DE3436334C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Her­ stellung von Kakaomasse durch Brechen, Vorschälen und Vortren­ nen roher Kakaobohnen, Vortrocknen des Kakaobohnenbruchs bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 4% bis 3% bei 40°C bis 90°C, Trennen des Kernbruches von Schalenanteilen, Rösten der Kakao­ masse in bewegter Dünnschicht und kontinuierlichem Durchlauf bei Temperaturen von 100°C bis 140°C, und Kühlen der fertig gerösteten Kakaomasse.

Bei der Schokoladenherstellung spielt das Rösten eine wesent­ liche Rolle bezüglich der Qualität des Endproduktes, insbe­ sondere hinsichtlich der Aroma- und Geschmackseigenschaften. In der Praxis werden entweder ganze oder vorgebrochene Kakao­ bohnen ohne Vorbehandlung geröstet oder bei Temperaturen, die unterhalb der Rösttemperatur liegen, vorgetrocknet. Durch das Vortrocknen wird ein Wassergehalt, der nahe am endgültigen Wassergehalt liegt, angestrebt. Bei der Röstung werden die Kakaobohnen bzw. der Kakaobruch eine gewisse Zeit auf Röst­ temperaturen von 70 bis 140°C gehalten.

Dabei treten zwei grundlegende Probleme auf. Das eine liegt in den relativ großen Dimensionen der Röstgutteilchen und ihrer stark unterschiedlichen Größenverteilung, die große Temperatur­ gefälle zwischen der Oberfläche der Röstgutteilchen und ihrem Zentrum bedingen und wodurch Über- und/oder Unterröstung unver­ meidbar bleiben. Das andere liegt in dem mitunter sehr hohem Wassergehalt der rohen Kakaobohnen begründet. Wie Grundlagen­ untersuchungen gezeigt haben, wirkt sich ein hoher Wasserge­ halt zu Beginn des Röstens behindernd, in extremen Fällen sogar verhindernd auf die während des Röstens ablaufenden Aromareak­ tionen aus.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde vorgeschlagen, die rohen Kakaobohnen zunächst zu schälen und vorzubrechen, davor gege­ benenfalls vorzutrocknen, zu reinigen, den Kakaobruch zu einer viskosen Masse zu vermahlen und diese viskose Masse in einer dünnen Schicht zu rösten, bei Zwischen- oder Nachschaltung weitrer Verfahrensschritte (DE-OS 22 38 519).

Bei dieser Verfahrensweise werden rohe, ganze Kakaobohnen ge­ trocknet, gebrochen und gereinigt. Der Nachteil bei dieser Ver­ fahrensweise ist in der niedrigen Prozeßgeschwindigkeit zu sehen, die durch das Trocknen ganzer Bohnen gegeben ist. Grund dafür ist die relativ niedrige Diffusionsgeschwindigkeit des Wassers aus dem Inneren der Kakaobohne. Es existiert auch immer ein Feuchtigkeitsgefälle in der Kakaobohne.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß beim Vortrocknen ganzer Bohnen Kakaobutter in die Schalen diffundiert, die somit beim Trennen der Schalen vom Kernbruch verlorengeht.

Die Vortrocknung erfolgt vorzugsweise bei Unterdruck. Dieses birgt aber den Nachteil, daß die bei Normaldruck nur wenig flüchtigen Aromavorstufenverbindungen in größerem Maße ausge­ trieben werden.

Anlagenseitig genügen die meisten Aggregate den technischen Anforderungen. Nicht zufriedenstellend sind jedoch die Ergeb­ nisse der Dünnschichtröstung. Nach der DE-OS 22 38 519 soll die optimale Rösttemperatur möglichst genau eingehalten werden. Es werden nur Schwankungen von ±1,5°C zugelassen. Hinzu kommt, daß diese optimale Temperatur in der gesamten Dünn­ schichtlänge und -tiefe zu halten ist.

Zur Erreichung dieser Bedingungen wurde schon in der DE-PS 2 97 888 vorgeschlagen, die geschälten, rohen Kakaobohnen zu Kakaomasse zu zerkleinern und auf glatten, bewegten Heizflä­ chen in ruhender dünner Schicht zu rösten. In der DE-OS 22 38 519 wird vorgeschlagen, den Röstprozeß auf einem Band- oder Walzenapparat in ruhender Schicht durchzuführen.

Versuche haben jedoch ergeben, daß selbst in einer ruhenden Dünnschicht merkliche Temperaturgradienten auftreten und die Entfeuchtung und Entgasung der ruhenden Dünnschicht unvoll­ kommen ist. Die eingeschlossenen Dampf- und Gasblasen führen zur Schaumbildung.

Nach der DE-OS 19 19 870 soll das Rösten unter Rühren, also in einer bewegten Dünnschicht, innerhalb eines geschlossenen Behälters erfolgen. Die Entgasung ist hier gegenüber dem Rösten in ruhenden Dünnschichten besser, jedoch treten hier in der zu röstenden Kakaomasse noch größere Temperaturdiffe­ renzen auf.

Bei allen bekannten Röstaggregaten ist das sich einstellende Temperaturprofil nur ungenügend beeinflußbar.

Die genaue Einhaltung eines vorgegebenen Temperatur-Zeit-Re­ gimes ist jedoch wichtigste Voraussetzung für die optimale Röstung der Kakaomasse. Daher spielt die exakte Prozeßregelung eine entscheidendeRolle für das Prozeßergebnis. Die dafür notwendige Erfassung der Verteilung der Guttemperatur entlang der Apparatelänge wird derzeit in sehr aufwendigen Konstruk­ tionen mit Wanddurchbrüchen am Stator realisiert, wobei die Anzahl der Meßpunkte in der Regel begrenzt, die Störanfällig­ keit infolge der Wanddurchbrüche und der stationären Tempera­ turfühler sehr hoch ist. In vielen Fällen wird auf die Erfas­ sung des Temperaturprofils ganz verzichtet und nur die Gutaus­ trittstemperatur aufgenommen. In Anlagen, bei denen mitrotie­ rende Meßfühler angewandt werden, wird das Meßsignal üblicher­ weise über Schleifringe an die stationären Anlagenteile über­ tragen. Diese meßtechnischen Schwierigkeiten bewirken bei allen aufgeführten Verfahren und Apparaten zur Dünnschichtröstung prinzipielle Unzulänglichkeiten bei der Prozeßablaufsteuerung und damit bei der Sicherung gleichbleibender Produktqualität.

Die Erfindung bezweckt eine gleichmäßig geröstete Kakaomasse bei optimaler Ausbeute des Aromapotentials zu erhalten.

Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, bei dem der Wassergehalt im Verarbeitungsgut vor dem Röstprozeß gegenüber dem Ausgangszustand für die Weiterverarbeitung genügend nie­ drig ist und bei dem das Temperaturprofil während des Röstpro­ zesses örtlich gleichmäßig und über die gesamte Röstzeit eine optimale Form hat.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch ge­ löst, daß zwischen dem Trennen des Kernbruches von Schalenanteilen und dem Rösten der Kakaomasse in bewegter Dünnschicht und kon­ tinuierlichem Durchlauf bei Temperaturen von 100°C bis 140°C ein Zerkleinern des Kernbruches und Nachtrocknen bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 3% bis 2% unter Ausnutzung der beim Zerkleinern freiwerdenden Wärmeenergie und einem Unterdruck bis zu 0,5 bar erfolgt.

Das Vortrocknen erfolgt vorteilhaft bei einer Temperatur von 60°C bis 80°C und das Nachtrocknen bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 2,5% bis maximal 90°C.

Bei dieser vorgeschlagenen Verfahrensweise wird die Prozeßge­ schwindigkeit erhöht, was in dem schnelleren Trocknen der schon vorgebrochenen Bohnen (kleinere Teile und größere Oberfläche) begründet ist. Es wird dadurch auch weniger Wärmeenergie benö­ tigt. Da schon vor dem Trocknen ein Großteil des Schalenmate­ rials abgeführt wird, tritt auch weniger Kakaobutterverlust ein.

Vorrichtungsseitig wird zur Dünnschichtröstung in bewegter dünner Schicht eine Röstvorrichtung folgenden Aufbaues vorge­ schlagen:

• - ein zylindrischer, beheizbarer Grundkörper ist lagevariabel geneigt und drehbar angeordnet,
• - im Inneren des Grundkörpers sind mehrere, in bekannter Weise an einer zentral gelegenen Welle rotierende Wischerblätter radial verstellbar angeordnet,
• - an mindestens einem Wischerblatt sind in wählbarem Abstand voneinander mehrere Temperaturfühler angeordnet, die mittels Leitungselementen mit einem am Wellenstumpf angeordneten Meßwertverarbeitungs- und -übertragungsteil in Verbindung stehen.
• - Vor dem Meßwertverarbeitungs- und -übertragungsteil ist ver­ bindungslos ein Auswertungs- und Steuerteil angeordnet, welches mit einem Prozeßrechner und/oder Registrier- und An­ zeigegeräten in Verbindung steht.

Die Heizeinrichtung ist sektionsweise regelbar am Umfang des Grundkörpers angeordnet. Die Temperaturfühler können auf allen Wischerblättern spiralförmig versetzt angeordnet sein und sind auf Halbleiterbasis aufgebaut. In dem Meßwertverarbeitungs- und -übertragungsteil sowie in dem Auswertungs- und Steuerteil sind jeweils ein Sender und ein Empfänger zur bidirektionalen Signal­ übertragung enthalten.

Bei dieser vorgeschlagenen Röstvorrichtung kann der Röstprozeß eindeutig gesteuert werden. Insbesondere ist das Temperaturpro­ fil und die Rösttemperatur an allen Punkten exakt steuerbar und somit werden die gesamten Aromastoffe voll ausgenutzt.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Verfahrensweise ist als Fig. 1 in einem Verfahrensfließbild dargestellt.

Verfahrensmäßig werden die rohen Kakaobohnen nach einer Vorrei­ nigung zu Kernbruch gebrochen und die lose anhaftenden Schalen abgetrennt. Dieser Kernbruch wird zur größstmöglichen Vermeidung von Material- und Aromavorstufensubstanzverlusten bei Tempera­ turen von 60°C bis 75°C in einem Festbetttrockner mit im Kreuz­ strom geführten Trocknungsmitteln kontinuierlich vorgetrocknet, wobei als Austrittsfeuchte 3,5 Ma%-4 Ma% eingehalten werden muß. Der so erhaltene vorgetrocknete Kernbruch wird einem Rei­ nigungsprozeß unterworfen, in dem mindestens 99% der Schalen abgetrennt werden und nachfolgend zerkleinert, wobei durch Re­ gulierung des Unterdruckes im Mahlaggregat auf Werte von höch­ stens Normaldruck und kleinstens 0,6 bar die Erreichung einer Endfeuchte von mindestens 2,5% höchstens 2,0% gewährleistet sein muß.

Die dort vorbehandelte Kakaomasse wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Normaldruck ohne zusätzliche Einspeisung von warmer und/oder trockener Luft geröstet, entgast und entfeuchtet, wobei ein Temperaturprofil eingehalten wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß im ersten Drittel der Apparatelänge die Kakaomasse auf 125°C erwärmt wird und in den verbleibenden zwei Dritteln die Temperatur konstant auf 125°C gehalten wird. Im ersten Drittel sind dazu Heizmitteltemperaturen von etwa 140°C und in den verbleibenden zwei Dritteln von etwa 125-130°C erforderlich. Die Verweilzeit in der Röstzone beträgt dabei etwa 40-60 s. Die Röstzeit ist durch die Schrägstellung der erfindungsgemäßen Röstvorrichtung steuerbar. Nach Verlassen des Apparates wird die geröstete, entfeuchtete und entgaste Kakao­ masse schnell auf eine Temperatur von weniger als 80-85°C ge­ kühlt. Die so hergestellte Kakaomasse weist einen Wassergehalt von etwa 1 Gew.-% und damit sehr gute Fließ- und Verarbeitungs­ eigenschaften auf. Die sensorisch ermittelte Aromaqualität der so vorbehandelten und gerösteten Kakaomasse ist durch ein star­ kes, harmonisches Kakaoaroma, angenehme Bitterkeit, wenig Ad­ stringens und Säure gekennzeichnet.

Der Prozeß der Röstung in bewegter dünner Schicht läßt sich er­ findungsgemäß in einer Vorrichtung vollziehen, wie sie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. In Fig. 3 ist der Schnitt A-A nach Fig. 2 gezeigt. Die Röstvorrichtung besteht aus einem Zylinder 1 mit einem in Heizzonen 2 eingeteilten Doppelmantel zur Aufnahme eines Heizmittels. Dargestellt ist eine vorteilhafte Ausführung mit drei Heizzonen. Der Doppelmantel ist in jeder Zone mit Rohr­ stutzen 3 für die Heizmittlzufuhr und Rohrstutzen 4 für die Heizmittelabfuhr versehen. An der Eintrittsstirnseite 5 des Zylinders 1 befindet sich eine Öffnung 6 für die Zufuhr der un­ gerösteten Kakaomasse und ein Anschlußstutzen 7 für die Zufuhr warmer und/oder trockener Luft. Am anderen Ende des Zylinders 1 ist ein Abscheideransatz 8 angebracht, an welchem sich eine Öffnung 9 für die Abfuhr des Röstgases und der eingeführten warmen und/oder trockenen Luft befindet. Im Inneren des Abschei­ deransatzes 8 befindet sich der eigentliche Abscheidekopf 10. Im Inneren des Zylinders 1 und des Abscheideransatzes 8 ist eine in bezug auf Zylinder 1 und Abscheideransatz 8 axial orientier­ te Welle 11 angebracht, die mehrere in bezug auf den Zylinder 1 radial orientierte Wischerblätter 12 trägt. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, ist eine Ausführung mit vier Wischerblättern ge­ wählt worden. Die äußeren Kanten der Wischerblätter 12 besitzen einen endlichen Abstand größer 0 zur Innenwand des Zylinders 1, der ggf. variabel gestaltet werden kann. Die gesamte Vorrich­ tung befindet sich normalerweise in horizontaler Lage, kann aber in eine geneigte Lage gebracht werden, damit durch das ent­ stehende Gefälle zwischen Eintrittsstirnseite des Zylinders 1 und dem Abscheideransatz 8 die Strömungsverhältnisse und damit das Verweilzeitverhalten im Sinne des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens günstig beeinflußt werden können.

Die meßtechnische Erfassung des Temperaturprofils der Kakao­ masse entlang des doppelmanteligen Zylinders 1 erfolgt durch Temperaturfühler 13, die vorzugsweise auf Halbleiterbasis auf­ gebaut und entlang den Kanten der Wischerblätter 12 angeordnet sind. Diese Meßfühler 13, die entweder an einem oder an mehre­ ren Wischerblattkanten angebracht werden können, sind über die gesamte Länge der Wischerblätter 12 verteilt. Eine besonders günstige Anordnung besteht in einer etwas dichteren Verteilung in Eintrittsnähe des Zylinders 1 und in einer weniger dichten Verteilung in der Nähe des Überganges vom Zylinder 1 in den Abscheideransatz 8, da hierdurch die in Eintrittsnähe besonders großen axialen Temperaturgradienten besonders gut meßtechnisch erfaßt werden können.

Die von den Temperaturfühlern 13 erzeugten temperaturanalogen Signale werden per Draht erfindungsgemäß an ein auf dem ab­ scheideransatzseitigen Ende der Welle 11 befindliches Meßwert­ verarbeitungs- und -übertragungsteil 14 abgegeben und von dort über eine bidirektionale, berührungslose und vorteilhafter­ weise störungsfreie, auf IR-Strahlung basierende Übertragungs­ strecke auf ein stationäres Auswertungs- und Steuerteil 15 übertragen. Dabei kann die Abfrage der einzelnen Temperatur­ fühler 13 und damit die Aufnahme des Temperaturprofils sowohl automatisch, prozeßrechnergesteuert als auch von Hand erfolgen. Durch die erfindungsgemäße Meßanordnung im On-line-Prinzip be­ steht die Möglichkeit der ggf. prozeßrechnergestützten Rege­ lung des Temperaturprofils.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung des Meßwerterfassungs- und Meßwertverarbeitungssystems einschließlich der da­ zugehörigen Temperaturfühler 13 sei im folgenden beschrieben. Als Meßfühler werden HF-Transistoren verwendet, deren tempera­ turabhängige Basis-Emitterspannung bei konstantem Stromfluß ausgenutzt wird. Die Umschaltung der einzelnen Meßstellen er­ folgt über Analogmeßstellenumschalter, die von einer Schiebe­ kette gesteuert werden. Die temperaturanalogen Meßsignale, die in Form einer Spannung vorliegen, werden in einem Spannungs- Frequenz-Wandler in eine Impulsfolge umgewandelt und mittels eines IR-Strahlers berührungslos und störunanfällig übertra­ gen. Diese Funktionseinheiten befinden sich in dem auf der Welle 11 befindlichen Meßwertverarbeitungs- und -übertragungs­ teil 14. Im berührungslos davor angeordneten Auswertungs- und Steuerteil 15 wird die mit dem IR-Strahl ankommende Impulsfol­ ge empfangen, in einem Zählwerk weiterverarbeitet, digital an­ gezeigt, nach einer Digital-Analogwandlung auf analogen Regi­ strier- und Anzeigegeräten festgehalten. Gleichzeitig erfolgt durch den stationären Teil 15 die Steuerung des Teils 14 über die bidirektionale IR-Übertragungsstrecke, wodurch die Befehle für die Schiebekette, die Synchronisation und der Takt für den Spannungs-Frequenz-Wandler übermittelt werden.

Wird die zu röstende Kakaomasse über die Eintrittsöffnung 6 in den Zylinder 1 eingespeist, so wird sie von den rotieren­ den Wischerblättern 12 erfaßt und als dünne Schicht auf der Innenwand des beheizten Zylinderrs 1 ausgebreitet und in Rich­ tung Abscheideransatz 8 transportiert. Dabei bildet sich vor den Wischerblättern 12 eine mehr oder weniger große Bugwelle aus, deren Inhalt ständig mit dem der dünnen Schicht ausge­ tauscht wird, wobei sich sowohl dünne Schicht als auch Bug­ welle in ständiger turbulenter Bewegung befinden, was zur Fol­ ge hat, daß kein meßbarer radialer Temperturgradient auftritt. Die Temperaturfühler 13 tauchen dabei in die dünne Schicht bzw. die Bugwelle ein und liefern dabei ein der örtlichen Tem­ peratur der Kakaomasse analoges Meßsignal. Die sich im Innern des Zylinders 1 befindliche Kakaomasse wird während ihres Auf­ enthaltes darin geröstet, wobei ihre Röstgase und Wasserdampf entweichen und ggf. von der in die Eintrittsöffnung 7 einge­ blasene warme und/oder trockene Luft mitgeführt wird.

Ist das Ende des beheizten Zylinders erreicht, werden Kakao­ masse und das Gasgemisch im Abscheidekopf 10 getrennt, der vorteilhaft so gestaltet ist, daß die Kakaomasse den Zylin­ der 1 nur in unmittelbarer Nähe der Austrittsöffnung 16 ver­ lassen kann, während das Gasgemisch (bestehend aus Röstgasen, Wasserdampf und ggf. Luft) den Zylinder 1 nur in der Nähe der rotierenden Welle 11 verlassen kann. Eventuell im Gasgemisch mitgerissene Kakaomasseteilchen werden durch die Zentrifugal­ wirkung der rotierenden Welle 11 nach außen abgeschleudert, wo­ bei die Austrittsöffnung 9 durch ein zum Abscheidekopf 10 ge­ hörendes Prallblech 17 geschützt wird. Das Gasgemisch verläßt den Apparat durch Austrittsöffnung 9, während die geröstete Kakaomasse den Apparat durch die Austrittsöffnung 16 verläßt. Die von den Meßfühlern 13 gelieferten temperaturanalogen Meß­ signale werden im, auf der Welle 11 mitrotierendem Meßwertver­ arbeitungs- und -übertragungsteil 14 umgewandelt, wie bereits beschrieben an das stationäre Auswertungs- und Steuerteil 15 übertragen und dort weiterverarbeitet zu einem in analoger und/oder digitaler Form vorliegenden Temperaturprofil. Über eine entsprechende Kopplung werden die dem Temperaturprofil entsprechenden, umgewandelten Meßsignale einem Regelungsblock oder einem Prozeßrechner eingegeben, die nach Vergleich mit einem vorgegebenen Temperaturprofil auf Temperatur und/oder Menge des den einzelnen Zonen des Heizmantels des Zylinders 1 zuzuführenden Heizmittels einwirken.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Kakaomasse durch Brechen, Vor­ schälen und Vortrennen roher Kakaobohnen, Vortrocknen des Kakaobohnenbruchs bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 4% bis 3% bei 40°C bis 90°C, Trennen des Kernbruches von Schalenanteilen, Rösten der Kakaomasse in bewegter Dünn­ schicht und kontinuierlichem Durchlauf bei Temperaturen von 100°C bis 140°C, und Kühlen der fertig gerösteten Kakao­ masse, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Trennen des Kernbruches von Schalenanteilen und dem Rösten der Kakao­ masse in bewegter Dünnschicht und kontinuierlichem Durch­ lauf bei Temperaturen von 100°C bis 140°C ein Zerkleinern des Kernbruches und Nachtrocknen bis zu einem Feuchtigkeits­ gehalt von 3% bis 2% unter Ausnutzung der beim Zerkleinern freiwerdenden Wärmeenergie und einem Unterdruck bis zu 0,5 bar erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vortrocknen bei einer Temperatur von 60°C bis 80°C und das Nachtrocknen bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von 2,5% erfolgt, wobei die Nachtrocknungstemperatur maximal 90°C beträgt.

3. Röstvorrichtung zur Dünnschichtröstung von Kakaomasse zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem be­ heizbaren Grundkörper mit im Inneren drehbar über eine Welle angeordneten Wischerblättern, gekennzeichnet dadurch, daß

• - ein zylindrischer beheizbarer Grundkörper (1) lagevaria­ bel geneigt angeordnet ist,
• - im Inneren des Grundkörpers mehrere in bekannter Weise an einer zentral gelegenen Welle (11) rotierende Wischer­ blätter (12) radial verstellbar angeordnet sind,
• - an mindestens einem Wischerblatt (12) in wählbarem Ab­ stand voneinander mehrere Temperaturfühler (13) ange­ ordnet sind, die mittels Leitungselementen mit einem am Wellenstumpf angeordneten Meßwertverarbeitungs- und -über­ tragungsteil (14) in Verbindung stehen,
• - vor dem Meßwertverarbeitungs- und -übertragungsteil (14) verbindungslos ein Auswertungs- und Steuerteil (15) an­ geordnet ist, welches mit einem Prozeßrechner und/oder Registrier- und Anzeigegeräten in Verbindung steht.

4. Röstvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung sektionsweise regelbar am Umfang des Grundkörpers angeordnet ist.

5. Röstvorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Temperaturfühler (13) auf allen Wischerblättern (12) spiralförmig versetzt angeordnet und auf Halbleiterbasis aufgebaut sind.

6. Röstvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Meßwertverarbeitungs- und -übertragungsteil (14) und im Auswertungs- und Steuerteil (15) jeweils ein Sender und ein Empfänger zur bidirektionalen Signalübertragung ent­ halten sind.