CN105247329A - 判定液体产品的热处理程度 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于判定液体产品处理系统内的液体产品的热处理程度的方法。该方法包括以下步骤：测量(21)表示在第一时间段内的所述液体产品的温度的至少一个第一值；测量(22)表示在所述第一时间段内的所述液体产品的流量的至少一个第二值；以及基于所述第一值和第二值来计算(23)至少一个第一热处理指示值，其中所述热处理指示值与所述液体产品的当前的热处理程度相关联。

Description

判定液体产品的热处理程度

技术领域

本发明涉及一种用于判定在液体产品处理系统内的液体产品的热处理程度的方法。更具体而言，本发明涉及用于实时监控液体产品的热处理过程的方法和系统。

背景技术

在目前的液体处理系统中，热处理对于制造在后续的处理和存储期间稳定的最终产品而言通常是期望的。这样的热处理也即巴氏杀菌通常通过下述方式执行：加热液体产品到一升高的温度，该温度足以至少防止微生物在液体产品中生长；以及，在液体产品被冷却之前保持液体产品在特定温度下持续特定时间段。

在液体食品处理中，公知的是，应当避免食品产品上的过量的热负荷，因为食品产品的热处理可能负面影响食品产品，例如导致维他命和矿物质组分丢失。同时，对于确保不会危及食品安全的充足的热负荷而言是至关重要的。因此，最重要的是在这样的热处理期间控制食品产品的加热以及后续的冷却。

因此，建议连续地监控与液体产品的温度有关的巴氏杀菌过程。通过获取该参数的实时值，可以判定和分析当前的巴氏杀菌过程的质量以确保理想的巴氏杀菌程度。

还建议连续地监控与液体产品的加热时间有关的巴氏杀菌过程。通过获取该参数的实时值，可以判定和分析当前的巴氏杀菌过程的质量以确保理想的巴氏杀菌程度。

由于巴氏杀菌是非常耗费能量的，因此降低巴氏杀菌温度和/或减少巴氏杀菌时间将是有利的。然而，在例如食品处理工业中，食品安全是要重点考虑的，原因在于，如果食品产品存在风险，则这样的温度降低可能绝不会被允许。

因此，存在对于允许这样的温度的降低和/或时间的减少而不会危及液体产品的质量的改进的巴氏杀菌系统的需要。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于，克服或者缓解上述问题。

基本构思是提供一种热处理系统，其中，多个传感器用于监控由所述系统处理的液体产品的单个热处理指示值。

已显示，通过更加精确地改进热处理过程的监控，能够实际上降低热处理温度和/或减少热处理时间而不危及液体产品的质量。因而能够假定先前的设置所需的热处理温度和时间的建议和标准是多余的，因为现有技术的监控系统并非足够稳定。

本说明书全文中，术语“热处理”应当被广泛地理解成涵盖液体产品的所有的热处理过程，该热处理至少防止液体产品中的微生物生长，例如巴氏杀菌、消毒等等。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于判定液体产品处理系统内的液体产品的热处理程度的方法。该方法包括下述步骤：测量表示在第一时间段内的所述液体产品的温度的至少一个第一值；测量表示在所述第一时间段内的所述液体产品的流量的至少一个第二值；以及基于所述第一值和第二值来计算至少一个第一热处理指示值，其中所述热处理指示值与所述液体产品的当前的热处理程度相关联。

该方法还可以包括比较所述至少一个热处理指示值与热处理参考值的步骤；以及基于上述比较，参考所述热处理参考值，计算表示所述第一时间段的所述液体产品的热处理的瞬时程度的值的步骤。

测量至少一个第一值、测量至少一个第二值以及计算至少一个第一热处理指示值的步骤可以实时连续地或者以规则的预定间隔来执行的，进而产生成组的第一值、成组的第二值以及成组的第一热处理指示值。

该方法还可以包括通过对一段时间内(overtime)的至少一个第一个计算的热处理指示值和第二个计算的热处理指示值进行积分或相加来计算所述液体产品的热处理的累积程度的步骤。

所述至少一个第一值中的至少一个和所述至少一个第二值中的至少一个在热处理单元中可以通过至少一个传感器单元来测量。

第一传感器单元可以被定位在所述热处理单元的至少第一区段内，而第二传感器单元可以被定位在所述热处理单元的至少第二区段内。

热处理的所述累积程度可以通过对在所述第一区段测得的第一热处理指示值和在所述第二区段测得的第二热处理指示值进行积分或相加来计算。

所述第一热处理指示值可以是在第一时刻计算，而所述第二热处理指示值可以是在第二时刻计算，其中所述第一时刻和所述第二时刻之间的时间差对应于液体产品的特定量从所述第一区段流到所述第二区段的时间。

执行第一值和第二值的第二次测量的步骤可以在第二时间段期间执行，所述第二时间段是由针对所述第一时间段测得的第二值和下游的进行第二次测量的位置所决定。

至少一个第一热处理指示值可以进一步基于所述液体产品的pH值来计算。

所述至少一个第一热处理指示值可以进一步基于表示液体产品的每单位体积上的其中流过所述液体产品的热处理单元的所述内部接触面积的参数来计算。

所述至少一个第一热处理指示值(PIV)可以基于下述公式来计算：

$PIV\left(t\right)=t\·10\·\frac{(T-T_{ref})}{z}$

其中，t是时间(分)，T是所述液体产品的当前温度，T_ref是所需最大温度，诸如所需的巴氏杀菌温度，z是液体产品常数。优选地，t是流量和特定热处理单元段的体积的函数，并且其还可以是液体产品的每体积单位的内部处理单元接触面积的函数。在一个实施例中，z可以是取决于液体产品的实际pH的液体产品常数。

热处理指示值的累积程度可以计算为：

${\mathrm{PIV}}_{Acc.}={\mathrm{\Σ}}_{t=1}^{n}PIV\left(t\right).$

所述至少一个第一热处理指示值可以进一步基于在其中流过所述液体产品的所述处理系统的热处理单元内的所述液体产品的流量分布(flowprofile)来计算。

所述热处理单元可以是诸如加热器或热交换器之类的热处理设备、或者保持单元。

该方法还可以包括在检测到至少两个第二值之间的流量变化时改变所需的热处理温度的步骤。

该方法还可以包括在判定至少一个所计算的或累积的热处理指示值并非是食品安全的事件中发送警报信号的步骤。

根据第二方面，提供了一种用于控制液体产品处理系统内的液体产品的热处理程度的系统。该系统包括：第一传感器单元，其用于测量表示在第一时间段内的液体产品的温度的至少一个第一值；第二传感器单元，其用于测量表示在所述第一时间段内的所述液体产品的流量的至少一个第二值；以及控制单元，其配置成基于所述第一值和第二值来计算至少一个第一热处理指示值，其中所述热处理指示值是与所述液体产品的热处理程度相关联的。

该系统可以包括：第一传感器单元和第二传感器单元对，其定位在让所述液体产品流过的所述处理单元的热处理单元的至少第一区段；以及另一个第一传感器单元和第二传感器单元对，其定位在所述热处理单元的至少第二区段。

所述热处理单元可以是诸如加热器或热交换器之类的热处理设备、或保持单元。

根据第三方面，提供了一种液体食品产品，其中所述液体食品产品是根据所述第一方面的方法制造的。

根据第四方面，提供了一种控制单元，其中所述控制单元配置成执行所述第一方面的方法步骤。

根据第五方面，提供了一种上面包含有用于由处理器处理的计算机程序的计算机可读介质。所述计算机程序包括代码段，这些代码段设置成在其由具有计算机处理属性的装置运行时执行根据所述第一方面的方法的所有步骤。

附图说明

本发明的以上叙述以及其他的目的、特征和优点通过以下的本发明的优选实施例的示意性和非限制性描述参考附图将会得到更好地理解，其中：

图1是现有技术巴氏杀菌系统的示意图；

图2是根据一个实施例的方法的流程图；

图3是根据一个实施例的热处理系统的示意图；

图4是根据一个实施例的热处理系统的示意图；以及

图5是根据一个实施例的热处理系统的示意图。

具体实施方式

以图1开始，示出了一种现有技术的巴氏杀菌系统10。该系统10包括封装待加热的一定量的液体产品的间歇池11。在加热时，液体产品被通过热交换器12传送，在该热交换器12中液体产品的温度被升高到预定的巴氏杀菌温度。此后，该液体产品在被通过保持单元13传送期间保持在升高的温度下以确保期望的巴氏杀菌。在巴氏杀菌完成之后，液体产品通常被通过另一个热交换器14传送以冷却该液体产品。在加热期间，温度传感器15提供表示液体产品的当前温度的测量信号。此外，流量计16提供表示该液体产品的当前流量的测量信号。所测得的温度被与控制单元17中的参考值进行比较，用于判定实际的液体产品温度是否处于允许的巴氏杀菌温度区间内。相应地，所测得的流量被与控制单元18中的参考值进行比较，用于判定实际的液体产品流量是否处于允许的巴士杀菌温度区间内。

图2示出了一种判定根据一个实施例的在液体产品处理系统中的液体产品的热处理程度的方法20的流程图。该方法包括测量表示在第一时间段内液体产品的温度的至少一个第一实时值的步骤21。该方法还包括测量表示在第一时间段内液体产品的流量的至少一个第二实时值的步骤22。该方法的特征在于，基于所述第一实时值和第二实时值来计算至少第一热处理指示值的步骤23，其中所述热处理指示值是与该液体产品的当前的热处理程度相关联的。

使用热处理指示值的目的之一在于，取代可使操作者混淆的温度和流量等的单独数值，因为通常沿着液体处理系统设置有大量的流量计和温度传感器。热处理指示值的另一技术效果是，其允许热处理温度降低，这通常是基于相对大的误差范围来设置。该误差范围考虑到传感单元的位置误差、传感器单元偏差等。例如，当液体产品为饮品时，关键的是，最终的巴氏杀菌液体产品是完全适于饮用的，不会留有微生物增长的风险。因此，因而常见的是，在超过用以确保终端产品不会包含任何不适或无益的微生物数量(例如在巴氏消毒期间)所必要的温度更高的温度下热处理液体产品。

每个所计算的热处理值可以被与热处理参考值进行比较24，以参考热处理参考值来针对第一时间段计算表示液体产品的瞬间的热处理程度的值25。

第一实时值的测量和第二实时值的测量以及第一热处理指示值的计算可以连续地或以规则的预定间隔来进行。这产生成组的第一实时值、成组的第二实时值以及成组的第一热处理指示值。

附加于所计算的瞬时的热处理程度或者作为其替代，表示液体产品的热处理的累积程度的值可以随着时间的推移通过对至少一个第一个所计算的热处理指示值和第二个所计算的热处理指示值进行积分或相加来计算26。

表示液体产品的热处理的累积程度的替代值可以被计算26为分别表示热处理的瞬时程度的几个值的和。

为了改进图1所描述的系统，在图3中示出了用于控制液体产品的热处理程度的系统30的实施例。系统30对于例如液体食品、药品、化妆品等宽范围的液体产品是有利的，这些液体产品的温度控制是至关重要的。如图3所示，设有液体产品供应源31。液体产品供应源31可以是例如间歇池或是例如能够供应液体产品流的上游的液体产品处理设备。

该系统包括诸如热交换器32之类的热处理设备32以及可选地包括串联配置以使得升高的温度可以维持预定时间的保持单元33。热处理设备32和保持单元33可以作为一个单独的设备来提供。此外，热交换器32可以由其它的热设备替代，例如欧姆加热器或微波加热器或其它加热设备，只要该加热设备能将液体产品加热到升高的温度即可，例如以相对快速的方式从10℃升高到100℃。

在整个说明书中，热处理设备32还可以被称为热处理单元。

热处理设备32可优选地针对诸如果汁或相似的低酸饮料之类的液体食品产品而设置。在橙汁的情况下，用于巴氏杀菌的现有标准温度为95℃，而保持单元33配置成维持升高的温度持续约15s。然而，如将在该说明书所阐述的，已显示，该系统30的实施例会使温度能降低到80℃，而不显著增加热处理时间。因此，该系统和方法使得能量消耗能显著降低。

该系统30还包括用于对该系统30的各种组件来实现控制方案的控制单元36。例如，控制单元36配置成控制热处理设备32的操作参数，使得加热参数(如最高温度、温度梯度、保持时间、流量、压强等)可以根据每个特定液体产品的理想参数来调整。

在加热时，液体产品通过热处理设备32从液体产品供应源31被传送，其中液体产品的温度升高到预定的热处理温度。然后液体产品保持在该升高的温度下持续预定时间以确保理想的热处理，例如在通过保持单元33传送期间。

该系统30还包括用于测量表示流过热处理设备32的液体产品的温度的第一实时值的第一传感器单元341。

此外，该系统30包括用于测量表示流过热处理设备32的液体产品的流量的第二实时值的第二传感器单元342。

第一和第二传感器单元可以是适于在液体产品处理系统内分别测量温度和流量的任意公开可用的传感器单元。

第一传感器单元341和第二传感器单元342可操作地连接到控制单元36。控制单元配置成基于第一和第二实时值来计算至少一个第一热处理指示值。该热处理指示值与液体产品的热处理的程度相关联。控制单元36还能够将热处理的当前程度与参考值进行比较。如果热处理的当前程度处于接受区间之外，则控制单元36可以配置成启动警报给操作者。在另一实施例中，控制单元36可以配置成改变系统的操作参数以使流量或温度增大或减少，进而调节系统30，使得当前的热处理指示值可以回到接受值。

在一个实施例中，热处理指示值(PIV)基于下述公式来计算：

$PIV\left(t\right)=t\·10\·\frac{(T-T_{ref})}{z}$

其中，t是时间(单位分钟)，T是液体产品的当前温度，T_ref是所需最大温度，例如所需的巴氏杀菌温度，z是液体产品常数。优选地，t是流量和特定热处理单元段的体积的函数，并且还可以是液体产品的每个体积单位的内部处理单元接触面积的函数。在一个实施例中，z可以是取决于液体产品的实际pH值的液体产品常数。

从该公式可以观察到，减少流量的常数PIV和常数pH以及内部接触面积/单元体积将减少所需的热负荷。反过来，使用更高的热负荷，更大的流量可以用于适当地热处理液体产品。热处理指示值可以因此被看成表示液体产品所承受的热负荷，并且可理解的是，几个不同公式可以用于使这样的表示公式化。

增加pH可能需要更高的温度，反之亦然。此外，液体产品的每单位体积上的内部接触面积越大，则所需的热处理温度越低。

图4示出了根据另一实施例的系统40。对于图3的系统30的附加，在该特定实施例中，串联的第一和第二传感器单元对341,342被配置并分别连接到热处理设备32的不同区段321、322、323、324。这能够改进对热处理设备32的不同部分321、322、323、324中的温度和流量控制。对于给定的时间段，控制单元36配置成针对热处理设备的每一区段来计算热处理指示值。这对于包含管式热交换器的热处理设备32是有利的，从而每个区段321、322、323、324可以表示特定的导管区段。

在图4中，可以观察到，控制单元可以操作性地连接到显示设备，显示设备用于给操作者呈现所计算的热处理指示值、热处理的瞬时程度的值、以及热处理的累积程度的值以进行监控。在该实施例中，热处理的累积程度可以通过对每个区段的各自的热处理指示值进行相加或积分来计算。在流量频繁改变的情况下，热处理的累积程度可以通过对PIV(区段n，时间t)到PIV(区段n-1，时间t-y)到PIV(区段n-2，时间t-2y)等等进行相加或积分来计算，其中，n表示最后一个区段，并且y是液体产品从一个区段流到下一个区段的时间。

图5示出了根据另一实施例的系统50。对于图4的系统40的附加，在该特定实施例中，控制单元36获取在预先给定的计算热处理指示值的公式中使用的ph和CT参数。

在一个实施例中，热处理指示值可以通过考虑处理系统的热处理设备32中的液体产品的流量分布(flowprofile)来计算。改进的循环可以使所需的热处理温度能降低而较低的循环可以使所需的热处理温度能升高。流量分布参数可以被包含到公式的常数k₅里。

附加于用于测量温度和流量的传感器单元或作为其替代，可以设置配置成测量液体产品的pH的传感器单元。

控制单元36可以配置成控制操作性地连接的传感器单元341、342应当测量其各自的参数的时刻。因此，可以在控制单元36和传感器单元341、342之间建立双向通信。

热处理参考值可以被存储到控制单元36的存储器上或者可远程获取，例如经由电信协议、因特网、以太网、蓝牙、或任何其他有线或无线通信协议获取。因此，控制单元36可以从诸如中央服务器之类的远程源获取参考热处理值。

在一个实施例中，提供了根据前述实施例中的任一个的方法所制造的液体食品产品。

在一个实施例中，提供了一种上面已包含用于通过处理器处理的计算机程序的计算机可读介质。该计算机可读介质包含代码段，这些代码段设置成当其由具有计算机处理属性的设备运行时，用于执行根据本文所公开的实施例中任一个的方法的所有步骤。

尽管本文的实施例是基于计算热处理指示值，但应当理解的是，相同的方法可以用于判定在诸如过滤器和/或细菌去除器(bactofuges)之类的其他处理设备中的微生物的减少程度。在这样的应用中，可以考虑作为温度和流量的替代或附加的其他参数，例如过滤器规格等。作为一个一般方面，提供了一种用于在液体产品处理系统内判定液体产品的处理程度的方法。该方法包括以下步骤：测量至少一个表示在第一时间段内的液体产品的第一处理参数的第一值，测量至少一个表示在第一时间段内的液体产品的第二处理参数的第二值，并且基于所述的第一值和第二值来计算至少一个第一处理指示值，其中，所述处理指示值是与液体产品的当前处理程度相关联的。在过滤器的情况下，这样的处理参数可以例如是流量和压力降。

尽管上述描述大多参考液体食品产品处理系统而进行，但应当理解的是，基本原理对于各种不同的液体处理系统是能适用的。

此外，本发明已主要参考一些实施例而进行了主要描述。然而，如易于由本领域技术人员所理解的，除了上面公开的实施例之外的其他实施例同样可以是在由所附权利要求所限定的本发明的范围内的。

Claims (23)

1.一种用于判定在液体产品处理系统内液体产品的热处理程度的方法(20)，其包括下述步骤：

测量(21)表示在第一时间段内的所述液体产品的温度的至少一个第一值；

测量(22)表示在所述第一时间段内的所述液体产品的流量的至少一个第二值；以及

基于所述第一值和第二值来计算(23)至少一个第一热处理指示值，其中所述热处理指示值与所述液体产品的当前的热处理程度相关联。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

比较(24)所述至少一个热处理指示值与热处理参考值的步骤；以及基于所述比较

参考所述热处理参考值针对所述第一时间段来计算(25)表示所述液体产品的热处理的瞬时程度的值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中测量至少一个第一值、测量至少一个第二值以及计算至少一个第一热处理指示值的步骤是连续地或者以规则的预定间隔来执行的，进而产生成组的第一值、成组的第二值以及成组的第一热处理指示值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其进一步包括

通过对一段时间内的至少一个第一个计算的热处理指示值和第二个计算的热处理指示值进行积分或相加来计算(26)所述液体产品的热处理的累积程度。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述至少一个第一值中的至少一个和所述至少一个第二值中的至少一个在热处理单元(32)中通过至少一个传感器单元(341,342)来测量。

6.根据权利要求5所述的方法，其中第一传感器单元(341)被定位在所述热处理单元(32)的至少第一区段内，第二传感器单元(342)被定位在所述热处理单元(32)的至少第二区段内。

7.根据权利要求4和6所述的方法，其中热处理的所述累积程度通过对在所述第一区段测得的第一热处理指示值和在所述第二区段测得的第二热处理指示值进行积分或相加来计算。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一热处理指示值是在第一时刻计算，所述第二热处理值是在第二时刻计算，并且其中所述第一时刻和所述第二时刻之间的时间差对应于液体产品的特定量从所述第一区段流到所述第二区段的时间。

9.根据权利要求8所述的方法，其中执行第一值和第二值的第二次测量的步骤是在第二时间段期间执行，所述第二时间段是由针对所述第一时间段测量的第二值和下游的进行所述第二次测量的位置所决定。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述至少一个第一热处理指示值进一步基于所述液体产品的pH值来计算。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述至少一个第一热处理指示值进一步基于表示液体产品的每单位体积上的其中流过所述液体产品的热处理单元的所述内部接触面积的参数来计算。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述至少一个第一热处理指示值(PIV)基于下述公式来计算：

$PIV\left(t\right)=t\·10\·\frac{(T-T_{ref})}{z}$

其中t是时间，单位为分钟，T是所述液体产品的当前温度，T_ref是所需最大温度，z是液体产品常数。

13.根据权利要求12所述的方法，其中热处理指示值的累积程度按下述公式计算：

${\mathrm{PIV}}_{Acc.}={\mathrm{\Σ}}_{t=1}^{n}PIV\left(t\right).$

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一个第一热处理指示值进一步基于让所述液体产品流过的所述处理系统的热处理单元内的所述液体产品的流量分布来计算。

15.根据权利要求5所述的方法，其中所述热处理单元是诸如加热器或热交换器之类的热处理设备、或者保持单元。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其还包括在检测到至少两个第二值之间的流量变化时改变所需的热处理温度的步骤。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其还包括在判定至少一个所计算的或累积的热处理指示值并非是食品安全的事件中发送警报信号的步骤。

18.一种用于控制液体产品处理系统内的液体产品的热处理程度的系统(30,40,50)，其包括：

第一传感器单元(341)，其用于测量表示在第一时间段内的液体产品的温度的至少一个第一值；

第二传感器单元(342)，其用于测量表示在所述第一时间段内的所述液体产品的流量的至少一个第二值；以及

控制单元(36)，其配置成基于所述第一值和第二值来计算至少一个第一热处理指示值，其中所述热处理指示值与所述液体产品的热处理程度相关联。

19.根据权利要求18所述的系统(30,40,50)，其包括：

第一传感器单元和第二传感器单元对(341,342)，其定位在让所述液体产品流过的所述处理单元的热处理单元(32)的至少第一区段；以及

另一个第一传感器单元和第二传感器单元对(341,342)，其定位在所述热处理单元(32)的至少第二区段。

20.根据权利要求15所述的系统(30,40,50)，其中所述热处理单元是诸如加热器或热交换器之类的热处理设备、或保持单元。

21.一种根据权利要求1至17中任一项所述的方法制造的液体食品产品。

22.一种控制单元(36)，其被配置成执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法步骤。

23.一种上面已包含用于由处理器处理的计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括代码段，该代码段设置成在其由具有计算机处理属性的装置运行时执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法的所有步骤。