СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ЭКСТРУЗИИ ШОКОЛАДА ИЛИ ЖИРОСОДЕРЖАЩЕГО КОНДИТЕРСКОГО МАТЕРИАЛА И МАТЕРИАЛ, ПОЛУЧАЕМЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ Российский патент 2002 года по МПК A23G1/00 

Изобретение относится к экструзии кондитерских материалов и более конкретно к способу непрерывной экструзии твердого или полутвердого жиросодержащего кондитерского материала, такого как шоколад, с использованием шнекового экструдера.

В другой, одновременно находящейся на рассмотрении, нашей заявке ЕР-А-93 114 251, которая полностью включена сюда путем ссылки, раскрыт способ пластичного экструдирования жиросодержащих материалов для кондитерских изделий, который включает подачу жиросодержащего кондитерского материала в экструдер и приложение давления к жиросодержащему кондитерскому материалу по существу в твердой или полутвердой нетекучей форме перед сужением потока, при этом температура, давление, относительное сужение и скорость экструзии такие, что жиросодержащий кондитерский материал экструдируется и остается по существу в твердой или полутвердой нетекучей форме с образованием аксиально гомогенного экструдированного продукта, имеющего поперечное сечение по существу такого же профиля, как выпускное отверстие головки экструдера, способного удерживать форму и обладающего временной пластичностью или пластичностью, позволяющими производить с ним физические манипуляции, резать или пластически деформировать его до того, как он утратит гибкость или пластичность.

Временная пластичность экструдируемого жиросодержащего кондитерского материала, полученного по способу находящейся на одновременном рассмотрении вышеупомянутой патентной заявки, может сохраняться до 4 часов или менее, например от 1 секунды до 2 часов, например от 10 секунд до 1 часа. В течение такого периода временной пластичности экструдированный жиросодержащий кондитерский материал можно чисто разрезать в отличие от жиросодержащего кондитерского материала, экструдированного по способу, описанному в ЕР-А-93 114 251, после утраты его временной гибкости или от обычного твердого шоколада, который для разрезания необходимо слегка нагреть, иначе из-за своей ломкости он будет раскалываться.

Экструдирование можно осуществлять периодически или непрерывно, преимущества непрерывной экструзии следующие:
а) скорость экструзии является постоянной и непрерывной и
б) совместная экструзия проще, так как шоколад или жиросодержащий кондитерский материал экструдируются с постоянной скоростью,
в) можно выполнять непрерывную резку ниже по течению потока экструдированного жидкого шоколада для получения отдельных кусков.

Однако в процессе осуществления непрерывной экструзии с использованием шнекового экструдера может генерироваться тепло в результате трения шоколада в условиях усилий сдвига между шнеком и стенкой шнековой камеры экструдера. Это тепло имеет тенденцию повышать температуру, в результате шоколад тает и расплавленный жир растаявшего шоколада играет роль смазки, приводящей к скольжению шоколада по стенке камеры, что мешает эффективному экструдированию.

Важно, чтобы шоколад в достаточной степени хорошо прилипал к поверхности стенки камеры и в достаточной степени скользил по поверхности шнека экструдера, так чтобы экструдер мог генерировать экструзионное давление. Не менее важно, чтобы температура на обеих поверхностях не была достаточно высокой для того, чтобы вызвать существенное таяние шоколада.

Мы обнаружили, что путем осторожного регулирования температуры стенки камеры и шнека мы можем обеспечить, чтобы шоколад оставался в по существу твердом или полутвердом состоянии с подходящей степенью скольжения по шнеку, что обеспечивает эффективную экструзию через камеру.

В соответствии с изобретением обеспечивается способ непрерывной экструзии шоколада или жиросодержащего кондитерского материала с использованием шнекового экструдера, предусматривающий подачу шоколада или жиросодержащего кондитерского материала в шнековый экструдер и генерирование давления, заставляющего шоколад или жиросодержащий кондитерский материал, находящийся перед сужением потока в по существу твердой или полутвердой нетекучей форме, экструдироваться, при этом температура шнека, температура стенки шнековой камеры, скорость вращения шнека, давление, относительное сужение и скорость экструзии такие, что шоколад или жиросодержащий кондитерский материал экструдируется в по существу твердой или полутвердой нетекучей форме с получением аксиально гомогенного экструдированного продукта, имеющего поперечное сечение по существу того же профиля, как выходное отверстие головки экструдера, способного сохранять свою форму и обладающего временной гибкостью или пластичностью, что позволяет производить с ним физические манипуляции, резать или пластически деформировать его до того, как он утратит гибкость или пластичность.

Шоколадным материалом может быть темный, молочный или белый шоколад. Жиросодержащие кондитерские материалы могут включать сахар, компоненты - производные молока, а также жир и сухие вещества из овощных или какао-источников в различных пропорциях, с содержанием влаги менее 10%, обычно менее 5 вес.%. Это могут быть заменители шоколада, содержащие непосредственные заменители масла какао, стеарины, кокосовое масло, пальмовое масло, сливочное масло или любая их смесь; ореховые пасты, такие как арахисовое масло и жир; пралин; кондитерские покрытия, используемые для покрытия кексов, обычно включающие аналоги шоколада, в которых масло какао заменено более дешевым не темперируемым жиром; или "Caramac", продаваемый фирмой Nestle, содержащий жиры не из масла какао, сахар и молоко.

Температуру шнека можно регулировать, например жидкостью, такой как вода, при соответствующей температуре, пропускаемой через внутреннюю часть шнека. Например, жидкость может входить в начале потока и протекать до конца потока по одному или более продольных желобов, а затем возвращаться по одному или более продольных желобов к началу потока, где ее выпускают. Температуру стенки шнековой камеры экструдера можно регулировать, например жидкостью, такой как вода, или гликоль, или их смесь, которую при соответствующей температуре пропускают через рубашку камеры экструдера.

Температуры шнека и стенки камеры можно регулировать в соответствии с типом жиров, присутствующих в экструдируемом материале. Например, жиры с более высокими температурами плавления обычно требуют более теплых стенок камеры и шнека экструдера, нежели жиры с более низкими температурами плавления. Температура материала и точка плавления жиров, присутствующих в экструдируемом материале, могут влиять на степень гибкости экструдированного продукта.

Что касается температуры шнека, если эта температура слишком низкая, шоколад будет прилипать к шнеку и не будет продвигаться в этой зоне (вдоль шнека) вперед, тогда как, если температура слишком высокая, шоколад тает, блокируя поток. В зависимости от типа жиров, присутствующих в экструдируемом материале, температура шнека экструдера может быть от 10^oС до 35^oС, обычно от 15^oС до 30^oС.

Что касается температуры стенки камеры, если температура стенки камеры слишком высокая, шоколад будет таять и соскальзывать по стенке, что может повлиять на эффективность экструзии. В зависимости от типа жиров, присутствующих в экструдируемом материале, температура стенки камеры может быть от -50^oС до +20^oС, обычно от -25^oС до +15^oС. Часто может быть удобным, когда температура стенки камеры ниже, чем поступающего в экструдер шоколада или жиросодержащего кондитерского материала, но в некоторых обстоятельствах температура стенки камеры может быть выше, чем поступающего в экструдер шоколада или жиросодержащего материала. Скольжение жиросодержащего кондитерского материала по стенке камеры можно также уменьшить приданием шероховатости стенке камеры, например рифлением, чтобы образовать в стенке продольные и спиральные бороздки. Спиральные бороздки предпочтительно должны идти в направлении, противоположном направлению винта шнека, и предпочтительно имеют более длинный шаг, чем шнек.

Удобно, когда температура шнека выше температуры стенки камеры, например от 5^oС до 50^oС, предпочтительно от 10^oС до 40^oС и более предпочтительно от 12^oС до 30^oС.

В одном предпочтительном варианте изобретения диаметр стержня шнека увеличивается по мере движения потока от его начала к концу, в то время как шаг винта остается постоянным. В другом предпочтительном варианте изобретения шаг винта шнека уменьшается по ходу движения потока от его начала к концу, в то время как диаметр стержня шнека остается постоянным.

Коэффициент сжатия шнека может находиться в пределах от 1:1 до 5:1 и предпочтительно от 1.5:1 до 3:1. Коэффициенты сжатия выше 5:1 могут вызвать закупоривания экструдируемого материала. Отношение длины к диаметру шнека может находиться в пределах от 5:1 до 30:1 и предпочтительно от 10:1 до 25: 1.

Диаметр шнека может быть, например, от 20 до 500 мм. Скорость вращения шнека может составлять, например, от 1 до 500 об/мин. Конкретный диаметр и скорость вращения шнека могут быть выбраны специалистом в данной области техники в соответствии с требованиями. Производительность зависит от скорости вращения шнека и может составлять от 1 до 5000 кг/ч в соответствии с требованиями.

Если желательно, можно экструдировать два и более кондитерских материала на жировой основе в соответствии со способом по изобретению. Кроме того, шоколад или жиросодержащий кондитерский материал можно экструдировать совместно с другими пищевыми материалами, такими как мороженое, шербет, йогурт, мусс, карамель, пралине, зефир, нуга или желе и т.д., являющимися предпочтительными, когда жиросодержащий кондитерский материал экструдируют в полой или трубчатой форме. Следовательно, в таких вариантах изобретения можно использовать экструзионную головку с несколькими отверстиями или подобное оборудование, известное специалистам в данной области.

Если желательно, можно использовать двушнековый экструдер, который может быть либо с противоположно вращающимися шнеками, либо с совместно вращающимися шнеками.

Температура экструдированного шоколада или жиросодержащего кондитерского материала предпочтительно составляет от 15^oС до 28^oС, обычно от 18^oС до 25^oС, например от 20^oС до 23^oС.

Далее изобретение описывается с помощью примера со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором представлена схема системы непрерывной экструзии.

Как показано на чертеже, экструдер, обозначенный в целом 10, включает камеру 11, снабженную охлаждающей рубашкой 12, имеющей входное отверстие для охлаждающей жидкости 13 и выходное отверстие для охлаждающей жидкости 14, входное отверстие для подачи материала, подлежащего экструзии, 15, головку 16, имеющую круглое сечение и диаметр 6,5 мм, и шнек 17 с диаметром стержня, увеличивающимся по ходу движения потока от его начала до конца, снабженный винтом 18 с постоянным шагом от начала потока до его конца. Шнек 17 снабжен желобом 19 для обогревающей жидкости, проходящим по его длине от начала до конца и имеющим входное отверстие 20, соединенное с концентрическим каналом 21, ведущим к выходному отверстию 22 для обогревающей жидкости.

Работа вышеописанного одношнекового экструдера представлена следующими примерами.

ПРИМЕР 1
Батончики молочного шоколада, имеющие температуру 22^oС, загружают в камеру 11 экструдера 10 через входное отверстие для подачи сырья 15. Шнек 17 имеет диаметр 32 мм, отношение длины к диаметру 24:1, коэффициент сжатия 2:1 и скорость вращения 65 об/мин. Смесь воды и гликоля 50:50 при -5^oС протекает через охлаждающую рубашку 12 камеры, и вода при 20^oС протекает по желобам 19 и 21 шнека. По мере вращения шнека твердый шоколад продвигается вперед со скоростью 15 кг/ч и экструдируется через головку 16 с конфигурацией, соответствующей головке экструдера, и обладает временной гибкостью, сохраняющейся в течение примерно 1 часа.

ПРИМЕР 2
Батончики молочного шоколада, имеющие температуру 22^oС, загружают в камеру 11 экструдера 10 через входное отверстие для подачи сырья 15. Шнек 17 имеет диаметр 50 мм, отношение длины к диаметру 20:1, коэффициент сжатия 2:1 и скорость вращения 70 об/мин. Смесь воды и гликоля 50:50 при -10^oС протекает через охлаждающую рубашку 12 камеры, и вода при 25^oС протекает по желобам 19 и 21 шнека. По мере вращения шнека твердый шоколад продвигается вперед со скоростью 50 кг/ч и экструдируется при 21^oС через головку 16 с конфигурацией, соответствующей конфигурации головки экструдера, и обладает временной гибкостью, которая сохраняется в течение примерно 1 часа.

ПРИМЕР 3
Батончики молочного шоколада, имеющие температуру 22^oС, загружают в камеру 11 экструдера 10 через входное отверстие для подачи сырья 15. Шнек 17 имеет диаметр 90 мм, отношение длины к диаметру 15:1, коэффициент сжатия 2:1 и скорость вращения 35 об/мин. Вода при 5^oС протекает через охлаждающую рубашку 12 камеры, и вода при 20^oС протекает по желобам 19 и 21 шнека. По мере вращения шнека твердый шоколад продвигается вперед со скоростью 280 кг/ч и экструдируется через головку 16 с конфигурацией, соответствующей конфигурации головки экструдера, и обладает временной гибкостью, которая сохраняется в течение примерно 1 часа.

Способ предусматривает подачу шоколада или жиросодержащего кондитерского материала в шнековый экструдер и создание давления. Давление выбрано таким, что оно заставляет твердый шоколад или полутвердую нетекучую его формулу продвигаться вперед к сужению потока. Температура шнека выбрана в пределах от 10 до 35^oС, температура стенки шнековой камеры - от -50 до +20^oС. Температура шнека на 5-50^oС выше температуры стенки камеры. Шнек вращают со скоростью от 1 до 500 об/мин. Шнек используют с таким диаметром и шагом винта, что коэффициент сжатия шнека составляет от 1:1 до 5:1. Экструдированный продукт имеет поперечное сечение того же профиля, что и выходное отверстие головки экструдера. Способен сохранять свою форму. Продукт имеет временную гибкость или пластичность такую, что возможно манипулировать с ним, резать его или пластически деформировать до того, как он утратит гибкость или пластичность. При этом обеспечивается непрерывная эффективная экструзия шоколада или жиросодержащего кондитерского материала. 2 с. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ непрерывной экструзии шоколада или жиросодержащего кондитерского материала с использованием шнекового экструдера, при котором шоколад или жиросодержащий кондитерский материал подают в шнековый экструдер и создают давление для того, чтобы заставить шоколад или жиросодержащий кондитерский материал в, по существу, твердой или полутвердой нетекучей форме продвигаться к сужению потока, отличающийся тем, что температуру шнека поддерживают в пределах от 10 до 35^oС, температуру стенки шнековой камеры - в пределах от -50 до +20^oС, при этом температура шнека на 5-50^oС выше температуры стенки камеры, шнек вращают со скоростью от 1 до 500 об/мин, причем используют шнек с таким диаметром и шагом винта, что коэффициент сжатия шнека составляет от 1: 1 до 5: 1, а коэффициент сужения и скорость экструзии таковы, что шоколад или жиросодержащий кондитерский материал экструдируют в, по существу, твердой или полутвердой нетекучей форме для получения аксиально гомогенного экструдированного продукта, имеющего поперечное сечение, по существу, того же профиля, что и выходное отверстие головки экструдера, который способен сохранять свою форму и который имеет временную гибкость или пластичность, позволяющие манипулировать с ним, резать его или пластически деформировать до того как он утратит гибкость или пластичность. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру шнека регулируют с помощью жидкости соответствующей температуры, протекающей внутри шнека. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что жидкость подают к входному концу шнека и пропускают к выходному концу шнека через по меньшей мере один продольный канал и возвращают по меньшей мере одному продольному каналу к входному концу шнека, откуда жидкость выпускают. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру стенки камеры регулируют с помощью жидкости соответствующей температуры, протекающей через охлаждающую рубашку, окружающую стенки камеры. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что температуру стенки камеры поддерживают ниже температуры входящего шоколада или жиросодержащего кондитерского материала. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют шнек с диаметром винта, увеличивающимся от входного конца шнека к выходному концу при постоянном шаге винта шнека. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют шнек с шагом винта, уменьшающимся от входного конца шнека к выходному концу шнека при постоянном диаметре винта. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют шнек с шагом винта, уменьшающимся от входного конца шнека к выходному концу шнека, и диаметром винта, увеличивающимся от входного конца шнека к выходному концу шнека. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют шнек с отношением его длины к диаметру винта, составляющим от 5: 1 до 30: 1. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют шнек с диаметром винта от 20 до 500 мм. 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стенке камеры придают шероховатость. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выход шоколада или жиросодержащего кондитерского материала составляет от 1 до 5000 кг/ч. 13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шоколад или жиросодержащий кондитерский материал экструдируют с другим шоколадом или жиросодержащим материалом, или другим пищевым материалом. 14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что в качестве другого пищевого материала используют мороженое, щербет, йогурт, мусс, карамель, пралине, зефир, нугу, желе или любой другой пищевой материал. 15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют двухшнековый экструдер. 16. Экструдированный жиросодержащий кондитерский материал, отличающийся тем, что он получен способом по любому из предшествующих пунктов.

Приоритет
от 26.03.1996 по пп. 1-15 по заявке 9606285.6;
от 23.07.1996 по п. 16 по заявке 9615404.2.