Научные основы производства шоколада

2) Непрерывный процесс приготовления шоколадной массы за счет установки шариковых мельниц и реактора, необходимого для разработки вкусоароматических свойств продукта. Плюс этой системы -- работа в потоке, гибкость процесса, относительно быстрый переход с рецептуры на рецептуру. Этот процесс ведет к ограничению используемых рецептур (количество жира и влажность продукта), что не всегда благоприятно сказывается на экономической составляющей производства.

3) Производство шоколадной массы, включающее некую комбинацию непрерывного и порционного процессов. Шариковая мельница замкнута на циклическое производство, соединена с конш-машиной простой конструкции. В этой системе масса проходит несколько циклов обработки, при этом производительность установки напрямую зависит от объема конша, а эффективность конширования и качество продукта -- от времени. Данный подход может быть оправдан только при небольших объемах производства.

4) Традиционный метод производства, включающий пятивалковую мельницу и конш-машину. Он также имеет свои плюсы и минусы. Процесс конширования таким способом обычно занимает до 24 часов и дает возможность достичь следующих результатов:

А) удаление влаги и других нежелательных летучих компонентов;

Б) создание желаемого букета вкуса, основанного на химических реакциях;

В) образование типичной шоколадной структуры;

Г) распределение добавленных эмульгатора и жира;

Д) распределение добавленных ароматизаторов;

Е) снижение вязкости.

Каждый из этих процессов требует определенных условий для достижения оптимального результата.

Как известно, классический метод конширования занимает продолжительное время, а попытка сократить время обработки массы приводит к ухудшению реологических характеристик готового продукта и недоработке его вкусоароматических свойств.

Компания LIPP Mischtechnik (Германия) много лет проводила исследования с целью решения проблем длительного процесса конширования. Инженеры и технологи компании разрабатывали уникальную систему смешивания, уделяя особое внимание изучению процессов, происходящих в шоколадной массе. Эта работа проводилась в тесном сотрудничестве с ведущими немецкими исследовательскими институтами в области пищевых и нанотехнологий, входящими в объединение Fraunhofer. Результатом разработок явилась запатентованная система смешивания Triquence® и соответствующая технология, позволяющая модернизировать процесс конширования.

Оборудование LIPP позволяет контролировать и оптимизировать каждый этап процесса конширования, а также дает возможность для сокращения времени конширования до 70 % (время конширования, включая загрузку и выгрузку продукта, составляет от 5 до 12 часов) и создания шоколада высокого качества с тонким вкусом. Если говорить об изготовлении глазури хорошего качества, то этот процесс занимает от 15 до 50 минут.

Конш-машины LIPP с высокосдвиговой системой Triquence® объединяют множество специальных и уникальных особенностей, при этом конструкция мешального органа с лопатками и скребками требует наиболее пристального внимания. Специальные лопатки осуществляют смешивание продукта в многомерном пространстве и контролируют скорость сдвига внутри массы на всех этапах процесса. Все это гарантирует равномерную передачу энергии от смешивающего вала к продукту. Эффективное смешивание и сдвигающее действие, вызванное лопатками и скребками, способствуют высвобождению жиров и разрушению агломератов еще на ранней стадии процесса, уже при загрузке.

Конструкция цилиндрического барабана дает возможность для рассеивания усилия сдвига, а благодаря уникальному строению мешальных органов полностью отсутствуют мертвые зоны. Кроме того, дизайн и конструкция конша позволяет лопаткам проходить практически вплотную (на расстоянии 1-2 мм) от внутренней поверхности машины, что обеспечивает превосходную передачу и распределение тепла в продукте. Контроль температуры очень важен для конширования, особенно при большой силе сдвига. Должен быть достигнут баланс между прилагаемой и удаляемой энергией, в противном случае либо возникает риск перегрева и, соответственно, порчи продукта, либо система работает неэффективно. В коншах LIPP с системой Triquence® контроль температуры проверялся многочисленными исследованиями. Были установлены датчики измерения температуры на лопатках и в местах захвата массы, получены результаты на всех стадиях процесса. Температуру теплоносителя можно изменять в зависимости от вида продукта и этапа процесса с целью контроля теплообмена. Температурные датчики расположены так, что дают наиболее точные показатели по температуре. Специально разработанный разгрузочный клапан обеспечивает быструю выгрузку продукта.

Исследованиями установлено, что на заданной скорости потребление мощности конша с цилиндрическим дизайном зависит от степени его наполнения. Если загрузка снижается на 10 %, то потребление мощности падает приблизительно на 70 %. Некоторые производители оборудования используют этот факт для того, чтобы конш работал на малой мощности, но более продолжительное время. Как правило, при таком подходе в конш-машинах отсутствует эффективный теплообмен.

В шоколадной промышленности наиболее капризным продуктом является молочный шоколад, что обусловлено рядом причин. Серьезный негативный момент, существенно сказывающийся на качестве готового продукта -- образование комков в массе. Как правило, этот процесс происходит из-за неравномерного теплообмена. В мертвых зонах продукт нагревается до температуры выше 50 °С, и лактоза, разрушаясь, выделяет свободносвязанную влагу, которая, в свою очередь, начинает растворять сахар. В результате происходит склеивание раствора с сухим молоком, визуально этот процесс выглядит в виде крупинок/сгустков продукта. В конше LIPP благодаря конструкции охлаждающей рубашки и эффективному теплообмену образование крупинок в молочном шоколаде при сухом коншировании (температура ниже или равна 50 °С) предотвращено.

Для того чтобы избежать формирования нежелательных агломератов на ранних стадиях конширования (рафинирования массы, сухого конширования), температура продукта не должна превышать 55 °C, масса должна быть по возможности высушена и обеспечен высокий сдвиг. С системой смешивания Triquence® стало возможно равномерное поддержание температуры до 55 °C и обеспечение высокого усилия сдвига. Посредством инженерных решений, заложенных в конш-машины LIPP, проблемы, связанные с коншированием молочного шоколада, решены полностью.

С новой системой смешивания Triquence® мы имеем более усовершенствованный теплообмен. Это дает возможность работы с большой силой сдвига и контролем температуры (менее 55 °C). Благодаря эффективному высокому сдвигу мы увеличиваем производительность и понижаем требования к жирам и эмульгаторам и их количеству в рецептуре готового продукта.

Основная цель компании LIPP Mischtechnik -- проектирование и производство современного высокотехнологичного оборудования, соответствующего наивысшим стандартам качества: высокоэффективных конш-машин, интенсивных миксеров для производства глазури и начиночных масс (время приготовления -- 15-50 мин) и оборудования по переработке производственных отходов нового поколения. Необходимо отметить ряд уникальных разработок в этой области. Запатентованы три системы смешивания: Triquence®, Shear heads® и Reflector®.

Данные инженерные разработки многократно подтверждены качеством продукции ведущих компаний шоколадного рынка [1].

5 Применение нового оборудования для производства шоколадних масс

5.1 Темперирующая машина непрерывного действия TurboNORMIX

Вертикальная темперирующая машина со шнековой выгрузкой предназначена для темперирования в тонком слое глазури, шоколада, кремов. Машина имеет возможность обработки масс с твердыми включениями, размер которых не превышает 10 мм. Темперирующая машина необходима при подготовке глазури для глазирования кондитерских изделий, т.к. переводит глазурь в стабильную кристаллическую форму. Глазурь после прохождения через эту машину имеет постоянную вязкость, дает при застывании идеально глянцевую поверхность и устойчива (глазированный продукт не плавится в руках).

Преимущества темперирующей машины:

1) предотвращает поседение продукта;

2) простота и доступность в обслуживании;

3) по желанию заказчика может устанавливаться различная производительность.

Темперирующая машина TurboNORMIX доказывает свое исключительное качество темперирования не только чистого шоколада на какао-масле, но и шоколада с высоким содержанием молочного жира и шоколада на эквивалентах какао-масла. Даже чистое какао-масло может быть с успехом протемперировано.

Характеристики TurboNORMIX:

1) Увеличение срока хранения и отличный блеск

2) Улучшенная термостойкость шоколада

3) Низкая вязкость в результате 2-3 °С выше рабочей температуры

4) Постоянные характеристики на выходе, несмотря на различную температуру подачи шоколада

5) Улучшенное крепление для облегчения разборки и очистки форм

6) Быстрая кристаллизация в процессе охлаждения (после перекристаллизации).

Темперирующая машина состоит из вертикальной камеры, возвратной трубы. Во внутреннюю емкость машины помещают шоколадную массу. Межстенное пространство между наружной и внутренней ваннами наполняется водопроводной водой.

В нижней части рубашки расположен змеевик, по которому проходит пар, либо установлены ТЭНы для нагрева теплоносителя. Перемешивание продукта осуществляется мешалкой рамного типа, на которой установлены фторопластовые скребки для более равномерного перемешивания продукта.

Шоколадная смесь подогревается до 45-50 °С, благодаря перемешиванию и холодной воде температура ее снижается сначала до 35 °С, а затем до 28-30 °С. Это обеспечивает переход какао-масла из неустойчивых в стабильную форму, и предотвращает жировое "поседение" глазури.

Процесс темперирования глазури в этих машинах происходит непрерывно при интенсивном перемешивании. Каждая частица шоколадной массы, прежде чем она выйдет из камеры темперирования, проходит большой путь и приобретает требуемую по условиям процесса температуру.

Благодаря специальным устройствам в темперирующих машинах автоматически поддерживается заданная температура [22].

3.4 Шаровая мельница для производства шоколада, начинок, глазури

Шаровая (шариковая) мельница предназначена для тонкого измельчения суспензий. Она является надежной альтернативой традиционной (валковой) системе в производстве шоколада, начинок и глазури. Технология шаровых мельниц дает значительную экономию финансовых вложений, энергозатрат и места.

К шаровым относятся измельчители, где измельчающим телом являются шары, свободно, направленно или хаотично перемещающиеся в рабочей камере. Шаровые мельницы относятся к оборудованию истирающе-раздавливающего действия.

Благодаря специальной конструкции практически отсутствуют "мертвые зоны" и обеспечивается наиболее равномерное перемешивание.

Внутри вертикального цилиндра (статора) расположен полый вал (ротор). На внутренней поверхности статора и наружной поверхности ротора закреплены пальцы (диски) специальной формы. Конструкция ротора предполагает установку размольных дисков в различных положениях в зависимости от рабочей среды, благодаря чему всегда достигается оптимальный режим диспергирования. Продукт подается насосом в камеру измельчения снизу, проходит через пространство между ротором и статором, заполненном металлическими шариками, приводящимися в движение пальцами ротора и многократно отклоняющимися пальцами статора. Под воздействием непрерывно соударяющихся и трущихся друг о друга шариков твердые частицы обрабатываемого продукта раздавливаются и истираются. Проходя через решетку, расположенную на выходе, тонкоизмельченная масса продукта отделяется от шариков и подается на дальнейшую обработку. Также освоена модель с движением измельчаемого материала сверху вниз.

Все части установки, контактирующие с обрабатываемым продуктом, изготовлены из специальной стали, обеспечивающей высокую ударо- и износостойкость.

Камера измельчения снабжена теплообменной водяной рубашкой, с помощью которой камера измельчения и вал прогреваются перед работой, предотвращая застывание продукта при длительных остановках мельницы, и охлаждаются во время работы. Замкнутый контур охлаждения в значительной степени препятствует загрязнению камеры отложениями извести и коррозии. Благодаря специальной конфигурации цилиндра практически отсутствуют «мертвые зоны» и обеспечивается равномерное перемешивание.

Мельница снабжена насосом для разгрузки, загрузки и автоматической рециркуляции продукта в процессе работы. Вместимость камеры измельчения определяет производительность мельницы. Управление технологическим процессом осуществляется автоматически с пульта управления [24].

3.5 Темперирующая машина многозонная

Получение стабильно качественного продукта с высокими потребительскимикачествами достигается, наряду с уникальной конструкцией машины, применением надежных средства контроля и автоматики, что позволяет исключить так называемый «человеческий фактор» и предотвращает брак в работе.

Высокие потребительские качества получаемой продукции - длительный срок хранения, великолепные продукции. Высокие энергосберегающие показатели достигаются уменьшением времени обработки, хорошей теплоизоляцией и экономией энергоресурсов (электроэнергии и воды).

Процесс темперирования глазури происходит непрерывно, в очень тонком слое и при интенсивном перемешивании. Каждая частица шоколадной массы проходит большой путь и приобретает требуемую по условиям процесса температуру.

Благодаря специальным устройствам (контактным термометрам и электромагнитным клапанам, регулирующим поступление охлаждающей воды в каждую зону) в темперирующих машинах автоматически поддерживается заданная температура. Также, в случае необходимости, машина сохраняет продукцию в готовом виде в течение нескольких часов.

Темперирование шоколадной массы - наиболее важный и ответственный процесс, влияющий на качество получаемого продукта. Он заключается в постепенном и контролируемом охлаждении продукта при определенном температурном режиме.

Конструктивные особенности:

1) несколько зон темперирования с самостоятельным терморегулированием;

2) непрерывность процесса темперирования;

3) работа в автоматическом режиме;

4) обработка продукта в очень тонком слое при непрерывном перемешивании.

Конструкция темперирующей машины и заложенный в ее основу принцип постепенного охлаждения шоколада позволяет получить шоколадную массу с оптимальной содержанием так называемых ?-кристаллов (оптимальная структура этих кристаллов позволяет получить шоколад с великолепным товарным видом, устойчивостью к повышенным температурам и длительным сроком годности).

Какао-масло это полиморфный жир, который при охлаждении кристаллизуется и затвердевает с образованием центров кристаллизации, которые, в зависимости от условий охлаждения, могут принимать разные формы. Для разрушения нестабильных форм применяется дальнейшее нагревание.

Процессы нагрева и охлаждения следуют сразу друг за другом и проходят в узком температурном диапазоне в короткое время. Если хотя бы на одном из этапов темперирования будет нарушена технология, это сразу же отразится на внешнем виде и структуре шоколада.

Некачественно оттемперированная шоколадная масса имеет свойство «жирового поседения» (покрывается так называемым «белым налетом» из-за естественного разрушения кристаллов нестабильных форм). Проявляется «седина» не сразу, а спустя некоторое время. Кроме того, при неправильном охлаждении шоколад может стать крупнозернистым и рассыпчатым, с испорченным товарным видом.

Конструкция темперирующей машины предусматривает несколько зон темперирования, каждая из которых имеет самостоятельное терморегулирование. Перемещаясь по зонам, шоколадная масса охлаждается при непрерывном перемешивании. Это обеспечивает переход какао-масла из неустойчивой в стабильную форму, и предотвращает жировое "поседение" глазури [21].

3.6 Компактное оборудование для производства шоколада

Фирма NETZSCH-Feinmahltechnik GmbH совместно с бразильским производителем шоколада разработали новейшую концепцию линии для производства шоколада высочайшего качества - ChocoEasy.

Успешная совместная работа экспертов в области машиностроения и шоколадного производства привела к новейшей концепции производственной линии, позволяющей делать высококачественный шоколад. Опыт показал, что с помощью ChocoEasy достигается высокое качество, востребованное рынком.

Все стадии процесса, используемые в классических способах производства шоколада, интегрированы в компактной производственной линии. Запатентованный модуль ChocoEasy состоит из следующих частей:

1) подача, установка предварительного измельчения и промежуточное хранение сахара и других твердых веществ;

2) установка для плавления и танки для хранения какао тертого и какао-масла;

3) конш для сухого и мокрого конширования;

4) горизонтальная бисерная мельница для тонкого измельчения шоколада;

5) комплексное управление процессом, включая регулировку температуры.

Для измельчения кристаллического сахара и молочного порошка используется универсальная мельница NETZSCH-CONDUX типа CUM. Сухое сырье подается вручную через воронку с защитным ситом и пропускается через шнековую систему в мельницу, в которой происходит первая стадия измельчения -- до размеров менее 200 мкм. Система полностью закрыта от станции загрузки до мельницы, и все контактирующие с продуктом детали сделаны из нержавеющей стали. Процесс измельчения осуществляется с помощью воздуходувного ротора ударно-отражательным методом. Массивный ротор из нержавеющей стали снабжен сменными ударными рейками.

В качестве альтернативы предлагается использовать для данной цели двухвалковую машину.

Одновременно с загрузкой твердых веществ происходит плавление какао-масла и какао тертого. C помощью насоса жидкие компоненты через корзинчатый и магнитный фильтры подаются в накопительные емкости, снабженные мешалками для поддержания гомогенности массы.

Горизонтальная U-образная емкость для конширования (конш) в машинах ChocoEasy имеет специальное исполнение: двойные стенки для подогрева и/или для охлаждения. После предварительного темперирования в конш засыпаются измельченные твердые и часть жидких компонентов. Специальный горизонтальный вал предназначен для хорошего перемешивания компонентов. Так как процесс сухого конширования происходит при пониженном содержании жира и большой удельной площади поверхности частиц, то уменьшение содержания влаги происходит быстрее. Благодаря сильному притоку воздуха быстрее выводятся вещества, имеющие нежелательный запах и вкус, а также эффективнее образуются ароматические продукты.

После процесса сухого конширования добавляются какао-масло, лецитин и другие компоненты, согласно рецептуре. После установки нужной температуры в конше проводится гомогенизация и процесс мокрого конширования для достижения необходимого аромата и вкуса, как в классической технологии приготовления шоколада.

В циркуляционном режиме происходит мокрое конширование и измельчение с помощью горизонтальной бисерной мельницы LME. Благодаря эффективной запатентованной разделительной системе достигается непрерывный поток продукта, тонкий помол и диспергирование и, таким образом, безупречное качество при высокой пропускной способности и постоянной температуре.

В зависимости от желаемого конечного качества продукта длительность процесса составляет от 8 до 12 часов. Линию можно расширить, например, путем инсталляции дополнительного конша и мельницы, что приведет к увеличению производительности.

Сравнение распределения размеров частиц шоколада, полученного традиционным пятивалковым способом и с помощью ChocoEasy, показывает, что ChocoEasy позволяет изготавливать шоколад такого же или более высокого качества.

ChocoEasy отличается простотой в обслуживании и непосредственным влиянием на качественные параметры конечного продукта. В окончательной «настройке» многочисленных параметров нет необходимости, т.к. желаемое качество шоколада регулируется во время производственного процесса: более длительное мокрое конширование и измельчение ведет к большей дисперсности продукта, увеличение времени сухого конширования приводит к уменьшению влажности, лучшей текучести и аромату [25].

3.7 Конш-рефайнер машины YCM

Это самое гибкое оборудование для производства шоколада и шоколадной продукции. Внеся лишь небольшие изменения, можно использовать машину для производства широкого ассортимента продукции, в том числе с низким содержанием жира.

Как лопасти, так и рифленые секции легко монтировать и заменить. Панель управления включает элементы управления всеми вышеназванными функциями, а также сигнальные механизмы. Машина чрезвычайно легка в управлении, легко поддается чистке и проста в эксплуатации. Установка позволяет производить широкий ассортимент продукции, при предварительном тонком измельчении шоколадных масс (20-25 мкм), например, шоколадные добавки, пралине, специальную глазурь и начинки, шоколадную и ореховую пасту не говоря уж о ее преимуществах при переработке и повторном использовании отходов других производственных линий. Ее дополнительным преимуществом является возможность изготовления продукции с низким содержанием жира, фактически, 26 % общего содержания жира. Машина может загружаться как автоматически, так и вручную, и может работать без какого-либо контроля. Время обработки зависит от рецепта, а также требуемой начальной и конечной тонкости продукта. Например, на переработку обрезков может потребоваться только один час или два, в то время как на производство очень бархатистого чистого шоколада может потребоваться 24 часа. YСМ заменяет мельницу для изготовления сахарной пудры, смеситель, пятивальцевую дробилку, шоколадоотделочную машину.

Машина состоит из неподвижной цилиндрической смесительной, дробильной и коншировальной камеры.

Дробильная камера имеет водяную рубашку для нагрева или охлаждения продукта без давления.

Внутренняя поверхность дробильной камеры полностью облицована сменными рифлеными пластинами, которые изготовлены из чугунного перлита. Это создает неподвижную дробильную поверхность в машине. На внутреннем вращающемся барабане установлены подвижные лопасти из высокоуглеродистой стали, которые создают еще одну дробильную поверхность. Вращающийся барабан приводится в движение мотор-редуктором с электродвигателем.

Лопасти передвигаются по всей длине цилиндрической камеры и параллельно внутренней поверхности.

Лопасти приводятся в соприкосновение с рифленой облицовкой регулируемым натяжным устройством и листовыми рессорами. Шоколадная смесь размешивается, растирается и взбивается на внутренних поверхностях лопастей, которые могут менять наклон относительно неподвижных пластин для достижения оптимального измельчения. Натяжение обеспечивается гидравлическим агрегатом, специально разработанным для этой цели. Частицы, находящиеся в подлежащей очистке массе, задерживаются между вращающимися лопастями и рифленой облицовкой. Чем больше давление и чем сильнее лопасти прижимаются к рифленой облицовке, тем выше очистка. Максимальный и минимальный уровни давления предварительно установлены в машине, чтобы предотвратить ее повреждение операторами.

Лопасти прикреплены к центральной горизонтальной оси. Приводной механизм состоит из электромотора и усиленного редуктора. Редуктор вынимается из корпуса машины, чтобы облегчить доступ к уплотняющим прокладкам, а также, чтобы предотвратить перенос смазки на внутренний вал машины.

Спереди машина имеет шарнирное отверстие для загрузки.

В верхней части машины устанавливается вентилятор для устранения влаги и нежелательных летучих кислот из камеры в процессе обработки. Это особенно полезно при изготовлении чистого шоколада, которому требуется конширование.

Управляемый вручную нагнетательный клапан находится на передней панели машины. Установки на 500 кг и более имеют автоматические и контролируемые системы впуска холодной воды и водяной насос, для лучшего регулирования рабочей температуры.

Таким образом, речь идет о единой, компактной установке, которую легко смонтировать, запустить в эксплуатацию и использовать. Установка выполняет одновременно функции (на дозу) какао мельницы, сахарной мельницы, смесителя ингредиентов, шоколадно-вальцовочной машины пока не достигнет желаемой окончательной тонкости, а также конширует шоколад, когда это требуется. Выполняя 5 операций эти машины позволяют производить шоколадные массы высокого качества с меньшими затратами по сравнению с другими системами [6].

Заключение

В ходе данной курсовой работы были рассмотрены классическая технология производства шоколадных масс, химический состав и назначение основного сырья, а также были предложены различные виды нетрадиционного сырья для решения следующих задач:

1) экономия дорогостоящих компонентов;

2) повышение пищевой ценности;

3) интенсификация производства.

Для экономии дорогостоящих компонентов необходимо использовать различные заменители и эквиваленты какао-масла лауринового и нелауринового типов. Рассмотренные в данной работе заменители имеют схожие показатели с химическим составом натурального какао-масла и обладают его основными физико-химическими свойствами, что позволяет частично использовать их в рецептуре шоколада без вреда для производства и здоровья потребителей. Предложено несколько запатентованных способов производства шоколада, позволяющих экономить дорогостоящее сырье.

Повышение пищевой ценности продуктов питания - одна из главных задач современного производства продуктов питания. Применение различных добавок позволяет сделать шоколад диетическим и более полезным продуктом. Алкализированная какавелла является ценным источником пищевых нутриентов, способствующих улучшению пищеварения. Наиболее подробно рассмотрены пункты, посвященные повышению антиоксидантной активности шоколада с применением различных добавок.

Чтобы ускорить процесс производства, применяются различные виды стабилизаторов, эмульгаторов и их смесей. Это позволяет контролировать вязкость шоколадных масс, предотвращать поседение шоколада, препятствовать прилипанию шоколадных изделий к поверхностям форм.

На ускорение процесса производства также влияет применение современного оборудования: конш-машин, многозонных темперирующих машин, производственной линии ChocoEasy. Это оборудование позволяет не только ускорить процессы обработки сырья, увеличить объемы производства, но и сохранить все физико-химические показатели в норме.

Размещено на Allbest.ru