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'Verfahren zur Verbesserung der Farbe, des Geschmacks und anderer
Parameter von Kakao beim alkalischen Aufschluß Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Verbesserung der Farbe, des Geschmacks und anderer Parameter von Kakao beim
alkalischen Aufschluß.
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Der alkalische Aufschluß von Kakao stellt in seiner derzeitigen Form
ein verhältnismäßig langwieriges und kostspieliges Verfahren mindestens dar. Im
Prinzip wird seit/hundert Jahren das gleiche absatzweise Verfahren, bei dem der
Kakao in großen Kochbottichen behandelt wird, ohne wesentliche Verbesserung durchgeführt.
Bei den meisten herkömmlichen Verfahren werden nach dem Rösten der Kakaobohnen und
nach dem Entfernen der Hülsen oder Schalen die zerbrochenen, Üblicherweise als Kakaakörner
bezeichneten Bohnen zerstoßen oder zermahlen und dadurch die Zellen zerbrochen und
eine glatte,crem artige Konsistenz aufweisende, als Kakaomasse bekannte Paste hergestellt.
Die Kakaomasse wird dann in eine hydraulische Presse
der Verweilzeit,
eingespeist, in der unter entsprechender Einregelung,/der Temperatur und des Feuchtigkeitsgehaltes
und unter Entfernung eines Teils des als Kakaobutter bekannten Fetts ein Preßrückstand
gebildet wird. Typischerweise wird der Preßrückstand dann zermahlen und in dem absatzweise
und unter erhöhtem Druck arbeitenden Kocher mit einer alkalisierenden Lösung vermischt.Der
Kocher wird dann ineien Vakuumtrockner umgewandelt und der Feuchtigkeitsgehalt der
Partie herabresetzt. in diesem7 Der Inhalt des Bottichs wird dann in Trommeln oder
andere geeignete Behälter überführt und im Verlauf von mehreren Tagen abgekühlt.
Die abgekühlte Masse wird dann zu einem feinen Pulver zermahlen, das zur Herstellung
von Schokoladenkuchen, Schokoladengetränken, Schokoladeneis und Schokoladenplätzchen
verwendet werden kann.
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Das übliche herkömmliche, absatzweise durchgeführte Verfahren weist
eine Reihe von Nachteilen auf. Erstens muß jede Partie unter Einhaltung genau der
gleichen Bedingungen behandelt werden, um einen geeigneten Feuchtigkeitsgehalt,
den erwünschten pH-Wert, einen niedrigen Gehalt an mikrobiologischer Flora und einen
einheitlichen Geschmack und eine einheitliche Farbe zu erzielen.
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Dies ist jedoch gerade bei einem nicht kontinuierlichen Verfahren
außerordentlich schwierig zu bewerkstelligen und erfordert die dauernde Überwachung
des Personals und der maschinellen Ausrüstung. -Zweitens führt das Kochen in Bottichen
und das Trocknen der Partie ohne ins Gewicht fallendes mechanisches Rühren zu einem
nicht einheitlichen Erhitzen des Kakaos, durch das ein Teil des Kakaos anbrennt,
während ein anderer Teil deß Kakaos nicht ausreichend gekocht wird, und man erhält
auf diese Weise ein hinsichtlich
der Farbe und des Geschmacks nicht
einheitliches Produkt. Das mittels der herkömmlichen, absatzweise durchgeführten
Verfahren erhaltene Produkt weist i Verwendung der gleichen Alkalimenge nicht die
für viele Handelsprodukte erforderliche dunkle und satte Färbung auf. Außer der
für die Aufrechterhaltung der geeigneten Bedingungen erforderlichen zusätzlichen
Ausrüstung und dem erforderlichen zusätzlichen Personal stellen die großen verwendeten
Bottiche eine weitere finanzielle Belastung des Herstellers dar, da diese einen
erheblichen Platz einnehmen.
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Versuche, von dem vorbeschriebenen Verfahren abzugehen, haben bei
den bisherigen absatzweise durchgeführten Trockenverfahren zu Problemen geführt.
Versuche, das Trocknen durch Anwendung höherer Temperaturen zu beschleunigen, haben
zur Gefahr der Verkohlung geführt. Bei den herkömmlichen Verfahren wird keine für
die wirksame und einheitliche Verteilung der Wärme auf das Endprodukt ausreichende
Menge an Betriebsgas verwendet. Eine weitere, bei den herkömmlichen Verfahren auftretende
Gefahr ist das Härten der einzelnen Kakaofestkörper im Behälter. Dieses Problem
stellt sich, wenn die Temperatur des festen Produkts zu schnell ansteigt und dadurch
die äußere Oberfläche des Produkts hart wird. Dies wird zumindest zum Teil dadurch
verursacht, daß kein festes Produkt mit ausreichend kleiner Teilchengröße zur Verfügung
steht, die Temperaturbedingungen nicht in ausreichendem Maße kontrolliert werden
und kein volumenmäßig ausreichender Gasstrom verwendet wird. Um ein Produkt mit
zufriedenstellenden Eigenschaften zu erhalten, ist es deshalb erforderlich, den
gehärteten festen Kakao immer wieder zu zermahlen.
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Es wurde schon versucht, das vorbeschriebene "absatzweise durchgeführte
Verfahren" durch ein kontinuierliches Verfahren zu ersetzen. Diese Versuche, wie
sie z.B. in der US-PS 1 167 959 beschrieben sind, waren bisher jedoch erfolglos.
Dies geht hauptsächlich darauf zurück, daß es bisher nicht möglich war, ein erfolgreiches
kontinuierliches Verfahren zur Herstellung des Gemisches aus Kakaomaterial und alkalischer
Lösung, zum Kochen dieses Gemisches, und ein kontinuierliches Verfahren zum wirksamen
Trocknen und Abkühlen des Kakaoendprodukts zur Verfügung zu stellen.
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Ein neueres Verfahren zur Herstellung von alkalisch aufgeschlossenem
Kakao ist in der US-PS 3 754 928 beschrieben. In dieser Patentschrift wird ein Verfahren
zum alkalischen Aufschließen von Kakao beschrieben, bei dem eine wässrige alkalische
Kakaolösung durch Anwendung von Reibungs- und Druckkräften sehr schnell innerhalb
von 10 Sekunden auf Temperaturen von 93,3 bis 148,90C erhitzt und diese Temperaturen
vor dem Abkühlen ungefähr 45 bis 75 Sekunden aufrecht erhalten werden. Die vorgenannte
Patentschrift lehrt, daß die Reibungs- und Druckkräfte durch Extrudieren des Gemisches
durch eine Form erzeugt werden können. Das Gemisch enthält anfänglich ungefähr 4
bis 6 und nachdem Trocknen ungefähr 4 Gewichtsteile Wasser. Dieses Verfahren erfordert
jedoch hohe Temperaturen und eine sorgfältige Kontrolle der Temperaturbedingungen
und Verweilzeiten bei der Führung des Gemisches durch die Form, sowie eine starke
anfängliche Verdichtung des Gemisches. Außerdem wirkt sich der niedrige anfängliche
Feuchtigkeitsgehalt nachteilig auf ein gutes Durcharbeiten des Gemisches aus, weil
4 bis 6 Teile mit Alkali gesättigtes Wasser eine für die Benetzung aller den
Reibungs-
und Druckkräften unterworfenen Kakaoteilchen nicht ausreichende Flüssigkeitsmenge
darstellen. Die unvollständige Benetzung hat jedoch eine unvollständige chemische
Reaktion und eine nicht gleichmäßige Verteilung des Alkalis zur Folge. T)ies führt
dazu, daß sich die Herstellung von Kakao und den Kakao enthalten~ dem fertigen Produkt
mit verschiedenen Fraben und Farbintensitäten nur schlecht kontollieren läßt.
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In der US-PS 3 778 519 wird beschrieben, daß das Imprägnieren von
Kakaobohnen mit Alkali oder Wasser und gegebenenfalls deren Sterilisierung wegen
der anschließenden Schwierigkeiten beim Trocknen einen möglichst niedrigen Feuchtigkeitsgehalt
erfordern. Im Gegensatz dazu stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Verfügung, das unter Verwendung eines hohen anfänglichen Feuchtigkeitsgehaltes zu
hervorragen den Ergebnissen führt. Dieses TJerfShren stellt eine Verbesserung der
herkömmlichen Verfahren zum alkalischen Aufschluß von Kakao dar.
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Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zum alkalischen Aufschließen von Kakao zur Verfügung zu stellen, das zu
einer Verbesserung der Farbe und zur Verfügungstellung einer unbegrenzten Vielzahl
von Farbschattierungen und Farbtönen und zu anderen verbesserten Parametern des
Endprodukts führt.
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Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, durch Verwendung
der gesetzlich zulässigen Alkalimengen eine bestögliche Farbe des Kakaos zu erzielen.
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Weiter ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum alkalischen
Aufschließen von Kakao zur Verfügung zu stellen, das sich erheblich schneller durchführen
läßt, zu dessen Durchführung eine erheblich geringere Raumanforderung für die Betriebsausrüstung
erforderlich ist, und das einen wirtschaftlichen Betrieb und eine geeignete Kontrolle
aller Bedingungen erlaubt.
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Außerdem ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, ein kontinuierliches
Verfahren zum alkalischen Aufschließen von Kakao zur Verfügung zu stellen, das ein
einheitliches Kochen des Kakaos ohne Anbrennen oder nicht ausreichendes Kochen des
Produkts ermöglicht.
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Wieder ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein kontinuierliches
Verfahren zum alkalischen Aufschließen von Kakao zur Verfügung zu stellen, bei dem
das Produkt während des Vormischens und Kochens kontinuierlich mechanisch durchgearbeitet
wird.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es weiter, ein Verfahren zum alkalischen
Aufschließen von Kakao zur Verfügung zu stellen, bei dem Pellets des rertigen Produkts
mittels eines Druckstrahls getrocknet und abgekühlt werden, darauf ein Fließbettauftriftt
und dumh indie Pellets angehoben und durcheinander gewirbelt werden.
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Noch ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein praktisch steriles
Kakaoendprodukt herzustellen.
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Ziel der vorliegenden F¾-rßindur% ist es außerdem ein vollständig
gelatiniertes Kakaoprodukt herzustellen, das beI Verwendung in Kakaogetränken zu
einer besseren Suspension des Kakaos führt.
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Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Verbesserung der
Farbe, des Geschmacks und anderer Parameter von Kakao beim alkalischen Aufschluß,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß es in folgenden Verfahrensstufen durchgeführt
wird: (1) Pulverisieren des Preßrückstandes von Kakaobohnen oder von Kakaokörnern
zu einem freifließenden Pulver; (2) Herstellen einer wässrigen alkalischen Lösung
mit einer Konzentration von ungefähr 3 bis 12 Gewichtsprozent; (3) Vereinigen der
wässrigen alkalischen Lösung aus Verfahrensstufe (2) mit dem in Verfahrensstufe
(1) erhaltenen pulverisierten Kakaomaterial und zusätzlichem Verdünnungswasser zu
einem Produktgemisch aus einer feuchten Nasse mit einem ungefähr Flüssigkeitsgehalt
von/20 bis 35 Gewichtsprozent und einem Alkaligehalt bis zu höchstens etwa 6 Gewichtsprozent,bereanet
als Kaliumcarbonat, und Herstellen eines homogenen Produkt -gemisches; (4) Kochen
des in Stufe (3) hergestellten Produktgemisches bei etwa -Temperaturen von/~65,6
bis 110VC unter Einhaltung einer Verweilzeit von ungefähr 2,5 bis 5 Minuten unter
kontinuierlichem Mischen und zunehmendem Erhöhen des Druckes bis auf Drücke von
ungefähr 35,15 bis 91,4 at zu einer heißen verdichteten Masse, wobei das Kochen
mittels Einleiten des in Stufe (3) hergesteUten Produktgemisches in einen länglichen
Behälter durchgeführt wird, der mit Einrichtungen zur Umwandlung des vorgenannten
Produktgemisches in eine diesem Behälter entsprechende Knetmasse ausgestattet ist,
wobei in Richtung vom Einlaß zum Auslaß des Behälters ein zunehmend höherer Druck
auf die Knetmasse ausgeübt und die Temperatur in
diesem Behälter
so eingeregelt wird, daß das Produktgemisch auf seine Siedetemperatur erhitzt wird;
(5) Extrudieren der in Verfahrensstufe (4) erhaltenen verdichteten Masse unter Verwendung
einer Form zu Produktstäben, wobei die Produktmasse unmittelbar nach dem unter erhöhtem
Druck durchgeführten Kochen vom Auslaß des länglichen Behälters abgezogen und durch
eine Extruderform geführt wird, die mindestens eine zur Tlerstellung des Produktstabes
geeignete Düse aufweist; und (6) Zerbrechen des in Stufe (5) hergestellten Produktstabes
zu Produktpellets von geeigneter Länge.
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Erfindungsgemäß wird das als Preßrückstand oder Kakaokörner zur Verfügung
stehende Kakaomaterial pulverisiert und gleichzeitig wird eine wässrige alkalische
Lösung in einem gesonderten Tank hergestellt. Das pulverisierte Material und die
alkalische Lösur.g werden vereinigt und dann durch durchgreifendes mechanisches
Durcharbeiten zu einem homogenen Produktgemisch verarbeitet. Unmittelbar nach Beendigen
dieses Vormischens wird das Produktgemisch in einen kombinierten Kocher-Extruder
überführt, in dem es unter erhöhtem Druck kontinuierlich mechanisch durchgearbeitet
und dadurch seine Homogenität erhalten wird. Vorzugsweise wird ein Kocher-Extruder
mit einer Schnecke verwendet, deren Gewinde ganz zur Auslaßöffnung des Kochers hin
alln1Cc enger wird, wodurch das Gemisch einem zunehmend größeren Druck unterworfen
wird. Diese Verdichtung der Produktmasse erlaubt ein wirksames Extrudieren durch
eine geeignete Form, die direkt an der Auslaßöffnung des Kochers angebracht ist
und die Herstellung eines
Produktstabes, der ohne Schwierigkeiten
in Pellets der erwünschten Länge zerschnitten werden kann. Das Trocknen der Pellets
wird erfindungsgemäß in einem Fließbett mittels einer Vielzahl von Druckströmen
durchgeführt, welche die Pellets anheben und in einer inerten Atmosphäre durcheinanderwirbeln.
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Das Vormischen des zermahlenen Preßrückstandes mit der alkalischen
Lösung fördert die zur Erzielung der erwünschten Farbe erforderliche Wechselwirkung
zwischen den Molekülen des Produktgemisches ganz erheblich. Dieses Vormischen führt
außerdem zu einem homo£emren Dodktgemisch für die Reaktion im Kocher-Extruder und
dadurch zu einer einheitlicheren Farbe und einem einheitlicheren Geschmack.
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Das mechanische Durcharbeiten während der Kochstufe ist ebenfalls
sehr wichtig, da die Moleküle des Gemisches zur Verhinderung des Anbrennens und
eines nicht ausreichenden Kochens ständig durcheinandergerührt und miteinander vermischt
werden. Vorzugsweise wird das Kochen bei Temperaturen von ungefähr 65,6 bis 1100C
durchgeführt, während der Druck bis auf Töchstwerte von ungefähr 35>15 bis 91,4
at in den letzten Stufen gesteigert wird.
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weil es dadurch möglich wird, Die Trocknungs- und Kühlstufen sind
deshalb besonders wichtig1 / das Kakaoprodukt ohne die vorbeschriebenen Gefahren
des Anbrennens und der Verschlechterung des Geschmacks oder der Farbe sehr schnell
zu trocknen und dann drastisch abzukühlen. Der Feuchtigvon 20 bis 35 Prozent tettsgehalt
des Materials- am Eingang des Vormischers/wird am Ende, der Trocknungs und Kühlstufe
bis auf ungefähr 4 Prozent vermindert. Es wurde gefunden, daß der Feuchtigkeitsgehalt
von 20 bis 35 Gewichtsprozent zu einem leicht durcharbeitbaren, eine homogene Masse
bildenden Gemisch führt, aus dem sich ein Produktstab herstellen
lädt,
der sich nach Verlassen der Extruderform einfach beim Aufprall auf eine stationäre
Platte brechen läßt. In einigen Fällen, vor allem wenn der Fettgehalt des Kakaos
von 10 bis 12 Gewichtsprozent beträgt, kann der Feuchtigkeitsgehalt auf ungefähr
27 Gewichtsprozent herabgesetzt werden, und es ist keine stationäre Platte zum Brechen
des Stabes in Pellets erforderlich.
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Die Pellets eisen eine Länge von ungefähr 6,35 bis 25,4 mm auf und
der aus dem Extruder erhaltene Produktstab mit einem Durchmesser von ungefähr 3,2
mm läßt sich ausgezeichnet trocknen. Das Trocknen wird in einer inerten Atmosphäre
bei Temperaturen von 176,7 bis 232,20C ungefähr 2>5 bis 3 minuten durchgeführt.
Es kann eine beliebige,z.B. aus Stickstoff, Argon oder einem anderen, nicht mit
dem Produkt reagierenden Gas bestehende inerte Atmosphäre verwendet werden. Für
das kontinuierliche Verfahren eignet sich als inerte Atmosphäre Luft, der durch
Verbrennung alle Saustoffverbindungen entzogen worden sind und die demgemäß hauptsächlich
aus Stickstoff besteht. In der drastisch durchgeführten Kühlstufe- wird die Temperatur
im Verlauf der gleichen Zeit'etwaaufaurr temperatur herabgesetzt.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des gesamten erfindungsgemäßen
kontinuierlichen Verfahrens zur Verbesserung der Farbe, des Geschmacks und anderer
Parameter von Kakao beim alkalischen Aufschluß von anfänglichen Zermahlen des Preßrückstandes
bis zur Überführung des getroc;nete-, und abgekünlten Endprodukts in einen Transportbehälter.
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Fig. 2 stellt einen detaillierten Schnitt durch den unter erhohtem
Druck stehenden kombinierten Kocher-Extruder dar, der beim.
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erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.
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Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die aus einem Fließbett bestehende
Trocknungs- und Kühleinrichtung.
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Fig. 4 stellt einen Schnitt entlang der Linie 4-4 von Fig. 3 dar,
das eine um 900 gedrehte Ansicht von Fig. 3 zeigt.
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Fig. 1 zeigt eine vollständige schematische Darstellung des erfindungszemäßen
7 7 Verfahrens zum alkalischen Aufschluß von Kakao. Die im einzelnen in dieser Figur
gezeigten inechanischen Einrichtungen zur Durchführung der verschiedenen Verarbeitungsmaßnahirien
stellen vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete
Einrichtungen dar. Es knnnen jedoch auch andere gleichwertige und zur gleichen Wirkung
führende Einrichtungen verwendet werden. Das Verfahren beginnt in der oberen linken
Ecke von Fig. 1 mit dem Zermahlen von Kakaopreßrückstand, der in einer Presse aus
den gerösteten Kakaobohnen hergestellt worden ist. Obwohl Kakao -preßrückstand vorzugsweise
als Ausgangsmaterial verwendet wird, kann Kakao natürlich auch in anderen Formen,
wie in Form von Kakaokörnern, als Ausgangsmaterial verwendet werden. Unabhängig
von der physikalischen Form des Ausgangsmaterials in dieser Stufe wird das Ausgangsmaterial
anschließend pulverisiert und zu einer homogenen Masse verarbeitet.
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tnr Kakaopreßrückstand wird in den Zuspeisungstrichter einer Mühle
10 eingespeist. Die stühle 10 kann eine beliebige geeignete
Konstruktion
aufweisen und kann mehrere rotierende Klingen 11 auf einer Welle 12 enthalten. Der
Preßrückstand wird in dieser mühle zu einem groben freifließenden, durch das Sieb
13 gehenden Pulver zermahlen oder pulverisiert. Es ist wichtig, daß unter Mühle
10 eine ausreichende Herabsetzung der Teilchengröße erzielt wird, um leicht durcharbeitbare,
durch die Extruderform gehende Teilchen zu erhalten. Vorzugsweise wird der KakaopSeßrückstand
zu Teilchen mit einem Durchmesser von ungefähr höchstens 3,2 mm zermahlen. Die Teilchen
brauchen demgemäß nur soweit zermahlen zu werden. daß sie dann zehen durch die Ex.truderformg,
ohne die Düse dieser Form zu verstopfen.
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Das Sieb 13, durch das die Teilchen nach dem Zermahlen geführt werden,
weist vorzugsweise eine zur Erzielung einer Teilchengröße des Pulvers von ungefähr
0>099 bis 0,297 mm ausreichende Maschenweite auf. Von diesem Sieb fällt das Pulver
durch einen Magnetrost 14, wodurch gegebenenfalls kleine Metallteilchen entfernt
werden, die vorher durchgeführten Reinigungsstufen entgangen sind.
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Unmittelbar unter dem Magnetrost 14 ist ein Zuspeisungstrichter 15
für eine Förderschnecke 16 angeordnet.
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Das Kakaomaterial wird durch die Förderschnecke 16 nach oben transportiert
und in einem großen Vorratssilo 17 gelagert, aus dem kontrollierte Zuspeisungsmengen
über die Ausgangsdüse 18 abgezogen werden können. Der Vorratsbehälter17kann einen
Vibrationsmechanismus 19 zur Zuspeisung des zermahlenen Kakaomaterials zum weiteren
Verfahren aufweisen. Zur genaueren Dosierung der zugespeisten Vaterialmengen wird
eine Dosierungseinrichtung 20 mit einer rotierenden Schnecke verwendet, welche die
genaue Zuspeisungsmenge volumetrisch oder gravimetrisch abmißt. Während des Betriebs
der Anlage wird der Motor 21 der Dosierungseinrichtung kontinuierlich mit
einer
vorgewählten Geschwindigkeit betrieben, so daß man am Auslaß 22 der Dosierungseinrichtung
einen kontinuierlichen Pglaterialfluß aus Kakaopulver erhält.
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In einem geeigneten Tank 27 wird gemäß der üblichen Praxis unter Verwendung
von Alkali- und Erdalkalimetallverbindungen eine wässrige alkalische Lösung hergestellt.
Eine für diesen Zweck geeignete Alkalimetallverbindung, wie Natriumhydroxid, Natriumcarbonat.
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(kaustisches Soda), Natriumbicarbonat (NaHCO3)> Kaliumcarbonat,
Kaliumhydroxid, Kaliumbicarbonat, Ammoniumcarbonat, Ammoniumbicarbonat, Ammoniumhydroxid,
Ammoniak, Magnes lmca;bcrat, Slagnesiumoxid und Gemische der vorgenannten Verbindungen,
kann(können)dafür verwendet werden. Die alkalische Lösung weist eine Konzentration
von ungefähr 3 bis 12 und vorzugsweise von ungefähr 5 bis 12 Gewichtsprozent auf.
Die Lösung wird vorzugsweise mittels eines durch einen Motor 29 angetriebenen zentrifugalen
Mischkopfs28 gerührt. Die im Einzelfall mit dem Kalcaopulver zu vermischende alkalische
Lösung wird dann durch eine geeignete Leitung 30 zu einem Meß- und Lagertank 31
geleitet. Der Tank 31 kann mit einer Wasserleitung 32 ausgestattet sein, mittels
der die aus dem Tank 27 zugeführte alkalische Lösung auf die erforderliche Konzentration
eingestellt werden kann. Die Leitungen 30 und 32 können natürlich mit geeigneten
Regelventilen (nicht gezeigt) zur Herstellung der den gesetzlichen Vorschriften
entsprechenden Konzentration der alkalischen Lösung ausgestattet sein. Die Lösung
wird soweit verdünnt, daß man ein Endprodukt mit einem Alkalihöchstgehalt von 3
Prozent, berechnet als wasserfreies Kaliwmcarbonat, erhält. 3ei Kakaokörnern mit
einem niedrigen Fettgehalt ist ein Alkaligehalt bis zu 6 Prozent zulässig. Zusätzliche
Tanks, wie Tank 33, können
zur Zuspeisung von zusätzlicher Farbe,
Zucker, Malz oder ähnlichen Zusatzstoffen mit dem Pleß- und Lagertank 31 verbunden
sein.
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Solche zusätzliche Tanks bilden jedoch keinen Teil des erfindungsgemäßen
Verfahrens und werden demgemäß in der vorliegenden Beschreibung nicht eingehend
beschrieben. Die Auslaßdüse 34 des Meß- und Lagertanks 31 enthält ein geeignetes
Ventil 35, das zusammen mit dem Motor 21 betrieben wird und das die Alkalilösung
im richtigen Verhältnis zum Kakaopulvermaterial zusetzt, das in den unmittelbar
unterhalb der Düse 34 und des Ventils 35 angeordneten ZuspeisungstridLer3beingespeist
wird. An dieser Stelle weist das Gemisch einen Flüssigkeitsgehalt von ungefähr 20
bis 35 Gewichtsprozent auf.
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Der Zuspeisungstrichter 36 stellt den Ausgangspunkt für die wichtige
erfindungsgemäße Vormischstufe dar. Der Trichter 36 ist ein Teil eines Mischers
37, in dem die feuchte Produktmasse kontinuierlich durchgearbeitet wird. Der Mischer
kann einjoder mehrere rotierende Wellen mit auf diesen Wellen montierten Läufern,
Paddeln oder Bändern enthalten, mittels denen das Produktgemisch durchgreifend vermischt
und homogenisiert wird. Dies stellt einen besonderen Vorteil dar, da beim Eintritt
in die anschließende Kochstufe das Kochen dadurch ohne Bildung von heißen Stellen
oder nicht gekochten Teilen des Gemisches, die zu einem nicht homogenen Gemisch
führen würden, durchgeführt werden kann. Ein an dieser Stelle geeigneter Mischer
ist der von der Firma Paul 0. Abbe, Inc., Little Falls, New Jersey, hergestellte
"kontinuierliche Doppelwellenmischer??. Obwohl das erfindungsgemäBe Verfahren an
dieser Stelle vorzug weise auf die vorbeschriebene Weise durchgeführt wird, kann
es natürlich auch unter Verwendung einer beliebigen
Einrichtung
zum mechanischen Durcharbeiten des Produktgemisches vor der Kochstufe durchgeführt
werden. Dabei muß nur darauf geachtet werden, daß das Gemisch so durchgreifend vermischt
wird, daß man vor der Kochstufe eine homogene Masse erhält.
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Das Produktgemisch eignet sich jetzt zur Einspeisung in die nächste
wichtige Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens. In dieser Stufe wird die mechanische
Durcharbeitung des Produktgemisches fortgeführt und das Produktgemisch gleichzeitig
unter zunehmend höher werdender Druck gekocht. Vorzugsweise wird zu diesem Zweck
der kombinierte Kocher-Extruder von The Bonnot Company of Kent, Ohio, verwendet,
obwohl natürlich jede andere gleichwertige Einrichtung erfindungsgemäß verwendet
werden kann. Erfindungsgemäß wird der Druck vorzugsweise mittels einer variablen
Gewindeschnekke mit z.B. einer ersten Stufe 41 und einer zweiten Stufe 42 erhöht.
Der kombinierte Kocher-Extruder wird in Abbildung 2 eingehender erläutert. Statt
der vorbeschriebenen zweistufigen Gewindeschnecke können natürlich im Extruder auch
andere Mittel zur mechanischen Durcharbeitung des Produktgemisches verwendet werden.
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Wichtig ist dabei nur, daß das Produktgemisch durch die Schnecke kontinuierlich
durchgearbeitet, zunehmend unter erhöhten Druck gesetzt und gleichzeitig soweit
erhitzt wird, daß das Produkt gekocht wird. Am Auslaßende des Kocher-Extruders sind
geeignete Übertragungseinrichtungen für den Druck 43 und die Temperatur 44 zur richtigen
Einregelung dieser wichtigen Betriebsparameter angeordnet. Das Auslaßende des Extruders
40 ist mit einem Extrudier-Formkopf 45 ausgestattet, aus dem die verdichtete Produktmasse
extrudiert und für das Trocknen vorbereitet wird. Beim Extrudieren wird ein Produktstab
hergestellt, der in verhältnismäßig kurze
Produktpellets aufgeteilt
wird. Dies wird in Abbildung 2 näher erläutert.
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Im Kocher-Extruder werden Temperaturen von ungefähr 65,6 bis unefähr
11ovo und vorzugsweise von/82,2 bis lOOUC angewendet, und der Druck wird zunehmend
bis auf Endwerte von ungefähr 35,2 bis 91,4 und vorzugsweise von 49,2 bis 77,3 at
erhöht. Üblicherweise wird das homogene Gemisch durch die im adiabatisch arbeitenden
Extruder auftretenden Reibungskräfte oder das mechanische Durcharbeiten wesentlich
erhitzt, es können jedoch erforderlichenfalls zur Aufrechterhaltung des angegebenen
Temperaturbereiches zusätzliche Heizeinrichtungen vorhanden sein. Höhere als die
angegebenen Temperaturen können zum Verkohlen des Produktgemisches führen. Die Verweil-
oder Kochzeit im Kocher-Extruder kann über einen begrenzten Bereich schwanken, wobei
die Breite dieses Bereiches durch die Öffnung, der Extruderform und die Geschwindigkeit
der Extruderschnecke bestimmt wird. Die Extruderform weist geeigneterweise eine
Düsenöffnung von ungefähr 0,25 bis o,38 cm auf Es können zwar auch größere Düsenöffnungen
verwendet werden, die jedoch die Produktqualität und die Wirtschaftlichkeit des
Betriebs gegebenenfalls nachteilig beeinflussen. Erheblich größere Düsenöffnungen
eignen sich ebenfalls nicht, da die in diesem Fall erforderlichen Drücke nicht zur
Verfügung gestellt werden können.
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Im allgemeinen beträgt die Koch- bzw. Verweilzeit im Kocher-Extruder
bei einem kontinuierlichen Verfahren mit kontinuierlicher Zuführung von Kakaomaterial
bei einer Düsenöffnung der Extruderform von ungefähr 0,25 bis 0,38 cm ungefähr 2,5
bis 5 Minuten.
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Vorzugsweise beträgt die Koch- oder Verweilzeit im Kocher-Extruder
ungefähr 4 bis 5 Minuten. Diese Verweilzeit im Kocher-Extruder ist wichtig, während
die Verweilzeit in der Extruderform nur ungefähr höchstens 1 Sekunde beträgt.
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Der kombinierte Kocher-Extruder wird jetzt anhand von Fig. 2 näher
erläutert.
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Das Produktgemisch aus dem Mischer 37 wird über einen geeigneten Zuspeisungstrichter
50 in das Einlaßende des Kocher-Extruders 40 eingespeist. Ein geeigneter Holländer
51 speist das Produktgemisch
auf kontrollierte Weise in ein Mischrohr
52 ein, das aus einer länglichen zylindrischen Kammer besteht. Ein Dampfheizelement
53, das seine Energie aus einer Quelle 54 bezieht ist um das Mischrohr 52 gewickelt,
und ein Mantel 55 hält die Energie des Heizewements tm Kocher-Extruder zurück. Die
in den Stufen 41 und 42 gezeigten Zonen der veränderlichen Gewindeschnecke sind
in Fig. 2 ebenso wie das progressive Gewinde der Schnecke besser im Detail erkennbar.
Das Volumen zwischen einem Umlauf des Gewindes in S-tufe 41 dieser Schnecke ist
mehrere Male größer als das Volumen zwischen einem Umlauf des Gewindes am Auslaßende
in Stufe 42, wodurch der Druck des Produktgemisches in der Extruderschnecke praktisch
um den gleichen Faktor erhöht wird. Der Extruderkopf 45 enteine oder hält mehrere
geeignete Extruderformen oder Düsen 56, aus-denen der Produktstab R extrudiert wird.
Das Produkt weist einen Feuchtig-0 keitsgehalt von ungefähr 20 bis 35 und vorzugsweise
von Ungefähr 27 bis 33 Gewichtsprozent auf, was zu einem sauberen Abbrechen des
Produktstabes nach dem Verlassen des Extruderkopfes-45 führt. Der Produktstab R
wird mittels einer stationären Platte 57, die vor den Düsen der Extruderform angeordnet
ist, abgebrochen.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, werden die Bruchstücke oder Pellets aus
dem Pro-duktstab R auf ein kontinuierlich arbeitendes Förderband 60 überführt, das
eine Vielzahl von Taschen oder Becher zum Aufwärts transport der Pellethaufen R1
zu einem Aufnahmebehälter für die nächste Stufe bildende Quererhöhungen 61 aufweisen.
An diesem Punkt enthalten die Pellets noch ungefähr 85 bis 97 Prozent des ursprünglich
zum Preßrückstand zugesetzten Wassers.
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Vom Förderband60werdt die Pellets in die Einspeisungseinrichtung65
einer kombinierten, als Fließbett ausgebildeten Trocknungs- und Kühleinheit 66 überführt.
Das Bett aus den Pellets ist durchdLeBezugszahl R2 in Fig. 1 gekennzeichnet und
wird auf dem horizontalen Boden 67 der Einheit 66 gebildet. ueber mehrere nach unten
geruch tete Düsen 68 und 68a werden Druckströme aus erhitztem Gas in das Bett aus
Pellets eingedüst, durch welche die Pellets angehoben und durcheinandergewirbelt
werden. Die Gas-Druckströme werden von einer Heizkammer 69 und einer Kühlkammer
69a, die oberhalb der entsprechenden Düsen 68 und 68a angeordnet sind, zu den Düsen
und - dem Fließbett zusclahrt. Der Boden 67 des Fließbettes R2 aus den Pellets kann
schwingen oder vibrieren, und dadurch werden die zugespeisten Pellets kontinuierlich
durch das Fließbett transportiert. Am Auslaßende der Einheit 66 wird das getrocknete
und abgekühlte pelletisierte Endprodukt in einen geeigneten Transportbe hälter 70
überführt und der weiteren Verarbeitung zum Kakaoendprodukt zugeführt.
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Das Kühlen und Trockenverfahren wird unter Bezugnahme auf die Fig.3
und 4 der Zeichnungen näher erläutert. Aus diesen Figuren kann ersehen werden, daß
die gesonderten Heiz- bzw. Kühlkammern 69 und 69a aus geeigneten Gebläsen 70 und
70a beschickt werden. Die Gebläse 70 und 70a können natürlich mit geeigneten Heiz-
und Kiihlelementen 71 und 71a versehen sein, die für den erforderlichen Wärmeaustausch
zum Trocknen und Kühlen des FlieBbetts R2 sorgen.
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Das Kühlelement 71a enthält auch eine Einrichtung zur Entfernung der
Feuchtigkeit und Filter zur Reinigung und Trocknung des Gases vor seiner Einleitung
in das Fließbett R2. Wie aus den Fig. 3 und 4 deutlich hervorgeht, erstrecken sich
die Austrittsöffnungen der
Düsen 69 in das Bett R hinein, so daß
das austretende Gas auf den 2 Boden 67 des Fließbettes auftrifft, dadurch wieder
nach oben geführt wird und die Pellets hochhebt und durchgreifend durcheinanderwirbelt,
wodurch das erwünschte Trocknen und Kühlen herbeigeführt wird. Zur kontinuierlichen
Entfernung von gegebenenfalls enthaltenen Staubteilchen, die durch das heftige Durcharbeiten
der Pellets in dieser Stufe entfernt werden können, werden Vortex-Abscheider mit
geeigneten Zuführungs- und Rückführungsleitungen, die mit den Bezugszahlen 72 und
72a bezeichnet sind, verwendet.
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Es wurde gefunden, daß die vom Boden 67 des Fließbettes hochgehobenen
durcheinandergewirbelten Pellets die vorbeschriebene Maßnahme erheblich erleichtern.
Als Einheit 66 kann die von der Firma Wolverine Corporation, Methuen, Massachusetts,
unter dem Namen "Jetzone" hergestellte Fließbettmaschine verwendet werden, obwohl
natürlich erfindungsgemäß auch jede andere geeignete Einrichtung für diesen Zweck
verwendet werden kann.
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Das nachfolgende Beispiel erläutert die Erfindung. Es soll bei diesem
Beispiel besonders darauf hingewiesen werden, daß die angewendeten Betriebsbedingungen
unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Einrichtung die Wirksamkeit des Verfahrens
und das erhaltene Produkt erheblich verbessern.
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Beispiel Kakaomaterial in Form eines Preßrückstands wird vorzugsweise
mit einem Fettgehalt von 10 bis 16 Prozent erhalten. Der Kakaopreßrückstand wird
in der Pulverisiereinrichtung oder Mühle 10 zu einem groben, freifließenden Pulver
mit ausreichend kleiner Teilchengröße
zerkleinert, so daß er die
),2 mm Durchmesser auSweisende Öffnung der Extruderform nicht verstopft. Dafür eignet
sich eine Teilchengröße von ungefähr 0,25 mm. Das Pulver wird in den Lagersilo 17
überführt, durch die Düse 18 in die Dosierungseinrichtung 20 gespeist, aus der es
über die Düse 22 in einer pn,enge von ungefähr 972 g je Minute abgezogen wird. Im
eß- und Lagertank 31 wird die Alkalilösung bis auf eine Konzentration von 22,35
g calcinierter Soda (Na2CO) in 390 g Wasser verdünnt und durch das Ventil 35 in
der Düse 34 mit einer vorbestimmten solchen Geschwindigkeit zum Produktgemisch zugespeist,
daß dieses einen Flüssigkeitsgehalt von 33 Prozent aufweist. Der Optischer g7 wird
auf kontinuierliche Weise betrieben und dadurch die Sodlösung vollständig mit dem
pulverisierten Kakaomaterial vereinigt und vermischt, und das erhaltene homogene
Produktgemisch wird dann in den Kocher-Extruder 40 kontinuierlich eingespeist.
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Die Temperatur im Extruder 40 wird auf 87,80C gehalten, und die Drücke
werden zunehmend auf einen Höchstwert von 48>8 at in der Endstufe des Extruders
erhöht. Das Produkt wird auf diese Weise während des Kochens kontinuierlich vom
Gewinde der Schnecke durchgearbeitet. Die Gesamtverweilzeit im Kocher-Extruder beträgt
4,5 Minuten. Das verdichtete Produktgemisch wird aus dem Ftrudc-rkopf 45 kontinuierlich
durch Düsen mit einem Durchmesser von 3,2 mm zu einem Produktstab mit einem Durchmesser
von ungefähr 3,2 mm extrudiert. Dieser Produktstab enthält ungefähr 29 Prozent Feuchtigkeit,
was einen Feuchtigkeitsverlust von 4 Prozent beim Verlassen des Extruders 40 gegenüber
dem in den Extruder eingespeisten Material bedeutet. Dieser weuchtflgReitsgehalt
ermöglicht es, den Produktstab mittels einer stationären Platte 57 in Pellets R
zu zerbrechen.
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Das Trocknen und Kühlen dieser Pellets wird auf wirksame Weise in
einem Fließbett unter Anheben und Durcheinanderwirbeln der Pellets mittels abwärts
gerichteter Druckströme aus inertem Gas durchgeführt.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind der Anfangsfeuchtigkeits gehalt,
das Vormischen zu einer homogenen Masse und die Verweilzeit im kombinierten Kocher-Extruder
besonders kritisch für die Herstellung eines Kakaoendproduktes mit satter Farbe
und verbessertem Geschmack. Unter satter Farbe" wird eine einheitlich dunkle, braune,
rote oder schwarze Farbe verstanden.
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Die gebildeten Pellets weisen eine Länge von 6,3 bis 25,4 mm auf.
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Wegen der Kontrolle des Feuchtigkeitsgehaltes und der verwendeten
Ausrüstung ist es nicht erforderlich, eine Schneidemaschine zum Abschneiden des
Produktstabes einzusetzen. Die erhaltenen Pellets eignen sich insbesondere zum Trocknen
und Kühlen, da sie eine große Oberfläche aufweisen,die in der Fließbetteinheit 66
dem Gas ausgesetzt ist.
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Die Kammer 69 der Fließbetteinheit 66 wird mit einem erhitzten Inertgas
(Stickstoff) beschickt, welches durch die Düsen 68 in das Bett R2 aus den Pellets
im Trockenteil der Einheit Eingedüst wird und zu einem ungefähr 2,9 bis 3minütigen
Durcheinanderwirbeln der Pellets beim kontinuierlichen Transport des Bettes R2 über
den Boden 67 führt. Das Heizelement 71 bewirkt einen Temperaturanstieg auf 176,7
bis 232,2 0C und die Aufrechterhaltung dieser Temperatur. Die Pellets werden schließlich
unter den Düsen 68a in ungefähr 2,5 bis 3 Minuten auf ungefähr Raumtemperatur abgekühlt.
Das erhaltene Produkt weist eine satte dunkle Färbung und einen Feuchtigkeitsgehalt
von ungefähr 4 Gewichtsprozent auf.
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Zusammenfassend ist zu sagen, der alkalische Aufschluß von Kakao erfindungsgemäß
mittels Zermahlen des Kakaopreßrückstandes von Kakaobohnen, Umwandeln des Pulvers,
Vermischen des Kakaopulvers mit alkalischer Lösung und Kochen des Produktgemisches
unter Druck und kontinuierlichem Durcharbeiten durchgeführt wird. Das verdichtete
Produktgemisch mit einem kritischen Feuchtigkeitsgehalt wird durch eine Extruderform
zu einem Produktstab extrudiert, der schließlich in verhältnismäßig kurze Pellets
zerbrochen wird.