Вальцевание шоколадных масс

Важным показателем качества шоколадных масс является дисперсность, характеризующая степень измельчения твердых частиц. Размер твердых частиц в готовом шоколаде не должен превышать 16 нм, однако в исходных компонентах шоколадных масс он во много раз превышает эту цифру. Так, в сахарной пудре содержание частиц размером менее 35 нм не превышает 50%, а в какао тертом - 90-96%. Поэтому после смешивания основных компонентов дисперсность шоколадных масс будет около 60% (по Реутову).
Если вместо сахарной пудры используется сахар песок, размер кристалликов которого может достигать 1,0-1,5 мм, то дисперсность снизится до 20%. Для дальнейшего измельчения твердых частиц (в основном кристалликов сахара) полученные после смешивания шоколадные массы обрабатывают на валковых мельницах. Если при смешивании используется сахар песок, то масса вначале измельчается на двухвалковой мельнице (рис. 4).

Рис. 4. Двухвалковая мельница: а - общий вид; б - схема

Машина имеет два пустотелых валка 6 диаметром 400 мм, изготовленных из высокопрочной стали. Внутрь валков подается охлаждающая жидкость. Специальное устройство контролирует температуру валков и автоматически поддерживает режим охлаждения.
Зазор между валками автоматически регулируется гидравлическим устройством. Валки приводятся в движение от электродвигателя 1. Шоколадная масса подается в бункер 4, дно которого закрыто заслонкой 5. Заслонка перемещается при помощи гидравлического цилиндра 3, снабженного штоком 2. Уровень наполнения бункера автоматически контролируется.

Проходя в зазоре между валками, масса измельчается до размера частиц 150...200 нм. С валков смесь снимается пневматически прижимаемыми скребками 8 и по кожуху 7 стекает в отводящий шнек 9.
Машина полностью автоматизирована, ее электронное оснащение основывается на программном управлении с центрального пульта.
Окончательное измельчение шоколадных масс достигается на пятивалковых мельницах. Современные мельницы работают в автоматическом режиме и оснащены программным управлением. Установочные данные по рецептурному составу и технологическим параметрам для шоколадных масс занесены в память рецептур шоколада.
Основными рабочими органами мельницы (рис. 5) являются пять пустотелых валков диаметром 400 мм и длиной 1000...2000 мм.

Рис. 5. Пятивалковая мельница: а - общий вид; б - схема

Четыре валка расположены один над другим, а один смещен в сторону, опоры валков установлены в двух боковых стойках, на которых смонтирована регулирующая и контрольно-измерительная аппаратура. С электронного пульта регулируются: зазор между валками, температура охлаждающей воды в каждом валке, наполнение загрузочного бункера, раскрытие дозирующей заслонки бункера, а следовательно, наполнение шоколадной массой воронки 3.
Скребком 2 масса равномерно распределяется по длине валка I и попадает в зазор между валками I и II. За счет нарастающей скорости вращения валков II, III, IV и V масса увлекается в зазор между ними.
Валки приводятся в движение от электродвигателя, который устанавливается на плите 4. Валковую мельницу можно остановить, не отключая электродвигатель, поворотом рукоятки 5, которая связана с фрикционной муфтой.

По мере продвижения массы от I к V валку зазор между ними уменьшается, твердые частицы подвергаются сжатию и раздавливаются. Кроме того, при разных скоростях вращения валков частицы испытывают деформацию сдвига и растираются. Таким образом, под действием деформаций сжатия и сдвига происходит дальнейшее измельчение твердых частиц, их суммарная поверхность резко возрастает. Содержащееся в массе какао масло в количестве 26-28% перераспределяется на все новые поверхности твердых частиц в виде тонких пленок, что изменяет его физические свойства.
Б. В. Дерягиным доказано, что на поверхности твердых частиц в результате молекулярного взаимодействия твердой и жидкой фаз возникают граничные фазы из ориентированных молекул. Граничные фазы значительно отличаются от остальной жидкости структурой и вязкостью, отделяясь от нее четкой границей раздела. Жидкость в тонких пленках находится под большим давлением.
При измельчении твердых частиц сахара и какао образуются поверхности с гидрофильными и гидрофобными свойствами. На поверхности кристалликов сахара расположены полярные гидрофильные группы ОН, СН, СО, которые будут притягивать молекулы воды и покрываться гидратной оболочкой. Раздробленная ткань какао больше обладает липофильными свойствами и будет покрываться пленками какао масла.
Степень сольватации частиц зависит от величины их заряда, дисперсности, состояния поверхности, а также рода и свойств адсорбированных ионов.
Как известно, на смачиваемость твердого тела большое влияние оказывает шероховатость поверхности, которая зависит от природы и дисперсности частиц. Чем больше шероховатость поверхности, тем больше ее гидрофильная или липофильная способность. Частицы твердой фазы шоколадных масс полидисперсны, а толщина пленок жидкой фазы, их покрывающих, гетерогенна. В зависимости от степени измельчения, суммарной поверхности твердых частиц масло какао может не полностью их покрывать, образуется множество оголенных участков твердых частиц с избыточной поверхностной энергией, что способствует их коагуляции.

Таким образом, утончение жидких пленок, покрывающих твердые частицы, изменение их физических свойств, возникновение оголенных участков, высокая дисперсность частиц на завершающем этапе измельчения способствуют усилению межмолекулярного притяжения однородных частиц и образованию коагуляционных структур. Консистенция шоколадной массы из полужидкой становится порошкообразной. «Сухость» провальцованной массы (при данном содержании в ней масла какао) будет в основном зависеть от дисперсности.
С верхнего валка V масса снимается скребком 7, который прижимается к валку вращением штурвала 6, и отводится из машины по наклонному лотку 8. В лотке установлен блок постоянных магнитов, улавливающих ферропримеси.
Температура провальцованной шоколадной массы 40-42 °С, дисперсность 98%. Отводящим конвейером порошкообразная масса передается на дальнейшую переработку в коншмашину.