СПИРАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
SPIRAL MOVEMENT DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к диспенсеру замороженного кондитерского изделия, в частности к диспенсеру с цилиндрическим охлаждающим элементом и поверхностью испарителя и устройству перемещения, содержащему спиральный элемент, выполненный с возможностью продвижения продукта вдоль продольной оси охлаждающего элемента. Изобретение также относится к спиральному элементу диспенсера замороженного кондитерского изделия.
Уровень техники
На рынке имеется несколько типов диспенсеров-грануляторов или диспенсеров для состоящих из частиц материалов. Такие диспенсеры-грануляторы содержат расположенные вертикально или горизонтально шпиндели и спиральные скребки, окружающие испаритель, так что устройство одновременно выполняет функции скребка и мешалки. Конфигурация диспенсера-гранулятора определяет движение гранулированного охлажденного, смешанного со льдом, частично замороженного или замороженного продукта к клапану выдачи.
Современные системы выдачи, применяемые в данной области, представляют собой устройства типа Sorbettiera, предназначенные для работы с продуктами на водной основе (например, граните). Эти типы продуктов характеризуются уровнем взбитости в диапазоне 0-40% или ниже и не содержат жиров (или имеют очень низкое содержание жиров). Типичные продукты, выдаваемые из таких машин, являются пастообразными или жидкими продуктами, такими как шербет, граните, слаш и т.д.
В машины указанного типа массу продукта обычно добавляют в виде отдельных загрузок при температуре окружающей среды в виде жидкости или жидкости и порошка в бункер и хранят от нескольких часов до 10 дней. Продукт охлаждают с помощью испарителя, а охлажденный продукт затем соскабливают с охлаждающей поверхности испарителя. Затем продукт выдают через клапан выдачи отдельными порциями.
Было установлено, что устройства для выдачи Sorbettiera плохо подходят для молочных продуктов с уровнем взбитости 20-85%. Существующие машины характеризуются низкой стабильностью уровня взбитости и отсутствием контроля за поведением продукта в диспенсере, в частности если продукт хранится в диспенсере в течение нескольких дней.
Эксплуатационные качества машины определяются ее пропускной способностью и поведением продукта в машине. Для достижения разумной пропускной способности в виде количества выдаваемых порций важно понимать взаимодействие между продуктом и машиной.
Поэтому существует потребность в диспенсере, позволяющем выдавать большое количество порций продукта из одной загрузки, в частности работать с продуктами с высоким уровнем взбитости, например, от 20 до 85%, без существенной потери взбитости в процессе хранения или выдачи.
Раскрытие изобретения
Соответственно, настоящее изобретение относится к диспенсеру замороженного кондитерского изделия, содержащему:
резервуар для приема и хранения выдаваемого продукта,
испаритель с цилиндрическим охлаждающим элементом,
устройство перемещения, содержащее спиральный элемент, выполненный с возможностью вращения снаружи охлаждающего элемента относительно его оси таким образом, чтобы продвигать продукт вдоль продольной оси охлаждающего элемента, и
привод, сцепляющийся с устройством перемещения для его вращения, и дозатор для выдачи продукта,
где спиральный элемент имеет угол атаки α менее 60° относительно продольной оси цилиндра.
Неожиданно было обнаружено, что диспенсер в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает легкое перемешивание продукта и распределяет его по всей поверхности испарителя, в то же время позволяя перемещать продукт к клапану выдачи. Благодаря использованию элемента особой конструкции изобретение обеспечивает уменьшение скорости/напряжения сдвига, что позволяет поддерживать взбитость продукта на протяжении его выдачи.
Кроме того, было обнаружено, что особая конструкция устройства перемещения снижает давление продукта в бункере. Снижение давления дает возможность контролировать взбитость в бункере, в частности если продукт хранится некоторое время в течение периода выдачи. Это делает диспенсер особенно подходящим для выдачи жиросодержащих продуктов с уровнем взбитости в диапазоне 20-100%, более конкретно в диапазоне от 70 до 85%.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к спиральному элементу, имеющему первый конец, выполненный с возможностью сцепления с приводом, и второй конец, выполненный с возможностью расположения внутри резервуара, где продольная ось спирального элемента составляет от 120 до 520 мм, а внутренний диаметр - от 80 до 160 мм, угол атаки α спирального элемента составляет менее 60° относительно продольной оси.
Было обнаружено, что такая конструкция спирального элемента согласно изобретению позволяет перемещать продукт без избыточного включения воздуха или уменьшения содержания воздуха в продукте. Движение продукта обеспечивает распределение температуры по горизонтали и вертикали с малым разбросом, что важно для сохранения качества продукта и предотвращения его коллапса. Кроме того, если не перемещать продукт с поверхности испарителя, он будет замерзать в виде ледяных слоев на охлаждающем элементе, создавая потенциальное препятствие.
В то время как устройство перемещения в соответствии с изобретением обеспечивает легкое перемешивание и уменьшает давление, оно также позволяет избежать образования «откоса» или накопления продукта выше по потоку от скребка. Такое накопление продукта нежелательно по ряду причин:
a. Распределение температуры неравномерно, поскольку продукт остается на передней части скребка вдали от охлаждающего элемента, в результате чего температура продукта в этой области повышается.
b. Массовое распределение также неравномерно, поэтому качество продукта неоднородно, а значит и неконтролируемо.
c. Продукт на передней части скребка склонен к коллапсу или потере взбитости, так как поверхность продукта имеет более высокую температуру и в конечном итоге будет содержать воздушные пузыри большего размера при неравномерности распределения пузырьков воздуха по размеру, что создает риск коллапса и, следовательно, превращения в жидкость.
В то же время существует необходимость предотвратить накопление льда или замороженного продукта на поверхности охлаждающего элемента, чтобы избежать образования кусков льда в массе продукта и обеспечить равномерное распределение температуры по всему продукту, что может влиять на структуру продукта, а также предотвратить повреждение скребка.
Таким образом, настоящее изобретение устраняет указанные неблагоприятные факторы.
Кроме того, изобретение повышает эффективность использования партии продукта, помещенной в диспенсер, в плане количества порций продукта.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу выдачи замороженного кондитерского изделия, включающему обеспечение описанного выше диспенсера,
обеспечение партии замороженного кондитерского изделия, имеющей уровень взбитости от 20 до 100%, наиболее предпочтительно 20-85%, и введение замороженного кондитерского изделия в резервуар диспенсера,
где привод обеспечивает скорость вращения спирального элемента от 16 до 50 об/мин, а температура охлаждения на поверхности охлаждающего элемента составляет от -1 до -20°С.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1А и 1В приведены виды сбоку варианта осуществления спирального элемента в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 1С приведен вид в разрезе варианта осуществления спирального элемента согласно фиг. 1А и 1В и определен угол атаки α.
На фиг. 2 представлен вид в перспективе спирального элемента, показанного на фиг. 1.
На фиг. 3 изображен известный спиральный элемент и форма поверхности продукта, получаемая при его использовании.
На фиг. 4 изображен однооборотный спиральный элемент и форма поверхности продукта, получаемая при его использовании.
На фиг. 5 изображен вариант осуществления однооборотного спирального элемента с вытеснителем.
На фиг. 6 приведено принципиальное перспективное представление диспенсера в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 7 приведен схематический вид сбоку в разрезе диспенсера в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 8 показано изменение уровня взбитости со временем для известного диспенсера и диспенсера согласно настоящему изобретению.
На фиг. 9 показано изменение распределения температуры со временем для известного диспенсера и диспенсера согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
В соответствии с настоящим изобретением продукт добавляют в машину в частично замороженном виде с определенным начальным уровнем взбитости. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения нежелательно увеличивать или уменьшать уровень взбитости продукта, находящийся в диапазоне от 20 до 85%, в процессе его хранения и выдачи из машины.
Изобретение отличается от уже известных диспенсеров следующим образом: часть существующих машин предназначена для получения продуктов, как правило, на основе воды (например, слаша, граните); другие предназначены для приготовления смеси из сухой основы с последующим включением воздуха. Функция скребка в этих машинах состоит в том, чтобы удалять замороженную смесь с поверхности испарителя, поскольку в противном случае на поверхности испарителя будут накапливаться слои льда. Настоящее изобретение не только обеспечивает удаление замороженной смеси с цилиндра, но и легкое перемешивание, а также снижение напряжения сдвига.
Изобретение решает различные проблемы за счет конструкции спирального элемента. В частности, было обнаружено, что изобретение может использоваться с молочной рецептурой, предусматривающей содержание жиров (около 8%). Жир очень чувствителен к сдвигу, так что, если скорость сдвига слишком высока, сильно повышается риск неустойчивой взбитости, приводящей к значительному уменьшению объема продукта (коллапсу).
Угол атаки α - это угол наклона спирального элемента по отношению к продольной оси цилиндра, как показано на фиг. 1С.
Кроме того, в настоящем контексте, если не указано иное, % компонента означает % массы в расчете на массу композиции, т.е. мас./мас. %.
Взбитость относится к количеству воздуха, взбитого в смеси ингредиентов для приготовления воздушных изделий. Термин «взбитость» является широко признанным среди специалистов в области производства мороженого, и в настоящем изобретении «взбитость» определяется как увеличение объема мороженого в процентах, превышающее объем смеси, используемой для производства этого мороженого. Другими словами, если 1 литр смеси аэрируют с получением 2,0 л мороженого, объем увеличивается на 100% (т.е. взбитость составляет 100%).
Диспенсер согласно настоящему изображению содержит устройство перемещения, содержащее спиральный элемент, выполненный с возможностью вращения снаружи охлаждающего элемента относительно его оси таким образом, чтобы продвигать продукт вдоль продольной оси охлаждающего элемента. Устройство перемещения может включать в себя средство сцепления для сцепления и фиксации спирального элемента. Привод предусмотрен для сцепления с устройством перемещения с целью его вращения. Привод предпочтительно представляет собой двигатель, соединяемый с устройством перемещения приводным валом. В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство перемещения является простым спиральным элементом, имеющим конструкцию, позволяющую непосредственно соединить его с приводом. Преимущественно в этом варианте осуществления изобретения спиральный элемент снабжен концевой частью, сцепляющейся с приводом. Приводной вал и спиральный элемент соединяют с использованием щелевого отверстия в спиральном элементе и компонента соответствующей формы на приводном валу.
На фиг. 6 и 7 приведены виды диспенсера (1) в соответствии с настоящим изобретением, который содержит резервуар (5) для приема и хранения выдаваемого продукта, испаритель с цилиндрическим охлаждающим элементом (4), устройство (2) перемещения, содержащее спиральный элемент (3), выполненный с возможностью концентрического вращения снаружи охлаждающего элемента (4) таким образом, чтобы продвигать продукт вдоль продольной оси охлаждающего элемента (4), и привод (7), содержащий приводной вал (1), сцепляющийся с устройством (2) перемещения для его вращения, и дозатор (8) для выдачи продукта. Дозатор (8) предпочтительно представляет собой клапан. Опорный стержень служит для усиления спирального элемента (3). Удлинительный элемент (6) предназначен для того, чтобы обеспечить одинаковую длину охлаждающего элемента и спирального элемента. Охлаждающий элемент извлекает тепло из продукта. Однооборотный спиральный элемент обеспечивает легкое перемешивание, тем самым обеспечивая равномерное распределение температуры и контролируемый уровень взбитости с течением времени.
При эксплуатации диспенсера (1) продукт хранится в резервуаре, например, от 1 часа до 10 дней. Частично замороженный продукт хранится, а затем выдается через клапан. Спиральный элемент постоянно вращается для снятия слоев замороженного продукта с поверхности цилиндрического охлаждающего элемента (4). Дополнительно, спиральный элемент устройства перемещения содействует продвижению продукта в направлении к передней части бункера и к клапану выдачи в процессе выдачи порций. Продукт может выдаваться, когда клапан находится в открытом положении.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения спиральный элемент содержит от 0,25 до 1,5 витка по длине цилиндрического охлаждающего элемента. Результирующий угол атаки α, указанный на фиг. 1С, зависит от количества витков и длины спирального элемента. В конкретном предпочтительном варианте осуществления изобретения спиральный элемент имеет 1 виток по длине охлаждающего элемента. Такой спиральный элемент изображен на фиг. 2. В этом варианте осуществления длина охлаждающего элемента по существу соответствует шагу спирального элемента. Было установлено, что такая конструкция спирального элемента обеспечивает плавное движение продукта в резервуаре без уменьшения или повышения уровня его взбитости.
Предпочтительно спиральный элемент имеет пролет с высотой от 4 до 50 мм, более предпочтительно от 6 до 12. Предпочтительная толщина составляет от 0,3 до 15 мм, более предпочтительно от 3 до 8 мм.
В зависимости от толщины спирального элемента он может быть оснащен одной или несколькими конструкциями для повышения его устойчивости. Например, такая конструкция может быть в виде стержня (9), расположенного между передним и задним концом спирального элемента, как показано на фиг. 1А-1В и фиг. 2.
Для обеспечения бережного обращения с продуктом при его хорошем охлаждении спиральный элемент расположен на расстоянии от 0,1 до 3 мм от цилиндрического охлаждающего элемента таким образом, чтобы дать возможность смеси продукта проходить между цилиндром и спиральным элементом. В предпочтительном варианте осуществления спиральный элемент не имеет других скребков, и соскабливание осуществляется лишь за счет вращения спирального элемента вокруг охлаждающего цилиндра. Это позволяет избежать снижения взбитости продукта.
Диспенсер в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно имеет охлаждающий элемент длиной от 100 до 500 мм, предпочтительно от 200 до 400 мм. Диспенсер в соответствии с настоящим изобретением имеет испаритель с цилиндрическим охлаждающим элементом. Испаритель может быть испарителем, обычно используемым в устройствах выдачи для машин типа Sorbettiera. Холодопроизводительность цилиндрического охлаждающего элемента предпочтительно составляет от 0,05 до 1,0, более предпочтительно около 0,5 кВт.
Преимущественно диспенсер согласно данному изобретению имеет спиральный элемент, в котором длина спирального элемента по существу соответствует длине охлаждающего элемента. Это обеспечивает полное удаление продукта с поверхности охлаждающего элемента. Однако существуют диспенсеры, в которых спиральные элементы выступают за пределы охлаждающего элемента, оставляя в продукте «мертвую зону», где перемешивание продукта не происходит. В таких вариантах осуществления изобретения, когда спиральный элемент длиннее цилиндрического охлаждающего элемента, предпочтительным является наличие удлинительного элемента между концом охлаждающего элемента и концом спирального элемента для смещения неохлажденного продукта.
Резервуар диспенсера может иметь объем, соответствующий особенностям применения диспенсера. Подходящий размер резервуара для замороженного кондитерского изделия позволяет разместить в нем от 1 до 10 литров продукта.
Диспенсер снабжен дозатором для выдачи продукта. Предпочтительно выдача продукта осуществляется по одной порции. Преимущество использования клапана со съемным поршнем состоит в упрощении его очистки.
Диспенсер замороженного кондитерского изделия представляет собой диспенсер для частично замороженного продукта на основе воды или молока. Например, слаш, граните, мороженое, молочный коктейль или напитки с дробленым льдом. В конкретном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения замороженное кондитерское изделие имеет предпочтительную рецептуру, согласно которой замороженное кондитерское изделие содержит 12-20 мас. % сахара, 6-12 мас. % жира и 1-4% белка. Содержание воды в этой рецептуре предпочтительно находится в диапазоне от 55 до 70, а взбитость - от 20 до 85%.
Настоящее изобретение также относится к спиральному элементу, имеющему первый конец, выполненный с возможностью сцепления с приводом, и второй конец, выполненный с возможностью расположения внутри резервуара, где продольная ось спирального элемента составляет от 120 до 520 мм, а внутренний диаметр - от 80 до 160 мм, угол атаки α спирального элемента составляет менее 60°, предпочтительно от 45° до 50°, относительно продольной оси цилиндра. Преимущества указанного спирального элемента описаны выше.
Примеры
Для примера, но не для ограничения, в представленных ниже примерах проиллюстрированы различные варианты осуществления настоящего описания.
Для экспериментов использовали два диспенсера продукта: 1) обычный диспенсер продукта (Bras Sorbettiera 4R1155-OD1-999) со спиральным элементом, имеющим 2 витка по длине охлаждающего элемента и угол атаки 90°, и один диспенсер по настоящему изобретению с одним витком спирального элемента вокруг охлаждающего элемента.
Пакеты с 4,7 л продукта помещали в контейнеры диспенсеров. Продукт представлял собой полурастаявшее мороженое или молочный продукт, который выдавливался из пакета в контейнер при легком перемешивании в течение от нескольких часов до 10 дней. Текстура соответствовала холодному сливочному напитку из кофейного мороженого или молочной кофейной основе. Продукт содержал 12-20 мас. %. сахара, 6-12 мас. % жира и 1-4 мас. % белка.
Эксперименты проводились в течение 2-дневного периода выдачи порций. Порции по 100 мл выдавались в бумажные стаканчики. После выдачи начальной порции остальные выдавались каждые 20 минут. При этом измеряли взбитость и температуру продукта в стаканчике. В течение первого дня выдали 16 порций, после которых следовал период ожидания, равный 16 часам (например, в течение ночи), с нахождением продукта внутри диспенсера. Второй день начинался спустя 16 часов периода ожидания. Первое измерение (взбитость и температура) проводили для первой порции (или продукта в диспенсере). Порции выдавались каждые 20 минут. Выдачу порций продолжали, пока в машине не оставалось продукта, машина оказывалась заблокированной примерзшим к цилиндру продуктом, или уровень взбитости снижался до 20%. Для каждого стаканчика продукта корректировали значения взбитости и температуры. Все эти измерения относятся к качеству и количеству порции продукта в стаканчике.
Взбитость определяли как процент увеличения объема мороженого, достигнутый за счет включения в продукт воздуха в процессе обработки. Взбитость 50% означает увеличение объема на 50%. Другими словами, это мера объема воздуха, включенного в смесь для мороженого.
На фиг. 8 и 9 проиллюстрирован один пример 2-дневного испытания, проведенного с использованием стандартной машины (серая линия) и диспенсера в соответствии с настоящим изобретением (черная линия). По оси X указано количество порций, а по оси Y - значение взбитости в процентах. В этом примере можно видеть, что уровень взбитости более устойчив у диспенсера в соответствии с настоящим изобретением. Таким образом, в этом случае будет получено больше порций. Уровень взбитости также более стабилен на протяжении более длительного промежутка времени.
При использовании стандартной машины получали 32-34 порций по 100 мл, а диспенсера согласно настоящему изобретению - 39-41 порций по 100 мл.
Следующий пример демонстрирует эксплуатационные характеристики одновиткового спирального элемента на протяжении 2 дней. Характеристики выражали как уровень взбитости в зависимости от времени и количества порций. По оси X указано количество порций, а по оси Y - значение взбитости в процентах.
Черная (полужирная) кривая соответствует характеристикам существующей машины, а серая - решению в соответствии с изобретением. Черная (полужирная) линия показывает уровень взбитости, который гораздо более нестабилен с течением времени. Взбитость чрезмерно увеличивается в течение первого дня и снижается гораздо раньше во второй день, что ведет к уменьшению количества порций. Серая линия соответствует значительно более высокой стабильности взбитости в течение более длительного периода времени. В результате количество порций, полученных при таком решении, оказывается больше при постоянном уровне взбитости, обеспечивающем лучшее качество продукта.
Также определяли стабильность температуры с течением времени в контейнере и температуру продукта в стаканчике. На следующем графике показана температура продукта в стаканчике на протяжении 2-дневного периода тестирования. По оси X указано количество порций, а по оси Y - температура в градусах Цельсия.
Черная линия соответствует стандартной существующей машине, а серая - диспенсеру в соответствии с настоящим изобретением. В стандартной машине теплообмен оказывается менее эффективным, а площадь поверхности теплообмена используется в меньшей степени, что приводит к непостоянным и более высоким значениям температуры продукта в стаканчике. Серая линия показывает изменение температуры в соответствии с изобретением. Установлено, что благодаря лучшему использованию поверхности охлаждающего элемента экстракция тепла выполняется более эффективно, масса может быть охлаждена до температуры, при которой уровень взбитости более стабилен, и температура продукта в стаканчике также более стабильна на протяжении всего периода выдачи продукта. Это обеспечивает выдачу большего количества порций с лучшим и постоянным качеством. Диспенсер согласно изобретению обеспечил выдачу 44 порций, в то время как стандартная машина - только 38.
Следует понимать, что специалистам в данной области будут очевидны различные изменения и модификации предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления, описанных в настоящем документе. Такие изменения и модификации можно вносить без отступления от сущности и объема объекта настоящего изобретения и без уменьшения предполагаемых преимуществ. Следовательно, предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает такие изменения и модификации.