EA032319B1

EA032319B1 - Устройство и способ конширования пищевой массы

Info

Publication number: EA032319B1
Application number: EA201491409A
Authority: EA
Inventors: Ян Крёйвер
Original assignee: Роял Дайвис Винер Б.В.
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2019-05-31
Also published as: CL2014001989A1; CA2861282C; WO2013110795A1; SG11201404117UA; BR112014018105B1; AU2013213541B2; MX2014008896A; CA2861282A1; PH12014501672B1; AU2013213541A1; EP2806749B1; ES2563790T5; CN104135866B; MX361398B; UA116769C2; EP2806749A1; DK2806749T3; CN104135866A; DK2806749T4; NZ627500A

Abstract

Изобретение относится к системе (1) для конширования пищевой массы, в частности какаосодержащей массы, такой как шоколад, какао тертое или какао-масса, содержащей устройство для генерирования сдвигающих напряжений, в частности, так называемый преобразователь (14) вкуса, в свою очередь, содержащий корпус (16), вал (17), установленный с возможностью вращения в корпусе (16), приспособления (19, 20) для воздействия на пищевую массу высокими сдвигающими напряжениями, приспособления (21, 22) для распределения пищевой массы после воздействия на нее высоких сдвигающих напряжений и вход (24, 25) для подачи газа к распределенной пищевой массе. Система дополнительно содержит тонкопленочный испаритель (15) для обработки пищевой массы, выходящей из устройства (14) для генерирования сдвигающих напряжений.

Description

Настоящее изобретение относится к системе конширования пищевой массы, в частности какаосодержащей массы, такой как шоколад, какао тертое или какао-масса, содержащей устройство для генерирования сдвигающих напряжений, в частности, так называемый преобразователь вкуса, в свою очередь, содержащий корпус, вал, установленный с возможностью вращения в корпусе, приспособление для воздействия на пищевую массу высокими сдвигающими напряжениями, приспособление для распределения пищевой массы после воздействия на нее высокими сдвигающими напряжениями и вход для подачи газа, обычно горячего газа, для распределения пищевой массы с целью извлечения летучих компонентов, таких как органические кислоты, из пищевой массы. Настоящее изобретение также относится к способу конширования пищевой массы.

Как описано в патентном документе США № 2348473, в течение многих лет шоколад в полупластичном, полужидком состоянии подвергали обработке, широко известной как конширование, для общепринятых целей, в том числе улучшения его вкуса и уменьшения содержания влаги. Согласно патентному документу США № 2348473 Термин конширование ... впервые был использован в отношении обработки шоколада в корытообразных машинах, изогнутых на каждом крае, и в которых тяжелые валки, обычно каменные, возвратно-поступательно двигались по дну корыта. Валки создавали волну материала, которая ударялась о каждый край на поверхности корпуса, содержащего шоколад, со звучным хлопком. Эти всплески волн обеспечивали насыщение воздухом и измельчение, а движение валков по дну корыта обеспечивало измельчение или дробление.

С тех пор были разработаны другие типы устройств для конширования.

Европейская патентная заявка 294876 относится к устройству для рафинирования шоколадных масс, состоящему из корпуса (обозначен номером 1 на фигурах в патентном документе ЕР 294876), приспособления (2, 3) для распределения шоколадной массы в виде пленки и приспособления (10, 11) для подачи воздуха к распределенной шоколадной массе. Кроме того, устройство содержит приспособления (2, 8, 9) для воздействия на указанную шоколадную массу высокими сдвигающими напряжениями до ее распределения, при этом приспособления (2, 8, 9) образованы радиально направленными стержнями (9) на приводном валу (2) указанных дисков и колец (8), направленными радиально к указанному приводному валу (2) и расположенными в корпусе (1), размещенном концентрически к указанному приводному валу (2).

Устройство согласно патентному документу ЕР 294876 имеется в продаже под названием Та§1еСйаидег™. Устройство Тайе-Сйаидег™ является альтернативой традиционным конш-машинам, т.е. оно обеспечивает насыщение воздухом, в результате чего удаляются летучие органические кислоты и удаляется влага, а также перемешивается обработанная масса. Как упоминалось, оно совмещает приспособление для генерирования сдвигающих напряжений, при этом приспособление содержит радиальные стержни на вертикальном вращающемся валу и испарительный диск. Горячий сухой воздух и шоколад или какао тертое интенсивно соприкасаются друг с другом, вызывая извлечение влаги, летучих органических кислот и неприятных запахов из смеси. Устройство для генерирования сдвигающих напряжений уменьшает вязкость смеси, таким образом, увеличивается эффективность испарительного диска.

Патентный документ ЕР 0799574 относится к способу обработки, при котором какао-масса непрерывно рафинируется. Масса подвергается как термической обработке, так и обработке по удалению воздуха в тонкопленочном реакторе. Отличительной особенностью является повышение до температуры стерилизации исключительно посредством подаваемого извне тепла, переданного сквозь стенку блока стерилизации. Масса непрерывно соскабливается с внутренних поверхностей нагретых стенок при помощи медленно перемещающегося скребка. Она медленно перемешивается перпендикулярно продольной оси оболочки. После выгрузки и сброса давления какао-массу перемещают для тонкопленочного рафинирования.

Другой хорошо известный способ конширования шоколада предусматривает валковую установку для рафинирования и (ниже по потоку) традиционную конш-машину. Этим способом производится шоколад с хорошим сенсорным профилем, обусловленным множеством параметров, таких как характеристики таяния, сладость, кислотность, горечь, кремообразная текстура, вкус какао и их соотношение. Однако обычно этот способ очень продолжителен по времени (до 48 ч для черного шоколада) и является очень энергозатратным.

Целью настоящего изобретения является обеспечение системы и способа обработки пищевой массы, в частности какаосодержащей массы, такой как шоколад, какао тертое или какао-масса, которые при относительно малой продолжительности по времени и относительно низких энергозатратах приводят к получению продукта, т.е. шоколада, обладающего одним или несколькими улучшенными сенсорными параметрами, т.е. улучшенной кремообразной текстурой, и/или относительно низкой вязкостью, и/или относительно хорошим выходом продукта.

В связи с этим устройство в соответствии с настоящим изобретением характеризуется наличием тонкопленочного испарителя для дополнительной обработки пищевой массы, выгружаемой из устройства для генерирования сдвигающих напряжений.

Сочетание устройства для генерирования сдвигающих напряжений, в частности, преобразователя вкуса, и тонкопленочного испарителя было предложено для обеспечения относительно короткой про

- 1 032319 должительности обработки и относительно низких энергозатрат, выхода продукта, в частности шоколада, с улучшенной кремообразной текстурой и/или относительно низкой вязкостью.

В варианте осуществления устройство для генерирования сдвигающих напряжений и тонкопленочный испаритель объединены в одном устройстве, при этом устройство для генерирования сдвигающих напряжений преимущественно располагается над тонкопленочным испарителем, преимущественно на его верхней части. Это обеспечивает компактную конструкцию и прямое гидравлическое соединение между выходом преобразователя вкуса и входом тонкопленочного испарителя.

В другом варианте осуществления система содержит увлажнитель перед входом газа в устройстве для генерирования сдвигающих напряжений. Увлажнение газа было предложено для снижения вязкости пищевой массы в устройстве для генерирования сдвигающих напряжений, дальнейшего улучшения распределения пищевой массы и испарения летучих компонентов.

В особенно эффективном устройстве для генерирования сдвигающих напряжений приспособление для воздействия на пищевую массу высокими сдвигающими напряжениями содержит по меньшей мере один ротор, преимущественно установленный на вращающемся валу или образующий его часть, и по меньшей мере один соответствующий статор. По меньшей мере один статор проходит в осевом направлении над и/или под ротором, а зазор между ротором и статором преимущественно составляет менее 6 мм, преимущественно менее 4 мм, преимущественно менее 3 мм. В варианте осуществления скорость вращения наружной окружности ротора, т.е. концов стержней, образующих ротор, составляет по меньшей мере 8 м/с, преимущественно по меньшей мере 12 м/с относительно статора.

В другом варианте осуществления тонкопленочный испаритель содержит вращательносимметричную, т.е., по сути, цилиндрическую или коническую, внутреннюю стенку для транспортировки пленки пищевой массы, приспособление для нагрева внутренней стенки и, таким образом, этой пленки, а также ряд форсунок для направления (дополнительного) газа, также обычно горячего воздуха, к внутренней стенке, установленных, преимущественно с возможностью вращения, в пределах этой стенки.

В дополнительном варианте осуществления испаритель содержит барабан, установленный с возможностью вращения в пределах внутренней стенки и оснащенный проемами, т.е. рядом или спиралью отверстий или щелей, образующих форсунки. Такое расположение способствует относительно простому изготовлению и относительно эффективному извлечению летучих компонентов и влаги из пищевой массы.

В другом варианте осуществления тонкопленочный испаритель ориентирован вертикально.

Для дополнительного обеспечения компактной конструкции и равномерного распределения пищевой массы, выгружаемой из преобразователя вкуса и поступающей в тонкопленочный испаритель, в варианте осуществления центральные приводные валы преобразователя вкуса и тонкопленочного испарителя имеют общую ось.

В другом варианте осуществления система содержит шаровую мельницу перед преобразователем вкуса.

Настоящее изобретение также относится к способу конширования пищевой массы, включающему следующие этапы:

воздействие на пищевую массу высокими сдвигающими напряжениями, распределение пищевой массы с образованием пленки и/или аэрозоля, подача газа, обычно горячего воздуха, к распределенной пищевой массе и последующая загрузка пищевой массы в тонкопленочный испаритель.

В варианте осуществления газ увлажняют, преимущественно по меньшей мере до 80% относительной влажности при 20°С, перед его подачей к распределенной пищевой массе.

В дополнительном варианте осуществления пищевая масса протекает, по сути, вертикально через тонкопленочный испаритель.

В другом варианте осуществления газ подается к тонкопленочному испарителю, и при этом пищевая масса и газ протекают в противоположных направлениях (противоток).

В рамках настоящего изобретения термин тонкопленочный испаритель включает пленочные и трубчатые пленочные испарители, а также испарители с падающей пленкой.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением также можно использовать для обработки других текучих веществ, т.е. для уменьшения вязкости и/или извлечения летучих компонентов. Примеры включают растительные масла и пасты, например кунжутную пасту.

Настоящее изобретение будет объяснено более подробно со ссылками на фигуры, на которых схематично показан вариант осуществления согласно настоящему изобретению.

На фиг. 1 представлена схема технологического процесса установки для производства шоколада.

На фиг. 2 представлено поперечное сечение объединенных преобразователя вкуса и тонкопленочного испарителя в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 1 представлена установка 1 для производства шоколада, содержащая весы 2 для приготовления рецептов из различных ингредиентов шоколада, смеситель 3, две вертикальные шаровые мельницы 4, 5, причем первая (выше по потоку) мельница 4 имеет измельчительные элементы большего диа

- 2 032319 метра, чем вторая (ниже по потоку) мельница 5, блок 6 для квитирования и необязательно перемешивающую емкость 7 для хранения, с общеизвестными трубопроводом 8, насосами 9 и клапанами 10, функционально соединяющими устройства 2-7.

Шаровые мельницы 4, 5 предусмотрены с установленной ниже по потоку промежуточной емкостью 11 и необязательно сетчатым фильтром 12.

Блок 6 для квитирования, представленный более подробно на фиг. 2, содержит преобразователь 14 вкуса, установленный на верхней части тонкопленочного испарителя 15.

Преобразователь 14 вкуса, в свою очередь, содержит корпус 16, центральный вал 17, установленный с возможностью вращения в корпусе 16, и электродвигатель 18, установленный на верхней части корпуса 16 для приведения в движение вала 17. Ряд, т.е. пять, роторов 19 (изображены на выноске на фиг. 2) установлен на вал 17, т.е. прикреплены шпонками к нему, а ряд, т.е. четыре, статоров 20 помещен в корпус 16 и прикреплен болтами к нему, при этом чередуются с роторами 19. Роторы содержат, например, четыре спицы, тогда как статоры содержат проемы, соответствующие количеству и форме спиц роторов. Преимущественно расстояние между роторами и статорами находится в диапазоне 0,5-6 мм, например 2 мм. Диск 21, содержащий лопатки 22 для распределения и ускорения шоколадной массы, прикреплен к нижнему концу вала 17.

Зачастую преимущественной является установка роторов и статоров с возможностью замены, соответственно, на валу и в корпусе, что, таким образом, облегчает сборку и техническое обслуживание преобразователя вкуса, а также предоставляет возможность адаптировать преобразователь вкуса под различные рецепты, если это необходимо.

Преобразователь 14 вкуса дополнительно содержит первый вход 23 для подачи шоколадной массы к роторам 5 (область сдвиговых напряжений), второй вход 24, а также кольцеобразный распределительный канал 25 и форсунки 26 для подачи газа, обычно горячего воздуха, к шоколадной массе на диске 21. Нижняя сторона корпуса 16 является открытой, образующей широкий выход 27, и содержит фланец 28, при помощи которого преобразователь 14 вкуса устанавливается на верхнюю часть тонкопленочного испарителя 15, например, прикреплен болтами к ней.

Дополнительные подходящие варианты осуществления электродвигателя, вала, входов, диска, выходов и фланца известны из существующих преобразователей вкуса и из преобразователей вкуса, описанных в документах ЕР 294876 и СВ 1251044.

Тонкопленочный испаритель 15 содержит вертикальный цилиндрический сосуд 30 с двойными стенками, в котором предусмотрена нагреваемая внутренняя стенка 31 для транспортировки шоколадной массы, а также барабан 32, установленный на полый центральный вал 33 в пределах внутренней стенки. Барабан оснащен одной или несколькими рейками (не показаны), простирающимися по высоте барабана и служащими в качестве скребков для образования тонкой пленки, например, имеющей толщину в диапазоне 0,5-1,5 мм, из шоколадной массы на внутренней стенке сосуда. Дополнительно в барабане предусмотрены ряды или спирали отверстий 34 или щелей, образующих форсунки. В альтернативном варианте осуществления (не показано) форсунки установлены на скребках или прикреплены к ним, преимущественно на малом расстоянии, например, в диапазоне 1-10 мм, от наружного конца скребков. В таком варианте осуществления подходящим является меньший барабан или канал.

В целом является преимущественным то, что форсунки проходят под наклоном относительно радиусов барабана, так что газ выпрыскивается из форсунок в направлении, имеющем одновременно радиальную и тангенциальную составляющие. Такое расположение способствует однородному распределению шоколадной массы по внутренней стенке тонкопленочного испарителя и улучшает извлечение летучих компонентов, а также влаги из тонкой пленки.

Центральный вал 33 установлен с возможностью вращения в сосуд и соединен с электродвигателем 35, установленным на верхней части испарителя 15. Испаритель дополнительно содержит нижнюю воронку 36, оснащенную выходом 37 для шоколадной массы, а также верхнюю воронку 38, на которую опирается преобразователь 14 вкуса и которая оснащена выходом 39 для (отпарного) газа, как более подробно будет объяснено ниже. Коническая перегородка 40 закреплена на валу 33, так что перегородка и верхняя часть воронки совместно образуют кольцеобразный вход для цилиндрического сосуда 30.

В общем, преимущественным является то, что двойная стенка простирается, по меньшей мере, от положения по оси (по высоте), соответствующего верхней части барабана, вплоть до нижней части барабана. В этом примере двойная стенка также простирается по воронке и по выходу для шоколадной массы. Двойная стенка содержит входы и выходы 41, 42 для циркуляции нагревающей среды, например, воды или масла.

В процессе ингредиенты, такие как какао-масса (также называемая какао-тертым), какао-масло, сахар, сухое молоко, лецитин и/или ванилин, обычно имеющие общее содержание жира, например, по меньшей мере 26 вес.%, обычно по меньшей мере 30 вес.%, взвешивают и загружают в мешалку. Когда ингредиенты перемешаны должным образом, смесь подается под давлением к первой шаровой мельнице, а затем ко второй шаровой мельнице, таким образом, масса измельчается до необходимого гранулометрического состава.

В варианте осуществления смесь последовательно загружают в преобразователь вкуса, который

- 3 032319 обычно работает на скорости вращения в диапазоне 1000-16000 об/мин в зависимости, по меньшей мере, от размера преобразователя вкуса, в частности, диаметра роторов. В другом варианте осуществления круговая скорость диска находится в диапазоне 30-90 м/с, преимущественно в диапазоне 50-70 м/с.

Далее воздух, имеющий температуру, например, 20°С, изолируется от окружающей среды, отфильтровывается, увлажняется до относительной влажности 100%, нагревается до температуры до 100°С, например 60 или 80°С, и подается в преобразователь вкуса через его вход.

Смесь, выходя из преобразователя вкуса, протекает непосредственно в тонкопленочный испаритель и через верхнюю часть воронки на внутреннюю стенку испарителя, где смесь равномерно распределяется по внутренней стенке при помощи скребков.

В варианте осуществления внутренняя стенка испарителя нагревается за счет воды, имеющей температуру от 60 до 80°С. Далее воздух, имеющий температуру 20°С и относительную влажность 60%, изолируется от окружающей среды, фильтруется, нагревается до температуры от 60 до 125°С, преимущественно от 60 до 80°С, подается в барабан через полый вал, а затем выпрыскивается через форсунки к пленке шоколадной массы на внутренней стенке. Таким образом, летучие компоненты, в частности, кислоты и влага, испаряются из массы и отводятся из испарителя через выход в его верхней части.

В варианте осуществления значения температуры и скорости потока воды и воздуха, подаваемых в испаритель, выбирают для регулировки температуры шоколадной массы на внутренней стенке до температуры вплоть до 65°С, например 55°С, для молочного шоколада или до температуры вплоть до 85°С, например 85°С, для черного шоколада. Барабан эксплуатируется при скорости вращения обычно в диапазоне 30-400 об/мин, преимущественно в диапазоне 50-350 об/мин, преимущественно в диапазоне 100300 об/мин, например при 250 об/мин. В варианте осуществления скорость по окружности находится в диапазоне 1,5-4,5 м/с, преимущественно в диапазоне 2,5-3 м/с.

При традиционной конструкции, содержащей пять рафинирующих валков и конш-машину, продолжительность обработки обычно находится в диапазоне от 4 часов для молочного шоколада и до 48 ч для черного шоколада. Напротив, при сочетании шаровой мельницы, преобразователя вкуса и тонкопленочного испарителя время обработки находится в диапазоне, например, 1-2 ч, обеспечивая значительную экономию в том, что касается потребления энергии и других производственных расходов. Кроме того, кремообразная текстура и вязкость шоколада аналогичны этим характеристикам шоколада, полученного при помощи традиционной конструкции.

Настоящее изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами осуществления, которые могут изменяться различными способами в пределах объема формулы изобретения. Например, тонкопленочный испаритель может использоваться для стерилизации, например, какао тертого, в частности, за счет (локального) повышения температуры массы, например, до 150°С.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Система (1) для конширования пищевой массы, в частности какаосодержащей массы, такой как шоколад, какао тертое или какао-масса, содержащая устройство (14) для генерирования сдвигающих напряжений, в свою очередь, содержащее корпус (16), вал (17), установленный с возможностью вращения в корпусе (16), приспособления (19, 20) для воздействия на пищевую массу высокими сдвигающими напряжениями, приспособления (21, 22) для распределения пищевой массы после воздействия на нее высоких сдвигающих напряжений и вход (24, 25) для подачи газа к распределенной пищевой массе, отличающаяся тем, что содержит тонкопленочный испаритель (15) для дополнительной обработки пищевой массы, выходящей из устройства (14) для генерирования сдвигающих напряжений.
2. Система (1) по п.1, отличающаяся тем, что устройство (14) для генерирования сдвигающих напряжений и тонкопленочный испаритель (15) объединены в одном устройстве.
3. Система (1) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что устройство (14) для генерирования сдвигающих напряжений расположено над тонкопленочным испарителем (15), преимущественно на его верхней части.
4. Система (1) по любому из предыдущих пунктов, содержащая увлажнитель перед входом (24) газа в устройстве (14) для генерирования сдвигающих напряжений.
5. Система (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что приспособления (19, 20) для воздействия на пищевую массу высокими сдвигающими напряжениями содержат по меньшей мере один ротор (19) и по меньшей мере один соответствующий статор (20), при этом в осевом направлении по меньшей мере один статор (20) проходит над и/или под ротором (19) и при этом зазор между ротором (19) и статором (20) преимущественно составляет менее 6 мм, преимущественно менее 4 мм, преимущественно менее 3 мм.
6. Система (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что тонкопленочный испаритель (15) содержит вращательно-симметричную внутреннюю стенку (31) для транспортировки пленки пищевой массы, приспособление для нагрева внутренней стенки и ряд форсунок (34) для направления газа к внутренней стенке (31), установленных, преимущественно с возможностью вращения, в пределах этой стенки (31).

- 4 032319
7. Система (1) по п.6, содержащая барабан (32), установленный с возможностью вращения в пределах внутренней стенки (31) и оснащенный проемами, образующими форсунки (34).
8. Система (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что тонкопленочный испаритель (15) ориентирован вертикально.
9. Система (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что центральные приводные валы устройства (14) для генерирования сдвигающих напряжений и тонкопленочный испаритель (15) имеют общую ось.
10. Система (1) по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что содержит шаровую мельницу (4, 5) перед устройством (14) для генерирования сдвигающих напряжений.
11. Способ обработки текучего вещества, в частности конширования пищевой массы, включающий следующие этапы:

воздействие на пищевую массу высокими сдвигающими напряжениями, распределение пищевой массы с образованием пленки и/или аэрозоля, подача газа, обычно горячего воздуха, к распределенной пищевой массе и последующая загрузка пищевой массы в тонкопленочный испаритель (15).
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что газ увлажняют, преимущественно по меньшей мере до 80% относительной влажности при 20°С, перед его подачей к распределенной пищевой массе.
13. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что пищевая масса протекает, по сути, вертикально через тонкопленочный испаритель (15).
14. Способ по любому из пп.11-13, отличающийся тем, что газ подают к тонкопленочному испарителю (15), и при этом пищевая масса и газ протекают в противоположных направлениях.
15. Способ по любому из пп.11-14, отличающийся тем, что пищевая масса находится в жидком состоянии, по меньшей мере, в течение осуществления указанных этапов.