CN105431732A - 用于在食物加工期间检测水/产品界面的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于制造食物产品的系统和方法。在一个概括实施例中，用于制造食物产品的系统包括至少一个热交换器、至少一个食物产品储罐、位于食物产品储罐下游的用于食物产品流动的至少一个管道、以及与管道的外部联接的流量检测装置。该流量检测装置包括处理器和存储指令的计算机可读介质，所述指令在被执行时致使处理器执行对通过管道的食物产品的流量的扩展频谱分析。还提供了用于制造食物产品的方法。

Description

用于在食物加工期间检测水/产品界面的系统和方法
技术领域
本发明总的涉及食品技术。更具体地，本发明涉及用于在食物产品的无菌加工期间检测在从再循环的水向食物产品的过渡期间出现的水与产品界面的系统和方法。
背景技术
无菌地加工食物产品的方法是众所周知的。然而，这些方法不可能始终提供制造效率和/或得到的产品品质的最佳结果。例如，在无菌加工期间，食物产品典型地由水加热，水由蒸汽加热。然而，在食物产品的加工之前，系统被化学地清洁并用水冲洗。水然后再循环通过系统以维持系统的无菌。当将食物产品导入系统内的时机合适时，产品储罐阀打开并且初始的水/食物产品界面开始行进通过系统。或者，当停止系统中的食物产品的流动的时机合适时，产品储罐阀关闭并且水再次开始再循环通过系统。在任意情形中，重要的是检测水/产品或产品/水界面的位置以避免工艺低效，例如像在采取保守的食物产品包装方法时发生的产品的不必要的损失。在这方面，工厂可采取保守方法来估测水/产品界面的时机以确保不会将稀释的产品包装销售给消费者。
因此，存在对能够精确地检测在食物产品的无菌加工期间出现的水/食物产品界面的制造工艺的需求。
发明内容
在本发明中，提供了用于制造无菌食物产品的系统和方法。在一实施例中，提供了用于制造食物产品的系统，所述系统包括至少一个热交换器、至少一个食物产品储罐、位于所述食物产品储罐下游的用于所述食物产品的流动的至少一个管道、以及与所述管道的外部联接的流量检测装置。所述流量检测装置包括处理器和存储指令的计算机可读介质，所述指令在被执行时致使所述处理器执行对通过所述管道的所述食物产品的流量的扩展频谱分析。
在一实施例中，所述系统是无菌制造系统。
在一实施例中，所述流量检测装置是超声波流量检测装置。
在一实施例中，所述管道是导管(tubing)。所述管道可由选自由铸铁、低碳钢、刚性塑料、不锈钢或其组合组成的群组的材料制成。在一实施例中，所述管道由不锈钢制成。所述管道能将所述食物产品储罐与所述热交换器连接。
在一实施例中，所述系统包括用于所述食物产品的流动的至少一个附加管道。所述附加管道中的至少一个管道可具有流量检测装置。或者，所述附加管道中的每个管道都可具有流量检测装置。
在一实施例中，所述指令被编程为致使计算机处理器将来自所述流量检测装置的超声波束传输通过所述管道，其中所述束(i)由所述管道的壁折射和/或(ii)由所述食物产品中的颗粒反射并由所述流量检测装置接收。
在一实施例中，所述指令被编程为致使所述计算机处理器分析所折射和/或反射的束以确定所述食物产品的浓度。
在一实施例中，所述指令被编程为致使所述计算机处理器检测从所述食物产品的低颗粒浓度到所述食物产品的高颗粒浓度的变化。
在另一实施例中，提供了用于制造食物产品的系统，所述系统包括至少一个热交换器、至少一个食物产品储罐、至少将所述食物产品储罐与所述热交换器连接的导管、具有计算机处理器的计算机、以及计算机可读介质，所述计算机可读介质可由所述计算机访问并且其中包含软件程序，所述软件程序被编程为致使所述计算机处理器在所述食物产品流经所述导管时检测从所述食物产品的低颗粒浓度到所述食物产品的高颗粒浓度的变化。
在一实施例中，所述计算机是流量检测装置。
在一实施例中，该系统是无菌制造系统。
在一实施例中，所述计算机是超声波流量检测装置。
在一实施例中，所述计算机构造和设置为执行扩展频谱分析。
在一实施例中，所述导管由选自由铸铁、低碳钢、刚性塑料、不锈钢或其组合组成的群组的材料制成。在一实施例中，所述导管由不锈钢制成。
在一实施例中，所述系统包括用于所述食物产品的流动的附加导管。所述附加导管的至少一部分可具有流量检测装置。或者，所述附加导管全都可以具有流量检测装置。
在一实施例中，所述指令被编程为致使所述计算机处理器将来自所述流量检测装置的超声波束传输通过所述导管，其中所述束(i)由所述导管的壁折射和/或(ii)由所述食物产品中的颗粒反射并由所述计算机接收。
在一实施例中，所述指令被编程为致使所述计算机处理器分析所折射和/或反射的束以确定所述食物产品的浓度。
在又一实施例中，提供了用于制造食物产品的方法，所述方法包括提供食物加工系统，所述食物加工系统具有至少一个热交换器、至少一个食物产品储罐、位于所述食物产品储罐下游的用于所述食物产品的流动的至少一个管道、以及与所述管道的外部联接的流量检测装置。所述流量检测装置具有处理器和存储指令的计算机可读介质，所述指令在被执行时致使所述处理器执行对通过所述管道的所述食物产品的流量的扩展频谱分析。所述方法还包括启动所述食物产品通过所述管道的流动。
在一实施例中，所述系统是无菌制造系统。
在一实施例中，所述流量检测装置是超声波流量检测装置。
在一实施例中，所述管道是导管。所述管道可由选自由铸铁、低碳钢、刚性塑料、不锈钢或其组合组成的群组的材料制成。在一实施例中，所述管道由不锈钢制成。
在一实施例中，所述管道将所述食物产品储罐与所述热交换器连接。
在一实施例中，所述系统包括用于所述食物产品的流动的至少一个附加管道。所述附加管道中的至少一个管道可具有流量检测装置。或者，所述附加管道中的每个管道都可具有流量检测装置。
在一实施例中，所述指令被编程为致使所述计算机处理器将来自所述流量检测装置的超声波束传输通过所述管道，其中所述束(i)由所述管道的壁折射和/或(ii)由所述食物产品中的颗粒反射并由所述流量检测装置接收。
在一实施例中，所述指令被编程为致使所述计算机处理器分析所折射和/或反射的束以确定所述食物产品的浓度。
在一实施例中，所述指令被编程为致使所述计算机处理器检测从所述食物产品的低颗粒浓度到所述食物产品的高颗粒浓度的变化。
在另一实施例中，提供了用于制造食物产品的方法，所述方法包括提供食物加工系统，所述食物加工系统具有至少一个热交换器、至少一个食物产品储罐、至少将所述食物产品储罐与所述热交换器连接的导管、具有计算机处理器的计算机、以及计算机可读介质，所述计算机可读介质可由所述计算机访问并且其中包含软件程序，所述软件程序被编程为致使所述计算机处理器在所述食物产品流经所述导管时检测从所述食物产品的低颗粒浓度到所述食物产品的高颗粒浓度的变化。所述方法还包括启动所述食物产品通过所述导管的流动。
在一实施例中，所述计算机是流量检测装置。
在一实施例中，所述系统是无菌制造系统。
在一实施例中，所述计算机是超声波流量检测装置。所述超声波流量检测装置可构造和设置为执行扩展频谱分析。
在一实施例中，所述导管由选自由铸铁、低碳钢、刚性塑料、不锈钢或其组合组成的群组的材料制成。在一实施例中，所述导管由不锈钢制成。
在一实施例中，所述系统还包括将所述热交换器与所述无菌制造系统中的其它装置连接的附加导管。所述其它装置选自由储罐、阀、交换器或其组合组成的群组。所述附加导管可具有至少一个计算机。
在一实施例中，所述指令被编程为致使所述计算机处理器将来自所述计算机的超声波束传输通过所述导管，其中所述束(i)由所述导管的壁折射和/或(ii)由所述食物产品中的颗粒反射并由所述计算机接收。
在一实施例中，所述指令被编程为致使所述计算机处理器分析所折射和/或反射的束以确定所述食物产品的浓度。
在另一实施例中，提供了用于检测水/食物产品界面的方法。所述方法包括提供食物加工系统，所述食物加工系统具有至少一个热交换器、至少一个食物产品储罐、至少将所述食物产品储罐与所述热交换器连接的导管、具有计算机处理器的计算机、以及计算机可读介质，所述计算机可读介质可由所述计算机访问并且其中包含软件程序，所述软件程序被编程为致使所述计算机处理器在所述食物产品流经所述导管时检测从所述食物产品的低颗粒浓度到所述食物产品的高颗粒浓度的变化。所述方法还包括启动所述食物产品通过所述导管的流动以及执行所述软件程序。
在一实施例中，所述计算机是流量检测装置。
在一实施例中，所述系统是无菌制造系统。
在一实施例中，所述计算机是超声波流量检测装置。所述计算机可构造和设置为执行扩展频谱分析。
在一实施例中，所述导管由选自由铸铁、低碳钢、刚性塑料、不锈钢或其组合组成的群组的材料制成。在一实施例中，所述导管由不锈钢制成。
在一实施例中，所述系统包括将所述热交换器与所述无菌制造系统中的其它装置连接的附加导管。所述其它装置选自由储罐、阀、交换器或其组合组成的群组。所述附加导管可具有至少一个流量检测装置。
在一实施例中，所述指令被编程为致使所述计算机处理器将来自所述计算机的超声波束传输通过所述导管，其中所述束(i)由所述导管的壁折射和/或(ii)由所述食物产品中的颗粒反射并由所述计算机接收。
在一实施例中，所述指令被编程为致使所述计算机处理器分析所折射和/或反射的束以确定所述食物产品的浓度。
本发明的一个优点是提供了改进的食物制造工艺。
本发明的另一优点是提供了改进的无菌食物加工工艺。
本发明的又一优点是提供了检测水/食物产品界面的位置的用于制造食物产品的方法。
本发明的再一优点是提供了降低包装稀释的食物产品的风险的用于制造食物产品的方法。
本发明的又一优点是提供了用于控制无菌食物产品生产线的方法。
其它特征和优点在文中描述，并且将从以下详细描述和附图中显而易见。
附图说明
图1示出根据本发明一实施例的食物制造工艺的示意性图示。
具体实施方式
如本文和所附权利要求书中所用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数个指代物，除非上下文清楚地另外指出。
如文中所用的，“约”应理解为是指一个数值范围内的数量。此外，文中的所有数值范围应当理解为包含该范围内的所有整数、全部或部分。
如本文中所用的，“再循环水”应理解为是指在热交换器的将在食物产品的加工期间容纳食物产品的部分中再循环的水。技术人员将理解，在食物产品的加工之前，该系统被化学地清洁并用水冲洗并且水然后再循环通过系统以保持系统无菌。当将食物产品导入系统内的时机合适时，产品储罐阀打开并且初始的再循环水/食物产品界面开始行进通过系统，由此排出再循环水。
如本文中所用的，“扩展频谱分析”是可用于流量监控的技术，该技术包括使用由管道壁折射并且还由悬浮在流动介质(例如，食物产品)中的颗粒反射的宽超声波束。更具体地，宽超声波束从流量计的切向安装的输出陶瓷(outputceramic)以与通过管道的液流成约90°的角度被传输通过管道壁。该束然后以与液流的轴线相交的角度被折射，并且随后在所有方向上并在宽频率范围内从流动介质中的任何颗粒、泡沫等被反射。多次反射由流量计中存在的第二接收陶瓷接收。可利用特定数字信号处理平台(例如，软件)分析返回的信号以导出所需的流量信息。
无菌地加工食物产品的方法是众所周知的。然而，这些方法不可能始终提供制造效率和/或得到的产品品质的最佳结果。例如，在无菌加工期间，食物产品典型地由水加热，水由蒸汽加热。然而，在食物产品的加工之前，系统被化学地清洁并用水冲洗。水然后再循环通过系统以保持系统无菌。当将食物产品导入系统内的时机合适时，产品储罐阀打开并且初始的水/食物产品界面开始行进通过系统。或者，当停止食物产品在系统中的流动的时机合适时，产品储罐阀关闭并且水再次开始再循环通过系统。在任意情形中，重要的是检测水/产品或产品/水界面的位置以避免工艺低效，例如像在采取保守的食物产品包装方法时发生的产品和/或能量的不必要的损失。在这方面，工厂可采取保守方法来估测水/产品界面的时机以确保不会将稀释的产品包装销售给消费者。
用于检测水/产品界面的当前方法使用已知的仪器，诸如光学、密度或粘度测量，这要求检测器与产品直接接触。这不仅带来系统构建的问题，而且带来无菌加工系统的无菌问题。
检测水/产品界面的另一选择包括超声波检测器，例如超声波流量计。然而，常规超声波装置不会利用无菌加工中通常使用的卫生的不锈钢导管可靠地工作。在这方面，不锈钢导管在使用期间可能会振动，这导致显著干扰常规超声波流量计/检测器的信号。
因此，本发明的系统和方法采用特别地配置成在无菌制造环境中操作的流量检测装置。更具体地，本发明的流量检测装置采用能够克服上述安装问题的新的信号处理算法。该处理算法是通过检测液体中的固体颗粒的尺寸/规模和浓度来工作的扩展频谱分析。相应地，利用执行扩展频谱分析的指令来编程的流量检测装置能够利用从水(具有极低的颗粒浓度)到产品(具有相对高的颗粒浓度)的信号品质的变化来检测水/产品界面的通过。
如图1所示，示出了无菌食物制造工艺10的示意性图示，无菌食物制造工艺10包括但不限于：水储罐12、食物产品储罐14、阀16、热交换器18和连接工艺的元件的管道20。管道20可以是不锈钢管道。然而，技术人员将了解，所述管道也可由诸如铸铁、低碳钢、刚性塑料等的材料制成。技术人员还将了解，生产线不必局限于图示的设备并且可包括例如其它储罐、阀、管道、热交换器、泵、保持储罐、冷却器、缓冲槽、排放管、包装设备等。例如，如图1所示，工艺10还可包括泵24、保持储罐26、冷却器28、无菌缓冲槽30、排放管32、包装设备34和附加阀36、38。
如图1中还示出的，流量检测装置22可位于生产线中存在的任意导管20的外部部分上。在这方面，单个生产线可具有沿工艺中的管道的任意部分定位的一个流量检测装置或多个流量检测装置。设置多个检测装置允许生产操作人员在沿生产线的任意位置检测水/产品或产品/水界面的位置。这种增加的检测能力将大幅减少当前在无菌工艺生产线中可见的被浪费的能量或产品的量。技术人员将了解，流量检测装置22不必需位于图示的在工艺中的位置，而是可沿工艺中的管道20的任意部分定位。
因此，本发明的工艺和方法有利地减少了在已知的无菌制造工艺中可见的被浪费的食物和/或能量的量。此外，本发明的系统和方法提供了通过使用外部安装的流量检测装置降低污染风险和容易构建生产线的优点。
虽然将本发明描述为用于例如通过由加热介质加热的热交换器进行的无菌食物产品的制造，但技术人员将了解，当前公开的方法和工艺不限于无菌食物产品的制造。此外，尽管本文包含对食物产品的加工的说明，但技术人员将了解，可根据本文中公开的系统和方法加工具有大于水的颗粒浓度的任意产品。
此外，尽管在本文中不同地方使用了用语“流量计”和“流量检测装置”，但技术人员将了解，所述装置也可称为被特别地编程以检测流量/流率的计算机。相应地，用语“流量计”、“流量检测装置”和“计算机”在本说明书中可互换使用。
在本发明一实施例中，提供了用于制造食物产品的方法，所述方法包括提供食物加工系统，所述食物加工系统具有至少一个热交换器、至少一个食物产品储罐、位于所述食物产品储罐下游的用于所述食物产品的流动的至少一个管道、以及与所述管道的外部联接的流量检测装置。所述流量检测装置具有处理器和存储指令的计算机可读介质，所述指令在被执行时致使所述处理器执行对通过所述管道的所述食物产品的流量的扩展频谱分析。所述方法还包括启动所述食物产品通过所述管道的流动。
在又一实施例中，提供了用于制造食物产品的方法，所述方法包括提供食物加工系统，所述食物加工系统具有至少一个热交换器、至少一个食物产品储罐、至少将所述食物产品储罐与所述热交换器连接的导管、具有计算机处理器的计算机、以及计算机可读介质，所述计算机可读介质可由所述计算机访问并且其中包含软件程序，所述软件程序被编程为致使所述计算机处理器在所述食物产品流经所述导管时检测从所述食物产品的低颗粒浓度到所述食物产品的高颗粒浓度的变化。所述方法还包括启动所述食物产品通过所述导管的流动。
在另一实施例中，提供了用于检测水/食物产品界面的方法。所述方法包括提供食物加工系统，所述食物加工系统具有至少一个热交换器、至少一个食物产品储罐、至少将所述食物产品储罐与所述热交换器连接的导管、具有计算机处理器的计算机、以及计算机可读介质，所述计算机可读介质可由所述计算机访问并且其中包含软件程序，所述软件程序被编程为致使所述计算机处理器在所述食物产品流经所述导管时检测从所述食物产品的低颗粒浓度到所述食物产品的高颗粒浓度的变化。所述方法还包括启动所述食物产品通过所述导管的流动以及执行所述软件程序。
应当理解的是，对本文中描述的目前优选实施例的各种改变和修改对本领域技术人员来说将是显而易见的。可以作出这些改变和修改而不脱离本发明主题的精神和范围并且不削弱其伴随的优点。因此，这些改变和修改旨在由所附权利要求涵盖。

Claims (20)

1.一种用于制造食物产品的系统，所述系统包括：
至少一个热交换器；
至少一个食物产品储罐；
位于所述食物产品储罐下游的用于所述食物产品流动的至少一个管道，其中所述管道将所述食物产品储罐与所述热交换器连接；和
与所述管道的外部联接的流量检测装置，所述流量检测装置包括处理器和存储指令的计算机可读介质，所述指令在被执行时致使所述处理器执行对通过所述管道的所述食物产品的流量的扩展频谱分析。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统是无菌制造系统。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述流量检测装置是超声波流量检测装置。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，还包括用于所述食物产品流动的至少一个附加管道。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述附加管道中的至少一个包括流量检测装置。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其中，所述指令被编程为致使所述处理器将来自所述流量检测装置的超声波束传输通过所述管道，其中所述束(i)由所述管道的壁折射和/或(ii)由所述食物产品中的颗粒反射并由所述流量检测装置接收。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述指令被编程为致使所述处理器分析所折射和/或反射的束以确定所述食物产品的浓度。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其中，所述指令被编程为致使所述处理器检测从所述食物产品的低颗粒浓度到所述食物产品的高颗粒浓度的变化。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的系统，还包括：
具有计算机处理器的计算机；和
计算机可读介质，所述计算机可读介质能由所述计算机访问并且其中包含软件程序，所述软件程序被编程为致使所述计算机处理器在所述食物产品流经流动路径时检测从所述食物产品的低颗粒浓度到所述食物产品的高颗粒浓度的变化。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，还包括连接无菌制造系统中的其它装置的附加流动路径，其中所述其它装置选自包含储罐、阀、交换器及其组合的群组。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的系统，其中，所述指令被编程为致使启动所述食物产品通过所述管道的流动。
12.一种用于检测水/食物产品界面的方法，所述方法包括：
提供食物制造系统，所述食物制造系统包括：
至少一个热交换器，
至少一个食物产品储罐，
至少将所述食物产品储罐与所述热交换器连接的导管；
具有计算机处理器的计算机，和
计算机可读介质，所述计算机可读介质能由所述计算机访问并且其中包含软件程序，所述软件程序被编程为致使所述计算机处理器在所述食物产品流经所述导管时检测从所述食物产品的低颗粒浓度到所述食物产品的高颗粒浓度的变化。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述食物制造系统选自包含根据权利要求1至权利要求11所述的系统的群组。
14.根据权利要求12-13中任一项所述的方法，还包括启动所述食物产品通过所述导管的流动的步骤。
15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，还包括执行所述软件程序的步骤。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法，其中，所述系统是无菌制造系统。
17.根据权利要求12-16中任一项所述的方法，其中，所述软件程序被编程为致使所述计算机处理器将来自所述流量检测装置的超声波束传输通过所述导管，其中所述束(i)由所述导管的壁折射和/或(ii)由所述食物产品中的颗粒反射并由所述流量检测装置接收。
18.根据权利要求12-17中任一项所述的方法，还包括将所述热交换器与所述无菌制造系统中的其它装置连接的附加导管，其中，所述其它装置选自包含储罐、阀、交换器及其组合的群组，并且所述软件程序被编程为致使所述计算机处理器将来自所述流量检测装置的超声波束传输通过所述附加导管中的至少一个，其中所述束(i)由所述管道的壁折射和/或(ii)由所述食物产品中的颗粒反射并由所述流量检测装置接收。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述软件程序被编程为致使所述计算机处理器分析所折射和/或反射的束以确定所述食物产品的浓度。
20.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述超声波流量检测装置构造和设置为执行扩展频谱分析。
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