УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ПОДАЧИ ИНГРЕДИЕНТОВ ШОКОЛАДА, СИСТЕМА И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШОКОЛАДНОЙ МАССЫ
DEVICE AND METHOD FOR CONTINUOUS SUPPLY OF CHOCOLATE INGREDIENTS, SYSTEM AND METHOD FOR CHOCOLATE MASS PRODUCTION

Область техники
Изобретение относится к устройству и процессу для подачи шоколадных ингредиентов в конш-машину непрерывного действия и к системе и процессу для производства шоколадной массы.
В области производства шоколада известны конш-машины, которые обычно эксплуатируются в периодическом режиме. Иными словами, конш-машина заполняется ингредиентами, работает в течение определенного времени и шоколадная масса может быть выгружена из конш-машины после окончания процесса.
Предпосылки создания изобретения
Затем были предложены конш-машины непрерывного действия, имеющие один или несколько шнеков, например, раскрытые в патенте США 4679498.
Краткое описание изобретения
Одна из задач, решенных в настоящем изобретении, состоит в том, чтобы обеспечить устройство и процесс для эффективного производства шоколадной массы в конш-машине непрерывного действия. Устройство, решающее эту и другие задачи, описано в пункте 1 формулы изобретения, и связанный с этим процесс подробно описан в пункте 15. Конкретные примеры воплощения даны в зависимых пунктах. Система, имеющая описанное здесь устройство и процесс для производства шоколадной массы, включающий описанный здесь процесс, заявлены в пунктах 14 и 22 соответственно.
Изобретение, в основном, основано на том, что требуется обеспечить непрерывный поток, например, с расходом 1500-2500 кг/час ингредиентов для формирования шоколадной массы или так называемых хлопьев для эффективного и надежного производства шоколадной массы в конш-машине непрерывного действия. Упомянутые хлопья состоят, главным образом, из сахара, какао-масла, какао-ликера и какао-порошка, которые измельчаются и очищаются, как это известно специалистам в данной области. Дополнительно, особенно для производства молочного шоколада, какао-порошок может быть частично или полностью заменен сухим молоком, которое может содержать сладкую сухую молочную сыворотку и молочный жир. Для производства белого шоколада какао-ликер может не использоваться. Обычно описанные хлопья подвергаются нагреву. Отметим, что описанные здесь признаки применимы к любому шоколадному или тому подобному шоколаду материалу, который можно назвать шоколадом в соответствии с местными законами. В частности, подобные шоколаду материалы могут содержать любые питательные вещества, полученные из бобов какао и любой содержащий жир кондитерский материал. Что касается описываемой здесь конш-машины непрерывного действия, то эта конш-машина может иметь один или несколько валов, имеющих спиральную конструкцию по окружности, например, шпиндель или шнек. Один или несколько шпинделей могут взаимодействовать с другими шпинделями, и конш-машина непрерывного действия может работать как экструдер, в частности, планетарный вальцовый экструдер. Такой экструдер может, например, быть произведен фирмой ENTEX Rust & Mitschke GmbH, расположенной по адресу Heinrichstrasse 67, 44805 Бохум, Германия. Для упомянутых типов конш-машин непрерывного действия было найдено, что они обеспечивают необходимый (высокий) теплообмен ингредиентов, необходимое смешивание и резание, чтобы получить однородную шоколадную массу при непрерывной работе. В частности, время конширования шоколадной массы, то есть время, которое ингредиенты находятся в конш-машине прежде, чем они превратятся в шоколадную массу, может быть сокращено от нескольких часов до нескольких минут. Кроме того, пространство, требуемое для вышеописанной конш-машины непрерывного действия, значительно меньше, чем то, которое требуется для традиционной машины с периодической загрузкой, так что эффективность процесса была улучшена также и в этом отношении. Это особенно выгодно, когда принимается во внимание количество полученной шоколадной массы. Традиционные конш-машины могут произвести от 5 до 12 тонн шоколадной массы в сутки, тогда как вышеупомянутые конш-машины непрерывного действия позволяют производить 2-3 тонны в час и даже больше в зависимости от их размера. Как отмечено выше, подача ингредиентов в конш-машину непрерывного действия обусловлена определенными требованиями. В частности, изобретатели выяснили, что надежность описанного процесса может быть значительно улучшена, если ингредиенты подаются непрерывно, например, без прилипания ингредиентов к поверхности устройства транспортировки. Как будет описано ниже более подробно, имеется ряд ситуаций и местоположений, когда ингредиенты стремятся прилипнуть или задержаться на поверхности устройства. В зависимости от конкретной ситуации и параметров процесса, эти места требуют различных мер для предотвращения задержки ингредиентов. В частности, изобретатели нашли, что в некоторых ситуациях для предотвращения залипания достаточно использовать средство предотвращения прилипания в одном конкретном месте, чтобы гарантировать устойчивую подачу ингредиентов и эффективную работу машины по настоящему изобретению. Кроме того, различные меры для предотвращения прилипания могут быть объединены вместе. В частности, описываемое здесь устройство может иметь один или несколько конвейеров, один или несколько буферных резервуаров, одно или несколько питающих устройств, таких как поршни или шнеки, включая корпус, и один или несколько бункеров, в основном, связанных с корпусом шнека для подачи ингредиентов, например, с конвейером. Можно предусмотреть установку одного или несколько конвейеров компаний Buhler AG, 9240 Uzwil, Switzerland и/или BSA Schneider Anlagentechnik GmbH, Gruner Winkel 7-9, 52070 Ахенами, Германией и/или Petzholdt-Heidenauer Maschinen-und Anlagenbau International GmbH, Niedersedlitzer StraJie 41, 01239 Дрезден, Германия. Один или несколько буферных резервуаров могут иметь объем приблизительно 800 литров и могут быть поставлены фирмой Reimelt 4 Foodtechnologie GmbH, Messenhauser Strafie 37-45, 63322 Родермарк, Германия. Дополнительно, нижняя часть буферного резервуара может иметь угол наклона примерно 40°. Это оказалось достаточным, чтобы обеспечить надежный поток ингредиентов. Можно дополнительно усилить указанные меры, если внутренние поверхности, по меньшей мере, одного буферного резервуара, по меньшей мере, частично будут покрыты тефлоном или снабжены поверхностью, которая помогает предотвратить прилипание ингредиента на поверхности буферного резервуара любым другим способом. Один или несколько питающих шнеков могут иметь полную длину приблизительно 0,4 м, из которых приблизительно 0,3 м имеют спиральную, червячную структуру, чтобы обеспечить эффект передачи или подачи, а остальная часть шнека, например, имеет форму шкива для того, чтобы выполнять ту же самую задачу. Внутренний диаметр одного или нескольких питающих шнеков может составить приблизительно 10,5 см, а наружный диаметр может составить приблизительно 15,5 см. Дополнительно, длина подачи может составлять около 15 см. Наконец, следует отметить, что один или несколько питающих шнеков могут быть поставлены компанией Entex, упомянутой выше в связи с экструдером. Это также относится к одному или несколько бункерам, которые могут иметь, по меньшей мере, одно нижнее отверстие, которое является, в основном, прямоугольным сечением длиной около 17 см и шириной около 10 см. Верхнее отверстие может иметь длину около 29 см и ширину около 22 см. При этом высота конической части бункера может составить около 24 см и высота нижней части, имеющей в основном вертикальные стенки, может составить около 9 см. Квалифицированным специалистам понятно, что любой из упоминаемых выше или ниже конкретных размеров зависит от типа и/или размеров комплектующих компонентов.
Как подробно описано ниже, средства предотвращения прилипания могут быть предусмотрены в одном или нескольких вышеупомянутых компонентах.
Например, в процессе многочисленных экспериментов изобретатели нашли, что ингредиенты имеют тенденцию прилипать и даже строить так называемые мосты на входе питающего шнека, при подаче ингредиентов в конш-машину непрерывного действия, и одна или несколько указанных выше мер могут быть связаны, по меньшей мере, с одной поверхностью, подвергнутой действию ингредиентов, которые не является клейкими по отношению к холодным или теплым шоколадным компонентам. Таким образом, любые поверхности, в особенности поверхности конвейера и/или питающего шнека должны быть обработаны соответствующим образом, чтобы предотвратить прилипание ингредиентов.
Эксперименты показали, что это, например, может быть достигнуто, обеспечивая рабочие поверхности с низкой поверхностной шероховатостью, например, Ra=1,0 µм или меньше.
Дополнительно, были достигнуты хорошие результаты с поверхностями, которые могут быть керамическими и/или лакированными поверхностями, например, покрыты композиционным лаком, который, например, может быть поставлен фирмой Zion Zentrum Oberflachenveredelung & Nanotechnologie, улица Карл Арнольд 5, 47877 Виллих, Германия или фирмой European Surfaces Technologies GmbH, аллея доктора Альфреда Херхаузен 16, 47228 Дуйсбург, Германия под маркой изготовителя "HBL Hybrid Lack" и/или тефлоновой поверхностью, и/или снабженной гальваническим покрытием, например, хромированной поверхностью. В другом случае одна или несколько поверхностей одного или несколько шнеков могут быть покрыты ПТФЭ. Тефлоновое покрытие также оказалось эффективным на стыке с внутренними поверхностями буферного резервуара, описанного ниже. Кроме того, что касается, например, питающего шнека, материал в виде спеченной нержавеющей стали оказался выгодным как основной материал питающего шнека. Кроме того, одна или несколько поверхностей могут быть снабжены покрытием и/или поверхностью, основанной на нанотехнологии, чтобы достигнуть эффекта предотвращения прилипания.
Изобретатели также нашли, что специальные меры при проектировании используемого оборудования выгодны для предотвращения прилипания шоколадных ингредиентов. Например, по меньшей мере, у одного питающего шнека отношение его длины подачи (L) к его наружному диаметру (D) может быть порядка 3 к 1. В этом диапазоне, в частности, с отношением L/D около 1, были получены хорошие результаты в смысле предотвращения прилипания и гарантии непрерывной подачи ингредиентов.
Кроме того, устройство может иметь, по меньшей мере, один буферный резервуар, чтобы справиться с любым прилипанием шоколадных ингредиентов, которые могут удаляться только время от времени. Иными словами, может быть выгодно хранить ингредиенты в буфере, чтобы обеспечить поток ингредиентов к буферу, который может быть время от времени прерван, из-за возможного прилипания. Кроме того, шоколадные ингредиенты, в частности шоколадных хлопья, обычно подаются из одной или нескольких машин для измельчения шоколадной массы, которые не всегда гарантируют постоянный непрерывный поток ингредиентов. Следовательно, этот поток может быть отрегулирован с помощью одного или нескольких буферных резервуаров. Кроме того, наличие одного или нескольких буферных резервуаров может помочь в обеспечении непрерывного потока шоколадных ингредиентов следующим образом.
Совершенно неожиданно было найдено, что имеет место прилипание шоколадных ингредиентов при прерывании подачи потока ингредиентов. Иными словами, непрерывный поток ингредиентов может препятствовать задержке ингредиентов на любой из рабочих поверхностей, тогда как всякий раз, когда имеет место перерыв в подаче потока ингредиентов, т.е. когда ингредиенты остаются на одном месте в контакте с рабочей поверхностью в течение более или менее длительного времени, происходят прилипание. Поскольку буфер может компенсировать любые неравномерности потока, может быть достигнут устойчивый поток ингредиентов из буфера, и прилипание выходного потока ингредиентов буфера может быть сведено к минимуму.
Чтобы предотвратить прилипание в самом буфере, особенно непосредственно в буферном резервуаре, оказалось эффективным применение, по меньшей мере, одного перемешивающего устройства, например лопастной мешалки или мешалки типа «Коктейль», для перемешивания буферизованных ингредиентов.
Как в связи с буферными, так и с любыми другими поверхностями, которые подвергаются действию ингредиентов, прилипание ингредиентов к любым поверхностям описываемого здесь устройства может дополнительно быть предотвращено путем подачи текучей среды, например, сжатого воздуха, по меньшей мере, на одну поверхность, которая находится в контакте с ингредиентами и/или подачу воздуха непосредственно на сами ингредиенты. Следовательно, должна быть обеспечена, по меньшей мере, одна форсунка для подачи такой текучей среды. В частности среда, такая как воздух, может быть извлечена как воздух от лопаток, иными словами, вдоль обдуваемой поверхности стенки. В частности, для буферного резервуара процесс выброса среды в виде воздуха, который можно также назвать аэрированием, оказался эффективным в виде распыления воздуха, то есть среды, распределяемой по определенной поверхности. Кроме того, любое забивание, например, подающего шнека может быть ликвидировано "по ходу работы", например, подавая сжатый воздух в виде своего рода "лопатки", например, по длине, которая, в основном, соответствует длине корпуса шнека, например, 400 мм. Распылители воздуха могут быть поставлены фирмой Tridelta Siperm GmbH, улица Оркиргштрассе 177, 44287 Дортмунд, Германия.
Кроме того, предотвращение прилипания шоколадных ингредиентов к любым рабочим поверхностям может быть осуществлено, управляя количеством подаваемых ингредиентов. Например, это может быть достигнуто, по меньшей мере, одним конвейером, приспособленным для передачи ингредиентов и снабженным, по меньшей мере, одним взвешивающим средством для непрерывного взвешивания связанных с ним ингредиентов. Такие средства взвешивания, например, могут быть поставлены фирмой Schenck Process GmbH, Pallaswiesenstrasse 100, 64293 Дармштадт, Германия под торговым знаком Multidos.
Таким образом, количество подаваемых ингредиентов может определяться непрерывно, и любые параметры, такие как скорость конвейера, могут непрерывно регулироваться, чтобы достичь предопределенной цели. С одной стороны, это гарантирует достаточный расход ингредиентов и, с другой стороны, предотвращает повышенный расход, который может привести к накапливанию ингредиентов в одном месте и, как следствие, увеличенное прилипание к поверхности и/или слипание ингредиентов.
Что касается одного или нескольких конвейеров, используемых в устройстве, в некоторых случаях может оказаться выгодным обеспечить конвейер, который приспособлен для передачи ингредиентов по направлению вверх. Например, это позволит сбрасывать ингредиенты в бункер с выходного конца питающего шнека, работающего вверх по потоку, и одновременно извлекать ингредиенты из нижней части буферного резервуара, не требуя лишнего пространства в вертикальном направлении.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет теперь описано на примерах его воплощения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
Фигура 1 - схематическое представление устройства для подачи шоколадных ингредиентов в конш-машину непрерывного действия и для изготовления шоколадной массы;
Фигура 2 - перспективный вид внутренней части бункера, имеющего гибкую стенку; и
Фигура 3 - перспективный вид бункера.
Лучший режим для осуществления изобретения
На фигуре 1 представлено общее расположение устройства 10 для подачи шоколадных ингредиентов в конш-машину непрерывного действия 12. В показанном примере воплощения устройство 10 содержит буферный резервуар 14, конвейерную систему 16, бункер 18 и питающий шнек 20 для подачи ингредиентов в конш-машину непрерывного действия 12. Ингредиенты, такие как шоколадные хлопья, подаются в буферный резервуар 14 от одной или нескольких машин для измельчения шоколадной массы (не показаны) одним или несколькими конвейерами (26). Буферный резервуар 14 может иметь одно или несколько перемешивающих устройств и/или форсунок для инжекции текучей среды, например, сжатого воздуха, чтобы перемешать содержание буферного резервуара 14. Через выпускное отверстие 22 буферного резервуара 10 ингредиенты выводятся из буферного резервуара 14, и в показанном примере воплощения передаются ленточным весовщиком 28, который можно считать средством взвешивания конвейера, чтобы непрерывно взвешивать ингредиенты, удаляемые из буферного резервуара 14. В показанном примере воплощения весы 28 ленточного конвейера передают ингредиенты первому, в основном, горизонтальному конвейеру 30, от которого ингредиенты поступают на конвейер 32, установленный с наклоном вверх, и затем направляются на второй, в основном, горизонтальный конвейер 34, который передает ингредиенты в бункер 18. Как можно видеть на чертеже, наклон конвейера 32 позволяет расположить буферный резервуар в относительно низком положении, несмотря на высоту бункера 18, и, следовательно, избежать занятия излишнего пространства в вертикальном направлении. Однако следует отметить, что конвейеры 30-34, в частности наклонный конвейер 32, может быть опущен, если пространство в вертикальном направлении не является критическим, с тем, чтобы ингредиенты могли транспортироваться в горизонтальном направлении от выпускного отверстия 22 буферного резервуара к расположенному выше бункеру 18. Кроме того, в некоторых областях применения один или несколько горизонтальных конвейеров 30, 34 могут быть опущены. Фактически, в настоящее время предпочитается передача ингредиентов от буферного резервуара 14 к бункеру 18 одним, в основном, горизонтальным конвейером, таким как конвейер 28, показанный на чертеже.
В показанном примере воплощения ингредиенты падают с конвейера 34 в бункер 18 и, в конечном счете, входят в корпус 24, из которого они извлекаются питающимся шнеком 20, расположенным в корпусе, показанном на чертеже. 1. Питающий шнек подает ингредиенты в конш-машину непрерывного действия 12. В промежутке между питающимся шнеком 20 и конш-машиной непрерывного действия 12 и/или вдоль конш-машины непрерывного действия 12 могут быть дополнительно введены другие ингредиенты, такие как какао-ликер, лецитин и т.д. Ингредиенты смешиваются, нагреваются до необходимой температуры вдоль конш-машины непрерывного действия 12 и подвергаются действию необходимых срезающих усилий по мере того, как шоколадная масса 11 перемещается в конш-машине непрерывного действия на выход (на чертеже 1 справа). Отметим, что корпус 24 может включать привод питающего шнека 20 и/или любого другого шнека, содержавшегося в конш-машине непрерывного действия 12. Кроме того, средства взвешивания, такие как одна или несколько взвешивающих ячеек, могут быть размещены по пути одного или нескольких конвейеров 32-34 в дополнение к конвейеру 16, чтобы непрерывно взвешивать транспортируемые ингредиенты и регулировать скорость конвейера и/или любые другие параметры в процессе работы.
На фигуре 2 показана внутренняя часть бункера 18, по существу, в виде сверху с тем, чтобы можно было видеть отверстие 36 бункера и части шнека 20. Как можно видеть из чертежа, стенки 38 формирующие отверстие 36, сделаны из гибкого материала и в показанном примере воплощения, являются надувными. В показанном примере воплощения гибкий материал равномерно примыкает к нижней части наклонных стенок бункера. Посредством раздувающих средств (не показаны) стенки 38 могут быть раздуты так, что в показанном примере воплощения они перемещаются друг к другу и/или деформируются с тем, чтобы сформировать одну или несколько вздутий, входящих в отверстие 36.
На фигуре 2 также показан так называемый мост 40, который создается поперек отверстия 36 шоколадными ингредиентами, прилипшими к стенкам 38, а также ингредиентами, прилипшим к ингредиентам, удерживаемых на стенах, агломерируя все большее и большее количество ингредиентов и, наконец, создавая сплошной мост. Если этот процесс продолжится, то все отверстие 36 будет забито. Посредством движения и/или деформации, по меньшей мере, одной из стенок 38 механическая энергия передается на такой мост 40 относительно простым, но эффективным способом с тем, чтобы мост был разрушен, описанное прилипание будет предотвращено и поток ингредиентов к питающему шнеку 20 будет продолжен.
Как можно видеть из фигуры 3, бункер 18 может иметь конусообразную форму, в основном, с прямоугольным верхним отверстием 12 и также, в основном, прямоугольным нижним отверстием, которое уже было показано на фигуре 2. Одна или две стенки 42, расположенные между верхним и нижним отверстиями, в основном, могут быть вертикальными. Это также относится к стенкам, таким как стенка 38, расположенная рядом, в частности, сразу над нижним отверстием. В частности, все стенки, примыкающие к нижнему отверстию, могут быть, в основном, вертикальными и, как показано на фигуре 3, могут иметь вид двойной стенки. Например, могут быть внутренние стенки, которые в основном, являются продолжением конусных стенок и которые могут быть гибкими. Кроме того, внешние стенки могут иметь одно или несколько отверстий, обозначенных позицией 44, для прохождения одного или нескольких поршней через отверстия 44 внешних стенок и упора во внутренние стенки. Таким образом, когда один или несколько поршней вставлены в отверстия бункера и упираются во внутренние стенки, последние, по меньшей мере, частично будут двинуты внутрь центрального отверстия, в результате чего любые мосты, например показанные как 40 на фигуре 2, будут разрушены. В показанном примере воплощения, по меньшей мере, одна стенка 38, которая, в основном, параллельна направлению А шнека, и, по меньшей мере, стенка, которая, в основном, перпендикулярна направлению А шнека на выходе из бункера, т.е. не видимого на фигуре 3, может быть гибкой, чтобы реализовать вышеописанные эффекты, в частности, на выходе бункера. Изобретателями было найдено, что прилипания и мосты особенно нежелательны на этом участке.