CN104956281A - 用于在食品加工期间缓解不希望的温度变化的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于生产食品的系统和方法。在一般实施例中，提供了一种用于生产食品的系统，所述系统包括：至少一个热交换器；至少一个食品槽；至少一个蒸汽源，其具有蒸汽阀；计算机，其具有计算机处理器；以及计算机可读介质，其可被所述计算机存取并且其中包含软件程序，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器自动控制所述蒸汽阀以从第一位置移动到第二计算的位置，以便保持加热介质的温度，使得所述温度在所述热交换器中的循环水到食品过渡期间足以保持所述食品的无菌性。还提供了用于生产食品的方法。

Description

用于在食品加工期间缓解不希望的温度变化的系统和方法
背景技术
本发明一般地涉及食品技术。更具体地说，本发明涉及用于缓解在食品的无菌处理期间当从循环水过渡到食品时发生的温度变化的系统和方法。
无菌地处理食品的方法是公知的。但是，这些方法可能并非始终针对生产效率和/或最终产品质量提供最佳结果。例如，在无菌处理期间，通常使用水加热食品，而水通过蒸汽来加热。然而在加工食品之前，使用水对系统进行化学清理和漂洗。水然后在系统中循环以保持系统的无菌性。当到达适合将食品引入系统的时间时，食品槽阀门被打开并且最初的水/食品界面开始穿过系统。但是该界面导致系统中的突然温度降低，此降低能够导致失去食品的无菌性。在此方面，存在一个在水/食品界面处不能被超过的温度最小值，否则系统易于失去无菌性，这导致处理终止和重复执行系统杀菌程序。因此对于无菌处理而言，失去无菌性能够是及时、低效、成本高昂的问题。
进一步地，大幅温度变化(温度减小或增加)能够导致产品质量管理问题。例如，如果水/食品界面在加工期间的任何点处经历大幅温度超调，则食品可能被“烧焦”或变质，使得食品质量无法再被接受。在上述失去无菌性的情况下，将中止加工并丢弃最终产品。因此，对于此类加工而言，无法接受的产品质量也可以是代价高昂的问题。
因而，需要一种能够缓解可在食品无菌处理期间发生的温度变化的生产过程。
发明内容
在本发明中，提供了用于生产无菌食品的系统和方法。在一个实施例中，提供了用于生产食品的系统，所述系统包括：至少一个热交换器，其包括加热介质；至少一个食品槽；至少一个蒸汽源，其具有蒸汽阀；计算机，其具有计算机处理器；以及计算机可读介质，其可被所述计算机存取并且其中包含软件程序，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器自动控制所述蒸汽阀以从第一位置移动到第二计算的位置，以便保持所述加热介质的温度，使得所述温度在所述热交换器中的循环水到食品过渡期间足以保持所述食品的无菌性。
在一个实施例中，所述系统包括将所述食品槽连接到所述热交换器的管道系统。在另一实施例中，所述系统包括第二热交换器。所述系统还可包括将所述热交换器连接到所述第二热交换器的管道系统。
在一个实施例中，所述蒸汽源被连接到加热介质加热器，以便所述蒸汽源向所述加热介质加热器提供蒸汽以加热所述加热介质。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器打开所述食品槽的阀门以启动所述系统的控制，从而开始生产所述食品的生产过程。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算循环水/食品界面在所述系统内的预定位置处的停留时间。所述停留时间可被计算为RT(s)＝((Vp(gal))÷(FIp(gal/min))*60s/min。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为将控制变量设定为0，其中所述控制变量选自包括以下项的组：(i)在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的一次性温度测量(“Ts”)，(ii)指示加热所述食品的难度的值(“DDV”)，(iii)等于所排出的加热介质的最大测量温度的中间温度值(“ITV”)，(iv)指示解决水/食品分离导致的温度扰乱所需的蒸汽阀位置增量的值(“ISVL”)，或(v)上述项的组合。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器连续计算在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的移动平均温度(“Tave”)。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第一计时常数，所述第一计时常数表示在所述生产过程中计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器测量并存储在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的温度(“Ts”)，其中在所述生产过程中用于计算加热所述热交换器中的食品的难度(“DDV”)的最佳时间时存储所述温度。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算当所述食品经过所述热交换器时从所述热交换器排出的所述加热介质的温度的变化率(“Slope”)。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器根据以下公式计算中间温度值(“ITV”)：
(i)((在水/食品界面从第一预定时间到第二预定时间经过所述热交换器时介质排出温度的最高值)-(Ts))，如果>0；或者
(ii)0，如果((在水/食品界面从第一预定时间到第二预定时间经过所述热交换器时介质排出温度的最高值)-(Ts))<0。
在一个实施例中，所述第一预定时间是所述生产过程中用于计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)的最佳时间。
在一个实施例中，所述第二预定时间是所述生产过程中用于将所述蒸汽阀从所述第二位置移回所述第一位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)。DDV被计算为DDV＝ITV*Slope Tuned(调谐斜率)。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第二计时常数，所述第二计时常数表示在所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第一位置移到所述第二位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算解决由水/食品分离导致的任何温度扰乱所需的最小蒸汽阀位置增量(“ISVLmin”)。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算蒸汽阀位置增量(“ISVL”)，所述增量被计算为ISVL＝((食品通过所述系统的流速÷设定了调谐常数时的食品流速)*ISVLmin)+DDV。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算所述蒸汽阀的第二位置(“CVP”)，所述第二位置被计算为CVP＝(所述蒸汽阀的所述第一位置)+ISVL。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第三计时常数，所述第三计时常数表示在所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第二位置移到所述第一位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第四计时常数，所述第四计时常数表示在所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第二位置移到标准控制位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述蒸汽阀的所述第二位置向所述加热介质提供在所述热交换器中的所述循环水到食品过渡期间足以保持所述食品的无菌性的蒸汽量。
在一个实施例中，所述蒸汽阀被配置为从所述第二位置返回到所述第一位置以防止当所述食品在所述热交换器中完全置换循环水时突然的食品温度增加。
在另一实施例中，提供了用于生产食品的系统。所述系统包括：至少一个热交换器，其包括加热介质；至少一个食品槽；至少一个蒸汽源，其具有蒸汽阀；计算机，其具有计算机处理器；以及计算机可读介质，其可被所述计算机存取并且其中包含软件程序，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器自动控制所述蒸汽阀从第一计算的位置移到第二位置，以便保持所述加热介质的温度，使得当所述食品在所述热交换器中完全置换循环水时，所述温度足以防止所述热交换器中的所述食品的过热。
在一个实施例中，所述系统进一步包括将所述食品槽连接到所述热交换器的管道系统。
在一个实施例中，所述系统进一步包括第二热交换器。所述系统还可包括将所述热交换器连接到所述第二热交换器的管道系统。
在一个实施例中，所述蒸汽源被连接到加热介质加热器，使得所述蒸汽源向所述加热介质加热器提供蒸汽以加热所述加热介质。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器打开所述食品槽的阀门以启动所述系统的控制，从而开始生产所述食品的生产过程。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算循环水/食品界面在所述系统内的预定位置处的停留时间。所述停留时间可被计算为RT(s)＝((Vp(gal))÷(FIp(gal/min))*60s/min。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为将控制变量设定为0，其中所述控制变量选自包括以下项的组：(i)在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的一次性温度测量(“Ts”)，(ii)指示加热所述食品的难度的值(“DDV”)，(iii)等于所排出的加热介质的最大测量温度的中间温度值(“ITV”)，(iv)指示解决由水/食品分离导致的温度扰乱所需的蒸汽阀位置增量的值(“ISVL”)，或(v)上述项的组合。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器连续计算在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的移动平均温度(“Tave”)。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第一计时常数，所述第一计时常数表示在所述生产过程中计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器测量并存储在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的温度(“Ts”)，其中在所述生产过程中计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)的最佳时间时存储该温度。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算当所述食品经过所述热交换器时从所述热交换器排出的所述加热介质的温度的变化率(“Slope”)。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器根据以下公式计算中间温度值(“ITV”)：
(i)((在水/食品界面从第一预定时间到第二预定时间经过所述热交换器时介质排出温度的最高值)-(Ts))，如果>0；或者
(ii)0，如果((在水/食品界面从第一预定时间到第二预定时间经过所述热交换器时介质排出温度的最高值)-(Ts))<0。
在一个实施例中，所述第一预定时间是所述生产过程中用于计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)的最佳时间。
在一个实施例中，所述第二预定时间是所述生产过程中用于将所述蒸汽阀从所述第二位置移回所述第一位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)，其中DDV被计算为DDV＝ITV*Slope Tuned。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第二计时常数，所述第二计时常数表示所述生产过程中将所述蒸汽阀从初始位置移到所述第一位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算解决由水/食品分离导致的任何温度扰乱所需的最小蒸汽阀位置增量(“ISVLmin”)。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算蒸汽阀位置增量(“ISVL”)，该增量被计算为ISVL＝((食品经过所述系统的流速÷设定了调谐常数时的食品流速)*ISVLmin)+DDV。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算所述蒸汽阀的第一位置(“CVP”)，所述第一位置被计算为CVP＝(所述蒸汽阀的所述初始位置)+ISVL。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第三计时常数，所述第三计时常数表示所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第一位置移到所述第二位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第四计时常数，所述第四计时常数表示所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第二位置移到标准控制位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述蒸汽阀的所述第一位置向所述加热介质提供在所述热交换器中的所述循环水到食品过渡期间足以保持所述食品的无菌性的蒸汽量。
在一个实施例中，所述蒸汽阀被配置为移到所述第二位置以防止当所述食品在所述热交换器中完全置换循环水时突然的食品温度增加。
在又一实施例中，提供了用于生产食品的方法。所述方法包括提供食品加工系统和通过计算机处理器启动蒸汽阀的自动控制。所述系统包括：至少一个热交换器，其包括加热介质；至少一个食品槽；至少一个蒸汽源，其具有蒸汽阀；计算机，其具有计算机处理器；以及计算机可读介质，其可被所述计算机存取并且其中包含软件程序，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器自动将所述蒸汽阀从第一位置移到第二位置，其中通过将蒸汽阀位置增量加到所述蒸汽阀的所述第一位置来确定所述第二位置，所述增量适应由循环水/食品分离导致的加热介质温度变化。
在一个实施例中，所述第一位置是当启动步骤发生时，在时间＝0处存储的蒸汽阀位置。
在一个实施例中，所述蒸汽源被连接到加热介质加热器，以便所述蒸汽源向所述加热介质加热器提供蒸汽以加热所述加热介质。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器打开所述食品槽的阀门以启动所述系统的控制，从而开始生产所述食品的生产过程。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算循环水/食品界面在所述系统内的预定位置处的停留时间。所述停留时间可被计算为RT(s)＝((Vp(gal))÷(FIp(gal/min))*60s/min。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为将控制变量设定为0，其中所述控制变量选自包括以下项的组：(i)在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的一次性温度测量(“Ts”)，(ii)指示加热所述食品的难度的值(“DDV”)，(iii)等于所排出的加热介质的最大测量温度的中间温度值(“ITV”)，(iv)指示解决由水/食品分离导致的温度扰乱所需的蒸汽阀位置增量的值(“ISVL”)，以及(v)上述项的组合。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器连续计算在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的移动平均温度(“Tave”)。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第一计时常数，所述第一计时常数表示所述生产过程中计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器测量并存储在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的温度(“Ts”)，其中在所述生产过程中用于计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)的最佳时间时存储所述温度。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算当所述食品经过所述热交换器时从所述热交换器排出的所述加热介质的温度的变化率(“Slope”)。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器根据以下公式计算中间温度值(“ITV”)：
(i)((在水/食品界面从第一预定时间到第二预定时间经过所述热交换器时介质排出温度的最高值)-(Ts))，如果>0；或者
(ii)0，如果((在水/食品界面从第一预定时间到第二预定时间经过所述热交换器时介质排出温度的最高值)-(Ts))<0。
在一个实施例中，所述第一预定时间是所述生产过程中用于计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)的最佳时间。
在一个实施例中，所述第二预定时间是所述生产过程中用于将所述蒸汽阀从所述第二位置移回所述第一位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)，其中所述DDV被计算为DDV＝ITV*Slope Tuned。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第二计时常数，所述第二计时常数表示所述生产过程中用于将所述蒸汽阀从所述第一位置移到所述第二位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算解决由水/食品分离导致的任何扰乱所需的最小蒸汽阀位置增量(“ISVLmin”)。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算蒸汽阀位置增量(“ISVL”)，所述增量被计算为ISVL＝((食品经过系统的流速÷设定了调谐常数时的食品流速)*ISVLmin)+DDV。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算所述蒸汽阀的第二位置(“CVP”)，所述第二位置被计算为CVP＝(所述蒸汽阀的所述第一位置)+ISVL。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第三计时常数，所述第三计时常数表示所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第二位置移到所述第一位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第四计时常数，所述第四计时常数表示所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第二位置移到标准控制位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述蒸汽阀的所述第二位置向所述加热介质提供在所述热交换器中的所述循环水到食品过渡期间足以保持所述食品的无菌性的蒸汽量。
在一个实施例中，所述蒸汽阀被配置为从所述第二位置返回到所述第一位置以防止当所述食品在所述热交换器中完全置换循环水时突然的食品温度增加。
在再一实施例中，提供了用于生产食品的方法。所述方法包括提供计算机，所述计算机具有(i)计算机处理器，以及(ii)计算机可读介质，其可被所述计算机存取并且其中包含软件程序，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器：计算所述食品在所述食品加工系统内的多个位置中的每个位置处的停留时间，将蒸汽阀保持在由标准处理控制确定的第一位置处，确定在从系统中的热交换器排出加热介质时该加热介质的一次性温度测量，计算当所述食品开始经过所述热交换器时加热所述食品的难度，以及计算所述蒸汽阀的第二位置，以便保持所述加热介质的温度，使得该温度在所述热交换器中的循环水到食品过渡期间足以保持所述食品的无菌性，其中所述第二位置基于所述难度。所述方法进一步包括通过所述计算机处理器启动所述系统的自动控制，从而将所述蒸汽阀移到所述第二位置。
在一个实施例中，所述蒸汽源被连接到加热介质加热器，以便所述蒸汽源被配置为向所述加热介质加热器提供蒸汽以加热所述加热介质。
在一个实施例中，所述软件程序被进一步设计为使所述计算机处理器打开所述食品槽的阀门以启动所述系统的控制，从而开始生产所述食品的生产过程。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算循环水/食品界面在所述系统内的预定位置处的停留时间。所述停留时间被计算为RT(s)＝((Vp(gal))÷(FIp(gal/min))*60s/min。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为将控制变量设定为0，其中所述控制变量选自包括以下项的组：(i)在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的一次性温度测量(“Ts”)，(ii)指示加热所述食品的难度的值(“DDV”)，(iii)等于所排出的加热介质的最大测量温度的中间温度值(“ITV”)，(iv)指示解决由水/食品分离导致的温度扰乱所需的蒸汽阀位置增量的值(“ISVL”)，以及(v)上述项的组合。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器连续计算在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的移动平均温度(“Tave”)。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第一计时常数，所述第一计时常数表示所述生产过程中计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器测量并存储在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的温度(“Ts”)，其中在所述生产过程中用于计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)的最佳时间时存储所述温度。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算当所述食品经过所述热交换器时从所述热交换器排出的所述加热介质的温度的变化率(“Slope”)。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器根据以下公式计算中间温度值(“ITV”)：
(i)((在水/食品界面从第一预定时间到第二预定时间经过所述热交换器时介质排出温度的最高值)-(Ts))，如果>0；或者
(ii)0，如果((在水/食品界面从第一预定时间到第二预定时间经过所述热交换器时介质排出温度的最高值)-(Ts))<0。
在一个实施例中，所述第一预定时间是所述生产过程中计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)的最佳时间。
在一个实施例中，所述第二预定时间是所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第二位置移回所述第一位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算加热所述热交换器中的所述食品的难度(“DDV”)，其中所述DDV被计算为DDV＝ITV*Slope Tuned。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第二计时常数，所述第二计时常数表示所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第一位置移到所述第二位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算解决由水/食品分离导致的任何扰乱所需的最小蒸汽阀位置增量(“ISVLmin”)。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算蒸汽阀位置增量(“ISVL”)，所述增量被计算为ISVL＝((食品经过所述系统的流速÷设定了调谐常数时的食品流速)*ISVLmin)+DDV。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算所述蒸汽阀的第二位置(“CVP”)，所述第二位置被计算为CVP＝(所述蒸汽阀的所述第一位置)+ISVL。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第三计时常数，所述第三计时常数表示所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第二位置移到所述第一位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第四计时常数，所述第四计时常数表示所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第二位置移到标准控制位置的最佳时间。
在一个实施例中，所述蒸汽阀的所述第二位置向所述加热介质提供在所述热交换器中的所述循环水到食品过渡期间足以保持所述食品的无菌性的蒸汽量。
在一个实施例中，所述蒸汽阀被配置为从所述第二位置返回到所述第一位置以防止当所述食品在所述热交换器中完全置换循环水时突然的食品温度增加。
本发明的一个优点是提供改进的食品生产过程。
本发明的另一优点是提供改进的无菌食品加工程序。
本发明的又一优点是提供缓解加工期间的温度变化的食品生产方法。
本发明的再一优点是提供减小生产期间失去无菌性的风险的食品生产方法。
本发明的另一优点是提供减小生产期间食品过度加热的风险的无菌食品生产方法。
本发明的又一优点是提供用于控制无菌食品生产线的方法。
在本文中描述了其它特征和优点，并且从下面的具体实施方式和附图，这些其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1示出(i)淀粉水溶液经过具有标准控制的典型无菌系统的标准工艺试验的结果，以及(ii)相同淀粉水溶液经过具有根据本发明一个实施例的本发明的改进控制的相同无菌系统的可控性能试验的结果；
图2示出(i)淀粉水溶液经过具有标准控制的典型无菌系统的标准工艺试验的结果，以及(ii)相同淀粉水溶液经过具有根据本发明一个实施例的本发明的改进控制的相同无菌系统的可控性能试验的结果。
具体实施方式
如在本公开和所附权利要求中使用的那样，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数个指示物，除非上下文明确地另有所指。
如在此使用的，“大约”被理解为指示一个数字范围中的数字。而且，此处的所有数值范围应该被理解为包括该范围内的所有整体(整数或分数)。
如在此使用的，“CVP”被理解为表示在食品加工过程中的特定时间确定的蒸汽源的蒸汽阀的当前阀位置。
如在此使用的，“DDV”被理解为表示指示加热热交换器中的食品的难度的值。
如在此使用的，“Flc”被理解为表示蒸汽阀的初始位置，该位置在时间＝0处被手动设定为特定位置。该位置在t＝0处存储，并且在到达预定时间之前保持不变。该位置由标准无菌处理参数确定。
如在此使用的，“Flp”被理解为表示当食品经过食品加工系统时食品的流量指示(或流速)。
如在此使用的，“ISVL”被理解为表示增量蒸汽阀位置，它是指示解决加工期间由水/食品分离导致的任何温度扰乱所需的蒸汽阀位置增量的值。
如在此使用的，“ISVLmin”是调谐常数，它被理解为表示消除水/食品分离所需的最小蒸汽阀位置增量。ISVLmin是表示百分比的数值，该百分比是针对水/食品分离进行调整以便防止对温度变化的剧烈过度补偿并且从而防止浪费能量所需的最小移动。所属领域的技术人员将理解，任何食品—即使是很容易加热的食品—都要求最小蒸汽阀位置增量，该增量受热交换器大小的影响最大。针对食品经过热交换器的不同流速，按照值(加工期间的食品流速÷确定调谐常数期间的食品流速)对该调谐常数进行缩放。因此，所属领域的技术人员将理解，较低的流速需要较低的ISVLmin，反之亦然。
如在此使用的，“ITV”被理解为表示中间温度值，该值等于((水/食品界面穿过热交换器时来自热交换器的加热介质排出温度的最高温度测量值)-(Ts))。
如在此使用的，“循环水”被理解为表示在食品加工期间在热交换器的将包含食品的部分中循环的水。所属领域的技术人员将理解，在加工食品之前，将使用水对系统进行化学清理和漂洗，然后水在系统中循环以保持系统的无菌性。当到达适合将食品引入系统的时间时，打开食品槽的阀门，初始的循环水/食品界面开始穿过系统，从而置换循环水。
如在此使用的，“RT”被理解为表示食品在食品加工系统的特定部分，或多个部分的组合中的停留时间。
如在此使用的，“Slope(斜率)”被理解为表示在循环水-食品界面穿过热交换器时加热介质排出温度的温度变化率。
如在此使用的，“Slope Tuned(调谐斜率)”是调谐常数，该常数被理解为表示Slope的数值乘子(multiplier)，该乘子被用于考虑在食品加工系统中使用的设备大小(例如，热交换器、管道系统长度、蒸汽源等)的差异。所属领域的技术人员将理解，该调谐常数调节ISVL的值，并且受介质加热器容量(例如，大小和蒸汽源)的影响最大。所属领域的技术人员将理解如何计算此类调谐常数。
如在此使用的，“Tave”被理解为表示来自热交换器的加热介质排出温度的移动平均温度测量。
如在此使用的，“Ts”被理解为表示从热交换器排出的加热介质的一次性已存储的平均温度值(Tave)，在水/食品界面进入热交换器之前的短时间内读取该已存储的值。
如在此使用的，“计时常数(多个)”是表示食品加工期间已被确定是应发生特定控制算法动作的最佳时间的特定时间的常数。根据对通过食品加工系统的不同类型的食品进行重复试验来确定计时常数。借助特定物理安装(即，食品加工系统)的实际管道系统长度、热交换器大小、蒸汽源大小等，这些常数使理论适应所述特定物理安装。所述计时常数还调节蒸汽阀移动的计时，使得此移动影响当水/产品界面到达在热交换器附近或之内的特定点时的产品温度。所计算的本发明的计时常数的实例包括时间＝0、1.17、1.37、1.76和3.13。这些计时常数分别乘以相应停留时间值以在水/食品界面到达热交换器附近或之内的特定点时调节蒸汽阀。停留时间计算又依赖于实际食品流速，因此，针对算法提供了灵活的时间标度。
如在此使用的，“调谐常数”被理解为表示根据对通过食品加工系统的不同类型的食品进行重复试验来确定的常数。借助特定物理安装(即，食品加工系统)的实际管道系统长度、热交换器大小、蒸汽源大小等，这些常数使理论适应所述特定物理安装。所属领域的技术人员将理解如何计算此类调谐常数。
如在此使用的，“Vp”被理解为表示食品的体积。
无菌地处理食品的方法是公知的。但是，这些方法可能并非始终针对生产效率和/或最终产品质量提供最佳结果。例如，在无菌处理期间，通常使用水加热食品，而水通过蒸汽来加热。然而在加工食品之前，使用水对系统进行化学清理和漂洗。水然后在系统中循环以保持系统的无菌性。当到达适合将食品引入系统的时间时，食品槽阀门被打开并且最初的水/食品界面开始穿过系统。但是该界面导致系统中的突然温度降低，此降低能够导致失去食品的无菌性。在此方面，存在一个在所述界面处不能被超过的温度最小值，否则系统易于失去无菌性，这导致处理终止和重复执行系统杀菌程序。因此对于无菌处理而言，失去无菌性能够是及时、低效、成本高昂的问题。
进一步地，大幅温度变化(例如，温度减小或增加)能够导致产品质量管理问题。例如，如果水/食品界面在加工期间的任何点处经历大幅温度超调，则食品可能被“烧焦”或变质，使得食品质量无法再被接受。在上述失去无菌性的情况下，将中止加工并丢弃最终产品。因此，对于此类加工而言，无法接受的产品质量也可以是代价高昂的问题。
之前已经提出这些问题的简单解决方案。例如，已知减缓水/食品界面的流速或升高加热器目标温度以避免失去无菌性。但是，这些解决方案仍具有因为过度加热而损坏食品(其导致不可接受的产品质量)的风险。
与用于避免失去无菌性的已知方法相比，本发明的方法通过针对特定时段操纵食品加热速度来最小化失去无菌性的风险。操纵食品加热速度以最大程度上减小在水-食品过渡期间能够发生的急剧瞬时温度下降。此操纵的时间也被延长，以便在热交换器中当食品完全置换水时，最小化标准控制中的温度恢复超调。操纵的程度由食品加热的难度确定，食品加热的难度又由来自无菌处理中使用的热交换器的加热介质排出温度的变化率确定。如将在下文中进一步介绍的，操纵的程度由水/食品界面穿过交换器时的加热介质温度的变化率来指示。
食品加热速度通过控制蒸汽阀来操纵，而蒸汽阀控制用于加热所述热交换器(其用于加热食品)中的加热介质(例如，水)的蒸汽量。换言之，在生产过程中的多个阶段操纵用于控制将多少热量提供给热交换器的加热介质的蒸汽阀，以便防止食品温度的突然升高或降低。因此，仔细安排在操纵蒸汽阀之后返回到正常操作模式的时间以避免在生产过程结束之际过度加热食品。在其间控制蒸汽阀的特定时段由申请人在试验期间确定，在找到最佳温度响应之前将一直执行该试验，下面进一步介绍此内容。
因此，本发明的处理和方法有利地抵消无菌食品加工期间水/食品界面处的热传递性质变化。使用抢先动作抵消热传递性质，以便在食品阀开关被打开以将食品引入系统之后控制蒸汽阀几分钟。结果，本发明的处理和方法能够最大程度上减少在系统从水过渡到食品时在无菌处理中的任何不利的食品加热器瞬时温度响应。
此外，本发明的处理和方法提供自动控制以保持食品加工系统的无菌性的优点，这允许操作者专注于其它任务。在此方面，操作者只需使本发明的控制器和方法能够自动运行以保持系统中的无菌性。例如，本发明的系统可包括具有计算机处理器的计算机、可被计算机存取并且其中包含软件程序的计算机可读介质。所述软件程序可被编程为使计算机处理器指示系统组件执行特定活动。例如，所述软件程序可指示计算机处理器执行多种计算、在特定时间进行温度测量、将阀门移动到特定位置、在查找表中查找已知值等。
而且，不需要操作者事先对食品性质有任何了解以便利用本发明的方法，这最大程度上减少了作为问题的初级产品变化性。此外，通过减小当食品在热交换器中完全置换水时通常在标准处理控制中发生的温度超调，所述控制方法减少了对产品质量的影响。
尽管本发明被讨论为例如在通过热交换器(由加热介质加热)的无菌食品的生产中使用，但是所属领域的技术人员将理解，本发明的方法和处理不限于无菌食品的生产，这些方法和处理也可与热交换器或类似类型设备中的冷却介质一起使用。实际上，本发明的方法和处理可被扩展到类似过程中的其它任何热交换器(例如，食品冷却器)。这些方法可进一步扩展到以多个物理部分构建的加热器，因为各部分之间的中间点处的食品温度测量能够提供加热食品的难度的更精确指示。进一步地，尽管本发明包含食品加工的讨论，但是所属领域的技术人员将理解，任何对温度敏感或需要特定量的温度稳定性的食品都可根据此处公开的系统和方法进行处理。
本发明的方法在等于0的时间(“t”)(t＝0)处开始。“t＝0”在此被用于定义食品槽阀门(例如，防混阀)被打开以开始食品流入正在使水循环的系统的时刻。因此，t＝0是水/食品界面开始穿过加工系统的时刻，同时还是本发明方法的算法运行的开始时间。下面将进一步详细地介绍本发明方法的算法。
在等于0的时间处
为了在t＝0处开始算法，必须确定水/食品界面相对于每个系统组件的停留时间值(或运输延迟)。为了确定停留时间(“RT”)，将产品体积除以产品流速(“Flp”)。能够驻留在加工系统的特定部分中的产品体积(“VP”)能够在公知的查找表中找到。Flp可借助以下方式确定：此方式包括—但不限于—从流量计读取，根据食品泵的特征计算等。因此，加工系统的组件(例如，管道系统等)的RT计算如下所示：
RT(s)＝((Vp(gal))÷(FIp(gal/min))*60s/min。
例如，如果食品加工系统包括第一加热器、位于第一加热器与第二加热器之间的管道系统，以及第二加热器，则RT值的一次性计算将如下所示：
RT(s)＝RT(食品槽阀门到加热器1)+RT(通过加热器1)+RT(通过位于加热器1之前以及加热器2之后的任何 管道系统)+RT(通过加热器2)。
此外，在处理中的此时，系统阀被设定为保持其当前位置(“Flc”)，该位置是由在无菌食品加工中常用且被所属领域的技术人员熟知的标准控制计算所最后确定的位置。
进一步地，在t＝0处，将多个控制变量设定为0以开始本发明的控制。被设定为0的控制变量包括(i)在水/食品界面位于热交换器处之前采用的所排出的加热介质的平均温度(“Tave”)的存储值(“Ts”)；(ii)指示加热食品的难度(“DDV”)的温度斜率(“Slope”)；(iii)等于所排出的加热介质的最大测量温度的中间温度值(“IVT”)；以及(iv)指示解决由水/食品分离导致的温度扰乱所需的蒸汽阀位置增量(蒸汽阀位置的增量)的值(“ISVL”)。此时，蒸汽阀位置(Flc)也被存储以用于将来的计算，并且在到达下文所述的预定时段之前保持不变。处理中其它时间处的这些处理变量的确定将在下面进一步描述。
为了促使本发明的控制开始，食品槽阀门(多个)被打开，开始处理和控制的计时。本发明的食品槽阀门(多个)例如可以是食品加工领域中公知的防混阀并且能够传输来自两个不同源的流体。
在等于(1.17)*(RT(s))的时间处
为1.17的调谐常数是预定的调谐常数，该常数通过评估多个经过食品加工系统的类似食品以确定最佳(或期望)温度响应来确定。所属领域的技术人员借助至少两个准则来确定最佳或期望温度响应。第一准则是调节应用ISVL的计时以最小化由水/食品分离导致的温度下降。第二准则是调节移除ISVL的计时(返回到初始蒸汽阀位置，Flc)以最小化从本发明的控制返回到标准控制时发生的温度超调。该调谐常数依赖于热交换器的物理大小并且与剩余的系统设备几乎无关。以类似方式计算此处公开的所有此类类似的调谐常数(例如，1.37、1.76、3.13、调谐斜率(Slope Tuned)等)。
在处理中的此时，读取加热介质排出温度的移动平均值(“Tave”)的存储值Ts。Ts表示为了计算难度值(“DDV”)，在加热介质离开热交换器时加热介质的基线温度。Ts是针对将来的计算所存储的实际值。
在执行上述温度测量之后，可确定加热经过系统的食品的难度。如上所述，本发明的方法通过在特定时段内使用蒸汽阀操纵食品加热速度来最小化失去无菌性的风险。操纵的程度由食品加热的难度确定，食品加热难度又由当食品经过交换器时的加热介质排出温度的变化率(“Slope”)确定。因此，食品加热难度的计算是从t＝1.17*RT(s)开始的连续计算。
DDV的计算如下所示：
中间温度值(“ITV”)＝
(i)((食品界面从t＝1.17到t＝1.76穿过热交换器时的介质排出温度的最高值)-(Ts))，如果>0；或者
(ii)0，如果((食品界面从t＝1.17到t＝1.76穿过热交换器时的介质排出温度的最高值)-(Ts))<0。
DDV＝ITV*Slope Tuned
在等于(1.37)*(RT(s))的时间处
在处理中的此时，DDV的连续计算停止，并且蒸汽阀被设定到通过一次性计算确定的特定位置。蒸汽阀位置自从在时间t＝0处被存储以来一直保持不变(即，Flc)，直到处理中的此时为止。蒸汽阀的新位置为(ISVLmin(通过流缩放)+DDV)，它是解决由水/食品分离导致的扰乱所需的蒸汽阀位置增量(“ISVL”)，其计算如下所示：
ISVL＝((FIp÷设定调谐常数时的流速(食品流速))*(ISVLmin))+DDV
(FIp÷设定调谐常数时的流速)的值通过实际流速来缩放ISVLmin的值。ISVL值指示处理中此时的食品加热所需的蒸汽量。
在处理中的此时还确定用于将蒸汽阀移到期望位置的另一蒸汽阀计算，或当前阀位置(“CVP”)。如上所述，Flc是在t＝0处存储的蒸汽阀位置并且从该时刻开始保持不变，ISVL是解决由水/食品分离导致的扰乱所需的位置增量。因此，CVP的确定如下所示：
CVP＝FIc+ISVL
使用通常计算蒸汽阀位置的蒸汽流控制器获得CVP。控制值(即，到蒸汽阀的输出信号，通常为0-100％，其中100％为完全打开)向蒸汽流控制器指示蒸汽阀应该移到的位置。
从算法开始到处理中此时的所有计算被用于解决当水/食品界面经过处理系统时发生的温度下降问题。实质上，这些计算被用于确定蒸汽阀被放置到的以便防止能够导致经过系统的食品失去无菌性的温度突降的最佳位置。计算在下文中介绍的算法/控制的剩余部分以解决当系统控制返回到标准控制时，在食品加工结束之际发生的任何温度超调。
在等于(1.76)*(RT(s))的时间处
一旦获得CVP，蒸汽阀便停留在CVP处，直到在处理中的此时，在处理中的此时，蒸汽阀返回到它在t＝0时所处的位置(即，Flc)。蒸汽阀被移到该位置是因为它提供了稳定的位置，蒸汽阀一直停留在该位置处，直到系统恢复标准控制。标准控制或标准操作模式被理解为表示用于典型无菌食品加工参数的控制值和计算。所属领域的技术人员理解将包括何种食品加工标准控制(例如包括无菌食品加工)。在处理中的此时，已存储的蒸汽阀位置Flc被写入控制器参数。
在等于(3.13)*(RT(s))的时间处
在处理中的此时，蒸汽阀从其在t＝0时所处的位置(即，Flc)移到标准控制模式。
图1和2展示使用此处公开的控制方法的优点。例如，图1示出(i)淀粉水溶液的典型无菌食品加工试验与(ii)通过本发明的改进控制试验的相同成分的淀粉水溶液的无菌食品加工试验的比较结果。如图1所示，温度最小值被提高大约32％，并且处理结束之际的温度超调被提高大约46％。
类似地，图1示出(i)淀粉水溶液的典型无菌食品加工试验与(ii)通过本发明的改进控制试验的相同成分的淀粉水溶液的无菌食品加工试验的比较结果。如图1所示，温度最小值被提高大约60％，并且处理结束之际的温度超调被提高大约45％。
使用本发明的系统和方法，申请人已经能够缓解在无菌食品加工期间不希望的温度变化。在此方面，申请人已经能够防止系统中能够导致食品失去无菌性的任何温度突降，并且已经能够防止可导致产品质量管理问题的大幅温度变化(温度损失或增益)。通过参考下面的实例，可更好地理解上述内容，提供这些实例是为了例示，并非旨在限制本发明的范围。
实例
该实例提供从经过典型无菌食品加工系统的无菌食品的试验获取的数值数据。该试验使用淀粉水溶液执行，并且所述系统包括泵、管道系统和一个热交换器。
在等于0的时间处
为了在t＝0处开始算法，必须确定水/食品界面相对于每个系统组件的停留时间值(或运输延迟)。为了确定停留时间(“RT”)，将产品体积除以产品流速(“Flp”)，在该实例中，该值为4.0gal/min。停留时间的计算如下所示：
RT(s)＝((Vp(gal))÷(FIp(gal/min))*60s/min。
另外，在此时，连续地或一次性地执行温度测量。具体而言，加热介质排出温度(即，当加热介质被从热交换器排出时)开始被连续地测量，并且在食品加工的整个时段上被测量。执行一次性温度测量，在该实例中，测量值为240.4°F。
连续平均加热介质排出温度的计算也在此时开始，并且在食品加工的整个时段上连续执行。执行一次性平均温度测量，在该实例中，测量值为238.9°F。
蒸汽阀被设定为保持其当前位置(“Flc”＝“CVP”)，该位置是由标准控制计算所最后确定的位置，在该实例中为42.6％。
进一步地，将多个控制变量设定为0以开始本发明的控制。被设定为0的控制变量包括：(i)在水/食品界面位于热交换器处之前采用的所排出的加热介质的平均温度(“Tave”)的存储值(“Ts”)；(ii)指示加热食品的难度(“DDV”)的温度斜率(“Slope”)；(iii)等于所排出的加热介质的最大测量温度的中间温度值；以及(iv)指示解决由水/食品分离导致的温度扰乱所需的蒸汽阀位置增量(蒸汽阀位置的增量)的值(“ISVL”)。此时，Flc(即，42.6％)也被存储以用于将来的计算，并且在到达下文所述的预定时段之前保持不变。
为了促使本发明的控制开始，食品槽阀门(多个)被打开，开始处理和控制的计时。本发明的食品槽阀门(多个)例如可以是食品加工中公知的防混阀并且能够传输来自两个不同源的流体。
在等于(1.17)*(RT(s))的时间处
该实例中的为1.17的调谐常数是预定的调谐常数，该常数通过评估多个类似食品试验以确定最佳(或期望)温度响应来确定。所属领域的技术人员借助至少两个准则来确定最佳或期望温度响应。第一准则是调节应用ISVL的计时以最小化由水/食品分离导致的温度下降。第二准则是调节移除ISVL的计时(返回到初始蒸汽阀位置，Flc)以最小化从本发明的控制返回到标准控制时发生的温度超调。该调谐常数依赖于热交换器的物理大小并且与剩余的系统设备几乎无关。
另外，在此时，继续测量加热介质排出温度(即，当加热介质从热交换器排出时)。执行一次性温度测量，此时该测量值为240.5°F。
也继续计算连续平均加热介质排出温度。执行一次性平均温度测量，此时该测量值为239.1°F。该值被存储为Ts以用于将来的计算，并且在处理的剩余时间内保持在此温度。Ts表示为了计算DDV，在加热介质离开热交换器时加热介质的基线温度。
蒸汽阀仍被设定为保持其当前位置(“Flc”＝“CVP”)，其为42.6％。
在执行上述温度测量之后，可以确定加热经过系统的食品的难度。计算是从此时开始的连续计算，并且DDV的计算如下所示：
中间温度值(“ITV”)＝
(i)((食品界面从t＝1.17到t＝1.76经过热交换器时的介质排出温度的最高值)-(Ts))，如果>0；或者
(ii)0，如果((食品界面从t＝1.17到t＝1.76经过热交换器时的介质排出温度的最高值)-(Ts))<0。
DDV＝ITV*Slope Tuned
在该实例中，食品界面在t＝1.17经过热交换器时的介质排出温度的最高值为240.5°F，而Ts为239.1°F。
因此，ITV＝(240.5°F-239.1°F)＝1.4。
如上所述，Slope Tuned(调谐斜率)值是调谐常数，该常数是Slope的数值乘子(multiplier)，该乘子被用于考虑在食品加工系统中使用的设备大小(例如，热交换器、管道系统长度、蒸汽源等)的差异。所属领域的技术人员将理解，该调谐常数调节ISVL的值，并且受介质加热器容量(例如，大小和蒸汽源)的影响最大。在该实例中，调谐斜率值为4。
DDV＝1.4*4＝5.6
在等于(1.37)*(RT(s))的时间处
该实例中的为1.37的调谐常数是预定的调谐常数，该常数通过评估多个类似食品试验以确定最佳(或期望)温度响应来确定。所属领域的技术人员借助至少两个准则来确定最佳或期望温度响应。第一准则是调节应用ISVL的计时以最小化由水/食品分离导致的温度下降。第二准则是调节移除ISVL的计时(返回到初始蒸汽阀位置，Flc)以最小化从本发明的控制返回到标准控制时发生的温度超调。该调谐常数依赖于热交换器的物理大小并且与剩余的系统设备几乎无关。
在处理中的此时，继续测量加热介质排出温度(即，当加热介质从热交换器排出时)。执行一次性温度测量，此时该测量值为241.7°F。
不再计算连续平均加热介质排出温度，因为一次性平均温度测量之前已被执行并且被存储为Ts，Ts为239.1°F。
因此，ITV＝(241.7°F-239.1°F)＝2.6。
如上所述，Slope Tuned(调谐斜率)值是调谐常数，该常数是Slope的数值乘子(multiplier)，该乘子被用于考虑在食品加工系统中使用的设备大小(例如，热交换器、管道系统长度、蒸汽源等)的差异。所属领域的技术人员将理解，该调谐常数调节ISVL的值，并且受介质加热器容量(例如，大小和蒸汽源)的影响最大。在该实例中，调谐斜率值为4。
DDV＝2.6*4＝10.4
在处理中的此时，DDV的连续计算停止，并且蒸汽阀被设定到由一次性计算确定的特定位置。蒸汽阀位置自从在时间＝0处被存储以来一直保持不变(即，Flc＝42.6％)，直到处理中的此时为止。蒸汽阀的新位置(该新位置是解决由水/食品分离导致的扰乱所需的蒸汽阀位置增量(“ISVL”))的计算如下所示：
ISVL＝((FIp÷设定调谐常数时的产品流速)*(ISVLmin))+DDV
(FIp÷设定调谐常数时的流速)的值以实际流速缩放ISVLmin的值。在该实例中，如上所述，Flp为4.0gal/min，并且设定调谐常数时的食品流速为4.0gal/min。因此，Flp/设定调谐常数时的食品流速＝1。ISVL值指示处理中此时的食品加热所需的蒸汽量。
如上所述，ISVLmin是调谐常数，该常数是考虑水/食品分离所需的最小蒸汽阀位置增量。ISVLmin是表示百分比的数值，该百分比是针对水/食品分离进行调整以便防止对温度变化的剧烈过度补偿并且从而防止浪费能量所需的最小移动。针对食品经过热交换器的不同流速，以值(处理期间的食品流速÷确定调谐常数期间的食品流速)来缩放该调谐常数。在该实例中，通过使用不同的食品对特定食品加工系统执行重复的试验而确定的ISVLmin为20。
因此，ISVL＝((1)*(20))+10.4＝30.4
在处理中的此时还确定用于将蒸汽阀移到期望位置的另一蒸汽阀计算，或当前阀位置(“CVP”)。如上所述，Flc是在t＝0处存储的蒸汽阀位置并且从该时刻开始保持在42.6不变，ISVL是解决由水/食品分离导致的扰乱所需的位置增量，在该实例中为30.4。因此，CVP的确定如下所示：
CVP＝FIc+ISVL
CVP＝42.6+30.4＝73
使用通常计算蒸汽阀位置的蒸汽流控制器获得CVP。控制值(即，到蒸汽阀的输出信号，通常为0-100％，其中100％为完全打开)向蒸汽流控制器指示蒸汽阀应该移到的位置。
从算法开始到处理中此时的所有计算被用于解决当水/食品界面经过处理系统时发生的温度下降问题。实质上，这些计算被用于确定蒸汽阀被放置到的以便防止能够导致经过系统的食品失去无菌性的温度突降的最佳位置。计算在下文中介绍的算法/控制的剩余部分以解决在食品加工结束之际发生的任何温度超调。
在等于(1.76)*(RT(s))的时间处
该实例中的为1.76的调谐常数是预定的调谐常数，该常数通过评估多个类似食品试验以确定最佳(或期望)温度响应来确定。所属领域的技术人员借助至少两个准则来确定最佳或期望温度响应。第一准则是调节应用ISVL的计时以最小化由水/食品分离导致的温度下降。第二准则是调节移除ISVL的计时(返回到初始蒸汽阀位置，Flc)以最小化从本发明的控制返回到标准控制时发生的温度超调。该调谐常数依赖于热交换器的物理大小并且与剩余的系统设备几乎无关。
一旦获得CVP，蒸汽阀便停留在CVP处(即，73％)，直到在处理中的此时，在处理中的此时，蒸汽阀返回到它在t＝0时所处的位置(即，Flc＝42.6％)。蒸汽阀被移到该位置是因为它提供了稳定的位置，蒸汽阀一直停留在该位置处，直到系统恢复到标准控制。标准控制或标准操作模式被理解为表示典型的无菌食品加工参数的控制值和计算。在处理中的此时，已存储的蒸汽阀位置Flc被写入控制器参数。
进一步地，在处理中的此时，继续测量加热介质排出温度(即，当加热介质从热交换器排出时)。执行一次性温度测量，此时其为243.5°F。
不再计算连续平均加热介质排出温度，因为一次性平均温度测量之前已被执行并且被存储为Ts，Ts为239.1°F。进一步地，由于蒸汽阀已经被移到为73％的CVP以解决当水/食品界面经过处理系统时发生的温度下降问题，因此不需要再计算ITV、DDV和ISVL，并且在处理中的此时不计算ITV、DDV和ISVL。
在等于(3.13)*(RT(s))的时间处
该实例中的为3.13的调谐常数是预定的调谐常数，该常数通过评估多个类似食品试验以确定最佳(或期望)温度响应来确定。所属领域的技术人员借助至少两个准则来确定最佳或期望温度响应。第一准则是调节应用ISVL的计时以最小化由水/食品分离导致的温度下降。第二准则是调节移除ISVL的计时(返回到初始蒸汽阀位置，Flc)以最小化从本发明的控制返回到标准控制时发生的温度超调。该调谐常数依赖于热交换器的物理大小并且与剩余的系统设备几乎无关。
在处理中的此时，蒸汽阀从它在t＝0时所处的位置(即，Flc＝42.6％)移到它在标准控制模式中所占据的位置。
在处理中的此时，继续测量加热介质排出温度(即，当加热介质从热交换器排出时)。执行一次性温度测量，此时该测量值为251.8°F。
不再计算连续平均加热介质排出温度，因为一次性平均温度测量之前已被执行并且被存储为Ts，Ts为239.1°F。
应该理解，对此处描述的当前优选实施例的各种更改和修改对于所属领域的技术人员而言将是显而易见的。在不偏离本主题的精神和范围以及不减少其目标优点的情况下能够做出这些更改和修改。因此，这些更改和修改旨在被所附权利要求所涵盖。

Claims (20)

1.一种用于生产食品的系统，所述系统包括：
至少一个热交换器，其包括加热介质；
至少一个食品槽；
管道系统，其将所述食品槽连接到所述热交换器；
至少一个蒸汽源，其具有蒸汽阀；
计算机，其具有计算机处理器；以及
计算机可读介质，其可由所述计算机存取并且其中包含软件程序，所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器自动控制所述蒸汽阀以从第一位置移动到第二计算的位置，以便保持所述加热介质的温度，使得所述温度在所述热交换器中的循环水到食品过渡期间足以保持所述食品的无菌性，并且其中所述蒸汽阀被配置为从所述第二位置返回到所述第一位置，以防止当在所述热交换器中所述食品完全置换循环水时突然的食品温度增加。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括第二热交换器和将所述热交换器连接到所述第二热交换器的管道系统。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述蒸汽源被连接到加热介质加热器，使得所述蒸汽源被配置为向所述加热介质加热器提供蒸汽以加热所述加热介质。
4.根据权利要求1至3所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器打开所述食品槽的阀门以启动所述系统的控制，从而开始生产所述食品的生产过程。
5.根据权利要求1至4所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算循环水/食品界面在所述系统内的预定位置处的停留时间。
6.根据权利要求1至5所述的系统，其中所述软件程序被编程为将控制变量设定为0，其中所述控制变量选自包括以下项的组：
(i)在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的一次性温度测量(“Ts”)，
(ii)指示加热所述食品的难度的值(“DDV”)，
(iii)等于所排出的加热介质的最大测量温度的中间温度值(“ITV”)，
(iv)指示解决由水/食品分离导致的温度扰乱所需的蒸汽阀位置增量的值(“ISVL”)，以及
(v)上述项的组合。
7.根据权利要求1至6所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器连续计算在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的移动平均温度(“Tave”)。
8.根据权利要求1至7所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第一计时常数，所述第一计时常数表示在所述生产过程中计算加热所述热交换器中的食品的难度(“DDV”)的最佳时间。
9.根据权利要求1至8所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器测量并存储在循环水/食品界面到达所述热交换器之前从所述热交换器排出的加热介质的温度(“Ts”)，其中在所述生产过程中用于计算加热所述热交换器中的食品的难度(“DDV”)的最佳时间时存储所述温度。
10.根据权利要求1至9所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算当所述食品经过所述热交换器时从所述热交换器排出的加热介质的温度的变化率(“Slope”)。
11.根据权利要求1至10所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器根据以下公式计算中间温度值(“ITV”)：
(i)((在水/食品界面从第一预定时间到第二预定时间经过所述热交换器时介质排出温度的最高值)-(Ts))，如果>0；或者
(ii)0，如果((在水/食品界面从第一预定时间到第二预定时间经过所述热交换器时介质排出温度的最高值)-(Ts))<0。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一预定时间是所述生产过程中用于计算加热所述热交换器中的食品的难度(“DDV”)的所述最佳时间。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述第二预定时间是所述生产过程中用于将所述蒸汽阀从所述第二位置移回所述第一位置的最佳时间。
14.根据权利要求11所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算加热所述热交换器中的食品的难度(“DDV”)，其中DDV被计算为DDV＝ITV*Slope Tuned。
15.根据权利要求1至10所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第二计时常数，所述第二计时常数表示在所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第一位置移动到所述第二位置的最佳时间。
16.根据权利要求1至10所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算解决由水/食品分离导致的任何扰乱所需的最小蒸汽阀位置增量(“ISVLmin”)。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算蒸汽阀位置增量(“ISVL”)，所述增量被计算为ISVL＝((食品通过所述系统的流速÷设定了调谐常数时的食品流速)*ISVLmin)+DDV。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算所述蒸汽阀的所述第二位置(“CVP”)，所述第二位置被计算为CVP＝(所述蒸汽阀的所述第一位置)+ISVL。
19.根据权利要求15所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第三计时常数，所述第三计时常数表示在所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第二位置移动到所述第一位置的最佳时间。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述软件程序被编程为导致所述计算机处理器计算第四计时常数，所述第四计时常数表示在所述生产过程中将所述蒸汽阀从所述第二位置移动到标准控制位置的最佳时间。
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