JP7015317B2 - 自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム及びその対応する方法 - Google Patents

自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム及びその対応する方法 Download PDF

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Description

本発明は、自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム(self-optimizing, adaptive industrial chocolate production system)に関する。特に、本発明は、少なくとも、投与手段(dosing means)と、1以上(1つ又はそれよりも多く)のミキサ(mixers)と、1以上(1つ又はそれよりも多く)のレファイナ(refiners)と、1以上(1つ又はそれよりも多く)のコンチェ(conches)と、液化テンパリング手段(liquefying and tempering means)とを備える、チョコレート塊加工ライン(chocolate mass processing line)の適応性プロセス最適化に関する。
多くの工業プロセスは、様々な動作条件の下で機能し、動作パラメータ、動作条件、様々な入力材料、中間生成物及び最終生成物の固有の機械間依存性を示す。これは、一般的に、工業プロセス制御システムとも呼ばれる、適切な制御システム、監視システム、及び相互作用する操縦デバイス(ステアリングデバイス)の設計の問題を提示する。関連する又は関連しない動作条件の変化は、多くのプロセスにおいて複雑であり、パラメータ値パターン及び/又は測定制御パラメータパターンの複雑な進化を示す。効果的には、現在産業で動作している従来の制御システム及び先進的な制御システムの両方が、固定パラメータを組み込んで設計されている。これらのパラメータは、特定の動作条件を満たすように調整されることができるが、これらの条件が変化すると、プロセスダイナミクスが変化し、制御システムの性能が劣化し、振動及び不安定性をもたらすことがある。従って、コントローラが、リアルタイムプロセスダイナミクス識別を実行する適応メカニズムと、動作条件又はプロセスダイナミクスが変化するときに制御性能の劣化を回避するコントローラパラメータ自己同調する調整とを含むことが望ましい。それは、プロセス変数の進化を所望の方法で予測し、誘導し、安定化させ、そして、動作の様々なプロセスドメインのためにコントローラ構成をカスタマイズして、時には最適化された適応性制御性能と呼ばれるものを得る。最適化された制御システムは、適切に境界付けられた制御信号を使用することによって、プロセス変数を所望の軌道に沿って駆動し、プロセスダイナミクス及び動作状況の変化、並びにノイズ及び摂動の存在にも拘わらず、それらの最適動作点においてリアルタイムのプロセス安定性を達成し且つ維持することができなければならない。
産業において、チョコレート塊は、脂肪(fat)又は脂肪含有材料(fat containing ingredients)(通常はカカオ脂(cocoa butter)及びリカー(liquor)、ときに乳脂肪及び粒子、通常は砂糖、カカオ固形物、ときには乾燥乳製品)から作られる。乳化剤は、しばしば連続脂肪相内の吸湿性粒子の流れを改善するために使用される。生産中、幾つかの事象、即ち、(i)粉砕による大きな粒子サイズの減少、(ii)流動中の粒子相互作用を減少させるために脂肪/乳化剤によって個々の粒子を覆うこと、(iii)水が吸湿性粒子上に望ましくない粘着性層を形成する故の、原料に含まれる水の除去、(iv)カカオ粒子に主として含まれ且つカカオ発酵中に発生する望ましくない揮発性のオフ風味(off-flavors)の除去、及び(v)風味(flavor)の発生が起こる。ステップ(iv)及び(v)は組み合わせられることができるので、それらは全ての生産ラインで区別可能でない。
より古いレファイナコンチェにおいて、全てのこれらのステップは、通常は同時に行われ、制御が難しかったが、より最近の技術の大部分は、磨砕(grinding)ステップを別々に行う。しかしながら、最終製品の特性に影響を与える異なる生産ステップにおける動作パラメータの相互依存性の故に、より最近の技術では、異なる生産装置で実施される区別されたステップは、最適化された最終製品及び生産サイクルを達成するために、取扱いが困難である。更に、チョコレート調製物を取り扱うことができるミルの種類はごく僅かである。なぜならば、それは最初は非常に粘着性の塊であり、それは、粒子の比表面積が増加するときに、粉砕中に粘着性の粉末に変質し得るからである。最も頻繁に使用される装置は、プレーンローラミル(レファイナ)及び撹拌ボールミルである。粉砕とは別に、コンチェ(conching)と呼ばれる長期の混連(kneading)プロセス内で、他の操作が行われることができる。非常に長いコンチェ時間が依然として推奨され、良好な品質と関連付けられるが、これらの装置は高い設備投資を必要とする。過去30年間に確立された主な進歩の1つは、カカオ風味処理(treatment)をコンチェから上流のカカオ加工(processing)に移したことである。薄膜蒸発器は、望ましくない揮発性物質及び水を除去するために開発された。これが他の場所で行われないならば、それらの装置は、カカオ液(カカオリカー)(cocoa liquor)を除菌する(debacterize)こともできる。現代のチョコレート加工において、チョコレート生産者は、彼らが高風味品質の前処理カカオ液を使用することを主張するならば、コンチング時間(conching times)を大幅に減少させることができる。未処理のカカオも依然として使用されるが、以前と同じように、それは余分の混連を必要とする。粉ミルクの前処理手順を開発することによって、乳チョコレートについても同様の原理に従う。例えば、脱脂粉乳を1%より下の水に乾燥させ、それを脂肪で被覆することができ、それは古典的な混連の代わりに非常に短い液化プロセスを行うことを可能にする。別の成分はクラムであり、クラムは、基本的には、砂糖、カカオ及びミルクの混合物であり、しばしば産業用チョコレートを作るために使われる。クラムは、ミルクを砂糖及びカカオ液と一緒に乾燥させることによって作られる。当初、これは牛乳の保存のために開発されたが、今日では、それは一部の国で好まれる特定のカラメル風味を作るために実施されている。下流の塊生産のために、他のチョコレートの種類と同じ技術を用いることができる。カカオ脂を別の脂肪に置き換えるならば、生産物は、チョコレートではなく、コンパウンド(compound)と呼ばれるのが普通である。技術的には、殆どのコンパウンドは、チョコレート塊に近く、それを作るために類似の機器及び生産ラインを用いることができる。最も大きな違いは、生産的なものというよりむしろ経済的なものである。なぜならば、非常に高価なカカオ脂は、比較的安価な代替脂肪に置き換えられるからである。
本発明について、チョコレート生産サイクルは長く、複雑であり、多くの異なる加工ステップを含み、各加工ステップは、大部分は最終製品の特性に関して互いに複雑な相互依存性を伴う様々な動作及び処理パラメータに影響されることを理解することは重要である。上述の複雑さは、チョコレート生産の一番最初に既に最初の原因を見出している。カカオは、湿度の高い熱帯地方に生育する樹木で、樹幹や枝に継続的に果実を生む。カカオの莢は、典型的には、手で収穫され、花芽や未成熟な莢を傷つけることなく、注意深く木から切り取られる。従って、チョコレート生産及び特性は、カカオ豆、それらがどのような生育するか、収穫されるか、抽出されるか、発酵されるか、乾燥されるかで既に始まっており、どのように包装されるかでさえ既に始まっている。発酵について、それらの周囲の果肉を含む豆は、莢から取り除かれ、積み重ね又はビン内に配置されて、微生物へのアクセスを可能にするので、ペクチン含有物質の発酵が開始することができる。酵母はエタノールを生成し、乳酸菌は乳酸を生成し、酢酸菌は酢酸を生成する。最大7日を要し得る発酵プロセスは、幾つかの風味前駆体を生成し、最終的には馴染みのチョコレートの味をもたらす。風味は発酵プロセスに強く依存するので、しばしば、幾つかの農家からのカカオ豆は、それらがチョコレート製造工場に到達するまで、地元の買い手、貿易業者、地元の購買ステーション、及び輸出業者によって収集され、混合される。しかしながら、異なる製品を混合すること(mixing)及び調合すること(blending)によってさえも、チョコレートの幾つかの特性は、サプライチェーンの一番最初に行われるプロセスに依然として強く依存する。ポリフェノールのようなフレーバー化合物や遊離アミノ酸及び還元糖のような風味前駆体は、カカオ生産者がカカオ莢を収穫した直後に行う発酵の間に形成される。チョコレート生産中に行われる焙炒(roasting)プロセス中に起こるマイラード反応(Maillard reaction)に基づいて、風味前駆体は、アルデヒドやピラジンのような風味化合物に変換される。これらの風味化合物は、完成したチョコレートの風味プロファイルに共同で責任を負う(例えば、de Brito, E.S., Garcia, N.H.P., Gallao, M.I., Cortelazzo, A.L., Fevereiro, P.S., & Barga, M.R.; Structural and chemical changes in cocoa (Theobroma cacao L) during fermentation, drying and roasting. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2001を参照)。カカオ豆の栽培、発酵、乾燥に関する農業慣行には有意な違いがあることはよく知られており、カカオ豆の質的特性の多くを規定している。例えば、農家、地域、国に依存して、カカオ豆を発酵させるために、異なる発酵方法が用いられることが知られており、カカオ豆の特性に強く影響を与えている。その結果、チョコレート製造業者は、しばしば、様々な農業慣行の故に、カカオ豆の非常に不均一なバッチを受け取る。これらの理由から、チョコレート製造業者は、主に原産国で証明されているカカオ豆の定性的パラメータについての大まかな以前の知識しか持っていない。次に、国又は供給者特有の依存を避けるために、チョコレートを生産するための加工パラメータは、殆どの場合にカカオの原産地のような単純な指標のみに基づいて、豆の調合の期待される特性に基づいて調整される。
チョコレートの生産と製品の品質には、特徴的な風味と製品の一貫性が鍵となる。しかしながら、プレミアムクラスのチョコレートは、良好な一貫性のある原料だけでなく、トータルなプロセス制御を必要とする。なぜならば、品質パラメータ及びチョコレート特性の多くは、最終製品のチョコレートに終わるカカオ豆の加工及び処理によっても決定されるからである。同じ完璧な品質を毎回再現するために、生産チェーンは、理想的なレシピシステムから、材料、レシピ、可塑性、原料、段間及び中間材料情報のような、重要なパラメータを提供し且つ制御することを可能にするシステムに基づいていなければならない。生産チェーンにおいて達成されるべき重要な目標は、とりわけ、正確で再現性のある品質、不良バッチに起因する最小の廃棄物、迅速且つ正確な操作、加工中の製品パラメータの完全な追跡可能性、例えば、成分の修正及び/又は加工ステップの適応(adaption)等を通じた、損失の防止である。従来技術において、生産チェーンのプロセスステップは、例えば、以下のステップを含む。(i)供給(feeding)及び洗浄(cleaning):トラック、大きなバッグ、ジュートバッグ、又は他の輸送手段からチョコレート加工システムにカカオ豆を自動又は半自動供給することを含む。例えば、特別な動作要件、建築条件、及び/又はライン容量要求に適するように仕立てられて実現されることができる、様々な供給ホッパー技術、輸送システム及び貯蔵サイロが存在する。供給の後に、カカオ豆を洗浄して異物を除去することが続く。このステップは、例えば、下流プロセスの損傷を防止する。洗浄プロセスについては、木粒子、クラスタ、ストリング、砂、及びカカオ豆からの塵のような、あらゆる異物を除去する、様々な多かれ少なかれ効率的な洗浄機が従来技術において存在する。例えば、洗浄は、ガラス、石及び他の重い材料の分離を含んでよく、それは、例えば、特殊なネッティングを備えた空気流動振動ふるいを使用して達成されることができる。出力される製品は、その比重量に従って分類されてよい。このために、カカオ豆は、バッチ計量システムを通じて供給されてよく、バッチ計量システムは、カカオ豆の量を測定し、完全なプロセスの容量を測定する。他の測定システムとのこれらの測定値の組み合わせは、リカー、粉末及び/又はバターについて、例えば、チョコレート加工システムのライン効率の均衡させ且つ最適化することを可能にする。(ii)除菌(debacterization)及び焙炒(roasting):カカオ豆の除菌は、風味に影響を与えずに、細菌数を減少させることを可能にする。カカオ豆を焙炒することは、風味や色を引き出す。水分の温度、時間、程度は、豆の種類及び意図される製品に合わせて調整されなければならない。良質のチョコレートを得るために、典型的には、カカオ豆全体が焙炒され、カカオ殻が適切に分離され、磨砕されて(grinded)、リカーになる。従来技術のロースターにおいて、豆は、重力によってロースターを通過させられて、指定された層に保持されてよく、各サイクルの間に、1つの小さなバッチが次のレベルにダンプされる(dumped)。熱風が各層を下から上に通過する。このようにして、各豆は、所定の量の熱風を受けることができ、更に、あらゆる豆が均等に焙炒されることを可能にする。適切な豆焙炒は、風味がニブ(nib)に保持されることを保証する。このプロセスにおいて、殻(shell)はニブを過剰焙炒から保護するのに役立ち、その後に除去されてよい。豆焙炒プロセスは、バターがニブから殻に移動するのを防止しなければならない。チョコレート加工において、豆焙炒は、典型的には、カカオの加工における重要な又は鍵となる部分の1つと考えらる。焙炒及び事前焙炒プロセスのための重要なパラメータは、任意の種類の豆タイプ及び原産地、自動化のレベル、エネルギ消費量、豆特性及び豆水分に対する調整性、過剰焙炒制御及び防止、エネルギ源(蒸気、油又はガス)の選択性、及び労働コスト/強度に対して調整可能である。(iii)選別(winnowing):典型的には、選別は、焙炒後に行われる。上記で議論したように、選別する前に、豆は、例えば、蒸気によって、除菌及び/又は滅菌されてよい。このために、カカオ豆は、ロースターからカカオ豆滅菌器に移されてよい。除菌及び/又は滅菌プロセスの重要な動作パラメータは、とりわけ、可能な圧力容器温度の程度、水分の摂取量及びエネルギ消費、殻の緩みの程度、例えば、グラム当たり500cfu未満等のバクテリア数、清浄なニブの汚染のリスクの程度、下流の選別における最適な殻分離のための殻の解放の程度、殻のみでの水分摂取のための低圧蒸気処理の能力及び適応性、並びに空化及び充填手順の速度等である。然る後、選別は、豆から殻を除去して、カカオニブのみを残すことを可能にする。選別プロセスの重要なパラメータは、とりわけ、(下流の磨砕機及び微粒化機の摩耗がより少ない)カカオの品質、豆処理の異なる段階における破壊のための周波数制御、例えば、<0.1の、殻内のニブ含有量の適応性、例えば、<1.0の、ニブ内の殻含有量の適応性、豆品質の適応性及び制御、並びにニブの細かさ(fineness)/サイズ制御(sizing)等である。ニブロースターユニットを使用するシステムのために、殻は、典型的には、先ず、選別機(winnower)によって除去されなければならず、選別機は、一般的には、カーネル(kernel)から殻を優しく緩める。選別後、アルカリ化が起こり得る。過去30年間に亘って、ニブアルカリ化は、最も一般的な方法であった。それは、風味、色、及びpHの影響に関して、依然として最も柔軟なシステムの1つである。しかしながら、特殊なアルカリ化システムは、非常に高い含水率を有するニブを処理することも可能である。重要なパラメータは、とりわけ、例えば、現在の最新のシステムでは35%までの、システムが依然としてニブを取り扱うことができる水分のレベル、例えば、8以上までの、達成可能なpH値、均一な風味開発(development)のためのニブの処理の均一性及びエネルギ消費等である。それらのシステムでは、アルカリ化システムにおける乾燥後、事前乾燥されたニブはロースターに供給されて、所望の色及び風味開発を行う。アルカリ化の後に、水分は蒸発させられて、排出されなければならない。この乾燥プロセスを高速化するために、真空システムを使用することができる。連続ニブ焙炒技術は、幾つかの利点を有する。ターニング層(turning layers)を使用するとき、全てのニブは均等に処理され、均一な風味開発が達成される。方法は、カカオとチョコレートの両方の生産において用いられることができる。低エネルギ消費の故に、それは柔軟な風味開発のための良好な焙炒方法である。典型的には、それは優れた最終製品の色を生成することも可能にする。高酸性及び非発酵性の豆は、より低い酸度の製品、及びカカオの風味が多い製品にアップグレードすることができる。追加的な利点は、あらゆる種類の豆タイプ及び原産地を加工するようにシステムを調整することができ、それが連続的な長期の生産に適していることである。排気は、低い焙炒温度の故に、より低い臭気濃度を有する。連続的なニブロースターは、ニブをリカー磨砕のための理想的な温度まで冷却する冷却区画を有する。(iv)磨砕(grinding):ニブは、2段階で、最適な流動特性を有するカカオ液(カカオ脂中に懸濁されたカカオ粒子)に磨砕されることがある。ビーズミル内で均一に分散されたエネルギ密度を達成しようとすると、非常に狭い粒径分布(particle size distribution)を有する塊(masses)を生成することができる。事前磨砕及び磨砕のための異なる方法及び技術が最新技術において知られている。磨砕のために、カカオニブは、例えば、供給スクリュー又は他の手段によって磨砕チャンバに供給されることができ、磨砕チャンバで、ナイフが、直ちに磨砕プロセスを開始する。これらのナイフは、典型的には、摩耗を減少させるのに役立つことがある特別に硬化された鋼で作られる。磨砕の基本原理は、当技術分野においてよく知られている。即ち、事前磨砕されたリカーは、1以上の段階で、ボールミルの磨砕容器を通じてポンプ送りされる。微粒化作用は、垂直な被覆された磨砕タンク内で回転する、撹拌器アーム(agitator arms)及びダイバータ(diverters)を備える特殊なシャフトにより達成され、磨砕タンクは、硬化された鋼ボールで満たされる。磨砕要素の様々な層は同じ方向に動くが、異なる速度で動く。ボールミルの設計は、最小のエネルギを必要としながら、可能な限り最大の容量を達成するよう、最適化されるべきである。磨砕プロセスの重要なパラメータは、とりわけ、ボールミルの容量と効率、篩の大きさの適格性、細かさ等である。(v)混合(mixing)及び混連(kneading):チョコレート加工システムの重要な部分は、チョコレートレシピを生産することによって形成される。材料(ingredients)-カカオ液、カカオ脂、砂糖、ミルク、乳化剤-は、高剪断及び混連作用で慎重に混合され、更なる可能のための均一な塊を生成する。(vi)微粒化(refining):次のステップで、チョコレート混合物は微粒化され、その質感(texture)のみならず風味も、一連のローラを通過することによって向上させられる。最新技術において知られているのは、例えば、品質及び効率の点で様々な特性に影響を与える柔軟性のある2本のロール及び/又は5本のロールを用いる2段階微粒化プロセスである。(vii)コンチング(精錬)(conching):このプロセスは、チョコレートの風味及びレオロジーを発達させて、固有の苦味の一部を放出し、最終的に、結果として得られるチョコレートに滑らかな口中溶融品質を与える。コンチングの間に、チョコレートは、製造業者が望む風味及び質感に依存して、数時間の期間に亘って連続的に混連され、剪断される。(viii)事前結晶化(precrystallization):適切なシード事前結晶化技術が、光沢が向上させられ、結晶マトリックスがより密で、強度がより高い、チョコレート製品を生産することがあ。それはファットブルーム(fat bloom)を防止するのをサポートすることもあり、貯蔵安定性を大幅に向上させることがある。
チョコレートの塊特性(mass properties)に関しては、粘度が重要な尺度である。チョコレート塊は、液体脂肪の連続相中の粒子の懸濁液である。最終製品を生産するときの下流で、脂肪結晶化(fat crystallization)が開始され、塊は所望の形状にされて、固化する。最終製品の様々な特性は、静止した液体チョコレート塊の測定可能な特性に関する。従って、流動特性(flow properties)は、通常、チョコレートが口の中で溶ける温度に近い40℃の温度で測定される。滑らかな溶解又は粘着性の挙動のような質感の感覚は、通常、流動特性と相関する。チョコレート塊は、非ニュートン流体であるので、その剪断応力は、異なる剪断速度で測定されなければならず、それは流動曲線(flow curve)をもたらす。剪断速度で除算された剪断応力は、みかけの粘性(apparent viscosity)をもたらす。この剪断速度に対する粘度は、粘度曲線をもたらす。チョコレート塊は、ずり減粘流体(shear thinning fluid)であり、よって、塊が流れ始めるときに、最大の粘度が見出される。粒子間の相互作用がこの挙動に関与していると考えられ、それは水のようなニュートン流体とは極めて異なる。従って、流動曲線の1つの重要な部分は、極めて低い剪断である。降伏値は、塊が移動し始めるときに、剪断応力を定義する。測定には最小の剪断速度が必要であるので、通常、降伏値は、モデリング予測に従って流動曲線から外挿しなければならない。低剪断応力での降伏値又は測定値は、極めて実用的な重要性も有する。何故ならば、多くの工業的な操作が、ゆっくりと流れる塊、例えば、型内で静止した液体塊の均等な分布で実行されるからである。しかしながら、幾つかの加工は、高剪断の下で、例えば、塊をポンピング又は噴霧するときに行われる。これは、流動曲線の他端によって最良に記載される。よって、通常、それは無限剪断(infinite shear)に外挿され、その場合、その結果は、キャソン(Casson)又はウインドハブ無限粘度(Windhab infinite viscosity)と呼ばれる。当然、脂肪含有量、乳化剤及び材料特性が、年度に対して最大の影響を有する。それらの後には、粒径分布及び粒子パッケージ密度も重要である。均等の又は単一モードの粒径は、脂肪で満たされた大きな空隙を作る。二モード分布又はマルチモード分布を用いるならば、この捕捉された脂肪を適切なサイズの固体粒子と置換することが可能であり、それは、懸濁液が移動させられるときに、大きな粒子が互いに通過し合うのを助ける。既に議論したように、磨砕プロセスは、粒径分布及び結果として得られる流動特性に大いに影響を及ぼす。ローラーレファイナは-最適な設定で操作されるならば-より広い、二モード又はマルチモード分布、より高いパッケージ密度、及び高い剪断速度でのより低い粘度を生成する傾向を有する。対照的に、ボールミルは、より狭い分布、より少ない比表面、及びより低い収量値(yield value)をもたらす。流動特性又は硬度のような、チョコレート塊の物理的に測定可能な特性は、スナップ、硬度、溶解等のような感覚知覚と相関させられる。よって、質感に関しては、測定によって品質を予測することができる。これは、風味に関して遙かに困難である。理想的には同じ機器で作られるべき、ホワイト塊、ミルク塊、ダーク塊は、味が異なることは明らかである。しかしながら、個々のチョコレート製造業者が目指す製造業者特異な味覚まで、各カテゴリにもっと多くの種類がある。一般的に、高品質についての風味を定義し、それを達成するための機器を比較して識別することは、不可能である。加工の代替を検討するならば、望ましい結果を得るために、レシピ及び技術を互いに適応させることが常に必要である。
生産プロセスの適切な自動化によって主に保証される高品質再現性が、チョコレート生産プロセスのための中心である。よって、高品質製品を作るためには、生産プロセスを通じて問題のないプロセス及び完全なトレーサビリティ(追跡性)が必要とされ、適切な生産ラインを提供することが業界における強い要求である。更に、チョコレート生産プロセスシステムによって、操作の容易さ、品質データ管理、分析機能性を組み合わせるのが可能であることが望ましい。システムは、動的に測定され且つ追跡される測定パラメータ及び動的に適応される加工手段並びにプロンプトによる原材料の特性に対する精密なフィードバック及び可能な適応又は充填材料への閉ループ制御によって、充填直後の液体、ペストリー、粉末又は固体製品についての充填量の精密な調整を更に可能にしなければならない。最後に、システムは、不必要な物的損失を最適化すること及び/又は回避すること並びに合法的な充填量及び平均重量規制を満足することを可能にしなければならない。システムによる生産プロセスは、収益性及び品質を監視し、分析し、且つ制御するために、特に適切な測定及び統計データを提供することによって、ISO及びGMPのような内外の基準に適合し(conform)なければならない。
特許文献1は、微粒化チョコレート塊の可塑性(粘稠度)の変化をリアルタイムに測定するインライン測定システムを含む、チョコレート事前レファイナシステムを開示している。2ロール事前レファイナのローラ間隙距離は、自動的に調整されて、所与の可塑性パラメータ値を備えるシステム制御された可塑性制御を提供する。非特許文献1は、当該技術分野で知られているような、投与デバイス、ミキサ、レファイナ、コンチェ及びテンパリングデバイスの別個の使用を示している。特許文献2は、とりわけ、ローラ間の圧力がレファイナを出るチョコレート塊の特定のパターンに基づいて調整される、自己調整レファイナを開示している。特許文献3は、チョコレートペーストの特定値の可塑性に基づいて微粒化ロールベアリングに対する圧力が適応させられる、自己調整レファイナシステムを開示している。最後に、特許文献4は、ロール間の間隙が、データ処理デバイスとの組み合わせにおいて、センサによって測定される粒径分布に基づいて適応させられ、センサが、プロセッサと共に、周波数のスペクトル、特に赤外線サブスペクトルの近傍を測定して分析する、自己適応レファイナシステムを開示している。上述の特許文献1、非特許文献1、特許文献2、特許文献3及び特許文献4の全ては、チョコレート生産システムの特定部分の自動化のみに関し、完全なチョコレート加工ラインへの統合を取り扱っていない。
米国特許出願公開第2009/238928A1号明細書 欧州特許出願公開第1043070A1号明細書 米国特許第4,620,477A号明細書 米国特許出願公開第2016/193609A1号明細書
www.buhlergroup.com/gobal/en/downloads/Diagram_167_EN.pdfから検索される「Buhler Magazine Chocolate Solutions to suit all taste」(2014)
本発明の1つの目的は、操作中の産業用チョコレート生産ラインの捕捉された操作的、環境的又は初期供給製品パラメータに対してリアルタイムで動的に反応する、自己最適化する適応性の機械間制御システムを提供することである。具体的には、本発明の目的は、可能な最高の効率で動作する適応性の機械対機械制御システムを提供すること、例えば、チョコレート生産及び製造操作の効率を総合設備効率(Overall Equipment Effectiveness)(OEE:参照番号13は、OEE測定デバイスを用いたチョコレート生産のOEEの測定値を示す)の割合として測定することである。OEEは、典型的には、絶対的な尺度でないが、OEEは、プロセス性能改良のために生産ライン特異な範囲を特定するのに非常に適している。この意味において、OEE測定は、生産ラインの実施及び実施改良の指標を提供するために、リーン製造パラメータと共に、主要業績評価指標(KPI)として一般的に使用される。従って、本発明の更なる目的は、エネルギ消費、労力又は生産時間のような、操作コスト及び使用されるリソースを最小限に抑えることを可能にする、自己最適化された適応性の機械間又は機械対機械制御システムを提供することである。本発明の別の目的は、原料又は供給材料の特性が変化する場合に、操作者の決定又は機械の磨耗の可能性が望ましくない驚きを引き起こす場合があることを回避することである。更に、本発明の目的は、チョコレート生産ライン操作の可能な限り高い加工信頼度で所望の生産目標を最適化する、電子的に操縦可能な自己最適化する適応性の制御システム及び外部電子又はデジタル制御サービスを提供することでもある。本発明の別の目的は、チョコレート塊タイプの生成をもたらす全てのプロセス、即ち、投与、混合、微粒化、コンチング、タンクへの輸送及びテンパリングの、統一された、機械間制御、操縦及び最適化を提供することである。システムは、それらの実施を行う全ての技術機械、即ち、ミキサ、事前レファイナ、レファイナ又は複数のレファイナの選択の可能性、並びにチョコレート塊の受取り及びコンチングのための指定されたコンチェのためのパラメータを用いて、様々なレシピを作成して最適化することができなければならない。
本発明によれば、これらの目的は、特に独立項の構成で達成される。加えて、更なる有利な実施形態を従属項及び関連する記述から導き出すことができる。
本発明によれば、自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システムについての上述の目的は、特に、システムが、少なくとも、投与手段と、1以上(1つ又はそれよりも多く)のミキサと、1以上(1つ又はそれよりも多く)のレファイナ4と、1以上(1つ又はそれよりも多く)のコンチェ又は1以上(1つ又はそれよりも多く)の液化装置と、テンパリング手段とを備える、チョコレート塊加工ラインを含み、固体及び/又は液体供給物質が、投与手段によって精密に投与され、搬送され、1つ又はそれよりも多くのミキサに排出され、供給物質は、1以上(1つ又はそれよりも多く)のミキサによって、確定した(明確な)(defined)可塑性及び均質性を備える基本チョコレート塊に混合及び/又は混錬され、事前レファイナとファイナとを含む1以上(1つ又はそれよりも多く)のレファイナに移され、基本チョコレート塊は、制御されたローラ圧力及び/又はローラ間隙/距離及び速度及び/又はローラ温度を有する事前レファイナの少なくとも2ローラによって、所定の可塑性と細かさとを備えるチョコレート塊に事前加工され、制御されたローラ圧力及び/又はローラ温度及び/又はローラ間隙/距離及び速度を有する複数のファイナローラによって、所定の粉末細かさを備えるレファイナチョコレート塊に加工され、1以上(1つ又はそれよりも多く)のコンチェに移され、レファイナチョコレート塊は、1以上(1つ又はそれよりも多く)のコンチェによって、所与の水分と、粘度と、質感と、脂肪含有量とを備える、コンチングチョコレート塊に加工され、テンパリング手段に移され、コンチェの各コンチェは、少なくとも、内面を有するコンテナ又はコンチェ容器と、コンチェ容器の内側に位置する少なくとも1つの移動可能なシャフト又は回転可能なロータとを含み、剪断要素が、シャフトから内面に向かって延びて、動作中に及び/又は重なり合う剪断要素の間でコンチングチョコレート塊を容器の表面に押し付け、コンチングチョコレート塊は、液化装置によってカカオ脂及び/又は他の脂肪を添加することによって、所定の水分と、結晶化の程度と、脂肪含有量とに処理され、最終的なコンチングチョコレート塊としてのチョコレート塊は、少なくとも、調温計によって測定される所定の結晶化の程度を達成するために温度を変更するテンパリング手段によって、最終製品に加工され、事前レファイナは、事前微細化チョコレート塊の可塑性の変化を測定するインラインのリアルタイム測定システムを含み、2ロール事前レファイナの圧力及び/又はローラ距離(間隙)設定は、適応性の機械対機械制御システムによって自動的に調整されて、所与の可塑性パラメータ値で自律的な可塑性制御をもたらす点において達成される。適応性の制御システムは、例えば、レファイナの測定パラメータに基づいて或いは適応性の制御システムへの手動入力によって、所与の可塑性パラメータ値を系統的に調整することができる。事前レファイナは、例えば、間隙設定パラメータを補正した後にロールの間の間隙を変更する2ロールの自動的に調整可能な間隙設定を備える、2ロールレファイナとして実現されることができる。インラインのリアルタイム測定システムは、例えば、少なくとも、光源及び/又は光学的画像取込みデバイス及び/又はチョコレート塊搬送デバイスの電力消費量を測定する測定デバイスを含み、事前微細化チョコレート塊のスループットは、光源及び光学的画像取込みデバイスのライン三角測量によって測定され、事前微細化チョコレート塊の可塑性は、チョコレート塊搬送デバイスの測定される電力消費量との組み合わせにおいて、一定のスループットに基づいて動的に制御されることができる。チョコレート塊の形態学(トポロジー)が、例えば、中央に投影されるレーザ又は光源ラインの扇形状に基づいてライン三角測量によって事前レファイナのロールの入口ゾーン内で評価され、チョコレート塊のスループットは、検出される形態学ライン(トポロジーライン)に基づいて動的に測定され、2ロール事前レファイナの圧力及び/又はローラ距離(間隙)設定は、搬送デバイスの測定される電力消費量との組み合わせにおいてチョコレート塊の一定のスループットを維持することによって所定の値の可塑性を提供するよう、適応性の制御システムによって自動的に調整されることができる。光源は、例えば、レーザ又はマルチラインレーザ又はLEDプロジェクタとして実現され、且つ/或いは光学的画像取込みデバイスは、カメラ又はマルチラインレーザ測定センサ又は三角測量センサとして実現されることができる。本発明は、とりわけ、システムが、事前レファイナチョコレート塊の完全に自動化された自律的な可塑性制御を提供するという利点を有する。このシステムは、議論するリアルタイムの非侵襲的なインライン測定及び制御システムを提供し、事前微粒化される(pre-refined)塊の粘稠度の変化を検出することができ、2ロールレファイナの圧力又は間隙設定を自動的に調整する。それは、モータ電力の評価及び相関との組み合わせにおいてレーザ/カメラで構成される。レーザは、2ロール事前レファイナの入口ゾーンにおける塊の形態学を評価することを可能にする。カメラは、これらの形態学ラインを検出することができ、故に、スループットの一定な測定を可能にする。この一定なスループットは、搬送スクリュのモータ電力の測定との組み合わせにおいて、自動化された正確な可塑性制御及び適応を可能にする。これとは対照的に、従来技術のシステムにおいて、操作者は、塊可塑性、故に、ラインの性能を定期的に確認して保証しなければならなかった。システムによる自動化された能動的な制御は、事前レファイナの後に一定な標的可塑性を達成することを可能にし、それによって、5ロールレファイナの生産性を(より迅速なコンチェ充填を可能にする3%の容量まで)向上させる。更に、システムは、過充填に起因する手作業の適応及び洗浄努力に関して必要とされる労力を削減することを可能にする。
ある実施形態の変形において、ファイナは、更に、ファイナチョコレート塊を備えるファイナのロールのうちの少なくとも1つのロールのロール被覆率の垂直パターンを検出する、非侵襲的なリアルタイム測定システムを含み、パターン認識によって、検出される垂直パターンは、パターンデータベースの格納サンプルパターンと比較され、特定のエラーパターンを引き起こす場合、少なくともロール温度及び/又はロール圧力は、自己最適化する適応性の制御システムによって動的に適応させられて、ファイナ塊の粒径分布の連続的な制御及びファイナの動的に最適化されたスループットを提供する。非侵襲的なリアルタイム測定システムは、例えば、ファイナの第5ロールのロール被覆率の垂直パターンを検出することができる。非侵襲的なリアルタイム測定システムは、例えば、ファイナのロールのうちの少なくとも1つのロールの表面を撮像するための並びに対応する表面画像を生成するための光学的画像取込みデバイスを含み、光学的画像取込みデバイスは、撮像される領域が少なくとも1つのロールの作業幅全体をカバーするように構成されることができる。非侵襲的なリアルタイム測定システムは、例えば、表面画像及び検出される垂直パターンに基づいて制御信号を生成するように、並びに、ファイナ又はチョコレート生産プロセスラインデバイスの動作パラメータを調整し且つ動的に適応させる調整手段に制御信号を提供して、ファイナ塊の粒径の連続的な制御をもたらすように、構成されることができる。光学的画像取込みデバイスは、例えば、ライン走査カメラであることができ、表面画像は、1以上(1つ又はそれよりも多く)のライン内に配置される複数の画素からなり、複数の画素の各画素は、撮像される表面の領域を表し、領域の物理的な特徴に対応する画素値を有することができる。例えば、特定のエラーパターンを引き起こす場合、少なくとも、ロール温度及び/又はロール圧力及び/又は供給物質の組成及び/又は冷却水温度の変動及び/又は周囲温度の変化は、自己最適化する適応性の制御システムによって動的に適応させられて、ファイナ塊の粒径の連続的な制御をもたらすことができる。この実施形態の変形は、とりわけ、システムが、レファイナチョコレート塊の粒径の連続的な制御を可能にし、それにより、5ロールファイナの生産性を(15%まで)向上させるという利点を有する。更に、従来技術のシステムよりも少ない労働スキル(手作業による適応)が必要とされ、よって、より一貫した性能及び品質がシステムによって達成される。加えて、ロールのより長い寿命は、一定の均一な摩耗の故に達成される。リアルタイムで非侵襲的な制御システムは、5ロールファイナの第5ロールでの不完全なロール被覆率(coverage)の垂直パターンを検出することを可能にする。これらのパターンは、エラーパターンのデータベースと比較され、ロール温度又は圧力の正しい適応が実行される。よって、操作者はこの責任を負う必要がなく、この時間を他のプロセス関連タスクのために使用することができる。5ロールファイナは、チョコレート塊ラインのスループット障害(ボトルネック)の1つである。5ロールのレファイナを理想的な状態において最大可能なスループットで運転するために、操作者は、正しい設定を見出すためのノウハウ及び経験を必要とする。本システムは、入って来る塊粘稠度、標的径粒に依存するが、異なる原料、冷却水温度変動、周囲温度変化等のような、システム環境内の変化にも依存する、第5ロールのロール被覆率を測定する。ロール上の異なるパターンの検出、パターンデータベースとの比較を通じて、システムは、対応する機械パラメータを相応して修正する。第5ロール上のロール被覆率は、5ロールレファイナのスループットに対して直接的な影響を有する。被覆率が良ければ良いほど、スループットはより高い。
別の実施形態の変形において、ファイナは、更に、ファイナチョコレート塊の粒径を検出する光学的なインラインの非侵襲的なリアルタイム測定システムを含み、ファイナチョコレート塊の検出される粒径は、確定した標的粒径と比較され、標的粒径からの偏差を引き起こす場合、ロールのうちの少なくとも1つのロールの駆動速度は、検出される粒径と標的粒径との間の偏差が測定されなくなるまで、動的に適応させられる。ファイナチョコレート塊の粒径は、例えば、測定システムの近赤外センサデバイスによって測定されることができる。ファイナチョコレート塊の粒径は、例えば、近赤外センサデバイスによって測定される前記ファイナチョコレート塊の脂肪含有量に基づいて測定されることができる。ファイナの第2ロールの駆動速度は、例えば、検出される粒径と標的粒径との間の偏差が測定されなくなるまで或いは検出される粒径と標的粒径との間の標的偏差が測定されるまで、動的に適応させられることができる。ファイナは、例えば、非連続的な制御サイクルを提供する手段を更に含むことができ、ファイナのロールのうちの少なくとも1つのロールに沿う粒径及び塊分布を測定し、標的粒径及び/又は標的塊分布からの偏差を引き起こす場合、ロールのうちの少なくとも1つのロールの駆動速度は、検出される粒径と標的粒径との間の偏差及び/又は測定される塊分布と標的塊分布との間の偏差が測定されなくなるまで、動的に適応させられる。ファイナは、例えば、非連続的な制御サイクルを提供する手段を更に含んで、ファイナの第5ロールに沿う粒径及び塊分布を測定することができる。この実施形態の変形は、とりわけ、システムが、レファイナチョコレート塊の粒径の連続的な制御を可能にし、よって、(粒径制御との組み合わせにおいて)常に第5ロール全体に沿って粒径及び粒径分布に関して最高の信頼性を提供するという追加的な利点を有する。加えて、それは再作業及び廃棄物(原料節約)を削減することを可能にし、それは先行技術システムが要求するように高度な熟練者を必要とせずに操作されることを可能にする。議論する洗練された光学的なリアルタイムの非侵襲的なインライン測定システムは、5ロールレファイナに設置される。このシステムは、適切な制御アルゴリズムとの組み合わせにおいて、粒径を決定し、それを標的粒径と比較することを可能にする。偏差が検出されるならば、第2ロールの速度を自動的に調整して、粒径の即座の達成を保証することができる。上記実施形態の変形によって保証される第5ロールの均一な被覆率との組み合わせにおいて、それは生産ラインの下流プロセスも最適化する5ロールレファイナの端での一定の品質を提供し得ることを意味する。均一な被覆率は、粒径測定を正確に行い得ること及び粒径分布が一定であることを可能にし、故に、細粒(fines)の生成はより少なく、コンチング条件はより良好である。最後の2つの実施形態の変形の組み合わせは、実施形態の変形のうちの1つだけと比較して、粒径のより全体論的な品質制御をもたらすことが留意されるべきである。非連続的な制御サイクルは、例えば、センサ-アクタ-制御システムのような、システムに引き継がれることができる。よって、本システムは、第5ロールに沿う粒径及び塊分布を能動的かつ正確に制御することができる。
更なる実施形態の変形において、自己最適化する適応性の機械間制御システムは、コントローラデバイスを含み、自己最適化する適応性の機械間制御システムのコントローラデバイスは、事前レファイナのリアルタイム測定システムの測定データ、ファイナのリアルタイム測定システムの測定データ及びファイナのリアルタイム測定システムの測定データを取り込み且つモニタリングし、事前レファイナのリアルタイム測定システムの測定データに基づく2ロール事前レファイナの圧力及び/又はローラ距離(間隙)の動的調整、並びにファイナのリアルタイム測定システムの測定データに基づくロール温度及び/又はロール圧力及びファイナのリアルタイム測定システムの測定データに基づく第2ロールの駆動速度の動的調整は、コントローラデバイスによって相互に最適化され且つ調整される。可塑性を制御する事前レファイナのロール温度及び/又はローラ圧力の動的調整は、例えば、ファイナのスループット及び粒径を制御する第2ロールの測定される駆動速度に更に基づくことができ、ファイナのロールのうちの少なくとも1つのロールのロール温度及び/又はロール圧力は、コントローラデバイスによって粒径分布を制御する第2ロールの測定される駆動速度に更に基づく。この実施形態の変形は、とりわけ、微粒化プロセス(事前微粒化及び5ロール微粒化)が、人間の介入なしに自己最適化を実行するという利点を有する。実施形態の変形は、前述の実施形態の変形の利益、即ち、垂直パターン検出、ファイナの第5ロールに沿う総粒径及び粒径分布制御、及び測定される形態学を事前レファイナのロールのうちの少なくとも1つのロールの測定されるモータ電力消費量と相関させる可塑性制御を用いる、粒径の連続的な制御による容量ブーストを併合することを可能にする。発明的なシステムは、更に、原材料の品質変動、故に、可塑性の問題に起因する、予期しない休止時間(ダウンタイム)を回避することを可能にする。加えて、システムは、完全な微粒化プロセスのために、プロセス及びプロセス制御の全体的な最適化を可能にする。2ロール事前レファイナ及び5ロールレファイナ上のインラインのリアルタイム測定及び制御システムの設置は、単一プロセスステップの新しい最適化の方法を可能にする。例えば、可塑性が2ロール事前レファイナから理想的に得られないならば、システムは、5ロールレファイナの動作パラメータをある程度まで自動的に調整することができる。しかしながら、可塑性が強く範囲外にあるならば、5ロールレファイナのパラメータもそれを補償することができない。その場合、システムは、投与手段の動作パラメータを補正することによって、添加される材料及び/又は事前レファイナ及び/又はミキサの動作パラメータを排他的に又はレファイナのパラメータとの組み合わせにおいて補正することによって、可塑性を自動的に調整する。コントローラデバイスを用いて、5ロールレファイナと2ロール事前レファイナとの間の機械間通信を通じて、コントローラデバイスによって、5ロールレファイナの必要性に従って可塑性を自己調整し且つ自己適応させることによって、手動調整ステップを防止することができ、ダウンタイムさえも防止することができる。効果的には、5ロールレファイナは、コントローラデバイスを通じて第2ロールの速度パラメータを2ロール事前レファイナに送るので、2ロール事前レファイナ又はコントローラデバイスは、それらが、正しい粒径に到達するために速度を変更しなければならないことを知り、可塑性を調整することによってそれに反応することができる。
更に別の実施形態の変形において、ファイナは、ロールに、特にレファイナの最後の第5ロールに除去ナイフを含む、5ロールレファイナとして実現され、ファイナは、ファイナチョコレート塊を備えるファイナの第5ロールのロール被覆率のパターンを検出する光学的なインラインのリアルタイム測定システムを含み、パターン認識によって、検出されるパターンは、パターンデータベースの格納サンプルパターンと比較され、劣化検出手段のパターン認識によって摩耗した除去ナイフを示すエラーパターンを引き起こす場合、インラインのリアルタイム測定及び制御システムは、ロールの除去ナイフの交換を示す或いは開始する出力信号を生成するように適応させられる。ファイナは、例えば、ファイナチョコレート塊を備えるファイナのロールのうちの少なくとも1つのロールのロール被覆率のパターンを検出するインラインの非侵襲的なリアルタイム測定システムを含み、パターン認識によって、検出されるパターンは、パターンデータベースの格納されたサンプルパターンと比較され、特定の第1のエラーパターンを引き起こす場合、少なくとも、ロール温度及び/又はロール圧力は、自己最適化する適応性の制御システムによって動的に制御されて、ファイナ塊の粒径分布の連続的な制御及びファイナの動的に最適化されたスループットをもたらし、劣化検出手段のパターン認識によって摩耗した除去ナイフを示すエラーパターンを引き起こす場合、インラインのリアルタイム測定及び制御システムは、第5ロールの除去ナイフの交換を示す或いは開始する出力信号を生成するように適応させられることができる。この実施形態の変形は、とりわけ、システム1が、第5ロールで測定される光学データに基づいて交換されるべきナイフ摩耗を自動的かつ自律的に検出するという利点を有する。レファイナの動作パラメータが正しく調整されるならば、測定される光学データの表現は、理想的な膜(フィルム)を示す。その結果は、完全な被覆率である。しかしながら、ロールが冷たすぎるレファイナの機械加工状態は、例えば、ロールの全長に亘って、ストライプ状パターン(縞状パターン)をもたらす。これらのストライプは、光学的に測定されるデータに対応し、それらは膜表面でエラーとして解釈された。そのようなパターンは、例えば、ロールが過剰に押圧される場合に生じ得る。対照的に、摩耗した除去ナイフを示すエラーパターンは、ロールの側面にあるエラー部分とストライプとの組み合わせによって特徴付けられる。ロール上の表面の画像は、塊が除去ナイフによってロールから除去される前に撮られるが、摩耗した除去ナイフは、不完全な取外しをもたらす。即ち、材料は、ロール上に残り、それは、ひいては、特徴的なパターンをもたらすことが留意されなければならない。測定される光学データ又はライン画像は、例えば、CDDラインカメラで撮られることができ、パターン認識部分を含む画像処理手段に入力されることができる。パターン認識部分は、それぞれのパターンを認識し或いは識別し、制御信号は、認識されるパターンに基づいて出力される。
ある実施形態の変形において、コンチェは、位置決めエンコーダ又はセンサを備えるインラインの非侵襲的なリアルタイム測定及び制御システムを更に含み、作業領域の測定ラインに沿うコンチングチョコレート塊の高さプロファイルが生成されて、測定ラインに沿う位置決めエンコーダ又はセンサによる位置測定を行い、測定される高さプロファイルに基づいて、コンチングチョコレート塊のパラメータ値が測定され、標的パラメータ値の測定されるパラメータ値の偏差を引き起こす場合、コンチェの動作パラメータのうちの少なくとも1つの動作パラメータが、制御及びモニタリングシステムによって動的に適応させられて、測定されるパラメータ値を標的パラメータ値と位置合わせする。位置決めエンコーダ又はセンサは、例えば、光学的又は電磁的又は音響的な位置決めエンコーダ又はセンサであることができる。コンチングチョコレート塊の測定されるパラメータ値は、例えば、コンチェ塊の粘稠度の尺度をもたらすことができる。コンチングチョコレート塊の高さプロファイルの測定ラインは、例えば、コンチェ容器の長さ及び/又はコンチェ容器の内面の長さに沿い、コンチェ容器の内面は、作業領域を提供することができる。実施形態の変形は、とりわけ、それが、コンチェ及びコンチングプロセスの適応的な自己最適化する操作を可能にするという利点を有する。更に、それは、使用される時間及びエネルギに関して、典型的には時間及びエネルギを消費するコンチングプロセスを削減することを可能にする。動作パラメータの動的調整と適応は、人間の操作者又は手作業の相互作用によっては可能でない、新しいレベルの効率で完全に自動化されたコンチングプロセスを提供することを可能にする。
別の実施形態の変形において、コンチェの制御及びモニタリングシステムは、コンチェ塊の脂肪含有量を提供する供給物質の脂肪重量を測定する脂肪投与測定デバイスを更に含み、基本チョコレート塊の初期脂肪含有量は、コンチェ塊の標的脂肪含有量に対するコンチェ塊の測定される脂肪含有量の偏差を引き起こす場合、投与手段によって動的に適応させられ、且つ/或いはコンチェ塊の脂肪含有量は、レファイナのローラ特徴を補正することによって動的に適応させられる。実施形態の変形は、とりわけ、それが、最終製品チョコレート塊の所望の標的脂肪含有量を達成するために、チョコレート生産ラインの動作パラメータの手動調整の欠陥を克服することを可能にするという利点を有する。従来技術では、これは、操作者の経験的ノウハウ及び操作経験に基づいて操作者によって行われなければならない。加えて、脂肪含有材料の脂肪寄与は、典型的には、コンチングデバイスにおいて行われるのではなく、投与手段及びミキサによって行われる。よって、例えば、誤った投与量(具体的には、コンチングプロセスのために典型的には最大6つのミキサバッチがある)、又は好ましい可塑性を達成するための操作者による動作又は投与パラメータの手動適応のように、受領(receipt)の標的脂肪含有量からの最終製品の有効脂肪含有量の偏差(逸脱)について、多くの理由がある。発明的なシステムは、適応性システムのコントローラ及び操縦デバイスを用いたコンチェとミキサ-投与手段との間の動作パラメータのその適応性の自己最適化する機械間最適化に基づいて、チョコレート生産ラインの動作パラメータの手動調整の欠陥を克服することを可能にする。
別の実施形態の変形では、自己最適化する適応性の機械間制御システムのコントローラデバイスが、事前レファイナのリアルタイム測定システムの測定データ及び/又はファイナのリアルタイム測定システムの測定データ及び/又はファイナのリアルタイム測定システムの測定データ及び/又はコンチェの脂肪含有量測定デバイスの測定データを取り込み且つモニタリングし、事前レファイナのリアルタイム測定システムの測定データに基づく2ロール事前レファイナの圧力及び/又はローラ距離(間隙)の動的調整、並びにファイナのリアルタイム測定システムの測定データに基づくロール温度及び/又はロール圧力及びファイナのリアルタイム測定システムの測定データに基づく第2ロールの駆動速度の動的調整及び投与手段による基本チョコレート塊の初期脂肪含有量の動的調整は、コントローラデバイスによって動作パラメータとして相互に最適化され且つ調整され、動作パラメータを最適に調整した場合及び最適に調整された動作パラメータの下でチョコレート塊の予測されるスループットに対する測定されるスループットの偏差を引き起こす場合、ファイナのロール又は事前レファイナのロールの摩耗が測定され且つモニタリングされ、適切なロールの交換及び/又は交換の最適なときを示す或いは開始する出力信号が生成される。この実施形態の変形は、とりわけ、システムが、交換されるべきロールの磨耗を自動的かつ自律的に検出するという利点を有する。
最後に、別の実施形態の変形において、自己最適化及び適応は、自己最適化する適応性の機械間制御システムによって、生産ライン全体をカバーしており、自己最適化する適応性の制御システムのコントローラデバイスが、事前レファイナのリアルタイム測定システムの測定データ及び/又はファイナのリアルタイム測定システムの測定データ及び/又はファイナのリアルタイム測定システムの測定データ及び/又はコンチェの脂肪含有量測定デバイスの測定データを取り込み且つモニタリングし、事前レファイナのリアルタイム測定システムの測定データに基づく2ロール事前レファイナの圧力及び/又はローラ距離(間隙)設定の動的調整、及び/又はファイナのリアルタイム測定システムの測定データに基づくロール温度及び/又はロール圧力の動的調整、及び/又はファイナのリアルタイム測定システムの測定データに基づく第2ロールの駆動速度の動的調整、及び/又は投与手段による基本チョコレート塊の初期脂肪含有量の動的調整は、コントローラデバイスによって動作パラメータとして相互に最適化され且つ調整される。この実施形態の変形は、とりわけ、システムが、リアルタイム測定デバイスによってリアルタイムで様々なデバイスの適切な相互依存動作パラメータを測定することが可能にされ、それらを中央の機械対機械コントローラデバイスに送信することが可能にされるという利点を有する。測定される相互依存動作パラメータは、相互に最適化され且つ動的に調整されて、少なくとも、最終チョコレート塊の特徴及び/又はチョコレート生産ラインのスループット及び/又はエネルギ消費量のような他の動作条件に関して、最適な動作を提供する。
図面を参照して、一例として、本発明をより詳細に説明する。
図1は、少なくとも、投与手段2(dosing means)と、1以上のミキサ3(mixers)と、1以上のレファイナ4(refiners)と、1以上のコンチェ5(conches)と、液化及びテンパリング手段6(liquefying and tempering means)とを備える、チョコレート塊加工ライン11(chocolate mass processing line)を概略的に例示するブロック図を示している。固体及び/又は液体供給材料24が、供給手段2によって精密に投与され、運搬され、1以上のミキサ3に排出される。供給材料24は、1以上のミキサ3によって、確定した(明確な)(defined)可塑性351(plasticity)及び同質性352(homogeneity)を有する基本チョコレート塊35(basic chocolate mass)に混合され且つ/或いは混錬され、事前レファイナ41(pre-refiners)及びファイナ42(finers)を含む1以上のレファイナ4(refiners)に移される。基本チョコレート塊35は、制御されたローラ圧力4121及び/又はローラ間隙/距離4126並びに速度4122を有する少なくとも2つの事前レファイナローラ412によって所定の可塑性4112及び細かさ4113を有するチョコレート塊411に予処理され、制御されたローラ圧力4221及び/又はローラ距離4226及び速度4222を有する複数のファイナローラ422によって乾燥粉末の所定の細かさ4212を有するチョコレート塊421に処理され、1以上コンチェ5又は1以上の液化装置5a(liquefyor)に移される。レファイナチョコレート塊421(refiner chocolate mass)は、1以上のコンチング5によって、所定の水分511、粘度512、質感514及び脂肪量516を有するコンチングチョコレート塊51に処理され、テンパリング手段6に移され、コンチェ5の各々は、少なくとも、内面542を有するコンテナ又はコンチェ容器54と、コンチェ容器54の内側に位置する少なくとも1つの移動可能なシャフト又は回転可能なロータ555とを含み、剪断要素554が、前記シャフト55から前記内面54に向かって延び、動作中に及び/又は重なり合う剪断要素554の間で、コンチングチョコレート塊51を前記容器表面542に押し付ける。チョコレート塊51は、調温計641(temper meter)によって測定される所定の結晶度612を達成するために、液化手段62によってカカオ脂6211及び/又は他の脂肪6212を添加することによって並びにテンパリング手段64によって温度を変化させることによって、所定の水分61、結晶度612、及び脂肪量617を有するチョコレート塊61に処理され、最終製品7として出力される。
図2は、制御測定62、成形63、テンパリング64(tempering)、堆積65、殻形成66(shell forming)及びエンロービング67(enrobing)を含む、チョコレート塊加工ライン11のテンパリング6を例示的に示している。
図3は、操作中に産業用チョコレート生産ライン11の捕捉された動作的、環境的又は初期供給製品パラメータに対してリアルタイムで動的に反応する、自己最適化する適応性の機械間制御システム1(self-optimizing, adaptive inter-machine control system)の例示を概略的に示している。自己最適化する適応性の機械対機械制御システム1のコントローラデバイス12は、事前レファイナ41のリアルタイム測定システム415の測定データ4153(可塑性制御83)及び/又はファイナ42のリアルタイム測定システム426の測定データ426(容量ブースト85)及び/又はファイナ42のリアルタイム測定システム427の測定データ4273(総粒径制御84)及び/又はコンチェ5の脂肪含有量測定デバイス529の測定データ5291(りーんコンチング86)を捕捉し且つ監視する。事前レファイナ41のリアルタイム測定システム415の測定データ4153に基づく2ロール事前レファイナ41の圧力4121及び/又はロール距離(間隙)設定4134の動的調整、及び/又はファイナ42のリアルタイム測定システム426の測定データ4266に基づくロール温度4227及び/又はロール圧力4221の動的調整、及び/又はファイナ42のリアルタイム測定システム427の測定データ4273に基づく第2のロール422の駆動速度4222の動的調整、及び/又は投与手段3による基本チョコレート塊35の初期脂肪量355の動的調整は、相互に最適化され、コントローラデバイス12の機械間接続性制御及び操縦8によって(ロール摩耗81/自走微粒化82/可塑性制御83/総粒径制御84/容量ブースト85/リーンコンチング85を予測する)動作パラメータとして調整される。
図4は、動作中の産業用チョコレート生産ライン11の捕捉された動作的、環境的又は初期供給製品パラメータに対してリアルタイムに動的に反応する、例示的な別の自己最適化する適応性の機械対機械制御システム1を概略的に示している。適応性の機械対機械制御システム1は、例えば、チョコレート生産及び製造操作の効率を総合設備効率(OEE)の割合として測定することによって、可能な限り最高の効率で作動することを可能にする。OEEは、典型的には、絶対的な尺度でないが、OEEは、プロセス性能改良のための生産ライン特異な範囲を特定するのに非常に適している(機械相互作用範囲コラムモニタリングを参照)。よって、自己最適化する適応性の機械対機械制御システム1は、エネルギ消費、労力又は生産時間のような、操作コスト及び使用される資源を最小限に抑えることを可能にする。
図5は、操作中の産業用チョコレート生産ライン11の捕捉された動作的、環境的又は初期供給製品パラメータに対してリアルタイムに動的に反応する、例示的な別の自己最適化する適応性の機械対機械制御システム1を概略的に示している。特に、機械対機械の相互作用は、センサ-アクタシステム1(sensor-actor system)のコントローラデバイス12のインテリジェントな最適化された操縦によって、即ち、投与手段2、ミキサ3、事前レファイナ41、レファイナ42及びコンチング5上で、そして、必要とされるならば液化手段6上で最適化されて全体的に作用する、自己最適化する適応性の機械対機械制御システム1によって示されている。
図1は、自己最適化する産業用チョコレート生産システム1及びプロセスの基礎となる、DeMiReCoプロセス(投与(Dosing)、混合(Mixing)、微粒化(Refining)、コンチング(精錬)(Conching))のある実施形態の可能な実施のためのアーキテクチャを概略的に例示している。図2は、チョコレート塊7から最終製品9までのチョコレート塊生産ライン11のテンパリング6(tempering)を示している。図3は、自己最適化する産業用チョコレート生産システム及びプロセス1のある実施形態の可能な実施のためのアーキテクチャを概略的に例示している。本発明について、「自己最適化する」は、適応性の技術システムにおける重要な制御技術としての、自己最適化手段の開発を意味する。自律的な目標再定義を含む古典的な制御技術及び原理の技術的拡張は、技術システムにおけるインテリジェンスの確立を可能にする。リアルタイム測定情報、複雑な感知環境及びセンサ、接続性及びデータ分析のような他の出現技術の利用可能性と併せて、これは、非常に動的な業界環境においてさえも、堅牢である同時に柔軟な生産システムの創出への道を開く。本システム1は、チョコレート生産において今日最も広く用いられている、少なくとも(DoMiReCoプロセスとも呼ばれる)投与2、混合3、微粒化4、及びコンチング5を含む、産業用チョコレート製造ライン11に基づく。微粒化システム4は、例えば、最終製品としてチョコレート塊7を加工するためのDoMiReCoプロセスの中心部を構成する、事前レファイナ41と、5ロールレファイナ42とからなる、2段階微粒化プロセスを含むことができる。一般的に、本システム1及びプロセスラインは、配分(proportioning)及び混合3から微粒化4及びコンチング5までの加工チェーン(processing chain)を最適にカバーすることができなければならない。5ロールレファイナ42が使用されるならば、好ましくは完全自動デバイスとして実現される、5ロールレファイナは、多種多様な製品レシピが、所要の可塑性及び細かさにおいて生産されることを可能にしなければならない。微粒化されたチョコレート、充填及びコーティング塊(refined chocolate, filling and coating masses)は、好ましくは、極めて狭い粒径分布を示さなければならないが、同時に、粒径減少の間に均質化及び風味付けされてよい。最終的な微粒化としてのコンチング5は、様々なコンチェタイプを用いて実施されることができる。質感、熔解特性、風味、及び最終水分に関する最適値が達成可能であること。最適な操作において、少なくとも投与-混合-微粒化-コンチングプロセスに基づく産業用チョコレート生産システム1及びプロセスは、顕著に微細で完全に複合的なチョコレート製品7をもたらすはずである。
チョコレート生産ライン11は、投与手段2とは別に、1以上のミキサ3と、1以上の2ロール事前レファイナ41及び5ロールレファイナ42と、1以上のコンチェ5で構成される。ミキサ3内では、レシピの最大の部分が調合されるが(blended)、多少の脂肪は残される。何故ならば、さもなければ、混合物は、レファイナ4にとって流動的であり過ぎるからである。2ロールレファイナ41は、砂糖結晶を、例えば、100μm未満のサイズに粉砕する。代替的に、以前のシステムにおいて一般的な慣行であった砂糖ミルによって、砂糖を別個に磨砕することもできる。時折、この構成を依然として見出し得るが、殆どの生産ラインは、好ましくは、砂糖ミル内の粉塵爆発の危険性の故に、2ロールレファイナ41を有する。以下の5ロールレファイナ42は、精巧な機械であり、通常、操作が困難であるが、最終製品7の品質には必須である。供給塊24は、初期脂肪含有量2412、粒子特性241、及び上流プロセスパラメータ242によって決定される、一定の粘稠度(コンシステンシー)(consistency)を有さなければならない。このプロセスステップにおいて、粒子は、最終製品7の口中の砂状質感を避けるために、それらの最終サイズ、通常、30μm未満に磨砕される。別の頻繁に起こる困難は、この文脈において、連続レファイナ4を下流のバッチコンチェ5と組み合わせることである。両方の機械4/5の生産性は、1つだけのレファイナ4が1つのコンチェ5に接続されるならば、強く減少する。従って、通常、多数のレファイナ4が、多数のコンチェ5に接続され、それは、典型的には、1時間当たり約数トンの比較的大きい生産ラインをもたらす。上述のように、コンチェ5は、レファイナ4からの粉末状の薄片が、通常、数時間に亘って、大量の機械的エネルギ入力で処理される、大型の混錬機(kneader)である。これは上述の変換の殆どが行われる場所である。プロセス中に、残余の脂肪及び乳化剤が添加される。コンチェ5は、様々な形態において構築され、1本、2本又は3本の混合シャフトを備え得る。例えば、300~600kg/hの容量を有するラインのような、より小さい生産ライン11のニーズを満足するために、2+5ロールレファイナを、2つの3ローラ又は他の適切な組み合わせと置換することもできる。
よって、上述のように、自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム1は、少なくとも、投与手段2と、1以上のミキサ3と、1以上のレファイナ4と、1以上のコンチェ5又は1以上の液化装置5aと、テンパリング手段6を備える、チョコレート塊加工ライン11を含む。固体及び/又は液体供給材料24は、投与手段2によって供給され、搬送され、精密に1以上のミキサ3に排出される。次に、供給材料24は、1以上のミキサ3によって、明確な可塑性351及び同質性352を備える、基本チョコレート塊35に混合及び/又は混錬され、事前レファイナ41及びファイナ42を含む1以上のレファイナ4に移される。基本チョコレート塊35は、制御されたローラ圧力4121、速度4122及び距離4126を有する、少なくとも2つの事前レファイナローラ412によって、所定の粘度4111、可塑性4112、及び細かさ4113を備えるチョコレート塊411に事前加工され、次に、制御されたローラ圧力4221、速度4222及び距離4226を有する、複数のファイナローラ422によって、所定の粘度4131、可塑性4211、及び細かさ4212を備えるチョコレート塊421に加工される。チョコレート塊421は、1以上のコンチェ5に移される。レファイナチョコレート塊421は、1以上のコンチェ5によって、所定の水分511、粘度512、質感514及び脂肪含有量516を備える、コンチングチョコレート塊51に加工され、液化及びテンパリング手段6に移される。コンチェ5の各々は、少なくとも、内面542を有するコンテナ又はコンチェ容器54と、前記コンチェ容器54の内側に位置する少なくとも1つの移動可能なシャフト又は回転可能なロータ555とを含み、前記シャフト555から前記内面542に向かって延び、操作中にチョコレート塊51を容器54の表面542に押し付ける。最後に、チョコレート塊51は、液状手段62によってカカオ脂6211及び/又は他の脂肪6212を添加することによって、並びに調温計641によって測定される所定の結晶化度612を達成するために、テンパリング手段64によって温度615を変化させることによって、所定の水分61、結晶化度612、及び脂肪含有量617を備える、チョコレート塊61に加工される。
粘度は、本明細書において使用されるときにも、液体、半固体、気体及び更には固体のような、流体の流量測定の測定パラメータである。粘度は、流動する傾向に抗させる分子引力によって引き起こされる。流体の内部摩擦として定義されることができる。粘度測定は、製品の品質及び効率と併せて行われることができる。典型的には、品質制御又は流体移送は、必然的に何らかのタイプの粘度測定を必要とする。先行技術には、様々なタイプの粘度計が存在し、従って、粘度を測定する様々な技術が知られており、各技術は、特定の環境及び材料に適している。チョコレート生産において、レオロジー特性(rheological properties)の測定についての1つの理由は、品質制御であり、その場合、材料、特に原料24は、好ましくは、バッチとバッチとの間で一貫している。この目的のために、流動挙動は、加工チョコレート塊の製品粘稠度及び品質の間接的な尺度であり得る。流動挙動測定を行う別の理由は、加工可能性の直接的な評価を得ることができることある。例えば、高粘度液体は、加工するために低粘度液体よりも多くの又は少ない電力を必要とし得る。従って、そのレオロジー挙動を知ることは、生産ラインデバイスを設計し且つ制御するときに有用である。チョコレート塊生産において、レオロジーは、材料特性化のための最も感度の高い方法の1つである。何故ならば、流動挙動は、分子量及び分子量分布のような特性に応答するからである。本システム1において、粘度測定値は、とりわけ、生産ライン11内のプロセスを監視及び/又は制御するために、生産中の品質チェックとして利用される。既述のように、粘度は、ここでは、流体としてのチョコレート塊の内部摩擦の尺度である。流体中では、流体の層が別の層に対して移動させられるときに、摩擦は明らかになる。摩擦が大きければ大きいほど、この移動を引き起こすために必要とされる力はより大きく、それは剪断と呼ばれる。剪断は、注ぐとき、広げるとき、噴霧するとき、混合するとき等のように、流体が物理的に移動させられ或いは分配されるときにはいつでも起こる。従って、高粘性流体は、低粘性材料よりも、移動するためにより多くの力を必要とする。可塑性は、本明細書で使用されるとき、生産ライン11内でのチョコレート塊の加工中のチョコレート塊の別の尺度である。チョコレート塊のような半固体の食品脂肪は、液体脂肪チョコレート塊のかなりの割合に埋め込まれた別個の結晶粒子からなる。結晶間にはある程度の緩いの接着があり、それは、脂肪が作用に曝され、剪断応力が加えられるときに、急速に分解する。本明細書では、これを可塑性と呼ぶ。可塑性を測定する脈絡において重要な要素は、(i)固体の含有量、(ii)結晶のサイズ及び形状、(iii)変化する温度の下での結晶核の持続性、(iv)脂肪の機械的作用等である。更に、チョコレート塊の質感は、測定される可塑性によって支配される。チョコレート生産では「柔らかさ(tenderness)」とも呼ばれる品質は、本質的に測定される可塑性に依存する。最大の到達可能な程度の柔らかさは、しばしば、最高のチョコレート品質のための重要な属性である。水分の損失は、可塑性を減少させる。よって、特に大規模なチョコレート生産ライン11において、品質の制御のために、可塑性の定量的測定を使用することができる。異なる方法において可塑性を測定することができる。例えば、異なる温度での脂肪の粘稠度は、例えば、フンボルト針入度計(Humboldt penetrometer)のような針入度計を用いて、測定されることができる。感応性の針入度計を用いた測定に基づいて、固体チョコレート塊におけるテンパリングの有効性を制御するために可塑性測定を使用することもできる。その表面硬度等を測定するために、他の測定値を使用することもできる。液体チョコレート塊の特性及び品質は、粘度に極めて依存する一方で、固化したチョコレート塊の質感は、可塑性によっても支配される。しかしながら、2つの特性は関連している。生産サイクル11の制御中のチョコレート塊の異なるグレードについての仕様は、例えば、粘度計によって、その融点より幾分高い温度で決定される液体チョコレート塊の粘度を含み得る。
適切な排出、搬送及び貯蔵が、チョコレート塊生産にとって重要である。効率的で正確な投与2は、高いスループットと再現性のある品質を保証する。チョコレート加工システム1の中核は、チョコレートレシピの生成である。材料24は、更なる加工のために均質で352及び可塑性の351の塊35をもたらす高い剪断及び混連作用で、ミキサ3によって注意深く混合される。投与プロセス2のために、システム1は、振動排出装置221のような、適切な排出手段21(排出装置)、及び/又は、例えば、適切な振動プロセスフィーダ221、振動投与フィーダ222、及びスクリューコンベヤ231又は管状スクリューコンベヤ232のような搬送手段23(コンベヤ)を含み得る。振動フィーダ221及び振動投与フィーダ222は、サイロ又はビンから必要とされるバルクの供給製品24を抽出するために、又は粉砕装置(crushers)、コンベヤベルト等を供給するために使用される。しかしながら、上述の供給及び搬送システム22/23は、ボックス抽出装置(box extractors)、掻取りベルト(scraping belts)、スクリューフィーダ(screw feeders)等のような、他の抽出システム22/23に容易に取って代わることができ、代替的な利益をもたらす。何故ならば、それらは、例えば、容易に装着されることができ、最小限の保守を必要とするからである。システム1のための可能な振動フィーダ221は、典型的には、動作原理に基づいて、以下の3つの主要なカテゴリに分類される。即ち、(i)電気機械振動フィーダ2211:これらのフィーダは、電気機械振動フィーダの交差ビームに取り付けられる、逆回転する電気バイブレータによって駆動される。不均衡なモータは、線形振動を生成して、取り扱われる材料の運動及び輸送を誘起する。電気機械振動フィーダは、機械の運転に伴う流量変動が必要とされないか或いは抽出される製品の流動の即時停止が必要とされないときにのみ使用されなければならない。この作動条件は、インバータ(周波数インバータ)を介して電気バイブレータを制御することによって達成されることができる。(ii)電磁振動フィーダ2212:これらのフィーダは、振動構造の交差ビームに取り付けられる電磁バイブレータによって駆動される。電磁駆動は、線形振動を生成し、取り扱われる材料への運動及び輸送方向を誘起する。電磁振動フィーダは、機械が運転している間に流量を変更することが必要であるとき及び/又は機械が停止するや否や製品流動を停止することが必要であるときに使用されなければならない。電磁振動フィーダは、工場及びプロセスの両方の要求に基づいて流れを変化させるそれらの多様性の故に、振動投与フィーダとも呼ばれる。(iii)機械的振動フィーダ2213:これらのフィーダは、振動構造の交差ビームに取り付けられる指向性励起装置(directional exciter)を移動させるカルダンシャフト(cardan shaft)を通じる直接的な伝動装置を備える電気モータによって駆動される。指向性励起装置は、線形振動を生成して、取り扱われる材料の運動及び輸送方向を誘起する。機械振動フィーダは、例えば、大きな重量及びサイズを備える機械のために使用されることができる。選択される溶液は、例えば、1日当たりの動作時間数、加工されるべき材料24の温度2413、及び加工されるべき材料のサイズ2414のような、他の要因にも依存し得る。機械振動フィーダの電気モータは、上記で既述の利益を達成するために周波数コンバータに接続されることもできる。全ての振動プロセス振動フィーダ221は、典型的には、加工されるべき製品に従って、即ち、本発明においては、チョコレート加工システム1への入力材料又は供給材料24のために設計されてよい。投与機械2のサイズ2422は、抽出されるべき材料24の量2421のような幾つかの必須プロセスパラメータ242を考慮に入れて評価及び最適化されることができるが、他の設計の詳細は、供給材料24の温度、重量及び粒径のような要因に関連する。振動プロセス振動フィーダ221は、例えば、少なくとも、以下に関して最適化されることができ。即ち、(i)例えば、鋼又は抗摩耗鋼ライナ、ゴムシートライニング、溶接ライニングを備えるシートのような、使用される抗摩耗ライナ。(ii)振動フィーダ懸架の方法である、使用される懸架及び隔離方法であり、振動スクリーンを、例えば、懸架された実行(suspended execution)、自己懸架された実行(self-suspended execution)、支持された実行(supported execution)のような、機械の静止構造に固着させることができる、様々な方法を指す。(iii)使用される隔離方法:振動フィーダー221の振動は、2つの異なるタイプのバネによって隔離される。バネのタイプは、例えば、電気機械振動フィーダ、即ち、コイル鋼バネ、又は機械振動フィーダ、即ち、ゴムダンパ、又は電磁振動スクリーン、即ち、ゴムダンパのような、駆動装置のタイプに基づいて選択されてよい。(iv)必要とされる材料24の排出(discharge):材料の除荷(unloading)は、最も多様な顧客の要求に適応させられる(adapted)ことができ、場合毎に場当たり的に研究されることができる。使用される2つの最も一般的な方法は、前方排出(front discharge)及び直交放出(orthogonal discharge)である。
更に、チョコレート産業の生産ライン11において高品質製品7を作るための基本的な必要条件である正確な混合及び調合のために、例えば、スクリューコンベヤ231、特に管状スクリューコンベヤ232のような、コンベヤ手段23を使用することができる。一般的に、スクリューコンベヤ231は、通常、チューブ内で、回転する螺旋状スクリューブレードを使用して、液体24111又は粒状24112材料2411を移動させるデバイスである。食品廃棄物、木材チップ、骨材、穀物、動物飼料等を含む、半固体材料を効率的に移動させる方法として、水平方向に又は僅かな傾斜で、スクリューコンベヤ231を使用することができる。管状スクリューコンベヤ232は、個々の成分24をミキサ3又は可能な計量ホッパに正確に供給するための好ましい解決策であることがある。管状スクリューコンベヤ232は、典型的には、チョコレート(食品)生産がそうであるように、高い衛生要件を満たさなければならない用途において材料の搬送するのに並外れて適している。例えば、特別に衛生に焦点を当てた設計を用いることができる。例えば、完全に密閉されたハウジングは、たとえ要求される要件が満たされなければないとしても、柔軟な適用を可能にすることができる。一般的に、投与手段2は、それらの実施を実行する全ての技術機械、即ち、ミキサ3、事前レファイナ41、レファイナ42、及び塊の受入れ及びコンチングのための指定されたコンチェ5のためのパラメータを用いて、様々なレシピの作成及び修正を可能にしなければならない。よって、投与手段2は、好ましくは、乾燥24112及び/又は液体24111成分24の高速かつ正確な投与を用いた、供給材料24の適切な投与2に基づいて、少なくとも、指定されたレシピを選択し、立ち上げ、実行することを可能にしなければならない。
脂肪塊としてのチョコレートの生産及び加工の間に、塊7の成分24は、先ず、互いに混合され、基本チョコレート塊35は、混合の間に、そして、任意的に混錬の間に、基本チョコレート塊35は、均質352及び可塑性351になる。塊35の成分は、固体24112及び/又は液体24111成分24、即ち、カカオ粉末、粒状結晶砂糖又は乳粉末、液体24111及び/又はペースト状塊(糊状塊)のような、乾燥成分24112である。前記混合プロセスのために、システム1は、例えば、適切な混合デバイス3を含み、混合デバイス3は、例えば、平均から高粘度353のチョコレート及びコーティング塊35を混合及び剪断することにより、成分24を均質352塊に混合するように特別に設計されることができる。混合デバイス3は、例えば、被駆動シャフトを備えるケトルを含むことができ、ツール、特に、混合、均質化、剪断、擦過及び/又は搬送ツールが、シャフト上に配置される。より具体的には、混合デバイス3は、少なくとも部分的に回転体の外面を模倣する内壁を備えるケトルを含むことができる。これは、例えば、シリンダジャケットとして実現されることができる。しかしながら、内壁は、コーンのような円錐体に対応してもよい。次に、回転ツールは、ケトルの内壁の大部分に沿ってブラッシングすることができる。混合及び/又は混錬は、軸方向に平行に回転する2つのシャフトを備える二重シリンダトラフ内で実行されることができる。ケトル又は回転体の軸、及びシャフトは、水平に配置されることができる。しかしながら、ケトルは、塊が、重力によって助けられて、ケトル軸に沿って駆動させられるように、傾斜して或いは垂直に配置されることもできる。実質的に水平に配置されたシャフトを有するミキサ3は、水平ミキサと呼ばれる。ケトルは、例えば、塊に供給するために上部領域に供給開口を有することができる一方で、排出は、ケトルの最下点に配置されることができる。そのようなミキサ3において、塊は、ツールによって、シャフトについてを駆動させられる。水平ミキサ3において、塊は、ツールによって、上昇方向に上昇させられ、頂部に到達した後に、ツールから分離され、重力の故に、ツールとシャフトとの間の中間空間を通じて、ケトルの内壁の下部に落下し、そこから、塊は、ツールによって、再び取り上げられる。このプロセスにおいて、塊の成分は混合され、塊は均質化される。最後に、ミキサ3の他の重要な特性は、(i)時間、速度等のような、レシピパラメータにあらかじめ設定されたパラメータによるミキサ3内の成分の自動混合、(ii)ミキサ3から(複数の)事前レファイナ41への自動塊移送を含むことができる。
適当な実施形態の変形として、本発明に従った混合、混錬及び剪断のために、混合デバイス31、特に螺旋状撹拌ユニット311(混合)、混錬装置32及び剪断機33を使用することができる。ミキサ3が可変速度駆動装置36を備えるならば、高速モードで操作されるときに、ミキサ3を混錬装置32として使用して、チョコレート塊352の効率的な均質化をもたらすことができる。よって、ミキサ31及び混錬装置32は、1つのデバイス3に組み合わせられることがある。混合31及び剪断33作用が適切に最適化されるならば、それは混合時間を短縮し、スループット率を最大化する。高い剪断作用33は、典型的には、固定化された脂肪の最大放出をもたらす。混合31及び/又は剪断デバイス33は、例えば、ギアを備える可変駆動装置と混合トラフへの成分の供給及びアクセスのための一致した空間条件とを提供することがある。高精度のロードセルは、例えば、精密な計量を可能にし得る。エネルギ効率が良く精密な温度制御装置312が、例えば、基本チョコレート塊35の温度354を動的に測定する温水システムと共に、開水回路又は閉水回路を備えたサーモスタット制御装置によって提供されてよい。大容量での自己排出及び良好な残留物排出は、例えば、プロセスチャンバ内の生産残留物を最小限に抑えることができる。チョコレート、コンパウンド及び脂肪充填塊、ナッツペースト、並びに再加工のために、ミキサ3は、例えば、菓子業界で一般的であるように、広範囲の塊を加工するのに適している。更に、独立した混合槽313が、例えば、小バッチの生産における頻繁なレシピ変更を可能にし、選択される解決策をチョコレート加工に適して柔軟にさせることができる。ミキサ3は、例えば、混合及びサイズ縮小のための撹拌ユニット31及びカッタユニット33、及び/又は均質化及び液化のための分散ディスク34の両方を備えることができる。例えば、フレキシブルな側面及び底面スクレーパ(scrapers)を備える、撹拌ユニット31の速度は、例えば、可変速度駆動装置を通じて連続的に適応させられることができる。より短い加工時間のために全ての塊の加工を最適化することは、ミキサ3の重要な利点であり得る。更に、ミキサ3は、製品が完全かつ最適に相互混合されることを保証することを可能にしなければならない。チョコレート生産では、特製品を備える小さいバッチを大規模なチョコレート生産プロセスと容易に組み合わせることができることが好ましいことがある。そのためには、自動計器計量又は手動計量に続いて、成分24を別個のユニット内で調合し得ることが好ましくあり得る。
微粒化プロセスのために、システム1は、適切な微粒化デバイス4及び技術を含む。例えば、微粒化プロセスは、DoMiReCo(投与、混合、微粒化、コンチング)プロセス内の微粒化4を提供し、加工チェーン11内のチョコレート塊を配分2及び混合3から微粒化4及びコンチング5(図1/図2を参照)まで加工する、2ロール事前レファイナ41及び5ロールレファイナ42で構成される、2段階微粒化プロセス41/42に基づくことができる。例えば、前記(5ロール)レファイナ42を完全に自動化して、多種多様な製品レシピが所要の可塑性4211及び細かさ4212において生産されることを可能にすることができる。レファイナデバイス4は、好ましくは、極めて狭い粒径4214分布を示すが、同時に、サイズ縮小中にチョコレートが均質化されて風味付けられることを可能にする、微粒化されたチョコレート及び充填/コーティング塊411/421を提供することが可能にされる。異なるコンチェタイプ5を用いて最終的な微粒化を行うことができ、よって、質感、溶解特性、風味、及び最終水分に関して、最適な値を達成することができる。
事前レファイナ41は、例えば、小型、中型、大型生産ライン11のための半自動又は全自動の2ロール412事前レファイナ41として実現されることができる。事前レファイナデバイス41は、低レベルから高レベルの自動化を可能にして、広範囲のチョコレート塊、充填及びコーティング塊411が、特定の粘度4111を有しなければならない塊で、事前加工されることを可能にする。事前レファイナ41の出力製品411は、再現可能な可塑性4112と、狭い粒径分布4115を備える、例えば、70~250ミクロンの範囲の、明確な細かさ4113とを達成しなければならない。事前レファイナ41は、例えば、900、1300、及び1800mmのような、異なるロール長さ4125で実現されることができる。事前レファイナ41は、例えば、操作中の最適な製品の細かさ4113のために、制御された間隙設定4134を更に可能にすることができる。よって、製品の細かさ4113及び可塑性4112は、進行中の操作中に選択可能である。ローラ圧力制御システム4131が、例えば、原料製品24変動が均衡されるのを可能にして、結果として得られる最終製品7の粘稠度を制御することができる。従って、ローラ圧力制御システム4131は、下流の5ロールレファイナ42から排出される製品の性能を制御及び改良することもでき、製品7の細かさ及び最大変動を最適化する。事前レファイナ41は、例えば、可能な限り広い、可能な圧力設定の範囲を備える、フレキシブルなローラ圧力4121を提供することができ、それは、多種多様な製品が加工されることを可能にすることがある。設定は、フレキシブルなローラ間隙4126を含むこともできるので、ローラ間隙4126は、適切な調整モータによって、動作中に、特にオンラインで、調整されることができる。事前レファイナ41のプロセスゾーンは、例えば、特定の製品レシピに適合する(match)ように最適化されることができる。例えば、ローラ速度4122、ローラ速度差4123、及びローラクラウン4124のカスタマイズされた仕様は、(例えば、t/hで測定される)最大スループットが、所要の製品の細かさ4113で達成されることを可能にするように実現されることができる。機械のタイプに依存して、容量414は、例えば、以下の5ロールレファイナ42の性能に可変に調整可能であることができる。高い剪断能力414は、例えば、結合させられた脂肪の最大量を放出すると同時に、結晶化された砂糖を較正するように実現されることができ、その結果、均質な製品及び効率的なプロセスをもたらす。事前レファイナ41の重要な追加的な特性は、(i)モータ4132の制御、(ii)2ローラの温度4127の制御4135、(iii)ローラ4134間の距離の制御、(iv)レシピ実行に含められるレファイナ4への自動的な等しい電力供給を含み得る。
事前レファイナ41は、事前微細化チョコレート塊411(事前ファイニングチョコレート塊)(pre-fining chocolate mass)の粘稠度4116の変化を測定する、インラインリアルタイム測定システム415(inline, real-time measuring system)を含むことができる。事前ファイナ41は、例えば、2ロール412で実現されることができる。しかしながら、1以上又は3以上のロール412を含む事前レファイナ41が実現されることもできる。2ロール事前レファイナ41の圧力4121及び/又はローラ距離(間隙)設定4134は、適応性の機械間制御システム1によって自動的に調整されて、所定の可塑性パラメータ値を有する自律的な可塑性制御を提供する。事前レファイナ41は、例えば、間隙設定パラメータ4134を修正した後にロール412間の間隙を変化させる2ロール412の自動調整可能な間隙設定4134を有する、2ロールレファイナ41として実現されることができる。インラインリアルタイム測定システム415は、例えば、少なくとも、光源4151と、光学的画像取込みデバイス4152と、チョコレートマス35搬送デバイス37の電力消費371を測定する測定デバイス372とを含むことができる。事前微細化チョコレート塊411のスループットは、例えば、光源4151及び光学的画像取込みデバイス4152のライン三角測量によって測定されることができる。しかしながら、スループット測定は、例えば、単純なポイントツーポイント距離センサ又は超音波距離センサ又は上流の容器/コンテナの計量カウンタ又はスケーラ又は事前レファイナ41のコンベヤモータ及び/又はロール412のロータでの電力消費量を測定する測定デバイスによっても達成されることもできる。事前微細化チョコレート塊411の可塑性4112は、例えば、チョコレート塊35搬送デバイス37の測定される電力消費371と組み合わせにおいて一定のスループットに基づいて動的に制御されることができる。チョコレート塊411の形態学(トポロジー)は、例えば、中央に投影されるレーザ又は光源4151ラインの扇形状(fan shape)に基づくライン三角測量によって、事前レファイナ41のロール412の入口ゾーン内で評価されることができる。チョコレート質量411のスループットは、検出される形態学ライン(トポロジーライン)に基づいて動的に測定される。2ロール事前レファイナ41の圧力4121及び/又はローラ距離(間隙)設定4134は、例えば、搬送デバイス37の測定される電力消費との組み合わせにおいてチョコレート塊411の一定のスループットを維持することによって可塑性の所定の値を提供するために、適応性の機械間又は機械対機械制御システム1によって自動的に調整されることができる。光源4151は、例えば、レーザ又はマルチラインレーザ又はEDプロジェクタとして実現されることができ、且つ/或いは光学的画像取込みデバイス4152は、カメラ又はマルチラインレーザ測定センサ又は三角測量センサとして実現されることができる。システム1は、事前レファイナチョコレート塊412の完全に自動化された自律的な可塑性制御を提供する。リアルタイムの非侵襲的なインライン測定及び制御システム415は、事前微粒化された塊421の粘稠度の変化を検出することができ、2ロール事前レファイナ41の圧力4121及び/又は間隙設定4126及び/又はローラ速度4122を自動的に調整する。リアルタイムの非侵襲なインライン測定及び制御システム415は、例えば、モータ電力の評価及び相関との組み合わせにおいて、レーザ4151/カメラ4152から構成されることができる。レーザ4151は、2ロール事前レファイナ41の入口ゾーン内の塊の形態学を評価することを可能にする。カメラ4151は、これらの形態学ラインを検出することができ、故に、スループットの一定な測定を可能にする。しかしながら、例えば、コンベヤデバイスのモータでのエネルギ消費、又はロール412のモータの電力消費のような、スループットの任意の他の測定を使用することができる。この一定スループットは、搬送スクリューのモータ電力の測定と組み合わせにおいて、自動化された正確な可塑性4112制御及び適応を可能にする。これとは対照的に、従来技術のシステムにおいて、操作者は、塊の可塑性、故に、ラインの性能を定期的に確認して保証しなければならなかった。システム1による自動化された能動的な制御は、事前レファイナ41の後に一定の標的可塑性4112を達成することを可能にすることにより、レファイナ42の生産性を(例えば、より速いコンチェ充填を可能にする3%まで)向上させる。更に、システム1は、過充填に起因する手動の適応及び洗浄努力に関して必要とされる労力を削減することを可能にする。
ファイナ42は、例えば、異なる可塑性4211及び細かさ4212の特性を有する多様な製品レシピを処理するために提供されることができる。ファイナ42は、例えば、12~60ミクロンの、例えば、広範囲(即ち、粒径分布4215)のチョコレート、充填、及びコーティング塊421を微粒化することが可能にされることができる。安定した吸気システム及び適切な浮動ロール422と組み合わせられて、レファイナ42は、例えば、非常に狭い粒度分布4215及び製品の同時の均質化4216及び風味付けを伴う、サイズ4214減少を可能にすることができる。レファイナ42は、例えば、5ロールレファイナ42として、即ち、5ロール422を含む5ロールレファイナとして実現されることができる。しかしながら、別の適切な数のロール422を含むファイナ42が実現されることもできる。例えば、レファイナ42は、例えば、1300、1800、又は2500mmのような、異なるロール長さ4225で実現されることができる。第2ロールの可変速度4222設定4232は、例えば、レファイナ42が、広く変化する可塑性値を有する塊4211を加工するのを可能にすることができる。例えば、常に平行であり、結果的に、ロール長さ4225全体に亘って均一な細かさ4212分布をもたらす、吸気間隙42261を選択することができる。適切な細かさ測定デバイス4233、特にオンライン測定デバイスの適用は、例えば、チョコレート塊421の最終の細かさの恒久的なモニタリングを提供し、例えば、第2ロールの駆動速度4222へのフィードバックによってその値を一定に維持することを可能にする。これは、例えば、入って来る製品411/35の変動が存在する場合でさえも、狭い限度内で均一な最終の細かさ4212を保証することができる。例えば、特定の生産プロセス及び塊に適合させられることができる、ローラ速度4222及び差動ローラ速度4223、及び有用な利用可能なロール長さ4225は、例えば、レファイナ42が、フレキシブルな小生産運転並びに高いスループット容量424を必要とする大規模生産に適用されることを可能にする。制御されたロール冷却425は、例えば、温度感受性製品の加工を可能にするように実現されることができる。更に、例えば、高い耐摩耗性を保証する十分に硬い表面を有する遠心鋳造ロールが適用されることができる。均一に分布した硬度は、例えば、そのようなロールが数回再磨砕されることを可能にする。好ましくは永久的な性能モニタリングが、例えば、高い動作信頼性を保証するのを助けることができる。レファイナ42の重要な追加的な特性は、(i)受入れタンクの出力弁の制御、(ii)5ローラの温度4235の制御、(iii)ローラ圧力4221の制御、(iv)1~2ローラ間の距離(間隙)の制御、(v)回転するローラ4232のためのモータの制御、及び(vi)チョコレート層の厚さのレーザ制御4236を含んでよい。更に、レファイナ4からコンチェ5への、例えば、ベルト輸送等による、自動輸送が、好ましくあり得る。そのような輸送は、例えば、(金属)輸送ベルトの自動制御、及び/又はそれぞれのコンチェ5のための分配装置(distributor)の自動制御を含むことができる。
ファイナ42は、ファイナチョコレート塊421を備えるファイナ42のロール422のうちの少なくとも1つのロール被覆率4264(coverage)の垂直パターン4263を検出する、インラインの非侵襲的なリアルタイム測定システム426を含む。パターン認識を用いて、検出される垂直パターン4263は、パターンデータベース4262の格納されたサンプルパターン42621と比較される。特定のエラーパターン42622を引き起こす場合、少なくともロール温度4227及び/又はロール圧力4221は、塊421の粒径分布4215及びファイナ42の動的に最適化されたスループットを連続的な制御を提供する、自己最適化する適応性の機械間制御システム1によって動的に適応させられる。インラインの非侵襲的なリアルタイム測定システム426は、例えば、ファイナ42の第5ロール422のロール被覆率4264の垂直パターンを検出することができる。インライン非侵襲的なリアルタイム測定システム426は、例えば、ファイナ42のロール422のうちの少なくとも1つのロール上の表面を撮像して、対応する表面画像42611を生成するための、光学的画像取込みデバイス4261を含むことができ、前記光学的画像取込みデバイス4261は、撮像される領域が前記少なくとも1つのロール422の全作動幅を覆うように構成され、前記表面画像42611を処理するための画像処理手段4265を更に含む。光学デバイス4261は、例えば、ラインカメラ/検出器又は任意の他の種類の適切な光学モニタリングシステムを含むことができる。インラインの非侵襲的なリアルタイム測定システム425は、前記表面画像42611及び検出される垂直パターン4263に基づいて制御信号を生成し、前記ファイナ42又はチョコレート生産プロセスライン11デバイス2,3,4,5,6の動作パラメータを調整し且つ動的に適応させるための調整手段に前記制御信号を提供して、塊421の粒径4214の連続的な制御を提供するように構成される。光学的画像取込みデバイス4261は、例えば、ライン走査カメラ42612であることができ、その場合、前記表面画像42611は、1以上のライン内に配置される複数のピクセルで構成されることができ、前記複数のピクセルの各ピクセルは、撮像される表面の領域を表し、前記領域の物理的特性に対応するピクセル値を有する。例えば、特定のエラーパターン42622を引き起こす場合、少なくともロール温度4227及び/又はロール圧力4221及び/又は供給材料24の組成及び/又は冷却水温度の変動及び/又は周囲温度の変動は、自己最適化する適応性の機械対機械制御システム1によって動的に適応させられて、ファイナ塊421(finer mass)の粒径4214の連続的な制御を提供する。システム1は、レファイナチョコレート塊421(refiner chocolate mass)の粒径4211の連続的な制御を可能にすることにより、5ロールファイナ42の生産性を(例えば、最大15%)増加させる。更に、従来技術のシステムでは、より少ない労働スキル(手動適応)が要求される、よって、より一貫した性能及び品質がシステム1によって達成される。加えて、ロール422のより長い寿命が、一定且つ均一なロール摩耗の故に達成される。リアルタイムのインラインの非侵襲的な制御システム426は、5ロールフィナ42の第5ロール422での不完全ロール被覆率の垂直パターン4263を検出することを可能にする。測定されたパターン4263は、エラーパターン42622のデータベース4262と比較され、ロール温度4227又は圧力4221の正しい適応が実行される。よって、操作者は、この責任を負う必要はなく、この時間を他のプロセス関連タスクに使用することができる。5ロールファイナ42は、チョコレート塊ライン11のスループットボトルネックの1つである。理想的な状態で可能な限り最大のスループットで5ロールレファイナ42を運転するために、操作者は、正しい設定を見出すためのノウハウ及び経験を必要とする。本システム1は、入って来る塊の粘稠度4116、標的粒径4214に依存するが、異なる原料、冷却水温度変動、周囲温度変化等のような、システム環境の変化にも依存する、第5ロール422のロール被覆率を測定する。ロール422上の異なるパターン4263の検出及びパターンデータベース4262との比較を通じて、システム1は、対応する機械パラメータを相応して訂正する。第5ロール422上のロール被覆率は、5ロールレファイナ42のスループットに対して直接的な影響を有する。被覆率が良ければ良いほど、スループットはより高い。
ファイナ42は、例えば、ファイナチョコレート塊421の粒径4214を検出する、光学的なインラインの非侵襲的なリアルタイム測定システム427を更に備含むことができる。ファイナチョコレート塊421の粒径4214は、例えば、測定システム427の近赤外センサデバイス4274によって、或いは機械的に視覚/光学モニタリングによって、或いは別の適切な光学システム又はベルトスケール/計量器によって、測定されることができる(その場合、粒径は、チョコレート塊の密度及び時間に亘るスループットに基づいて測定される)。ファイナチョコレート塊421の粒径4214は、例えば、近赤外センサデバイス4274によって測定されるファイナチョコレート塊421の脂肪含有量に基づいて測定されることができる。近赤外センサ又は分光(NIRS)センサは、それらの測定のために電磁スペクトルの近赤外領域(約700nm~2500nm)を使用する。近赤外センサ測定は、分子倍音及び結合振動に基づく。そのような移行は、量子力学の選択規則によって禁止される。その結果、近赤外領域内のモル吸収率は、典型的には、非常に小さい。NIRセンサの利点の1つは、NIRが、通常、中赤外放射よりも遙かにサンプル中に浸透し得ることである。従って、近赤外分光法は特に感度の高い技術でないが、それはサンプル調製を殆ど伴わずに或いは全く伴わずにバルク材料を探査する際に非常に有用である。次に、NIRセンサによって測定された脂肪含有量は、システム1によって粒径4214に割り当てられるので、ファイナチョコレート塊421の粒径4214は、それから測定されることができる。ファイナチョコレート塊421の検出される粒径4214は、明確な標的粒径4271と比較され、標的粒径4271からの逸脱を引き起こす場合、ロール422のうちの少なくとも1つのロールの駆動速度4222は、検出される粒径4214と標的粒径4271との間の偏差(deviation)が測定されなくなるまで、動的に適応させられる。第2ロール422の駆動速度4222は、例えば、検出される粒径4214と標的粒径4271との間の偏差が測定されくなるまで、動的に適応させられることができる。ファイナ42は、例えば、ファイナ42のロール422の少なくとも1つに沿って粒径4214及び塊分布4217を測定する、連続的な又は非連続的な制御サイクルを提供する手段を更に含み、標的粒径4271及び/又は標的塊分布4272からの偏差を引き起こす場合には、ロール422のうちの少なくとも1つのロール422のローラ圧力4221及び/又は駆動速度4222が、検出される粒径4214と標的粒径4271との間の及び/又は測定される塊分布4217と標的塊分布との間の偏差が測定されなくなるまで、動的に適応させられる。塊分布4217は、特にリアルタイム測定及び制御システム426によって測定されるロール4222のローラ圧力4221に依存する。更に、ファイナ42は、例えば、ファイナ42の第5ロール422に沿う粒径4214及び塊分布4217を測定する、連続的な又は非連続的な制御サイクルを提供する手段を更に含むことができる。よって、システム1は、レファイナチョコレート塊421の粒径4214の連続的な制御を提供し、よって、(粒径制御との組み合わせにおいて)、常時、第5ロール422全体に沿って、粒径4214及び粒径分布4215に関して、最高の信頼性を提供する。議論した光学的なリアルタイムの非侵襲的なインライン測定システム427は、5ロールレファイナ42に装着される。このシステム1は、適切な制御アルゴリズムとの組み合わせにおいて、粒径4214を決定して、それを標的粒径と比較することを可能にする。偏差が検出されるならば、第2ロールの速度は、粒径4214の迅速な達成を保証するために、自動的に調整されることができる。上記の実施形態の変形による保証された第5ロール422の均一な被覆率との組み合わせにおいて、それは生産ライン11の下流プロセスも最適化する5ロールレファイナ42の終わりに一定の品質を提供し得ることを意味する。均一な被覆率は、粒径4214測定を正確に行い得ることを可能にし、且つ粒径分布4215が一定であることを可能にし、故に、細粒(fines)のより少ない生成及びより良好なコンチング条件を可能にする。最後の2つの実施形態の変形の組み合わせは、実施形態の変形のうちの1つのみと比較して、粒径4214のより全体論的な品質制御をもたらすことが、留意されるべきである。非連続な制御サイクルは、例えば、センサ-アクタ-制御システムとして、システムによって引き継がれることができる。よって、システムは、第5ロール422に沿って粒径4214及び塊分布4217を能動的に正確に制御することができる。
自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム1は、例えば、事前レファイナ41のリアルタイム測定システム415の測定データ4153、ファイナ42のリアルタイム測定システム426の測定データ4266、及びファイナ42のリアルタイム測定システム427の測定データ4273を取込み且つモニタリングする、コントローラデバイス12を含むことができる。事前レファイナ41のリアルタイム測定システム415の測定データ4153に基づく2ロール事前レファイナ41の圧力4121及び/又はローラ距離(間隙)設定4134及び/又はローラ速度4122の動的な調整と、ファイナ42のリアルタイム測定システム426の測定データ4266に基づくロール温度4227及び/又はロール圧力4221並びにファイナ42のリアルタイム測定システム4273の測定データ4273に基づく第2ロール422の駆動速度4222の動的調整は、コントローラデバイス12によって相互に最適化且つ調整される。可塑性4112を制御する事前レファイナ41のロール温度4227及び/又はロール圧力4221の動的調整は、例えば、ファイナ42のスループット及び粒径4214を制御する、第2ロール422の測定された駆動速度4222に基づくことができる。ファイナ42のロール422の少なくとも1つ又は全部のロールのロール温度4227及び/又はロール圧力4221の動的調整は、コントローラデバイス12によって粒径分布4215を制御する第2ロール412の駆動速度4122との組み合わせにおいて、ローラ圧力4122又はローラ間隙4126に更に基づくことができる。中央コントローラデバイス12は、前の実施形態の変形の利益、即ち、垂直パターン検出、ファイナ42のロール422に沿う総粒径及び粒子分布制御及び可塑性4112制御を用いた、粒径の連続的な制御による、容量ブーストの利益を併合する。測定される形態学をコンベヤデバイスのモータの測定されるモータ電力消費又は事前レファイナ41のロール412のうちの少なくとも1つのロールの電力消費と相関させること。よって、原料品質変動に起因する予期しないダウンタイム(休止時間)、故に、可塑性問題を回避することができる。加えて、システム1は、完全な微粒化プロセス4のためのプロセス及びプロセス制御の全体的な最適化を提供する。2ロール事前レファイナ41及び5ロールレファイナ42上のインラインのリアルタイム測定制御システム415/426/427の設置は、単一プロセスステップの新しい最適化方法を可能にする。例えば、可塑性4112が2ロール事前レファイナ41から理想的に得られないんらば、システムは、5ロールレファイナ42の動作パラメータをある程度まで自動的に調整することができる。しかしながら、可塑性4112が強く範囲外であるならば、5ロールレファイナ42のパラメータもそれを補償することができない。その場合、システム1は、可塑性4112を自動的に調整して、専ら又はレファイナ42のパラメータとの組み合わせにおいて事前レファイナ42及び/又はミキサ3の動作パラメータを補正し、且つ/或いは投与手段2の動作パラメータを補正することによって添加される成分を補正する。コントローラデバイス12を用いて、5ロールレファイナ42と2ロール事前レファイナ4との間の機械間通信を通じて、コントローラデバイス12によって、5ロールレファイナ42の必要性に従って可塑性4112を自己調整及び自己適応することによって、手動調整ステップ又は更にはダウンタウンを防止することができる。効果的には、5ロールレファイナ42は、2ロール事前レファイナ41の動作パラメータを、コントローラデバイス12を通じて、2ロール事前レファイナ41に送るので、2ロール事前レファイナ41又はコントローラデバイス12は、正しい粒径4114に到達するためにローラ圧力4121又はローラ間隙4126を変更しなければならないことを知り、可塑性4112を調整することによってそれに対して反応することができる。
ファイナ42は、最終的な第5ロール422に除去ナイフを含む5ロールレファイナ42として実現されることができる。ファイナ42は、ファイナチョコレート塊421を備えるファイナ42の第5ロール422のロール被覆率4264のパターン4263を検出する、光学的なインラインのリアルタイム測定システム426を更に含むことができる。パターン認識によって、検出されるパターン4263は、パターンデータベース4262の格納されたサンプルパターン42621と比較され、ここで、劣化検出手段4267のパターン認識によって磨耗した除去ナイフを示すエラーパターン42623を引き起こす場合、インラインのリアルタイム測定及び制御システム426は、第5ロール522の除去ナイフの交換を示す或いは開始する出力信号を生成するように構成される。ファイナ42は、例えば、ファイナチョコレート塊421を備えるファイナ42のロール422のうちの少なくとも1つのロールのロール被覆率4264のパターン4263を検出する、インラインの非侵襲的なリアルタイム測定システム426を含むことができる。パターン認識によって、検出されるパターン4263は、パターンデータベース4262の格納されたサンプルパターン42621と比較され、特定の第1のエラーパターンを引き起こす場合、少なくともロール温度4227及び/又はロール圧力4221は、ファイナ塊421の粒径分布4215の連続的な制御及びファイナ42の動的に最適化されたスループットを提供する、自己最適化する適応性の機械対機械制御システム1によって動的に適応させられ、劣化検出手段4267のパターン認識によって磨耗した除去ナイフを示すエラーパターン42623を引き起こす場合、インラインのリアルタイム測定及び制御システム426は、第5ロール522の除去ナイフの交換を示す或いは開始する出力信号を生成するように構成される。
システム1は、第5ロール422で測定される光学データに基づいて、交換されるべきナイフ摩耗を自動的かつ自律的に検出する。レファイナ4の動作パラメータが正しく調整されるならば、測定される光学データの表現は、理想的な膜(フィルム)を示す。その結果、完全な被覆率である。しかしながら、ロールが冷たすぎるレファイナ4の機械加工状態は、例えば、ロール412/422の全長に亘って、ストライプ(縞)パターンをもたらす。これらのストライプは、光学的に測定されたデータに対応し、それらは膜表面のエラーとして解釈された。そのようなパターンは、例えば、ロールが過剰に押されるならば起こり得る。対照的に、磨耗した除去ナイフを示すエラーパターン42623は、ロール412/422の側面におけるストライプ及びエラー部分の組み合わせによって特徴付けられる。ロール422上の表面の画像は、塊が除去ナイフによってロールから除去される前に撮られるが、摩耗した除去ナイフは、不完全な除去をもたらす、即ち、材料はロール上に残り、それは、ひいては、特徴的なパターン42623をもたらすことが留意されなければならない。測定される光学データ及びライン画像は、例えば、CDDラインカメラで撮られ、パターン認識部分を含む画像処理手段に入力されることができる。パターン認識部分は、それぞれのパターン42623を認識又は識別し、制御信号は、前記認識されるパターン42623に基づいて出力される。変形として、判定信号が必要な除去ナイフ4228の交換に特徴的な前記パターン42623を示す場合、劣化検出手段は、ディスプレイ手段が除去ナイフ4228の劣化又は交換を示すように、適切な自動警報デバイスのディスプレイ手段に警告信号を出力することができる。パターンが、ナイフ4228の交換を示し、適切な信号が、ロール及び/又はナイフが交換されなければならないことを操作者に示すならば、前記劣化検出手段は、前記ディスプレイ手段に信号を出力するように更に構成されることができる。除去ナイフ4228の劣化又は交換を示さないパターン認識部分においてエラーパターン42622が認識される場合、例えば、圧力調整手段が、ロール4及びロール5が所定の量だけ互いに押し付け合う圧力を変化させるよう、画像処理手段は、対応する制御信号を圧力調整手段に出力することができる。
本発明のために、液体脂肪成分とのチョコレートの固体粒子の適当な混合を提供して、結果として得られるチョコレート塊の所望のレベルの滑らかさ及び流動する流動性をもたらすよう、1以上のコンチェ5が使用される。コンチングプロセス5は、混合571、乾燥572、混錬/剪断573、風味生成574、及び液化575を含む。典型的には、液化プロセスは、コンチングプロセス5の一部であることが留意されるべきである。しかしながら、生産ライン11においてコンチング5が実現されないならば、液化プロセスは、液化装置5aによる別個のステップとして実現されることもできる。コンチングプロセス5において、固体粒子を脱凝集され、脂肪相で個々に被覆される。コンチング5中の水526の蒸発は、チョコレート51の水分511を所望の低レベル、例えば、約1%未満に減少させる。チョコレートの所望の質感514を発達させることに加えて、コンチングは、また、チョコレートの最終的な風味を向上させることも可能にする。これは、コンチング5中に望ましくない揮発性の風味成分が失われるためである。換言すれば、コンチェ5は、チョコレート内でカカオ脂を均一に分配する表面掻取りミキサ及び撹拌機を示す。コンチング5は、摩擦熱、揮発性物質及び酸の放出、及び酸化を通じて、風味発達を促進する。その原理において、コンチェは、磨砕機として作用する金属ビーズで充填されたコンテナである。例えば、回転コンケ又は長いコンケのような、コンチェ5は、少なくとも、チョコレートを容器54側面に押し付ける径方向アーム又はブレード554を備える長いミキサ又はコンチングシャフト55を含む、1以上の冷却された被覆されたコンチェ容器54を含むことができる。チョコレートの小さなバッチについては、磨砕、混合、及びコンチングの全てのステップを実行するような方法において、単一の機械を実現することができる。微粒化されて調合されたチョコレート塊51は、摩擦熱によって液体状態に維持される。コンチング5前のチョコレートは、典型的には、不均一で粗い質感を有する。コンチングプロセス5は、舌が検出し得るよりも小さいココア及び砂糖粒子を生成する。コンチングプロセス5の長さ522は、チョコレート7の最終的な滑らかさ及び品質を決定する。典型的には、高品質のチョコレートは、約72時間に亘って精錬され(conched)、それよりも低いグレードは、約4~6時間に亘って精錬される。プロセス5が完了した後に、チョコレート塊7は、例えば、最終加工まで約45~50℃に加熱されたタンク内に貯蔵されることができる。コンチェ5の様々な技術的設計が可能である。既述のように、コンチングプロセス5中に材料が混合されるとき、このプロセスは、生産されるべきチョコレートの品質に依存して、数時間~72時間以上かかることがある。プロセスが長ければ長いほど、よりまろやかでより豊かな味わいを生成し得るのが典型的である。よって、より低い品質のチョコレートは、例えば、6時間以下の少ない時間に亘って精錬される。コンチングプロセス5は、風味を作り出す乾燥カカオからの物質を脂肪相に再分配する。コンチェ5を通じて流れる空気524は、チョコレートから望まれない酢酸、プロピオン酸、及び酪酸を除去し、水分511を減少させる。少量の水分511は、仕上げられたチョコレート塊7の粘度512を大幅に増加させるので、機械類は、典型的には、水の代わりにカカオ脂で洗浄されるべきである。カカオ豆の焙炒中に生成される物質の一部は、コンチェ5内で酸化され、製品の風味を和らげる。コンチェ5の温度53は、例えば、適切なセンサ531によって連続的に測定され、モニタリングされ、自動的に制御される。それはチョコレートのタイプによって異なる。一般的に、より高い温度53は、より短い所要加工時間をもたらす。温度513は、例えば、ミルクチョコレートについての約49℃からダークチョコレートについての82℃まで変化し得る。高温513は、部分的にカラメル化された風味をもたらし、ミルクチョコレート中ではメイラード反応を促進し得る。
コンチングプロセス5は、例えば、幾つかの異なる段階、典型的には3つの段階を含むことができる。何故ならば、チョコレートは、通常、3つの相53を通過するからである。いわゆる乾相531(dry phase)において、物質は、粉末状形態にあり、混合は、粒子を脂肪で被覆する。コンチェ5を通じる空気移動524は、ある程度の水分及び揮発性物質を除去し、それは風味に酸性の香気(note)を与えることがある。水分511バランスは、最終製品7の風味及び質感71に影響を及ぼす。何故ならば、粒子が脂肪で被覆された後に、水分72及び揮発性化学物質が漏れ出す可能性はより少ないからである。換言すると、レファイナ4内で加工されたコンチング開始材料421/51は、最終チョコレート組成中に存在する脂肪516の実質的な量を含むが、塊は、固体粒子の凝集の故に、そして、非脂肪固体の表面の大部分は新たに破壊され、脂肪によって被覆されないために、固形の、砕けやすい、ペースト又は粉末状の質感514を有する。これはコンチングの初期段階が乾相531と呼ばれる理由である。コンチェ5が作動すると、固体粒子の凝集体は分解され、温度上昇513と組み合わされた物質の移動との組み合わせは、脂肪による粒子のコーティングを促進する。この段階で、コンチェ5が適切に換気されるならば、水分511は混合物から容易に失われる。特定の望ましくない風味は、温度の上昇に応じて揮発性物質の形態のチョコレート51から除去されることもある。第2段階としてのペースト状相542(pasty phase)では、粒子のより多くが、カカオからの脂肪516で被覆される。コンチェシャフト55を回転させるのに必要とされる電力は、このステップで増加する。ペースト状相532において、ペースト状チョコレート51の粘度はより少なくなり、剪断及び熱効果によって風味が発達させられる。粘度512は、最終的な定常状態又はプラトー値(plateau value)に近づく。最終粘度512は、チョコレートに投入される剪断又は作業の量に関連する。最終的な液相533(liquid phase)は、仕上げられた製品7の粘度74に対する小さな調整を可能にし、それはチョコレート7の意図される用途に依存して測定及び調整されてよい。脂肪5283及び乳化剤5284を添加して粘度512を調整し、完全に混合する。よって、液相533では、液体脂肪及び乳化剤を、例えば、コンチェ5に添加することができる。この液相コンチング段階533は、比較的短く、最終材料中に混ざり、粘度512が安定するのを可能にする。コンチングプロセス5は、コンチェ5の混合及び剪断要素を駆動させる機械的エネルギの形態におけるエネルギ525の入力を必要とする。この機械的エネルギ525は、チョコレート51内の摩擦及び剪断の故に、熱エネルギに変換され、それにより、チョコレートを加熱する。追加的な加熱及び/又は冷却は、適切な加熱5213及び/又は冷却5214要素、例えば、コンチェ5の壁内の熱交換器によって提供されてよい。殆どのコンチェデバイス5は、バッチプロセス機械であるが、連続フローコンチェ5は、製品51が機械5の別個の部分を通じて移動する堰(weirs)で段階を分離する。連続的なコンチング5は、ミルクチョコレートのためのコンチング時間522を4時間以下に減少させることができる。
コンチングプロセス5のために、システム1は、適切な微粒化デバイス及び手段を含み、それらは、例えば、複数のシャフト55、例えば、3つのシャフト55を備える、単一551、二重552、又は複数553の越流コンチェ5を含むことができる。それらの特定の幾何学的形状に基づいて、典型的には、コンチェデバイス5の撹拌器は、例えば、回転方向527に依存して、チョコレート塊を剪断又は潤滑することができる。チョコレートの特定のレオロジー特性をカバーするために、異なるコンチェ5設計が適切なことがある。コンチェ5の設計を採用することは、質感、感覚特性、及び風味に関して、並びに最終的な水分含有量、粘度、及び収量値(yield value)に関して、最適な値が達成されることを可能にする。最も適切なコンチェ5の設計は、理想的なコンチングプロセスを保証するのに役立つことがある。例えば、二重オーバースローコンチェ552(double-overthrow conche)の原理は、非常に高い電力の適用の故に、短いコンチング時間(conching times)を可能にする。単一シャフトコンチェ551は、典型的には、多機能プラウ剪断による柔軟なコンチングを可能にする。更に、二重オーバースローコンチェ552の原理は、非常に高い電力の適用の故に、短いコンチング時間を可能にする。それは、質感、溶解特性、風味に関して、高い製品品質が達成されることを可能にすることがあり、これが最適化された時間で達成されることを可能にすることがある。コンチェ5の特別に適応させられた混錬及び剪断特性は、乾燥可塑性製品から液体最終製品への効率的な質感修正を保証することができる。特定の用途に依存して、コンチングプロセスは、二重オーバースローコンチェ552において異なる方法で実行されることができる。これは、プロセス制御、エアレーション(aeration)、正確な温度制御、エネルギ入力、及びコンチングシャフト55の回転方向の適切な組み合わせによって更に最適化されることができる。単一シャフトコンチェ551が使用されるならば、コンチェツールの幾何学的形状は、典型的には、非常に重要である。コンチングプロセス5の間に、製品は、以下の技術的プロセス、即ち、(i)混合、(ii)乾燥、(iii)混錬及び剪断、(iv)風味発達、(v)液化に曝される。本発明に従ったコンチングデバイス5は、好ましい実施形態の変形において、これらのプロセスの全てを提供し、それらを最適な方法で組み合わせることが可能にされる。即ち、コンチェ5を多機能ツールとみなすことができる。単一シャフトコンチェ551のブレード554は、例えば、容器壁に対する楔形状の平行な隙間を備える、三次元の不規則に湾曲した表面を有することができる。ブレード554は、典型的には、コンチングプロセス5にとって決定的である。
その容量541に依存して、コンチェ5は、例えば、レファイナ製品から流動塊まで-可能な限り短い時間内に、その所望のコンチング性能に最適化されることができる。コンチングデバイス5は、通常、自動又は手動モードで作動することができ、後者の場合には、チョコレート工場のプロセス自動化システムに統合されることができる。複数のロータ55、例えば、3ロータの特定の構成を使用して、チョコレートの二重552又は多重553オーバースローを生成することができる。ブレード555は、例えば、ロータと容器壁54との間に存在するものに加えて、剪断ゾーンが生成されるように、同期的に反対方向に移動することができ、よって、効率的なコンチングプロセス5のための改良された条件をもたらすことができる。コンチングシャフト55又はブレード554のプロセス制御装置52、エアレーション524、温度制御装置521、エネルギ入力525、及び回転方向527の間の、特別に適応された、洗練された、個別に構成可能な相互作用は、例えば、広範囲のチョコレートコンチング変形のためにコンチングデバイス5を可能にして、多様な塊が、特定の要件に従って多種多様な最終製品を製造するために加工されることを可能にする。上述のオーバースロー作用551/552/553は、コンチェ5の一方の側面に空気524を吸い込み、空気を塊に通じさせ、空気を再び他方の側面で排出する。これは、製品塊5からの一貫した水分511抽出を向上させることができ、最終製品7の風味及び質感71を向上させることができる。更に、コンチェ5は、例えば、高スループット容量541を可能にし、コンチェ時間522を減少させることを可能にする、周波数コンバータ制御された駆動装置523を備えることができる。一例として、連続的なコンチングプロセス5を以下のように実現することができる。即ち、レファイナ42の薄片(フレーク)が供給ホッパに移送され、その充填レベルが供給スクリューの速度を制御し、供給変動を補償する。多少のカカオ脂が添加される間に、スクリューがペーストコラム(pasting columns)に供給する。それは調整可能なバッフル及び剪断翼を備える。薄片は、強烈な機械的応力に曝される。このプロセスの間に、塊はその乾燥状態(乾燥コンチング)から強靱な可塑性状態に変化する。清浄化された空調された空気がファンによって供給される。レシチン5282を最後に添加した後に、それは流動可能な粘稠度でペーストコラムから出る。塊は中間タンクに送られ、その撹拌機及び壁スクレーパがチョコレートを動かし続けて、レシチン添加後の構造変化のプロセスを安定させる。揮発性の及び望ましくない風味で充填されたプロセス空気が分離される。計量ステーションにおいて、レシピは液体成分によって完成される。容器の壁スクレーパは、既に事前混合物を調製する。正確に組成されたチョコレート塊51は、収集タンク内にバッチで排出される。収集タンクで、それは更に混合され、冷却される。そこから、それは強力な均質化のために使用される動的流動ミキサを通じて連続的にポンプ送り出される。振動スクリーンを通過した後に、チョコレート塊52は、更なる加工のための準備が出来ている。1以上のコンチェ5の重要な追加的な特徴は、例えば、(i)コンチェ5内の余分なバター5281又は材料5282、...、5284等を自動投与528、例えば、時間522、モータ電力525等のような、異なる基準による開始、(ii)コンチェプロセス5の異なる相53の自動制御、(iii)システム1によって添加される可能な手動コンポーネントの間の可能な操作者取扱いの自動情報取込み、及び(iv)システム1によって操作されるコンチェ5の詳細なモニタリング及び報告を含む。
コンチェ5は、例えば、位置決めエンコーダ又はセンサ561を備える、インラインの非侵襲的なリアルタイム測定及び制御システム56を更に含むことができる。作業領域567の測定ライン566に沿うコンチングチョコレート塊51の高さプロファイル564は、前記測定ライン566に沿って位置決めエンコーダ又はセンサ561によって位置測定565を行うことによって生成される。測定される高さプロファイル564に基づいて、コンチングチョコレート塊51のパラメータ値511,...,517が測定される。しかしながら、パラメータ及び高さプロファイルは、それぞれ、例えば、電磁、光学又は音響/音波測定デバイスによって、測定されることもできる。標的パラメータ値511、...、517の測定されるパラメータ値511、...、517の偏差を引き起こす場合には、コンチェ5の動作パラメータ521~528のうちの少なくとも1つが、測定されるパラメータ値511、...、517を標的パラメータ値511、..、517と整列させる、制御及びモニタリングシステム52によって動的に適応される。位置決めエンコーダ又はセンサ561は、例えば、光学的又は電磁的又は音響的な位置決めエンコーダ又はセンサ561であり得る。コンチングチョコレート塊51の測定されるパラメータ値は、例えば、コンチェ塊51の粘稠度の尺度を提供することができる。コンチングチョコレート塊51の高さプロフィール564の測定ライン566は、例えば、コンチェ容器54の長さ及び/又はコンチェ容器542の内面の長さに沿うことができ、その場合、コンチェ容器542の内面は、作業領域567を提供する。この変形は、コンチェ5及びコンチングプロセスの適用性の自己最適化する動作を提供し、更に、使用されるコンチング時間522及びエネルギ525に関して、典型的に時間及びエネルギを消費するコンチングプロセス5を低減する。動作パラメータの動的調整及び適応は、新しいレベルの効率で完全に自動化されたコンチングプロセスを提供することを可能にし、それは人間の操作者又は手動の相互作用(manual interaction)によっては可能でない。
コンチェ5の制御及びモニタリングシステム52は、例えば、コンチェ塊51の脂肪含有量516を測定する脂肪含有量測定デバイス529を更に含むことができる(リーンコンチング86)。基本チョコレート塊35の初期脂肪含有量2412は、コンチェ塊51の標的脂肪含有量516へのコンチェ塊51の測定される脂肪含有量516の偏差を引き起こす場合に、投与手段2によって動的に適応される。システム1は、完全な自動化を可能にし、最終製品チョコレート塊7の所望の標的脂肪含有量73を達成するために、チョコレート生産ライン11の動作パラメータの手動調整を必要としない。高度に専門化した経験的ノウハウと操作経験を持つ操作者は必要でない。加えて、材料24を含む脂肪2412の脂肪寄与は、典型的には、投与手段2及びミキサ3によって行われ、コンチングデバイス5において行われない。よって、例えば、(特にコンチングプロセスについて典型的には最大6つのミキサバッチが存在する)不良な投与、又は好ましい可塑性を達成するための操作者による動作又は投与パラメータの手動適応のような、レシピの標的脂肪含有量からの最終製品7の有効脂肪含有量73の偏差についての多くの理由がある。システム1は、適応性システム1のコントローラ及び操縦デバイス12を用いてコンチェ5とミキサ-投与手段2/3との間の運転パラメータの適応性の自己最適化する機械間最適化の故に、チョコレート生産ライン11の動作パラメータの手動調整を必要としない。
自己最適化する適応性の機械間制御システム1のコントローラデバイス12は、例えば、事前レファイナ41のリアルタイム測定システム415の測定データ4153、ファイナ42のリアルタイム測定システム426の測定データ4266、及びファイナ42のリアルタイム測定システム427の測定データ4273を取り込み、モニタリングすることができる。よって、事前レファイナ41のリアルタイム測定システム415の測定データ4153に基づく2ロール事前レファイナ41の圧力4121及び/又はローラ距離(間隙)設定4134及び/又はローラ速度4122の動的調整、並びにファイナ42のリアルタイム測定システム426の測定データ4266に基づくロール温度4227及び/又はロール圧力4221及びファイナ42のリアルタイム測定システム427の測定データ4273に基づく第2ロール422の駆動速度4222の動的調整は、コントローラデバイス12を用いて、動作パラメータとして、相互に最適化され、調整されることができる。前記動作パラメータを最適に調整した場合、及び前記動作パラメータの最適な調整の下でのチョコレート塊の予測されるスループットへの測定されたスループットの偏差を引き起こした場合、ファイナ42のロール422又は事前レファイナ41のロール412の磨耗が測定され、モニタリングされ、適切なロールの交換及び/又は交換の最適時間を示す或いは開始する出力信号が生成される。この変形は、システム1が、交換されるべき或いはさもなければ調整されるべきロールの磨耗が自動的かつ自律的に検出されることを可能にする。
最も洗練され加工されたチョコレート塊7でさえ、それが形成される前に最終生産のレベルに達しないであろう。結晶化、例えば、シード事前結晶化、最適堆積プロセス、及び適切な殻形成技術は、典型的には、最終ステップを形成する。しかしながら、チョコレートプロセス11の最後の2つの主要なステップについて、精錬グされたチョコレート塊51は、最終製品9に、例えば、バルクバーに成形63及び/又はテンパリング64することによっyr、チョコレート塊61として加工され、或いは精錬されたチョコレート塊51は、コーティングされたキャンディセンター及び成形された品目のような、特殊な小売製品を生産するために、別の生産サイクルに入ることができる。即ち、コンチングプロセス5の後に、チョコレート塊61は、適切に成形され63、テンパリング(調温)され64、堆積され65、形成され66、エンローブされる67。異なるステップ62~67は、統合されたプロセスによって部分的に形成されることができる。例えば、殻形成は、冷却されたダイを用いた短時間の高速なスタンピングを通じて達成されることができる。このプロセスは、非常に迅速に起こり得るので、成形された形状に結晶化された塊は、十分な安定性をかろうじて有するに過ぎず、温度及び時間に関連する機構が、完全な殻品質及び経済的生産を保証することができる。
品質制御測定は、チョコレート及びカカオ脂の品質を測定することによって、生産チェーン11全体を通じて実現されることができるが、特に、最終製品9を達成するために最終加工ステップ6において最終チョコレート塊7に入る前に実現されることができる。例えば、カカオ脂の冷却曲線は、温度計によって測定されることができる。カカオ脂の品質に関する情報は、例えば、適切な結晶化指数(CI)を用いて提供されることができる。指標値(例えば、1~6)は、例えば、チョコレート塊が更なる加工に適しているかどうか、あるいは潜在的な問題又は品質欠陥が生産において予期され得るかどうかを示すことができる。品質制御測定デバイス62は、更に、加工前の未調理のカカオ脂の品質に関する情報を提供するように実現されることができ、それは、最終加工ステップとして成形される前、間、及び後の不快な驚きから守るのに役立つ。品質制御測定デバイス62は、例えば、様々な温度でチョコレートの凝固曲線を測定することによって、カカオ脂分析を提供するように実現されることができる。
チョコレート塊61は、成形手段63によって最終製品9、例えば、固体チョコレート物品及びワンショット充填物品に更に加工されることができる。成形ライン63は、例えば、連続的に移動する型にスポット、リボン及びワンショット堆積を提供することができる。しかしながら、それは充填される物品(殻、充填物、裏面)の生産にも適用されることができる。可能な型サイズは、例えば、620mm~1200mmの範囲、又は、例えば、毎分最大35個の型のような、機械的ライン容量を有する他の範囲であることができる。成形ライン63について、型からの物品の容易な取外し並びにチョコレートの均一な結晶化を達成するための重要な要因は、穏やかな冷却技術の適切な統合である。例えば、振動区画及び冷却区画は、隔離されたパネルを通じて注意深く分離されることができる。型全体の均一なテンパリングの故に、最適な離型品質(demoulding quality)で最適な製品光沢(gloss)を得ることができる。高精度の堆積プロセス及び最適な振動(shaking)は、例えば、各々の個々のキャビティ内で一定の物品重量及び品質を保証することができる。これは、型から型への物品連続性をもたらすことができる。成形チェーン63は、信頼性のあるモータ、例えば、サーボモータによって更に駆動させられることができ、その数は個別に特定される。それらは、ライン全体内の円滑な型動作を保証することができ、よって、均一で平行なチョコレートバーを保証することができる。成形ライン63上の完全な型搬送のための搬送チェーンの張力は、必要とされるならば、機械間接続性制御及び操縦8を用いて、中央制御可能であることができ、調整可能であることができる。堆積装置(depositor)についての適切な迅速交換システムは、塊ホッパ及びピストンシステム又は堆積ツール、即ち、ノズルプレート又はシャッタナイフが、短時間に交換されることを可能にする。これは、例えば、滑らかな塊から全介在物を含む塊への或いはワンショット堆積のためのシステム又は通気された塊のためのシステムへの、より迅速な物品変更を可能にする。加えて、従来的な湿式殻成形プロセス66に、緩い成形ライン、回転スピン成形ライン、連続成形ライン等を使用することによって、殻は、例えば、コールドスタンピングプロセス66を使用して生産されることもできる。
カカオ脂の制御されない結晶化612は、典型的には、様々なサイズの結晶をもたらすので、テンパリングプロセス64は必要である。これは、チョコレートの表面をまだらで光沢がないように見えさせ、チョコレートが割られるときに、チョコレートがポキッと折られるのでなく粉々に砕けさせる。適切に加工されたチョコレートの均一な光沢(sheen)及びクリスプな咬み(バイト)(bite)は、テンパリングプロセス64によって生産される一貫した小さなカカオ脂結晶612の結果である。更に、適切にテンパリングされたチョコレートは、キャンディーを成形することも可能にする。何故ならば、キャンディーは型からより容易に放れ、光沢のある仕上げを以前して保持するからである。加えて、テンパリングは、カカオ脂がカカオ固形物から分離して表面に現れるようになり、チョコレートを白っぽい色又は灰色がかった色に変える、ブルームを防止する。1日かそこらでは消費されないであろうチョコレート塊7又は最終製品9が生産されなけらればならないならば、典型的に、本物のカカオ脂を含む全てのチョコレートについて、テンパリングは絶対に必須であると想定される。カカオ脂中の脂肪は、6つの異なる形態で結晶化することができる613(多形結晶化(polymorphous crystallization))。テンパリング64の主な目的は、所望の形態のみが存在することを保証することである。何故ならば、I-VIに示される6つの異なる結晶形態613は、異なる特性を有するからである。一般的に、チョコレートは、結晶613の全ての6つの形態を溶かすために、最初に45℃まで加熱される。次に、チョコレートは約27℃まで冷却され、それは結晶タイプIV及びVが形成するのを可能にする。この温度で、チョコレートは撹拌されて、チョコレート中に小さな結晶を作り出す核として機能する多くの小さな結晶「シード(seed)」を作り出す。次に、チョコレートを約31℃まで加熱して、あらゆるタイプIVの結晶を排除して、タイプVのみを残す。この時点の後に、チョコレートのあらゆる過剰な加熱は、硬度(temper)を破壊し、このプロセスは、繰り返されなければならない。しかしながら、チョコレートテンパリングの他の方法を使用することができる。最も一般的な変形は、既にテンパリングされた固形「シード」チョコレートを導入することである。チョコレートの結晶化612は、正確性及び粘稠度を保証するよう、チョコレート温度計641を用いて測定されることができる。テンパリング手段6の重要な追加的な特徴は、(i)コンチェ5から貯蔵及びテンパリング6用のタンクへのチョコレート塊の自動的な移送、並びに(ii)システム1によってタンクに移送される塊の詳細なモニタリング及び報告を含むことがある。チョコレート生産における事前結晶化プロセスは、例えば、従来的なテンパリング機械の代わりに、シード結晶化に依存することもできる。シード結晶化は、カカオ脂結晶懸濁液(CBCS)を生産することを可能にすることができ、それは、次に、チョコレート、充填物、又はヌガー塊に連続的な速度で添加されることができる。β-V及びβ-VI結晶は、例えば、粘度制御された混合ユニット内に分散させることができ、それらはそこでシード結晶化する。最適化された結晶化プロセスは、スクラップ速度及びダウンタイムを有意に減少させることができる。即ち、(i)所与のテンパリングの程度について、テンパリングデバイスは、より低い粘度を達成することができ、塊は、堆積中に型全体に最適に広がることができる。(ii)型からの除去及びチョコレート塊の収縮を向上させることで、最終製品をより容易に離型することができる。
テンパリングは、本発明によれば、テンパリング手段64によって行われるときに、少なくとも、適切なコーティング、浸漬又は成形を達成するために、チョコレート塊61の制御された加熱及び冷却を提供する。チョコレート塊61のカカオ脂は元々カカオ又はカカオ豆から抽出されるので、本物のチョコレート、即ち、カカオ脂を含むチョコレートは、カカオ脂の性質に基づいたテンパリング手順を経ることを必要とし、それはカカオ脂結晶を再構築して、冷却されて仕上げられたチョコレートに適切な光沢、ポキッとした音(snap)及び味を与える。テンパリング手段64のチョコレート調温計641は、適応性の機械対機械制御システム1が、適切なカカオ脂結晶を達成するためにチョコレート塊61が正しくテンパリングされているかどうかを測定することを可能にする。これは、例えば、熱電冷却された井戸が、閉ループ回路を利用して、チョコレート塊61のサンプルの冷却が+/0.1度以内に留まることを保証する点において、達成されることができる。典型的には、調温計641による測定が一貫していることを保証するために、小さい温度範囲が重要である。例えば、加熱されるサーミスタプローブを用いるならば、チョコレートが冷却されるときに、(例えば、5秒毎に)周期的な温度読取値を取ることができる。十分に長い運転の完了時に、時間対温度曲線の勾配が、調温計641によって提供されることができる。傾斜読取値は、システム1が、チョコレート塊61が過度に又は不十分に調温される程度を知ることを可能にする。測定値に基づいて、制御システム1は、可能な最良のテンパリングを達成するためにテンパリング機械64の動作パラメータを適応させることができ、よって、最適にテンパリングされたチョコレート塊7を提供することができる。最後に、テンパリング64は、例えば、追加的な先行する液化を含むことができ、液化の間に、塊は、例えば、カカオ脂又は他の脂肪を添加することによって、追加的に液化されることができる。加えて、塊は、例えば、水平ボールミルのようなミルを通じた循環によって磨砕されることができる。典型的には、液化プロセスは、コンチングプロセス5の一部である。しかしながら、コンチング5が適用されないならば、それは液化装置5aによる別個のステップとして実現されることもできる。
堆積装置65は、好ましくは、例えば、適当な容量651を有し且つ材料を具備する或いは具備しない様々な粘度のチョコレート及び充填塊を堆積する、多機能の精密な堆積装置65として実現されることができる。堆積装置65の動作は、典型的には、その精度に極めて依存する。よって、堆積装置65は、例えば、スポット及びリボン堆積、リボン堆積、又はワンショット堆積モードの組み合わせにおいて、大容量動作及び系統的な自動的に適応可能なフレキシビリティ提供のために設計されることができる。異なるピストン及び堆積型の適切に広い選択は、多種多様な製品が加工されることを更に可能にすることができる。堆積機械65に直接的に取り付けられるコントローラ652は、自己最適化する適応性の機械対機械制御システム1による容易で便利な制御を可能にすることができる。あらゆる物品について最適化された設定653は、例えば、レシピメモリに保存されて、絶対的な再現性を保証することができる。既述のように、堆積機械65は、チョコレート塊及び充填物の堆積において高精度に同義であることが好ましい。堆積装置65が加工し得る製品9は、例えば、裏打ち、蓋、又は殻チョコレート及び装飾のための滑らかな塊から、液体及び半液体充填物の全範囲まで及ぶことができる。そのような堆積装置65は、例えば、スポット堆積又はワンショット堆積等によって、例えば、トリュフ及びヌガーの脂肪充填物と同じくらい正確に、堆積液、マーマレード又はカラメルを堆積させることができる。堆積装置65が単一ピストン堆積システムとして実現されるならば、これは、小さい容積の高精度の堆積を可能にすることができる。堆積装置65がフロースルーシステムを含むならば、非常に小さなチョコレート容積を正確に堆積することも可能である。即ち、例えば、固定型及び/又は移動型内のスポット堆積を提供する堆積装置65が、実現されることができる。
殻形成66は、例えば、コールドスタンピングシステム661、又は湿式殻形成システム662、又は別の殻形成技術として実現されることができる。殻形成システム66がコールドスタンピングシステムとして実現されるならば、それは従来的な遠心プロセス(湿式殻形成)の代替としてチョコレート殻の生産における他の可能性を提供することができ、特により正確な重量、規則的な幾何学的形状、及び均一な壁厚を提供することができる。特別に冷却されたダイを用いる高速スタンピングは、例えば、殻が高精度に形成されることを可能にすることができる。重量、幾何学的形状、壁厚は、より正確であり、高級なチョコレート製品9を保証する。更に、そのようなプロセスは、製品9の視覚的な外観に均一な壁厚をもたらすことによって向上する。何故ならば、脂肪ブルームが阻止されるからである。その上、この場合661、均一な殻は、従来的なプロセス662によっては生成されたもので達成されるものよりも良好な「咬み」を消費者にもたらすことができる。
記載の全ての測定パラメータを接続することによって、システム1は、チョコレート生産ライン11及び生産プロセス全体を包含する全体的なプロセス最適化及び自動化を提供する。よって、自己最適化する適応性の機械対機械制御システム1のコントローラデバイス12は、事前レファイナ41のリアルタイム測定システム415の測定データ4153及び/又はファイナ42のリアルタイム測定システム426の測定データ426及び/又はファイナ42のリアルタイム測定システム427の測定データ4273及び/又はコンチェ5の脂肪含有量測定デバイス529の測定データ5291の測定データ4273を取り込み、モニタリングすることができる。事前レファイナ41のリアルタイム測定システム415の測定データ4153に基づく2ロール事前レファイナ41の圧力4121及び/又はローラ距離(間隙)設定4134の動的調整、及び/又はファイナ42のリアルタイム測定システム426の測定データ4266に基づくロール温度4227及び/又はロール圧力4221の動的調整、及び/又はファイナ42のリアルタイム測定システム427の測定データ4273に基づく第2ロール422の駆動速度4222の動的調整、及び/又は投与手段3による基本チョコレート塊35の初期脂肪含有量355の動的調整は、コントローラデバイス12によって、動作パラメータとして相互に最適化され、調整されることができる。従って、システム1は、リアルタイム測定デバイス415/426/427/528/529によって、様々なデバイス2/3/4/5/6の適切な相互依存動作パラメータをリアルタイムで測定し、それらを中央機械対機械コントローラデバイス12に送信することが可能にされる。測定される相互依存動作パラメータは、相互に最適化され、動的に調整されて、少なくとも、最終チョコレート塊7の特徴、及び/又はチョコレート生産ライン11のスループット、及び/又は総エネルギ消費量、生産時間等のような、他の動作条件に関して、最適な動作を提供することができる。
機械間制御、最適化、通信の全体が、機械間制御システム1によって提供される、自己最適化する適応性の機械間制御システム1の一例として、チョコレート生産ライン11における様々な加工ステップは、相互に影響し合っている。本システム1によって提供されるような技術目標は、チョコレート生産ラインが、とりわけ、可能な限り最大のスループット並びにチョコレート塊の一定の特徴及び品質を伴う、理想的な動作状態に、自らを持ち込むことが可能にされることである。この実施形態の変形において、コンチングチョコレート塊51の構造は、(例えば、コンチングチョコレート塊51の粘度を測定することによって、上述のように)測定される。構造は、砂糖の粒径518によって影響され得る。構造が許容範囲を超えて動作しているならば、並びにコンチングプロセス自体においてパラメータを補正し得ないならば、所要の粒径は、ファイナ42内で変更される。しかしながら、別の粒径は、上述のセンサ/アクタシステム(光学的な、インラインの、非侵襲性の、リアルタイム測定システム427)によって制御され、且つロール422のうちの少なくとも1つ、例えば、ロール422の第2ロールの駆動速度4222を調整することによって補正される、ファイナ42の他の動作パラメータを必要とする。理想的な動作状態に達するために、例えば、5ロールファイナ42として実現されるファイナ42は、事前ファイナ41から修正された可塑性4112を今や要求する。何故ならば、可塑性4112は、磨砕に大きく影響を与えるからである。しかしながら、事前レファイナ41が事前ファイナ41の可能な動作パラメータ範囲内で要求される可塑性4112に到達し得ないならば、事前ファイナ41は、ミキサ3及び/又は投与手段2からの供給物質24の化合物質のそれぞれの基本チョコレート塊35の化合物質の修正された組成(供給材料24の適応させられる脂肪含有量2412)を要求する。しかしながら、最終チョコレート塊7の全体的な脂肪含有量73は一定でなければならないので、コンチェ5における脂肪寄与の異なる投与が必要とされる。即ち、コンチングプロセス5中のミキサ571の脂肪寄与は、システム1によって適切に適応させられなければならない。よって、ミキサ3からコンチェ5への制御システム1を介した機械対機械又は機械間の通信及び/又は制御及び/又は操縦も存在する。基本的な実施形態の変形において、自己最適化する適応性の機械間制御システム1は、マスタデバイス2/3/4/5/6とスレーブデバイス2/3/4/5/6との間のマスタ-スレーブ制御上で実現され、上述のようなパラメータの1つが、その動作パラメータを適応させる或いは調整することによって、デバイス、即ち、投与手段2、ミキサ3、レファイナ4(事前ファイナ41及びファイナ42)、コンチェ5及びテンパリング手段6内で、修正され得ないならば、このデバイスは、マスタデバイスとして働いて、適切なスレーブデバイス(上述を参照)からチョコレート塊の特定の特徴の対応する調整を要求する。そのような調整は、更なるデバイスの更なる動作パラメータの更なる調整を必要とすることがあり、そのような場合、スレーブデバイスは、更なる調整においてマスタデバイスになる等である。よって、動作パラメータは、チョコレート生産ライン11の理想的な加工状態が再び達成されるまで、既述の一連のマスタ-スレーブ適応によって適応させられる。例えば、生産ライン11の全体的な理想的な動作を測定するための測定パラメータとして、チョコレート生産11の総合設備効率(Overall Equipment Effectiveness)(OEE)13をOEE測定デバイスによって測定することができる。
この最適化プロセスは、殆どの用途で上手く機能するが、全てのデバイス2/3/4/5/6に対する多次元動作パラメータ最適化によって更なる最適化を達成することができる。例えば、システム1は、多面体メッシュワーク構造(多面体網構造)(polyhedral meshwork structure)から離散化されたボクセル構造を含むことができ、チョコレート生産ライン11の測定される物質属性及び/又は関連する動作パラメータの組み合わせが、多面体メッシュワーク構造の離散化されたボクセル上にマッピングされる。多面体メッシュワーク構造は、適応可能な数の次元において定義され、各次元は、メッシュワーク多面体の各面又はエッジ又は頂点上にマッピングされるときに、個々の物質又はチョコレート塊状態24/35/411/421/51/61/7/9を表す。前記個々の物質又はチョコレート塊状態24/35/411/421/51/61/7/9は、例えば、メッシュワーク多面体の各面又はエッジ又は頂点上にマッピングされるときの材料属性機能係数によって、例えば、浮動小数点物質属性機能係数によって表わされることができる。前記個々の物質は、例えば、メッシュワーク多面体18の各面又はエッジ又は頂点上にマッピングされるときの、整数機能係数(integer functional coefficients)又はショートワード機能係数(short word functional coefficients)によって、或いはメッシュワーク多面体の各面又はエッジもしくは頂点上にマッピングされたときの、バイト型の機能係数(bite type functional coefficients)によって表されることもできる。前記組み合わせのために、チョコレート塊のシミュレートされる加工からの全ての物質属性は、例えば、上述のボクセルによって格納されることができ、システム1は、この多次元パラメータ空間の構造格子内のボクセルによって表される全ての動作値又は物質値を変化させることによって最適化している。しかしながら、プロセス最適化及び自動化された意思決定構造の他のアプローチが、対応する制約に違反することなく、上記指定されたパラメータのセットを最適化するよう、チョコレート生産プロセスを調整するのに適しているならば、それらを同様に使用することができる。OEEを最適化することで、例えば、コストを最小限に抑えること、スループット及び/又は効率を最大化することのような、最も重要な目標を達成することができる。例えば、本プロセスを最適化するときには、プロセス/動作パラメータ仕様の1以上を最大化する一方で、他の全てをそれらの制約内に維持することによって、目標を達成することができる。よって、機械間制御システム1は、プロセスマイニングデバイスとして働いて、重要な活動及び障害を発見し、それらにのみ作用することができる。制御システム1は、例えば、適切な制御ループを含むことができる。各制御ループは、プロセス又はデバイス2/3/4/5/6の温度、レベル、又は流れを維持することのような、プロセス2/3/4/5/6の1つの部分を制御することについて責任を負う。制御ループが適切に設計され、同調されるならば、プロセスは、その最適131で動き、さもなければその下方又は上方132/133で動く。チョコレート生産ライン11の理想的な運転の外側では、プロセスが作動するのは、より高価であり、機器は、早期に摩耗するか、或いは最終チョコレート塊製品7/9の所要の品質又は特徴は達成されない。各制御ループが最適に動作するためには、本明細書に記載するセンサ、弁、及び同調の問題の特定が不可欠である。本機械間制御システム1は、チョコレート生産ライン11全体を連続的にモニタリングし且つ最適化するプロセス、特に自動化された性能監視を提供することを可能にする。
1 自己最適化する適合性の機械間制御システム
11 チョコレート生産プロセスライン
12 コントローラデバイス
13 チョコレート生産の総合設備効率(OEE)
131 緑色範囲内OEE、即ち、最適な動作
132 上方赤色範囲内のOEE、即ち、最適化された動作が可能でない
133 下方赤色範囲内のOEE、即ち、最適化された動作が可能でない
2 投与手段
21 振動排出装置
211 振動放電器
22 フィーダ
221 振動プロセス振動フィーダ
2211 電気機械振動フィーダ
2212 電磁振動フィーダ
2213 機械振動フィーダ
222 振動投与フィーダ
23 コンベヤ
231 スクリューコンベヤ
232 管状スクリューコンベヤ
24 チョコレート生産ラインの供給物質:カカオ、砂糖及び・・・
241 初期粒子特性
2411 凝集の状態
24111 液体
24112 乾燥/粒状/固体
2412 初期脂肪含量
2413 温度
2414 粒径
242 初期上流プロセスパラメータ
2421 抽出物243の量
2422 投与機械のサイズ
3 ミキサ及び混合
31 混合デバイス/攪拌ユニット(混合)
311 螺旋状攪拌ユニット
312 温度制御
313 独立的な混合槽
32 混錬装置
33 剪断デバイス/カッタユニット(サイズ減少)
34 ディスペンサディスク(均質化及び液化)
35 基本チョコレート塊
351 基本チョコレート塊35の可塑性パラメータ
352 基本チョコレート塊35の均質性パラメータ
353 基本チョコレート塊35の粘度
354 基本チョコレート塊35の温度
355 初期脂肪含量
36 可変速度駆動装置
37 レファイナ4への搬送デバイス
371 搬送デバイスの測定される電力消費
372 電力消費計測デバイス
4 レファイナ及び微粒化
41 事前微細化デバイス
411 事前微細化チョコレート塊
4111 事前レファイナ塊の粘度
4112 事前レファイナ塊の可塑性
4113 事前レファイナ塊の細かさ
4114 事前レファイナ塊の粒径
4115 事前レファイナ塊の粒径分布
4116 事前レファイナ塊の粘稠度
412 事前レファイナのロール
4121 ローラ圧力
4122 ローラ速度
4123 差動ローラ速度
4124 ローラクラウン
4125 ロール長さ
4126 ローラ間隙
4127 ローラ温度
413 制御及びモニタリングシステム
4131 ローラ圧力制御システム
4132 ローラ速度(モータ)制御システム
4133 細かさ測定装置
4134 ローラ距離及び設定制御システム
4135 温度制御システム
414 事前レファイナの容量
415 インラインのリアルタイム測定及び制御システム
4151 光源(レーザ)
4152 光学的画像取込みデバイス(カメラ)
4153 測定データ
42 ファイナ及び微細化
421 レファイナチョコレート塊
4211 レファイナチョコレート塊421の可塑性
4212 レファイナチョコレート塊421の細かさ
4213 レファイナ塊421の粘度
4214 レファイナ塊421の粒径
4215 レファイナ塊421の粒径分布
4216 レファイナ塊421の均質性
4217 塊分布
422 レファイナのロール
4221 ローラ圧力
4222 駆動装置(ローラ)速度
4223 差動ローラ速度
4224 ローラクラウン
4225 ロール長さ
4226 ローラ間隙
42261 吸気ローラ間隙(ローラ1及び2)
4227 ローラ温度
4228 除去ナイフ
423 制御及びモニタリングシステム
4231 ローラ圧力制御システム
4232 ローラ速度制御システム
4233 細かさ測定デバイス
4234 間隙制御及び間隙設定制御システム
4235 温度制御システム
4236 チョコレート層厚測定システム(レーザ)
424 レファイナの容量
425 ローラ冷却
426 リアルタイム測定及び制御システム(パターン)
4261 光学的画像取込みデバイス
42611 ロール422の表面画像
42612 ライン走査カメラ
4262 パターンデータベース
42621 パターンデータベースのサンプルパターン
42622 エラーパターン
42623 摩耗した除去ナイフのパターン特徴
4263 垂直パターン
4264 ファイナチョコレート塊421を有するロール被覆率
4265 画像処理手段
4266 測定データ
4267 劣化検出手段
427 光学式リアルタイム測定制御及びシステム(粒径)
4271 標的粒径
4272 標的塊分布(即ち、左-中-右で等しい粒径を備えるのが好ましいロール被覆率)
4273 測定データ
4274 近赤外センサデバイス
5 コンチェ及びコンチング
51 コンチングチョコレート塊
511 コンチング塊51の水分(含水量)
512 コンチング塊51の粘度
513 コンチング塊51の温度
514 コンチング塊51の質感
515 酸化
516 コンチング塊51の脂肪含有量
517 コンチング塊51の粘稠度
518 砂糖の粒径
52 制御&モニタリングシステム
521 温度制御
5211 温度センサ
5212 コンチェの温度
5213 加熱要素
5214 冷却要素
522 コンチング時間
523 周波数-コンバータ-制御駆動装置
524 通気
525 エネルギ入力
526 含水量の蒸発/減少
527 コンチングシャフト又はブレードの回転方向
528 追加的な材料の自動投与
5281 カカオ脂
5282 レシチン
5283 脂肪
5284 乳化剤
529 脂肪含有量測定デバイス
5291 脂肪含有量測定パラメータ
53 コンチングの3相
531 乾相
532 ペースト相
533 液相
54 コンチェ容器
541 コンチェ5の容量
542 コンチェ容器の内面
55 コンチングシャフト/ロータ
551 単一オーバースローコンチェ
552 二重オーバースローコンチェ
553 多重オーバースローコンチェ
554 径方向アーム又はブレード又は剪断要素
56 インラインの非侵襲なリアルタイム測定及び制御システム
561 光学式、電磁式又は音響式位置決めエンコーダ又はセンサ
562 光学式画像取込みデバイス(カメラ)
563 光源(レーザ)
564 高さプロファイル
565 位置測定
566 測定ライン
567 作業領域
57 コンチングプロセス
571 混合
572 乾燥
573 混錬及び剪断
574 風味発達
575 液化
5751 液化装置
5752 追加的な材料621
57521 カカオ脂6211
57522 追加的な脂肪
5753 追加的な磨砕手段
57531 ミル
57532 ボールミル
5a (コンチェのない生産ライン11における)液化手段
5a1 追加的な材料
5a11 カカオ脂
5a12 脂肪
5a2 磨砕手段
5a21 ミル
5a22 ボールミル
6 テンパリング/成形/エンロービング手段
61 チョコレート塊
611 塊61の水分(含水量)
612 結晶化又はカカオ脂/脂肪結晶の程度
613 カカオ脂の結晶化形態(I-VI)
614 塊61の粘度
615 塊61の温度
616 塊61の質感
617 塊61の脂肪含有量
62 チョコレート塊制御測定(品質特徴)
621 温度
63 成形ライン
64 テンパリング手段
641 チョコレート温度
65 堆積/堆積装置
651 容量
652 コントローラ
653 製品設定
66 殻形成
661 コールドスタンピングシステム
662 湿式殻形成システム
67 エンロービング
7 最終チョコレート塊
71 最終チョコレート塊の質感
72 最終チョコレート塊7の水分(含水量)
73 最終チョコレート塊7の総脂肪含有量
74 最終チョコレート塊7の粘度
8 機械間接続性制御及び操縦
81 予測ロール摩耗
82 自走微粒化
83 可塑性制御
84 総粒径制御
85 容量ブースト
86 リーンコンチング
9 最終製品:タブレット、バー、チョコレート物品・・・
91 最終製品の質感
92 最終製品9の水分(含水量)
93 最終製品9の脂肪含有量
94 最終製品9の粘度

Claims (30)

  1. 少なくとも、投与手段と、1つ又はそれよりも多くのミキサと、1つ又はそれよりも多くのレファイナと、1つ又はそれよりも多くのコンチェと、1つ又はそれよりも多くの液化装置と、テンパリング手段とを備える、チョコレート塊加工ラインを含み、固体及び/又は液体供給物質が、前記投与手段によって精密に投与され、搬送され、前記1つ又はそれよりも多くのミキサに排出され、前記供給物質は、前記1つ又はそれよりも多くのミキサによって、所定の可塑性及び均質性を備える基本チョコレート塊に混合及び/又は混錬され、事前レファイナとファイナとを含む前記1つ又はそれよりも多くのレファイナに移され、前記基本チョコレート塊は、制御されたローラ圧力及び/又はローラ間隙/距離及び速度及び/又はローラ温度を有する前記事前レファイナの少なくとも2つのローラによって、所定の可塑性と細かさとを備える事前微細化チョコレート塊に事前加工され、制御されたローラ圧力及び/又はローラ温度及び/又はローラ間隙/距離及び速度を有する前記ファイナの複数のローラによって、所定の粉末細かさを備えるレファイナチョコレート塊に加工され、前記1つ又はそれよりも多くのコンチェに移され、前記レファイナチョコレート塊は、前記1つ又はそれよりも多くのコンチェによって、所与の水分と、粘度と、質感と、脂肪含有量とを備える、コンチングチョコレート塊に加工され、前記テンパリング手段に移され、前記コンチェの各コンチェは、少なくとも、内面を有するコンテナ又はコンチェ容器と、該コンチェ容器の内側に位置する少なくとも1つの移動可能なシャフト又は回転可能なロータとを含み、剪断要素が、前記シャフトから前記内面に向かって延びて、動作中に及び/又は重なり合う剪断要素の間で前記コンチングチョコレート塊を前記コンチェ容器の表面に押し付け、前記コンチングチョコレート塊は、前記液化装置によってカカオ脂及び/又は他の脂肪を添加することによって、所定の水分と、結晶化の程度と、脂肪含有量とに処理され、最終的なコンチングチョコレート塊としてのチョコレート塊は、少なくとも、調温計によって測定される前記所定の結晶化の程度を達成するために温度を変更する前記テンパリング手段によって、最終製品に加工され、前記事前レファイナは、前記事前微細化チョコレート塊の前記可塑性の変化を測定するインラインのリアルタイム測定システムを含み、
    前記事前レファイナの前記少なくとも2つのローラの前記ローラ圧力及び/又はローラ距離(間隙)設定は、適応性の機械対機械制御システムによって自動的に調整されて、所与の可塑性パラメータ値で自律的な可塑性制御をもたらすことを特徴とする、
    自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  2. 当該適応性の制御システムは、前記レファイナの測定パラメータに基づいて或いは当該適応性の制御システムへの手動入力によって、前記所与の可塑性パラメータ値を系統的に調整する、請求項1に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  3. 前記事前レファイナは、間隙設定パラメータを補正した後に前記ローラの間の間隙を変更する前記2つのローラの自動的に調整可能な間隙設定を備える、2ローラレファイナとして実現される、請求項1又は2に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  4. 前記インラインのリアルタイム測定システムは、少なくとも、光源及び/又は光学的画像取込みデバイス及び/又はチョコレート塊搬送デバイスの電力消費量を測定する測定デバイス及び/又はスループットを測定する測定デバイスを含み、前記事前微細化チョコレート塊のスループットは、前記光源及び前記光学的画像取込みデバイスのライン三角測量によって測定され、前記事前微細化チョコレート塊の可塑性は、前記チョコレート塊搬送デバイスの前記測定される電力消費量との組み合わせにおいて、一定のスループットに基づいて動的に制御される、請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  5. 前記チョコレート塊の形態が、中央に投影されるレーザ又は光源ラインの扇形状に基づいて前記ライン三角測量によって前記事前レファイナの前記ローラの入口ゾーン内で評価され、前記チョコレート塊の前記スループットは、検出される形態のラインに基づいて動的に測定され、前記事前レファイナの前記少なくとも2つのローラの前記ローラ圧力及び/又はローラ距離(間隙)設定は、前記チョコレート塊搬送デバイスの前記測定される電力消費量との組み合わせにおいて前記チョコレート塊の一定のスループットを維持することによって所定の値の可塑性を提供するよう、当該適応性の制御システムによって自動的に調整される、請求項4に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  6. 前記光源は、レーザ又はマルチラインレーザ又はLEDプロジェクタとして実現され、且つ/或いは前記光学的画像取込みデバイスは、カメラ又はマルチラインレーザ測定センサ又は三角測量センサとして実現される、請求項4に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  7. 前記ファイナは、レファイナチョコレート塊を備える前記ファイナの前記ローラのうちの少なくとも1つのローラのローラ被覆率の垂直パターンを検出する、非侵襲的なリアルタイム測定システムを含み、パターン認識によって、前記検出される垂直パターンは、パターンデータベースの格納サンプルパターンと比較され、特定のエラーパターンを引き起こす場合、少なくとも前記ローラ温度及び/又は前記ローラ圧力は、当該自己最適化する適応性の制御システムによって動的に適応させられて、前記レファイナチョコレート塊の粒径分布の連続的な制御及び前記ファイナの動的に最適化されたスループットを提供する、請求項1乃至6のうちのいずれか1項に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  8. 前記非侵襲的なリアルタイム測定システムは、前記ファイナの第5ローラのローラ被覆率の垂直パターンを検出する、請求項7に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  9. 前記非侵襲的なリアルタイム測定システムは、前記ファイナの前記ローラのうちの少なくとも1つのローラの表面を撮像するための並びに対応する表面画像を生成するための光学的画像取込みデバイスを含み、該光学的画像取込みデバイスは、撮像される領域が前記少なくとも1つのローラの作業幅全体をカバーするように構成され、前記表面画像を処理するための画像処理手段を更に含む、請求項7又は8に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  10. 前記非侵襲的なリアルタイム測定システムは、前記表面画像及び前記検出される垂直パターンに基づいて制御信号を生成するように、並びに、前記ファイナ又は前記チョコレート塊加工ラインの前記投与手段、前記ミキサ、前記コンチェ及び前記テンパリング手段の動作パラメータを調整し且つ動的に適応させる調整手段に前記制御信号を提供して、前記レファイナチョコレート塊の粒径の連続的な制御をもたらすように、構成される、請求項9に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  11. 前記光学的画像取込みデバイスは、ライン走査カメラであり、前記表面画像は、1つ又はそれよりも多くのライン内に配置される複数の画素からなり、該複数の画素の各画素は、撮像される前記表面の領域を表し、該領域の物理的な特徴に対応する画素値を有する、請求項9又は請求項9に従属するときの請求項10に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  12. 特定のエラーパターンを引き起こす場合、少なくとも、前記ローラ温度及び/又は前記ローラ圧力及び/又は前記供給物質の組成及び/又は冷却水温度の変動及び/又は周囲温度の変化は、当該自己最適化する適応性の制御システムによって動的に適応させられて、前記レファイナチョコレート塊の粒径の連続的な制御をもたらす、請求項7乃至11のうちのいずれか1項に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  13. 前記ファイナは、前記レファイナチョコレート塊の粒径を検出する光学的なインラインの非侵襲的なリアルタイム測定システムを含み、前記レファイナチョコレート塊の前記検出される粒径は、確定した標的粒径と比較され、該標的粒径からの偏差を引き起こす場合、前記ローラのうちの少なくとも1つのローラの駆動速度は、前記検出される粒径と前記標的粒径との間の偏差が測定されなくなるまで、動的に適応させられる、請求項1乃至12のうちのいずれか1項に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  14. 前記レファイナチョコレート塊の粒径は、前記測定システムの近赤外センサデバイスによって測定される、請求項13に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  15. 前記レファイナチョコレート塊の前記粒径は、前記近赤外センサデバイスによって測定される前記レファイナチョコレート塊の脂肪含有量に基づいて測定される、請求項14に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  16. 前記ファイナは、5つのローラを含み、前記ファイナの第2ローラの駆動速度は、前記検出される粒径と前記標的粒径との間の偏差が測定されなくなるまで、動的に適応させられる、請求項13に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  17. 前記ファイナは、連続的な又は非連続的な制御サイクルを提供する手段を更に含んで、前記ファイナの前記ローラのうちの少なくとも1つのローラに沿う粒径及び塊分布を測定し、前記標的粒径及び/又は標的塊分布からの偏差を引き起こす場合、前記ローラのうちの少なくとも1つのローラの前記ローラ圧力又は前記駆動速度は、前記検出される粒径と前記標的粒径との間の偏差及び/又は前記測定される塊分布と前記標的塊分布との間の偏差が測定されなくなるまで、動的に適応させられ、前記測定される塊分布は、前記リアルタイム測定及び制御システムによって測定される前記ローラの前記ローラ圧力に依存する、請求項13又は14に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  18. 前記ファイナは、5つのローラを含み、前記ファイナは、制御サイクルを提供する手段を更に含んで、前記ファイナの第5のローラに沿う粒径及び塊分布を測定する、請求項17に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  19. 当該自己最適化する適応性の制御システムのコントローラデバイスが、前記事前レファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データ、前記ファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データ及び前記ファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データを取り込み且つモニタリングし、前記事前レファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データに基づく前記事前レファイナの前記少なくとも2つのローラの前記圧力及び/又はローラ距離(間隙)の前記動的調整、並びに前記ファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データに基づく前記ローラ温度及び/又は前記ローラ圧力及び前記ファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データに基づく前記ファイナの第2ローラの前記駆動速度の前記動的調整は、前記コントローラデバイスによって相互に最適化され且つ調整される、請求項13乃至18のうちのいずれか1項に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  20. 前記ファイナは、5つのローラを含み、前記可塑性を制御する前記ローラ速度との組み合わせにおける前記事前レファイナの前記ローラ圧力及び/又はローラ距離(間隙)の前記動的調整は、前記ファイナの前記スループット及び前記粒径を制御する前記ファイナの第2ローラの前記測定される駆動速度に更に基づき、前記ファイナの前記5つのローラのうちの少なくとも1つのローラの前記ローラ温度及び/又は前記ローラ圧力の前記動的調整は、前記コントローラデバイスによって制御される、請求項19に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  21. 前記ファイナは、5つのローラのうちの最後の第5のローラに除去ナイフを含む5ローラレファイナとして実現され、前記ファイナは、ファイナチョコレート塊を備える前記ファイナの前記第5ローラのローラ被覆率のパターンを検出する光学的なインラインのリアルタイム測定システムを含み、パターン認識によって、前記検出されるパターンは、パターンデータベースの格納サンプルパターンと比較され、劣化検出手段のパターン認識によって摩耗した除去ナイフを示すエラーパターンを引き起こす場合、前記インラインのリアルタイム測定及び制御システムは、前記ローラの前記除去ナイフの交換を示す或いは開始する出力信号を生成するように適応させられる、請求項1乃至20のうちのいずれか1項に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  22. 前記ファイナは、前記ファイナチョコレート塊を備える前記ファイナの前記ローラのうちの少なくとも1つのローラのローラ被覆率のパターンを検出するインラインの非侵襲的なリアルタイム測定システムを含み、パターン認識によって、前記検出されるパターンは、前記パターンデータベースの格納されたサンプルパターンと比較され、特定の第1のエラーパターンを引き起こす場合、少なくとも、前記ローラ温度及び/又は前記ローラ圧力は、当該自己最適化する適応性の制御システムによって動的に制御されて、前記レファイナチョコレート塊の前記粒径分布の連続的な制御及び前記ファイナの動的に最適化されたスループットをもたらし、劣化検出手段のパターン認識によって摩耗した除去ナイフを示すエラーパターンを引き起こす場合、前記インラインのリアルタイム測定及び制御システムは、前記第5のローラの前記除去ナイフの交換を示す或いは開始する出力信号を生成するように適応させられる、請求項21に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  23. 前記コンチェは、位置決めエンコーダ又はセンサを備えるインラインの非侵襲的なリアルタイム測定及び制御システムを更に含み、作業領域の測定ラインに沿う前記コンチングチョコレート塊の高さプロファイルが生成されて、前記測定ラインに沿う前記位置決めエンコーダ又はセンサによる位置測定を行い、該測定される高さプロファイルに基づいて、コンチングチョコレート塊のパラメータ値が測定され、標的パラメータ値の測定されるパラメータ値の偏差を引き起こす場合、前記コンチェの前記動作パラメータのうちの少なくとも1つの動作パラメータが、前記制御及びモニタリングシステムによって動的に適応させられて、前記測定されるパラメータ値を前記標的パラメータ値と位置合わせする、請求項1乃至22のうちのいずれか1項に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  24. 前記位置決めエンコーダ又はセンサは、光学的又は電磁的又は音響的な位置決めエンコーダ又はセンサである、請求項23に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  25. コンチングチョコレート塊の前記測定されるパラメータ値は、前記コンチングチョコレート塊の粘稠度の尺度をもたらす、請求項23又は24に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  26. 前記コンチングチョコレート塊の前記高さプロファイルの前記測定ラインは、前記コンチェ容器の長さ及び/又は前記コンチェ容器の前記内面の長さに沿い、前記コンチェ容器の前記内面は、前記作業領域を提供する、請求項23乃至25のうちのいずれか1項に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  27. 前記コンチェの前記制御及びモニタリングシステムは、前記コンチングチョコレート塊の脂肪含有量を提供する前記供給物質の添加される脂肪を測定する脂肪投与測定デバイスを更に含み、前記基本チョコレート塊の初期脂肪含有量は、前記コンチングチョコレート塊の標的脂肪含有量に対する前記コンチングチョコレート塊の前記測定される脂肪含有量の偏差を引き起こす場合、前記投与手段によって動的に適応させられ、且つ/或いは前記コンチングチョコレート塊の前記脂肪含有量は、前記レファイナの前記ローラ特徴を補正することによって動的に適応させられる、請求項23乃至26のうちのいずれか1項に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  28. 当該自己最適化する適応性の制御システムのコントローラデバイスが、前記事前レファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データ、前記ファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データ及び前記ファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データを取り込み且つモニタリングし、前記事前レファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データに基づく前記事前レファイナの前記少なくとも2つのローラの前記圧力及び/又はローラ距離(間隙)の前記動的調整、並びに前記ファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データに基づく前記ローラ温度及び/又は前記ローラ圧力及び前記ファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データに基づく前記ファイナの第2ローラの前記駆動速度の前記動的調整は、前記コントローラデバイスによって動作パラメータとして相互に最適化され且つ調整され、前記動作パラメータを最適に調整した場合及び最適に調整された前記動作パラメータの下で前記チョコレート塊の予測されるスループットに対する測定されるスループットの偏差を引き起こす場合、前記ファイナのローラ又は前記事前レファイナの前記ローラの摩耗が測定され且つモニタリングされ、前記適切なローラの交換及び/又は交換の最適なときを示す或いは開始する出力信号が生成される、請求項13乃至27のうちのいずれか1項に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  29. 当該自己最適化する適応性の制御システムのコントローラデバイスが、前記事前レファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データ及び/又は前記ファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データ及び/又は前記インラインの非侵襲的なリアルタイム測定及び制御システムの前記測定される高さプロファイル及び/又は前記コンチェの脂肪投与測定デバイスの前記測定データを取り込み且つモニタリングし、前記事前レファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データに基づく前記事前レファイナの前記少なくとも2つのローラの前記圧力及び/又はローラ距離(間隙)及び/又はローラ速度の前記動的調整、及び/又は前記ファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データに基づく前記ローラ温度及び/又は前記ローラ圧力の前記動的調整、及び/又は前記ファイナの前記リアルタイム測定システムの前記測定データに基づく前記ファイナの第2ローラの前記駆動速度の前記動的調整、及び/又は前記投与手段による前記基本チョコレート塊の前記初期脂肪含有量の前記動的調整は、前記コントローラデバイスによって動作パラメータとして相互に最適化され且つ調整される、請求項13乃至28のうちのいずれか1項に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
  30. 前記測定データは、前記測定される高さプロファイルであり、脂肪含有量測定デバイスは、前記インラインの非侵襲的なリアルタイム測定及び制御システムであり、前記脂肪含有量は、前記測定される高さプロファイルに基づいて測定される、請求項23乃至29のうちのいずれか1項に記載の自己最適化する適応性の産業用チョコレート生産システム。
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