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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Teilchen oder
allgemein von zerteilt vorliegenden Feststoffen in Pulverform, welche
zumindest teilweise kristallisiertes Fett umfassen, insbesondere
für die
Herstellung von Kristallen von Fett, beispielsweise und vorzugsweise
von Kakaobutter. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung
von Teilchen oder allgemein von zerteilt vorliegenden Feststoffen
in Pulverform, welche zumindest Fett umfassen, beispielsweise von
Schokoladenpulver, welches Kakaobutter, Zucker und andere fette oder
nicht fette Substanzen pflanzlicher oder tierischer Herkunft umfasst.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Durchführen eines
solchen Verfahrens.
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Die
Kakaobutter ist ein polymorphes Fett, welches in unterschiedlichen
Formen kristallisieren kann (siehe beispielsweise „Les performances
du beurre de cacao dans le chocolat", Industries Alimentaires & Agricoles, Dezember
2001, S. 11–14).
Unter den verschiedenen kristallinen Formen unterscheidet man: γ (oder Form
I), α (oder
Form II), β'2 (oder Form III), β'1 (oder Form IV), β2 (oder Form
V) und β1
(oder Form VI). Die thermodynamische Stabilität wie auch die Schmelztemperatur
nimmt von der Form I bis zu der Form VI zu. Obgleich metastabil
(unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen sehr langsame Umwandlung
in die stabile Form VI), muss die Form V aus organoleptischen Gründen in
der Schokolade mehrheitlich vorhanden sein. Tatsächlich verleiht die Form VI
der Schokolade ein wenig wünschenswertes eher
stumpfes Aussehen.
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Die
kristallinen Teilchen von Kakaobutter oder Schokolade können als
Keime für
die Herstellung von Schokolade während
eines Temperierschrittes dienen. Das Temperieren umfasst eine Aufeinanderfolge
eines Abkühlschrittes
der flüssigen
Schokolade, gefolgt von einem Wiedererwärmungsschritt, dessen Ziel
darin besteht, die Formen I bis IV zu beseitigen. Das Temperieren
muss das Auftreten der höchstmöglichen
Anzahl von Kristallen der Form V erlauben, um eine schnelle und
perfekte Kristallisation hauptsächlich
in der metastabilen Form V zu garantieren. Dies erlaubt, bei der
so hergestellten Schokolade eine bessere Qualität sicherzustellen. Um diese
Kristallisation noch weiter zu verbessern, es ist möglich, gemäß einer
besonderen Ausführungsweise
des Standes der Technik, die wenig eingesetzt wird, ein Animpfen
mittels Kakaobutter der Form V vorzunehmen.
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Um
das Temperieren im eigentlichen Sinne vorzunehmen, kühlt man
die flüssige
Schokolade üblicherweise
bis auf etwa 20–25°C ab, um
das Auftreten von Kakaobutter-Kristallen zu bewirken. Im Allgemeinen
treten Kristalle aller Formen, einschließlich Kristallen von instabilen
Formen auf. Das Animpfen durch Kristalle der Form V gemäß der besonderen Ausführungsweise
des Standes der Technik, die vorstehend erwähnt worden ist, kann erlauben,
dieses Phänomen
zu begrenzen. Die Mischung wird dann im Allgemeinen auf etwa 30°C wiedererwärmt, um
die Kristalle der Form I bis IV schmelzen zu lassen und um lediglich
Kristalle der Form V beizubehalten und, wenn möglich, stets praktisch keine
Form VI zu haben. Nach einer bestimmten Zeitspanne, während welcher
man die Kristalle der Form V im Allgemeinen hat auf kontrollierte
Weise wachsen und sich vermehren lassen, wodurch die Bildung von
Keimen in situ (ohne Animpfen durch Zufuhr von Material von außen) realisiert
wird, befördert
man gewöhnlich
die so hergestellte Schokolade in Richtung der Fortsetzung der Verfahren
zur Herstellung von Schokolade (Formguss zu Tafeln u.s.w.).
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Die
Kakaobutter-Kristalle, die für
die Realisierung des Animpfens während
des Temperierens gemäß der vorstehend
erwähnten
besonderen Ausführungsweise
des Standes der Technik erforderlich sind, werden im Allgemeinen
durch ein mechanisches Verfahren, beispielsweise durch Zerkleinerung bzw.
Zermahlen zu Körnchen,
erhalten. In diesem Falle weisen die so erhaltenen Kristalle nicht
die gewünschte
polymorphe Kristallform auf und haben eine Morphologie, die nicht
gut für
Keime geeignet ist, denn die Oberfläche der Körnchen wird durch ein solches
mechanisches Herstellungsverfahren beschädigt und/oder zusammengedrückt. Vor
kürzerer Zeit
ist die Verwendung eines Verfahrens vom Typ PGSS (für „Particles
from Gas Saturated Solutions") für die Herstellung
von Kakaobutter-Kristallen
in Form eines feinen Pulvers von Kristallen beschrieben worden: „S-L-G
(Solid-Liquid-Gas) phase transition of cocoa butter in supercritical
CO2";
Acta ali mentaria, Band 28 (2), S. 197–208 (1999) und „High Pressure
Process Technology: Fundamentals and Applications", Abschnitt 9.8.7.2 „Cocoa
butter", S. 603–604, Industrial
Chemistry Library, Band 9 (2001). Ein solches Verfahren besteht
in der Herstellung von feinen Teilchen ausgehend von mit Gas gesättigten Lösungen,
die mit der Lösung
eines Fluids in der herzustellenden Substanz, die vorab geschmolzen
wurde, beginnt. Man nimmt dann eine Expansion der mit Gas gesättigten
Lösung
vor, wodurch die Kristallisation der Teilchen hervorgerufen wird.
Die so erhaltenen Kristalle liegen hauptsächlich in der Form VI mit einer
Schmelztemperatur in der Größenordnung
von 36–37°C vor, wohingegen
man, wie vielmehr weiter oben explizit erläutert, für die industrielle Produktion von
Schokolade eine Morphologie von Kristallen der Form V mit einer
Schmelztemperatur in der Größenordnung
von 33°C
anstrebt. Deswegen besteht weiterhin das Erfordernis, ein Verfahren
zur Herstellung von Teilchen, insbesondere von Kakaobutter-Kristallen,
zu entwickeln, welches erlaubt, so viele Kristalle wie möglich vorzugsweise
in Form von Kristallen der Form V und von der besten Qualität, die es
gibt, d.h. praktisch rein, was das Kristallgitter angeht, zu gewinnen.
Das Verfahren der Erfindung erlaubt in vorteilhafter Weise, diesem
Erfordernis zu entsprechen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist ein Verfahren zur Herstellung von zumindest teilweise kristallisierten
Teilchen unter Druck, umfassend ein reziprokes Lösen mindestens eines Fluids
unter einem Druck, der über
oder leicht unter dessen kritischem Druck liegt, mit mindestens
einer zu behandelnden Substanz in einer Lösungszone, dann ein rasches
Ablassen des Drucks durch mindestens ein Mittel zum Druckablassen
stromabwärts
von der Lösungszone
derart, dass die zumindest teilweise kristallisierten Teilchen in
einer Sammelzone gesammelt werden, die stromabwärts von dem Mittel zum Druckablassen
angeordnet ist, wobei die zu behandelnde Substanz Fett umfasst,
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine Sammlung
von zumindest teilweise kristallisierten Teilchen auch in der Lösungszone
vornimmt.
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Die
in der Sammelzone und in der Lösungszone
gesammelten, zumindest teilweise kristallisierten Teilchen sind
Teilchen, die unterschiedliche Substanzen umfassen können, darunter
Fett, welches gemäß der Erfindung
zum größeren Teil,
vorzugsweise praktisch vollständig
kristallisiert ist. Die Teilchen umfassen, insbesondere in dem Falle,
wo die zu behandelnde Substanz Schokolade ist, auch andere Bestandteile.
In dem Falle, wo die zu behandelnde Substanz Kakaobutter ist, sind
die Teilchen Kristalle des Fetts, welches Kakaobutter ist.
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Typischerweise
erfolgt das Sammeln nach dem Druckablassen, das zu einer Kristallisation
des Fetts der Teilchen geführt
hat.
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Die
zu behandelnde Substanz umfasst im Allgemeinen 10 bis 100% Fett,
vorzugsweise 20 bis 50% in dem Falle, wo die zu behandelnde Substanz Schokolade
ist.
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Die
zu behandelnde Substanz ist gemäß der Erfindung
die Substanz, wie sie in der Lösungszone vorliegt.
Sie liegt in fester und/oder flüssiger
Form vor. Beispielsweise liegt sie in fester Form und zumindest
teilweise in geschmolzener, flüssiger
Form vor. So enthält
sie in dem Falle, wo die zu behandelnde Substanz Schokolade ist
und wo diese in die Lösungszone
in geschmolzener Form eingespeist wird, Teilchen in Suspension,
wobei allein das Fett flüssig ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren
kann auch wenigstens einen vorab ausgeführten Schritt eines Einspeisens
der zu behandelnden Substanz in die Lösungszone umfassen. Der vorab
ausgeführte
Schritt eines Einspeisens erfolgt auf klassische Weise, die dem
Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist.
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Das
Lösen wird
als reziprok qualifiziert, denn zugleich löst sich zu behandelnde Substanz
in fester und/oder flüssiger
Form in dem Fluid und löst
sich Fluid in der zu behandelnden Substanz, wenn sie flüssig ist.
Dieses reziproke Lösen
kann je nach den Verfahrensbedingungen entweder zu dem Vorhandensein
einer einzigen fluiden homogenen Phase oder zu der Koexistenz von
zwei fluiden Phasen im Gleichgewicht führen. In dem Falle, wo die
zu behandelnde Substanz Schokolade ist, die nicht nur Fett enthält, sind
unlösliche
Teilchen, wie beispielsweise Zucker- und/oder Süßstoffteilchen, in dem Fluid
dispergiert. Tatsächlich
umfasst die Schokolade im Allgemeinen zahlreiche Bestandteile, von
denen die Hauptsächlichen
die Kakaobutter und der Zucker sind. Sie kann auch wenigstens ein
Aroma, Stärke, Cellulose
und andere Substanzen, welche von den Kakaobohnen stammen können, umfassen.
Schließlich
kann sie andere Bestandteile, einschließlich anderer Fette, beispielsweise
Milch in dem Falle, wo die zu behandelnde Substanz Milchschokolade
ist, enthalten. Man spricht von Schokoladenteilchen bzw. Teilchen
von Schokolade, wenn jene fest im Allgemeinen in Form von Pulver vorliegt,
unabhängig
von ihrer Zusammensetzung. Ihr Fett ist dann im Rahmen der Erfindung
vorzugsweise zumindest teilweise kristallisiert.
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Das
Mittel zum Druckablassen ist vorzugsweise eine Expansionsdüse.
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In
vorteilhafter und überraschender
Weise erlaubt ein solches Verfahren, in einer Lösungszone Teilchen zu sammeln,
die bezüglich
ihres Fetts praktisch lediglich eine einzige polymorphe Kristallform und
eine hohe spezifische Oberfläche
aufweisen.
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In
vorteilhafter und überraschender
Weise erlaubt ein solches Verfahren, Teilchen von ausreichend guter
kristalliner Qualität
im festen Zustand zu sammeln, so dass sie als Keime in einem Verfahren zur
Verwendung von solchen Teilchen dienen können. In dem Falle, wo die
zu behandelnde Substanz Kakaobutter ist, weisen die erhaltenen kristallinen Teilchen
ein kantiges Aussehen und eine Granulometrie im Allgemeinen unter
20 μm, und
welche unter 1 μm
liegen kann, auf. So und überraschend
erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren
in besonders vorteilhafter Weise, Kakaobutter-Teilchen der Kristallform
V zu gewinnen. In dem Falle, wo die zu behandelnde Substanz Schokolade
ist, gewinnt man zumeist und in vorteilhafter Weise Teilchen von
großer Feinheit,
d.h. mit einer Größe unter
50 μm, und
sehr homogene Teilchen. Das Fett, das in diesen Schokoladeteilchen
enthalten ist, ist im Allgemeinen hauptsächlich Kakaobutter der Kristallform
V.
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Mit „Sammeln" soll gemäß der Erfindung
verstanden werden, dass man die Teilchen, über die man verfügt, in der
Folge direkt aus diesen Lösungs- und
Sammelzonen gewinnen kann oder ebenso dass diese Teilchen direkt
verwendet werden, wenn sie in einer Sammelzone ankommen, wo sie
direkt als Keime in dem Temperierschritt bei der Herstellung von Schokolade
dienen können.
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So
ist gemäß einer
besonderen Ausführungsweise
des Verfahrens der Erfindung die Sammelzone der Teilchen eine Umwandlungszone,
in welcher ein Temperieren (oder eine Kristallisation) von Fett
ausgeführt
wird. Es kann sich typischerweise während des Verfahrens zur Herstellung
von Schokolade um die Zone handeln, wo das Temperieren ausgeführt werden
muss. Die Teilchen dienen dann dazu, die flüssige Schokoladenmasse anzuimpfen.
Das erfindungsgemäße Verfahren
ist dann vorteilhafterweise ein kontinuierliches Verfahren, das vorteilhafterweise
innerhalb eines (üblichen)
Verfahrens zum Temperieren von Schokolade ausgeführt werden kann. Unter kontinuierlichem
Verfahren wird gemäß der Erfindung
ein Verfahren verstanden, welches auf kontinuierliche Weise betrieben
werden kann, im Gegensatz zu einem „batch"-Verfahren.
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Gemäß einer
Ausführungsweise
der Erfindung wird das Fluid mit wenigstens einer chemischen Verbindung
oder einem Cosolvens versetzt, das zur Funktion hat, das Lösungsvermögen des
superkritischen Fluids zu erhöhen.
Ein solches Cosolvens wird im Allgemeinen zu dem Fluid in einer
Menge von 1 bis 5 Gew.-% zugesetzt und ist beispielsweise ein Alkohol,
wie Ethanol.
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Gemäß einer
Ausführungsweise
der Erfindung nimmt man die Trennung des Fluids in gasförmiger Form
nach Ablassen des Drucks und der Teilchen, im Allgemeinen in fester
Form, in der Sammelzone und/oder in der Lösungszone vor. Die Trennung kann
einfach und vorteilhaft aus einer Gewinnung des Gases beispielsweise
durch Entlüften
bestehen, um das Gas aus der Sammelzone und/oder aus der Lösungszone
zu entfernen.
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Das
Fluid unter Druck wird im Allgemeinen ausgewählt in der Gruppe, die aus
Kohlendioxid, den Alkanen mit kurzer Kette, d.h., welche im Allgemeinen
1 bis 4 Kohlenstoffatome pro Molekül umfassen, Stickstoffmonoxid
und Stickstoff und deren Mischungen gebildet wird, und vorzugsweise
ist das Fluid unter Druck Kohlendioxid. Ein solcher Druck beträgt im Allgemeinen
70 bis 350 bar (7 bis 35 MPa), vorzugsweise 200 bis 300 bar (20
bis 30 MPa), beispielsweise etwa 250 bar (25 MPa).
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In
einer bevorzugten Ausführungsweise
des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegt das Fluid unter Druck in superkritischem Zustand vor, d.h.
bei einer Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur und bei
einem Druck oberhalb des Drucks des kritischen Punkts. Beispielsweise
liegt in dem Falle von Kohlendioxid die Temperatur über oder
bei der Temperatur des kritischen Punkts oder der kritischen Temperatur, die
31,1 °C
beträgt,
und liegt der Druck über
oder bei dem Druck des kritischen Punkts oder dem kritischen Druck,
der 73,8 bar (7,38 MPa) beträgt.
Beispielsweise liegt in dem Falle von Stickstoffmonoxid die Temperatur über oder
bei der Temperatur des kritischen Punkts oder der kritischen Temperatur,
die 36,5°C beträgt, und
liegt der Druck über
oder bei dem Druck des kritischen Punkts oder dem kritischen Druck,
der 72,4 bar (7,24 MPa) beträgt.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsweise
des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegt das Fluid unter Druck in unterkritischem Zustand vor, wie dass
beispielsweise die (Verfahrens)Temperatur leicht unterhalb der kritischen
Temperatur liegt, d.h. einen Wert zwischen 0,9 Tc und Tc, wobei
Tc die kritische Temperatur ist, aufweist, und liegt der Druck über oder
leicht unter dem Druck des kritischen Punkts. Beispielsweise liegt
in dem Falle von Kohlendioxid die Temperatur unter 31,1 °C und der
Druck liegt über
73,8 bar (7,38 MPa) und vorzugsweise über 200 bar (20 MPa). Beispielsweise
liegt in dem Falle von Stickstoffmonoxid die Temperatur unter 36,5°C und der
Druck liegt über
72,4 bar (7,24 MPa) und vorzugsweise über 150 bar (15 MPa).
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsweise
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Temperatur und/oder der Druck in der Lösungszone und/oder der Sammelzone
so gesteuert, dass im Verlauf des Verfahrens das Fluid unter Druck
während des
Entspannungsschritts (des Schritts des Ablassens des Drucks) nicht
kristallisiert und dass außerdem
die zumindest teilweise kristallisierten Teilchen nicht schmelzen.
Typischerweise wird die Temperatur in der Lösungszone derart gesteuert,
dass im Verlauf des Verfahrens das Fluid unter Druck im Verlauf des
Entspannungsschritts nicht kristallisiert und dass außerdem die
zumindest teilweise kristallisierten Teilchen nicht schmelzen. So
wird in dem Falle einer Herstellung von kristallisierten Teilchen
von Kakaobutter allein oder in Schokoladeteilchen mit Kohlendioxid
die Temperatur der Lösungszone
im Allgemeinen unter etwa 30°C
und über
etwa 20°C
gehalten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsweise
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Kontaktzeit in der Lösungszone
derart reguliert, dass so viel von zu behandelnder Substanz wie
möglich
solubilisiert wird. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise, das erfindungsgemäße Verfahren
maximal rentabel zu machen.
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Gemäß einer
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
gibt man, um die Auflösung
zu begünstigen,
zu behandelnde Substanz vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
im Überschuss
in die Lösungszone.
Dann gewinnt man den nicht solubilisierten Überschuss in der Lösungszone
nach dem Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zurück.
In dem Falle der Herstellung von kristallisierten Kakaobutter-Teilchen
ausgehend von einer zu behandelnden Substanz, die Kakaobutter ist,
und wenn man beispielsweise vor der Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in vorteilhafter Weise einen Überschuss
an Kakaobutter in die Lösungszone
gibt, ist es in der Folge der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besonders leicht, die gelblichen Stücke von nicht solubilisierter
Kakaobutter von dem feinen, weißen
und leichten Pulver, welches aus Kakaobutter-Kristallen, die man
hergestellt hat, gebildet wird, abzutrennen.
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Gemäß einer
anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche von
der vorangegangenen Variante unabhängig ist oder nicht, bewegt man
die zu behandelnde Substanz und das Fluid während deren reziprokem Lösen in der
Lösungszone
mittels wenigstens eines Bewegungsmittels derart, dass die Auflösung begünstigt wird,
vor dem Ablassen des Druckes. In dem Falle, wo die zu behandelnde
Substanz Schokolade ist, erlaubt diese Variante in vorteilhafter
Weise, die fest-flüssige
Mischung zu homogenisieren.
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In
dem bevorzugten Falle gemäß der Erfindung,
wo die zu behandelnde Substanz Kakaobutter ist, und der Verwendung
von Kohlendioxid in superkritischem Zustand löst man je nach den Druck- und Temperaturbedingungen
im Allgemeinen etwa 1 Gew.-% Kakaobutter in dem Kohlendioxid in
superkritischem Zustand.
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Die
Erfindung betrifft schließlich
die Teilchen, die durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgefällt werden
können.
In dem Falle, wo die zu behandelnde Substanz praktisch vollständig aus
Kakaobutter besteht, weisen solche Teilchen in vorteilhafter und
singulärer
Weise eine besondere Morphologie im „Environmental Scanning Electron
Microscope" (oder ESEM)
auf, indem die Kristalle kantig sind und dass ihre Granulometrie
im Allgemeinen einige Hundert Nanometer bis etwa zwanzig Mikrometer
beträgt.
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Die
Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Verfahrens, wie zuvor
beschrieben, für
eine Herstellung von Teilchen, bei denen das Fett zumindest teilweise,
vorzugsweise zum größeren Teil,
noch mehr bevorzugt praktisch vollständig kristallisiert ist, und
vorzugsweise für
eine Herstellung von kristallisierten Teilchen von Kakaobutter,
im Allgemeinen allein oder in Schokoladeteilchen.
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In
besonders vorteilhafter Weise erlaubt ein solches Verfahren beispielsweise,
Teilchen zu gewinnen, bei denen das Fett hauptsächlich (mehr als 90 Gew.-%)
in der Form V vorliegt, um als Keime während eines späteren Tempe rierverfahrens
zu dienen. Insbesondere erlaubt das spätere Temperierverfahren, das
die Teilchen einsetzt und/oder innerhalb von welchem das erfindungsgemäße Verfahren
ausgeführt
wird, eine geringere Menge von Keimen bezogen auf die Mengen des
Standes der Technik einzusetzen, nämlich typischerweise etwa 0,1
Gew.-% anstelle der einigen Gew.-%, die gemäß der zuvor erwähnten besonderen
Ausführungsweise
des Standes der Technik eingesetzt werden (siehe beispielsweise „crystallising
the fat in chocolate" S.
91, in „The Science
of Chocolate", von
S. T. Beckett, RSC paperbacks, Cambridge, Vereinigtes Königreich).
Außerdem
kann man bei einer höheren
Temperatur als den üblichen
30°C des üblichen
Standes der Technik animpfen (ohne Animpfen durch Zufuhr von Material von
Außen),
beispielsweise bei etwa 32°C.
Eine solche Möglichkeit
erlaubt in vorteilhafter Weise, beim Temperieren mit einer weniger
viskosen Masse als der Masse, mit der üblicherweise gearbeitet wird,
zu arbeiten, was durch eine Energieeinsparung für das Bewegen/Umwälzen und
eine größere Einfachheit der
Manipulation für
die Entleerungen der Masse zum Ausdruck kommt. Und schließlich kann
man in vorteilhafter Weise den Abkühlschritt, welcher üblicherweise
während
des Temperierens der Schokolade ausgeführt wird, verkürzen. Das
Temperieren erfolgt auch allgemein viel kürzer als klassischerweise, vorteilhafterweise
in 4 bis 5 min anstelle der üblichen 30
min des üblichen
Standes der Technik, was in einer doppelten Zeit- und Energieersparnis
zum Ausdruck kommt.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Herstellung von zumindest
teilweise kristallisierten Teilchen unter Druck gemäß dem Anspruch
15. Diese Vorrichtung umfasst mindestens einen ersten Reaktor zum
reziproken Lösen
von mindestens einer zu behandelnden Substanz mit mindestens einem Fluid
unter einem Druck, der über
oder leicht unter dessen kritischem Druck liegt, dann mindestens
ein Mittel zum Druckablassen stromabwärts von dem ersten Reaktor
zum Lösen,
das mindestens einen zweiten Reaktor zum Sammeln von zumindest teilweise
kristallisierten Teilchen stromabwärts von dem Mittel zum Druckablassen
speist. In dieser Vorrichtung ist der erste Reaktor zum Lösen ebenfalls
ein Reaktor zum Sammeln von zumindest teilweise kristallisierten
Teilchen.
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Gemäß einer
Ausführungsweise
der Erfindung ist der zweite Reaktor ein Reaktor, in welchem wenigstens
eine Umwandlung einer zu behandelnden Sub stanz, beispielsweise während eines
Temperierschritts von Schokolade, ablaufen kann. Ein solcher Reaktor
ist vorzugsweise in der Lage, kontinuierlich zu arbeiten.
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Gemäß einer
Ausführungsweise
der Erfindung umfasst die Vorrichtung wenigstens ein Mittel zum
Bewegen oder Umwälzen
innerhalb des ersten Reaktors. Ein solches Mittel zum Bewegen oder
Umwälzen
ist typischerweise eine Turbine mit Schaufeln vom Typ eines Rushton-Moduls,
umfassend eine horizontale Scheibe und wenigstens zwei Schaufeln, die
geneigt sein können.
Ein solches Mittel zum Bewegen oder Umwälzen ist gemäß der Erfindung
nicht obligatorisch, verbessert aber in vorteilhafter Weise das
Auflösen
in dem ersten Reaktor.
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Gemäß einer
Ausführungsweise
der Erfindung umfasst die Vorrichtung wenigstens ein Mittel zum
Mischen eines Cosolvens mit dem Fluid.
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Die
Kristallisation erfolgt vorzugsweise durch Ablassen des Drucks dank
wenigstens eines Mittels zum Druckablassen. Das Mittel zum Druckablassen ist
vorzugsweise eine Expansionsdüse.
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Bevorzugt
wird das Mittel zum Druckablassen so ausgewählt, dass die Zeitdauer des
Druckablassens reguliert werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist folglich besonders gut angepasst für das Durchführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist besonders gut angepasst für
eine Verwendung für
eine Herstellung von Fettkristallen und insbesondere und vorzugsweise
für eine
Herstellung von Kakaobutter-Kristallen, im Allgemeinen allein oder
in Schokolade. So ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders gut
angepasst für
eine Verwendung für
eine Herstellung von Schokoladeteilchen. Die Definition der Schokoladeteilchen
ist zuvor angegeben worden.
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Die
Kakaobutter ist ein Fett, das aus Kakao oder aus Kakaomasse durch
mechanischen Druck extrahiert wird. Diese Kakaobutter wird im Allgemeinen
aus drei Triglyceriden gebildet, die 1,3-Dipalmityl-2-oleylglycerol
oder POP, 1-Palmityl-2-oleyl-3-stearylglycerol
oder POS und 1,3-Distearyl-2-oleylglycerol oder SOS sind. Die Kakaobutter-Kristalle
können
in vorteilhafter Weise als Keime für die Herstellung von Schokolade
durch Temperieren, wie zuvor explizit erläutert, dienen.
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Die
Erfindung wird besser verstanden und andere Merkmale und Vorteile
werden ersichtlich beim Lesen der nun folgenden Beschreibung, die nicht
zur Einschränkung
aufgeführt
wird, durch Bezugnahme auf die Figur.
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Die
Figur repräsentiert
schematisch eine Vorrichtung 1 zur Herstellung von zumindest
teilweise kristallisierten Teilchen 20, 21 gemäß der Erfindung.
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Eine
Leitung 4, dann eine Leitung 6 nach Passieren
eines Schiebers 5 erlauben, den ersten der beiden aufeinander
folgenden Reaktoren 2 und 3, die im Schnitt dargestellt
sind, mit einem Fluid unter einem Druck über oder leicht unter dessen
kritischem Druck zu speisen. Die Reaktoren 2 und 3 sind
typischerweise Autoklaven aus massivem rostfreiem Edelstahl. Der
Schieber 5 erlaubt, die Versorgung mit dem Fluid zu schließen, wenn
erforderlich. Der Reaktor 2 ist ein Reaktor zum Lösen einer
zu behandelnden Substanz mit einem Fluid unter Druck und erlaubt
gemäß der Erfindung
ein Sammeln von zumindest teilweise kristallisierten Teilchen 20.
Typischerweise umfasst der Reaktor 2 vor dem Durchführen des
erfindungsgemäßen Verfahrens
die zu behandelnde Substanz und das Durchführen des Verfahrens beginnt
durch die Zufuhr des Fluids. Um das Lösen des Fluids und der zu behandelnden
Substanz zu begünstigen,
umfasst der Reaktor 2 vorteilhafterweise das Vorhandensein
eines Mittels zum Bewegen oder Umwälzen, beispielsweise einer
Turbine vom Rushton-Typ, umfassend am Ende einer Welle, welche den
Reaktor 2 durchquert, eine horizontale Scheibe und Schaufeln.
Der Reaktor 3 ist ein Reaktor zum Sammeln von zumindest
teilweise kristallisierten Teilchen 21. Der Reaktor 2 ist
mit einem Heizmittel 16, welches ein Heizwiderstand ist,
ausgestattet. Der Reaktor 3 ist mit einem Heizmittel 19,
welches ein Heizwiderstand ist, ausgestattet. Die Reaktoren 2 und 3 umfassen
jeweils einen inneren Korb 17 bzw. 18, typischerweise
aus porösem
(gesintertem) rostfreiem Stahl, welche das Sammeln der erzeugten Teilchen
erleichtern. Der Reaktor 3 wird mit fluider Mischung gespeist
durch eine Leitung 7, die aus dem Reaktor 2 herausführt, dann
nach Passieren eines Schiebers 8 eine Leitung 9 wird,
dann nach Erwärmen
durch ein Heizmittel 10, das ein Heizwiderstand ist, eine
Leitung 11 wird. Die Leitung 11 mündet in den
Reaktor 3 durch ein Mittel zum Druckablassen 12,
das typischerweise eine Expansionsdüse ist. Von dem Reaktor 3 geht
eine Leitung 13 zum Entnehmen von Produkt aus, die nach
Passieren einer Austragungsvorrichtung 14 eine Leitung 15 wird.
Die Austragungsvorrichtung 14 erlaubt insbesondere, den Druck
in dem zweiten Reaktor zu steuern, um diesen im Allgemeinen bei
einem Druck unter, vorzugsweise stark unter dem Druck des ersten
Reaktors 2, aber oberhalb oder bei Atmosphärendruck
zu halten.
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In
dem Reaktor 2 ist vor der Herstellung von Teilchen 20 und 21 zu
behandelnde Substanz (nicht dargestellt) vorhanden. Während des
Durchführens des
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zu behandelnde Substanz in den Reaktor 2 gefüllt, der
isoliert ist. Dann speist man, indem man den Schieber 5 öffnet, durch
die Leitungen 4, dann 6 Fluid unter Druck ein,
die unter den Temperatur- und Druckbedingungen des ersten Reaktors 2 das
zumindest teilweise reziproke Lösen
der Substanz mit dem Fluid während einer
Kontaktzeit erlauben, wobei das Lösen durch die Rotation der
Turbine begünstigt
wird. Man erzeugt eine fluide Mischung, die man während der Passage
von dem ersten Reaktor 2 in Richtung des zweiten Reaktors 3 dank
des Heizmittels 10 erneut erwärmt. Man öffnet den Schieber 8,
der sich zu Beginn in geschlossener Position befand, derart, dass die
von dem ersten Reaktor 2 stammende fluide Mischung, welche
die Leitungen 7, 9 und 11, dann das Zerstäubungsmittel 12 durchströmt, in den
zweiten Reaktor 3 fließt,
wobei sie einen im Allgemeinen extrem schnellen Druckabfall durchläuft. Dieser
Druckabfall führt
zu der Bildung von festen Formen der zu behandelnden Substanz, die
Teilchen 21 sind, durch Kristallisation, die man nach der
Kristallisation gewinnen kann. Das erneute Erwärmen durch das Heizmittel 10 beim Öffnen des
Schiebers 8 erlaubt in vorteilhafter Weise, die Bildung
von Kohlensäureschnee nach
dem Ablassen des Drucks zu vermeiden. Zugleich erfolgt in dem ersten
Reaktor 2 ein langsamer Druckabfall. Dies führt zu der
Bildung von kristallisierten festen Formen der zu behandelnden Substanz, die
Teilchen 20 sind, durch Kristallisation, die man nach der
Kristallisation sammeln kann. Es ist gemäß einer Ausführungsweise
des erfindungsgemäßen Verfahrens
möglich,
zugleich ein kontrolliertes Öffnen des
Schiebers 5 derart vorzunehmen, dass der Druck innerhalb
des ersten Reaktors 2 praktisch konstant bleibt. In allen
Fällen
findet die Kristallisation der Teilchen 20 in dem ersten
Reaktor 2 während
des Abfalls des Drucks des Reaktors 2 statt.
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Das
folgende Beispiel veranschaulicht die Erfindung, ohne deswegen deren
Umfang einzuschränken.
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BEISPIEL: Ausfällen von in Kohlendioxid in
superkritischem Zustand gelöster
Kakaobutter
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In
dem folgenden Beispiel setzt man eine Vorrichtung 1, wie
zuvor beschrieben, ein. Das Fluid unter einem Druck über oder
leicht unter dessen kritischem Druck, ist Kohlendioxid. Dessen superkritischer
Zustand entspricht einem Zustand, wo dessen Temperatur über 31 °C liegt und
sein Druck über
74 bar (was 7,4 MPa entspricht) liegt. Unter diesen Bedingungen
löst sich
die zu behandelnde Substanz, die Kakaobutter, umfassend 97% Triglyceride
gemäß der folgenden
Verteilung: 12 bis 18% POP, 36 bis 46% POS und 21 bis 30% SOS und
10 bis 15% andere Triglyceride, ist, in dem Kohlendioxid und umgekehrt.
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Man
verfährt
auf die zuvor erläuterte
Weise mit der Ausnahme der Tatsache, dass der Reaktor 2 keine
Turbine umfasst. Man schließt
die Versorgung mit Kohlendioxid, bevor man das reziproke Lösen der Kakaobutter
mit dem Kohlendioxid vornimmt. Während
dieses Lösens
beträgt
die Temperatur 30°C
in dem ersten Reaktor 2 und der anfängliche Druck in dem ersten
Reaktor 2 beträgt
250 bar, was 25 MPa entspricht. Man bewirkt die Druckminderung durch das Öffnen des
Schiebers 8. Das Mittel zum Druckablassen ist eine Düse 12 mit
einer kreisförmigen Öffnung mit
einem Durchmesser von 340 μm
und einer Länge
von 3 mm. Der Druckabfall dauert bei geschlossenem Schieber 5 und
geöffnetem
Schieber 8 etwa 5 min, was 300 s entspricht. Die Temperatur
der fluiden Mischung nach dem Erwärmen durch die Vorrichtung 10 stromaufwärts von
der Düse
beträgt 80°C. Die Temperatur
in dem zweiten Reaktor 3 beträgt 15°C und der Druck beträgt 5 bar
(was 0,5 MPa entspricht). Dann lässt
man den Druck von den beiden Reaktoren 2 und 3 ab,
nachdem man den Schieber 8 wieder geschlossen hat. Man
sammelt Kakaobutter-Kristalle 20 und 21 in jedem
der beiden Reaktoren, wovon man den jeweiligen Polymorphismus durch
Differenzialscanningkalorimetrie-Analyse oder DSC (für „Differential
Scanning Calorimetry")
untersucht. Man misst die Schmelz-Endtemperatur der Kristalle oder den „end-set
point", um die Kristalle
zu charakterisieren. Das Protokoll der DSC-Messung ist jenes, das
in der Veröffentlichung „Phase
transitions and polymorphism of cocoa butter", veröffentlicht in JAOCS, Band 75
(4) 425–439,
1998, beschrieben worden ist und von dem ein Teil nachfolgend kurz wiedergegeben
wird: die Apparatur ist eine DSC-7-Apparatur von Perkin-Elmer und
das Analysenprotokoll der Proben ist das folgende: Starten bei –5°C, dann Erwärmen mit
einer Rate von 5°C
pro Minute. Man stellt eine Schmelz-Endtemperatur für die Teilchen 20 des
ersten Reaktors 2 von 33,1 °C fest, was insbesondere der
Form V, nach welcher besonders gesucht worden ist, entspricht. Man
stellt eine Schmelz-Endtemperatur für die Teilchen 21 des zweiten
Reaktors 3 von unter 28°C
fest, was insbesondere den instabilen Formen I, II, III und IV entspricht.
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Die
Kristalle 20 werden in vorteilhafter Weise eingesetzt für das Animpfen
von Schokolade bei der Herstellung von Schokolade durch Temperieren.
Ihr kristalliner Polymorphismus ist für das Verfahren, wie zuvor
explizit erläutert,
besonders gut geeignet.