Способ изготовления суспензий затравочных кристаллов на основе жирового расплава и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления суспензий затравочных кристаллов на основе жировых расплавов, в частности для производства стабильных микродисперсных суспензий кристаллов какао-масла с высокой долей β_VI-модификации, и их применению при затравочной кристаллизации суспензий на жировой основе, содержащих дисперсные частицы твердых веществ, таких как шоколад и шоколадоподобные массы, расплав которых затравливается суспензией зародышей кристаллов. Способ предусматривает изготовление жирового порошка холодного распыления. Затем проводят ступенчатое термическое кондиционирование полученного жирового порошка для того, чтобы фазовое превращение полиморфной жировой системы проходило без комкования частиц порошка до образования термически высокостабильной β_VI-модификации кристаллов. Кристаллы изготавливают с долей, составляющей по меньшей мере 10%. После чего ведут суспендирование кондиционированного таким образом жирового порошка в количестве по меньшей мере 1% в свободном от кристаллов жировом расплаве, темперированном до температуры приблизительно на 1-2^oС ниже минимальной температуры пика энтальпии плавления β_VI-модификации кристаллов. Указанную суспензию жирового порошка подвергают обработке в потоке сдвигом/растяжением до достижения заданных характеристик: общего содержания кристаллов, доли β_VI-модификации и среднего размера кристаллов. Полученную таким образом суспензию затравочных кристаллов равномерно добавляют в продуктовый поток подвергаемого предварительной кристаллизации шоколада или шоколадоподобной массы с содержанием затравочных кристаллов 0,01-0,2% (от общей массы), а затем в потоке продукта подвергают щадящему гомогенному и непрерывному перемешиванию. Устройство для осуществления способа содержит распылительную башню, камеру темперирования, резервуар с мешалкой для суспензии, узел для обработки потока сдвигом/растяжением, насос и статический смеситель. В статическом смесителе башня выполнена для холодного распыления жирового расплава какао-масла или смеси какао-масла и других жиров в потоке холодного газа. Температура холодного газа может устанавливаться на 10-50^oС ниже температуры кристаллизации жировых компонентов распыляемой жировой системы. Благодаря этому улучшается дозируемость по сравнению со способом затравки кристаллическими порошками, так как возможно дозирование жидкостей. Кроме того, с помощью механико-термической обработки сдвигом/растяжением потока суспензии затравочных кристаллов достигается получение значительно меньших по размеру зародышевых кристаллов, чем при традиционном способе затравочной кристаллизации, основанном на применении порошков, и, как следствие, улучшенное микрогомогенное смешивание и более высокая эффективность затравки с уменьшенным добавлением затравочных кристаллов для достижения оптимальной предварительной кристаллизации, а также более высокая доля обладающих высокой стабильностью кристаллов β_VI-модификации. 2 с. и 20 з.п. ф-лы, 17 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть)

Формула изобретения

1. Способ изготовления суспензий затравочных кристаллов на основе жирового расплава, в частности, для получения стабильных микродисперсных суспензий кристаллов какао-масла с высокой долей β_VI-модификации, используемых при затравочной кристаллизации содержащих дисперсные частицы твердых веществ суспензий на жировой основе, таких как шоколады, шоколадоподобные массы или суспензии с иными жирами в качестве непрерывной фазы, с регулируемыми: общим содержанием кристаллов (I), долей высокоплавкой β_VI-модификации кристаллов (II), а также средним размером кристаллов (III), предусматривающий изготовление жирового порошка холодного распыления, ступенчатое термическое кондиционирование полученного жирового порошка для того чтобы фазовое превращение полиморфной жировой системы проходило без комкования частиц порошка до образования термически высокостабильной β_VI-модификации кристаллов с долей, составляющей по меньшей мере 10%, и суспендирование кондиционированного таким образом жирового порошка в количестве по меньшей мере 1% в свободном от кристаллов жировом расплаве, темперированном до температуры приблизительно на 1-2°С ниже минимальной температуры пика энтальпии плавления β_VI-модификации кристаллов, причем указанную суспензию жирового порошка подвергают обработке в потоке сдвигом/растяжением до достижения заданных характеристик - общего содержания кристаллов, доли β_VI-модификации и среднего размера кристаллов, и полученную таким образом суспензию затравочных кристаллов равномерно добавляют в продуктовый поток подвергаемого предварительной кристаллизации шоколада или шоколадоподобной массы с содержанием затравочных кристаллов 0,01-0,2% (от общей массы), а затем в потоке продуктов подвергают щадящему гомогенному и непрерывному перемешиванию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для изготовления порошка холодного расплава какао-масла распыляют в охлажденном пространстве распылительной башни таким образом, что полученные тонким распылением капельки расплава с определенным распределением размера 1-200 мкм перемещаются относительно потока холодного газа, в который их распыляют, и путем установления заданной температуры холодного газа (от -40 до 0°С) и распыляемого расплава какао-масла (от +40 до +60°С), а также зависящей от распределения размеров капель скорости холодного газа (0,1-1 м/с), кристаллизуют заданным образом и затем выгружают при температуре холодного газа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для образования/повышения доли β_VI-кристаллов в порошках какао-масла, полученных холодным распылением при температуре от -40 до 0°С, осуществляют термическое кондиционирование указанного порошка в несколько стадий, предпочтительно в две стадии, таким образом, чтобы обеспечить как можно более быстрое фазовое превращение нестабильной модификации кристаллов в высокостабильную модификацию без комкования частиц жирового порошка при их хранении в виде сыпучего порошка, например, комбинацией из двух стадий, на первой стадии - при 12°С в течение более двух дней и на второй стадии - при 25°С в течение более 30 дней.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что, в случае чистого какао-масла суспендирование по меньшей мере 1% кондиционированного распыленного порошка в, по существу, свободном от кристаллов, охлажденном до низких температур жировом расплаве осуществляют при температуре от 26 до 32,5°С.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что термомеханическую обработку суспензии распыленного жирового порошка проводят пространственно однородно в одну или несколько стадий в зоне потока со сдвигом/растяжением при установлении эффективных усилий или скоростей сдвига и температур и благодаря частичному плавлению модификаций кристаллов с низкой температурой плавления и механического диспергирования/измельчения кристаллов происходит уменьшение среднего размера кристаллов от приблизительно 100 мкм в распыленном порошке до 10 мкм, при этом может устанавливаться постоянное содержание кристаллов в суспензии в количестве 5-35 об.%.

6. Способ по п.1 или 5, отличающийся тем, что при изготовлении суспензий затравочных кристаллов, исходя из полученных холодным распылением и термокондиционированных частиц какао-масла, они содержат по меньшей мере 10% высокостабильных кристаллов β_VI-модификации, содержание которых затем при повышенном приложении механической энергии к суспензии жировой порошок/жировой расплав при температуре приблизительно от 32 до 34°С увеличивается до по меньшей мере 95%.

7. Способ по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что к остатку произведенной ранее суспензии затравочных кристаллов добавляют жидкое какао-масло, которое при поддерживаемых постоянными условиях темперирования и перемешивания в течение менее 60 мин используют для получения новой затравочной суспензии.

8. Способ по п.1 или 5, отличающийся тем, что после получения суспензии затравочных кристаллов требуемое содержание затравочных кристаллов в суспензии поддерживают без дальнейшего использования жирового порошка, а именно непосредственно на стадии механико-термической обработки в зоне обработки потока сдвигом/растяжением, причем температуру стенок снижают до 10-25°С, длительность пребывания увеличивают до >150 с, а образованные на стенках жировые кристаллы непрерывно соскабливают и смешивают с жировым расплавом.

9. Способ по одному из пп.1-8, отличающийся тем, что предварительно охлажденный продуктовый поток затравливают суспензией кристаллов при температуре 32-35°С.

10. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что затравливание проводят непрерывно путем дозирования и щадящего микрогомогенного перемешивания так, чтобы избежать частичного плавления затравочных кристаллов в продуктовом потоке, например, вследствие повышенного местного рассеяния энергии.

11. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что суспензию затравочных кристаллов непрерывно вводят в продуктовый поток для обеспечения в нем содержания кристаллов 0,01-0,2% от общей массы продукта.

12. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что вместо шоколадной системы на основе какао-масла для затравки аналогичным образом используют суспензии с другими жирами в качестве непрерывной фазы, в которых используемые зародыши жировых кристаллов представляют собой специфично подходящие для жировых систем смеси триглицеридов с высокой температурой плавления.

13. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1-12, содержащее распылительную башню (11), камеру темперирования, резервуар с мешалкой для суспензии, узел для обработки потока сдвигом/растяжением, насос и статический смеситель (3), в котором башня (11) выполнена для холодного распыления жирового расплава какао-масла или смеси какао-масла и других жиров в потоке холодного газа, температура которого может устанавливаться на 10-50°С ниже температуры кристаллизации жировых компонентов распыляемой жировой системы, имеющих наиболее низкую температуру плавления, и с помощью однокомпонентного сопла при давлении распыления от 1 до 500 бар (от 0,1 до 50 МПа) избыточного давления можно производить распыленные жировые частицы диаметром от менее 50 до 500 мкм, которые затем переводятся в камеру темперирования (10), где в процессе двух- или многоступенчатого термокондиционирования при заданных температурно-временных параметрах, с температурными плато предпочтительно -10°С и от 25 до 28°С соответственно происходит контролируемое фазовое превращение (образование от 10 до 50%-ной доли β_VI-кристаллов без комкования распыленных частиц), а затем кондиционированный таким образом порошок в темперированной до 26-32,5°С перемешивающей/смешивающей емкости, снабженной мешалками, работающими на низких оборотах и обеспечивающими щадящее гомогенное смешивание, образует суспензию в охлажденном до примерно 26-32,5°С жировом расплаве какао-масла или в расплаве смеси жиров, причем устройство также содержит узел (8) сдвига/растяжения, состоящий из концентрического или эксцентрического цилиндрического зазора для сдвига, который имеет ширину зазора не более 5 мм, и в котором указанную суспензию жировых кристаллов подвергают сдвигу при одновременно устанавливаемом охлаждении наружной стенки зазора для сдвига до температуры стенки 5-30°С при аксиальной скорости прохождения потока через зазор для сдвига, составляющей не более 1 см/с, и вращении вала в виде внутреннего цилиндра с окружной скоростью 0,2-2 м/с, таким образом, чтобы температура суспензии кристаллов на выходе из зазора для сдвига вследствие возникающего вязкостного рассеяния энергии, из-за сдвига и теплопередачи составляла 32-34,5°С с точностью до 0,5°С, и одновременно осуществлялось тонкое диспергирование кристаллов до среднего диаметра от менее 10 до 20 мкм (от их исходного размера от около 50 до 500 мкм), а также далее в зависимости от сдвига, температуры стенок и времени пребывания в зазоре для сдвига, выходящая суспензия кристаллов может быть отрегулирована на содержание кристаллов 5-35% посредством регулирования передаваемого на вал в виде внутреннего цилиндра момента вращения, а затем эта суспензия затравочных кристаллов с помощью механического, работающего в щадящем режиме дозирующего насоса (5) непрерывно, в малых количествах, составляющих не более 1% суспензии и затравочных кристаллов от массы продукта, может быть добавлена к темперированному до 32-34,5°С продуктовому потоку шоколада или шоколадоподобной массы, который гомогенно перемешивают щадящим образом с помощью статического смесителя (3).

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что кондиционирующее пространство камеры темперирования снабжено вращающимися или вибрирующими встроенными элементами (16) для постоянного перемещения порошка, обеспечиваемого вращением или вибрацией этих встроенных элементов или самой камеры и, таким образом, для обеспечения предпочтительно ускоренного термокондиционирования полученных распылением порошков при повышенных температурах (до 28°С при получении β_VI-модификации кристаллов), избегая образования комков.

15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что узел (8) сдвига/растяжения потока для обработки суспензий, полученных распылением порошков, имеет встроенные элементы, вращающиеся вместе с валом в виде внутреннего цилиндра, которые расположены либо на внутренней стенке охлажденного наружного цилиндра с возможностью скобления стенок и/или образуют суженные зазоры между стенками внутреннего и наружного цилиндров, или дополнительно в самих встроенных элементах, на которых происходит местное ускорение потока и, таким образом, возникает эффект растяжения потока, благодаря которому достигается более тонкое диспергирование посредством чередующегося разглаживания (т.е. растяжения и сдвига) на охлажденной стенке и соскабливания жировых кристаллов или агломератов жировых кристаллов с охлажденной стенки.

16. Устройство по п.13, отличающееся тем, что узел (8) сдвига/растяжения потока вмонтирован в байпасный трубопровод, ведущий к емкости с мешалкой, так что тонко диспергированная, обработанная в узле (8) сдвига суспензия кристаллов может подвергаться циркуляционному перемешиванию в этой емкости с мешалкой с механически необработанной суспензией, а после нескольких проходов содержимого емкости с мешалкой через узел (8) сдвига посредством встроенного трехходового крана возможно переключение режима циркуляции на режим дозирования указанного содержимого в трубопровод с продуктом.

17. Устройство по п.13, отличающееся тем, что перед узлом (8) сдвига/растяжения подключен дозирующий насос (5), который позволяет устанавливать аксиальную скорость потока через узел (8) сдвига/растяжения в соответствии с шириной зазора для сдвига, дозированного массового расхода и концентрации кристаллов в суспензии затравочных кристаллов для дозирования в продуктовый поток с получением 0,01-2% содержания кристаллов, причем указанную суспензию вводят в продуктовый поток либо после однократного непосредственного прохождения суспензии кристаллов через узел (8) сдвига/растяжения, либо из емкости с мешалкой, в которой многократно обработанная в узле (8) сдвига/растяжения суспензия кристаллов подвергается циркуляционному перемешиванию.

18. Устройство по одному из пп.13 и 15-17, отличающееся тем, что узел (8) сдвига/растяжения в осевом направлении разделен на две зоны, и первая зона представляет собой зону охлаждения, которая охлаждается водой с температурой 10-15°С и тем самым способствует быстрому образованию кристаллов (смесь β_IV-, β_V- и β_VI-модификаций) в жировом расплаве какао-масла, а вторая зона темперируется водой с более высокой температурой, чтобы расплавить нестабильные β_VI-кристаллы какао-масла, повысить долю β_VI-модификации и отрегулировать вязкость, причем затем полученную суспензию кристаллов какао-масла с 10-30% содержанием кристаллов с 0-50% долей β_V-модификации и 50-100% долей β_VI-модификации кристаллов с помощью дозирующего насоса (5) равномерно добавляют непосредственно в продуктовый поток предварительно кристаллизованного шоколада или шоколадоподобной массы для обеспечения содержания затравочных кристаллов от 0,01 до 0,2% от общей массы продуктового потока, а затем щадяще гомогенно и непрерывно перемешивать в продуктовом потоке.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что зазор для сдвига между наружной стенкой вращающегося внутреннего цилиндра и внутренней стенкой темперированного наружного цилиндра на первой ступени охлаждения является малым (Ri/Ra равен или более 0,8), а на второй ступени охлаждения является большим (Ri/Ra равен или менее 0,8), так что образованные на первой ступени при сильном охлаждении нестабильные кристаллы вследствие сильного сдвига (усилие сдвига 1000-2000 Па) быстро преобразуются в стабильные β_V- и β_VI-кристаллы, а на второй ступени благодаря увеличению зазора для сдвига усилие сдвига уменьшается, чтобы дополнительное местное нагревание обогащенной кристаллами суспензии из-за вязкостного рассеяния энергии оставалось достаточно низким.

20. Устройство по п.13, отличающееся тем, что содержит регулирующее устройство в виде блока управления/регулирования для узла (8) сдвига/растяжения, выполненного для обеспечения согласования числа оборотов (регулировочная переменная 1) внутреннего цилиндра (возможно вместе со встроенными элементами), температуры охлаждения стенок (регулировочная переменная 20) и массового расхода (регулировочная переменная 30) или времени пребывания в реакционном пространстве узла (8) сдвига, определяемого числом оборотов дозирующего насоса (5), таким образом, чтобы наружная температура суспензии (заданная/регулировочная переменная 1) в случае какао-масла составляла 30-34,5°С с точностью ±0,25°С, а содержание кристаллов в суспензии (заданная/регулировочная переменная) составляло 10-30% (с точностью ± 1%), причем посредством сдвига/растяжения, определяемого геометрией зазора и числом оборотов, обеспечивается размер затравочных кристаллов в суспензии от менее 10 до 20 мкм.

21. Устройство по п.19, отличающееся тем, что указанный блок управления/регулирования выполнен с возможностью обработки сигнала измеренного на валу узла (8) сдвига/растяжения момента вращения для непосредственной корреляции настроек числа оборотов, массового расхода и температуры охлаждения стенок с полученной концентрацией затравочных кристаллов, позволяя таким образом контролировать или управлять концентрацией кристаллов на выходе.

22. Устройство по п.13, отличающееся тем, что встроенный в продуктовый поток (шоколадного продукта) статический смеситель (3) имеет достаточно большие зазоры для прохождения потока, чтобы при вязкостях, типичных для шоколадных продуктов (примерно 0,1-5 Па·с), и заданных массовых расходах местное вязкостное рассеяние энергии оставалось достаточно малым, чтобы избежать местного нагревания продукта до температуры выше 34,5°С (в случае чистых зародышей β_VI-кристаллов какао-масла), причем смеситель содержит увеличенное количество от 10 до 12 последовательно подключенных смесительных элементов, чтобы обеспечить качество смешения 95%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39, Рисунок 40, Рисунок 41, Рисунок 42, Рисунок 43