DE2924841A1

DE2924841A1 - Chocolate paste pre-crystallisation - in cooled cylinder with revolving spirally ribbed rotor

Info

Publication number: DE2924841A1
Application number: DE19792924841
Authority: DE
Inventors: Walter Kreuter
Original assignee: Kreuter and Co KG
Current assignee: Kreuter and Co KG
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1979-06-20
Publication date: 1981-01-22
Also published as: DE2924841C2

Abstract

A fatty cpd., esp. a chocolate paste, is pre-crystallised by chilling on a cooling surface, e.g. a jacketed cylinder through which a coolant flows. The crystals are removed from this surface by applying a high shearing stress in a thin film of not over 2 mm thickness (0.1-1 mm). The stress is pref. applied periodically, e.g. for forcing the paste through the narrow gap between the inside wall of the cylinder and spiral ribs on a revolving rotor. Design combines a good quality of pre-crystallisation with a simple construction.

Description

Beschreibung description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vorkristallisieren einer Fett- insbesondere Schokoladenmasse durch Abkülllen einer gekühlten Oberfläche, Entfernen der an der Oberfläche gebildeten Kristalle und Mischen der Kristalle mit der übrigen Masse. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Kühlfläche und einer relativ dazu bewegten Einrichtung zum Entfernen der darin gebildeten Kristalle.The invention relates to a method for precrystallizing a fat, in particular chocolate mass, by filling off a cooled surface, Remove the crystals that have formed on the surface and mix the crystals with it the rest of the mass. The invention also relates to a device for performing it of the method with a cooling surface and a device moved relative to it to remove the crystals formed therein.

Unter dem Vorkristallisieren einer Fettmasse, insbesondere dem Temperieren einer Schokoladenmasse, versteht man das gleichmäßige Durchsetzen der Masse mit Kristallkeimen bestimmter Modifikation. Einerseits soll der Kristallisationsgrad (der im festen Kristallzustand befindliche Teil der Masse) gering sein, um die Fließfähigkeit der Masse nicht zu beeinträchtigen; andererseits soll die Verteilungsdichte der Kristallkeime in der Masse möglichst groß sein, damit sie die Kristallisation der übrigen Masse bestimmen können. Mit anderen Worten sollen die Kristallkeime möglichst klein und möglichst dicht verteilt sein.During the pre-crystallization of a fat mass, especially the tempering a chocolate mass, one understands the uniform penetration of the mass with Certain modification crystal nucleation. On the one hand, the degree of crystallization should (the part of the mass that is in the solid crystal state) must be low in order to ensure flowability not to affect the crowd; on the other hand, the distribution density of Crystal nuclei in the mass should be as large as possible so that they crystallize the can determine the rest of the mass. In other words, the crystal seeds should be as possible be small and as densely distributed as possible.

Es ist bekannt, daß man gute Ergebnisse mit sogenannten lngspaltwärmeaustauschern (DE-PS 950 976) erreichen kann, in cternzn eine gekühlte Fläche, an welcher die Kristallkeime sich bilden sollen, ständig von Schabern bestrichen wird, um die gebildeten Kristallkeime davon zu entfernen und in die Masse einzumiscloa?n.It is known that good results can be obtained with so-called longitudinal gap heat exchangers (DE-PS 950 976) can achieve in cternzn a cooled surface on which the Crystal nuclei are supposed to form, constantly being wiped away by scrapers to avoid the formed ones Remove crystal nuclei from it and incorporate them into the mass.

Die Schaber werden durch Flieh- oder Federkraft an die zylinderförmig ausgebildete Kühlfläche angepreßt. Kühlfläche und Schaber sind äußerst genau bearbeitet (geschliffen und gehont), damit überall eine gute Anlage gewährleistet ist. Bei unzureichender Anlage muß man nämlich befürchten, daß die Kristalle zu stark anwachsen, ehe sie von Schaber erreicht und von der Kühlfläche entfernt werden. Außerdem muß man durch Schichtbildunq ungleiciimäßige Wärmeübergangsverhältnisse befürchten.The scrapers are made cylindrical by centrifugal or spring force formed cooling surface pressed. The cooling surface and scraper are processed extremely precisely (ground and honed), so that a good system is guaranteed everywhere. at If the system is inadequate, one must fear that the crystals will grow too strong, before they are reached by the scraper and removed from the cooling surface. Also must one feared uneven heat transfer conditions due to the formation of layers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. .int Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei .jringerem Bauaufwand gute Vorkristallisationsqualität gar;lntiert.The invention is based on the object of a method or .int To create device of the type mentioned, which with .jringerem construction costs good pre-crystallization quality guaranteed.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß man zum Entfernen der Kristalle von der Kühlfläche eine hohe Scherspannung der Masse durch heftige Bewegung in einer dünnen, an die Oberfläche grenzenden Schicht erzeugt. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die bewegte Einrichtung berührungsfrei in geringem Abstand an der Kühlfläche vorbeistreicht.The solution according to the invention is that to remove the Crystals from the cooling surface create a high shear stress of the mass due to violent movement generated in a thin layer bordering the surface. One device to carry out this method is characterized in that the moving device Carefully brushes past the cooling surface at a short distance.

Die Erfindung nutzt die bekannte Erscheinung, daß zwei parallel zueinander bewegte Flächen in der zwischen ihnen befindlichen Flüssigkeit eine Schubspannung erzeugen, deren Größe der Relativgeschwindigkeit direkt und der Zähigkeit und dem Abstand umgekehrt proportional ist. Bei der hohen Zähigkeit der Massen, die für die Schokoladebereitung verwendet werden, genügen Relativgeschwindigkeiten unter 1 m/sec bei Spaltweiten von einigen zehnteln Millimeter, um Schubspannungen in der Größenordnung mehrerer kp/mm2 zu erzeugen. Diese reichen offenbar zur Entfernung der Kristallkeime von der Kühlfläche aus.The invention uses the known phenomenon that two are parallel to each other moving surfaces create a shear stress in the liquid between them generate whose size the relative speed directly and the toughness and the Distance is inversely proportional. With the high toughness of the masses for the chocolate preparation are used, relative speeds below are sufficient 1 m / sec with gap widths of a few tenths of a millimeter to avoid shear stresses in the Order of magnitude of several kp / mm2 to be generated. These are apparently sufficient for removal the crystal nuclei from the cooling surface.

Dabei erreicht man nicht nur eine Senkung des Herstellungsaufwands für den Wärmeaustauscher sondern eine bessere Temperierqualität vor allem. Dieses Ergebnis ist höchst überraschend, weil man damit rechnen mußte, daß bei einem Verzicht auf den unmittelbaren Kontakt der Schaber mit der Kühlfläche größere Kristallkeime entstehen würden, weil es vorkommen kann, daß ein Kristallkeim nicht schon beim ersten Vorbeistreichen der bewegten Einrichtung von der Kühlfläche abgenommen wird sondern erst beim zweiten oder einem folgenden Durchlauf. Man muß also damit rechnen, daß im Falle der Erfindung die durchschnittliche Kristallkeimgröße etwas größer ist als bei den bekannten Spaltwärmeaustauschern. Wenn dennoch ein besserer Temperiereffekt entsteht, so mag das darauf zurückzuführen sein, daß bei den bekannten Engspaltwärmeaustauschern die Schaber dazu neigten, die Kristallkeime an der Kühlfläche vor sich herzuschieben und dadurch zu mehr oder weniger großen Aggregaten zusammenzuklumpen, so daß die in der Masse erzielte Keimdichte geringer ist, als es die durchschnittliche Keimgröße vermuten lassen könnte. Im Gegensatz dazu kann man annehmen, daß im Falle der Erfindung die Kristallkeime im allgemeinen nicht mit der an der Kühlfläche vorbeistreichenden, bewegten Vorrichtung in Berührung kommen oder dabei doch zumindest ständig von flüssiger Masse umgeben bleiben, wodurch eine viel größere Kristallkeimdichte in der Masse erzielt wird.This not only results in a reduction in manufacturing costs for the heat exchanger but above all a better temperature control quality. This The result is extremely surprising because you had to expect that if you waived it larger crystal nuclei on the direct contact of the scraper with the cooling surface would arise because it can happen that a crystal nucleus is not already in the first swipe past the moving device is removed from the cooling surface but only on the second or a subsequent run. So you have to expect that in the case of the invention the average nucleus size is somewhat larger than with the known gap heat exchangers. If nevertheless a better temperature control effect arises, it may be due to the fact that in the known narrow gap heat exchangers the scrapers tended to push the crystal seeds on the cooling surface in front of them and thereby to clump together to more or less large aggregates, so that the The germ density achieved in the mass is lower than the average Germ size might suggest. In contrast, it can be assumed that in the case of the invention the crystal nuclei generally do not coincide with the moving device come into contact or at least constantly from liquid Mass remain surrounded, creating a much greater nucleation density in the mass is achieved.

Die Dicke der heftig bewegten, dünnen Schicht zwischen der Kühlfläche und der relativ dazu bewegten Einrichtung, ist zweckmäßigerweise nicht größer als 2 mm und vorzugsweise zwischen etwa 0,1 und 1 mm. Sehr günstige Ergebnisse konnten mit Spaltweiten von 0,3 bis 0,8 mm bei Schokoladenmasse erzielt werden. Allgemeiner könnte man angeben, daß bei der Verarbeitung von Schokoladenmasse der Quotient aus der Rclativgcschwindigkeit und der Spaltweite nicht kleiner als 100 sec 1 sein soll, vorzugsweise etwa 200 bis 2000 sec 1.The thickness of the vigorously moving, thin layer between the cooling surface and the device moved relative to it, is expediently no greater than 2 mm and preferably between about 0.1 and 1 mm. Very favorable results could can be achieved with gap widths of 0.3 to 0.8 mm for chocolate mass. More general one could state that in the processing of chocolate mass the quotient is from the rclative speed and the gap width should not be less than 100 sec 1, preferably about 200 to 2000 sec 1.

Wie bei bekannten Engspaltwärmeaustauschern ist es zweckmaßig, die Kühlfläche hohlzylindrisch und die bewegte Einrichtung in Form eines Rotors mit Rippen auszubilden, wobei die Rippen beliebige Form annehmen können. Die oben erwähnte Spaltweite ist dann selbstverständlich zwischen der Kühlfläche und demjenigen Punkt des Rippenprofils zu messen, der der Kühlfläche am nächsten kommt. Die Ausbildung der bewegten Einrichtung in Form von Vorsprüngen an einem bewegten Grundkörper führt nicht nur zu der erwünschten Schubspannung an der Kühlfläche sondern auch zu Schubspannungsstößen, die der Lockerung und Lösung der Kristalle günstig ist. Außerdem fördern die unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich der Vorsprünge einerseits und dem an die Vorsprünge anschließenden Strömungsfeld andererseits die Mischung der Kristallkeime mit der übrigen Masse. Die Vorsprünge können beliebige Form annehmen. Im allgemeinen werden sie langgestreckte Form besitzen, weshalb sie in den Ansprüchen als Rippen bezeichnet werden. Zweckmäßigerweise sind sie schraubenförmig angeordnet. Die Frequenz des Vorbeistreichens dr Vorsprünge an jedem einzelnen Punkt der Kühlfläche liegt zweckmäßigerweise zwischen etwa 0,2 und 3 sec Es ist nicht absolut ausgeschlossen, daß sich mit mehr oder weniger großer Regelmäßigkeit an der Kühlfläche eine Schicht erstarrter Fettmasse bildet, die die wirksame Weite des Spalts verengt. Dies ist aber - im Gegensatz zu den an herkömmlichen Engspaltwärmeaustauschern gesammelten Erfahrungen -kein Nachteil. Zum einen zeigen nämlich die Erfahrungen mit dem erfindungsgemäßen Engspaltwärmeaustauscher, daß dadurch eine Verschlechterung des Temperierergebnisses nicht eintritt. Zum anderen kann man bei den durch die Erfindung zugelassenen größeren Spaltweiten mit einer Schichtbildung größerer Regelmäßigkeit rechnen, als dies bei herkömmlichen Engspaltwärmeaustauschern der Fall war, bei denen eine Schichtbildung höchstens infolge eines Fehlers hier und da in unvorhersehbarer Dicke auftrat. Zum dritten ist die Entstehung einer bleibenden festen Schicht an der Kühlfläche im Zusammenhang der Erfindung deshalb nicht schädlich, weil auch dann noch von der Oberfläche der Schicht infolge der durch die bewegte Einrichtung ausgeübten Flüssigkeits-Schubkräfte in der oben beschriebenen Weise Kristallkeime abgelöst und gesondert in die Masse eingemischt werden. Für das Temperierergebnis ist es ohne Belang, ob die Kristallkeime unmittelbar von der Fläche des gekühlten Konstruktionsteils oder von der Oberfläche einer darauf gebildeten, festen Masseschicht stammen.As with known narrow gap heat exchangers, it is expedient to use the Hollow cylindrical cooling surface and the moving device in the form of a rotor Form ribs, the ribs can assume any shape. The one mentioned above The gap width is then of course between the cooling surface and that point to measure the rib profile that comes closest to the cooling surface. Training the moving device in the form of projections on a moving base body not only to the desired shear stress on the cooling surface but also to shear stress surges, which is favorable for loosening and dissolving the crystals. Also promote the different Flow velocities in the area of the projections on the one hand and that of the projections subsequent flow field on the other hand, the mixture of the crystal nuclei with the remaining mass. The projections can take any shape. Generally will they have an elongated shape, which is why they are referred to as ribs in the claims will. Appropriately, they are arranged helically. The frequency of the Sweeping by dr Projections at every single point of the cooling surface is expediently between about 0.2 and 3 seconds It is not absolutely impossible to that there is a layer on the cooling surface with more or less regularity solidified fat forms, which narrows the effective width of the gap. This is but - in contrast to those collected on conventional narrow-gap heat exchangers Experience - no disadvantage. On the one hand, namely, show the experience with the invention Narrow gap heat exchanger that this leads to a deterioration in the temperature control result does not occur. On the other hand, one can use the larger ones permitted by the invention Expect gap widths with a layer formation that is more regular than with conventional narrow gap heat exchangers in which stratification was the case at most as a result of an error occurred here and there with an unpredictable thickness. To the third is the formation of a permanent solid layer on the cooling surface in the Context of the invention therefore not harmful, because then still of the Surface of the layer as a result of the liquid shear forces exerted by the moving device in the manner described above, crystal nuclei are detached and separated into the mass be mixed in. For the temperature control result, it is irrelevant whether the crystal nuclei directly from the surface of the cooled structural part or from the surface a solid mass layer formed thereon.

Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigen: Fig.1 die Schemadarstellung einer Anlage mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher und Fig.2 einen Teil-Axialschnitt durch einen solchen Wärmetauscher in größerem Maßstab.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing explained, which illustrates an advantageous embodiment. Show it: 1 shows the schematic representation of a system with a heat exchanger according to the invention and FIG. 2 shows a partial axial section through such a heat exchanger on a larger scale Scale.

Die Vorrichtung besteht aus dem stationären Zylinder 1 und dem dazu koaxialen Rotor 2, der im Sinne des Pfeils 3 durch nicht gezeigte Mittel drehend angetrieben wird. Der Zylinder 1 ist als Doppelmantel ausgebildet. Der innere Mangel 4 bildet die Kühlfläche 5. Zwischen dem inneren Mantel 4 und dem äußeren Mantel 6 befindet sich ein Ringraum 7, der von Kühlwasser durchströmt wird, das bei 8 bzw. 9 zu- und abgeführt wird.The device consists of the stationary cylinder 1 and the to it coaxial rotor 2 rotating in the direction of arrow 3 by means not shown is driven. The cylinder 1 is designed as a double jacket. The inner lack 4 forms the cooling surface 5. Between the inner jacket 4 and the outer jacket 6 there is an annular space 7 through which cooling water flows, which is at 8 or 9 is supplied and discharged.

Der Rotor 2 besitzt einen zylindrischen Kern, dessen Oberfläche 10 mit der Kühlfläche 5 einen Ringraum 11 einschliclCl.The rotor 2 has a cylindrical core, the surface 10 with the cooling surface 5 an annular space 11 including.

Sie trägt eine spiralig umlaufende Rippe 12, dere Profil bis auf einen geringen Spalt 13 zur Kühlfläche 5 vorragt. Die Enden des Ringraums 11 sind einerseits an die Zulaufleitung 14 mit Pumpe 15 und andererseits an die Ablaufleitung 16 für die zu behandelnde Masse angeschlossen, die punktiert in die sen Leitungen und im Ringraum angedeutet ist.It carries a spirally circumferential rib 12, the profile of which except for one small gap 13 to the cooling surface 5 protrudes. The ends of the annular space 11 are on the one hand to the inlet line 14 with pump 15 and on the other hand to the outlet line 16 for connected to the mass to be treated, the dotted in these lines and in the Annular space is indicated.

Die radiale Weite des Ringraums 11 ist beliebig und mag im dargestellten Beispiel etwa 7 mm betragen. Die Weite des Balls 13 liegt in den eingangs angegebenen Grenz, und IicC im dargestellten Beispiel vorzugsweise zwischen 0,3 unci (),7 mm.The radial width of the annular space 11 is arbitrary and may be shown in the illustration Example be about 7 mm. The width of the ball 13 is in the range given at the beginning Grenz, and IicC in the example shown preferably between 0.3 unci (), 7 mm.

Die der Kühlfläche zugewendete Stirn des Rippenprofils @@@ eine Breite von beispielsweise 6 mm. Der Rotordurchmesser nl.le knapp 20 mm betragen. Für einen Wärmeaustauscher mit solcher Maßen hat sich eine Drehzahl zwischen 20 und 60 minze für die Verarbeitung mormaler Schokoladenmassen besonders bewährt.The front of the rib profile facing the cooling surface @@@ one width for example 6 mm. The rotor diameter nl.le is just under 20 mm. For one Heat exchangers with such dimensions have a speed between 20 and 60 mint Particularly proven for processing normal chocolate masses.

Die Schokoladenmasse wird durch die Wirkung der Pumpe 15 und der schraubenförmigen Rippen 12 durch den Wärmetauscher yvtrieben, wobei sie im allgemeinen in einem Durchlauf vorkristallisiert wird. Dabei bewegen sich die Rippen 12 ständig in dem Abstand der Weite des Spalts 13 an der gekühlten Fläche 5 entlang. Im Spalt 13 erzeugt die Relativbewegung elne starke Scherkraft innerhalb der zwischen der Fläche r)und der Rippe 12 eingeschlossenen Flüssigkeitsschicht. Entspr8-ehendes gilt, wenn sich an der Fläche 5, insbesondere am Ende der Kühlstrecke, eine bleibende, feste Fettschicht abgesetzt hat, deren dem Rotor zugewendete Fläche nun statt der Metallfläche 5 die Kühlfläche im Sinne der Erfindung bildet.The chocolate mass is through the action of the pump 15 and the helical Ribs 12 yvtrieben through the heat exchanger, generally in one pass is precrystallized. The ribs 12 move constantly at the distance the width of the gap 13 along the cooled surface 5. In the gap 13 generates the Relative movement elne strong shear force between the surface r) and the Rib 12 enclosed liquid layer. The corresponding is applicable, if there is a permanent, has deposited a solid layer of fat whose surface facing the rotor is now instead of the Metal surface 5 forms the cooling surface in the sense of the invention.

Claims

Method and device for precrystallizing a fat mass claims 1. Method for precrystallizing a fat, in particular chocolate mass Cooling on a cooling surface, removal of the crystals formed on the cooling surface and mixing the crystals with the remaining mass, characterized in that one To remove the crystals from the cooling surface, a high shear stress in the mass generated by violent movement in a thin layer bordering the surface.

2. The method according to claim 1, characterized in that the thickness the vigorously agitated, thin layer is no larger than 2 mm.

3. The method according to claim 2, characterized in that the thickness of the layer is essentially between 0.1 and 1 mm.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the violent movement is produced periodically in bursts.

5. Device for precrystallizing a fat, in particular chocolate mass with a cooling surface and a device moved relative to it for removing the crystals formed on the cooling surface for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the device (12) is contact-free at a short distance (13) sweeps past the cooling surface (5).

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the middle The gap between the moving device (12) and the cooling surface (5) is not greater than 2 mm.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the middle Gap width is about 0.1 to 1 mm.

8. Apparatus according to claim 5, characterized in that the quotient from the relative speed and the gap width is not less than 100 sec.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the quotient from the relative speed and the gap width is about 200 to 2000 sec.

1(). Device according to one of Claims 1 to 9, characterized in that that the cooling surface is a hollow cylinder and the moving device is a rotor with ribs (12) is.

11. The device according to claim 10, characterized in that the Ribs run helically.

12. The device according to claim 12, characterized in that the Frequency of the moving device is 0.2 to 3 sec l.