自优化的自适应的工业巧克力生产系统及其对应方法技术方案

提出了一种自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)及其方法。该系统包括至少具有配量装置(2)、一个或更多个混合器(3)、一个或更多个细化机(4)、一个或更多个精炼机(5)以及液化及调温装置(6)的巧克力浆质处理线(11)。各种装置(2/3/4/5/6)的适当的相互依存的操作参数由实时测量装置测量并被传输至控制器装置12。测得的相互依存的操作参数相互优化并动态调节，从而至少在最终巧克力浆质(7)的特性和/或巧克力生产线(11)的生产量和/或诸如能耗的其他操作条件方面提供最佳操作。

Self optimizing adaptive industrial chocolate production system and its corresponding method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自优化的自适应的工业巧克力生产系统及其对应方法
本专利技术涉及自优化的自适应的工业巧克力生产系统。特别地，本专利技术涉及至少具有配量装置(dosingmeans)、一个或更多个混合器、一个或更多个细化机(refiner)、一个或更多个精炼机(conch)、以及液化及调温装置的巧克力浆质生产线的自适应的过程优化。
技术介绍
许多工业过程在变化的操作条件下起作用并显示出操作参数、操作条件、各种输入材料、中间产品和最终产品的固有的机器间依赖性。这通常在设计也称为工业过程控制系统的适当的控制系统、监测系统和相互作用操纵装置时出现问题。相关或不相关的操作条件的变化在许多过程中都是复杂的，显示出参数值模式和/或测量控制参数模式的复杂演变。有效地，目前在工业中运行的常规和高级控制系统都是结合固定参数设计的。可以调节这些参数以满足特定的操作条件，但是当这些条件发生变化时，过程动态可能会改变，并且控制系统的性能可能会劣化，从而导致振荡和不稳定。因此，期望的是，控制器结合自适应的机制，该自适应的机制执行实时过程动态识别和控制器参数自调整式调节，以避免在操作条件或过程动态发生改变时控制性能的劣化。自适应的机制以所需的方式预测、引导并稳定过程变量的演变并且针对操作的各个过程域定制控制器配置，以产生有时称为“优化的自适应的控制性能”的控制性能。优化的控制系统应能够通过使用适当限制的控制信号沿所需轨迹驱动过程变量，并且尽管过程变量和操作环境发生改变并且存在噪音和干扰，但仍能在其最佳操作点实现并实时保持过程稳定性。在工业中，巧克力浆质是由脂肪或含脂肪配料制成的，这些配料通常是可可脂和可可液块，有时是乳脂和乳颗粒，通常是糖、可可固体，有时是干奶产品。通常使用乳化剂来改善连续脂肪相中吸湿性颗粒的流动。在生产期间，会发生若干种情况：(i)通过研磨减小大颗粒尺寸；(ii)用脂肪/乳化剂覆盖每个单独的颗粒，以减少流动期间的颗粒相互作用；(iii)去除原料中所含的水，因为这些水会在吸湿性颗粒上形成不期望的粘性层；(iv)去除主要包含在可可颗粒中并在可可发酵期间形成的不期望的挥发性异味；(v)形成口味。步骤(iv)和步骤(v)可能会组合，因此在所有生产线中都是不可区分的。在较旧的细化机精炼机中，所有这些步骤通常同时发生并且难以控制，而大多数后来的技术则单独执行研磨步骤。然而，由于不同生产步骤中操作参数的相互依赖性会影响最终产品的特性，因而在后来的技术中，难以处理在不同生产装置中执行的区别步骤来实现优化的最终产品和生产周期。此外，只有很少的磨机类型能够处理巧克力制品，因为巧克力制品最初是非常粘的浆质，在研磨期间当颗粒的比表面增加时，这些浆质会转变成粘性粉末。最常用的装置是光面辊磨机(plainrollermill)(细化机)和搅拌球磨机(stirredballmill)。除了研磨以外，其他操作也可以在称为精炼的长期捏合过程中执行。尽管这些装置需要高的资金投入，但仍建议进行非常长的精炼时间并且这与良好的品质相关联。过去30年建立的重大进展中的一项进展是将可可口味处理从精炼移到上游的可可处理中。开发了薄膜蒸发器来去除不期望的挥发物和水；如果在其他地方没有进行这一点，则这些装置也能够对可可液块进行除菌。在现代巧克力处理中，如果巧克力生产商坚持使用经过预处理的高口味品质的可可液块，则可以大大减少精炼时间。未经处理的可可仍然在使用，这使得像以前一样需要额外的精炼。通过开发奶粉预处理程序，牛奶巧克力遵循类似的原则。例如，可以将脱脂奶粉干燥成低于百分之一的水并将脱脂奶粉用脂肪覆盖，这允许执行非常短的液化处理来代替传统的精炼。另一配料为基本是糖、可可和牛奶的混合物的奶屑，奶屑通常用于制造工业巧克力。奶屑是通过将牛奶与糖和可可液块一起干燥而制成的。最初，这是为保存牛奶而开发的，但现今是为了形成一些国家偏爱的特殊的焦糖口味而执行的。对于下游的浆质生产，可以使用与其他巧克力类型相同的技术。如果可可脂被另一种脂肪代替，则产品通常被称为化合物而不是巧克力。从技术上讲，大多数化合物都接近于巧克力浆质，并且可以使用类似的设备和生产线来制造。最大的区别是经济方面的区别而不是生产方面的区别，因为非常昂贵的可可脂被相对便宜的替代性脂肪所代替。对于本专利技术，重要的是要理解，巧克力的生产周期长且复杂并且包括许多不同的处理步骤，每个处理步骤都涉及大多数在彼此之间相对于最终产品的特征具有复杂的相互依赖性的各种操作及处理参数。所描述的复杂性在巧克力生产的最初阶段就找到了它的首要依据。可可是生长在潮湿的热带地区、在其树干和树枝上不断结出果实的树。可可豆荚通常是人工收获的并小心地从树上切下而不损坏花蕾和未成熟的豆荚。因此，巧克力的生产和特性已经从可可豆开始：可可豆是如何生长、收获、提取、发酵、干燥甚至包装的。为了进行发酵，将这些豆及其周围果肉从豆荚中取出并放置成堆或放入箱中以允许这些豆及其周围果肉接近微生物，从而可以开始含果胶的材料的发酵。酵母产生乙醇，乳酸菌产生乳酸，并且乙酸菌产生乙酸。发酵处理需要达7天，发酵处理还产生若干种口味前体，从而最终产生熟悉的巧克力味道。由于口味很大程度上取决于发酵处理，因而本地购买者、贸易商、本地购买站和出口商经常收集并混合来自若干农民的可可豆，直到可可豆到达巧克力制造厂。然而，即使通过混合并融合不同的产品，巧克力的若干特性仍很大程度上取决于在供应链的最开始阶段进行的处理。在可可生产商收获可可豆荚之后立即进行的发酵期间形成口味化合物如多酚并且形成口味前体如游离氨基酸和还原糖。基于在巧克力生产期间进行的烘烤处理期间发生的美拉德反应(Maillardreaction)，口味前体被转化成口味化合物如醛和吡嗪。这些口味化合物共同负责成品巧克力的口味形式(参见例如deBrito,E.S.、Garcia,N.H.P.,Gallao,M.I.、Cortelazzo,A.L.、Fevereiro,P.S.和Braga,M.R.；Structuralandchemicalchangesincocoa(TheobromacacaoL)duringfermentation,dryingandroasting.JournaloftheScienceofFoodandAgriculture,2001年)。众所周知，在种植可可豆的耕作做法、发酵和干燥可可豆方面存在显著差异，从而限定可可豆的许多品质特征。例如，还众所周知，取决于农民、地区和国家来使用不同的发酵方法来发酵可可豆，这强烈影响可可豆的特性。结果是，由于各种耕作做法，巧克力制造商经常收到非常混杂批次的可可豆。由于这些原因，巧克力制造商大多数以前对可可豆的品质参数只有粗略的认识，这主要是由原产地证明的。为了避免对国家或供应商的特有依赖，于是基于豆的融合的预期特性、最经常仅基于简单指标如可可产地而调节生产巧克力的处理参数。特征性口味和产品稠度(consistency)是巧克力生产和产品品质的关键。然而，高级巧克力不仅需要良好的一致原材料，而且还需要全面的过程控制，因为许多品质参数和巧克力特性还由可可豆在最终产品巧克力中的加工和处理决定。为了每次都能再现相同的最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，所述系统包括至少具有配量装置(2)、一个或更多个混合器(3)、一个或更多个细化机(4)、一个或更多个精炼机(5)或一个或更多个液化器(5a)、以及调温装置(6)的巧克力浆质生产线(11)，其中，固态和/或液态的给送材料(24)通过所述配量装置(2)被精确地配量、输送并排放至所述一个或更多个混合器(3)，其中，所述给送材料(24)通过所述一个或更多个混合器(3)被混合和/或捏合成具有限定的塑性(351)和均质性(352)的基础巧克力浆质(35)，并且被转移至包括预细化机(41)和细化机(42)的所述一个或更多个细化机(4)，其中，所述基础巧克力浆质(35)通过具有受控的辊压力(4121)和/或辊间隙/距离(4126)和速度(4122)和/或辊温度(4127)的至少两个预细化机辊(412)被预处理成具有可预定的塑性(4112)和细度(4113)的巧克力浆质(411)，并且通过具有受控的辊压力(4221)和/或辊温度(4227)和/或辊间隙/距离(4226)和速度(4222)的多个细化机辊(422)被处理成具有可预定的粉末细度(4212)的细化机巧克力浆质(421)，并且被转移至所述一个或更多个精炼机(5)，其中，所述细化机巧克力浆质(421)通过所述一个或更多个精炼机(5)被处理成具有给定的水分(511)、粘度(512)、质地(514)和脂肪含量(516)的精炼巧克力浆质(51)，并且被转移至所述调温装置(6)，所述精炼机(5)中的每个精炼机至少包括具有内表面(542)的容纳件或精炼机容器(54)以及位于所述精炼机容器(54)内部的至少一个可移动轴或可旋转转子(555)，其中，剪切元件(554)从所述轴(55)朝向所述内表面(542)延伸，从而在操作期间将所述精炼巧克力浆质(51)抵靠容器表面(542)挤压以及/或者将所述精炼巧克力浆质(51)在叠置的剪切元件(554)之间挤压，其中，所述精炼巧克力浆质(51)通过经由液化器(575或5a)添加可可脂(6211)和/或其他脂肪(6212)被处理成具有预定的水分(61)、结晶度(612)和脂肪含量(617)，并且其中，作为最终的精炼巧克力浆质(51)的巧克力浆质(61)至少通过调温装置(64)改变温度(615)以实现由调温仪(641)测量的预定结晶度(612)而被处理成最终产品(9)，其特征在于，/n所述预细化机(41)包括在线实时测量系统(415)，所述在线实时测量系统(415)测量预细化巧克力浆质(411)的塑性(4112)的变化，以及/n两辊预细化机(41)的压力(4121)和/或辊距(间隙)设定(4134)借助于自适应的机器对机器控制系统(1)自动调节，从而提供具有给定的塑性参数值的自主塑性控制。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，所述系统包括至少具有配量装置(2)、一个或更多个混合器(3)、一个或更多个细化机(4)、一个或更多个精炼机(5)或一个或更多个液化器(5a)、以及调温装置(6)的巧克力浆质生产线(11)，其中，固态和/或液态的给送材料(24)通过所述配量装置(2)被精确地配量、输送并排放至所述一个或更多个混合器(3)，其中，所述给送材料(24)通过所述一个或更多个混合器(3)被混合和/或捏合成具有限定的塑性(351)和均质性(352)的基础巧克力浆质(35)，并且被转移至包括预细化机(41)和细化机(42)的所述一个或更多个细化机(4)，其中，所述基础巧克力浆质(35)通过具有受控的辊压力(4121)和/或辊间隙/距离(4126)和速度(4122)和/或辊温度(4127)的至少两个预细化机辊(412)被预处理成具有可预定的塑性(4112)和细度(4113)的巧克力浆质(411)，并且通过具有受控的辊压力(4221)和/或辊温度(4227)和/或辊间隙/距离(4226)和速度(4222)的多个细化机辊(422)被处理成具有可预定的粉末细度(4212)的细化机巧克力浆质(421)，并且被转移至所述一个或更多个精炼机(5)，其中，所述细化机巧克力浆质(421)通过所述一个或更多个精炼机(5)被处理成具有给定的水分(511)、粘度(512)、质地(514)和脂肪含量(516)的精炼巧克力浆质(51)，并且被转移至所述调温装置(6)，所述精炼机(5)中的每个精炼机至少包括具有内表面(542)的容纳件或精炼机容器(54)以及位于所述精炼机容器(54)内部的至少一个可移动轴或可旋转转子(555)，其中，剪切元件(554)从所述轴(55)朝向所述内表面(542)延伸，从而在操作期间将所述精炼巧克力浆质(51)抵靠容器表面(542)挤压以及/或者将所述精炼巧克力浆质(51)在叠置的剪切元件(554)之间挤压，其中，所述精炼巧克力浆质(51)通过经由液化器(575或5a)添加可可脂(6211)和/或其他脂肪(6212)被处理成具有预定的水分(61)、结晶度(612)和脂肪含量(617)，并且其中，作为最终的精炼巧克力浆质(51)的巧克力浆质(61)至少通过调温装置(64)改变温度(615)以实现由调温仪(641)测量的预定结晶度(612)而被处理成最终产品(9)，其特征在于，
所述预细化机(41)包括在线实时测量系统(415)，所述在线实时测量系统(415)测量预细化巧克力浆质(411)的塑性(4112)的变化，以及
两辊预细化机(41)的压力(4121)和/或辊距(间隙)设定(4134)借助于自适应的机器对机器控制系统(1)自动调节，从而提供具有给定的塑性参数值的自主塑性控制。


2.根据权利要求1所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，所述自适应的控制系统(1)基于所述细化机(42)的测量参数或通过对所述自适应的控制系统(1)的手动输入来系统地调节所述给定的塑性参数值。


3.根据权利要求1或2中的一项所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，所述预细化机(41)被实现为两辊细化机(41)，其中，两个辊(412)的可自动调节的间隙设定(4134)在修改间隙设定参数(4134)时改变这两个辊(412)之间的间隙。


4.根据权利要求1至3中的一项所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，所述在线实时测量系统(415)至少包括光源(4151)和/或光学图像捕获装置(4152)和/或用于测量巧克力浆质(35)输送装置(37)的功耗(371)的测量装置(372)和/或用于测量生产量的测量装置，其中，所述预细化巧克力浆质(411)的生产量通过所述光源(4151)和所述光学图像捕获装置(4152)的线三角测量来测量，并且其中，所述预细化巧克力浆质(411)的塑性(4112)基于恒定的生产量结合测得的所述巧克力浆质(35)输送装置(37)的功耗(371)来动态地控制。


5.根据权利要求4所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，巧克力浆质(411)的形貌在所述预细化机(41)的辊(412)的入口区域中通过基于中央投射的激光或光源(4151)线的扇形状进行的所述线三角测量来评定，其中，巧克力浆质(411)的生产量基于检测到的形貌线动态地测量，并且所述两辊预细化机(41)的压力(4121)和/或辊距(间隙)设定(4134)借助于所述自适应的控制系统(1)自动调节，以通过将保持巧克力浆质(411)的恒定生产量与测得的所述输送装置(37)的功耗相结合来提供预定的塑性值。


6.根据权利要求1至5中的一项所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，光源(4151)被实现为激光器或多线激光器或LED投影仪，以及/或者光学图像捕获装置(4152)被实现为摄像机或多线激光测量传感器或三角测量传感器。


7.根据权利要求1至6中的一项所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，所述细化机(42)包括对所述细化机(42)的辊(422)中的至少一个辊的因细化机巧克力浆质(421)而产生的辊覆盖范围(4264)的竖向模式(4263)进行检测的非侵入实时测量系统(426)，其中，借助于模式识别，检测到的竖向模式(4263)被与模式数据库(4262)的已存储的样本模式(42621)进行比较，其中，在触发特定错误模式(42622)的情况下，至少辊温度(4227)和/或辊压力(4221)通过自优化的自适应的控制系统(1)进行动态自适应，从而提供对细化机浆质(421)的粒度分布(4215)的连续控制以及所述细化机(42)的动态优化的生产量。


8.根据一项权利要求7所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，所述非侵入实时测量系统(426)检测所述细化机(42)的第五辊(422)的辊覆盖范围(4264)的竖向模式。


9.根据权利要求7或8中的一项所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，所述非侵入实时测量系统(426)包括光学图像捕获装置(4261)并且还包括图像处理装置(4265)，所述光学图像捕获装置(4261)用于对所述细化机(42)的辊(422)中的至少一个辊上的表面进行成像并且用于生成对应的表面图像(42611)，其中，所述光学图像捕获装置(4261)被设置成使得成像区域覆盖所述至少一个辊(422)的整个工作宽度，所述图像处理装置(4265)用于处理所述表面图像(42611)。


10.根据权利要求7至9中的一项所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，所述非侵入实时测量系统(425)被设置成基于所述表面图像(42611)和检测到的竖向模式(4263)来生成控制信号并将所述控制信号提供给用于对所述细化机(42)或巧克力生产工艺线(11)装置(2、3、4、5、6)的操作参数进行调节和动态自适应的调节装置，从而提供对细化机浆质(421)的粒度(4214)的连续控制。


11.根据权利要求7至10中的一项所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，所述光学图像捕获装置(4261)是线扫描摄像机(42612)，并且所述表面图像(42611)由排列成一条或多条线的多个像素组成，所述多个像素中的每个像素代表表面被成像的区域并具有与所述区域的物理特性相对应的像素值。


12.根据权利要求7至11中的一项所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，在触发特定错误模式(42622)的情况下，至少辊温度(4227)和/或辊压力(4221)和/或给送材料(24)的组分和/或冷却水温度的波动和/或环境温度的变化通过所述自优化的自适应的控制系统(1)进行动态自适应，从而提供对细化机浆质(421)的粒度(4214)的连续控制。


13.根据权利要求1至12中的一项所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，所述细化机(42)包括对细化机巧克力浆质(421)的粒度(4214)进行检测的光学在线非侵入实时测量系统(427)，其中，检测到的所述细化机巧克力浆质(421)的粒度(4214)被与限定的目标粒度(4271)进行比较，并且在触发与所述目标粒度(4271)的偏差的情况下，所述辊(422)中的至少一个辊的驱动速度(4222)被动态自适应，直到在检测到的粒度(4214)与所述目标粒度(4271)之间测量不到偏差为止。


14.根据权利要求13所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，所述细化机巧克力浆质(421)的粒度(4214)借助于所述测量系统(427)的近红外传感器装置(4274)来测量。


15.根据权利要求14所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，所述细化机巧克力浆质(421)的粒度(4214)基于所述细化机巧克力浆质(421)的由所述近红外传感器装置(4274)测量的脂肪含量来测量。


16.根据权利要求13所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，所述细化机(42)的第二辊(422)的驱动速度(4222)被动态自适应，直到在检测到的粒度(4214)与所述目标粒度(4271)之间测量不到偏差为止。


17.根据权利要求13或14中的一项所述的自优化的自适应的工业巧克力生产系统(1)，其中，所述细化机(42)还包括用于提供沿着所述细化机(42)的辊(422)中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼纽尔·霍亨尔，法比安·丁特希尔，科妮莉亚·科勒，阿明·梅茨格，弗兰克·巴特尔，贝恩德·施米特，托比亚斯·纽斯利，丹尼尔·埃格利，
申请(专利权)人：布勒有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH