielsweise auf eine Vorkühlungder Schokoladenmasse verzichtet werden, kann der Austritt des Kühlwassers durch den Überlauf 15 erfolgen. Durch Öffnen des Absperrventils 16wird die Vorkühlung ausgeschaltet, und dieTemperierungderSchokoladenmasse kann nachdem traditionellen Verfahren betrieben werden.

Claims

Erfindungsanspruch'.

1. Verfahren zum Temperieren von Schokoladen- oder ähnlichen fetthaltigen Massen, insbesondere fürTemperiermaschinen mit kleiner Leistung, bei welchen aus einem großvolumigen Vorratsbehälter die erwärmte Masse kontinuierlich einer Vorkühlzone zugeführt wird, in dieser Vorkühlzone bis unter die Kristallbildungstemperatur gekühlt wird, diese Temperatur in einer Hauptkühlzone eine technologisch erforderliche Zeit gehalten und anschließend durch Erwärmen auf die Verarbeitungstemperatur gebracht wird, wobei der Masse in jeder Kühlzone durch separate, im Gegenstromprinzip arbeitende Kühlmittelkreisläufe und durch angepaßte Massendurchsätze konstant eine definitiv festgelegte Wärmemenge pro Zeiteinheit entzogen wird, gekennzeichnet dadurch, daß bereits während der Bevorratung innerhalb des großvolumigen Behälters (1) der Masse kontinuierlich Wärme entzogen wird, ohne daß die Kristallbildungstemperatur erreicht wird, wobei das Kühlmittel für die Hauptkühlzone zur Kühlung des Behälters (1) verwendet wird.
2. Verfahren zum Temperieren von Schokoladen-oder ähnlichen fetthaltigen Massen nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das in die Hauptkühlzone eingeleitete Kühlmittel entgegen dem Förderstrom der Masse aus dem Bereich der Hauptkühlzone in den Bereich der Vorkühlzone geführt wird.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelkreislauf für den Bereich der Vorkühlzone abschaltbar ist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1 bestehend aus einem vertikal angeordneten als Wärmetauscher ausgebildeten, vor einem Kühlmittelmantel umgebenen, zylindrischen Behälter, der an der oberen Stirnfläche einen Masseeinlaß und im Bereich der unteren Stirnfläche einen Masseauslaß besitzt, an den sich ein Förderrohr anschließt und im Innenraum des Behälters ein, die Kühlfläche bestreichender Rotor umläuft, der über eine im Bodenteil geführte Welle angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor den Behälter (1) in eine obere Vorkühlzone und eine untere Hauptkühlzone unterteilt und im unteren Zylinderbereich als Temperier- und Förderschnecke (20) mit geringer Steigung und kleinem Gangquerschnitt und im oberen Zylinderbereich als mit Abstreifern (22) versehenes Rührelement (21) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührelement (21) und die Temperier- und Förderschnecke (20) ein Bauteil bilden, das fest mit der Antriebswelle (24) verbunden ist und sich auf die gesamte Höhe im Innenraum des Behälters (1) erstreckt.
6. Vorrichtung nach Punkt 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) im Bodenteil (3) ein, am Rotor angeordnetes Abstreif- und Mischorgan (25) besitzt, dem ein unter dem Bodenteil liegender Wasserraum (7) zugeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Punkt 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelmantel (2) des Behälters (1) mit horizontalen Trennwänden (12) versehen ist, die mit Überströmöffnungen (13) ausgestattet sind.
8. Vorrichtung nach Punkt 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Trennwand (12) eine Überströmöffnung (13) besitzt, die jeweils zu der darunter bzw. darüberliegenden Überströmöffnung um 180° versetzt, am Umfang des gebildeten Ringraumes angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Punkt 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelmantel (2) an der Trennstelle (14) zwischen dem oberen und unteren Zylinderbereich einen Überlauf (15) besitzt, dem ein Absperrventil (16) zugeordnet ist.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Größenverhältnis der Wärmetauschflächen zur Vorkühlung und zur Hauptkühlung 2:1 bis 3:1 beträgt.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen