DE3400452C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Temperieren von Schokoladen- oder ähnlichen fetthaltigen Massen (vgl. hierzu die Patentansprüche).

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

Für kleine Temperierleistungen sind bereits Temperierverfah­ ren bekannt, die diskontinuierlich oder kontinuierlich arbei­ ten und dabei die Verfahrensschritte Kühlen und Anwärmen in mehreren Stufen realisieren.

Die diskontinuierlich arbeitenden Einrichtungen vollziehen diese Verfahrensstufen in einem Behälter, der als Wärmetau­ scher ausgebildet ist. Für die Temperierung ist es hierzu erforderlich, die Temperatur des Kühl- bzw. Heizmittels nach­ einander im Sinne von Verfahrensstufen zu verändern. Der Tem­ periervorgang erstreckt sich dabei über mehrere Stunden, wo­ durch ein ungünstiger technologischer Arbeitsablauf entsteht. Die damit verbundene längere Bevorratung der Schokoladenmasse verursacht außerdem einen hohen Energiebedarf und großen ma­ schinentechnischen Aufwand.

Bei nach kontinuierlichen Verfahren arbeitenden Temperiervor­ richtungen wird die Schokoladenmasse mit geeigneten Förder­ einrichtungen, wie Pumpen oder Förderschnecken, durch einen oder mehrere nacheinander geschaltete Wärmetauscher geleitet und in diesen auf eine gewünschte Temperatur unter ständigem Rühren, Schaben und Mischen zunächst stark gekühlt und an­ schließend auf Verarbeitungstemperatur erwärmt. Die Wärmetau­ scher sind so ausgebildet, daß die Schokoladenmasse im Be­ reich der Kühlung an Kühlflächen, die von einem Kühlmittel um­ geben sind, vorbeigeleitet wird. Als Kühlmittel wird vorzugs­ weise Kühlwasser verwendet, welches in Abhängigkeit vom je­ weiligen Verfahren etwa 15°C kalt oder nur wenig kälter als die zu erreichende Schokoladenmassetemperatur sein kann. Im zuletzt genannten Fall sind größere Kühlflächen erforderlich, die einen höheren maschinentechnischen Aufwand erfordern und einen höheren Kühlmittelverbrauch zur Folge haben. Ferner wird bei diesen niedrigen Kühlmitteltemperaturen oftmals keine optimale Ausnutzung des Kühlwassers erzielt, das heißt, die Kühlwasseraustrittstemperatur liegt noch weit unterhalb der zu erreichenden Schokoladenmassetemperatur. Diese Nachteile entstehen insbesondere dadurch, daß im Interesse der Senkung des maschinentechnischen Aufwandes der Wärmetauscher mit mög­ lichst geringen Abmessungen ausgeführt wird, wodurch für die Kristallbildung nur eine kurze Zeit zur Verfügung steht.

Die Erfindung bezweckt, mit geringem maschinentechnischen Aufwand und bei geringem Kühlmittelverbrauch eine Temperie­ rung der Schokoladenmassen in hoher Qualität zu sichern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung für dessen Durchführung zu schaffen, um durch schonende Kühlung eine starke Unterkühlung der Schokoladenmasse zu verhindern und eine gleichmäßige Kristallbildung durch lange Verweilzeiten während des Kühlprozesses sowie eine hohe Kühl­ mittelausgangstemperatur zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Maßnahmen und Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 7 nennen Ausgestaltungen der Vorrichtung, die im Anspruch 1 eingesetzt wird.

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

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 als Einzelheit die Lage einer Trennwand mit Überström­ öffnung im Kühlmittelmantel im Schnitt,

Fig. 3 ein Temperatur-Weg-Diagramm für Masse und Kühlmittel im Bereich der Verfahrensstufen.

Wie Fig. 1 zeigt, besteht der Wärmetauscher aus einem vertikal angeordneten, doppelwandigen, zylindrischen Behälter 1, der von einem Kühlmittelmantel 2 umgeben ist und ein nachgeordnetes, als Auslaßgehäuse ausgebildetes Bodenteil 3 besitzt. Der obere Zylinderbereich des Wärmetauschers dient als Vorrats- und Vor­ kühlzone und der untere Zylinderbereich als Hauptkühlzone.

Die obere Stirnfläche 4 des Wärmetauschers ist mit einem nicht näher dargestellten Masseeinlaß versehen und mit einem Sieb 5 zur Fremdkörperabscheidung abgedeckt. Die untere Stirnfläche 6 wird gleichzeitig als zusätzliche Wärmetauschfläche benutzt und ist zu diesem Zweck mit einem darunter angeordneten Wasser­ raum 7 ausgestattet. An das Bodenteil 3 ist das ebenfalls dop­ pelwandige Förderrohr 8 angeschlossen, an dessen freiem Ende sich das Überlaufgefäß 9 mit dem darüber angeordneten Dreiwege­ hahn 10 befindet. Zur Masseentleerung dient der in das Boden­ teil eingesetzte Abgangsstutzen 11. Der Ringraum des Kühlmittel­ mantels ist mit Trennwänden 12 versehen, die mit Überströmöff­ nungen 13, wie aus Fig. 2 ersichtlich, ausgestattet sind. Jede Trennwand besitzt eine Überströmöffnung, die zu der darunter- bzw. darüberliegenden Überströmöffnung um 180° versetzt am Umfang des Ringraumes angeordnet ist. An der Trennstelle 14 zwischen der Vorrats- und Vorkühlzone und der sich darunter erstreckenden Hauptkühlzone des Wärmetauschers befindet sich im Kühlmittelmantel ein Überlauf 15 für das Kühlwasser, dem das Absperrventil 16 zugeordnet ist. Am oberen Ende des Kühl­ mittelmantels wird das Kühlwasser über den nicht absperrbaren Ablauf 17 abgeführt. Für die Kühlwasserzuführung besitzt der Kühlmittelmantel am unteren Ende eine Einlaßöffnung 18 der ein Magnetventil 19 vorgeschaltet ist. Im Innenraum des Wärmetau­ schers ist im Bereich der Hauptkühlzone der als Temperier- und Förderschnecke 20 und in der darüberliegenden Vorrats- und Vorkühlzone als Rührelement 21 ausgebildete Rotor angeordnet. Das Rührelement des Rotors ist mit Abstreifern 22 und die Tem­ perier- und Förderschnecke mit geringer Steigung und kleinem Gangquerschnitt versehen. Die beiden Rotorteile, Rührelement 21 und Temperier- und Förderschnecke 20 sind fest miteinan­ der verbunden. Durch diese Form des Rotors wird in der Haupt­ kühlzone ein Engspalt zum Wärmetauscher und in der darüberlie­ genden Vorrats- und Vorkühlzone ein Raum mit großem Querschnitt gebildet. Der Antrieb 23 für den Rotor erfolgt von unten über die zentrisch im Bodenteil 3 geführte und fest mit der Tempe­ rier- und Förderschnecke verbundene Antriebswelle 24. Im Bo­ denteil 3 des Wärmetauschers ist ferner ein am Rotor befestig­ tes Abstreif- und Mischorgan 25 für die Schokoladenmasse ange­ ordnet.

Die beschriebene Temperiervorrichtung arbeitet wie folgt:

Die im thermostabilen Zustand vorliegende, untemperierte Scho­ koladenmasse wird über das Sieb 5 in den Wärmetauscher direkt aufgegeben und befindet sich in der ersten Verfahrensstufe im oberen Bereich des Wärmetauschers, der als Vorrats- und Vor­ kühlzone wirkt. Durch die Bewegung des mit den Abstreifern 22 versehenen Rührelementes 21 wird die Schokoladenmasse gemischt und ständig von der Wandung des Wärmetauschers abgeschabt. In der darunter liegenden Hauptkühlzone des Wärmetauschers wird die Schokoladenmasse an der Wandung intensiv gekühlt und durch die Form der Temperier- und Förderschnecke 20 in bekannter Weise gefördert, wobei die an der Wandung gekühlten Partikel mit der übrigen Schokoladenmasse ständig intensiv vermischt werden. Der Fördereffekt der Temperier- und Förderschnecke 20 wird gleich­ zeitig für den Weitertransport der Schokoladenmasse zur Abgabe­ stelle verwendet. Durch den kleinen Förderquerschnitt und die geringe Steigung der Temperier- und Förderschnecke entsteht ein langer, schraubenlinig verlaufender Förderweg, der eine lange Verweilzeit der Schokoladenmasse in diesem Raum bewirkt. Das Kühlmittel, das durch die am unteren Ende des Kühlmittelmantels 2 angeordnete Einlaßöffnung 18 dem Wärmetauscher über das Ma­ gnetventil 19 zugeführt wird, besitzt dort seine niedrigste Tem­ peratur. Im unteren, als Hauptkühlzone dienenden Bereich des Wärmetauschers wird eine intensive Kühlung dadurch ereicht, daß die Kühlmitteltemperatur niedrig liegt und sich nur eine dünne Schokoladenschicht in diesem Bereich befindet. Durch die lange Verweilzeit einer kleinen Schokoladenmenge erfolgt eine gleichmäßige Kristallbildung, ohne daß eine starke Unterkühlung an den Wandflächen des Wärmetauschers erforderlich ist. Im obe­ ren Bereich des Wärmetauschers erfolgt die Kühlung der Schokola­ denmasse bis zu dem Zustand, bei dem die Kristallbildung ein­ setzt. Für diesen Kühlvorgang wird das Kühlmittel aus dem unte­ ren Wärmetauscherbereich in den oberen Wärmetauscherbereich ge­ leitet. Die Größenverhältnisse der Temperierflächen von Vor­ kühlung und Hauptkühlung liegen bei 2 : 1 bis 3 : 1. Durch die An­ ordnung der Trennwände 12 im Kühlmittelmantel des Wärmetauschers wird erreicht, daß das Kühlmittel von unten nach oben durch den Wärmetauscher strömt, wobei sich die kalten Schichten unten und die warmen Schichten oben befinden. Es entsteht somit ein Tempe­ raturgefälle von der niedrigen Eintrittstemperatur in der Haupt­ kühlzone zur hohen Austrittstemperatur im Bereich der Vorkühl­ zone. Das Kühlmittel verläßt den Wärmetauscher durch den am obe­ ren Ende des Kühlmittelmantels vorgesehenen, nicht absperrbaren Ablauf 17. Der Wasserraum 7 im Bodenteil des Wärmetauschers und das doppelwandige Förderrohr 8 sind in den Warmwasserkreislauf 26, in dessen Bereich die Schokoladenmasse auf Verarbeitungstempera­ tur durch das Heizelement 27 angewärmt wird, mit einbezogen. Das im Bodenteil 3 des Wärmetauschers rotierende Abstreif- und Misch­ organ 25 bewirkt, daß durch seine Rotationsbewegung eine inten­ sive Durchmischung der Schokoladenmasse erfolgt.

Die erforderliche Messung der Schokoladenmassetemperatur und der Wassertemperatur sowie die Regelung der Kühlung und der Heizung in den einzelnen Bereichen erfolgt in an sich für Temperierma­ schinen bekannter Weise. Die hierfür eingesetzten Instrumente sowie Steuereinrichtungen wurden daher im einzelnen nicht näher dargestellt. Die Fig. 3 zeigt schematisch an einem Temperatur- Zeit-Diagramm für zu temperierende dunkle Schokoladenmasse, den Temperaturverlauf der Schokoladenmasse 28, die Erwärmungskurve für das Kühlwasser 29 und die konstante Wassertemperatur 30 für das Anwärmen, innerhalb der Verfahrensstufen: Vorkühlung, Haupt­ kühlung sowie Anwärmen. Verfahrensgemäß wird im Bereich der Vor­ kühlung die Schokoladenmasse 28, bei der das Fett in vollstän­ dig flüssiger Form vorliegt, bis auf eine bei ca. 30°C lie­ gende Temperatur T _SchK abgekühlt, bei der noch keine Kristall­ bildung erfolgt. Die eigentliche Kristallbildung erfolgt erst während der Hauptkühlung bei zwangsweiser Förderung und langer Verweilzeit der Schokoladenmasse. Die Verweilzeit liegt in der Hauptkühlzone im Bereich von 0,5 bis 1 min. Das Kühlwasser 29 wird mit der Eintrittstemperatur T _KME von 18°C in die Haupt­ kühlzone eingeleitet und erwärmt sich durch Aufnahme der Kri­ stallbildungswärme auf ca. 26°C. Das derart erwärmte Kühlwas­ ser wird in die Vorkühlzone übergeleitet und dient als Kühl­ mittel zur Vorkühlung der Schokoladenmasse. Das Kühlwasser er­ wärmt sich in der Vorkühlzone weiter bis auf eine Austritts­ temperatur T _KMA , die bis zu 30°C beträgt. Die genannten Tempe­ raturwerte liegen bei unterschiedlicher Rezeptur z. B. für Milchschokoladenmassse bis zu 2 K niedriger.

Claims (7)

1. Verfahren zum Temperieren von Schokoladen- und ähnlichen fett­ haltigen Massen, bei dem die erwärmte Masse von einer über ihrer höchsten Schmelztemperatur liegenden Temperatur mit­ tels Kühlwasser in einer Vorkühlungszone und einer Haupt­ kühlungszone gekühlt und danach durch Erwärmen auf Verar­ beitungstemperatur gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schokoladenmasse kontinuierlich innerhalb einer Kühlungseinheit zunächst in der Vorkühlzone bis zum Errei­ chen der Kristallbildungstemperatur gekühlt und anschlie­ ßend unter zwangsweiser Förderung mit Verweilzeit zur Kristallbildung von mindestens 0,5 bis 1 min. in der Haupt­ kühlzone weiter abgekühlt wird, wobei das in die Hauptkühl­ zone eingeleitete Kühlmittel entgegen dem Förderstrom der Masse unter Aufnahme der Kristallbildungswärme aus dem Be­ reich der Hauptkühlzone in den Bereich der Vorkühlzone ge­ führt wird, und dabei eine Vorrichtung eingesetzt wird, bestehend aus einem vertikal angeordneten, als Wärmetauscher ausgebildeten, von einem Kühlmantel umgebenen, zylin­ drischen Behälter, der an der oberen Stirnfläche einen Mas­ seeinlaß und im Bereich der unteren Stirnfläche einen Masse­ auslaß besitzt, an den sich ein Förderrohr anschließt und gestaltet ist und im Innenraum des Behälters ein die Kühlfläche bestreichender Rotor umläuft und angeordnet ist, der über eine im Bodenteil geführte Welle an­ getrieben ist, wobei durch den Rotor der Behälter (1) in eine obere Vorkühlzone und eine untere Haupt­ kühlzone unterteilt und im unteren Zylinderbereich als Tem­ perier- und Förderschnecke (20) mit geringer Steigung und kleinem Gangquerschnitt und im oberen Zylinderbereich als mit Abstreifern (22) versehenes Rührelement (21) ausgebil­ det ist.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührelement (21) und die Temperier- und Förderschnecke (20) ein Bauteil sind, das fest mit der Antriebswelle (24) ver­ bunden ist und sich auf die gesamte Höhe im Innenraum des Behälters (1) erstreckend ausgestaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bodenteil (3) des Behälters ein am Rotor angeordnetes Abstreif- und Mischorgan (25) vorgesehen ist, dem ein unter dem Bo­ denteil liegender Wasseraum (7) zugeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelmantel (2) des Behälters (1) mit horizontalen Trennwänden (12) versehen ist, die mit Überströmöffnungen (13) ausgestattet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Trennwand (12) eine Überströmöffnung (13) vorgesehen ist, die je­ weils zu der darunter bzw. darüberliegenden Überströmöffnung um 180° versetzt, am Umfang des gebildeten Ringraumes ange­ ordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelmantel (2) an der Trennstelle (14) zwischen dem oberen und unteren Zylinderbereich einen Überlauf (15) angeordnet ist, dem ein Absperrventil (16) zugeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 6, gekennzeichnet durch ein Größenverhältnis der Wärme­ tauschflächen von Vorkühlung zur Hauptkühlung von 2 : 1 bis 3 : 1.