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- 1 - Kontinuierliche Herstellung gießfertiger Massen Was sind

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Kontinuierliche Herstellung gießfertiger Massen
Was sind Gießmassen bzw. gegossenen Zuckerwaren?
Hierbei sind vor allem 2 Produktgruppen gemeint:
? Gummi- und Geleeartikel (in Puder gegossen),
? Gegossene Hart- und Weichkaramellmassen (puderlos gegossen),
Grundsätzlich bestehen Produktionsanlagen für diese Artikel aus den Anlagenteilen:
?
?
?
?
Rohstoffvorbereitung und Verwiegung,
Kochen,
Dosieren und Mischen,
Vergießen;
Bis einschließlich Dosieren und Mischen bietet Klöckner Hänsel Prozesstechnik
moderne, dem neuesten Stand der Technik entsprechende Anlagen an.
Gleichmäßige und rezepturgetreue Rohstoffdosierungen und Massevorbereitungen
sorgen für konstante Einlaufbedingungen in den nachgeschalteten Kocher.
Obwohl diese Weisheit allgemein bekannt ist, werden in der Praxis bereits hier nicht
selten Versäumnisse und Unzulänglichkeiten sichtbar.
1. Kocher für Gummi- und Gelee-Massen
1.1 Bekannte Kochsysteme
Verwendet werden Kochsysteme mit
? direkter und
? indirekter Beheizung.
Bei der Ausführung der Kocher ist der mehr oder weniger ausgeprägten Neigung der
Gelier- bzw. Verdickungsmittel zum Anbrennen bzw. Ansetzen Rechnung getragen.
-1-
Kocher mit indirekter Beheizung
Es handelt sich hierbei um Schlangenkocher mit Variationen in der Gestaltung der
Kochschlange, um die Bildung eines Belages auf der Heizfläche zu verzögern.
Solche Variationen können sein:
-
abgeflachter Querschnitt der Kochschlange zur Geschwindigkeitserhöhung im
Wandbereich,
zusätzliche Einbauten in der Kochschlange zur Turbulenzerzeugung,
scharfe Umlenkungen bzw. abrupte Richtungswechsel der Gelee-Masse beim
Durchströmen der Kochschlange;
Die zu erwärmende Masse wird durch die mehr oder weniger geometrisch variierte
Rohrschlange gefördert. Das Heizmedium (Dampf) umspült diese Rohrschlange.
Durch Drucküberlagerung mittels eines dem Kocher nachgeschalteten Ventils wird das
Sieden verhindert, d.h. der Wassergehalt der Geleemasse verändert sich im Kocher
nicht.
Erst in einem Ausdampf- bzw. Vakuum-Behälter erfolgt anschließend die Verdampfung
eines Teiles des Rezeptwassers.
Derartige Kocher mit indirekter Beheizung haben sich bewährt für die Herstellung von
Geleeprodukten, wie sie vor allem auf dem europäischen Markt üblich sind, trotz
tendenzieller Anbrenn-Neigung mit der Folge entsprechend kurzer erforderlicher
Reinigungsintervalle und nicht idealer Wärmeübergangswerte.
Es handelt sich bei diesen Produkten vorwiegend um gelatine-, pektin- bzw. agarbasierende Rezepturen mit relativ geringen Kochtemperaturen.
Allerdings können einige, insbesondere auf Stärke basierende Produkte hiermit nicht
zufriedenstellend produziert werden.
Die Eigenschaft der Viskositätserhöhung bei zunehmender Erwärmung verursacht hier
einen zu schnellen und intensiven Ansatz an der Heizfläche.
Kocher mit direkter Beheizung (Jet-Kocher)
Jet-Kocher sind keine Kocher im eigentlichen Sinne, weil in ihnen Wasser als
Direktdampf injiziert und nicht Wasser herausgekocht wird.
Die injizierte Dampfmenge führt zu einer temporären Erhöhung von Temperatur und
Wassergehalt, wie dies zum Aufschluss der Stärke erforderlich ist.
-2-
Eine Reduzierung des Wasseranteiles erfolgt wie bei den Kochern mit indirekter
Beheizung in einem nachgeschalteten Ausdampf- bzw. Vakuum-Behälter.
Jet-Kocher werden bislang vorzugsweise für stärkehaltige Produkte eingesetzt, vor allem
für im US-Markt übliche Rezepturen mit High-Amylose-Stärken, welche recht hohe
Temperaturen von bis zu 160 °C erfordern.
Der Vorteil dieses Verfahrens ist die relativ einfache technische Umsetzung und die
Tatsache, daß keine Heizfläche vorhanden ist, an welcher die Gelee-Masse anbrennen
kann.
Nachteilig ist der direkte Kontakt des Heiz-Dampfes mit dem Produkt.
Es ist unbedingt sicherzustellen, daß dieser Dampf frei von gesundheitsschädlichen
Bestandteilen ist und alle lebensmittelrechtlichen Voraussetzungen erfüllt.
Obwohl diese Forderungen mit modernen Dampferzeugern durchaus erfüllt werden
können, bleibt dennoch zumeist ein Unbehagen bei der Dampf-Injektion.
1.2. JellyStar®
Der JellyStar® ist ein universell einsetzbarer Gelee-Kocher, dessen Einsatzbereich nicht
auf Gelee beschränkt ist.
Er wird eingesetzt für alle üblichen Geliermittel inklusive aufzuschließender Stärke und
Geliermittelgemische.
Es handelt sich hierbei um einen Kocher mit indirekter Beheizung, in welchem die
Geleemasse von unten nach oben durch den Kocher geführt wird.
Allerdings wird im Gegensatz zu den bislang beschriebenen Systemen der Dampf in den
Rohren eines Rohrbündels geführt, während die Geleemasse diese Rohre außen
umspült.
Das Innere des Kochers ist in Etagen unterteilt, welche von der Geleemasse quer
durchströmt werden.
Bedingt durch die Querströmung sowie die Umlenkungen von Etage zu Etage werden
ständige Richtungswechsel sowie Verwirbelungen im Massefluß verursacht sowie
unkontrollierte Verweilzeiten an den Heizflächen und im Inneren des Rohrbündels
verhindert.
Dadurch ergeben sich weitere Vorzüge:
-3-
-
sehr gute Energieübertragung,
geringer Dampfdruckbedarf,
geringe Temperaturdifferenz zwischen Dampf- und Produkt-Temperatur,
geringe Durchflussdruckverluste,
reduzierte Wärmeverluste durch Führung des Heizmediums im Produkt;
Im industriellen Einsatz wird der JellyStar® unter den folgenden Einsatzbedingungen
genutzt:
Kochen unter Überdruck
Streng genommen handelt es sich hier nicht um ein Kochen, sondern lediglich um ein
Erwärmen.
Wie bereits beschrieben, erfolgt hier im Kocher eine Erwärmung der Gummi- bzw.
Geleemasse ohne daß bereits Wasser verdampft wird.
Erwärmt werden zumeist Gelatine- oder Pektinmassen nicht über 105 – 110 °C, bei
Rezepturen mit Stärke allerdings auch deutlich höher (bis zu 160°C).
Hier wird die End-Trockensubstanz der Masse ausschließlich durch den
Eingangswassergehalt bestimmt, da sowohl die Kochtemperatur als auch die
Vakuumhöhe fixiert sind.
Zum Vergleich: Jet-Kochung
Vor dem Eintritt der Gelee-Masse in den Jet-Kocher wird diese üblicherweise auf ca.
90°C erwärmt.
Wie beschrieben, wird infolge der Kondensation des injizierten Dampfes zunächst die
Temperatur und der Wasseranteil erhöht, bevor durch die nachfolgende Entspannung in
das Vakuum und die Verdampfung von Rezeptwasser Temperatur und Wasseranteil
wieder reduziert werden.
Kochen unter atmosphärischen Bedingungen
In einigen Anwendungsfällen kann es erforderlich sein, den Eingangswassergehalt zu
erhöhen.
-4-
Das kann z.B. der Fall sein, wenn ein für die vorhandene Baugröße sehr geringer
Durchsatz mit einer Gelatine-Rezeptur gefahren wird und die vakuumierte Masse zu
blasig erscheint.
In diesen Fällen wird möglicherweise durch die funktionsbedingte extrem sanfte
Erwärmung die feinverteilte und zum Teil gelöste Luft nicht ausreichend entfernt.
Korrigieren läßt sich dieser Effekt durch zusätzliche Wasserzugabe im Ansatz.
Allerdings kann dann unter Überdruck nicht die gewünschte End-Trockensubstanz
erreicht werden.
Durch atmosphärisches Kochen ist dies möglich, wobei hier bei gewünschter
Entspannung in ein Vakuum der Atmosphärendruck mittels des Druckhalteventils
einzustellen ist.
Kochen unter definiertem Überdruck
Das Kochen von Stärke-Gelee erfordert besondere Aufmerksamkeit.
Als wichtigstes Kriterium ist hier neben dem gewünschten Endwassergehalt nach dem
Kochen ein optimaler Aufschlussgrad der Stärke zu erreichen.
Ergebnisse von Versuchen haben gezeigt, dass bei einigen Stärketypen der
gewünschte Aufschlussgrad bei den vorgegebenen, allerdings sehr hohen Temperaturen
mit Drucküberlagerung ohne Sieden im Kocher nicht erreicht werden konnte.
Es waren also Möglichkeiten zu finden zur:
Beeinflussung des Aufschlussgrades
Auf den Aufschlussgrad, welcher üblicherweise durch Auszählen von nicht
aufgeschlossenen Stärkepartikeln in polarisiertem Licht eines Mikroskops ermittelt wird,
haben Einfluss:
-
Temperatur,
Verweilzeit bei dieser Temperatur,
Anteil Rezeptwasser;
Die erforderliche Temperatur wird vom Stärkelieferanten vorgegeben.
Die Verweilzeit ist durch die entsprechende Baugröße des Kochers fixiert.
Der Anteil Rezeptwasser ist bei üblicher Kochung unter Überdruck ebenfalls festgelegt.
Da die Stärkekochung bislang ausschließlich zufriedenstellend mit Jet-Kochern
durchgeführt werden konnte, beruhen die Vorgaben der Stärkelieferanten folglich auf den
damit gemachten Erfahrungen.
-5-
Eine Erhöhung der Kochtemperatur ist nur begrenzt möglich, vor allem wegen
thermischer Veränderungen der Masse.
Die Verweilzeit im Kocher ist ebenfalls fixiert.
Es bleibt folglich nur die Erhöhung des Rezeptwasser-Anteils.
Der gewünschte Erfolg wird hier durch das Kochen unter definiertem Überdruck erreicht.
Hierbei wird der Grundgedanke des atmosphärischen Kochens weiterentwickelt:
Im Rezept wird der Wasseranteil erhöht, welches dann allerdings wieder bereits im
Kocher auszutreiben ist.
Realisiert wird dies hier durch Kochen auf höherem Temperaturniveau mit definierter
Drucküberlagerung.
Unsere Erfahrungen und die Erfahrungen unserer Kunden mit dem JellyStar® haben
gezeigt, daß hier sogar mit wesentlich niedrigeren Temperaturen und damit
produktschonender gearbeitet werden kann als vorgegeben.
Die Anlagen
Der JellyStar® ist im Normalfall in ein Anlagenkonzept eingebunden.
Der Durchsatzbereich beträgt je nach Baugröße und Produktionsbedingungen bis zu 6
t/h Fertigprodukt.
Bild 6 zeigt eine relativ einfach konzipierte Anlage für die gesamte Palette von Gummiund Geleeprodukten.
In vorhandene Anlagen kann der JellyStar® zumeist problemlos integriert werden, auch
nachträglich.
2. Kocher für gegossene Hart- und Weichkaramelmassen
Wichtigste Voraussetzung zur Herstellung von guten Hartbonbon-Gieß-Artikeln ist eine
geringe Viskosität der Gießmasse.
Erreicht wird das durch Verwendung von entsprechend niedrigviskosen Glukose-SirupTypen sowie durch die im Vergleich zur Herstellung vom Massen für geprägte Bonbons
erhöhten Kochtemperaturen.
-6-
Wegen der relativ langen Verweilzeiten und der damit verbundenen thermischen
Beanspruchung können übliche Schlangenkocher selbst für milchfreie Hartbonbon-GießMassen nicht verwendet werden.
Es kommen für diese Aufgabenstellung Kocher mit geschabten Heizflächen und kurzen
Verweilzeiten zum Einsatz.
Diese Kocher werden ebenfalls zur Herstellung von Gieß-Weichkaramelmassen, welche
üblicherweise Milch- bzw. Fettbestandteile enthalten, verwendet.
ROTAMAT 3610
Es handelt sich hierbei um einen stehenden Rotorkocher mit geschabten Oberflächen,
wobei der Produktstrom von unten nach oben erfolgt.
Die Beheizung des ROTAMAT 3610 erfolgt ausschließlich über den Stator.
Der Spalt zwischen Rotor und Stator ist über die gesamte Baulänge konstant.
Dadurch erfolgt, bedingt durch die Volumenvergrößerung infolge Verdampfung, eine
starke Erhöhung der mittleren Geschwindigkeit im Kocher.
Bewusst wurde diese Ausführung gewählt, um im oberen Bereich möglichst hohe
Turbulenzen zu erzielen. Anderenfalls kann es in diesem Bereich zu Anbrennungen am
Rotor kommen, und das obwohl dieser nicht beheizt wird.
Ursache für diese Erscheinung ist wiederum die Veränderung der Milchproteine bei
höheren Temperaturen und entsprechender Zeit.
Während die Durchlaufzeit durch den Kocher nur wenige Sekunden beträgt, bildet sich
ab Erreichen der Siedetemperatur im Kocher ein Schaum, der - in Drehrichtung
gesehen - hinter den Abstreifern länger verweilen kann als die übrige Masse.
Dieser Schaum ist bei Brüdentemperatur, also auf relativ hohem Temperaturniveau, den
Mechanismen der Karamelisation ausgesetzt, was dann auch zum Anbrennnen führen
kann.
Im ROTAMAT 3610 werden Abstreifer aus Kunststoff ohne Wandberührung verwendet.
Das bedeutet, dass in das Produkt kein Abrieb, vor allem kein Metallabrieb, eingetragen
werden kann wie bei Systemen mit anliegenden Abstreifern.
Anlagenkonzept
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Der Kocher ist stehend in einem Gestell angeordnet.
In diesem Gestell sind ebenfalls die peripheren Anlagenteile, wie Dampf- und
Druckluftstation sowie eine Vakuumpumpe angeordnet.
Die Einheit lässt sich recht einfach komplett mittels Stapler bewegen.
Bedienpult und Dosierpumpeneinheit für weitere Ingredienzien werden neben der Einheit
aufgestellt.
Der Antrieb ist unten angeordnet, wodurch eine Montage/Demontage des Rotors sehr
einfach möglich ist.
Die Heizfläche eines Kochers beträgt 1,5 m2, womit Durchsätze zwischen 500 kg/h und
900 kg/h erreicht werden können, in Abhängigkeit von der Rezeptur und der
Kochtemperatur.
Durch den Aufbau in Modulbauweise ist eine Erweiterung mit mehreren Kochern bei
geforderten höherem Durchsatz möglich.
Kochen von Gießmassen im Rotamat
Weichkaramellmassen werden wie üblich atmosphärisch gekocht, gegebenenfalls mit
einem nachgeschalteten, schwachem Vakuum.
Falls der Karamelisationsgrad noch nicht ausreicht, wird die Masse anschließend im
kontinuierlichen Karamelisator weiterbehandelt.
Beispiel: Anlage für helle Milchmassen
Zunehmender Beliebtheit erfreuen sich auch sehr helle, gegossene Milchhartbonbons.
Hier erfolgt die Kochung unter permanentem Vakuum bei vergleichsweise niedrigen
Temperaturen zur weitgehenden Unterdrückung der Karamelisation.
Eine solche einfache Anlage besteht aus:
?
?
?
?
Verwiegung mit Vorlösung im Verwiegebehälter,
Pufferbehälter für Zucker-Wasser-Glukose-Mischung,
Pufferbehälter für Milch und Fett,
ROTAMAT 3610 mit Ausdampfung in ein einteiliges Ausdampfgefäß;
-8-
Zusammenfassung
JellyStar® 2012 und ROTAMAT 3610 sind Herzstücke von Anlagenkonzepten für die
zeitgemäße Herstellung von qualitativ hochwertigen Produkten, welche sich in der Praxis
hervorragend bewährt haben.
Selbstverständlich werden die Anlagen entsprechend den Erfordernissen und Wünschen
unserer Kunden mit allen gängigen Systemen zur Prozesssteuerung und -überwachung
ausgestattet.
Im Anwendungstechnikum CandyLab der Klöckner Hänsel Processing GmbH stehen
u.a. ein JellyStar® sowie ein ROTAMAT im Industriemaßstab komplett für Vorführungen
und Versuche zur Verfügung.
Die Anlagen sind transportabel und können auch für Vor-Ort-Versuche bei Kunden
eingesetzt werden.
Bei Bedarf an weiteren Informationen wenden Sie sich bitte direkt an uns.
Bernhard Koch
(Leiter Technik Klöckner Hansel Processing GmbH, Referat anläßlich des ZDSSeminars “Gegossene Zuckerwaren”, 06.-08.06.2001)
-9-
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