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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf die Lebensmittelverarbeitung und auf
Verfahren und Systeme für
eine Teilchengrößenverringerung
von eßbaren
Ausgangsmaterialien. Insbesondere benutzt die Erfindung für die Teilchengrößenverringerung
Trockenmahlen, entweder bei einer unreaktiven Umgebungsatmosphäre unter Zirkulieren
in einer geschlossenen Schleife oder einer Atmosphäre mit erhöhter Temperatur.
Die Verfahren und Systeme der vorliegenden Erfindung können zum
Herstellen neuartiger Schokoladenprodukte verwendet werden, welche
frei von anderen Noten sind.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Das
sanfte Gefühl
von Schokolade im Mund hängt
in großem
Maße von
der Größe der Schakoladenfeststoffe,
die in einem Rezept enthalten sind, ab. Große Teilchen, die 50 bis 60
Mikrometer überschreiten,
verleihen beispielsweise eine grießartige Textur, die normalerweise
nicht als akzeptabel betrachtet wird. Aufgrund dieser Forderung
ist die Teilchengrößenverringerung
ein kritischer Schritt bei der Schokoladenherstellung.
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Bei
traditionellen Verfahren zum Herstellen von Schokolade wird ein
2-, 3-, oder 5-Walzen-Refiner zum Verringern der Größe einer
Paste, enthaltend Zucker, Milch, Schokoladenflüssigkeit bzw. -likör und Fett,
benutzt. Kakaobutter, Milchfett oder eine Kombination dieser kann
in Abhängigkeit
von dem erwünschten
Rezept verwendet werden. Rührkugelmühlen, Steinwalzen
und Refiner-Conchen sind ebenso verwendet worden. Alle dieser Naßmahlvorrichtungen
sind als arbeitsaufwendig bei der Bedienung und als teuer bei der
Wartung bekannt.
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In
den vergangenen Jahren ist der Walzen-Refiner an seine Grenzen gestoßen, weil
die Verbraucher einen geringeren Fettgehalt in Schokolade verlangt
haben. Die internationale Anmeldung WO 99/45789, hierin in ihrer
Gesamtheit durch Verweis aufgenommen, offenbart die Anwendung einer
Teilchengrößenkontrolle,
um Schokolade mit einem Fettgehalt unter etwa 25 Gewichtsprozent
zu erhalten.
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Das
Trockenmahlen von Schokoladeninhaltsstoffen in einer Luftdüsenmühle, Windsichtmühle, Hammermühle oder
dergleichen ermöglicht
eine verbesserte Teilchengrößenkontrolle.
Sogar bei konventionellen Rezepten mit mehr als 25 Prozent Fett
stellt das Trockenmahlen rheologische Vorteile bereit, wie in V.
Eynck, „Dry
Grinding and Mixing of Compound Coatings", 43. P. M. C. A. Production Conference
(1989), S. 35–38.
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Im
Hinblick auf das Vorhergehende wäre
unter dem Gesichtspunkt der Effizienz, der Kosten sowie der Qualität des Endprodukts
eine Entwicklung hin zum Trockenmahlen von Schokolade und Schokoladenvorläufern wünschenswert.
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Es
ist jedoch bemerkt worden, daß Trockenmahlen
zu einem Verlust an erwünschten
Aromen und in vielen Fällen
zur Entwicklung von anderen Noten führt. Diese anderen Noten sind
Aromen, die normalerweise nicht in Schokolade vorgefunden werden
und gelten im allgemeinen als unerwünscht.
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Die
Erfinder haben mehrere andere Noten gefunden, die beim Trockenmahlen
von Schokoladeninhaltsstoffen entstehen, umfassend Noten von „Metall", „Fisch", „Pappe", „nassem
Hund" sowie „ranzige" Noten, die auf Schokolade,
die aus diesen Inhaltsstoffen hergestellt ist, übertragen werden können. Das
Ausmaß der
Intensität
der anderen Noten ist mit der Quelle der Ausgangsmaterialien in
Verbindung gebracht worden. Milchpulver, erhalten von Milch von
Weidekühen,
scheint stärker
zur Entwicklung dieser unerwünschten
Aromen zu neigen. Dadurch ist die Verwendung des Trockenmahlens
für die
allgemeine Schokoladenherstellung erheblich eingeschränkt worden.
Obwohl nicht beabsichtigt wird, durch irgendeine Theorie darüber, was
für diese
Phänomene
verantwortlich sein muß,
gebunden zu sein, nimmt man an, daß Aussetzen von Milch, Vollmilch,
Lactose, Zucker (Saccharose), Kakao, Aromastoffen und Kombinationen
davon dem Reiben in Verbindung mit großen Luftvolumen zur Bildung
der unangenehmen anderen Noten ausreicht.
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Die
Lösung
für das
Problem der anderen Noten hat sich als schwer bestimmbar erwiesen.
Die Zugabe sehr wirksamer natürlicher
und synthetischer Antioxidationsmittel, umfassend TBHQ, BHT, BHA
und Vitamin E, zu einem Trockengemisch aus Pulvern vor dem Mahlen
hat keinen signifikanten Einfluß auf
die Erzeugung anderer Noten.
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Die
internationale Anmeldung WO 93/19629 offenbart ein Verfahren zum
Konservieren von Lebensmitteln unter Verwendung von Edelgasen. In
bezug auf Schokolade umfaßt
das Verfahren den Kontakt und vorzugsweise die Sättigung von Schokolade mit
einem Edelgas wie Argon in irgendeinem Stadium und vorzugsweise
in jedem Stadium der Schokoladenherstellung. In der obigen internationalen
Anmeldung wird kein Trockenmahlen von Schokoladeninhaltsstoffen
offenbart oder vorgeschlagen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung ist auf Verfahren und Systeme zum Herstellen von gepulverten
Nahrungsmitteln, welche frei von anderen Noten sind, gerichtet.
Die Erfindung ermöglicht
die Integrierung von Trockenmahlen in die Herstellung von Schokolade
in einem kontinuierlichen Verfahren ohne die Verwendung eines Walzen-Refiners.
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Ein
Verfahren gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
das Beschicken einer eßbaren
Zusammensetzung, umfassend Milchpulver und enthaltend weniger als
etwa 15 Prozent Fett, durch eine Trockenmühle in kontinuierlichem Kontakt
mit Luft mit einer Temperatur zwischen etwa 65°C und etwa 120°C, um Teilchen
verringerter Größe herzustellen,
und das Zurückgewinnen
der Teilchen verringerter Größe. In einer stärker bevorzugten
Ausführungsform
beträgt
die Ausgangstemperatur der Trockenmühle (Trockenmühlenausgangstemperatur)
zwischen etwa 68°C
und etwa 85°C.
In der am stärksten
bevorzugten Ausführungsform beträgt die Trockenmühlenausgangstemperatur
zwischen etwa 70°C
und etwa 75°C.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die mit dem System verwendete Trockenmühle eine Windsichtmühle, welche
die Teilchengröße des Ausgangsmaterials
auf zwischen etwa 10 und etwa 60 Mikrometer verringert. Nach der
Teilchengrößenverringerung
können
die Teilchen mit Schokoladenflüssigkeit,
Kakaobutter und anderen Materialien vereinigt werden, um Schokolade
herzustellen. Wenn hierin auf die Teilchengröße Bezug genommen wird, wurden
die Messungen unter Verwendung eines Mikrometers gemacht.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
zur Schokoladenherstellung umfaßt
das Ausgangsmaterial ein Milchpulver und enthält zwischen etwa 0,08 Gew.-%
und etwa 12 Gew.-% an Fett, und die erhaltenen Teilchen sind frei
von anderen Noten. In bevorzugten Ausführungsformen enthält das Ausgangsmaterial
zwischen etwa 10 und etwa 12 Prozent Fett.
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In
einer anderen Ausführungsform
umfaßt
das System dieser Erfindung eine geschlossene Gaszirkulationsschleife
enthaltend ein zirkulierendes Gas; ein Gebläse, um Gas kontinuierlich durch
die geschlossene Gaszirkulationsschleife zu zirkulieren; eine Quelle
für im
wesentlichen unreaktives Gas, operativ mit der Gaszirkulationsschleife
verbunden; eine Dämpfungsvorrichtung,
um die Zugabe des im wesentlichen unreaktiven Gases zu dem zirkulierenden
Gas zu kontrollieren; eine Quelle für eßbares Ausgangsmaterial; eine
Trockenmühle,
die operativ mit der Quelle für
eßbares
Ausgangsmaterial verbunden ist, um die Teilchengröße des eßbaren Ausgangsmaterials
zu verringern, zur Bildung von Produktteilchen, und einen Gas-Feststoff-Separator, um die
Produktteilchen von dem zirkulierenden Gas zurückzugewinnen. In einer bevorzugten
Ausführungsform
werden das eßbare
Ausgangsmaterial und die Produktteilchen kontinuierlich mit dem
zirkulierenden Gas in Kontakt gebracht.
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Ein
bevorzugtes Verfahren zum Herstellen von Schokolade unter Verwendung
des vorstehend beschriebenen geschlossenen Systems umfaßt das Bereitstellen
eines im wesentlichen unreaktiven Gases in dem geschlossenen System,
das Beschicken einer Zusammensetzung, umfassend Schokoladenflüssigkeit, gepulvertes
Milchprodukt und Zucker und enthaltend weniger als etwa 15 Prozent
Fett, durch eine Trockenmühle
in Kontakt mit dem zirkulierenden Gas, um Teilchen herzustellen,
das Zurückgewinnen
der Teilchen von dem zirkulierenden Gas und das Vereinigen der Teilchen
mit Kakaobutter, zusätzlicher
Schokoladenflüssigkeit und
anderen Inhaltsstoffen, um Schokolade herzustellen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine graphische Darstellung eines offenen Schleifensystems gemäß der Erfindung.
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2 ist
eine graphische Darstellung eines geschlossenen Schleifensystems
gemäß der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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„Windsichtmühle" und „Sichtmühle" werden hierin austauschbar
verwendet, um eine Teilchengrößenverringerungseinheit
zu kennzeichnen, bei der Teilchen durch Luft oder ein anderes Gas
verbreitet werden und bei der die Sortierung nach Teilchengröße in der
Teilchengrößenverringerungseinheit
als eine Folge der Schwerkraft erfolgt.
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Der
Begriff „Schokolade" wird hierin verwendet,
um alle Schokoladen- oder schokoladenartigen Zusammensetzungen mit
einer Fettphase oder fettartigen Zusammensetzung zu kennzeichnen.
In den Vereinigten Staaten unterliegt Schokolade einem Identitätsstandard
(SOI), eingeführt
von der amerikanischen Food and Drug Administration unter dem Federal
Food, Drug and Cosmetic Act. Definitionen und Standards für die verschiedenen
Arten von Schokolade sind in den USA etabliert. Nichtgenormte Schokoladen
sind die Schokoladen, die Zusammensetzungen aufweisen, welche nicht
in die vorgegebenen Bereiche der genormten Schokoladen fallen. Der
Begriff „Schokolade", wie hierin verwendet,
soll genormte und nichtgenormte Schokoladen umfassen, d. h., er
soll Schokoladen mit Zusammensetzungen, die dem SOI entsprechen,
und Zusammensetzungen, die nicht dem SOI entsprechen, umfassen,
einschließlich
Bitterschokolade, Schokolade zum Backen, Milchschokolade, süße Schokolade,
leicht gesüßte Schokolade,
Buttermilchschokolade, Magermilchschokolade, Schokolade aus gemischten
Milchprodukten, fettarme Schokolade, weiße Schokolade, Luftschokoladen, kakaohaltige
Fettglasuren, nichtgenormte Schokoladen und schokoladenähnliche
Zusammensetzungen. Schokolade umfaßt ebenso Produkte, enthaltend
Krümelstoffe
oder Feststoffe, die vollständig
oder teilweise durch ein Krümelverfahren
hergestellt wurden. Nichtgenormte Schokoladen sind dann die Folge,
wenn beispielsweise das Nahrungssüßungsmittel teilweise oder
vollständig
ersetzt wird; oder wenn die Kakaobutter oder das Milchfett teilweise
oder vollständig
ersetzt werden; oder wenn Bestandteile, die Aromen aufweisen, welche
Milch, Butter oder Schokolade imitieren, zugegeben werden oder andere
Zugaben oder Entfernungen in der Rezeptur vorgenommen werden, die
nicht unter die FDA-Identitätsstandards
für Schokolade
fallen, oder wenn eine Kombinationen davon vorliegt. Für die gemäß der Erfindung
hergestellte Schokolade ist das einzige kritische Kennzeichen, daß sie unter
Verwendung eines trockengemahlenen Vorläufers mit einem Fettgehalt von
weniger als etwa 15 Prozent hergestellt werden muß und daß sie im
wesentlichen frei von anderen Noten ist.
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„Schokoladenvorläufer", wie hierin verwendet,
kennzeichnet ein trockengemahlenes Pulver, das mit anderen Inhaltsstoffen
vereinigt werden kann, um Schokolade herzustellen.
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Ein „geschlossenes
Schleifensystem",
wie hierin verwendet, kennzeichnet ein System, welches im wesentlichen
für Außenluft
verschlossen ist. Es wird davon ausgegangen, daß mit der Beschickung und aus
anderen zufälligen
Quellen etwas Luft eindringt.
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„Trockenmahlen", wie hierin verwendet,
kennzeichnet die Teilchengrößenverringerung
von Materialien mit einem Fettgehalt von weniger als 15 Prozent,
wobei die Teilchen während
der Teilchengrößenverringerung von
einer modifizierten Atmosphäre
umgeben sind. Beim Trockenmahlen, wie hierin verwendet, werden Teilchen
während
eines oder mehrerer Stadien der Teilchengrößenverringerung in einem Strom
der modifizierten Atmosphäre
mitgeführt,
was die Trennung der Teilchen von dem Strom erforderlich macht.
Trockenmahlvorrichtungen, die im Trockenmahlschritt gemäß der Erfindung
verwendet werden können,
umfassen: Windsichtmühlen;
Hammermühlen,
mit Sieben oder ohne oder einer anderen inneren Klassifizierung; Stiftmühlen; Mediummühlen; Strahlmühlen; Scheibenmühlen; und
Steinmühlen,
sind aber nicht darauf beschränkt.
Eine bevorzugte Trockenmahlvorrichtung zur Verwendung für die vorliegende
Erfindung ist eine Windsichtmühle.
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„Milchpulver", wie hierin verwendet,
umfaßt
Magermilchpulver, Vollmilchpulver, Mischungen davon, Buttermilchpulver,
Molkenpulver und mit Lactose angereicherte Pulver sowie enzymatisch
modifizierte Milchpulver.
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„Modifizierte
Atmosphäre", wie hierin verwendet,
kennzeichnet entweder eine Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt
von weniger als etwa 5 Prozent, und/oder eine Atmosphäre, die
eine Temperatur von mehr als etwa 65°C aufweist.
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Ein „offenes
System" oder „ offenes
Schleifensystem" bedeutet
einfach, daß Luft
von außerhalb
des Systems als eine Atmosphärenquelle
in der Trockenmühle
verwendet wird. Selbstverständlich
muß, um
eine Atmosphäre
mit einer Temperatur von zwischen etwa 65°C und etwa 120°C um die
Teilchen, die gerade gemahlen werden, herum herzustellen, die Luft
erwärmt
werden. Darum wird die Atmosphäre
modifiziert, obwohl die Außenluft
als eine Atmosphärenquelle
verwendet wird.
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Überraschenderweise
hat man festgestellt, daß ein
Zusammenhang zwischen der Temperatur der Atmosphäre, die eßbare Teilchen, welche dem
Trockenmahlen unterzogen werden, umgibt, dem Sauerstoffgehalt der
Atmosphäre
und anderen Noten, die in den gemahlenen eßbaren Pulvern erzeugt werden,
besteht. Andererseits kann die Erzeugung von anderen Noten durch
Bereitstellen einer Umgebungsatmosphäre mit verringertem Sauerstoff
verhindert werden. Bei niedrigen Temperaturen, zwischen etwa 10°C und etwa
25°C, wird
ein Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre von weniger als etwa 1 Prozent
die Erzeugung von anderen Noten verhindern. Bei einer mittleren
Temperatur, zwischen etwa 50°C
und etwa 60°C,
können
andere Noten verhindert werden, wenn der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre zwischen
etwa 2 Prozent und etwa 5 Prozent gehalten wird. Im allgemeinen
werden solche Atmosphären
mit verringertem Sauerstoff (weniger als 5 Prozent Sauerstoff) durch
kontinuierliches Zugeben einer Zusatzmenge von im wesentlichen unreaktivem
Gas zu einem geschlossenen System mit einer Atmosphäre einer
vorbestimmten Zusammensetzung bereitgestellt, wie unten ausführlicher
beschrieben wird.
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Man
hat ebenfalls festgestellt, daß durch
einen Betrieb bei erhöhten
Temperaturen (zwischen etwa 65°C
und etwa 120°C)
eßbare
Teilchen in Luft (die einen Sauerstoffgehalt von etwa 21 Prozent
hat) trockengemahlen werden können,
ohne daß andere
Noten erzeugt werden. Bei diesen erhöhten Temperaturen kann ein
offenes System ohne Erzeugung anderer Noten verwendet werden. Der
festgestellte Zusammenhang zwischen Temperatur, Sauerstoffgehalt
und anderen Noten widerspricht in gewisser Hinsicht der Intuition,
da eine Erhöhung
der Temperatur normalerweise mit einer Zunahme der Reaktionen, von
denen angenommen wird, daß sie
in erster Linie andere Noten erzeugen, in Zusammenhang gebracht
würde.
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Man
hat beobachtet, daß zwischen
etwa 60°C
und 70°C
das Auftreten anderer Noten unterdrückt wird. Man hat bemerkt,
daß dies
der Glasübergangstemperatur
der Zucker, die gewöhnlich
in den eßbaren
Ausgangsmaterialien enthalten sind, entspricht. Obwohl nicht beabsichtigt
wird, an eine Theorie gebunden zu sein, besteht vielleicht ein Zusammenhang
zwischen diesen beiden Vorgängen.
Die in dem offenen System verwendete Temperatur unterliegt aufgrund
der Bräunung
oder durch andere nachteilige Farbänderungen bei Temperaturen
oberhalb etwa 120°C
einer praktischen Obergrenze. Die Temperaturobergrenze, bei der
das Mahlen in einem offenen System stattfinden kann, ohne daß eine Bräunung bewirkt
wird, ist zeitabhängig.
Die Bräunung
kann bei geringeren Temperaturen erfolgen, wenn die Verweilzeit
in der Mühle
länger
ist. Daher ist anzunehmen, daß der
Arbeitsbereich zwischen etwa 65°C
und etwa 120°C
liegt. Ein bevorzugter Arbeitsbereich beträgt zwischen etwa 65°C und etwa
85°C. Ein
am stärksten
bevorzugter Bereich beträgt
zwischen etwa 70°C und
75°C.
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Die
Erfindung als eine Ausführungsform
in einem offenen Schleifensystem wird nun in Verbindung mit 1 beschrieben.
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1 ist
ein Fließdiagramm
eines offenen Systems gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. Eßbares
Ausgangsmaterial wird aus dem Trichter 21 in die Trockenmühle 25 eingeführt. Der
Trockenmühle
wird ebenfalls Luft aus der Quelle 33 zugeführt. Es
ist verständlich,
daß die
Luft einfach von außerhalb
des Systems angesaugt wird, und die Atmosphärenquelle 33 kann
Luft darstellen, die je nach Bedarf durch Erwärmen, Befeuchten oder Trocknen
konditioniert ist. Es ist zu bemerken, daß Heißluft durch Auswählen einer
Stelle, wo die Lufttemperatur beständig erhöht wird, erhalten werden kann.
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Das
eßbare
Ausgangsmaterial kann beispielsweise einen Süßwareninhaltsstoff, umfassend
Zucker (Saccharose), Lactose, Milchpulver, Kakao, Nußkerne,
Aromastoffe und Kombinationen davon, und Fette, wie Kakaobutter,
Milchfett oder andere Öle,
und Aromen und möglicherweise
ebenfalls Krümel
umfassen. Das Ausgangsmaterial sollte jedoch nicht mehr als etwa
15 Prozent Fett enthalten. Das Ausgangsmaterial enthält vorzugsweise
zwischen etwa 10 Prozent und etwa 12 Prozent Fett. In einigen Ausführungsformen,
beispielsweise wenn Magermilchpulver verwendet wird, kann der Fettgehalt
des Ausgangsmaterials nur 0,08 Gew.-% betragen.
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Jedes
eßbare
Ausgangsmaterial, das eine andere Note erzeugen könnte, wenn
es Reibung und einem großen
Luftvolumen ausgesetzt ist, ist zur Verwendung für die Erfindung geeignet. Vorzugsweise
ist das Nahrungsmittel ein Bestandteil, der beispielsweise bei der
Herstellung von Schokolade verwendet wird. Solche Bestandteile umfassen üblicherweise
Zucker, wie Saccharose, Lactose oder eine Kombination davon, und
Vollmilch- oder Magermilchpulver. Der Bestandteil kann ebenso Schokoladenflüssigkeit, Öle, Kakaobutter,
Salz, Vanillin sowie andere in Schokolade übliche Inhaltsstoffe enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden
die Verfahren und Systeme der Erfindung vorteilhafterweise auf Nahrungsprodukte
angewandt, die Milchprodukte enthalten, welche nicht amerikanischen
Ursprungs sind. Von diesen Produkten wird angenommen, daß sie mitverantwortlich
für die
Bildung von anderen Noten sind. Quellen von Milchpulvern, welche
nicht amerikanischen Ursprungs sind, umfassen: Argentinien, Australien,
Kanada, China, Frankreich, Irland, Neuseeland, Rußland und
Großbritannien,
sind aber nicht darauf beschränkt.
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Eine
bevorzugte Trockenmühle
sowohl gemäß der offenen
als auch der geschlossenen Schleifenausführungsform gemäß der Erfindung
ist eine Windsichtmühle.
Ob wohl in diesem Kontext üblicherweise
nicht zur Herstellung von Schokolade verwendet, ist die Grundausführung einer
Windsichtmühle
in der Technik bekannt.
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Eine
Windsichtmühle
ist üblicherweise
aus einem Unterteil und einem Oberteil aufgebaut. Das Unterteil
umfaßt
eine Mahlkammer mit einem Rotor und mit Hämmern, die die aus dem Trichter
eingeführten
Teilchen berühren
und diese pulverisieren. In dem offenen System dringt konditionierte
Luft durch einen Ringraum im Unterteil der Windsichtmühle ein
und bewegt sich aufwärts,
wobei sie die Teilchen mitführt,
so daß sie
mit dem Rotor und den Hämmern
der Mahlkammer wie auch den Wänden
der Mühle
in Kontakt kommen. Die gemahlenen Teilchen werden in den Sichterklappen
im Oberteil der Windsichtmühle
der Größe nach
sortiert. Nur die Teilchen mit der erwünschten Teilchengröße werden
weiter in der Feststoff-Gas-Separator-Stufe 27 verwendet.
Größere Teilchen
verbleiben in der Mühle
als Ergebnis der auf dieser wirkenden Schwerkraft, was ein Vorteil
der Windsichtmühlentechnologie
ist.
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Vorzugsweise
liegt die Teilchengröße der Pulver,
die die Windsichtmühle
verlassen, um in Schokoladenzusammensetzungen verwendet zu werden,
im Bereich von etwa 10 bis 60 Mikrometer. Am stärksten bevorzugt liegt die
Teilchengröße der Pulver,
die die Windsichtmühle
verlassen, um in Schokoladenzusammensetzungen verwendet zu werden,
im Bereich von etwa 20 bis etwa 40 Mikrometer. Die Teilchengröße kann durch
ein Gebläse
unter Bestimmung der Geschwindigkeit der Luft, die sich durch die
Mühle bewegt,
kontrolliert werden. Alternativ kann die Geschwindigkeit des Mahlrotors
oder der Sichterklappen modifiziert werden, um die erwünschte Teilchengröße zu erhalten.
Geeignete Windsichtmühlen
zur Verwendung für
die vorliegende Erfindung sind beispielsweise von Hosokawa Mikrometer
Powders Systems, Summit, New Jersey, erhältlich. Die Auswahl eines geeigneten,
kommerziell erhältlichen
Modells und dessen Betriebsparameter liegt im Rahmen der Fähigkeit
einer Person mit gewöhnlicher
Fachkenntnis.
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Im
allgemeinen erfolgt ein Temperaturanstieg durch eine Trockenmühle hindurch
aufgrund der darin auftretenden mechanischen Wirkung. Im Fall einer
Windsichtmühle
kann der Temperaturanstieg zwischen etwa 15°C und etwa 35°C betragen,
in Abhängigkeit
der Fließgeschwindigkeit
und der Teilchengröße in der Mühle. Zum
Erhalt einer Ausgangstemperatur von zwischen 65°C und 120°C sollte die Luft, die in die
Trockenmühle
aus der Quelle 33 eindringt, eine Temperatur im Bereich
von etwa 30°C
bis etwa 105°C
aufweisen. Die relative Feuchtigkeit der Luft, die in die Trockenmühle aus
der Quelle 33 eindringt, liegt normalerweise im Bereich
von etwa 0 Prozent bis etwa 25 Prozent. Wenn hierin eine Temperatur
der modifizierten Atmosphäre
festgelegt wird, soll diese sich auf die Ausgangstemperatur beziehen.
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Die
Rückgewinnung
der Feststoffteilchen wird in einem Gas-Feststoff-Separator 27 erreicht.
Wenn die Trockenmühle
eine Windsichtmühle
ist, wird vorteilhafterweise ein Staubabscheider (Schlauchfilter)
als der Gas-Feststoff-Separator verwendet.
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Es
sind jedoch auch alternative Gas-Feststoff-Separatoren bekannt,
und die Auswahl, Ausführung
und Bedienung geeigneter Gas-Feststoff-Separatoren ist für einen
Fachmann ohne weiteres offensichtlich. Im halbtechnischen Maßstab ist
die Rückgewinnung
der Feststoffteilchen mittels eines Zyklonabscheiders, der 90 bis
95 Prozent der Teilchen entfernt, gefolgt von einem Staubabscheider,
erreicht worden.
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Von
dem Gas-Feststoff-Separator zurückgewonnene
Schokoladenvorläuferteilchen
können
durch Beförderung
der Vorläuferteilchen
zu einer Conchierstufe 31 zu Schokolade verarbeitet werden.
In der Conchierstufe 31 werden die Vorläuferteilchen mit einer Quelle
zusätzlicher
Schokoladenflüssigkeit
und Kakaobutter 28 vereinigt und allmählich bei erhöhten Temperaturen
geknetet. Die Zeit und Temperatur des Conchierens wird von dem herzustellenden
Schokoladentyp bestimmt.
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Zusätzliche
fetthaltige Inhaltsstoffe umfassen ohne Einschränkung Kakaobutter, Schokoladenflüssigkeit,
Milchfett, pflanzliches Fett und Fettersatzstoffe. Vorzugsweise
werden die zusätzlichen
fetthaltigen Inhaltsstoffe innerhalb einer bis drei Stunden des
Zurückgewinnens
der Teilchen, stärker
bevorzugt innerhalb 15 Minuten des Zurückgewinnens der Teilchen zugegeben.
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2 stellt
ein System zur Teilchengrößenverringerung
gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
einer geschlossenen Schleife dar. In der geschlossenen Schleife
zirkuliert ein zirkulierendes Gas mit einer im wesentlichen gleichbleibenden
Zusammensetzung kontinuierlich durch das System. Zum Beseitigen
anderer Noten enthält
das zirkulierende Gas vorzugsweise weniger als etwa 5 Prozent Sauerstoff.
In Abhängigkeit
von der Temperatur kann das zirkulierende Gas weniger als 2 Prozent
Sauerstoff oder weniger als 1 Prozent Sauerstoff enthalten.
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Eßbares Ausgangsmaterial
wird aus dem Trichter 11 durch eine Drehschieberschleuse 3 in
eine Trockenmühle 5 eingeführt, um
zu verhindern, daß Außenluft
in das geschlossene Schleifensystem eindringt. Es können ebenso
andere Mittel zum Einführen
von eßbarem
Ausgangsmaterial in die Mühle,
welche die Einführung
von Außenluft
in das geschlossene Schleifensystem verhindern, verwendet werden.
Es können
beispielsweise auch ein Schneckenspeiser oder andere Alternativen,
die einem Fachmann bekannt sind, verwendet werden.
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Mit
dem eßbaren
Ausgangsmaterial dringt eine gewisse Menge an Luft in das geschlossene
Gaszirkulationssystem durch die Drehschieberschleuse ein. Diese
Zugabe beeinträchtigt
die Zusammensetzung des zirkulierenden Gases und wird daher durch
die Zugabe eines im wesentlichen unreaktiven Gases kompensiert und
kontrolliert, wie unten erläutert.
In bevorzugten Ausführungsformen,
wo die Mühle
eine Windsichtmühle ist,
kann ein Gasseitenstrom 7 umgeleitet werden, um eßbares Ausgangsmaterial
bei dessen Einführung
in die Windsichtmühle
mitzuführen.
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Die
Auswahl und Bedienung einer geeigneten Trockenmühle ist oben in Verbindung
mit dem offenen Schleifensystem beschrieben, außer natürlich daß ein kontinuierlich zirkulierendes
Gas verwendet wird. Teilchen, die die Mühle verlassen, werden zu dem
Gas-Feststoff-Separator 9 geführt, wo sie zurückgewonnen werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform,
wo es sich bei der Trockenmühle
um eine Windsichtmühle handelt,
werden Produktteilchen, die vom Kopfteil der Mühle aus verbreitet werden,
im Produktabscheidebereich 19 auf dem Boden des Gas-Feststoff-Separators
durch eine Schieberschleuse 13, die die Einführung von Außenluft
in das geschlossene Gaszirkulationssystem verhindert, zurückgewonnen.
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Im
wesentlichen unreaktives Gas aus der Quelle 17 kann zu
dem Produktabscheidebereich 19 geführt werden, um sicherzustellen,
daß Produktteilchen
das gesamte Verfahren hindurch mit einer unreaktiven Umgebung in
Kontakt stehen. In bevorzugten Ausführungsformen, wo die Produktteilchen
die konstituierenden Inhaltsstoffe von Schokolade umfassen, werden
die Produktteilchen mit anderen Inhaltsstoffen eingeführt, um einen
Schokoladenvorläufer
in einer Conchierstufe, vorzugsweise innerhalb etwa 1 bis etwa 3
Stunden von der Teilchengrößenverringerung
in der Trockenmühle
herzustellen.
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Zirkulierendes
Gas tritt aus der Oberseite des Staubabscheiders (oder eines anderen
Gas-Feststoff-Separators) 9 aus und strömt durch das Gebläse 25.
Die Dämpfungsvorrichtung 23 kontrolliert
die Zusammensetzung des zirkulierenden Gases, indem sie die zu dem
geschlossenen Gaszirkulationssystem zugegebene Menge an im wesentlichen
unreaktivem Gas bestimmt. Das zirkulierende Gas weist vorzugsweise einen
Sauerstoffgehalt von weniger als 5 Prozent, weniger als 2 Prozent
oder weniger als 1 Prozent auf. Wie oben erwähnt, besteht ein Zusammenhang
zwischen der Betriebstemperatur des geschlossenen Schleifensystems,
dem Sauerstoffgehalt des zirkulierenden Gases und der Erzeugung
von Noten. Die Betriebskosten bei geringeren Sauerstoffgehalten
müssen
gegenüber
der Tatsache, daß ein
Betrieb in einem vorgegebenen Temperaturbereich erwünscht ist,
abgewogen werden.
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Die
Zusammensetzung des zirkulierenden Gases wird durch Zugabe eines
im wesentlichen unreaktiven Gases zu dem geschlossenen Schleifensystem
aufrechterhalten. Im wesentlichen unreaktives Gas umfaßt ohne
Einschränkung
Stickstoff, Kohlendioxid und Edelgase, wie Argon und Xenon. Stickstoff
ist ein bevorzugtes im wesentlichen unreaktives Gas.
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Ist
das im wesentlichen unreaktive Gas Stickstoff, kann irgendeine geeignete
Quelle, wie eine Quelle von flüssigem
Stickstoff in Verbindung mit einem Verdampfer, verwendet werden.
In größeren Anlagen
wird Stickstoff vorzugsweise durch einen kommerziell erhältlichen
Stickstoffgenerator unter Verwendung der Membran- oder Druckschwingadsorptionstechnologie
bereitgestellt. Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Stickstoffquelle
wird zum Zweck des Kontrollierens der Umgebungsatmosphäre, welcher
die Teilchen ausgesetzt sind, verwendet, und es ist nicht notwendig,
daß der
Stickstoff für
eine Kühlung
des Systems sorgt. Stickstoff aus der Quelle 17 kann je
nach Bedarf zu der Oberseite des Staubabscheiders, dem Boden des
Staubabscheiders, dem Produktabscheidebereich 19 und dem
Einlaß der
Dämpfungsvorrichtung 23 geleitet
werden.
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Vorzugsweise
wird das geschlossene Gaszirkulationssystem in Verbindung mit der
Herstellung von Schokolade verwendet, und wenn die Produktteilchen
gepulverte Milchprodukte enthalten, liegt der Sauerstoffgehalt des
Systems unterhalb etwa 5,0 Prozent. Am stärksten bevorzugt beträgt unter
diesen Umständen
der Sauerstoffgehalt des zirkulierenden Gasstroms zwischen etwa
0,1 Prozent und etwa 2,0 Prozent. Wenn möglich wird die Stickstoffzugabe
zu dem System minimiert, da Stickstoff teuer ist. Es wurde beobachtet,
daß der Stickstoffausgleichsbedarf
zum Halten einer bestimmten Sauerstoffkonzentration in einem geschlossenes Gaszirkulationssystem
im allgemeinen etwa 0,7 bis 1,0 Prozent Stickstoff betrug, der zu
dem zirkulierenden Gas zugegeben wurde, um eine Sauerstoffkonzentration
von 1,5 Prozent zu halten; etwa 1,5 Prozent Stickstoff wurden zugegeben,
um eine Sauerstoffkonzentration von 1,0 Prozent zu halten, und etwa
2,5 bis 3,0 Prozent Stickstoff, um eine Sauerstoffkonzentration
von 0,5 Prozent zu halten, wobei sich die Prozentgehalte an zugegebenem
Stickstoff auf die Fließgeschwindigkeit
des zirkulierenden Gases bezogen sind. Dieser Bedarf wird natürlich in
Abhängigkeit
von der Ausführung
des bestimmten geschlossenen Schleifensystems verschieden sein.
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Das
zirkulierende Gas, das einen Druckabfall und Temperaturanstieg durch
die Mühle 5,
den Gas-Feststoff-Separator 9 und die Gebläseeinheit 25 erfährt, wird
in dem Gasaufbereiter 35 aufbereitet, welcher gegebenenfalls
eine Kühlschlange
und/oder einen Entfeuchtungsapparatumfassen kann. Ein Überdruckventil
(nicht gezeigt) kann ebenfalls als ein zusätzliches Mittel zum Kontrollieren
des Drucks in dem System bereitgestellt werden.
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Das
geschlossene Gaszirkulationsschleifensystem ist im wesentlichen
für Außenluft
verschlossen und kann insgesamt entweder einen leicht positiven
oder leicht negativen Druck aufweisen. Vorzugsweise arbeitet das
gesamte System im Bereich von etwa 0 psi bis etwa 1 psi (Gauge),
wobei es erwartungsgemäß nicht
bei sehr positivem oder sehr negativem Druck arbeitet. Wenn in Betrieb,
kann der Druck an dem Auslaß des
Gebläses
leicht positiv sein, während
der Druck an dem Einlaß der
Windsichtmühle
gegenüber
dem Einlaß des Lüfters leicht
negativ sein kann. Ist der Druck in dem System insgesamt leicht
positiv, wird verhindert, daß Außenluft
in das System eindringt. Andererseits kann ein positiver Druck in
dem System eine Verstaubung verursachen, da Teilchen in dem entweichenden
Gas mitgeführt
werden, und das entweichende Gas selbst kann Probleme hinsichtlich
der Sicherheit und der Kosten darstellen. Wie oben beschrieben,
kontrollieren Dämpfungsvorrichtungen
am Ausgang der Windsichtmühle
und am Ausgang des Gebläses
den Druck an jenen Stellen. Da Stickstoff (oder ein anderes Inertgas)
Kosten in Verbindung mit den Verfahren und Systemen der Erfindung
darstellt, ist darauf zu achten, daß möglichst ein Ausströmen von
Stickstoff oder ein Eindringen von Außengas in das System verhindert
wird. Die Ausströmungsbereiche
von besonderer Bedeutung sind die Gebläsedichtung, der Staubabscheider,
die Klappen auf dem Staubabscheider und das Überdruckventil.
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Vor
Inbetriebnahme des geschlossenen Schleifensystems mit einer Umgebungsatmosphäre mit verringertem
Sauerstoff wird das System entlüftet.
Die Zeit, die zum Reinigen eines geschlossenen Schleifensystems
benötigt
wird, hat Auswirkungen auf die Herstellung. Die Reinigungsgeschwindigkeit
wird durch das Volumen des Gaslieferstroms und den Nenndruck für ein vorgegebenes
System begrenzt, der wiederum gewöhnlich durch die Reißfolie in
dem Staubabscheider vorgegeben ist. Typisch ist ein Berstdruck von
1 bis 5 psi.
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Das
Mahlen in einer geschlossenen Schleife verfügt über das inhärente Potential, Aromen sowie Feuchtigkeit
mit einem frisch gemahlenen Produkt rückzuführen. Das rasche Verdampfen
sehr kleiner Mengen an Feuchtigkeit tritt, so nimmt man an, ein,
wenn eine Windsichtmühle
an einer offenen Schleife betrieben wird (d. h., wenn kein unreaktives
Gas zugeführt
und die Mühle
bei kontinuierlicher Luftzufuhr betrieben wird). Würde man
beobachten, daß sich
diese Feuchtigkeit in dem Produkt in einem geschlossenen Schleifensystem
ansammelt, könnte
ein Trockner/Kühler
zu dem System als Teil des Gasaufbereiters 35 zugegeben
werden.
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Die
Erfinder haben festgestellt, daß das
Mahlen in einer geschlossenen Schleife in einer Umgebungsatmosphäre mit verringertem
Sauerstoff, unterhalb etwa 5,0 Prozent Sauerstoff, andere Noten
in den gemahlenen Pulvern beseitigt. Dennoch können sich über die Zeit gewisse unerwünschte Aromen
oder Noten in Lebensmitteln, die in dem geschlossenen System mit
Schleifenwindsichtmühle
zur Teilchengrößenverringerung der
Erfindung verarbeitet wurden, entwickeln. Die Erfinder haben festgestellt,
daß diese
sich spät
entwickelnden Noten dann vermieden werden können, wenn die Verarbeitung
zu Schokolade innerhalb von etwa einer bis etwa 3 Stunden von der
Teilchengrößenverringerung
erfolgt.
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Das
Produkt, das auf dem Boden des Gas-Feststoff-Separators abgeschieden
wurde, kann weiter verarbeitet werden, um Nahrungsmittel wie Schokolade
herzustellen. In einigen Ausführungsformen
wird das gemahlene Material mit Kakaobutter, Schokoladenflüssigkeit
und Lecithin in einer Conchierstufe 41 vereinigt. Dieses
Vereinigen kann in einem Vormischgerät durchgeführt werden, oder die Materialien
können
direkt zu einer Conchierstufe zugegeben werden. In beiden Fällen wird
der Veredelungsschritt des Stands der Technik, der auf herkömmliche
Weise in einem Walzen-Refiner
durchgeführt
wird, unter Verwendung der Trockenmahlvorrichtung gemäß der Erfindung
vermieden. Nach dem Conchieren kann das Produkt getempert und kristallisiert
werden, um das Endprodukt herzustellen, was für einen Fachmann offensichtlich
ist.
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BEISPIEL 1
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Zur
Veranschaulichung eines offenen Schleifensystems gemäß der Erfindung
wurde ein Schokoladenvorläuferpulver
mit der folgenden Zusammensetzung durch Mischen der folgenden Inhaltsstoffe
in einem D-300-Mischgerät,
erhältlich
von Hobart, für
10 Minuten bei Geschwindigkeit Nr. 1 hergestellt: Tabelle
1
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Die
obige Zusammensetzung wurde in einer 10-ACM-Windsichtmühle, kommerziell
erhältlich
von Blue Tech, Inc., Hickory, North Carolina, gemahlen. Die Mühle wurde
bei einer Windschichtgeschwindigkeit von 2200 U/min, einer Rotorgeschwindigkeit
von 3800 U/min und einer Beschickungsrate von 35 kg/h betrieben, wodurch
Teilchen mit einer nominalen Partikelgröße von 40 Mikrometer erhalten
wurden. In die Windsichtmühle
eindringende Luft wies eine Einlaßtemperatur von 75°C und eine
relative Feuchtigkeit (vor dem Erwärmen, bei 10 bis 15°C) von 8
Prozent auf. Aufgrund des geringen Maßstabes des Experiments wurde
angenommen, daß die
Einlaßtemperatur
der Ausgangstemperatur ungefähr
gleich war.
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Die
gemahlenen Pulver wurden in einem Gas-Feststoff-Trennsystem zurückgewonnen
und innerhalb von fünfzehn
Minuten mit weiteren Inhaltsstoffen vereinigt, um eine Schokoladenrezeptur
mit der folgenden Zusammensetzung herzustellen: Tabelle
2
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Das
Conchieren wurde in einem nominalen 10# Sigma-Schaufelmischer von
Teledyne Readco für
eine 1,5-stündige
Conche, gefolgt von einer einstündigen
Naßconche
bei einer Manteltemperatur von 60°C,
durchgeführt.
Die Schokoladen wurden in Tablettenform getempert und bei Umgebungstemperatur
(20°C) gelagert.
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Nach
einer Woche wurden die Schokoladen geschmolzen und hinsichtlich
der Gegenwart oder Abwesenheit von fischartigen Noten bewertet.
Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle aufgeführt.
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VERGLEICHSBEISPIELE 1–3
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Die
Schokoladenpulver wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Einlaßtemperatur
der Windsichtmühle
für drei
unterschiedliche Chargen auf 53°C,
60°C bzw.
67°C eingestellt
wurde. Die resultierenden Schokoladen wurden hinsichtlich der Gegenwart
anderer Noten bewertet. Die Ergebnisse sind in nachstehender Tabelle
aufgeführt: Tabelle
3
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Es
wurde festgestellt, daß aufgrund
der höheren
Teilchenfließgeschwindigkeiten
und der geringeren Volumen (proportional gesehen) von mit den Teilchen
in Kontakt stehender Luft, erfaßt
im Produktionsmaßstab,
65°C eine
angemessene Ausgangstemperatur ist, um andere Noten zu verhindern.
Eine bevorzugte Trockenmühlenausgangstemperatur
zum Verhindern von anderen Noten beträgt zwischen etwa 68°C und etwa 85°C.
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Zum
Bestimmen der Wirkung von Aroma auf eine Schokoladenformulierung
unter Verwendung verschiedener Milchpulver aus amerikanischen und
nichtamerikanischen Quellen, gemahlen in einer Umgebung mit geringem
Sauerstoffanteil unter Verwendung von Inertgas, wurden Schokoladen
unter Verwendung von Vollmilchpulvern aus amerikanischen, kanadischen,
australischen und argentinischen Quellen hergestellt.
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Schokoladenproben,
bei denen diese Milchpulver verwendet wurden, wurden zur Teilchengrößenverringerung
unter Verwendung von Mahlen in einer „offenen Schleife" (Vergleichsbeispiel
4) und Mahlen in einer „geschlossenen
Schleife" (Beispiel
2) hergestellt. In beiden Fällen
wurde eine Windsichtmühle
im halbtechnischen Maßstab
verwendet. Bei dem Verfahren in der „offenen Schleife" strömte Luft
frei durch das gesamte Mahlsystem. In dem geschlossenen Schleifensystem
war das gesamte System geschlossen und wurde mit Stickstoff gereinigt,
bis der Sauerstoffgehalt auf etwa 1,0 Prozent verringert war. Die
Teilchen wurden in dem zirkulierenden Stickstoffgas in der Mühle fluidisiert.
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BEISPIEL 2
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Zwei
Chargen der Trockeninhaltsstoffe (10 kg Saccharose, 4 kg Vollmilchpulver
(WMP), 2 kg Lactose und kleine Mengen an Salz und Vanillin) wurden
in einem Hobart-Mischgerät,
Modell D-300, bei Geschwindigkeit Nr. 1 für 10 min bei Umgebungstemperatur
gemischt.
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Vor
dem Mahlen jeder Probe wurden 25 kg Zucker gemahlen, um sicherzustellen,
daß die
Mühle sauber
war. Nach dem Mahlen des Zuckers wurde eine der Chargen gemahlen,
um die Mühle
weiter zu reinigen. Dann wurde die zweite Charge gemahlen, und die
Probe wurde zur Schokoladenherstellung genommen.
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Die
Mahlbedingungen für
die jeweiligen Milchpulver (Beispiele 2(a) bis 2(d)) sind nachstehend
aufgeführt. Tabelle
4
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Insgesamt
wurden 2,5 g der gemahlenen Inhaltsstoffe zu einem Teledyne Readco
6-Quart-Sigma-Labormischer
zugegeben. Es wurden 0,5 kg Kakaobutter, 1,0 kg Schokoladenflüssigkeit
und 0,1 kg wasserfreies Milchfett geschmolzen und zu dem gemahlenen
Material zugegeben. Die Wassermanteltemperatur betrug weiterhin
50°C. Dieses
Gemisch wurde bei 50°C
für 1,5
h „trockenconchiert". Am Ende des Trockenconchierzyklus
wurden 20 g Lecithin zugegeben, woraufhin das Gemisch für eine Stunde „naßconchiert" wurde. Die Endschokolade
wurde per Hand getempert und zu Tafeln geformt.
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VERGLEICHSBEISPIEL 4
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Die
Trockeninhaltsstoffe (10 kg Saccharose, 4 kg Vollmilchpulver (WMP),
2 kg Lactose und kleine Mengen an Salz und Vanillin) wurden in einem
Hobart-Mischgerät
des Modells D-300 bei Geschwindigkeit Nr. 1 für 10 Minuten bei Umgebungstemperatur
gemischt. Das Gemisch wurde unter Verwendung einer Windsichtmühle, wobei
Luft auf 8 Prozent relative Feuchtigkeit und 15°C konditioniert war, zu einer
Teilchengröße von 40 μm gemahlen.
Die Mühle
wurde so eingestellt, daß sie
unter Verwendung eines Sichters mit 2300 U/min, eines Rotors mit
4100 U/min und bei einer Beschickungsrate von 35 kg/h arbeitete.
Die gemahlenen Inhaltsstoffe wurden in selber Weise, wie in Verbindung
mit der sofortigen Verarbeitung bei Beispiel 2 beschrieben, zu Schokolade
verarbeitet.
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Jede
Schokolade, welche unter Verwendung der Inhaltsstoffe hergestellt
wurde, die in dem Verfahren mit der geschlossenen Schleife hergestellt
wurden, wurde durch ein Experten-Panel als Schokolade mit typischen
Schokoladenmerkmalen beschrieben, während die Schokoladen, welche
mit Luft gemahlen wurden, unerwünschte
Merkmale von „nassem
Hund" oder „Fisch" aufwiesen und über eine
geringere Schokoladenintensität
verfügten,
wie in nachstehender Tabelle 5 gezeigt. Tabelle
5
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Variationen
und Modifikationen der offenbarten Erfindung sind für einen
Fachmann offensichtlich und liegen innerhalb des Umfangs der Erfindung,
wie in den anhängenden
Ansprüchen
erläutert.
