СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧАСТИЦ ИЗ ПИЩЕВОГО МАТЕРИАЛА, В ЧАСТНОСТИ ШОКОЛАДА, И ПРЕДНАЗНАЧЕННОЕ ДЛЯ ЭТОГО УСТРОЙСТВО Российский патент 2004 года по МПК A23G3/00 A23G1/18 

Изобретение относится к устройству и способу получения частиц пищевого материала, в частности шоколада. Предложенные объекты изобретения относятся к типу, который определен в отличительной части п.п. 1 и 14 формулы изобретения.

Устройство и способ такого типа известны из документа ЕР 976333. Известное устройство включает в себя нисходящую трубу, которая имеет центральную вертикальную ось и в своей верхней части снабжена капельным приспособлением для текучего шоколада. Капельное приспособление содержит сопловой аппарат, перекрывающий по существу все поперечное сечение нисходящей трубы и имеющий в своем составе множество отдельных капельных сопел, из которых выходят капли вещества и свободно падают вниз по трубе. Для предотвращения отвердевания шоколада во время выпуска капель и для предотвращения закупоривания сопел сопловой узел подогревают. В качестве хладагента применяют охлажденный газ, в предпочтительном случае азот. Температура азота должна быть равна по меньшей мере -60^oС, в предпочтительном случае при впуске она равна -160^oС, а при выпуске из нисходящей трубы -80^oС. Однако при таких условиях общая длина трубы должна составлять примерно 20 м. В предпочтительном случае хладагент движется в противоточном направлении относительно траектории падения капель и выходит из нисходящей трубы в зоне соплового узла. Вследствие этого нельзя избежать ситуации, при которой сопловой узел также испытывает воздействие хладагента. В лучшем случае это приводит к потере энергии, в худшем же случае шоколадный материал может затвердеть уже в зоне сопел и, следовательно, закупорить их.

Если в случае использования известных устройств необходимо менять форму получаемых частиц, то это должно осуществляться довольно трудным способом - путем соответствующего изменения направления газа хладагента для создания особой турбулентности газа, приводящей к нужному результату. В предпочтительном случае такую турбулентность создают посредством тангенциального ввода газа, из-за которого в течении жидкой среды в трубопроводе должна появиться крутящая составляющая, т. е. посредством абсолютно другого по конструктивным признакам решения, предполагающего наличие отдельной нисходящей трубы.

Таким образом, целью данного изобретения является создание устройства и способа, при использовании которых можно получать частицы пищевого материала, в частности шоколада, таким путем, который является простым в конструктивном и технологическом отношении.

Эта цель достигается устройством по п. 1 и способом по п.14 формулы изобретения.

Использование охлаждаемой контактной поверхности, предназначенной для охлаждения капель материала и являющейся подвижной относительно сопла, несомненно, снижает опасность того, что капли материала застынут уже на выходе из сопла, вызвав отказ в работе. Также было установлено, что разрыв капель материала при столкновении с неподвижной поверхностью, чего можно опасаться согласно ЕР 976333, не наблюдается по меньшей мере тогда, когда, как предложено в данном изобретении, контактная поверхность охлаждается и движется относительно сопла или капель.

Предпочтительней, если контактная поверхность в соответствии с п.2 формулы изобретения является цилиндрической поверхностью охлаждающего валка, приводимого во вращательное движение, однако также можно было бы использовать, например, вибрирующий лоток, или перемещать подвижное сопло над стационарной контактной поверхностью.

Описанный в п.3 формулы изобретения скребок способствует удалению застывших частиц с контактной поверхности.

В п. 4 описано устройство, являющееся особенно простым с точки зрения конструкции, при котором капли материала переходят на контактную поверхность под действием силы тяжести.

Особенно выгодной является конструкция по п.5, в которой можно задавать форму частиц путем изменения расстояния между соплом и контактной поверхностью. Например, при уменьшении расстояния между соплом и контактной поверхностью можно получать частицы, близкие по форме к тонким ломтикам, тогда как при увеличенном расстоянии - близкие по форме к сферическим частицам.

Особенно хорошо данное изобретение подходит для производства стерилизованных частиц, наподобие тех, что добавляют в чувствительные к микробам материалы, такие как молочные продукты, поскольку и сопло, и контактная поверхность по п. 7 формулы изобретения могут быть совместно размещены внутри емкости для формования, которую необходимо содержать в стерильном состоянии и которая может быть усовершенствована в соответствии с п.п.8-10.

Способ стерилизации пищевых материалов, в частности шоколада, известен из документа ЕР 974275, однако данный документ не раскрывает какие-либо возможности стерильного формования частиц указанного материала без загрязнения. В известном способе материал, в частности шоколад, загружают в твердом состоянии в закрытый автоклав с двумя рубашками, где его нагревают посредством нагревателя рубашки до примерно 80^oС, до тех пор пока этот материал не станет текучим. Затем для нагревания материала до температуры стерилизации в 125^oС, в него подают острый пар. Нагреватель рубашки остается в активном состоянии, однако, теперь он предназначен в основном для предотвращения тепловых потерь. Давление стерилизации составляет примерно 3 бар (300 кПа). Материал выдерживают при повышенной температуре в течение определенного промежутка времени, а потом, для испарения внесенной паром в материал нежелательной воды, а также для охлаждения шоколада до примерно 60^oС, создают разрежение. Далее текучий шоколад закачивают в резервуар. Последующие операции в документе не описаны. Тем не менее, как следует из описания рассматриваемого известного способа, нагрев материала до температуры стерилизации, осуществляемый с использованием острого пара, имеет недостаток, заключающийся в том, что в материал поступает чрезмерно большое количество воды, что крайне нежелательно для шоколада, эту воду необходимо повторно устранять, а это усложняет способ.

В соответствии с п.11 в данном изобретении устройство для стерилизации расположено между плавильным приспособлением и емкостью для формования, вследствие чего материал поступает в устройство для стерилизации уже в однородном, текучем и тщательно перемешанном состоянии.

В соответствии с п.12 приспособление для стерилизации содержит емкость с двойной рубашкой, выполненной с возможностью нагрева и охлаждения, вследствие чего материал может быть доведен до температуры стерилизации посредством прямого контакта с нагретой двойной рубашкой и/или может быть охлажден посредством прямого контакта с охлажденной двойной рубашкой от температуры стерилизации до температуры дальнейшей обработки.

В соответствии с п.13 формулы изобретения между плавильным приспособлением и приспособлением для стерилизации расположен подогреваемый резервуар для хранения, который может обеспечить подвод достаточного количества текучего материала для подачи в работающее периодически приспособление для стерилизации.

Кроме того, данное изобретение относится к способу по п.14, а также дальнейшим усовершенствованиям этого способа в соответствии с п.п.15-21.

Вариант выполнения изобретения более подробно объяснен ниже, со ссылкой на чертежи, на которых:
фиг. 1 является схематическим изображением устройства по данному изобретению, предназначенного для реализации предложенного способа;
и фиг. 2 является схематическим увеличенным изображением емкости для формования.

Фиг.1 является схематическим изображением, показывающим наиболее существенные элементы устройства 1 для получения частиц пищевого материала, в частности, устройства для получения стерилизованных частиц из указанного пищевого материала. Этим пищевым материалом может быть любой материал, который является твердым при температуре его потребления, в частности, при комнатной температуре, и который можно растопить до текучего состояния путем повышения температуры, т. е. в частности, материалы, содержащие какао, или материалы, содержащие ингредиенты какао, в предпочтительном случае - шоколад.

Устройство 1 содержит (перечисление приводится в порядке последовательной обработки материалов) плавильное приспособление 2, в котором материал нагревают до такой степени, что он становится текучим (в случае шоколада требуемая для этого температура находится в диапазоне от примерно 40^oС до примерно 80^oС). Плавильное приспособление не обязательно должно быть включено в технологическую линию, поскольку материал может также доставляться поставщиком в состоянии, в котором он уже готов для обработки. Текучий нагретый материал через трубопровод 3 поступает в резервуар 4 для хранения, который изолирован и оснащен собственными средствами для нагревания. В резервуаре 4 для хранения материал выдерживают в текучем состоянии, т.е. для случая шоколада - при температуре, находящейся в пределах от 40^oС до 80^oС, предпочтительней 60^oС. От указанного резервуара 4 для хранения отходит трубопровод 5 с запорным приспособлением 5а, который через насос 6 подходящей конструкции, предпочтительно зубчатый насос, проходит в приспособление 7 для стерилизации. Приспособление 7 для стерилизации содержит двустенную закрытую герметичную емкость 8, двойная стенка которой соединена с контуром 9 нагрева для нагревающей среды, в частности пара или перегретой воды, а также с контуром 10 охлаждения для охлаждающей среды, в частности холодной воды. Внутри емкости 8 для стерилизации заканчивается снабженный насосом 11 газопровод 12, через который в верхнюю часть емкости 8 для стерилизации можно вводить стерилизованный и/или инертный газ, например стерилизованный воздух или азот, и посредством которого в емкости 8 для стерилизации можно с помощью насоса 11 создавать разрежение. Внутри емкости 8 также заканчивается труба 13 для подвода пара.

Во внутреннем пространстве емкости 8 расположен один из стандартных смесителей 14, обеспечивающий непрерывную циркуляцию всего находящегося в емкости 8 материала, и в частности обеспечивающий его защиту от чрезмерно длительного воздействия нагретой стенки емкости. В предпочтительном случае указанный смеситель 14 выполнен в виде мешалки, оснащенной скребком.

Текучий материал в заданном количестве подают посредством насоса 6 в емкость 8 через трубопровод 5 и запорное приспособление 5а. Смеситель 14 работает, а для уничтожения жизнестойких бактерий стенку емкости 8 нагревают с помощью парового контура 9 до температуры, которая может нагреть находящийся в емкости материал до температуры стерилизации, находящейся между примерно 110^oС и примерно 140^oС. Материал, находящийся в емкости 8, через трубопровод 12 и насос 11 обволакивают стерилизованным воздухом или азотом, таким образом, что давление возрастает до примерно 2,5 бар (250 кПа). Когда температура находящегося в емкости 8 материала достигает значения примерно 100^oС, при котором не ожидается существенной конденсации, через трубопровод 13 можно дополнительно вводить острый пар для усиления уничтожающего бактерии воздействия. После достижения необходимой температуры стерилизации ее поддерживают постоянной в течение заданного промежутка времени, в предпочтительном случае - от 4 до 10 минут.

Далее давление сбрасывают и, если необходимо, то удаляют добавившуюся воду, подвергая емкость воздействию разрежения, предпочтительней с помощью насоса 11. Емкость охлаждают путем подачи холодной воды по контуру 10 охлаждения в двойную рубашку до такой степени, что материал в емкости достигает температуры, при которой он является едва текучим. В случае шоколада это составляет от примерно 20^oС до примерно 40^oС. Далее материал выдерживают при указанной температуре, снова подводя нагревающую среду через нагревающую систему 9, при этом нагревающая среда может перемешиваться с охлаждающей средой, поступающей через контур 10 охлаждения.

Вместо использования двойной рубашки емкости операцию стерилизации можно проводить также путем нагревания материала известными средствами высокочастотной или микроволновой техники. В качестве альтернативы двойной рубашке можно использовать и другие известные теплообменники, например скреперные и трубчатые теплообменники. Здесь должен обеспечиваться равномерный нагрев без разделения пищевого материала на его ингредиенты. Наилучшие результаты получаются при нагревании в трубах с надлежащей турбулентностью, созданной подходящими смесителями или благодаря высокой производительности насоса. С помощью двойной рубашки емкости 8 охлаждение можно осуществлять даже в том случае, когда материал нагревают другими источниками тепла.

Емкость 8 для стерилизации соединена с приспособлением 17 для формования через двустенный подогреваемый выпускающий трубопровод 15, в котором установлено подходящее запорное приспособление 15а и, необязательно, насос 16. Через нагревающую систему 15б в выпускающий трубопровод 15 подают нагревающую среду таким образом, что материал может поддерживаться в выпускающем трубопроводе 15 при такой требуемой температуре, при которой он является едва текучим, т.е. в случае шоколада - между примерно от 25^oС и примерно 30^oС.

Приспособление для формования, которое будет описано более подробно при обращении к фиг.2, также содержит емкость 18 для формования с расположенными внутри нее капельным приспособлением 19 и горизонтально ориентированным охлаждающим валком 20, представляющим собой охлаждающее приспособление, который находится под капельным приспособлением на некотором расстоянии по вертикали. Охлаждающий валок приводится во вращение посредством двигателя 21, имеющего приводной вал, и сообщается с контуром 22 хладагента в виде охлаждающего рассола. В нижней части емкости 18 через запорное приспособление 23 подсоединен охлаждаемый выпускающий трубопровод 24, который сообщается через дополнительное запорное приспособление 25 с резервуаром 26 для шоколадных частиц (изображен схематически). Запорные приспособления 23 и 25 действуют как клапаны для поддержания условий стерильности в емкости 18.

Как показано на фиг.2, емкость 18 для формования содержит верхнюю цилиндрическую часть 18а и зону 18б для хранения, расположенную под первой частью по направлению действия силы тяжести. Внутри верхней цилиндрической части 18а расположено капельное приспособление 19, содержащее по меньшей мере одно сопло 19а. В предпочтительном варианте капельное приспособление 19 выполнено в виде подогреваемого соплового узла и содержит несколько сопел, которые предпочтительно разнесены друг относительно друга на равные расстояния и находятся в одной горизонтальной плоскости. Сопла в предпочтительном варианте расположены в линию одно к другому, образуют ряды, параллельные приводному валу 21а и друг другу, и ориентированы в направлении вершинной линии охлаждающего валка 20.

Посредством приводного вала 21а двигателя 21 охлаждающему валку 20 сообщают вращение по стрелке А с управляемой скоростью. Приводной вал 21а проходит через стенку емкости без нарушения стерильности и поддерживается на стенке емкости с помощью скользящих уплотнений вала и конденсационных замков, вследствие чего обеспечиваются условия стерильности. Привод включает в себя преобразователь частоты, предварительно установленный на фланце вместе с охлаждающим валком 20 и предназначенный для точного согласования вращения валка со скоростью образования капель.

Приводной вал 21а расположен таким образом, что цилиндрическая поверхность 20а в зоне вершины охлаждающего валка 20 оказывается размещенной на некотором расстоянии В ниже сопел 19а капельного приспособления 19. Поэтому расстояние В определяет кратчайший путь свободного падения, который капли 27а материала, выходящие из сопел 19а или выдавленные из них под давлением, должны пройти, пока они не столкнутся с цилиндрической поверхностью 20а охлаждающего валка 20, которую используют в качестве контактной поверхности.

Охлаждающий валок имеет предназначенное для него снимающее приспособление 28 наподобие скребка или чего-то аналогичного, которое снимает застывшие капли материала с контактной поверхности охлаждающего валка 20 и вынуждает их падать в виде твердых частиц 27б в бункерную часть емкости 18, которой придана форма зоны 18б для хранения.

Расстояние В между контактной поверхностью 20а и соплом 19а может быть отрегулировано, в предпочтительном случае с помощью регулируемого фланца 29, который удерживает капельное приспособление 19 на емкости 18. Таким образом, становится возможным задавать и изменять свободное падение капель 27а материала, а следовательно, в сочетании с температурой материала на выходе из сопла 19а, и форму твердых частиц 27б.

К валку 20 через полый приводной вал 21 и контур 22 хладагента, который более подробно показан на фиг.1, подают охлаждающий рассол при 20^oС, причем соответственный выпуск рассола осуществляется со стороны двигателя. Трубопровод 24 подсоединен к контуру 22 хладагента через трубопровод 22а, а зона 18б для хранения емкости 18 для формования, образующая участок для хранения, подсоединена через трубопровод 22б. В цилиндрической части 18а емкости 18 для формования заканчивается дополнительный трубопровод 30 хладагента, вследствие чего хладагент, в предпочтительном случае азот, можно вводить в емкость 18 для формования при относительно низкой температуре, для ускорения охлаждающего воздействия таким образом, чтобы достичь полного и тщательного охлаждения частиц и предотвратить любой разогрев. Трубопровод 30 хладагента в форме охлаждающей трубки с множеством выпускных отверстий проходит сбоку и ниже охлаждающего валка 20, параллельно приводному валу 21а, в емкость 18 - на всю осевую длину охлаждающего валка 20.

Если требуется отформовать твердые частицы 27б, и в емкости 7 для стерилизации содержится некоторое количество стерилизованного материала, то текучий материал, который в случае шоколада имеет температуру от 25^oС до 30^oС, через трубопровод 15 непрерывно или прерывисто подается насосом 16 в капельное приспособление. Охлаждающий валок 20 приводят во вращение с помощью двигателя 21 и через контур 22 хладагента к нему подводят хладагент. Хладагент может быть дополнительно введен в емкость через трубопровод 30.

Капающие из сопел 19а капли 27а материала подвергаются охлаждению уже при свободном падении на пути В, а затем падают на контактную поверхность 20, которая движется в направлении, поперечном направлению падения или направлению движения капель 27а материала, и сильно охлаждается (в случае шоколада до -20^oС). На контактной поверхности эти капли быстро охлаждаются, поэтому они по меньшей мере сохраняют свою форму. Таким образом, капли материала, поступающие в зону снимающего приспособления 28, уже являются твердыми частицами, которые снимаются этим приспособлением 28 с контактной поверхности 20а и падают в зону 18б для хранения, также подвергаемую охлаждению для предотвращения какого-либо разогрева. Если запорное приспособление 23 открыто, то частицы падают в трубопровод 24, выполненный в виде желоба, и двигаются ко второму запорному приспособлению 25. Первое запорное приспособление 23 может быть снова закрыто перед тем, как откроют второе запорное приспособление 25, поэтому запорные приспособления 23 и 25 действуют наподобие затворов, поддерживающих внутреннее пространство емкости 18 для формования в состоянии стерильности. Готовые частицы впоследствии можно хранить в подходящем для этой цели резервуаре 26.

Для осуществления периодической стерилизации предложенного устройства ко всем его компонентам могут быть присоединены трубки для пара, или аналогичные элементы.

Также следует заметить, что для экономии энергии хладагент и нагревающие средства в устройстве циркулируют.

В одной из модификаций описанных и проиллюстрированных вариантов выполнения приспособление для формования можно также использовать и для обработки не стерилизованных материалов. Контактная поверхность может быть выполнена в виде вибрирующего лотка, или чего-то подобного. Зона для хранения в нижней части емкости для формования может отсутствовать, особенно если гарантирован непрерывный выпуск твердых частиц. Значения температур могут быть выбраны в соответствии с характеристиками обрабатываемых материалов и их чувствительностью. Специальные охлаждающие и нагревающие средства также могут быть заменены другими подобными средствами. Вместо шиберов, изображенных на чертежах, можно использовать другие запорные приспособления, в частности запорное приспособление, герметизирующее емкость для формования, может быть дозирующим клапаном. Вместо разбрызгивания по пути свободного падения капли материала можно разбрызгивать на контактную поверхность, которая при этом может занимать вертикальное положение.

Изобретение относится к способу и устройству для получения частиц пищевого материала, в частности шоколада. Материал нагревают до состояния текучести с помощью плавильного приспособления и подают в приспособление для формования, содержащее по меньшей мере одно сопло для выпуска текучего материала в виде капель, а также охлаждающее приспособление для отверждения капель материала в виде частиц. Охлаждающее приспособление содержит охлаждаемую контактную поверхность, которая является подвижной по отношению к указанному соплу. Изобретение позволяет получать частицы пищевого материала, в частности шоколада, путем, который является простым в конструктивном и технологическом отношении. 2 с. и 19 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство (1) для получения частиц (27б) из пищевого материала, в частности шоколада, содержащее плавильное приспособление (2) для нагревания материала до состояния текучести и приспособление (17) для формования, которое содержит по меньшей мере одно сопло (19а) для выпуска капель текучего материала и охлаждающее приспособление (20) для отверждения капель (27а) материала в форме частиц (27b), отличающееся тем, что указанное охлаждающее приспособление содержит охлаждаемую контактную поверхность (20а), которая является подвижной по отношению к указанному соплу (19а).2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанная контактная поверхность (20а) является цилиндрической поверхностью приводимого во вращение охлаждающего валка.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что указанная движущаяся контактная поверхность (20а) имеет предназначенное для нее снимающее приспособление (28) для удаления указанных частиц (27б) с контактной поверхности (20а).4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что указанное сопло (19а) расположено, по существу, вертикально, на расстоянии (В) над указанной контактной поверхностью (20а).5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанное расстояние (В) между соплом (19а) и контактной поверхностью (20а) является регулируемым.6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что указанное охлаждающее приспособление дополнительно содержит газообразный хладагент.7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что оно оснащено емкостью (18) для формования, в которой для получения стерилизованных частиц (27б), расположены указанное сопло (19а) и указанная контактная поверхность (20).8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что указанная емкость (18) для формования включает в себя зону (18б) для хранения указанных частиц (27б).9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что указанная зона (18б) для хранения может быть охлаждаемой.10. Устройство по любому из пп.7-9, отличающееся тем, что указанная емкость (18) для формования содержит охлаждаемый выпускающий трубопровод (24), оснащенный затворами (23, 25) для выпуска указанных частиц (27б).11. Устройство по любому из пп.7-10, отличающееся тем, что между указанным плавильным приспособлением (2) и указанной емкостью (18) для формования расположено приспособление (7) для стерилизации.12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что указанное приспособление (7) для стерилизации содержит емкость (8) с двойной рубашкой, выполненной в виде теплообменника.13. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что между указанным плавильным приспособлением (2) и указанным приспособлением (7) для стерилизации расположен подогреваемый резервуар (3) для хранения, предназначенный для временного хранения текучего материала.14. Способ получения частиц (27б) из пищевого материала, в частности из шоколада, в котором этот материал нагревают до состояния текучести, выпускают в виде капель и охлаждают с образованием частиц, отличающийся тем, что для осуществления охлаждения указанные капли (27а) материала наносят на охлаждаемую контактную поверхность (20а), которая движется относительно этих капель (27а) материала.15. Способ по п.14, отличающийся тем, что указанные капли (27а) материала наносят на контактную поверхность (20а) соприкосновения за счет их свободного падения и длину пути их свободного падения можно изменять.16. Способ по п.14 или 15, отличающийся тем, что указанные капли (27а) материала дополнительно охлаждают с помощью газообразной охлаждающей среды.17. Способ по любому из пп.14-16, отличающийся тем, что указанный материал сначала стерилизуют для получения стерилизованных частиц (27б), а затем выпускают в виде капель и охлаждают в емкости (18) для формования.18. Способ по п.17, отличающийся тем, что указанный материал доводят до температуры стерилизации путем его нагрева на нагретой поверхности.19. Способ по п.18, отличающийся тем, что указанный материал во время стерилизации обволакивают стерилизованным газом при повышенном давлении.20. Способ по пп.18 и 19, отличающийся тем, что как только температура указанного материала достигает заданного повышенного значения, в предпочтительном случае примерно 100°С, в этот материал для его стерилизации дополнительно вводят пар.21. Способ по любому из пп.14-20, отличающийся многоэтапным регулированием температуры, при котором указанный материал сначала нагревают до состояния текучести, в случае шоколада - от примерно 40°С до примерно 80°С, затем передают его для стерилизации, после этого нагревают до температуры стерилизации, в предпочтительном случае - от примерно 110°С до примерно 140°С, затем охлаждают до температуры, при которой материал еще является текучим, в случае шоколада - от примерно 20°С до примерно 40°С и затем при указанной температуре подают его на этап выпуска капель.