DE3000206C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Solu­ bilisierung oder Alkalisierung von Kakao und eine Vorrichtung für die Durchführung dieses Verfahrens.

In der Folge werden die Ausdrücke "Solubilisierung" und "lös­ lich" verwendet, obwohl sie weniger exakt sind als die Ausdrüc­ ke "Alkalisierung" und "alkalisiert", da das behandelte Kakao­ pulver sich bei der Herstellung eines Getränks nicht löst, sondern vielmehr dispergiert.

Die verschiedenen Phasen bei der bekannten Herstellung von lös­ lichem Kakao umfassen die Reinigung und Klassierung der rohen Bohnen, das Rösten, Zerkleinern und Entkeimen der Bohnen, wobei das Rösten auch nach dem Zerkleinern durchgeführt werden kann, sowie das Vormahlen, bei welchem die Zellen zerbrochen werden und Kakaobutter in Freiheit gesetzt wird. Die dabei erhaltene "Grobkakaomasse" wird dann solubilisiert, und der erhaltene "Kakaoliquor" wird dann durch Feinmahlen in eine "Feinkakaomasse" überführt. Die Feinkakaomasse wird zu einer Presse gebracht, wo der größte Teil der Ka­ kaobutter abgetrennt wird und ein "Preßkuchen" zurückbleibt. Dieser Preßkuchen wird dann gemahlen und gesiebt, wodurch ein "Kakaopulver" entsteht. Dieses Pulver wird im allgemeinen mit Zucker, Vita­ minen, Malz und Lecithin versetzt. Das Gemisch stellt das End­ produkt dar, welches durch Anmachen mit Wasser oder Milch ein Schokoladegetränk liefert.

Die Solubilisierung ist wesentlich, da sie es durch Umwandlung von Stärke gestattet, die Dispergierbarkeit des Kakaos zu verbessern und seine Agglomeration und Sedimentation zu verringern. Sie ist von einer Neutralisation der Säuren, die für einen bit­ teren Geschmack verantwortlich sind, und der Bildung einer angenehmen dunklen Farbe begleitet.

Es sind bereits mehrere Solubilisierungsverfahren bekannt.

Bei einem Verfahren werden die ganzen oder zerkleinerten Bohnen vor oder während des Röstens mit Ammoniak behandelt. Ammoniak hat den Nachteil, daß er stinkt und extrem korrosiv ist.

Bei einem anderen Verfahren, welches diskontinuierlich durch­ geführt wird, wird das bereits getrocknete Pulver einer Behand­ lung mit Dampf unter Druck in einem Autoklaven ausgesetzt, woran sich eine rasche Entspannung oder "Blitzentspannung" und ein Mischen mit Zucker anschließt. Zwar ist dieses Verfahren schnell, aber es hat den Nachteil, daß es chargenweise durchgeführt wird und das Risiko einer ungleichmäßigen Behandlung des Pulvers mit sich bringt.

Bei einem dritten Verfahren, das kontinuierlich durchgeführt wird, wird der Preßkuchen, d. h. also der von der Kakaobutter abgequetschte Teil, mit Wasser gemischt und einer Kochextrusion unterworfen, wobei das erhaltene Band in Granalien zerkleinert wird, die in einem Wirbelbett getrocknet werden. Dieses Verfahren gestattet nur die Behandlung des Preßkuchens, und hat einen geringen Durchsatz.

Alle diese Verfahren sind aufgrund ihrer Nachteile gegenwärtig nicht in Gebrauch.

Das gegenwärtig übliche Solubilisierungsverfahren umfaßt die Behandlung der Grobkakaomasse bei einer Temperatur von 100-120°C mit einer wäßrigen Alkalilösung, im allgemeinen Kalium- oder Natriumcarbonat, während mehrerer Stunden, wobei die Reaktion abläuft, und die Trocknung, wobei die Masse am Ende der Verfahrens einen Wassergehalt von etwa 1% aufweist. Die Resultate sind zufriedenstellend. Jedoch hat diese Arbeitsweise verschiedene Nachteile: das Verfahren ist diskontinuierlich, langwierig, in ener­ getischer Hinsicht teuer, erfordert aufwendige Anlagen und macht zahlreiche Manipulationen notwendig, die Gesundheitsrisiken in sich bergen. Um eine richtige Reaktion der Feinkakaomasse mit der Alkali­ lösung durchzuführen, muß das Gemisch ungefähr 25% Wasser ent­ halten, das bei der Verarbeitung beseitigt werden muß.

Aus der US-PS 37 54 466 ist ferner ein Verfahren bekannt, bei dem ein Kakaomaterial in Form von Kakaobohnen dadurch solubilisiert wird, daß man das Kakaomaterial mit Wasser und/oder alkalischen Lösungen bei ggf. erhöhtem Druck und bei einer Temperatur von ca. 120°C behandelt und danach zur Trocknung entspannt, wobei das Gemisch gerührt wird.

Dieses Verfahren hat u. a. jedoch den Nachteil, daß es nicht voll kontinuierlich durchgeführt werden kann und dadurch zeit­ aufwendig ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Solubilisierung von Kakao zu schaffen, das ein kontinuierliches Arbeiten unter Einsatz einfacher technischer Mittel erlaubt und bei dem eine günstigere Energiebilanz als bei den bekannten Verfahren erzielt und eine Qualität des solubilisierten Kakao­ liquors erreicht wird, die im Hinblick auf die Dispergierbarkeit, das Aroma und die Farbe zumindest gleich gut oder sogar besser ist als bei den bekannten Verfahren. Die bei einigen vorbekannten Verfahren aufgrund der erforderlichen Handhabung gegebenen Gesund­ heitsrisiken sollen dabei gleichzeitig beseitigt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Solubilisierung von Kakao gelöst, das die im Patentanspruch 1 wiedergegebenen Maßnahmen aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind den Unteransprüchen 2 bis 7 zu ent­ nehmen. Eine neue, die Durchführung eines derartigen Verfahrens ermöglichende Vorrichtung ist im Patentanspruch 8 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen einer derartigen Vorrichtung finden sich in den Ansprüchen 9 bis 12.

Gemäß der Erfindung kann man die grüne, vorgetrocknete oder ge­ röstete Grobkakaomasse, die Feinkakaomasse, den Preßkuchen nach der Kakaobutterabtrennung oder ein Gemisch aus Melasse und Grob­ kakaomasse oder Feinkakaomasse behandeln. Der gemäß der Erfin­ dung verwendete Ausdruck "Kakaomasse" bezieht sich also auf eine zu behandelnde Masse aus einem dieser Produkte.

Es wird jedoch bevorzugt, die Grobkakaomasse nach dem Rösten zu behandeln. Das Dampf/Carbonat-Reaktionsgemisch wird durch Vertei­ len des Carbonats, vorzugsweise von Kaliumcarbonat, in Form einer konzentrierten Lösung mit ungefähr 50% Carbonat in einem Dampfstrom hergestellt. Diese Herstellung erfolgt vorzugsweise durch Einsprühen von feinen Tröpfchen der Carbonatlösung im Gegenstrom zu einem Strom aus gesättigtem Dampf.

Das Gewichts­ verhältnis Carbonat/Kakao beträgt 20-25‰, während das Gewichtsverhältnis Carbonat-Dampf-Gemisch/Kakao 6-12% be­ trägt. Die Mengen der Reaktionsstoffe können entsprechend dem Anfangs-pH der zu behandelnden Kakaomasse variiert werden. Sie werden so eingestellt, daß ein End-pH des Kakaoliquors von 6,8-7,5 erreicht wird.

Die eine Temperatur von 45-70° aufweisende Kakaomasse wird durch ein Rohr hindurchgeführt, und das Reaktionsgemisch wird unter einem Dampfdruck von 8-12 at eingespritzt. Die Kakaomasse wird einer starken Turbulenz unterworfen. Die Temperatur der Masse steigt auf annähernd 130°C. Die Reaktion läuft im Rohr während 30-80 s ab, wobei die Reaktionsdauer durch die Länge des Verweil­ rohrs bestimmt wird, das auf einem Überdruck von 1-6 at und vor­ zugsweise 2-5 at und auf einer Temperatur oberhalb 120°C gehalten wird. In dem Rohr beträgt der Wassergehalt des Gemischs 9-13 Gew.-%.

Nach der Reaktion wird die Masse einer raschen Entspannung oder Blitzentspannung bis zum atmosphärischen Druck oder bis zu einem unteratmosphärischen Druck unterworfen. Dabei fällt die Tempe­ ratur der Masse auf 100-110°C und ihr Wassergehalt auf 6-7%. Die Masse wird dann unter Rühren während 1 h bis 1 h 30 min bis zu einem Wassergehalt von 1-1,5% getrocknet.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung für die Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß sie folgende Teile aufweist: eine Einrichtung zur Herstellung einer Dispersion einer konzentrierten Alkalicar­ bonatlösung in Dampf, ein Führungsrohr für die Kakaomasse, eine Einspritzeinrichtung für das Carbonat/Dampf-Gemisch stromabwärts des Führungsrohrs, ein Verweil- oder Reaktionsrohr, das mit Einrichtun­ gen zur Aufrechterhaltung eines konstanten Gegendrucks ausgerü­ stet ist, und eine Trocknungseinrichtung, die mit Einrichtungen zum Entspannen, Rühren, Abziehen von Dampf und kontinuierlichen Austragen des solubilisierten Kakaoliquors ausgerüstet ist.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Herstel­ lung und zum Einspritzen des Carbonat/Dampf-Gemischs;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Trocknungseinrichtung.

Gemäß Fig. 1 besitzt die Anlage folgendes:
einen Kakao enthaltenden Vorratsbehälter 1 mit einem Rührer 2;
eine Druckpumpe 3, die ein Rohr 4 beschickt;
einen Dampfeinspritzer 5 mit einem Zuführrohr 6 für die Dispersion von Carbonat in Dampf;
ein Verweil- bzw. Reaktionsrohr 7 stromabwärts des Dampfeinsprit­ zers 5;
einen Druckmesser 8, der ein Ventil 9 betätigt, welches strom­ aufwärts im Verweilrohr 7 einen konstanten Gegendruck und strom­ abwärts ein Entspannen des Gemischs ermöglicht;
eine Trocknungseinrichtung 10, bestehend aus einem geschlossenen Behälter 11, in welchem durch einen Motor 13 angetriebene Kneterwellen 12 vorgesehen sind, wobei in den geschlossenen Behälter 11 eine Zuführleitung für Kakao 14 mündet, an der Oberseite des ge­ schlossenen Behälters ein Dampfabzugskamin 15 abzweigt und von der Unterseite des geschlossenen Behälters eine Austrittsleitung 16 für Kakaoliquor wegführt.

Gemäß Fig. 2 wird die Carbonatlösung in einem Behälter 21, der mit einem Rührer 22 ausgerüstet ist, hergestellt und dann durch eine Dosierungspumpe 23 in eine Sprühkammer 24 eingeführt, in welcher sie im Gegenstrom zum durch eine Leitung 25 eintretenden Dampf in feine Tröpfchen versprüht wird.

Das Carbonat/Dampf-Reaktionsgemisch wird unter einem durch einen Druckmesser 26 gesteuerten Druck über eine konzentrisch zum Rohr oder Verweil- bzw. Reaktionsrohr 7 angeordnete Düse 27 eingespritzt.

Mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist es möglich, nur die Dampfmenge einzuspritzen, die erforderlich ist, um die Ka­ kaomasse durch Kondensation der Gesamtmenge des eingespritzten Dampfs auf dem Produkt auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Die erhitzte flüssige Masse besitzt am Ausgang des Einspritzers eine große Homogenität. Dies gestattet es, eine optimale Aus­ nutzung des Dampfs und bemerkenswert stabile Reaktionsbedingun­ gen zu erzielen. Gemäß Fig. 1 ist das Verweilrohr 7 über das Ventil 9 mit einer Entspannungskammer verbunden, welche durch die Trocknungseinrichtung 10 gebildet wird. Vorzugsweise wird vor der Düse ein Dampfdruck verwendet, der ausreichend hoch ist, um vollständig die Vorteile der Einspritzeinrichtung aus­ zunutzen. Das Gesetz der kritischen Strömung verlangt, daß bei einer Düse vom vorliegenden Typ die Geschwindigkeit des Dampfs am Austritt der Düse einen Grenzwert, bei dem es sich um die Schallgeschwindigkeit in Dampf handelt, erreicht und von dem Moment an nicht mehr überschreitet, wo der Druck am Eintritt der Düse etwa das Doppelte des Drucks am Ausgang der Düse über­ schreitet. Der im Verweilrohr 7 herrschende Druck wird vorzugs­ weise auf einem Wert etwas über dem Druck von gesättigtem Wasser­ dampf bei der gewählten Reaktionstemperatur gehalten. Der Dampf­ druck am Eintritt der Düse soll also insgesamt über dem Doppelten des Drucks liegen, der im Verweilrohr herrscht, derart, daß der Unterschied zwischen dem Druck am Ausgang der Düse und dem Druck im Verweilrohr praktisch nicht durch zufällige Fluktuationen des Drucks im Verweilrohr verändert werden kann. Auf diese Weise können solche Fluktuationen sich nicht stromaufwärts der Düse fortpflanzen, wobei die Menge und die Temperatur des eingespritz­ ten Dampfs konstant bleibt. Der Druck, mit welchem der Kakao durch das Rohr 4 hindurchgeführt wird, kann aus dem Bereich ausgewählt werden, der durch den Druck im Verweilrohr 7 und den Druck am Ausgang der Düse gegeben ist.

Wenn man im kritischen Bereich arbeitet, dann ist der Dampfdurch­ gang je mm² Querschnitt des Austrittskanals der Düse bekannt, so­ fern der Wert des Dampfdrucks am Eintritt der Düse festgelegt ist. Wenn man weiß, bei welcher Temperatur und mit welchem Durch­ satz der Kakao eingeführt wird und auf welche Temperatur der Kakao für die Durchführung der Reaktion gebracht werden soll, dann kann man die genaue nötige Dampfmenge und damit den zu verwendenden Durchmesser der Düse errechnen.

Man arbeitet also ohne Dampfüberschuß und unter konstanten Bedingungen. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil des Verfah­ rens dar, da man nämlich so die Reaktion unter idealen Be­ dingungen ausführen kann, wobei das Gemisch vollständig homo­ genisiert wird und die Reaktion kontinuierlich bei einer kon­ stanten Temperatur und einem konstanten Druck abläuft und wobei die Dauer der Reaktion durch die Länge des Verweilrohrs bestimmt wird.

Darüber hinaus wird nur eine kleine Menge Wasser mit der Masse eingeführt, was einen beträchtlichen Energiegewinn mit sich bringt, weil nämlich die Reaktion rascher abläuft und weil kein Wasserüberschuß bei der Trocknung abgedampft werden muß, wie dies bei dem bekannten Verfahren der Fall ist. Der Feuchtigkeits­ gehalt beträgt im Reaktionsrohr etwa 8-12% und fällt bei der Entspannung auf ungefähr 5-8%, weshalb bei der Trocknung nur 4-6% entfernt werden müssen.

Fig. 3 zeigt eine teilweise geschnittene schematische Ansicht der Trocknungseinrichtung. Gemäß dieser Figur tritt das Gemisch nach der Reaktion durch die Zuführleitung 14, in welcher es eine Ent­ spannung erfährt, ein und fällt durch eine Öffnung 31 in den Behälter 11. Der Behälter 11 ist mit einem Doppelmantel 32 ausgerüstet, der Temperaturzonen bildet (Teil in Ansicht). Mehrere Kneterwellen 12, die mit Schaufeln 33 ausgerüstet sind, ge­ statten ein Kneten der Masse. Die Form des Behälters wie auch die Anordnung der Wellen und der Schaufeln sind so, daß der bei 31 eintretende Kakao die Einrichtung während der Trocknungs­ dauer durchwandert und dann über eine Klappe 34 in die Austrittslei­ tung 16 austritt. Während des Vorgangs wird der von der Masse austretende Wasserdampf über den Dampfabzugskamin 15, der mit einem Venti­ lator 35 ausgerüstet ist, abgezogen. Der Behälter ist mit einem dicht sitzenden Deckel 36 ausgerüstet und kann über den Dampfabzugskamin 15 an ein Vakuum angeschlossen werden, wenn es erwünscht ist, unter einem unteratmosphärischen Druck zu arbeiten.

Die Erfindung wird nun an Hand des folgenden Beispiels näher er­ läutert. Alle Prozentangaben und Teile sind in Gewicht ausge­ drückt, sofern nichts anderes angegeben ist.

Beispiel

800 kg/h geröstete Grobkakaomasse werden vom Behälter 1 in das Rohr 4 gepumpt. Eine 50%ige Kaliumcarbonatlösung wird im Be­ hälter 21 hergestellt und durch die Dosierpumpe 23 in einer Menge von 300 ml/min in die Sprühkammer 24 gepumpt. Trockener gesättigter Dampf wird durch die Leitung 25 eingeführt, und das Reaktionsgemisch wird unter einem Druck von 8,5 at über die Dü­ se 27 in das Verweil- bzw. Reaktionsrohr 7 eingespritzt. In diesem Verweil- bzw. Reaktionsrohr 7 ver­ läuft die Reaktion bei 130°C und unter einem Druck von 3-5 at während etwa 50 s. Die Masse wird rasch auf Atmosphärendruck entspannt und ergießt sich in die Trocknungseinrichtung 10. Ihre Temperatur fällt dabei auf ungefähr 100-110°C und ihr Wassergehalt auf 6-7%. Die Trocknungseinrichtung füllt sich, wobei die Klappe 34 auf eine Höhe eingestellt wird, die sich nach dem gewünschten Durchsatz richtet. Die Masse durchwan­ dert die Einrichtung während ungefähr 1 h 30 min. Wenn die Vor­ richtung gefüllt ist, dann ist eine stationäre Arbeitsweise erreicht und der solubilisierte Kakaoliquor, dessen Wasser­ gehalt am Ende des Vorgangs 1-5% ist, fließt mit etwa 130°C durch das Zuführrohr 6 zu nicht gezeigten Mühlen, wo die Feinka­ kaomasse hergestellt wird, die zum Abpressen bestimmt ist.

Claims (12)

1. Verfahren zur Solubilisierung von Kakao, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man in eine Kakaomasse in einem Rohr konti­ nuierlich Dampf und eine konzentrierte Lösung eines Alkali­ carbonats in Mischung unter Druck einspritzt, daß man das Carbonat mit der Kakaomasse unter Druck bei mindestens 120°C reagieren läßt, daß man das Gemisch einer plötzlichen Ent­ spannung aussetzt und dann unter Rühren so lange trocknet, bis ein solubilisierter getrockneter Kakaoliquor erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine geröstete und gemahlene Grobkakaomasse behandelt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Carbonat zu Kakao 20 bis 25‰ beträgt und daß das Gewichtsverhältnis aus Carbonat plus Dampf zu Kakao 6 bis 15% beträgt, wobei die einzelnen Mengen so gewählt werden, daß ein End-pH des Produkts von 6,8 bis 7,5 erreicht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kakaomasse durch ein Rohr mit 45 bis 70°C hindurchführt und daß man in dieses Rohr ein Gemisch aus Carbonat und Dampf unter einem Druck von 8 bis 12 at einspritzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion im Rohr während 30 bis 80 s ablaufen läßt, wobei das Rohr auf einem Druck von 1 bis 6 at und einer Temperatur über 120°C gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch auf atmosphärischen oder unteratmosphärischen Druck entspannt wird, wobei eine Absenkung seiner Temperatur auf 100 bis 110°C und seines Wassergehalt auf 6 bis 7% be­ wirkt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch nach dem Entspannen innerhalb von 1 h bis 1 h 30 min bis auf einen Wassergehalt von 1 bis 1,5% getrocknet wird.

8. Vorrichtung für die kontinuierliche Solubilisierung von Kakao gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Teile aufweist:
eine Einrichtung zur Herstellung einer Dispersion einer kon­ zentrierten Alkalicarbonatlösung in Dampf, ein Führungsrohr für eine Kakaomasse, eine Einspritzeinrichtung für das Car­ bonat/Dampf-Gemisch stromaufwärts des Führungsrohrs, ein Ver­ weil- oder Reaktionsrohr, das mit Einrichtungen zum Aufrecht­ erhalten eines konstanten Gegendrucks ausgerüstet ist, und eine Trocknungseinrichtung, die mit Einrichtungen zum Ent­ spannen, Rühren, Abziehen von Dampf und kontinuierlichen Austragen des solubilisierten Kakaoliquors ausgerüstet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine im Reaktionsrohr konzentrisch angeordnete Düse zum Einspritzen des Carbonat/Dampf-Gemisches.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung eines konstanten Gegen­ drucks im Reaktionsrohr ein Gegendruckventil umfaßt, das durch einen stromaufwärts davon angeordneten Druckmesser gesteuert ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungseinrichtung einen Behälter mit Doppelmantel und mehrere mit Schaufeln ausgerüstete Wellen umfaßt, wobei die Form des Behälters und die Anordnung der Wellen und der Schaufeln zum Durchwandern des Kakaos durch die Einrichtung während der Dauer der Trocknung unter stationären Bedingungen ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum kontinuierlichen Austrag des solubilisierten und getrock­ neten Kakaos eine bewegliche Klappe vorgesehen ist, deren Lage in Abhängigkeit von der gewünschten Trocknungszeit ein­ stellbar ist.