Herstellung von 18 µm-Kakaomasse in zwei Vermahlungsstufen mit Eisengehalten < 150 mg/kg
Zur Herstellung sehr dunkler Schokoladen mit hohem Kakaoanteil, werden Kakaomassen mit Schokoladenendfeinheit von 18 µm direkt in die Conchen gegeben.
Um diese Endfeinheit zu erreichen, erfolgt die Vermahlung in einem drei-, oder sogar vierstufigen Mahlverfahren, bestehend aus einer Vormühle, gefolgt von zwei oder drei Rührwerkskugelmühlen. Dabei kommt es aufgrund des niedrigen Durchsatzes, der erforderlich ist, um die hohen Feinheiten zu erzeugen, zu erhöhtem Verschleiß bei den Kugelmühlen und in der Folge davon zu einem hohen Eiseneintrag in das Produkt.
Der neu entwickelte zwei-stufige Tango®-Prozess besteht aus einer Schlagmessermühle MasterNibs, einer Pumpe und einer horizontalen Rührwerkskugelmühle MasterRefiner. Die Kakaomasse wird aus der MasterNibs kommend, ohne Zwischentank, über eine Pumpe direkt in den horizontalen MasterRefiner gefördert und dort auf Endfeinheit vermahlen.
Vorteile
- Weniger zu wartende Komponenten
- Weniger installierte elektrische Leistung
- Weniger Rohrleitungen
- Weniger Platzbedarf
- Gute Zugänglichkeit bei Wartungs- und Reinigungsarbeiten
Kakaomassen-Feinheiten hergestellt auf zwei-stufigem Tango®-System
Bild 4 zeigt die auf Tango®-Anlagen hergestellten Kakaomasse-Feinheit in % < 75 µm in Abhängigkeit des Energiebedarfes. Vermahlen wurden alkalisierter und naturbelassener Kernbruch bei Variation der Feinheit der Vorvermahlung.
Zur Herstellung einer Standardmasse mit 99,5% < 75 µm werden 85 kWh/t - 95 kWh/t benötigt, zum Erreichen einer superfeinen Kakaomasse mit Endfeinheiten von 100% < 50 µm 135 kWh/t.
Feinere Vorvermahlung führt zu niedrigerem Gesamtenergieverbrauch
Die Feinheit der vorvermahlenen Kakaomasse wird durch die Siebspaltweite der Schlagmessermühle bestimmt. Üblicherweise werden Spaltweiten von 100 µm bis 350 µm, jeweils in 50 µm-Schritten abgestuft, eingesetzt. Der Einsatz eines 100 µm-Siebes reduziert den Gesamtenergiebedarf um 10% - 15% gegenüber der Verwendung eines 250 µm-Siebes.
Zusammenhang zwischen Energieeinsatz, Verschleiß und Metalleintrag
Erhöhter Energieeintrag geht einher mit übermäßigem Verschleiß und der Folge von Metalleintrag in das Produkt. Die exponentielle Zunahme des Eisengehaltes mit ansteigendem Energieeintrag ist in Abbildung 5 dargestellt. Dabei ist Eisen exemplarisch für alle Metalle zu sehen, die während der Vermahlung in die Kakaomasse eingetragen werden.
Alle Werte > 135 kWh/t mit Eisengehalten bis 280 mg/kg beziehen sich auf Mahlanlagen mit zwei oder gar drei vertikalen Rührwerkskugelmühlen in der Feinvermahlung.
Wie setzt sich der benötigte Energie- und damit Eiseneintrag zusammen?
Bei der Vorvermahlung in MasterNibs Schlagmessermühlen beträgt der Energieeintrag je nach Feinheit des eingesetzten Siebes 40 kWh/t - 60 kWh/t. Bei der Feinvermahlung in MasterRefiner Rührwerkskugelmühlen werden, je nach Endfeinheit, 40 kWh/t - 80 kWh/t benötigt.
Die Eisengehalte steigen entsprechend des in Bild 5 gezeigten Zusammenhanges von 50 mm/kg nach der Vorvermahlung auf ca. 150 mg nach der Feinvermahlung. Mit der Kakaomasse gelangt Eisen sowie andere eingetragene Metalle in die Schokolade. Folgende Metallgehalte wurden in verschiedenen Schokoladen mit Kakaogehalten von 43 % - 73 % gemessen.
| Eisen: | 51 mg/kg - 160 mg/kg |
| Chrom: | 0.6 mg/kg - 3.35 mg/kg |
| Kobalt: | 0.16 mg/kg - 0.91 mg/kg |
| Wolfram: | 0.14 mg/kg - 1.64 mg/kg |
Entsprechend der Verordnung 1935/2004 des Europäischen Parlaments und des Rates sind nach Artikel 3 „Materialien und Gegenstände, die dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln in Berührung zu kommen so herzustellen, dass sie unter den normalen oder vorhersehbaren Verwendungsbedingungen keine Bestandteile auf Lebensmittel in Mengen abgeben, die geeignet sind die menschliche Gesundheit zu gefährden.“
Zur Festlegung, welche Mengen die menschliche Gesundheit gefährden, hat das EDQM – European Directorate for the Quality of Medicines & Health Care – Grenzwerte, den SRL Specific Release Limits, in mg/kg Lebensmittel für Metalle und Legierungsbestandteile veröffentlicht.
| Metal | SRL - Spezifische Freisetzungsgrenzwerte in mg/kg Lebensmittel | Nachgewiesene Mengen in mg/kg Schokolade | Überschreitungsfaktor des SRL |
|---|---|---|---|
| Eisen | 40 | 51 - 160 | 3.5 - 4 |
| Chrom | 0.25 | 0.6 - 3.35 | 2.5 - 13 |
| Kobalt | 0.02 | 0.16 - 0.91 | 8 - 45 |
| Wolfram | Kein Grenzwert veröffentlicht | 0.14 - 1.64 |
- Alle Metallgehalte überschreiten die Grenzwerte um ein Vielfaches
- Der Eintrag von Eisen liegt mit Faktor 3,5 - 4 noch im unteren Überschreitungsbereich
- Am deutlichsten wird der Grenzwert von Kobalt mit Faktor 8 - 45 überschritten
Ursachen für den höheren Energiebedarf und damit Metalleintrag bei Rührwerkskugelmühlen
Bei vertikalen Rührwerkskugelmühlen befindet sich das Kugelpaket im Ruhezustand und bei niedrigen Durchsätzen aufgrund der Schwerkraft im unteren Bereich des Mahlbehälters. Diese Kompaktierung erzeugt nicht nur Verschleiß am Mahlbehälter, sondern auch an den Rührarmen und den Mahlkugeln selbst.
Die Folge davon sind hohe Energiebedarfe und, damit einhergehend, hohe Eisengehalte bei feinvermahlener Kakaomasse in vertikalen Kugelmühlen. Der verstärkte Verschleiß im unteren Bereich des Mahlbehälters bei vertikalen Kugelmühlen ist ein sichtbares Zeichen davon.
Werden die Rührarme aus Hartmetall hergestellt, wird zusätzlich zum Eisen noch Wolfram und Kobalt in die Kakaomasse eingetragen. Im Unterschied dazu ist in horizontalen Rührwerkskugelmühlen die Mahlkörperverteilung homogen.
Zusammenfassung
Die spezielle Konstruktion der MasterNibs mit Antrieb des Rotors von oben, ermöglicht einen Wechsel der Mahlwerkezuge innerhalb einer halben Stunde. Durch die Möglichkeit, den Rotor aus dem heißen Mahlraum heraus zu schwenken, kann der Austausch der Schlagmesser sofort, ohne eine längere Abkühlungszeit, vorgenommen werden.
Durch die kurze Stillstandszeit entfällt die Notwendigkeit, Hartmetall- statt Stahlleisten zu verwenden. Dadurch wird weder Wolfram noch Kobalt in die Kakaomasse eingetragen.
Durch die größere Kühlfläche des Mahlraums sind Siebe mit kleinen Spaltweiten einsetzbar. Dies reduziert den Energieverbrauch um 10% -15%.
Die horizontale Anordnung des Mahlbehälters des MasterRefiners reduziert den Energieverbrauch um 40%. Insgesamt sinkt dadurch der Eisengehalt in der fertigen Kakaomasse um 38%.