BRPI0518550B1 - Método e aparelho para produzir uma massa de confeito aerada - Google Patents

Description

“MÉTODO E APARELHO PARA PRODUZIR UMA MASSA DE CONFEITO AERADA” Campo da técnica A invenção refere-se a um método e a um aparelho para produzir uma massa de confeito aerada e em particular a um produto de confeitaria. Uma massa de confeito bruta é alimentada por uma bomba de alimentação de um suprimento a uma unidade de aeração na qual a massa de confeito é aerada pela introdução de bolhas de gás dentro da massa. A massa aerada é então alimentada a uma linha de produção para a produção de confeitos ou de tabletes massivos micro-aerados. A massa de confeito é tipicamente uma massa de chocolate mas também pode ser uma massa de recheio. A massa de chocolate é alimentada de um tanque de massa a uma unidade de têmpera. No tanque de massa a massa de chocolate é normalmente aquecida para cerca de 45°C com o propósito de fundir todos os cristais. A massa de chocolate é esfriada na unidade de têmpera para cerca de 25°C a 26°C e então é reaquecida para cerca de 29°C a 31°C com o propósito de fundir todas as estruturas cristalinas com exceção da estrutura-β. O aparelho compreende adicionalmente uma válvula reguladora de contra-pressão em um conduto de saída da unidade de aeração para ajustar a pressão dentro da unidade de aeração e uma tremonha de depósito para dentro da qual a massa aerada é alimentada da válvula de contra-pressão e da qual a massa é dispensada para uma linha de produção a jusante para manufaturar um produto desejado. Se o produto for um tablete será preferido que a tremonha de depósito da linha de produção seja substituída por um distribuidor pressurizado compreendendo múltiplos bocais. Fundamentos da técnica WO 01/30174 descreve um sistema de aeração de confeito deste tipo, no qual a tremonha de depósito inclui uma barreira, para retomar o chocolate em excesso para o tanque de massa ou a unidade de têmpera.

Altemativamente, a massa de confeito aerada pode ser recirculada da tremonha de depósito para a unidade de aeração e de volta para a tremonha de depósito e a tremonha de depósito inclui um sensor de nível que controla o fornecimento de massa de confeito fresca via a unidade de têmpera para a unidade de aeração. EP 0.724.836 descreve um sistema similar no qual o excesso de massa de confeito aerada é retomado via uma válvula de restrição para a unidade de têmpera e a porção retomada da massa de confeito é desaerada. Descrição da Invenção O problema subjacente à invenção reside em como evitar a necessidade de destêmpera, desaeração e retêmpera da porção retomada da massa de confeito.

Este problema é solucionado de acordo com a invenção pelo controle da taxa de alimentação com a qual a massa de confeito é alimentada ao dispositivo de aeração de tal modo que ela corresponda à demanda da linha de produção e esfriamento da massa de confeito dentro do dispositivo de aeração de tal modo que a massa de confeito não seja aquecida dentro do dispositivo de aeração acima de um limite predeterminado. A invenção tomar portanto disponível um processo de uma passagem pelo qual o nível de aeração desejado é alcançado em uma passagem. A invenção toma possível uma operação de aeração contínua sem a necessidade de retomar qualquer porção da massa de confeito. Uma quantidade maior de energia deste modo é economizada.

Devido ao fato de a massa de confeito ser alimentada ao dispositivo de aeração de acordo com a demanda da linha de produção, nenhuma porção da massa de confeito tem que ser retomada. Isto significa que a produtividade do dispositivo de aeração varia e o calor desenvolvido dentro do dispositivo de aeração é transferido para uma quantidade variada de massa de confeito. Portando é necessário esfriar a massa de confeito dentro do dispositivo de aeração com o objetivo de se evitar o superaquecimento. O processo é realizado normalmente em uma tal maneira que as bolhas de gás são bastante pequenas de modo que não são visíveis. As bolhas de gás podem possuir um tamanho menor do que cerca de 50 μπι. O dispositivo de aeração compreende normalmente um estator e um rotor entre os quais a massa de confeito e o gás, normalmente gás N2, são introduzidos. Forças cisalhantes são desenvolvidas pela rotação do rotor e as bolhas de gás são distribuídas pelas forças cisalhantes dentro da massa de confeito. O tamanho das bolhas de gás depende da magnitude das forças cisalhantes que por sua vez dependem dos detalhes de construção do dispositivo de aeração, em particular da distância entre os elementos do estator e dos elementos do rotor, bem como da velocidade de rotação do rotor. Preferivelmente, a velocidade de rotação do rotor é controlada de tal modo que o tamanho da bolha é exatamente menor do que 50 pm. A velocidade de rotação é controlada para não ser maior do que a necessária para produzir bolhas de gás do tamanho desejado. O consumo de energia é deste modo reduzido. Em adição a massa de confeito é aquecida menos com velocidade de rotação menor de modo que menos energia é consumida para esfriar a massa.

Como mencionado, a taxa de alimentação do dispositivo de aeração é controlada em resposta à demanda da linha de produção. Uma taxa de alimentação maior ocasiona uma quantidade de gás maior e um tempo de residência menor da massa de confeito dentro do dispositivo de aeração. Com o propósito de compensar o tempo de residência menor, é necessário aumentar a velocidade de rotação do rotor. Forças cisalhantes mais altas são produzidas deste modo de maneira que as bolhas de ar são distribuídas uniformemente dentro da massa de confeito e o tamanho da bolha é reduzido. A velocidade de rotação do rotor é controlada em resposta à vazão de fluxo de acordo com valores empíricos. Contudo, a tendência é que uma vazão de fluxo maior toma necessária uma velocidade de rotação maior do rotador.

Preferivelmente, uma válvula de contra-pressão é instalada na saída do dispositivo de aeração. A contra-pressão produzida pela válvula de contra-pressão é a pressão prevalente no dispositivo de aeração. A bomba de alimentação do dispositivo de aeração tem que funcionar contra a contra-pressão mantida pela válvula de contra-pressão. Quanto maior a contra-pressão menores serão as bolhas produzidas pelo dispositivo de aeração. Preferivelmente, o valor da contra-pressão produzida pela válvula de contra-pressão é ajustável e o valor de contra-pressão é controlado em resposta à vazão de fluxo da massa de confeito. A massa de confeito é alimentada da saída de uma tremonha de depósito ou preferivelmente de um distribuidor pressurizado do qual a massa de confeito aerada é conduzida para uma linha de produção, por exemplo moldes para formar o produto desejado. A tremonha de depósito inclui um indicador de nível do qual o sinal indicando a demanda da linha de produção é derivado. No caso de deposição via um distribuidor pressurizado a linha de produção inclui um indicador de velocidade do qual a demanda da linha de produção é derivado. O distribuidor pressurizado está em geral comercialmente disponível e compreende múltiplos bocais, por exemplo 10 a 150 bocais, através dos quais a massa aerada é adicionada em moldes para enchê-los os quais estão posicionados em uma linha de moldagem. A pressão de preferivelmente 300-400 kPa é mantida até que a massa deixe o bocal. Normalmente os moldes são cheios até transbordar e a porção transbordada do produto é raspada. Subseqüentemente os moldes são transportados para uma seção de vibração e são vibrados com o objetivo de distribuir melhor o produto dentro do molde. O produto é então esfriado para cerca de 16°C e desmoldado. Devido à viscosidade alta da massa e do tempo reduzido entre o enchimento e a solidificação da massa, o tamanho de bolha pequeno do processo de micro-aeração pode ser mantido. Uma outra vantagem do enchimento pressurizado é que o esforço mecânico sobre a massa pode ser minimizado.

Na forma mais preferida o aparelho inclui um controle em cascata, incluindo as seguintes etapas de: • controlar a bomba de alimentação do dispositivo de aeração em resposta à demanda da linha de produção; • controlar a taxa de alimentação de fás para uma percentagem predeterminada da taxa de alimentação de massa de confeito; • controlar a velocidade de rotação do rotor do dispositivo de aeração em resposta à taxa de alimentação da massa de confeito de tal modo que o tamanho das bolhas de gás seja menor do que um nível predeterminado; • controlar a pressão dentro do dispositivo de aeração em resposta à taxa de alimentação da massa de confeito; • controlar a energia de esfriamento de maneira que a temperatura da massa de confeito esteja dentro do dispositivo de aeração dentro de uma faixa de temperatura predeterminada. A velocidade de rotação do rotor, a pressão e a energia de esfriamento são controladas de acordo com tabelas empíricas por uma unidade de controle.

Os parâmetros e o princípio de funcionamento são como seguem para a massa de chocolate: • nível de aeração desejado da massa de chocolate (preferivelmente densidade em linha) • fluxo de massa de chocolate • fluxo de gás • velocidade de rotação do rotor • contra-pressão • temperatura do chocolate - na entrada do dispositivo de aeração - na saída do dispositivo de aeração • temperatura do meio de esfriamento.

Princípio de funcionamento: Baseado na demanda da linha de produção a jusante da unidade de aeração aumentará ou diminuirá a produtividade ao mesmo tempo garantindo nível de aeração requerido (por exemplo 10%).

Aumento da produtividade de massa de chocolate: • quantidade de massa de chocolate e fluxo de gás serão ajustados de acordo com a razão definida em resposta à leitura de densidade em linha; • aumento da velocidade de rotor; • aumento da contra-pressão, por exemplo até um máximo de 500-700 kPa (se a massa de confeito for uma massa de recheio a contra-pressão pode ser aumentada para até 1.600 kPa); • controle da diferença de temperatura entre a entrada e a saída; • no caso de aumento de temperatura da massa de chocolate na saída diminuir da temperatura do meio de esfriamento para manter a diferença inicial; • no caso de temperatura de saída de chocolate ainda crescente enquanto a temperatura mínima para meio de esfriamento é alcançada, um decréscimo da velocidade de rotação é requerido;

Diminuição da produtividade de massa de chocolate: • quantidade de massa de chocolate e fluxo de gás serão ajustados de acordo com a razão definida em resposta à leitura de densidade em linha; • diminuição da contra-pressão (mínima de 300-400 kPa); • diminuição da velocidade de rotor; • controle da diferença de temperatura entre a entrada e a saída; • no caso de aumento de temperatura da massa de chocolate na saída diminuir da temperatura do meio de esfriamento para manter a diferença inicial.

Durante operação contínua nenhuma porção da massa será retomada da unidade de aeração para o tanque de massa. A unidade de controle controla a bomba de alimentação da unidade de aeração com o propósito de aumentar ou diminuir a produtividade da unidade de aeração de acordo com a demanda do dispositivo ou linha de produção para formar o produto desejado.

Controle dependente de fluxo de entrada de gás, velocidade de rotação do rotor, contra-pressão e a temperatura da massa aerada são o princípio de funcionamento chave. Quaisquer variações de fluxo de unidades operando a jusante da unidade de aeração são equilibradas pela unidade de controle. Contra-pressão, entrada de gás, velocidade de rotação e temperatura da massa aerada são ajustadas para garantir o nível de aeração desejado independentemente das variações de fluxo causadas pelas unidades posicionadas a jusante da unidade de aeração.

As vantagens obtidas pela invenção reivindicada são primariamente tempo de partida reduzido e evitação de quaisquer massas recirculadas, que necessitariam ser destemperadas, desaeradas e retemperadas. A invenção é aplicável primariamente às massas de chocolate e de recheio.

Breve Descrição dos Desenhos Uma modalidade preferida da invenção será agora descrita com referência aos desenhos com mais detalhes, nos quais: Figura 1 mostra uma primeira modalidade da invenção.

Figura 2 mostra uma segunda modalidade da invenção.

Figura 3 mostra um fluxograma do princípio de controle que constitui um controle em cascata.

Figura 4 mostra uma tabela de fluxo de massa versus pressão.

Figura 5 mostra uma tabela de fluxo de massa versus velocidade de rotação.

Figura 6 mostra uma terceira modalidade da invenção e representa uma variação da primeira modalidade com um distribuidor pressurizado.

Figura 7 mostra uma quarta modalidade da invenção e representa uma variação da segunda modalidade com um distribuidor pressurizado.

Melhor Modo de Realizar a Invenção Como mostrado na Figura 1 massa de chocolate fresca é alimentada para dentro de um tanque de massa 10 em uma temperatura de cerca de 45°C. A massa de chocolate fresca é removida do fundo do tanque de massa 10 e alimentada a uma unidade de têmpera 12 por uma bomba de alimentação 14. A bomba de alimentação 14 é uma bomba de deslocamento positivo. A temperatura da massa de chocolate é primeiro diminuída para cerca de 27°C e então elevada para cerca de 29°C a 31°C na unidade de têmpera 12. Da unidade de têmpera a massa de chocolate é alimentada a uma unidade de micro-aeração 18. A unidade de micro-aeração 18 inclui um estator e um rotor que é acionado por um motor 20. O rotor possui a forma de uma roda de pás. A massa de chocolate é agitada e amassada na unidade de micro-aeração 18 entre o estator e o rotor e gás N2 á adicionado com uma pressão de cerca de 300 kPa de modo que o nível de aeração de cerca de 10% seja alcançado. A massa de chocolate aerada é alimentada da saída 22 da unidade de micro-aeração através da válvula reguladora de pressão 22 para dentro de uma tremonha de depósito 24 de uma linha de produção 32 da qual a massa de chocolate aerada é adicionalmente processada.

Um comutador 26 é proporcionado na saída da unidade de micro-aeração 18 de modo que o chocolate aerado possa ser retomado para o tanque de massa 10 durante a partida do sistema com o propósito de drenar o sistema. Um descristalizador 24 está arranjado neste circuito de retomo. A parte da operação de partida, a massa de chocolate aerada não é recirculada ou retomada para o tanque de massa 10. A tremonha de depósito 24 possui um detector de nível 28. O sinal do detector de nível 28 indica a demanda da linha de produção 32. Quanto mais alto o nível, menor será a demanda e vice versa. O sinal do detector de nível 28 é transmitido para uma unidade de controle 30 que controla a taxa de alimentação da bomba de alimentação 14 de tal modo que o nível da massa de confeito dentro da tremonha de depósito 24 corresponda a um nível mínimo. A unidade de controle 30 também controla a pressão na linha de alimentação de N2 de tal modo que a taxa de alimentação de N2 seja proporcional a taxa de alimentação da massa de confeito, deste modo é obtido um nível de aeração constante na massa de confeito liberada da tremonha de depósito 18. A unidade de controle 30 também controla a velocidade de rotação do rotor da unidade de aeração 18 e a contra-pressão ajustada pela válvula de contra-pressão 22. Estes dois parâmetros são decisivos para o tamanho das bolhas de ar. Uma velocidade de rotação maior do rotor e uma pressão maior na unidade de aeração acarretam um tamanho de bolha menor. Uma taxa de alimentação maior da bomba de alimentação 14 resulta em um tempo de residência mais curto da massa de confeito dentro da unidade de aeração 18, que, por sua vez, resulta em um tamanho de bolha maior. Uma taxa de alimentação maior da bomba de alimentação 14 tem sido portanto compensada por uma velocidade de rotação maior do rotor e pressão mais alta na unidade de aeração 18.

Controle da velocidade de rotação do rotor e da contra-pressão é preferido com o propósito de economizar energia. É possível operar o dispositivo de aeração 18 continuamente com a velocidade de rotação máxima do rotor e a contra-pressão máxima, porque são necessárias para uma taxa de alimentação máxima da bomba de alimentação 14. Isto resulta em um consumo de energia alto desnecessário em taxas de alimentação menores porque em taxas de alimentação menores o tamanho das bolhas de gás será então menor do que o necessário. O tamanho das bolhas de gás não diminui a qualidade do produto mas é um desperdício de energia.

Controle da temperatura é, contudo, importante. O rotador girando desenvolve calor dentro da unidade de aeração. A quantidade de calor depende da velocidade de rotação do rotador bem como do tempo de residência da massa dentro da unidade de aeração 18, i.e. da taxa de alimentação da bomba de alimentação 14. A unidade de aeração 18 inclui portanto meio para controlar a temperatura da massa de confeito. As paredes internas da unidade de aeração 18 podem incluir um tubo ou uma camisa de esfriamento ou tubo através do(a) qual circula um meio de esfriamento tal como água. A temperatura de entrada do meio de esfriamento e a vazão de fluxo são ajustadas com o objetivo de produzir o efeito de esfriamento desejado. A temperatura da massa de confeito na saída da unidade de aeração 18 é medida e transmitida para a unidade de controle 30, que também controla o equipamento de esfriamento da unidade de aeração 18.

Em sumário a unidade de controle 30 constitui um controle em cascata, enquanto que a demanda da linha de produção 32 acarreta uma razão predeterminada da taxa de alimentação de gás em relação à taxa de alimentação da massa de confeito. Dependente disto, a velocidade de rotação do rotor é ajustada. A cascata continua com um ajuste da pressão que requer mudança da temperatura do meio de controle adaptado às condições de cópia-funcionamento.

Unidades de aeração 18 possuindo meio de esfriamento adequado são inter alia os modelos Rotoplus 3000 e Rotoplus 1000 de Tanis Food Tec e os modelos T-2000 e T-750 de Trefa Continu Aerating Systems. Figura 4 e Figura 5 mostram a dependência da pressão e da velocidade de rotação respectivamente sobre o fluxo de massa para a Unidade de Aeração T-2000 de Trefa Continu Aerating System.

Os condutos entre a unidade de têmpera 12 e o bocal de dispensação da unidade de aeração 18 são de temperatura controlada. A temperatura é controlada para manter a temperatura do chocolate entre 28 e 31 graus centígrados quando se processa massa de chocolate.

Figura 2 mostra uma modalidade da invenção na qual a única bomba de alimentação 14 é substituída por uma primeira e segunda bombas de alimentação 15, 16. A primeira bomba de alimentação 15 está arranjada entre o tanque de massa 10 e a unidade de têmpera 12 e a segunda bomba de alimentação 16 está arranjada entre a unidade de têmpera 12 e a unidade de micro-aeração 18. A segunda bomba de alimentação 16 é uma bomba de deslocamento positivo e controlada na mesma maneira que a única bomba de alimentação 14 da primeira modalidade mostrada na Figura 1.

Figura 6 mostra uma terceira modalidade da invenção na qual a tremonha de depósito 24 da linha de produção é substituída por um distribuidor pressurizado 40. A linha de produção possui um detector de velocidade 38. O sinal do detector de velocidade 38 indica a demanda da linha de produção 32. Quanto maior a velocidade, maior será a demanda e vice versa. O sinal do detector de velocidade 38 é transmitido para uma unidade de controle 30 que controla a taxa de alimentação da bomba de alimentação 14 de tal modo que a velocidade da massa de confeito para dentro do distribuidor pressurizado 40 corresponda a uma velocidade predeterminada. A massa de confeito é então adicionada sob pressão através do distribuidor pressurizado 40 em moldes 44 para enchê-los os quais estão posicionados em uma linha de moldagem 42. Após o enchimento dos moldes 44 com o confeito, os moldes 44 são transportados para uma seção de vibração 46 e os moldes 44 são vibrados.

Na Figura 7 a única bomba de alimentação 14 é substituída pro uma primeira e uma segunda bombas de alimentação 15, 16 de acordo com a modalidade mostrada na Figura 2, A unidade de deposição é realizada por um distribuidor pressurizado 40 de acordo com a Figura 6.

Claims (11)

1. Método para produzir uma massa de confeito aerada que compreende: prover uma unidade de aeração (18) compreendendo um estator e um rotor; alimentar uma massa de confeito bruta em uma taxa de alimentação de um suprimento (10, 12) para a unidade de aeração (18); introduzir gás na massa de confeito dentro do espaço entre o estator e o rotor da unidade de aeração (18); agitar e amassar a massa de confeito contendo o gás introduzido através do rotor da unidade de aeração (18); alimentar a massa de confeito aerada para uma linha de produção (32) para produção de confeito; controlar a taxa de alimentação da massa de confeito bruta de acordo com a demanda da linha de produção (32); controlar a quantidade de gás introduzido em resposta à taxa de alimentação da massa de confeito de modo que um nível de aeração da massa de confeito permanece substancíalmente constante; e controlar a temperatura da massa dentro da unidade de aeração (18) de modo que dita massa permanece substancial mente constante e independente da taxa de alimentação, caracterizado pelo fato de a velocidade de rotação do rotor é controlada de modo que é aumentada para taxas de alimentação maiores e reduzida para taxas de alimentação menores de modo a produzir bolhas de gás de aproximadamente o mesmo tamanho independente da taxa de alimentação.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pressão na unidade de aeração (18) é aumentada para taxas de alimentação maiores e reduzida para taxas de alimentação menores.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de encher a massa de confeito sob pressão dentro de moldes (44) de uma linha de moldagem (42) através de um distribuidor pressurizado (40) da linha de produção.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a massa de confeito é uma massa de chocolate ou uma massa de recheio.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a massa de confeito é uma massa de recheio.

6. Aparelho para produzir uma massa de confeito aerada que compreende um suprimento (10, 12) para uma massa de confeito bruta; uma unidade de aeração (18) compreendendo um estator e um rotor entre os quais na massa de aeração é introduzido o gás, em que o rotor da unidade de aeração (18) é adaptado para agitar e amassar a massa de confeito contendo o gás introduzido; uma bomba de alimentação (14) para alimentar a massa de confeito à unidade de aeração (18); um dispositivo para medir a quantidade de massa de confeito aerada demandada por uma linha de produção; uma unidade de controle (30) para controlar a taxa de alimentação da bomba de alimentação (14) de acordo com a demanda da linha de produção (32); e para controlar a temperatura da massa de confeito durante aeração na unidade de aeração (18) para manter a temperatura substancialmente não modificada, caracterizado pelo fato de a unidade de controle (30) é adaptada pra controlar a velocidade do rotor de maneira tal que ela é intensificada para altas taxas de alimentação e reduzida para baixas taxas de alimentação para produzir bolhas de gás de aproximadamente o mesmo tamanho, independente da taxa de velocidade.

7. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende uma tremonha de depósito (24) com um indicador de nível que gera um sinal indicando a demanda da linha de produção, em que a massa de confeito aerada é dispensada da unidade de aeração (18) dentro da tremonha de depósito.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a linha de produção compreende um distribuidor pressurizado (40) através do qual a massa de confeito é enchida nos moldes de uma linha de moldagem (42) sob pressão.

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende uma válvula reguladora (22) de contra-pressão arranjada em uma linha de saída da unidade de aeração (18), em que a contra-pressão gerada pela válvula (22) é controlada pela unidade de controle (30) de tal modo que contra-pressão é aumentada para taxas de alimentação maiores e reduzida para taxas de alimentação menores.

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o rotor da unidade de aeração (18) é adaptado para agitar e amassar a massa de confeito contendo o gás introduzido, a velocidade de rotação do rotor sendo controlada pela unidade de controle (30) de tal modo que é aumentada para taxas de alimentação maiores e reduzida para taxas de alimentação menores.

11. Aparelho de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma válvula reguladora (22) de contra-pressão arranjada em uma linha de saída da unidade de aeração (18), em que a contra-pressão gerada pela válvula (22) é controlada pela unidade de controle (30) de tal modo a contra-pressão é aumentada para taxas de alimentação maiores e reduzida para taxas de alimentação menores.