CN105385187B - 生产焦糖色素过程的自动化控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种生产焦糖色素过程的自动化控制系统，通过在中心控制室设置中控系统，在物料预融罐的进出管道设有流量计和调节阀，流量计和调节阀与中控系统连接；在喷射加热器的加热管道安装温度传感器、压力传感器和蒸汽调节阀，温度传感器、压力传感器和蒸汽调节阀与中控系统连接；所述物料预融罐、层流反应罐、闪蒸罐和焦化配料罐和成品罐中设有pH检测仪；所述的中控系统包括PLC控制器和终端计算机。该自动化控制系统，整个生产操作控制在中心控制室中完成，避免人员操作误差，尽可能降低人为因素造成的操作事故。
Description
技术领域
本发明专利涉及生产焦糖色素领域，尤其涉及一种生产焦糖色素过程的自动化控制系统。
背景技术
焦糖色素(Carame1)，也被称为焦糖，是一种广泛用于食品、医药等行业的着色剂，对于食品工业，在酱油、食醋、料酒、酱卤、腌制制品、烘制食品、糖果、药品、碳酸饮料以及非碳酸饮料等中均有使用，在赋予产品特定色泽的同时也带来特定的焦糖风味。焦糖色素为浓黑褐色黏稠物质，溶于水，不溶于有机溶剂。在1940年，美国食品药品监督管理局(FDA)就发布了焦糖色素的相关规定。但是由于焦糖色素中含有的4 甲基咪唑具有毒性，其发展受到一定的限制。后来经过进一步深入的研究和试验，联合国粮食与农业组织(FAO)、世界卫生组织(WHO)和国际食品添加剂联合专家委员会(JECFA)均认定在一定的限量范围内焦糖色素是安全的。在1863年美国即实现了焦糖色素的商业化生产。由于特殊的国情，新中国在20世纪70年代方才开始拥有了生产焦糖的小作坊，随着改革开放和经济的发展，我国的焦糖色素工业也得到了迅猛的发展。
焦糖色素的生成主要伴随着3种反应，分别是美拉德反应(Maillard Reaction)、焦糖化反应(Caramellization)和氧化反应(Oxidation)。通常使用糖类和含有氨基酸的肽或蛋白质等原料在一定温度下进行反应得到。
传统的焦糖色素生产方法按催化剂的不同分有4种。其一是普通法，由DE值70以上的葡萄糖浆在160℃左右不采用含有铵化物或亚硫酸盐的催化剂，得到的产品色率较低，大致为1.7×104，但红色指数可达6以上，氮硫含量低，pH3～4，且在75％的乙醇溶液中稳定，负(弱)电荷，主要用于蒸馏酒、甜食和香味混合。其二是亚硫酸盐法，该方法与普通方法相似，但催化剂采用亚硫酸盐且用量较高，得到的产物色率大致为2.7×104，不含氨，pH 2.5～4.0，负电荷，使用范围小，只能用于一些特殊的食品或药品中，并且不属于国标中规定可使用的方法。其三是氨法，采用氨作为催化剂，常用高当量的葡萄糖或转化糖与氨在高温下制成，色率大致为3.2×104～5×104，不含硫，pH 2.8～5.5，耐盐性好，主要用于焙烤食品、啤酒和酱油等。其四是亚硫酸铵法，采用亚硫酸铵盐为催化剂，葡萄糖、蔗糖为原料在酸性条件下催化而成，色率大致为2×104～8×104，含氨和硫，pH 2.0～3.5，负(强)电荷，由于着色力强并且在酸性条件下十分稳定，因而通常用于软饮料 汤料、宠物食品等中。
现有焦糖反应主要是采用大反应釜间断式批量反应，首先将反应原料（各种糖类）批量（20吨~70吨）投到反应釜中，然后按照所投物料的一定比例添加添加剂，充分搅拌后通过反应釜中的盘管，用蒸汽通过盘管加热物料，加热时间一般持续30分钟以上，时间视所反应的物料量为准，物料添加越多，升温时间越久。温度升到预定温度后，在反应釜中保温若干小时，期间不是抽查物料色率，以确定反应时间。该反应升温时间长、物料受热不均匀，保温时间长，所生产产品批次单一，无法实现连续生产。
在自动化控制方面，由于生产焦糖色素的工艺较复杂，很多反应过程实验还在研究阶段，操作还不是很成熟，所以在各个步骤的控制方面还是靠人工控制。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种生产焦糖色素过程的自动化控制系统，优化各个工序的工艺参数，进一步提高焦糖色素生产技术自动化水平，降低工业化项目投资和生产成本，实现项目高质量、高稳定性、高度自动化、连续安全运行，提升产品综合竞争力，该系统全程自动化控制，可以降低人工监测及操作的复杂性，提高效率和自动化程度。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种生产焦糖色素过程的自动化控制系统，是在生产过程中根据工艺条件生产焦糖色素的设备进行自动化控制，所述对生产焦糖色素的设备包括辅料罐、物料预融罐、喷射加热器、层流反应罐、闪蒸罐和焦化配料罐和成品罐，并依次用管道连接，其中闪蒸罐包括板框中转罐、蒸发中转罐和浓缩中转罐，在中心控制室设置中控系统，在物料预融罐的进出管道设有流量计和调节阀，流量计和调节阀与中控系统连接；在喷射加热器的加热管道安装温度传感器、压力传感器和蒸汽调节阀，温度传感器、压力传感器和蒸汽调节阀与中控系统连接；所述物料预融罐、层流反应罐、闪蒸罐和焦化配料罐和成品罐中设有PH检测仪，pH检测仪与中控系统连接；所述的中控系统包括PLC控制器和终端计算机。
上述流量计、调节阀、温度传感器、压力传感器和蒸汽调节阀分别连接到PLC控制器上再与终端计算机连接。
PH检测仪与PLC控制器连接后与终端计算机连接，PH检测仪将数据发送到PLC控制器，PLC控制器将数据信息显示在终端计算机上。
所述物料预融罐、喷射加热器、层流反应罐、闪蒸罐和焦化配料罐和成品罐的进出料管道安装有调节阀，调节阀与中控系统连接。
该系统的控制过程如下：
（1）将原料从原料罐压入物料预融罐，中控系统根据pH检测仪传送的信号，控制辅料罐的调节阀加入硫酸和水，调节物料预融罐中的物料pH至3.0～3.5，得到物料A，中控系统根据温度传感器和压力传感器传送的信号，打开蒸汽调节阀，调节喷射加热器加热物料A至105℃，再将物料压入层流反应罐，经过层流保温90分钟后得到物料B；
（2）达到预定时间后，中控系统打开层流反应罐出口管道的调节阀，将物料B压入板框中转罐，加入浓碱调节pH至5.0～6.0，经过PH检测仪检测达到指标后，中控系统打开板框中转罐出料管道调节阀，将物料压入板框压滤机进行板框过滤，沉淀杂质，静置180分钟后，再将物料压入蒸发中转罐，经过蒸发浓缩后进入浓缩中转罐，将物料浓缩至波美38°Be得到物料C，
（3）将物料C压入焦化配料罐，同时在焦化配料罐中加入液碱、水和焦亚硫酸钠调节pH至4.0～4.5，进行焦化反应，经过PH检测仪检测达到指标后，中控系统打开焦化配料罐出料管道调节阀，将物料压入成品罐，同时加入液碱调节pH至5.5±0.3后得到成品焦糖色素。
所述的焦化反应过程中，焦化配料罐的温度为120℃，压力P≤0.3KPa。
所述的物料预融罐，其温度通过调节蒸汽与物料的混合比例进行调节。
所述的蒸发中转罐在浓缩蒸发时，要先将真空度抽到-0.08MPa，让水的沸点低于80℃进入蒸发中转罐，再进行分离浓缩。
所述的终端计算机采用windows7或windows8操作系统；硬件构架可采用32位或64位存贮服务器， 4核高性能CPU，4G-8G内存DDR3或以上，硬盘：SAS/HS 250G或以上空闲空间，网络：100M或以上带宽，设独立IP专线，防火墙提供128位强加密。
本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：
1、本发明的方案，采用全自动化控制系统，整个生产操作控制在中心控制室中完成，避免人员操作误差，尽可能降低人为因素造成的操作事故；
2、温度、催化剂添加量和反应时间对焦糖色率和红色素指数都有显著的影响，反应温度越高，焦糖色率越高，但红色素指数越低，耐盐性越差，因此，需要严格控制反应温度，本发明的方案，中控系统根据温度传感器和压力传感器传送的信号对物料进行实时的监控，得到焦糖色素的色率、色调、黄色指数均符合标准；
3、减少升温时间，采用大反应釜进行加热，整体物料要升温到要求温度需要不断搅拌混合，受热物料受到盘管总面积影响，本发明的方案采用喷射加热，利用热蒸汽与物料按比例直接高速喷射混匀后进入层流罐体加热，确保所有物料都是受热，并且能在瞬间升温达到预定温度；
4、实现单品生产多种规格产品的目的：焦化反应主要是靠物料在特定温度（120℃~140℃）保温时间进行控制产品的规格，而层流罐保温加热保温主要是靠物料在层流罐中的流动个数和流量来确保保温时间，如果需要生产不同型号的产品，只需在特定某个层流罐底部进行测量，达到要求规格后就可以放出做成成品。
附图说明：
图1是本发明的工艺设备示意图；
图2是本发明控制工艺流程图；
图1中的序号和部件名称：
①物料预融罐、②喷射加热器、③层流反应罐、④闪蒸罐、⑤焦化调配罐、⑥辅料罐。
具体实施方式
一种生产焦糖色素过程的自动化控制系统，是在生产过程中根据工艺条件生产焦糖色素的设备进行自动化控制，所述对生产焦糖色素的设备包括辅料罐、物料预融罐、喷射加热器、层流反应罐、闪蒸罐和焦化配料罐和成品罐，并依次用管道连接，其中闪蒸罐包括板框中转罐、蒸发中转罐和浓缩中转罐，在中心控制室设置中控系统，在物料预融罐的进出管道设有流量计和调节阀，流量计和调节阀与中控系统连接；在喷射加热器的加热管道安装温度传感器、压力传感器和蒸汽调节阀，温度传感器、压力传感器和蒸汽调节阀与中控系统连接；所述物料预融罐、层流反应罐、闪蒸罐和焦化配料罐和成品罐中设有PH检测仪，pH检测仪与中控系统连接；所述的中控系统包括PLC控制器和终端计算机。
上述流量计、调节阀、温度传感器、压力传感器和蒸汽调节阀分别连接到PLC控制器上再与终端计算机连接。
PH检测仪与PLC控制器连接后与终端计算机连接，PH检测仪将数据发送到PLC控制器，PLC控制器将数据信息显示在终端计算机上。
所述物料预融罐、喷射加热器、层流反应罐、闪蒸罐和焦化配料罐和成品罐的进出料管道安装有调节阀，调节阀与中控系统连接。
该系统的控制过程如下：
（1）将原料从原料罐压入物料预融罐，中控系统根据pH检测仪传送的信号，控制辅料罐的调节阀加入硫酸和水，调节物料预融罐中的物料pH至3.0～3.5，得到物料A，中控系统根据温度传感器和压力传感器传送的信号，打开蒸汽调节阀，调节喷射加热器加热物料A至105℃，再将物料压入层流反应罐，经过层流保温90分钟后得到物料B；
（2）达到预定时间后，中控系统打开层流反应罐出口管道的调节阀，将物料B压入板框中转罐，加入浓碱调节pH至5.0～6.0，经过PH检测仪检测达到指标后，中控系统打开板框中转罐出料管道调节阀，将物料压入板框压滤机进行板框过滤，沉淀杂质，静置180分钟后，再将物料压入蒸发中转罐，经过蒸发浓缩后进入浓缩中转罐，将物料浓缩至波美38°Be得到物料C，
（3）将物料C压入焦化配料罐，同时在焦化配料罐中加入液碱、水和焦亚硫酸钠调节pH至4.0～4.5，进行焦化反应，经过PH检测仪检测达到指标后，中控系统打开焦化配料罐出料管道调节阀，将物料压入成品罐，同时加入液碱调节pH至5.5±0.3后得到成品焦糖色素。
所述的焦化反应过程中，焦化配料罐的温度为120℃，压力P≤0.3KPa。
所述的物料预融罐，其温度通过调节蒸汽与物料的混合比例进行调节。
所述的蒸发中转罐在浓缩蒸发时，要先将真空度抽到-0.08MPa，让水的沸点低于80℃进入蒸发中转罐，再进行分离浓缩。
所述的终端计算机采用windows7或windows8操作系统；硬件构架可采用32位或64位存贮服务器， 4核高性能CPU，4G-8G内存DDR3或以上，硬盘：SAS/HS 250G或以上空闲空间，网络：100M或以上带宽，设独立IP专线，防火墙提供128位强加密。
Claims (6)
1.一种生产焦糖色素过程的自动化控制系统，是在生产过程中根据工艺条件生产焦糖色素的设备进行自动化控制，所述对生产焦糖色素的设备包括辅料罐、物料预融罐、喷射加热器、层流反应罐、闪蒸罐和焦化配料罐和成品罐，并依次用管道连接，其中闪蒸罐包括板框中转罐、蒸发中转罐和浓缩中转罐，其特征在于：在中心控制室设置中控系统，在物料预融罐的进出管道设有流量计和调节阀，流量计和调节阀与中控系统连接；在喷射加热器的加热管道安装温度传感器、压力传感器和蒸汽调节阀，温度传感器、压力传感器和蒸汽调节阀与中控系统连接；所述物料预融罐、层流反应罐、闪蒸罐和焦化配料罐和成品罐中设有pH检测仪，pH检测仪与中控系统连接；所述的中控系统包括PLC控制器和终端计算机；
该系统的控制过程如下：
（1）将原料从原料罐压入物料预融罐，中控系统根据pH检测仪传送的信号，控制辅料罐的调节阀加入硫酸和水，调节物料预融罐中的物料pH至3.0～3.5，得到物料A，中控系统根据温度传感器和压力传感器传送的信号，打开蒸汽调节阀，调节喷射加热器加热物料A至105℃，再将物料压入层流反应罐，经过层流保温90分钟后得到物料B；
（2）达到预定时间后，中控系统打开层流反应罐出口管道的调节阀，将物料B压入板框中转罐，加入浓碱调节pH至5.0～6.0，经过pH检测仪检测达到指标后，中控系统打开板框中转罐出料管道调节阀，将物料压入板框压滤机进行板框过滤，沉淀杂质，静置180分钟后，再将物料压入蒸发中转罐，经过蒸发浓缩后进入浓缩中转罐，将物料浓缩至波美38°Be得到物料C，
（3）将物料C压入焦化配料罐，同时在焦化配料罐中加入液碱、水和焦亚硫酸钠调节pH至4.0～4.5，进行焦化反应，经过pH检测仪检测达到指标后，中控系统打开焦化配料罐出料管道调节阀，将物料压入成品罐，同时加入液碱调节pH至5.5±0.3后得到成品焦糖色素。
2.根据权利要求1所述的生产焦糖色素过程的自动化控制系统，其特征在于：所述物料预融罐、喷射加热器、层流反应罐、闪蒸罐和焦化配料罐和成品罐的进出料管道安装有调节阀，调节阀与中控系统连接。
3.根据权利要求1所述的生产焦糖色素过程的自动化控制系统，其特征在于：所述的焦化反应过程中，焦化配料罐的温度为120℃，压力P≤0.3kPa。
4.根据权利要求1所述的生产焦糖色素过程的自动化控制系统，其特征在于：所述的物料预融罐，其温度通过调节蒸汽与物料的混合比例进行调节。
5.根据权利要求1所述的生产焦糖色素过程的自动化控制系统，其特征在于：所述的蒸发中转罐在浓缩蒸发时，要先将真空度抽到-0.08MPa，让水的沸点低于80℃进入蒸发中转罐，再进行分离浓缩。
6.根据权利要求1所述的生产焦糖色素过程的自动化控制系统，其特征在于：所述的终端计算机采用windows7或windows8操作系统；硬件构架可采用32位或64位存贮服务器，4核高性能CPU，4G-8G内存DDR3或以上，硬盘：SAS/HS250G或以上空闲空间，网络：100M或以上带宽，设独立IP专线，防火墙提供128位强加密。
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