Chocolate Pigging

Forschungstitel:
Innovatives Molchverfahren zur Reinigung von Rohrleitungen in der Schokoladenindustrie

Arbeitsgruppe: Süßwarenmaschinen

Forschungsstelle und wissenschaftliche Betreuung:
Fraunhofer für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, Isabell Rothkopf
Fraunhofer für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV Dresden, André Boye

Finanzierung: IVLV
Laufzeit: 2019

Ausgangssituation Um im dynamischen Schokoladenmarkt attraktive Produkte anbieten zu können, sind die Produzenten gefordert, neue Geschmacksvarianten, saisonal wechselnde Produkte sowie Spezialprodukte in kleinen Serien auf den Markt zu bringen. Die Reinigung der Anlagen ist nur mit viel Spülmassen und hohem Reinigungsaufwand möglich. Bei der Reinigung wird zur Zwischenreinigung Kakaobutter oder die Masse für die nächste Produktion nachgeschoben und optisch beurteilt, wann mit der nächsten Produktion begonnen werden kann. Die zum Spülen verwendete Masse wird im besten Fall für die Herstellung anderer Massen oder Füllungen verwendet. Ansonsten wird Sie verworfen. Dies verursacht enorme Kosten und eine erhebliche Verschwendung von Lebensmitteln. Daher werden vermehrt Molchsysteme zur Reinigung eingesetzt. Dabei wird ein Kunststoffpfropfen, der sogenannte Molch, in eine Rohrleitung eingebracht und schiebt dann das Produkt aus. Um diese Technik effizient nutzen zu können werden hohe Anforderungen an die Rohrleitungen gestellt. Um dies zu umgehen, ist zur Reinigung von Lebensmittelanlagen seit kurzem ein neues Molchverfahren – das Ice Pigging –, welches einen nicht-formstabilen Pfropfen aus Wasser und Eis nutzt, auf dem Markt. Der Einsatz für Produkte mit Fett als kontinuierlicher Phase, wie sie bei der Ölförderung und in Pipelines vor-kommen wurde ebenfalls gezeigt. Hier enthält das Öl aber für gewöhnlich Partikel, die gegenüber Wasser innert sind, wie Sand, Gestein oder wachsartige Ablagerungen.

Ziel Das Ziel des Projektes ist die Überprüfung der Übertragbarkeit der Grundidee des nicht-formstabilen Molches aus dem Ice Pigging auf die Reinigung von Rohrleitungen in der Schokoladenindustrie, bei welchen ein wasserbasierter Molch nicht einsetzbar ist.

Die sich daraus ergebenden Unterzielstellungen sind:

  • Entwicklung und Anpassung eines schokoladen- bzw. kakaobutterbasierten Slurry für die Reinigung von Schokoladenanlagen
  • Stabilität des entwickelten Slurry bei typischen Verweilzeiten und Temperatu-ren
  • Versuchsaufbau im Technikumsmaßstab für praxisnahe Tests eines Slurry-Molches
  • Reinigungstests mit Überprüfung der Ressourceneinsparung gegenüber den herkömmlichen Standardreinigungsverfahren

Lösungsweg Für die Umsetzung des Projektes werden zunächst die Erkenntnisse aus der Anwendung von Eismolchen in anderen Bereichen genutzt. Dazu zählen die rheologischen Eigenschaften, Stabilität und Länge des Molchs im Vergleich zur Länge der zu reinigenden Strecke. Die bekannten Eigenschaften werden in dimensionslose Kennzahlen übersetzt und bilden die Basis des zu entwickelnden Molchs. Zur genauen Beschreibung des Molchs müssen physikalische Messmethoden, vor allem bezogen auf die Fließeigenschaften, angepasst bzw. entwickelt werden. Zu Beginn sollen die Molchsysteme im Labormaßstab entwickelt werden. Dabei wird zunächst mit Rezepturbestandteilen von Schokolade gearbeitet: Zucker in Kakaobutter, Kakaobutterslurry (unterkühlte, teilweise verfestigte Kakaobutter), hochschmelzende Kakaobutterfraktionen in flüssiger Kakaobutter, größere Bruchstücke des Produkts dispergiert in neuem Produkt oder in Kakaobutter. Zunächst wird die Wirkung in einem kleinen Rohrstück mit einheitlichem Durchmesser (Einwegspritze ohne Abschluss) untersucht. Bei geeigneten Systemen wird anschließend die Stabilität der dispergierten Partikel bei typischen Temperaturen und Verweilzeiten (40 °C für 10 min) getestet. Für den Übertrag in die industrielle Praxis und weitere Untersuchungen zur Reinigungswirkung wird ein Prüfstand im Technikumsmaßstab benötigt, welcher durch die Projektpartner bereitgestellt wird. Zum Beweis der Machbarkeit und der positiven wirtschaftlichen Auswirkungen wird zum Ende des Projekts ein Vergleich von herkömmlichen Reinigungsmethoden und dem Einsatz des Slurry am Technikumsprüfstand durchgeführt. Dazu wird die Anlage jeweils mit einer Schokolade gefüllt (z.B. Milchschokolade) und mit einer zweiten Schokolade (weiße Schokolade) gespült. In einem weiteren Ver-such wird eine Zwischenspülung mit Kakaobutter durchgeführt und zum Abschluss wird vergleichend das entwickelte Slurry zur Reinigung der Rohrleitungen verwendet.

Projektberichte