ОТСАДОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
DEPOSITING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к производству пищевого продукта, содержащего контролируемое количество пузырьков газа. Более конкретно изобретение относится к отсадке насыщенного газом пищевого продукта из пригодных для перекачки насосом ингредиентов, в которой отсадка пищевого продукта может производиться с воспроизводимым результатом, с более однородными характеристиками пены и контролем массы.
Уровень техники
2
Известны способы производства насыщенных газом продуктов на жировой основе. Например, ЕР 0322952 В1 относится к насыщенным газом (пористым) замороженным кондитерским изделиям и к насыщенным газом охлажденным кондитерским изделиям. Шоколад или пригодный для данной цели материал, содержащий растительный жир, расплавляется в контейнере, темперируется и подается насосом в смеситель, в который поступает под давлением СО, и расплавленный шоколад выдается раздаточным автоматом, имеющим разливочный клапан. Когда раздаточное устройство находится в нерабочем положении, шоколад рециркулирует через клапан противодавления, через устройство для дегазации, такое как статическая мешалка, обратно в контейнер. Точный контроль количества отсаживаемого продукта затруднен из-за скорости продукта в трубопроводах и требует предварительного расчета отсаживаемых объемов. Кроме того, указанный способ является сложным и энергоемким, поскольку он требует рециркуляции шоколада и дегазации рециркулируемого шоколада.
WO 94/19963 относится к способу дозированной выдачи взбивной композиции, включающему стадии: (а) введения композиции под давлением в первый объем; (б) расширения первого объема до второго объема, в ходе которого давление в процессе насыщения газом равно давлению окружающей среды; и (в) дозированную раздачу второго объема взбивной композиции.
WO 02/13618 относится к способу производства пористого пищевого продукта путем диспергирования и/или растворения под давлением газа в пищевом продукте, содержащем, по меньшей мере, молочный жир, и последующего расширения в объеме для достижения пористой структуры. Способ включает отсадку пористого пищевого продукта в виде отдельных порций или, по меньшей мере, в виде полоски, форма которой в целом сохраняется до тех пор, пока продукт не подвергнется воздействию усилия сжатия. Давление сбрасывается постепенно по длине линии, что вызывает увеличение объема продукта перед его отсадкой.
Патент US 4637788 относится к отсадочному устройству типа клапана для отсадки взбивного кондитерского изделия. Для отсадки материала клапан открывается и закрывается. Давление сбрасывается на выходе из клапана. В системе поддерживается постоянное давление за счет того, что одновременно открывается одно и то же число клапанов. Поэтому отсадка материала обычно производится из определенной части отсадочной системы. Система, описанная в US 4637788, не способна производить отсадку по всему объему всех форм. Отсадочная система, описанная в указанном документе, работает по принципу отсадки материала в определенное место формы с последующим распределением материала по всей форме за счет ее вибрации. Это приводит к неравномерной пористой структуре продукта и потере взбитости.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение имеет целью предложить решение для отсадки пригодного для перекачки насосом продукта, который содержит пузырьки газа, одновременно с точным контролированием веса и объема отсаживаемой массы и обеспечением однородности образующейся пены.
Таким образом, изобретение относится к отсадочному устройству для отсадки текучего пищевого продукта, содержащего газ, которое включает:
поддерживаемую под давлением линию подачи для транспортирования под давлением текучего продукта, содержащего газ, в пищевой продукт;
поршневое устройство, оперативно связанное с линией подачи и содержащее поршень и камеру;
выходное отверстие для подачи пищевого продукта при атмосферном давлении в формы.
Усовершенствование отсадочного устройства заключается в том, что оно содержит средство для поддержания давления, смонтированное вместе с поршневым устройством, для заполнения поршневого устройства перекачиваемым насосом продуктом, в то время как продукт в заполненной камере поддерживается под давлением линии. Благодаря этому пищевой продукт поддерживается под давлением до той точки, в которой производится его отсадка. Это в значительной мере удерживает газ внутри пищевого продукта, так что пищевой продукт не имеет взбитой формы. Пузырьки формируются только при поступлении пищевого продукта в форму. В результате этого физическое усилие на пузырьки меньше и не способно разрушить их.
Таким образом, преимущество поддержания заполненной продуктом камеры под давлением линии заключается в том, что это обеспечивает удержание газа в растворе, поэтому отсадочный механизм работает с жидкостью, а не с пеной, что гарантирует правильный вес и объем выгружаемого продукта. Другими словами, насыщенный газом продукт в камере лишен возможности увеличения в объеме в неконтролируемом режиме, что, в противном случае, могло бы привести в процессе отсадки его в форму к проблемам с точностью дозирования, образованию газовых пустот внутри продукта или отсутствию равномерного распределения пузырьков по размерам.
Более конкретно средство для поддержания давления смонтировано с целью удержания продукта в камере при том же давлении, что и давление в линии, и выгрузки продукта через выходное отверстие по мере роста давления в камере по сравнению с давлением в линии при опускании поршня в камере. Средство для поддержания давления обеспечивает, чтобы заполненная продуктом камера поддерживалась под избыточным давлением, при котором газ остается, в основном, в растворенном состоянии при транспортировании, а также обеспечивает выгрузку продукта сразу, как только давление превысит определенное пороговое значение под действием опускания поршня в камере.
Средство для поддержания давления может представлять собой работающий под давлением (напорный) клапан, смонтированный в выходном отверстии. Такое решение является простым и надежным. При этом клапан автоматически открывается, как только давление превысит давление в линии на определенное пороговое значение. Оно обеспечивает поддержание такого давления в поршневом устройстве, при котором газ удерживается внутри продукта до переключения поршневого устройства в рабочее положение дозированной выгрузки без необходимости специального контроля открывания клапана. Предпочтительно работающий под давлением клапан может представлять собой пружинное сопло. Предпочтительно клапан может быть откалиброван на открывание при давлении, которое превышает давление в линии более чем на 0,5 бар. Таким образом, это гарантирует, что давление будет снижаться только в точке поступления продукта в форму, и шоколад начнет увеличиваться в объеме.
Давление в линии может предпочтительно поддерживаться на уровне от 2 до 30 бар, более предпочтительно - от 6 до 15 бар. Следовательно, в поршневое устройство всегда будет поступать свежий продукт, который будет содержать контролируемое количество газа.
Другое усовершенствование состоит в том, что предусмотрено второе клапанное средство, смонтированное между линией подачи и камерой, которое работает, принимая то открытое положение, при котором камера заполняется текучим пищевым продуктом, то закрытое положение, при котором камера изолируется от линии подачи. Второе клапанное средство обеспечивает герметичное закрытие камеры после заполнения ее продуктом при одновременном поддержании давления внутри камеры. Таким образом, в зависимости от герметичности клапана утечка газа из камеры в линию подачи в случае превышения давления в камере давления в линии подачи при опускании поршня может вообще не происходить, либо она может составлять, самое большее, очень незначительное количество.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения клапан в линии подачи снабжен вращающимся клапанным штоком, совершающим, по меньшей мере, один ход при вращении клапана в положении совпадения линии подачи с камерой, и имеет уплотнительную поверхность, вытянутую по угловой траектории, по меньшей мере, 90 градусов, предпочтительно - 130 градусов, наиболее предпочтительно - 180 градусов. Роторный клапан имеет то преимущество, что он требует незначительного усилия для приведения в действие между открытым и закрытым положениями и, кроме того, он обеспечивает пространную уплотнительную поверхность, которая предупреждает утечку газа и проблемы, связанные с седиментацией. Причиной возникновения проблем с седиментацией являются твердые частицы шоколада, откладывающиеся между телом или корпусом и вращающимся клапанным штоком.
В предпочтительном варианте изобретение относится также к устройству для производства пищевого продукта, содержащего газовые пузырьки, из пригодного для перекачивания насосом продукта, которое включает:
множество отсадочных устройств, упомянутых выше,
линию подачи для транспортирования перекачиваемого насосом продукта к отсадочным устройствам,
насосное средство для сообщения скорости перекачиваемому продукту в линии подачи,
источник газа для введения газа в перекачиваемый насосом продукт, соединенный с линией подачи,
насосное средство, смонтированное с целью перекачки газа из источника газа и регулирования поступления газа в линию подачи путем контроля скорости насосного средства.
В отличие от устройств предшествующего уровня техники насосные средства предназначены для транспортировки пригодного для перекачки насосом продукта и регулирования подачи газа в систему. Более конкретно насосные средства включают первый и второй насосы, смонтированные последовательно на одном из участков линии подачи. Давление в линии генерируется полностью первым насосом, в то время как второй насос регулирует поток газа в зону между двумя насосами. В частности, давление в линии поддерживается, в основном, на постоянном уровне от выхода первого насоса до отсадочных устройств в целях обеспечения того, чтобы продукт не увеличивался в объеме в линии еще до его отсадки.
Первый и второй насосы работают с относительно разными скоростями для создания эффекта всасывания внутри указанного участка линии подачи. При этом второй насос работает с более высокой скоростью, чем скорость первого насоса, благодаря чему газ вводится на участке линии подачи в точке, расположенной по ходу выше второго насоса. В результате этого в то время как первый насос обеспечивает точное дозирование перекачиваемого продукта в линию подачи, второй насос регулирует более точно введение газа в продукт. Таким образом, контроль поступления газа в перекачиваемый продукт может осуществляться путем регулирования скорости второго насоса относительно скорости первого насоса, в частности, с тем, чтобы обеспечить требуемое количество продукта, выгружаемое из отсадочного устройства. Например, отношение скорости первого насоса к скорости второго насоса может регулироваться в диапазоне от 1:1 до 1:5.
Насосы могут быть самых различных типов, традиционно используемых для транспортировки текучих жидких и вязких пищевых продуктов. Предпочтительно насосы являются шестеренными насосами, лопастными насосами, зубчатыми насосами, центробежными насосами или винтовыми насосами.
Изобретение относится также к способу насыщения газом и отсадки насыщенного газом пищевого продукта, который включает:
подачу пищевого продукта насосом из источника с разжиженным пищевым продуктом;
добавление газа из источника газа в контролируемых количествах в разжиженный пищевой продукт с получением насыщенного газом пищевого продукта;
поддержание постоянного давления насыщенного газом пищевого продукта вплоть до подачи его в отсадочные устройства, включающие средства для поддержания давления, которые поддерживают продукт при указанном давлении до той точки, в которой производится его отсадка, с целью предупреждения увеличения продукта в объеме;
дозированную отсадку насыщенного газом пищевого продукта путем нагнетания продукта через точку отсадки.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематически представлен общий вид устройства.
На фиг.2 представлен общий вид отсадочной системы.
На фиг.3 схематически представлено поперечное сечение сопла для поддержания давления в предпочтительном варианте.
На фиг.4 представлен вид снизу сопла фиг.3.
Осуществление изобретения
Фиг.1 показывает предпочтительный вариант сборки устройства для насыщения газом и последующей отсадки при высокой скорости кондитерского изделия на жировой основе, такого как шоколад, в множество форм, сгруппированных в транспортируемые ряды. Кондитерское изделие на жировой основе в расплавленном жидком виде поступает из котла 25 и транспортируется к темперирующему устройству 26 насосом 27. Из темперирующего устройства жидкий продукт поступает в линию подачи 10 в самом начале устройства изобретения, в то время как избыток продукта рециркулирует в котел 25 по возвратной линии 13. Темперирование является известной операцией в производстве шоколадных изделий, которое имеет целью индуцировать образование правильных полиморфных форм кристаллов в жире шоколада с тем, чтобы при последующем охлаждении продукт затвердевал, приобретая требуемую блестящую и глянцевую поверхность. Темперирующее устройство не является обязательным, и его можно исключить из устройства, особенно в тех случаях, когда речь идет о не подвергаемых темперированию жировых системах, таких как компаунды.
2
2
2
2
3
Устройство включает первый насос 20, который обеспечивает точное дозирование кондитерского изделия через линию подачи. Второй насос 21 монтируется в линии подачи на определенном расстоянии от первого насоса 20 с тем, чтобы вместе с первым насосом 20 ограничить участок трубопровода 11 между ними. Источник газа 3 снабжен впускным отверстием 30 для газа, которое сообщается с линией подачи в определенной точке участка трубопровода 11. Источник газа обычно представляет собой бутыль со сжатым газом, таким как СО, N, NO или O, либо каким-то другим газом, совместимым с пищевым продуктом, который способен, по меньшей мере, частично растворяться под давлением. Впускное отверстие для газа обычно представляет собой средство для одностороннего выпуска газа, такое как остроконечная насадка для газа, содержащая концевую трубку с множеством отверстий, заключенных во внешний пластиковый рукав. Второй насос регулирует поступление газа в продукт в зависимости от скорости, при которой он работает относительно первого насоса. Когда второй насос 21 работает со скоростью, выше скорости первого насоса, то движение продукта на участке трубопровода 11 ускоряется, что создает эффект всасывания, благодаря которому больше газа поступает из источника газа. Когда скорость насоса 21 увеличивается, то больше газа поступает в систему. Контроль скорости насоса 21 относительно скорости насоса 20 регулирует поступление газа в требуемой концентрации в продукт. Расход газа для насыщения газом шоколадного компонента обычно регулируется на равномерном уровне в пределах от 1 до 50 л/мин для получения шоколадного изделия, имеющего плотность от 0,5 до 1,1 г/см.
Таким образом, насос 20 используется преимущественно для транспортирования кондитерского изделия на жировой основе под требуемым давлением, например от 5 до 10 бар, и для поддержания его постоянным, в то время как второй насос 21 регулирует подачу газа. Когда второй насос работает быстрее, то это снижает давление между двумя насосами и обеспечивает введение контролируемого количества газа. Второй насос предупреждает также образование длинных нитевидных газовых пустот в шоколаде.
Конечно можно было бы регулировать подачу газа между двумя насосами и путем изменения скорости первого насоса при поддержании скорости второго насоса постоянной. Однако это может отрицательно сказаться на общем давлении и дозировании продукта в зоне выгрузки, что не приемлемо. Поэтому предпочтительнее контролировать уровень газа путем регулирования скорости насоса 21 во избежание отрицательного влияния на точное дозирование продукта. Следует отметить, что второй насос 21 может действовать как предварительная мешалка для грубого смешивания. Включения газа, присутствующие в продукте, разрушаются до более малых размеров и частично растворяются.
Второй насос 21 также выполняет функцию предупреждения выброса газа при падении давления в системе после выгрузки каждого отдельного продукта из разгрузочных средств. В действительности, когда продукт выгружается постепенно, например путем отсадки дозированного количества продукта в формы, то в разгрузочные средства поступает свежий продукт, например, поршневым устройством отсадочного устройства, что вызывает перепад давления и, как следствие, поступление большего количества газа. Следовательно, насос 21, который поддерживается при контролируемой скорости, выше скорости насоса 20, позволяет предупреждать случайные выбросы газа и обеспечивать равномерное поступление газа в систему.
На выходе второго насоса 21 предпочтительно устанавливается мешалка или взбивалка 4. Этот аппарат полезен для обеспечения более тонкого и более равномерного распределения газа в кондитерском изделии. Когда газ распределяется равномерно, то готовый продукт также приобретает однородность и его массу можно лучше контролировать. Преимуществом мешалки или взбивалки является также то, что смешивание не сопровождается повышением температуры, которое может отрицательно сказаться на результатах темперирования. С этой целью аппарат включается в работу предпочтительно при более низкой скорости и имеет большую площадь поверхности для обработки большого количества продукта во времени. Пригодной для данной цели мешалкой или взбивалкой является, например, зубчатая мешалка непрерывного действия, которая может обрабатывать до 1000 кг/ч без применения дополнительной охлаждающей рубашки. Зубчатая мешалка обычно состоит из внешнего статора, имеющего статические зубцы, которые входят в зацепление с динамическими зубцами центрального ротора. Для более тщательного смешивания газа и кондитерского изделия и во избежание утраты темперированного состояния продукта мешалка предпочтительно включается на скорость менее 500 об/мин, более предпочтительно - от 100 до 300 об/мин. На выходе из мешалки продукт обычно гомогенно насыщен газом, причем газ, в основном, гомогенно растворяется в продукте.
Давление в линии 12 может преимущественно регулироваться с помощью датчика давления 36, который воспринимает давление перед отсадочным устройством 5. Если давление превышает определенный предел, например превышает предел 15 бар, то датчик давления регулирует открывание клапана для поддержания давления 31 в режиме сигнальной связи в текучей среде с отверстиями отсадочного устройства; указанный клапан 31 размещается в точке над отсадочным устройством так, что избыток продукта будет возвращаться в котел для продукта 25 по возвратной линии 14 до тех пор, пока давление в линии не снизится до требуемого давления в системе. Этот контроль давления в комбинации с контролем подачи газа насосами позволяет поддерживать уровень растворенного в продукте газа при постоянной, в основном, скорости в линии и таким образом участвовать в обеспечении преимуществ изобретения в плане контроля массы, воспроизводимого и равномерного количества газа в выгружаемом продукте.
На фиг.2 представлено отсадочное устройство 5 изобретения, способное осуществлять отсадку точно отмеренного количества насыщенного газом продукта в движущуюся по конвейеру форму 85. Форма может быть пустой или, альтернативно, частично заполненной для формирования слоев или оболочки, например U-образной шоколадной оболочки для последующего заполнения ее начинкой из насыщенного газом продукта путем отсадки. Отсадочное устройство 5 фиг.2 показывает в целях упрощения одну отсадочную головку, в то время отсадочное устройство фиг.1 показывает отсадочное устройство 5 с большим числом отсадочных головок, которое сформировано из множества отсадочных устройств 5, размещающихся параллельно и снабженных трубками для поступления продукта, соединенными с линией подачи 12.
Отсадочное устройство имеет находящуюся под давлением трубку 70 для поступления продукта в устройство. Трубка сообщается с поршневым устройством 6, включающим поршень или плунжер 60, смонтированный с возможностью перемещения в камеру для приема продукта 61. Между трубкой 70 и поршневым устройством предусмотрен питающий канал 71, открывание которого селективно регулируется роторным клапаном 8. Клапан 8 имеет форму цилиндра, заключен в блок трубки и может проворачиваться из положения, при котором канал 71 совпадает с каналом 80 клапана, в положение, при котором канал 71 закрывается цилиндрической уплотнительной поверхностью 81. Может быть предусмотрено несколько каналов 80 в клапане, распределяющихся по угловой траектории менее 180 градусов, но в предпочтительном варианте имеется только один канал 80, который разводит 180-градусную уплотнительную поверхность по каждую сторону канала.
Поршневое устройство движется в направлении выходного отсадочного отверстия, которое образует работающий под давлением узел сопла 9. Указанный узел сопла служит для выгрузки продукта только при пороговом значении давления продукта в поршневом устройстве 6. Это гарантирует, что кондитерское изделие может начать увеличиваться в объеме только в точке его поступления в форму и без образования капель или кондитерское изделие остается в слабо вспененном состоянии по завершении отсадки.
Фиг.3 показывает подробный вид узла сопла. Узел сопла включает приводимую в движение пружиной подвижную часть стержня 90, заканчивающуюся уплотнительной частью 91, которая работает вместе с примыкающей к ней частью 93 камеры выгрузки 92. Часть стержня 90 размещается в удлиненном отверстии 98 корпуса 99 сопла, причем это отверстие имеет большее по величине поперечное сечение, чем стержень, что обеспечивает проход для продукта.
Неподвижная часть стержня поддерживается в замкнутом положении с уплотнительной частью 91, которая смыкается с примыкающей к ней частью 93 камеры под воздействием упругого элемента, например винтовой пружины 94, которая противодействует прижимной пластине 95, соединенной со стержнем и неподвижной частью корпуса сопла, такой как пластина с отверстиями 96. При выталкивании продукта под давлением поршня он будет проходить через отверстия пластины 96 и отверстие 98 до тех пор, пока давление на уплотнительную часть 91 не достигнет значения, превышающего усилие, развиваемое упругим элементом на обе пластины 95 и 96, в результате чего между частями 91 и 93 образуется зазор, по которому продукт поступает в камеру выгрузки 92.
Сопло может быть снабжено расширителем 97, который разделяет общий поток на число потоков от двух до десяти, например на четыре потока - 970, 971, 972 и 973, для облегчения продвижения кондитерского изделия из камеры выгрузки в полости форм.
Работа поршня 60 контролируется системой сервоуправления, что позволяет ему выгружать продукт более чем за один толчок, т.е. производить разгрузку камеры за один ход, и поршень, совершая множественные шаговые движения, выгружает малые дискретные объемы продукта менее 1 грамма при высокой скорости. Такое очень точное дозирование становится возможным благодаря конфигурации сопла и роторному клапану, который может очень надежно открываться и закрываться при высокой скорости. Может достигаться скорость до 40 тактов в минуту и примерно до 160 выталкиваний малых дискретных объемов продукта.
Роторный клапан 8 и поршень 60 могут соединяться между собой электронным или механическим средством связи. Эта связь может осуществляться с помощью любого, пригодного для данной цели передаточного механизма, который преобразует движение линейного отвода поршня во вращательное движение клапана в открытом положении. Это может осуществляться, например, с помощью эксцентрика или шестерни. Альтернативно можно предусмотреть центральный контроллер, который будет координировать движение клапана и движение поршня независимо друг от друга.
Пример 1
2
3
Отсадочное устройство изобретения, представленное на фиг.1, сравнивалось с аэрационной системой Mondomix (Haas-Mondomix BV), снабженной отсадочной машиной с комплектом трубок такого типа, отверстия которых поддерживаются открытыми в течение фиксированного времени для отсадки насыщенного газом материала. Указанная отсадочная машина с трубками была отрегулирована таким образом, чтобы достигался оптимальный баланс отсаживаемых объемов по ширине. Были установлены две аэрационные системы для насыщения газом СО до требуемой плотности 0,6 г/см.
Каждая система использовалась для осуществления некоторого количества простых отсадок (т.е. без предварительной отсадки оболочек) в полости форм так, чтобы они заполнялись полностью. Затем формы взвешивали для определения консистенции отсаженной массы. Для двух отсадочных машин использовались формы с полостями разных размеров, поскольку отсадочные машины конструируются таким образом, чтобы в них можно было использовать формы с различными размерами и объемами полостей. При сравнительной оценке двух систем рассчитывался коэффициент вариации путем деления стандартного отклонения на среднюю массу.
Общее число отсадок в формы с использованием отсадочного устройства изобретения составило 154, все они были взвешены.
Максимальная масса
31,14 г
Минимальная масса
28,69 г
Средняя масса
31,14 г
Стандартное отклонение
0,56 г
Коэффициент вариации
0,018.
В случае Mondomix с отсадочной машиной с трубками общее число отсадок в формы составило 69, все они также были взвешены.
Максимальная масса
109,61 г
Минимальная масса
88,83 г
Средняя масса
103,22 г
Стандартное отклонение
3,48 г
Коэффициент вариации
0,034.
Из сравнения коэффициентов вариации можно видеть, что изобретение обеспечивает улучшенную консистенцию отсаживаемой массы.