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Die Erfindung betrifft ein Feinwalzwerk zum Bilden eines Schokoladenfeinguts gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Zerkleinern einer insbesondere zähflüssigen oder pastösen Masse in ein Feingut gemäß Anspruch 15. Insbesondere betrifft die Erfindung ein einer Verflüssigungsvorrichtung, wie einer Conche oder einem Extruder, vorgeschaltetes Feinwalzwerk zum den eines Schokoladenfeinguts aus einer Masse bestehend aus Zucker, einem Kakaobestandteil, wie Kakaobutter, Kakaopulver oder einer aus Kakaobutter und Kakaopulver gebildeten Üblicherweise haben Feinwalzwerke im Eingangsbereich zwei Einzugswalzen, von denen eine die zähflüssige Masse in Form einer dünnen Masseschicht auf ihrer Außenseite aufnimmt. Auf der Außenseite wird die Masseschicht zu einem Walzenspalt gedreht, der durch zwei gegenüberliegende Walzen definiert ist und durch den hindurch die Masseschicht gequetscht und/oder geknetet wird, wodurch grobe Partikel, wie Zuckerkristalle, in der Masseschicht zermahlen werden. Nach dem Walzenspalt wird die Masseschicht auf die in Transportförderrichtung anschließende Walze übergeben. Auf die Einzugswalzen folgen üblicherweise zwei Zerkleinerungswalzen zum Bilden weiterer Walzenspalte. Eine Abgabewalze des Walzwerks schließt die Walzenanordnung des Walzwerks als die in Transportrichtung der Masseschicht stromabwärts letzte Walze ab. Von der Abgabewalze wird das zerkleinerte Feingut für eine weitere Bearbeitung, insbesondere für das so genannte Conchieren oder Chargenkneten, des Schokoladenfeinguts aus dem Walzwerk abgegeben. Die Drehgeschwindigkeit von Walze zu Walze nimmt in Transportförderrichtung durch das Walzwerk hindurch stetig zu, damit eine Masseschichtübergabe von einer Walze auf die Folgende automatisch erfolgen kann.
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Aus der
DE 197 00 347 A1 ist ein derartiges gattungsgemäßes Walzwerk, insbesondere ein Feinwalzwerk, zur kontinuierlichen Vermahlung einer zähflüssigen Schokoladenmasse bekannt. Das Walzwerk ist mit fünf in Reihe angeordneten Glattwalzen ausgestattet. Zwei Einzugswalzen fangen Rohstoffe der Schokoladenmasse auf und befördern sie zu dem ersten Walzenspalt. Nach dem Walzenspalt bildet sich eine Masseschicht auf der in Transportförderrichtung zweiten Walze, und die Masseschicht wird zum nächsten Walzenspalt gefördert. An der in Transportförderrichtung stromabwärts letzten Walze, der Abgabewalze, wird das Schokoladenfeingut aus dem Walzwerk entfernt. Zum Einstellen der Walzenspaltbreite können die Walzen zueinander verlagert werden.
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Sämtliche Walzen des bekannten Walzwerks sind in einem Wasserkühlkreislauf integriert, damit die Walzentemperatur nicht 40°C übersteigt. Die Kühlung der Walzen dient dazu, die Masseschicht unterhalb einer Übergangstemperatur zu halten, welche von dem Materialtyp der Masseschicht abhängt. Bei Milchschokoladenmassen definiert die darin enthaltene Laktose die kritische Glasübergangstemperatur, bei der die Substanz von einem kristallinen in einen elastischen oder gummiartigen Zustand übergeht und die bei ca. 50° bis 70°C liegt. Um den Zerkleinerungsprozeß effektiv durchführen zu können, ist auf eine Temperatur der Masseschicht zumindest im Bereich des Walzenspalts unterhalb der Glasübergangstemperatur zu achten, damit die an dem Walzenspalt erzeugten Querkräfte deren gewünschte Wirkung der Zerkleinerung von groben Partikeln der Masseschicht entfalten können.
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Das bei der Behandlung von Schokolade der Conche vorgeschaltete Feinwalzwerk soll die vermengten, groben Rohstoffbestandteile der Masse, wie Zucker und Kakaopartikel, derart zerkleinern, dass das entstehende Feingut möglichst pulverig wird und eine vorbestimmte Partikelgröße aufweist, was das spätere Conchieren erleichtert. Nach dem Zerkleinern in dem Feinwalzwerk wird die Conche mit dem pulverigen Schokoladenfeingut bestimmter Partikelgröße beschickt, das dort verflüssigt und sensorisch verfeinert wird. Beim Conchieren wird das Feingut in einem ersten Schritt aufgelockert und belüftet, um den Wassergehalt der Masse von ca. 1,0 bis 2% auf ca. 0,6% zu reduzieren. Für diese so genannte Trockenconchierphase ist ein sehr hoher Energie- und Zeitaufwand von mehreren Stunden notwendig. In einem zweiten Schritt werden dem Feingut erneut hohe mechanische Scherkräfte zugeführt.
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Um die Conchierzeit zu verringern, sind einige mehr oder weniger effektive Maßnahmen bekannt, die an Nachteilen leiden. Es ist beispielsweise angedacht, den Wassergehalt von Anfang des Bearbeitungsprozesses an gering zu halten, indem bereits vorgetrocknete Rohstoffe eingesetzt werden. Die Verarbeitung vorgetrockneter Rohstoffe bereitet allerdings Schwierigkeiten dahingehend, dass eine stets trockene Umgebung wegen der starken Neigung der Rohstoffe Feuchtigkeit aufzunehmen geschaffen werden muss, was den Herstellungsprozess teuer macht.
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Aus der
DE 34 17 126 C2 ist bekannt, einen Fließbetttrockner vor dem Conchieren zu installieren, auf dem das vorgewaltzte Schokoladenfeingut durch Heißluft getrocknet wird. Das Vorsehen eines Fließbetttrockners vor dem Conchieren impliziert allerdings einen konstruktiv hohen Aufwand insofern, als ein zusätzlicher logistischer Verfahrensschritt mit den entsprechenden Maschinen zwischen dem Vorwalzwerk und der Conche installiert werden muss. Außerdem zeigte sich, dass Heißluftdüsen durch Massepartikel leicht verstopft werden.
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Eine weitere Maßnahme zur Reduzierung der Conchierzeit besteht darin, während des Conchierens die Masse mit einem Vakuum zu beaufschlagen. Dies ist allerdings nicht nur energetisch aufwendig, auch das Zeitersparnis fällt verhältnismäßig gering aus. Insbesondere verursacht das Vakuum eine geschmackliche Verflachung der Schokolade.
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Die
CH 27927 A offenbart eine Einrichtung zur Herstellung von Kakaomasse mit fetthaltigen Kakaokernen, wobei am Eingang eines Walzwerks und am Ausgang des Walzwerks eine Heizeinrichtung vorgesehen ist.
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Die
US 5 294 766 A offenbart eine Walzenmühle, die aufgeheizt wird, um Harze zu schmelzen.
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Aus der
DE 30 16 786 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regulieren der Spaltbreite zweier Walzen eines Mehrwalzwerks bekannt, wobei jeder Walze eine Kühl- oder Heizeinrichtung zugeordnet ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, und ein Verfahren und ein Feinwalzwerk zum Verarbeiten einer zu zerkleinernden zähflüssigen Masse, wie einer Schokoladenmasse, bei welchem Verfahren und bei welchem Feinwalzwerk zuerst die Masse zu zerkleinern und deren Feuchtigkeitsgehalt zu reduzieren ist, dahingehend zu verbessern, dass die Trocknungszeit bei Schonung der zu bearbeitenden Masse deutlich reduziert ist, ohne den baulichen Aufwand zur Realisierung des Walzwerks und den Aufwand für die Verwirklichung des Verfahrens beträchtlich erhöhen zu müssen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 und Anspruch 15 gelöst. Danach wird ein Walzwerk mit einer Abgabewalze vorgeschlagen, der eine Einrichtung zum Erwärmen derart zugeordnet ist, dass während der Verweilzeit der zu trocknenden Masseschicht auf der Abgabewalze Wärme von einem masseschichtfremden Medium in die Masseschicht übergeht. Erfindungsgemäß soll also das „feuchte” Feingut bereits dann getrocknet werden, wenn es sich noch in dem Feinwalzwerk befindet, nämlich noch auf der Abgabewalze. Überraschenderweise stellte sich heraus, dass schon geringe Verweilzeiten der Masseschicht gleichmäßig Wärme zugeführt werden, wodurch eine rasche Verdunstung von Wasserbestandteilen aus der Masseschicht erreicht wird.
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Da erfindungsgemäß nur die Abgabewalze mit der erfindungsgemäßen Erwärmungseinrichtung zu versehen sein braucht, wird überraschenderweise der Zerkleinerungsprozeß nicht beeinträchtigt, weil in der Masseschicht auf der Abgabewalze erst dann die kritische Übergangstemperatur überschritten wird, wenn ohnehin für diese Masseschicht kein mechanischer Bearbeitungsschritt, wie das Kneten oder Quetschen, mehr in dem Walzwerk vorgesehen ist. Zwar gelangt die Masseschicht in Kontakt mit der erwärmten Abgabewalze am letzten Walzenspalt, allerdings ist die Kontaktzeit vor dem letzten Walzenspalt nicht groß genug oder vernachlässigbar, um die Masseschicht auf eine Temperatur oberhalb der kritischen Übergangstemperatur zu erhitzen, bevor die Masseschicht den letzten Walzenspalt passiert hat. Es sei angemerkt, dass im Walzspaltbereich immer noch der kühlende Einfluss der stromabwärts der Abgabewalze benachbarten, kühlen oder zumindest unerwärmten Walze besteht.
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Es stellte sich heraus, dass die Verweilzeit der Masseschicht auf der Abgabewalze ein wichtiger Parameter für den Trocknungsprozess darstellt. Da die Umfangsgeschwindigkeit ein wichtiger Parameter für das sichere Übergeben der Masseschicht von einer Walze auf die andere ist, kann der Durchmesser eine physikalische Größe sein, um die notwendige Verweilzeit einstellen zu können. Bei Abgabewalzen mit einem Durchmesser von 1000 mm und mehr und bei vordefinierter Umfangsgeschwindigkeit an der Außenseite der Walze reichte bereits eine Verweilzeit von weniger als einer Sekunde, um den gewünschte Feuchtegrad in dem Schokoladenfeingut zu erreichen. Geeignete Trocknungsergebnisse können bei Walzen mit den in der folgenden Tabelle angegebenen Daten erreicht werden. Auf eine Vergrößerung des Walzendurchschnitts kann allerdings verzichtet werden, wenn zu der erwärmten Walze eine Heißluftströmung um die Masseschicht herumgetrieben wird.
| Durchmesser 5. Walze [mm] | 1000 | 1200 | 1450 | 1550 |
| Umfang [mm] | 3142 | 3770 | 4555 | 4869 |
| Verweilstrecke [mm] | 2356 | 2827 | 3416 | 3652 |
| Drehzahl [U/min] | 120 | 100 | 83 | 77 |
| Geschwindigkeit [mm/s] | 6283 | 6283 | 6283 | 6283 |
| Verweilzeit [s] | 0,38 | 0,45 | 0,54 | 0,58 |
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Wärmemedium eine Temperatur zwischen 60°C und 140°C, insbesondere 70°C und 130°C, vorzugsweise 95°C und 120°C, auf. Diese Wärmemediumtemperaturen reichen aus, um den gewünschten Trocknungsgrad innerhalb der Masseschicht zu erzeugen.
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Vorzugsweise ist das Wärmemedium durch eine Außenhaut der Abgabewalze gebildet. Auf der Außenhaut liegt die Masseschicht, und die Außenhaut überträgt die Wärme durch Konduktion in die Masseschicht.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teil der Erwärmungseinrichtung benachbart einer die Masseschicht aufnehmenden Außenseite der Abgabewalze integriert.
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Beispielsweise sind hierzu elektrisch betriebene Wärmespulen und/oder -dränte in einem Außenmantel der Abgabewalze untergebracht.
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Eine weitere Möglichkeit, die Außenseite der Abgabewalze zu erwärmen, besteht darin, innerhalb der Abgabewalze einen zumindest von einem Teil einer Außenseite der Abgabewalze begrenzten Hohlraum bereitzustellen. Für den Hohlraum kann jeweils ein Anschluß zum Ein- und/oder Ableiten eines Wärmefluids, wie Heißluft, erwärmtes Öl, heißes Wasser, Dampf, wie Wasserdampf, vorgesehen sein. Der Anschluß der Erwärmungseinrichtung dient zum Einleiten des Wärmefluids in den Hohlraum. Der Anschluß kann mit einer Pumpe der Erwärmungseinrichtung zum Fördern des Wärmefluids verbunden sein.
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Eine ebenfalls effektive Trocknung kann realisiert werden, wenn das Wärmemedium ein Wärmefluid, wie Heißluft, ist, das Wärme durch Konvektion in die Masseschicht überträgt und insbesondere Feuchtigkeit der Masseschicht beim Überströmen entzieht. Vorzugsweise ist das Wärmefluid durch die Erwärmungseinrichtung zum Strömen entlang der auf der Abgabewalze liegenden Masseschicht angetrieben.
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Um einen möglichst effektiven Konvektionswärmeübertrag in die Masseschicht zu realisieren, kann die Erwärmungseinrichtung eine zumindest teilweise um die Abgabewalze erstreckende Umlenkwand zur Bildung eines Wärmefluidkanals um die Abgabewalze umfassen. Dabei kann der Wärmefluidkanal einen Einlaß und einen Auslaß zum Ein- und Ausströmen des Wärmefluids aufweisen.
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Sehr gute Trocknungseffekte werden erreicht, wenn die Erwärmungseinrichtung eine Wärmefluidströmung über der auf der Abgabewalze liegenden Masseschicht entgegen der Transportdrehrichtung der Masseschicht ausrichtet.
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Die besten Versuchsergebnisse wurden durch die Kombination von Wärmekonduktion von der Abgabewalze in die Masseschicht und von Wärmekonvektion von einer die Masseschicht überströmenden Heißluft erzielt.
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Das Wärmefluid kann beispielsweise eine Temperatur zwischen 90°C und 350°C aufweisen.
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Die Drehgeschwindigkeit der Abgabewalze kann vorteilhafterweise derart eingestellt sein, dass die Masseschicht mindestens 0,1 sec bis maximal 10 sec, vorzugsweise 0,1 sec bis 1,0 sec, auf der Abgabewalze verbleibt, bevor sie insbesondere durch einen Abstreifer von der Abgabewalze entfernt wird.
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Der Durchmesser der Abgabewalze kann größer als bei den üblichen Walzen eines Walzwerks sein. Beispielsweise können Walzen von 1000 mm, 1200 mm, 1450 mm, 1550 mm vorgesehen sein, um die Verweilzeit bei den üblichen Winkelgeschwindigkeiten zu verlängern.
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Weitere Einzelheiten Erfindung werden durch die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Feinwalzwerks zur Herstellung eines Milchschokoladenfeinguts; und
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2 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Feinwalzwerks in einer weiteren Ausführung.
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In 1 ist das erfindungsgemäße, vor einer Conche (nicht dargestellt) installierte und nach einem Vorwalzwerk geschaltete Feinwalzwerk zur kontinuierlichen Vermahlung einer zähflüssigen Masse, die aus Zucker, Kakaopulver, Milchpulver sowie Kakaomasse besteht, mit der Bezugsziffer 1 versehen.
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Das Walzwerk 1, das auch als Fünf-Walzwerk bezeichnet werden kann, umfaßt ein Paar Einzugswalzen 3, 5. Zwischen den Einzugswalzen 3, 5 mündet eine Rutsche 6, über die eine grobe Mischung der Rohstoffe der zu zermahlenden Masse, welche durch den Pfeil R angedeutet ist, in das Walzwerk 1 eingebracht werden kann.
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Die Rohstoffe R gelangen über die Rutsche 6 in einen Einfülltrog 9. Das Paar Einzugswalzen 3, 5 formt eine Masseschicht 11, die auf der Außenseite der Einzugswalze 5 liegt und in Drehrichtung D hin zu einem Walzenspalt 15 geführt wird, der durch die Einzugswalze 5 und eine anschließende Knetwalze 7 gebildet ist. Es sei klar, dass zwischen benachbarten Walzen 3, 5, 7, 9, 13 jeweils ein Walzenspalt zum Kneten und Zerkleinern der Masseschicht 11 besteht.
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In Transportförderrichtung der Massenschicht ist stromabwärts von der Knetwalze 7 eine weitere Knetwalze 9 und weiter eine Abgabewalze 13 angeordnet. Die Abgabewalze 13 umfasst einen etwa doppelt so großen Außendurchmesser wie jede der stromaufwärtigen Walzen 3 bis 9.
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Die Knetwalze 9 übergibt an dem Walzenspalt 15 zwischen der Abgabewalze 13 und der Knetwalze 9 die Masseschicht 11 an die Abgabewalze 13, und die Masseschicht 11 bleibt auch aufgrund der höheren Umfangsgeschwindigkeit an der Außenseite der Abgabewalze 13 haften und wird in Drehrichtung D der Abgabewalze 13 gefördert.
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Im Wesentlichen von dem Walzenspalt 15 zwischen der Abgabewalze 13 und der Knetwalze 9 erstreckt sich drehrichtungsaufwärts außen ein Umlenkblech 19 um die Abgabewalze 13 bis zu einem Abstreifer 21, an dem das pulverige Schokoladenfeingut S von der Außenseite der Abgabewalze 13 abgeschabt wird und über eine Fallrinne 25 auf ein Förderband 26 gelangt, das mit der nicht dargestellten Verflüssigungsvorrichtung, wie einer Conche oder einem Extruder, verbunden ist.
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Das um die Abgabewalze 13 von etwa 6 Uhr bis 3 Uhr umlaufende Umlenkblech 19 dient dazu, einen Umströmungskanal 29 zumindest teilweise um die Abgabewalze 13 radial zu begrenzen. Benachbart dem Abstreifer 21 ist ein Einlaß 31 für Heißluft, das durch den Pfeil H angedeutet ist, und ein Auslaß 33 ist benachbart dem Walzenspalt 15 vorgesehen, an dem die Heißluft H aus dem Umströmungskanal 29 abgeführt wird. Beim Durchströmen des Kanals 29 entzieht die Heißluft H, die eine Temperatur zwischen 90°C und 350°C aufweisen kann, der Masseschicht 11 Feuchtigkeit.
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Die Abgabewalze 13 kann auch mit einer Kontakterwärmungseinrichtung versehen sein, die dadurch realisiert ist, daß ein Hohlraum 35 der Abgabewalze 13 mit Heißwasser oder Wasserdampf W, was eine Temperatur von etwa 90°C bis 120°C aufweist, beschickt wird, damit die Masseschicht 11 auf der Außenseite der Abgabewalze 13 durch Konduktion erwärmt wird und Wasserbestandteile aus der Masseschicht 11 verdampfen können, die über die Heißluftströmung in dem Umströmungskanal 29 von der Masseschicht 11 weg abtransportiert werden. Der Hohlraum 35 hat einen Eingang für frischen Wasserdampf W und einen Ausgang zum Abtransport abgekühlten Wasserdampfs oder Wassers w.
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Die kleinen Walzen 3, 5, 7, 9 sind jeweils mit einer Kühleinrichtung versehen, damit die Walzentemperatur nicht 40°C übersteigt. Damit ist gewährleistet, daß in den Walzenspalten 15 Temperaturen unterhalb der Glasübergangstemperatur (50°–70°C) der Masseschicht 11 bestehen, damit ein effektiver Zerkleinerungsprozeß im Walzenspalt 15 erreicht wird.
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Der Kühlkreislauf der Walzen 3 bis 9 ist schematisch durch die Leitungen 41, 43 angedeutet, welche eine Versorgung eines Innenraums 47 der Walzen 3 bis 9 mit Kühlwasser sicherstellen.
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Gelangt die Masseschicht 11 von der Knetwalze 9 über den Walzenspalt 15 auf die Abgabewalze 13, so erfährt die Masseschicht 11 auf der Abgabewalze 13 sowohl eine Erwärmung von radial innen durch Kontakt mit der warmen Außenseite der Abgabewalze 13 als auch eine Erwärmung über Konvektion durch den über die Masseschicht 11 streichenden Heißluftstrom H.
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Bei einer Verweilzeit von etwa 0,1 bis 0,7 Sekunden der Masseschicht 11 auf der Abgabewalze 13 wird eine Wassergehaltreduzierung von circa 1,5%, die vorliegt, wenn die Masseschicht 11 die Walze 9 verläßt, auf weniger als 0,6% erreicht. Auf diese Weise kann das anschließende Verflüssigungs- oder Conchierverfahren von üblicherweise mehrere Stunden auf wenige Minuten verkürzt werden.
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In 2 ist eine weitere Ausführung eines Feinwalzwerks gezeigt das aufgrund des sehr ähnlichen Aufbaus ebenfalls mit der Bezugsziffer 1 versehen ist und sich von dem Feinwalzwerk 1 gemäß 1 dadurch unterscheidet, daß der Außendurchmesser der Abgabewalze 13 mit ca. 400 mm im wesentlichen dem der vorgeschalteten Walzen 3 bis 9 entspricht. Die aufgrund des geringen Außendurchmessers geringere Verweilzeit der Masseschicht 11 auf der Abgabewalze 13 wird dadurch kompensiert, daß ein entsprechend warmer Heißluftstrom außen über der Masseschicht 11 entlang das Wasser der Masseschicht 11 während dessen Aufenthalt auf der Abgabewalze 13 entzieht.
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Es zeigte sich, daß eine Kombination von erwärmter Abgabewalze 13 und einer Heißluftströmung eine Vergrößerung des Außendurchmessers zur Erhöhung der Verweilzeit nicht notwendig macht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Walzwerk
- 3, 5
- Einzugswalze
- 6
- Rutsche
- 7, 9
- Knetwalze
- 9
- Zuführtrog
- 11
- Masseschicht
- 13
- Abgabewalze
- 15
- Walzenspalt
- 19
- Umlenkblech
- 21
- Abstreifer
- 25
- Fallrinne
- 26
- Förderband
- 29
- Umströmungskanal
- 31
- Einlaß
- 33
- Auslaß
- 35
- Hohlraum
- 41, 43
- Leitungen
- 47
- Innenraum
- D
- Drehrichtung
- H
- Heißluft
- R
- Pfeil
- R
- Rohstoffe
- S
- Schokoladenfeingut
- W, w
- Wasserdampf, Wasser
