ITMI20072002A1 - Macchina e procedimento per la tostatura di grani alimentari - Google Patents
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Description
Descrizione di una domanda di brevetto per invenzione industriale
La presente invenzione si riferisce ad una macchina e ad un procedimento per la tostatura di grani alimentari, ad esempio per la tostatura di caffè, orzo, cacao, arachidi, ecc.
Come è noto un tostatrice tradizionale presenta una vasca di raffreddamento in cui i grani appena tostati sono raffreddati mediante una circolazione forzata di aria fresca prelevata dall'ambiente circostante.
Una tradizionale tostatrice presenta l’inconveniente che il raffreddamento del caffè nella vasca di raffreddamento non sempre è sufficientemente rapido da salvaguardare l’aroma del caffè, che come noto perde aroma quando interagisce ad alta temperatura con l’ossigeno dell’aria.
Come noto infatti le reazioni chimiche che distruggono l’aroma del caffè sono più attive quando la temperatura è più elevata. D’altra parte la ricchezza in ossigeno dell’aria rende l’interazione ancor più pericolosa.
Compito tecnico che si propone la presente invenzione è, pertanto, quello di realizzare una macchina e un procedimento per la tostatura di grani alimentari che consentano di eliminare gli inconvenienti tecnici lamentati della tecnica nota.
Nell’ambito di questo compito tecnico uno scopo dell’ invenzione è quello di realizzare una macchina e un procedimento per la tostatura di grani alimentari che mantengano intatte le proprietà organolettiche dei grani al termine delia tostatura.
Il compito tecnico, nonché questi ed altri scopi, secondo la presente invenzione vengono raggiunti realizzando una mcchina e un procedimento per la tostatura di grani alimentari conformi alle rivendicazioni indipendenti di seguito riportate.
Altre caratteristiche della presente invenzione sono definite, inoltre, nelle rivendicazioni successive.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva della macchine procedimento di tostatura secondo il trovato, illustrati a titolo indicativo e non limitativo nel disegno allegato, in cui:
la figura 1 mostra uno schema di una macchina tostatice conforme all’invenzione.
La macchina di tostatura comprende una unità di tostatura, una unità di carico dei grani nella camera di tostatura, una unità di raffreddamento dei grani tostati, ed una unità di scarico dei grani tostati e raffreddati.
Secondo il procedimento di tostatura della presente invenzione, dopo la tostatura nell’unità di tostatura, i grani tostati sono trasferiti nella vasca 2 della unità di raffreddamento che viene alimentata con un flusso di un fluido di raffreddamento in cui è iniettato un agente liquido a bassa tensione di vapore saturo inteso ad assorbire dal flusso di fluido di raffreddamento almeno il calore latente atto alla propria vaporizzazione per l' abbattimento rapido della temperatura del flusso di fluido di raffreddamento.
Per ottimizzare il processo l’agente è iniettato in forma nebulizzata nel flusso di fluido raffreddamento.
L’agente è a base di un elemento o una molecola chimica inerte o di una loro miscela, ed in particolare non contiene ossigeno. Preferibilmente l’agente è a base di azoto molecolare.
Il fluido di raffreddamento è preferibilmente aria atmosferica. Vantaggiosamente almeno parte della miscela costituita dal fluido di raffreddamento e dall’agente vaporizzato è fatta ricircolare attraverso la vasca di raffreddamento 2 dell’unità di raffreddamento.
Alla parte ricircolata di tale miscela è ulteriormente addizionato a monte della vasca di raffreddamento 2 un quantitativo di reintegro del fluido di raffreddamento e dell’agente nella sua forma liquida in proporzione stabilita.
Più precisamente, nel caso in cui il fluido di raffreddamento è aria atmosferica e l’agente è azoto molecolare, la parte della miscela gassosa fuoriuscente dalla vasca di raffreddamento che viene scaricata in atmosfera viene rimpiazzata da un quantitativo di aria atmosferica e/o un quantitativo di azoto molecolare in forma liquida in una proporzione stabilita, e la nuova miscela così ottenuta è fatta ricircolare nella vasca di
il raffreddamento dei grani tostati.
Le gocce dell’agente nebulizzato, al contatto con il fluido di raffreddamento passano in fase gassosa, assorbendo calore dal fluido di raffreddamento (calore latente di vaporizzazione). A sua volta, l’agente vaporizzato si mescola con il fluido dì raffreddamento assumendo la stessa temperatura del fluido di raffreddamento, riscaldandosi e sottraendo calore al fluido di raffreddamento.
La conseguenza di questo fenomeno di scambio termico è che la temperatura del fluido di raffreddamento sui grani tostati presenti nella vasca di raffreddamento 2 è sensibilmente inferiore a quella dell'aria ambiente che di norma viene utilizzata per formare il fluido di raffreddamento. L’abbattimento di temperatura del fluido di raffreddamento è di tanto quanto maggiore è la portata dell’agente iniettata.
Grazie al calore latente di vaporizzazione ed alla temperatura estremamente bassa del vapore in equilibrio con il liquido, una portata di agente in forma liquida abbastanza modesta è in grado di diminuire drasticamente la temperatura del fluido di raffreddamento, abbattendo in modo significativo il tempo dì raffreddamento dei grani alimentari.
Inoltre, in questo modo il raffreddamento è realizzato non da aria pura a temperatura atmosferica bensì da una miscela a base di aria avente una concentrazione di ossigeno inferiore a quella dell’aria pura grazie alla presenza nella miscela dell’agente inerte privo di ossigeno. Questa circostanza contribuisce vantaggiosamente a rallentare le reazioni chimiche che disperdono gli aromi, migliorando ulteriormente la qualità del prodotto tostato.
L’unità di carico comprende un ciclone di carico 3 in cui i grani entrano in sospensione in un flusso di aria di trasporto che fuoriesce dal ciclone dopo aver deposito i grani.
Una apposita valvola a farfalla 4, apribile quando richiesto dal ciclo, mette in comunicazione il ciclone di carico 3 con la la condotta 6 di scarico dei fumi della camera di tostatura 5 dell’unità di tostatura.
AH’interno della camera di tostatura 5 è presente un cestello di tostatura 8 rotante azionabile da un motoriduttore 9.
Il cestello di tostatura 8 è mantenuto in rotazione per tutto il ciclo di tostatura, per mantenere i grani opportunamente mescolati e farli interagire con l’aria calda di processo, fino al raggiungimento del grado di tostatura desiderato.
L’aria calda di tostatura all’interno della camera di tostatura 5 viene fatta circolare da un apposito ventilatore motorizzato 10 presente in una camera di aspirazione 11 dell’aria calda di tostatura. Questo ventilatore 10 aspira aria calda proveniente dalla camera di tostatura 5, dove si raggiungono 270°-300°C, ed è dimensionato di conseguenza. Il ventilatore 10, oltre ad estrarre dal circuito dell’aria calda di tostatura la pellicola che si distacca dai grani tostati, assicura anche la funzione di ricircolo dell’aria calda di tostatura in ciclo chiuso. All’upo è presente lungo un circuito dell’ aria calda di tostatura che prevede un ciclone 12 detto pellicoliere, la cui funzione è di separare dall’aria calda di tostatura le pellicole dei grani tostati, caffè che si distaccano nel corso della tostatura. Parte dell’aria calda di tostatura viene ricircolata nel processo e parte viene scaricata all’esterno attaverso un apposito camino 13. La proporzione tra aria calda di tostatura recuperata e scaricata e quindi l’entità del recupero di calore è regolabile tramite valvole motorizzate proporzionali 14 e 15 presenti lungo il circuito di ricircolo dell’ aria calda di tostatura.
La parte di aria calda di tostatura che arriva dal ventilatore 10 e che viene espulsa in atmosfera è trattata in una camera bruciafumi 18 ed in un catalizzatore 19 per abbattere le polveri ed i fumi di tostatura in essa contenuti.
L’aria calda di tostatura è generata da un bruciatore 16 presente in una camera di combustione 17 posta a monte della camera di tostatura 5.
L’aria calda di tostatura all’interno della camera di tostatura 5 ha un percorso che si avviluppa attorno al cestello di tostatura 8 per essere poi evacuata attraverso il centro del cestello di tostatura 8 che viene attraversato parallelamente al suo asse di rotazione. Il bruciatore 16 provvede a riscaldare l’aria da inviare alla camera di tostatura 5, attraverso la combustione di gas o di altro combustibile. Adeguate sonde di temperatura e di pressione (non mostrati) ne controllano il funzionamento: un pressostato controlla la pressione all’interno del bruciatore 16 (distacco della fiamma) e una sonda di temperatura controlla la temperatura nella camera di combustione 17.
La temperatura della camera di tostatura 5 è controllata da una pluralità di sonde (non mostrate), di cui una misura la temperatura dell’aria calda di tostatura prima che entri a contatto con i grani, una misura la temperatura dei grani, e una misura la temperatura dell’aria calda di tostatura dopo che è entrata a contatto con i grani.
La camera di tostatura 5 è dotata di una porta apribile su comando per l’accesso ad un convogliatore 20 atto al convogliamento dei grani tostati verso l’unità di raffreddamento per il raffreddamento immediatamente dopo la tostatura. I grani tostati fuoriescono attraverso il convogliatore 20 per gravità e per l’azione delle pale di un agitatore (non mostrato) dei grani presente nel cestello di tostatura 8.
L’unità di raffreddamento dei grani tostati comprende la vasca di raffreddamento 2, un ventilatore 21 per la circolazione del fluido di raffreddamento, una linea 22 di alimentazione del fluido di raffreddamento alla vasca di raffreddamento 2, compresa tra la mandata del ventilatore 21 e l’ingresso della vasca di raffreddamento 2, ed una linea 23 di ricircolo del fluido di raffreddamento, compresa tra l’uscita della vasca di raffreddamento 2 e l’aspirazione del ventilatore 21 a cui è collegata tramite una valvola 35.
Alla linea di alimentazione 22 è collegata, tramite una valvola 24, una linea 25 di iniezione di aria atmosferica, oltre ad una linea 26 di iniezione dell’agente refrigerante munita di nebulizzatore.
Preferibilmente è presente un ventilatore ausiliario 27 in ingresso alla vasca di raffreddamento 2.
Lungo la linea di alimentazione 22 è presente inoltre un ciclone di separazione 28 in cui dal fluido di raffreddamento proveniente dalla vasca di raffreddamento 2 vengono separate le polveri residue, ed una valvola 29 che divide il flusso del fluido di raffreddamento proveniente dal ciclone di separazione 28 in una parte da scaricare attraverso un camino ed una parte da riportare alla vasca di raffreddamento 2.
L’unità di scarico comprende una spi etra tri ce 30 (un ciclone che elimina eventuali pietre o pezzi metallici presenti nei grani tostati, per evitare danni ai mulini di macinatura) collegata alla vasca di raffreddamento 2 attraverso un condotto di collegamento 31 munito di valvola di apertura 32 apribile alla fine del ciclo di raffreddamento.
La spietatrice 30 ha una linea 33 di ritorno del fluido di raffreddamento collegata tramite una valvola 34 alla aspirazione del ventilatore 21.
La macchina 1 presenta preferibilmente anche un sistema anti incendio e raffreddamento di tipo noto per la camera di tosta 5 e la vasca di raffreddamento 2.
Tale sistema è costituito da una linea di acqua in pressione 36 che può essere iniettata nella vasca di raffreddamento 2 e/o nella camera di tostatura 5 per spegnere grani o pellicole che abbiamo preso fuoco, per raffreddare rapidamente l' aria calda di tostatura e per lucidare i grani ed aumentarne il peso.
Analogamente un sistema anti incendio di tipo noto è previsto per il pellicoliere 12.
La valvola 35 controlla lo scarico dei grani dalla vasca di raffreddamento 2 alla spietratrice 30.
Quando è attiva la funzione di raffreddamento la valvola 34 è chiusa e la valvola 35 è aperta ed il fluido di raffreddamento mosso dal ventilatore 21 (e dal ventilatore ausiliario 27) fluisce lungo la linea di alimentazione 22, entra nella vasca di raffreddamento 2 da cui fuoriesce immettendosi nel circuito di ricircolo 23. La funzione del ventilatore 21 (e del ventilatore ausiliario 27) è pertanto quella di far circolare il fluido di raffreddamento attraverso la vasca di raffreddamento 2.
Quando invece è attiva la funzione di scarico dei grani la valvola 34 è aperta e la valvola 35 è chiusa ed il fluido di raffreddamento fluisce lungo la linea di alimentazione 22, entra nella vasca di raffreddamento 2 da cui fuoriesce immettendosi nel condotto 31 per indirizzarsi verso la spietratrice 30 da cui fuoriesce immettendosi nella linea di ritorno 33 per essere riportata alla aspirazione del ventilatore 2 1 attraverso la valvola 34. La funzione del ventilatore 21 (e del ventilatore ausiliario 27) è pertanto quella di far circolare il fluido di raffreddamento utilizzandolo come vettore di trasferimento dei grani tostati raffreddati dalla vasca di raffreddamento 2 alla spietratrice 30. Come si è detto in sede di descrizione, il rapido raffreddamento dei grani nella vasca di raffreddamento 2 costituisce un requisito essenziale, per salvaguardare l’aroma dei grani che perdono aroma quando interagiscono ad alta temperatura con l’ossigeno dell’aria.
L’iniezione a monte della vasca di raffreddamento di un agente liquido a bassa tensione di vapore sotto forma di nebulizzato nel fluido di raffreddamento consente di assorbire dal fluido di raffreddamento il calore latente per la propria vaporizzazione e per di più si mescola con il fluido di raffreddamento assorbendo ulteriore calore per portarsi in equilibrio termico con esso.
La conseguenza di questo fenomeno di scambio termico è che la temperatura del fluido di raffreddamento si abbatte tanto più e tanto più rapidamente proporzionalmente alla percentuale di agente refrigerante presente nella miscela.
Inoltre, essendo la miscela che esegue il raffreddamento sempre meno ricca in ossigeno rispetto alla normale percentuale di ossigeno contenuto nell’aria, vengono rallentate le reazioni chimiche che disperdono gli aromi, migliorando ulteriormente la qualità del prodotto.
Sempre per diminuire progressivamente la presenza di ossigeno nel fluido di raffreddamento la miscela fuoriuscente dalla vasca di raffreddamento è fatta ricircolare per essere additivata con un ulteriore quantitativo di agente refrigerante prima del successivo ingresso nella vasca di raffreddamento.
Il procedimento e la macchina per la tostatura di grani alimentari così concepiti sono suscettibili di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.
In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze e dello stato della tecnica.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la tostatura di grani alimentari, caratterizzato dal fatto di tostare i grani in una unità di tostatura e successivamente trasferirli in una unità di raffreddamento che viene alimentata con un flusso di un fluido di raffreddamento in cui, prima dell'interazione con i grani, è iniettato un agente liquido a bassa tensione di vapore saturo inteso ad assorbire da detto flusso di fluido di raffreddamento almeno il calore latente atto alla propria vaporizzazione per l’abbattimento rapido della temperatura di detto flusso di fluido di raffreddamento. Procedimento per la tostatura di grani alimentari secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto agente liquido è iniettato in forma nebulizzata in detto flusso di fluido raffreddamento. 3. Procedimento per la tostatura di grani alimentari secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto agente liquido è a base di un elemento o una molecola chimica inerte o di una loro miscela. 4. Procedimento per la tostatura di grani alimentari secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto agente liquido non contiene ossigeno. 5. Procedimento per la tostatura di grani alimentari secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto agente liquido è a base di azoto. 6. Procedimento per la tostatura di grani alimentari secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto fluido di raffreddamento è aria atmosferica. 7. Procedimento per la tostatura di grani alimentari secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno parte della miscela di detto fluido di raffreddamento con detto agente vaporizzato è fatta ricircolare per interagire nuovamente con detti grani alimentari. 8. Procedimento per la tostatura di grani alimentari secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che alla parte ricircolata di detta miscela è ulteriormente addizionato, prima dell’interazione con detti grani, un quantitativo di reintegro di detto fluido di raffreddamento e di detto agente liquido in proporzione stabilita. 9. Macchina tostatrice per la tostatura di grani alimentari, del tipo avente una unità di tostatura ed una unità per il raffreddamento dei grani tostati a sua volta comprendente una vasca di raffreddamento ed una linea di alimentazione di un fluido di raffreddamento a detta vasca di raffreddamento, caratterizzata dal fatto di presentare una linea di iniezione in detta linea di alimentazione di un agente liquido a bassa tensione di vapore saturo inteso ad assorbire da detto flusso di fluido di raffreddamento almeno il calore latente atto alla propria vaporizzazione per l’abbattimento rapido delia temperatura di detto flusso di fluido di raffreddamento. 10. Macchina per la tostatura di grani alimentari secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta linea di iniezione comprende un nebulizzatore per l'iniezione di detto agente in forma nebulizzata in detto flusso di fluido raffreddamento. 11 , Macchina per la tostatura di grani alimentari secondo una o più rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto dì presentare una linea di ricircolo per ricircolare attraverso detta vasca di raffreddamento almeno parte della miscela gassosa fuoriuscente da detta vasca di raffreddamento. 12. Procedimento e macchina per la tostatura di grani alimentari come descritto e rivendicato.
Priority Applications (4)
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