Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Kakaokernen und

Kakaokernteilen

Die Erfindung bezieht sich auf ein chargenweise arbeitendes Verfahren zum Behandeln, insbesondere zum Trocknen und Rösten von Kakaokernen und Kakaokernteilen, sowie eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.

Es ist an sich seit langem allgemein bekannt, dass es für die Behandlung von Kakao keine allgemeingültigen Arbeitsvorschriften geben kann. Die jeweils geeigneten Röstbedingungen und optimalen Behandlungsparameter hängen von mehreren Faktoren ab. Die Wesentlichen davon sind:

a.) Die Sorte oder Mischung des Ausgangsmaterials. b„) Die Größe der Kakaobohnen, c.) Der Fermentationsgrad der Kakaobohnen, d.) Die Art der Trocknung nach der Fermentation. e) Der Wassergehalt der Kakaokerne. f.) Die Art der Vorbehandlungsschritte, g.) Der Verwendungszweck des Endproduktes.

Die im Stand der Technik durchweg übliche Verfahrensführung bestand darin, Kakaokerne und Kakaokernteile in einer drehbaren RösttrommeJ, die

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ausschließlich von außen mit heißen Verbrenπungsabgasen beheizt wurde, zu erhitzen.

S, T Beckett beschreibt in der Ausgabe 5 von 2007 in "Industrϊal Chocolate Manufacture and Ilse", Chapter 5,8.2;

Chargentrommeiröster werden typischerweise zur Kakaokernbruchröstung verwendet. Das Prinzip dieser Röster verschiedener Hersteller ist im Allgemeinen dasselbe. Kakaokernbruch wird in die Trommel gefüllt, wo er mit Wärme von der Trommelwand geröstet wird. Die Zykluszeit beträgt normalerweise zwischen 45 und 60 Minuten,

Mit der gleichen Veröffentlichung ist zwar bekannt geworden, dass die Trocknungsbedingungen in der ersten Phase des Röstprozesses wichtig zum Erhalt einer optimalen Röstung sind, doch war es bisher verborgen geblieben, wie eine weitere Intensivierung der Aroma- und Geschmacksprofile erreichbar ist.

Bekannt ist die Heißluftführung mit einem einzigen Mengenstrom um und durch die Rösttrommel, beim Trocknen und Rösten ganzer ungeschälter Kakaobohnen, Dabei wurden aber Verbrennungsabgase von Gas- oder ölbrennern mit dem Röstprodukt in Kontakt gebracht, wodurch die Aromen und die Geschmacksprofile des Kakaos beeinträchtigt wurden.

Die Trocknung und Röstung ganzer ungeschälter Kakaobohnen war zudem sehr zeitraubend. Die zähen und festen Samenschalen, die die Kakaokerne umhüllen, erschwerten den Feuchtigkeitsdurchgang und die Wasserdampfdestillation der ungünstigen Stoffe aus den Kakaokernen. Mit sinkendem Wassergehalt in den Kakaobohnen stieg deren Temperatur, Dabei wurden die Außenschtchten der Kakaokerne in den Samenschalen wesentlich stärker erhitzt als das Kerninnere, Die Folgen davon waren über- und Unterröstung beim Endprodukt, die Aroma- und

Geschmacksbeeinträchtigungen verursachten. Die Wärmebehandlung mit steigender Temperatur und längerer Behandlungsdauer brachte es mit sich, dass die in den Kernen enthaltenen Fette stärker oxidierten und so eine unerwünschte Geschmacksveränderung entstand. Außerdem kam es zum Verlust von Kakaobutter durch Diffusion in die Schalen,

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der Erkenntnis aus, dass die Trocknung und Röstung von Kakaokernen und Kakaokernteilen technisch wesentlich leichter und effizienter durchführbar ist, als die Wärmebehandlung zur Trocknung und Röstung von ganzen ungeschälten Kakaobohnen.

Der Erfindung liegt die Aufgaben zugrunde, Aroma- und Geschmacksprofile bei Kakaoendprodukten zu verbessern.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 1 sowie durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruchs 14.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Trocknen und/ oder Rösten von Kakaokernen und/ oder Kakaokernteilen in einer von außen beheizbaren Trommel erfolgt zusätzlich zur Außenbeheizung der Trommel ein Durchleiten eines erhitzten Reingasstroms, insbesondere eines erhitzten Reϊnluftstroms durch die Trommel. Durch diesen Reingasstrom erfolgt eine Wärmeübertragung durch Konvektion an die Kakaokerne und/ oder die Kakaokernteile.

Es ist bevorzugt, das erfindungsgemäße Verfahren bei Kakaokernteiien anzuwenden. Hierbei kann es sich um Kakaokernbruch mit einer Korngröße von 0, 1 bis 12 mm handeln. Es handelt sich hierbei daher nicht um Bohnen, das heißt um Kakaokerne, die von einer Schale umgeben sind. Durch die fehlende Schale beim Kakaokernbruch kann der isolierende Einfiuss der Schale aus dem Prozess entfernt werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit,

beispielsweise durch die Luftzufuhr in die Trommel einen direkten Einfluss auf den Kakaokernbruch und somit auf die Aromaentwicklung und die Geschmackswahmehrnung des späteren Kakaoendproduktes, beispielsweise Kakaopulver zu nehmen.

Durch diese Wärmebehandlung werden neue Aroma- und Geschmacksprofile im Kakao gebildet und auch eine vollkommene Abtötung aller schädlichen Keime erreicht. Weiterhin können sowohl die Trocknungsphase als auch die Röstphase verkürzt werden und somit die Rentabilität verbessert werden. Ein Anbacken des Produkts an der Trommelwand kann ferner in allen Prozessphasen sicher verhindert werden.

Es kann erfindungsgemäß sowohl ein erhitzter Reingasstrom als auch ein erhitzter Reinluftstrom verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass das verwendete Reingas auch andere Funktionen außer der Wärmeübertragung durch Konvektion erfüllt. Sämtliche in dieser Anmeldung in Verbindung mit einem Reinluftstrom beschriebenen Merkmale können auch in Verbindung mit einem Reingasstrom realisiert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Trocknen und/ oder Rösten von Kakaokernen unterscheidet sich insbesondere von einem Verfahren zur Bearbeitung von Kaffeebohnen dadurch, dass bei der Bearbeitung von Kaffeebohnen keine Vorbehandlung mit einer Erhöhung der Feuchte und somit kein Alkaläsierungsvorgang stattfindet. Ferner zeichnet sich die Bearbeitung von Kaffeebohnen durch eine Röstung ganzer Bohnen und nicht des Bruches sowie durch kürzere Röstzeiten aus. Ferner wird keine gereinigte, sondern normale Raumluft für den Röstprozess verwendet.

Insbesondere bei der Außenbeheizung und der Innenbeheizung der Trommel können unabhängig voneinander die Temperaturen und die Luftmengenströme nach vorwählbaren Zeit - Sollwert - Kurven gesteuert werden. Alle vier Zeit - Soliwert - Kurven sind vorzugsweise in einer programmierbaren Steuerung

speicherbar und können für gleiche Produktchargen automatisch reproduziert werden. Bei dieser Verfahrensführung sind bei vorbestimmbaren Behandiungszeiten der zeitliche Verlauf des Wärrnefiusses in das Innere der Kakaokerne bzw. Kakaokernteile sowie der zeitliche Verlauf ihrer Temperatur, steuerbar. Durch die Steuerung des Mengenstroms der heißen Reinluft, der durch die Trommel geleitet wird, ist der Wärmeübergangskoeffizient an den Kakaokernen bzw. Kakaokernteilen variierbar und damit ist der zeitliche Verlauf des Wärmeflusses in das Innere der Kakaokerne bzw. Kakaokernteile nach vorbestϊmrnbaren Profilen zu steuern. Bezuglich des Heißluftstroms, der durch die drehbare Trommel geführt wird, versteht es sich, dass dieser je nach Behandlungsphase auch ganz abgesperrt werden kann.

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche verschiedene Verfahrensvarianten und -einzelheiten möglich; beispielsweise können für einen Alkaiisierungsvorgang Pottaschelösuπgen in die Trommel eingedust werden. Pottasche hat die chemische Formel K ₂ CO ₃ . Um Pottaschelösung herzustellen, wird Pottasche mit Wasser verdünnt in unterschiedlichen Verhältnissen von K ₂ CO ₃ zu H ₂ O. Ferner können mittels Wasser oder Dampf antibakterielle Behandlungsschritte bzw. eine Sterilisation der Kakaokerne oder Kakaokernteile durchgeführt werden.

Wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das in Kontakt bringen der Kakaokerne und Kakaokernteile mit erhitzter Reϊnluft, wodurch die Trocknungszeit und die Röstzeit erheblich reduziert werden, so dass sich der Energiebedarf entsprechend verringert. Dies ist jedoch nicht der einzige Vorteil, denn es hat sich überraschend gezeigt, dass sich damit auch neue verbesserte Aroma- und Geschmacksprofile bilden lassen. Weiter kann durch die neue Prozessführung das Anbacken des Produktes an der Trommelwand selbst bei Eingangsproduktfeuchten von 30 % sicher verhindert werden.

Besonders bevorzugt ist es, dass der Reinluftstrom zur Innenbeheizung der Trommel mit einem regulierbaren überdruck zwischen 1 und 90 mbar

zugeführt wird und damit die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, die die Kakaokerne und Kakaokernteile umspult, einstellbar ist. Dadurch ist der Wärmeübergangskoeffizient und der zeitliche Wärmefluss ins Innere der Kakaokerne und Kakaokernteiie steuerbar und damit das Geschmacksprofil gezielt zu verbessern.

Insbesondere ist die Trommel drehbar und/ oder nicht perforiert.

Insbesondere haben die Kakaokeme und/ oder Kakaokernteile vor dem Trocknungsprozess eine Feuchte von 5 - 10 %. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Kakaokerne oder Kakaokernteile vorbehandelt wurden und vor diesem Trocknungsprozess eine Feuchte von 8 - 45 % haben. Dieser Verfahrensschritt dient der Vorveredelung des Kakaokernsbruchs mit Wasser oder einer spezifischen Reaktionslösung (Pottaschelösung), Mit ihm werden unerwünschte Geruchs- und Geschmacksstoffe ausgetragen und er verkürzt die ansonsten viel Zeit und Energie beanspruchende Endveredelung.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfϊndungsgemäßen Verfahrens wird die Temperatur des Reinluftstroms, der durch die Trommel geleitet wird, in einem Bereich zwischen 80 ⁰ C und 550 ⁰ C frei geregelt. Insbesondere erfolgt die Regelung nach einer Sollwertprofilkurve automatisch.

Besonders bevorzugt weist der erhitzte Reingasstrom zu Beginn des Röstprozesses eine hohe Temperatur, beispielsweise eine Temperatur zwischen 400 ⁰ C und 600°C, insbesondere 550 ⁰ C auf. Zu einem späteren Zeitpunkt des Röstprozesses kann diese Temperatur auf eine niedrigere Temperatur, zum Beispiel auf eine Temperatur zwischen 8O ⁰ C und 250 ⁰ C, insbesondere 200 ⁰ C reduziert werden. Dieser Zeitpunkt kann beispielsweise nach % (75%) der Gesamtröstzeit sein. Weiterhin ist es möglich, die Trommel zu Beginn des Röstprozesses mit Nenndrehzahl rotieren zu lassen und die Drehzahl während des Röstprozesses anzuheben. Das Anheben kann einmal

oder mehrmals erfolgen. Die Nenndrehzahl kann hierbei um 25% und um 50% angehoben werden oder alternativ einmal direkt um 50%.

Auch kann die Trommeldrehzah! in Abhängigkeit von der Prozessphase der aktueüen Produktfeuchte und der aktuellen Produkttemperatur stufenios in beiden Bereichen verändert werden. Unter Trommeldrehzahl wird insbesondere die Neππdrehzah! plus/minus 50 % verstanden.

Besonders bevorzugt erfolgt ein Bereitstellen eines verbrennungsgasfreien Heißluftstroms, der in einen Außenteilstrom zur Außenbeheizung der Trommel und einen Innenteilstrom zur Innenbeheizung der Trommel aufgeteilt wird. Zur Einstellung der Temperatur des Innenteilstroms kann diesem eine insbesondere gefilterte Kaltluft zugemischt werden. Somit kann auf einfache Weise die Temperatur des Innenteilstroms geändert werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Trocknen und/ oder Rösten von Kakaokernen und/ oder Kakaokernteilen, die insbesondere zur Durchführung des bisher beschriebenen Verfahrens geeignet ist. Die Vorrichtung umfasst hierbei eine von außen beheizbare Trommel, wobei der Innenraum der Trommel mit einer Zuführleitung für ein erhitztes Reingas, beispielsweise für erhitzte Reinluft verbinbar ist.

Die Trommel ist vorzugsweise drehbar, wobei die Zuführleitung insbesondere als feststehender Schacht ausgebildet sein kann. Besonders bevorzugt kann eine Heißlufterzeugungsvorrichtung zum Bereitstellen eines verbrennungsgasfreien HeißSuftstroms vorgesehen sein. Durch eine Teilungsvorrichtung kann der verbrennungsgasfreie Heißluftstrom in einem Außenteilstrom zur Außenbeheizung der Trommel und in einen Innenteilstrom zur Innenbeheizung der Trommel aufgeteilt werden. Dies kann insbesondere durch einen entsprechend ausgebildeten Klappenmechanismus erfolgen.

Ferner kann eine Kaltluftzufuhrvorrichtung zürn Zuführen eines insbesondere geregelten Kaltluftstroms zu dem Innenteilstrom vorgesehen sein.

ϊm Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der

Erfindung und

Figur 2 eine Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der

Erfindung.

Das Anlagenumfeld einer Trommelröstmaschine einschließlich Heißlufterzeuger, Wärmeaustauscher und Produktkuhler ist in herkömmlicher Weise ausgeführt und braucht deshalb nicht im einzelnen erläutert werden.

Das Behandlungsprodukt, nämlich Kakaokerne oder Kakaokernteile, wird in einer drehenden Trommel 1 umgewälzt. Der zylindrische Teil der Trommel wird von einem Heizgasstrom 2 von außen umströmt und beheizt. Ein feststehender Schacht 3 ist durch das Maschinengehäuse 4 gefuhrt. Dadurch strömt ein nach zeitlichem Mengen- und Temperaturprofil geregelter heißer Reinluftstrom 5 von der Trommelstimseite 6 in die Trommel 1 ein und umspult die umwälzenden und zyklisch frei fallenden Kakaokerne und Kakaokernteile. Die Abiuft 7 aus der Trommel entweicht an der gegenüberliegenden Trommelstirnseite durch den Einfullschacht 8.

Bei der besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung nach FIG, 2 werden aus einem heißen Reinluftstrom 9 zwei Teilströme gebildet. Der Teilstrom 10 dient für die Außenbeheizung der Trommel. Dem zweiten Teilstrom 11 wird entsprechend den Temperatυrvorgaben ein Kaltluftstrom 12

- S -

beigemischt. Der vermischte Reiniuftstrom 13 wird mengengeregett durch Schacht 3 in die Trommel 1 geblasen.

Besonders bevorzugt werden folgende Prozessparameter verwendet, wobei eine beliebige Kombination der genannten Parameter untereinander möglich ist. Der Begriff Zulufttemperatur bezieht sich hierbei auf die Außenbeheizung der Trommel, Der Begriff Zusatzluft bezieht sich auf den erhitzten Reingasstrom.

Versuch A) ZZuulluufftttteemmppeerraattuurr:: 550 ⁰ C

ZusatzSuft: 200 ⁰ C

Trommeldrehzahl: Nenndrehzah! nach 20 min bei 82,5 ⁰ C Produkttemp. auf 50 % über Nenndrehzahl

Produkttemperatur: nach 31 min 100 °C nach 35 min 110 ⁰ C

Trommeldrehzahl: nach 43 min bei 130 ⁰ C Produkttemp. auf Nenndrehzah!

Dann Heißluftstrom um Trommel aus, nur Zusatzluft durch

Trommel

Röstende: bei 134 ⁰ C Produkttemperatur

Produktfeuchte n. Röstung : 1,69 %

Versuch B) Zulufttemperatur: 550 ⁰ C

Zusatzluft: 200 ⁰ C

Trommeldrehzahl: Nenndrehzahl nach 13 min bei 109 ⁰ C Produkttemp. auf 50 % über

Nenndrehzahl

Produkttemperatur: nach 16 min 115 ⁰ C nach 18 min 120 ⁰ C

Trommeldrehzahl : nach 20 min bei 127 ⁰ C Produkttemp. auf Nenndrehzahl

Dann Heißluftstrom um Trommei aus, nur Zusatzluft durch Trommel

Röstende: bei 132,5 ⁰ C Produkttemperatur

Röstzeit; 54 min

Produktfeuchte n. Röstung : 1,47 %

Versuch C) ZZuulluufftttteemmppeerraattuurr:: 550 ⁰ C

Zusatziuft: 550 ⁰ C

Trommeldrehzahl: Nenndrehzahl n. 25 min bei 85 ⁰ C Prod.temp, auf 20 % ü. Nenndrehzahl n. 36 min bei 88 ⁰ C Prod.temp. auf Nenndrehzahl n. 39 min bei 88 ⁰ C Prod.temp. auf 50 % ü. Neπndrehzahl n. 79 min bei 135 ⁰ C Prod.temp. auf Nenndrehzahl

Dann Heißluftstrom um Trommel aus, nur Zusatziuft durch

Trommel

Zusatzluft: auf 200 ⁰ C

Röstende: bei 116 ⁰ C Produkttemperatur

Produktfeuchte n. Röstung : 3,12 %

Versuch D) Zuiufttemperatur: 550 ⁰ C Zusatzluft: 550 ⁰ C Trornmeldrehzahi: Nenndrehzahi n. 25 min auf 20 % über Nenndrehzahl n. 38 min bei 93 ⁰ C Prod.temp. auf 50

% ü. Nenndrehzahi

Produkttemperatur: n. 53 min 119 ⁰ C

n. 56 min 129 ⁰ C π. 60 min 139 ⁰ C Trommeldrehzahi: n. 65 min bei 152 ⁰ C Produkttemp. auf

Nenndrehzahl

Dann Heißluftstrom um Trommel aus, nur Zusatzluft durch Trommel

Zusatzluft: auf 200 ⁰ C

Röstende: bei 166 ⁰ C Produkttemperatur

Produktfeuchte vor Kühlung: 1,05 % Produktfeuchte n. Kühlung : 0,78 %

Versuch E) Zutufttemperatur: 550 ⁰ C

Zusatzluft: 550 ⁰ C

Trommeldrehzahi: Nenndrehzahl nach 25 min auf 20 % über

Nenndrehzahl nach 38 min auf 50 % über

Nenndrehzahl nach 57 min bei 142 ⁰ C Produkttemp. auf Nenndrehzahi nach 59 min: bei 150 ⁰ C Produkttemp. :

Heißluftstrom um Trommel aus, nur

Zusatzluft durch Trommel

Zusatzluft auf 200 ⁰ C

Röstende: bei 145 ⁰ C Produkttemperatur

Produktfeuchte n. Röstung: 1,28 %

Versuch F) Zulufttemperatur: 550 ^or v_

Zusatzluft: 550 ⁰ C

Trommeldrehzahi: Nenndrehzahl n. 25 min bei 85,5 ⁰ C Prod.temp, auf

20 % ü, Nenndrehzahl

π. 38 min bei 88 ⁰ C Prod.temp. auf

50 % ü. Nenndrehzahl

Produkttemperatur: nach 50 min bei 90 ⁰ C nach 60 min bei 92 ⁰ C nach 70 min bei 109 ⁰ C nach 75 min bei 122 ⁰ C

Trommeldrehzah! : nach 85 min bei 140 ⁰ C Produkttemp. auf Nenndrehzahi nach 86 min : bei 145 ⁰ C Produkttemp.

Heißluftstrom um Trommel auf 500 ⁰ C

Zusatzluft: auf 200 ⁰ C Trommeldrehzahl : auf Nenndrehzah! nach 94 min: bei 155 ⁰ C Produkttemp, :

Heißluftstrom um Trommel aus, nur

Zusatzluft durch Trommel

Röstende: bei 162 ⁰ C Produkttemperatur

Produktfeuchte n. Röstung : 0,9 %

Versuch G) Zulufttemperatur: 550 ⁰ C Zusatzluft: 98 ⁰ C Trommeldrehzah! : Nenndrehzah! n. 25 mtn bei 68 ⁰ C Prod.temp. auf

20 % ü. Nenndrehzahl n, 38 min bei 69,5 ⁰ C Prod.temp, auf

50 % ü. Nenndrehzahl n~ 85 min bei 140 ⁰ C Produkttemp. auf Nenndrehzahl

Produkttemperatur: nach 45 min bei 72 ⁰ C nach 55 min bei 79,5 ⁰ C nach 65 min bei 100 ⁰ C nach 75 min bei 122 ⁰ C

nach 87 min: bei 145 ⁰ C Produkttemp. :

Heißluftstrom um Trommel aus, nur Zusatzluft durch Trommel

Röstende: bei 150 ⁰ C Produkttemperatur

Produktfeuchte n. Röstung: 1,72 %

Versuch H) Zufufttemperatur: 550 ⁰ C

Zusatzluft: 98 ⁰ C

Trommeldrehzahl: Nenndrehzahl π. 25 min bei 69 ⁰ C Prod.temp. auf

20 % ü. Nenndrehzahl n, 38 min bei 70,5 ⁰ C Prod.temp. auf

50 % ü. Nenndrehzahl n. 78 min bei 123,5 ⁰ C Produkttemp, auf Nenndrehzah!

Produkttemperatur: nach 45 min bei 71,5 ⁰ C nach 52 min bei 76 ⁰ C

Zusatzluft durch die Trommel aus nach 55 min bei 84 ⁰ C nach 60 min bei 93 ⁰ C nach 65 min bei 100 ⁰ C nach 70 min bei 108 ⁰ C nach 75 min bei 118 ⁰ C nach 85 min bei 136 ⁰ C nach 87 min bei 140 ⁰ C nach 89 min : bei 145 ⁰ C Produkttemp. :

Heißluftstrom um Trommel aus, nur

Zusatzluft durch Trommel

Röstende: bei 150 ⁰ C Produkttemperatur

Produktfeuchte n. Röstung: 1,59 %