FI86023B - Foerfarande foer vaermestabilisering. - Google Patents

Description

1 86023 Lämpöstabilointimenetelmä Tämä keksintö koskee menetelmää mikroaaltoenergian käyttämiseksi jatkuvassa prosessissa tuotteiden lämmön stabiloimiseksi ja sellaisten käsittelyolojen synnyttämiseksi, mitkä takaavat lopullisen laadun, mikä on lähellä tuoreiden ja käsittelemättömien tuotteiden laatua, sekä myös tuotteisiin, mitkä eivät ole kovin kestäviä käsittelyn suhteen ja mitkä kokemuksesta ovat vaikeita valmistettavia.

Kiinnostuksen alaisia tuotteita ovat ensisijaisesti ruokatuotteet, esimerkiksi liha, kala, hedelmät ja vihannekset sekä myös lääkeyhdisteet, kuten ravinnon dispersiot.

On tunnettua käyttää mikroaaltoenergiaa lämpöstabi-.· . lointiin jatkuvissa prosesseissa.

. . USA:n patentti n:o 3 809 845 ( Stenström ) kuvaa alan tilaa, mistä tämä keksintö lähtee liikkeelle.

Toisen USA:n patentin n:o 3 263 052 ( Jeppson ) sisältö kuvaa ajatusta käyttää keskinäisesti eri tehotasoja pitkin kuljetintunnelia jatkuvassa prosessissa. Tässä yhteydessä ajatuksena on käyttää energian maksimia ensimmäisessä vaiheessa ja sen jälkeen pienentää energian syöttöä tuotteen sisältämän veden vähentyes-sä.

Koska tämän keksinnön pääajatuksena on käyttää proses-____: seja lämpöstabilointiin, mitkä sallivat steriloimisen 2 86023 ja pastöroimisen, ensin mainittu patentti sisältää olennaisessa määrin myös tässä yhteydessä olevan ongelman, kun taas jälkimmäisellä patentilla on vähemmän asiaankuuluvuutta, koska se koskee kuivausproses-seja ja sillä on täysin eri edellytykset.

Tarkoitetulla lämpöstabiloinnilla on tarkoituksenaan inaktivoida entsyymit ja mikro-organismit huonontamatta laatua, esimerkiksi ruoka-aineiden makua. Pitkään on ollut tunnettua, että sellainen stabilointi pitäisi suorittaa hyvin lyhyessä ajassa päämäärän toteuttamiseksi. Erityisesti kiinteälle ja jähmeälle ruoalle mikroaallot ovat ainoa keino riittävän nopeaan kuumentamiseen. Kuitenkaan mikroaallot eivät kuumenna yleensä ruoka-aineita tai vastaavia tuotteita kovinkaan tasaisesti - ei ole epätavallista, että kuumennetun tuotteen osalle on synnytetty kolme kertaa korkeampi lämpötila kuin muulle osalle. Kuitenkin tämä voidaan harvoin hyväksyä, koska tuotteen laatu huononee nopeasti lämpötilan ollessa liian suuri. Pakattaessa tuotteita muoveihin on lisäksi lämpötilaraja, minkä yläpuolella pakkausmateriaali sulaa, reagoi pakatun tuotteen kanssa tai vaurioituu jollain muulla tavalla. Suuri askel yhdenmukaista käsittelyä kohti on paljastettu mainitussa USA:n patentissa n:o 3 809 845, missä lämmön stabilointi on toteutettu tuotetta ympäröivällä väliaineella ja missä väliaineen dielektrisyysvakio on likimain samansuuruinen tuotteen vakion kanssa, ja missä ympäröivän väliaineen lämpötilaa säädetään siten, että väliaine jäähdyttää tuotteen pintaa, ettei se saavuttaisi suurempaa lämpötilaa kuin mikä halutaan tuotteen sisälle.

Jotkut tuotteet vaativat enemmän tekniikkaa tuotteen ; lämmön stabiloimiseksi ilman häiriöitä laadussa (haju, 3 86023 maku, koostumus, väri, vitamiinisisältö ym.)· Yksi syy tähän on, että useat parametrit yhdessä tai erikseen aiheuttavat lämpötilan hajaantumisen kuumennettaessa mikroaalloilla.

Sellainen parametri on tuotteen epähomogeenisuus. Esimerkiksi tuote voi koostua useista aineosista, esimerkiksi perunoista,sipulista ja lihasta pienempinä tai suurempina paloina. Mikroaaltojen häviökertoimesta ja dielektrisyysvakiosta johtuen tuotteen eri aineosille aiheutetaan erilainen kuumennus. Eri aineosien jakautuminen ja sijainti tuotteessa ovat myös tärkeitä kuumennukselle.

Tuote voi olla myös tuote,mikä on kerrostettu ainetyy-peistä, joilla on erilaiset häviökertoiroet jne. Sellaisessa tapauksessa kerros, mikä koostuu kahdesta materiaalista A ja B, saattaa antaa suuremman lämpötilan A:ssa kuumennettaessa mikroaalloilla määrätyllä kerrosten suuntauksella ja B:ssä toisella kerrosten suuntauksella. Pala kylkilihaa voi edustaa kerrostet-: : tua tuotetta. Toinen tekijä, minkä vaikutus on lämmön ·:·: jakautuminen, on vesikynnysten olemassaolo mikroaal- ... tokentässä tuotteen sisällä.

Edelleen voidaan havaita tuotteen reunojen liikakuu-menemispyrkimyksiä, jos tuotteen dielektrisyysvakio eroaa liikaa ympäröivän väliaineen vakiosta.

Neljäs tekijä, mikä saattaa tuottaa kylmempiä ja kuumempia kerroksia tuotteen sisällä, on se seikka, että mikroaallot vaimenevat edetessään tuotteen sisäl-lä, mutta kumoavat vastatoimena sellaisen vaimenemisen / . vaikutukset kompensoidun kuumenemisen ja jäähtymisen '· ’· muodossa sopivien välineiden avulla niiden ollessa 4 86023 kosketuksessa tuotteen ulkopuoleen, esimerkiksi USA:n patentin n:o 3 809 845 mukaisesti.

Edelleen erittäin hyvin viritetyt mikroaaltojen applikaattorit tuottavat tiettyjä pysyviä katkoksia mik-roaaltokenttään, mistä seuraa lämpimämpiä ja kylmempiä kanavia tuotteen sisällä, yleensä samansuuntaisia applikaattorit ohittavan kulkusuunnan kanssa.

Lisäksi kukin mainituista lämmön hajaantumista aiheuttavista lähteistä voi toimia yhdessä tai interferoida muiden niistä kanssa päätyen kuumennusprosessiin, mikä voi antaa tuotteelle lämpötilahuippuja sinne tänne ja mikä voi aiheuttaa voimakasta paikallista laadunhuo-nonemista tai aiheuttaa höyryn muodostumista, mikä tarkoittaisi prosessin sabotaasia samanaikaisesti, muissa tuotteen sisäisissä alueissa voisi olla alueita, mitkä olisivat kuumentuneet juuri havaittavasti.

Mainittu lämmönhajaantumisilmiö on suuruudeltaan kohtuullinen materiaalissa, millä on alhainen mikroaaltojen absorptio, esimerkiksi muoveilla, kumilla, leivällä ja kuivilla tuotteilla yleensä, mutta huomattava lääketuotteissa ja suuren vesisisällön omaavilla ruokatuotteilla, kuten liha, kala, vihannekset, marjat, muhennokset ja keitot.

Nyt jatkuvassa mikroaaltoprosessissa, missä jatkuva tuoteyksiköiden virta kulkee mikroaaltoapplikaattorei-den ohi, ongelmana on lisätä sellaisten vettä sisältävien tuotteiden niiden alueiden lämpötilaa, mitkä ovat kaikkein vastahakoisimpia kuumenemaan lyhimmässä mahdollisessa ajassa siten, että haluttu lämpöstabi-lointivaikutus voidaan saavuttaa ilman tuotteen laadun huononemista.

5 86023

Selventämään valtavaa kiinnostusta tuotteiden kuumentamiseen, tietyissä tapauksissa lämpöstabilointiin, mikroaaltoenergiaa käyttämällä voi olla soveliasta viitata seuraaviin julkaisuihin, mitkä kuitenkin välttävät täysin olemasta tekemisissä jatkuvan prosessin tekniikan kanssa mutta voivat silti olla kiinnostavia: USA:n patentti n:o 4 370 535 liittyy talousuuniin, missä on järjestetty magnetroni ruokatavaran sulat-tamiseksi siten, että ulostuloteho vaihtelee tuotteen lämpötilasta riippuen. Sellainen lämpötila mitataan erillisissä mittauspisteissä.

USA:n patentissa n:o 4 506 127, mikä liittyy myös talous-uuniin, ulostulotehoa pienennetään kuumennus-prosessin lopussa.

US 4 508 948 liittyy mikroaaltouuniin, missä on muuttuva ulostuloteho. Käytetään mikrotietokonetta, mikä säätää ulostulotehoa tuotteen painoon ja kokemusper-äisesti vahvistettuihin optimointiparametreihin perus-tuen.

UK 963 473:ssa on vesipuskurijärjestelmä, mikä kompensoi tuotteen vähentyneen vesisisällön tuotteeseen syötettäessä mikroaaltoenergiaa, mitä pidetään vakio-tasolla.

Eurooppalainen patenttihakemus julkaisunumeroltaan 64 082 liittyy mikrotietokoneohjattuun mikroaaltouunijär-jestelmään, missä "luonnollinen sulatus" saavutetaan lyhyen ajanjakson aikana.

a * 6 86023

Ruokatavaroihin liittyviä raikroaa1tohakemuksia voidaan löytää useista japanilaisten patenttihakemusten tiivistelmistä. Esimerkiksi japanilainen patenttihakemus julkaisunumeroltaan 53-77360 liittyy mikroaaltouunin ohjausjärjestelmään, missä uuniin kuumennusta varten laitettujen tuotteiden eri alkuperäislämpötilojen vaikutuksen paljastamiseksi suoritetaan jatkuvaa lämpötilamittausta kuumennuksen katkaisemiseksi halutussa lämpötilatasossa ilman mitään tarvetta lisäai-kaan.

Japanilaisessa julkaisunumero 57-150371:ssä on kuvattu sterilointijärjestelmä ruokatavaraa varten, missä mikroaaltoenergiaa syötetään tuotteeseen, mikä voi olla paineistettuna, sen virratessa putkessa.

Japanilainen julkaisunumero 57-189674 käsittelee retorttitislausta käyttämällä mikroaaltoenergiaa sekä erityistä lujamuotoista suljettua pakkausastiaa.

Japanilainen julkaisunumero 57-202275 liittyy lisäjär-jestelmään paineistetun ruokatavaratuotteen kuumentamiseksi mikroaalloilla.

Japanilaisessa julkaisunumero 58-13372:ssa on kuvattu pakkausjärjestelmä, missä hyväksyttävän dielektrisyys-vakion omaavaa vettä käytetään keskimittana mikroaal-toenergian absorptiolle höyryn muodostuksen estämiseksi suljetussa pakkauksessa.

Japanilainen julkaisunumero 58-23774 liittyy myös höyryn muodostumisesta johtuvan suljetun pakkauksen "räjähdyksen" estämismenetelmään. Jauhetta, millä on korkea dielektrisyysvakio lisätään pitkin sulkevaa aluetta.

v 86023

Sveitsiläisessä patentissa n:o 647 131 on kuvattu menetelmä tuotteen, jossa on eriluonteisia aineosia, käsittelemiseksi. Menetelmä perustuu siihen seikkaan, että kiinteät aineosat erotetaan kelluvista.

Lisäksi eurooppalaisessa patenttihakemuksessa julkai-sunumeroltaan 70 728 on kuvattu monivaiheinen menettely sulattamista varten, missä mikrotietokonetta käytetään ohjaamaan energialähdettä painon suhteen.

Kuten edellä mainittiin, tämän keksinnön perustavoitteena on tarjota menetelmä, mikä on hyödyllinen jatkuvaa prosessia varten ja mikä merkitsee niin lyhyttä kuumennuksen kokonaisaikaa, ettei tuotteen laatu huonone mitä makuun ja muihin ominaispiirteisiin tulee.

Kuumennusaika tulisi minimoida jatkuvan prosessin varaamaan aikaan suhteutettuna ja tietenkin asianmukaisen tuotteen ominaispiirteiden huomioonottamisen suhteen.

Laaja annettu kirjallisuusluettelo ei ratkaise tätä ongelmaa.

Keksintö käyttää siis kuumennusmenetelmää, missä kuumennusta tulisi jatkaa haluttuun lämpötilaan vettä sisältävien mikroaaltoja läpäisevään pakkausmateriaaliin sisällytettyjen ruoka- tai lääketuotteiden stabi-loimiseksi ja mitä tuotteita lämpökäsitellään jatkuvasti kuljettamalla lämpökäsittelykanavan läpi, missä erivahvuuksisia mikroaaltoja käytetään tuotteen kuumennukseen ja missä tuote kulkiessaan mikroaaltokanavan läpi joutuu ensiksi määrätynvahvuuksisen kuumennusvaikutuksen omaavan mikroaaltokentän vaiku- β 86023 tuksen alaiseksi, minkä jälkeen tuote siirretään pois tästä voimakkaasta kentästä ja siirretään pienemmän kuumennusvaikutuksen omaavaan kenttään.

Menetelmä on tunnettavissa siitä, että se mikroaal-toenergia, mikä siirretään tuotteeseen voimakkaan kuumennusvaikutuksen omaavassa kentässä, on valittu siten, että tuotteen nopeasti kuumeneva osa saavuttaa ennalta määrätyn lämpötilan, mikä on suurempi kuin haluttu lämpötila, ja siten, että pienemmän kuumennus-vaikutuksen omaavan kentän teho on valittu siten, että mainittu tuotteen osa pitää mainitun ennalta määrätyn tai juuri sen alla olevan lämpötilan, ja että pienemmän kuumennusvaikutuksen omaavan kentän kuumennukselle annetaan vähintään sellainen kesto, että hitaasti kuumeneva tuotteen osa saavuttaa mainitun halutun lämpötilan.

Käytännön suoritusmuodossa mainittu ennalta määrätty lämpötila valitaan yleensä yhtäsuureksi kuin tuotteen sallittu maksimilämpötila.

Useimmissa tapauksissa haluttu lämpötila valitaan yleensä yhtäsuureksi kuin lämpötila, mikä vaaditaan tuotteen lämpösterilointiin, esimerkiksi sterilointiin tai pastörointiin.

Yhdessä keksinnön suoritusmuodossa mikroaaltoja läpäisevään materiaaliin suljettu tuote ympäröidään nestemäisellä väliaineella, esimerkiksi vedellä, minkä dielektrisyysvakio on samaa suuruusluokkaa kuin tuotteella. Nesteväliaineen lämpötilaa kontrolloidaan siten, että väliaine jäähdyttää tuotteen pintaa ja väliaineen lämpötilan annetaan saavuttaa tuotteelle haluttu lämpötila kuumennuksen lopussa.

9 86023

Tietoa lämmön jakautumisesta tuotteessa, mitä käsitellään jatkuvassa prosessissa, hankitaan yhden keksinnön suoritusmuodon mukaisesti useiden lämpötila-antureiden avulla, jotka on kiinnitetty tuotteeseen kokemusperäisesti löydettyihin soveltuviin sijaintipaikkoihin tuotteen koekappaleissa, minkä avulla jatkuvaa kuumen-nusprosessia voidaan säätää menestyksellisesti ja manuaalisesti keksinnön pääasiallisen perustan mukaisesti .

Tämän keksinnön lisäsuoritusmuodossa saadaan tietoja lämpötilasta mittaamalla ultraäänen nopeutta, mikä mahdollistaa kuumennuskäsittelymenetelmän automatisoinnin.

Vielä yksi tämän keksinnön suoritusmuoto perustuu kuumennuskäsittelymenetelmän suorittamiseen tarpeellisen lämpötilainformaation kokoamiseen myöskin automaattisesti mittaamalla ja tietokoneella käsittelemällä tuotteen pinnalta ja siitä sisäänpäin menevää sähkömagneettista säteilyä tavalla, mikä on tunnettu meteorologian alalla.

Kekseliään ajatuksen valaisemiseksi tullaan nyt teke-.. mään kuvaus viitaten oheisiin piirustuksiin, mihin on valittu ruoan ominainen annossterilointi, millä ruoalla on neutraali pH ja suuri vesisisältö, esimerkiksi tiivistetty vihanneksia sisältävä 1ihamuhennos.

Kuvio 1 esittää lämpötila-aikakaaviota tavanomaiselle mikroaalloilla kuumentavalle prosessille, ja

Kuvio 2 esittää lämpötila-aikakaaviota tämän keksinnön '· · mukaiselle prosessille.

10 86023

Viitenumerolla 10 kuviossa 1 osoitettu käyrän osa kuvaa tuotteen nopeasti kuumentunutta osaa, esimerkiksi sen pintaa. Viitenumero li viittaa sen tuotteen osan lämpötilaan, mikä on hitaasti kuumeneva.

Taso 12 kuvaa sallittua maksimilämpötilaa. Taso 13 kuvaa lämpötilaa, mikä koko tuotteen on saavutettava, tässä tapauksessa sterilointiin vaadittava lämpötila.

Käyrän 10 tangentti origossa, mikä on esitetty katkoviivoilla 14, kuvaa nopeasti kuumentuvan osan mikroaaltokuumennusta, kun taas viitenumerolla 15 osoitettu tangentti kuvaa hitaasti kuumenevan osan vastaavaa parametriä.

Viitenumerolla 16 kuvattu käyrä esittää tuotteen keskilämpötilaa. Syötetty mikroaaltoenergia ajan funktiona on esitetty pulssilla 17.

Lähtötilassa on oletettua, että mikroaalloilla kuumennettavalla tuotteella on tietty tasainen lämpötila (esimerkiksi 60*C).

Kun mikroaaltoenergian syöttö on aloitettu, tuotteen nopeasti kuumentunut osa kohottaa lämpötilaansa käyrän 14 mukaisesti, useita kertoja nopeammin kuin osa 15, mikä on hitaasti kuumeneva. Heti kun mainittujen kahden osan lämpötilat alkavat poiketa toisistaan, lämpöä siirtyy johtumalla ja mahdollisesti konvektiol-la tuotteen sisällä yhdestä tai useammasta kuumasta osasta yhteen tai useampaan kylmään osaan. Siksi nopeasti kuumenevalle osalle saadaan käyrä 10 käyrän 14 sijaan ja kylmemmälle osalle käyrä 11 käyrän 15 sijaan. Mainittujen käyrien välillä on löydettävissä keskilämpötilakäyrä 16. Käyrän 16 kalte- 11 86023 vuus on pohjimmiltaan suoraan yhteydessä mikroaal-toenergian 17 suuruuteen. Kylmemmän osan käyrän 11' saamiseksi saavuttamaan ennalta päätettyä lämpötilaa 13 keskilämpötilan täytyy ohittaa mainittu taso. Tämä tarkoittaa, että on tarpeen tietty mikroaaltopulssin 17 pintasisältö, toisin sanoen on välttämätöntä olla määrätty syötetty energia.

Kun keskilämpötila 16 on ohittanut tason 13, tavanomaisessa prosessissa on yleensä väistämätöntä, että nopeasti kuumenevien osien lämpötila 10, 10' ylittää sallitun tason 12 määrätyn ajanjakson aikana.. Tämä merkitsee mainittujen osien laadun huononemista ja tiettyjä riskejä. Pakkausmateriaali voi vaurioitua, jos huippulämpötilat vaikuttavat siihen. Tuotteeseen voi muodostua höyryä, jos prosessia ei suoriteta ympäristössä, missä on ylimitoitettu ylipaine. Höyry tuhoaa prosessin välittömästi, koska lämmön siirtyminen muuttaa tuotteen ominaisuuksia ja mikroaallot pääsevät valloilleen johtuen geometrisistä muutoksista sen kuormituksessa, toisin sanoen tuotteessa. Tämä, mitä on sanottu on selitys siihen seikkaan, että niin monia häiriöitä on olemassa mikroaalloilla steriloinnin alueella huolimatta siitä tosiasiasta, että siihen on pantu hyvin kallista kehitystyötä.

Ajan t^ kuluttua mikroaaltopulssi 17 päätetään ja lämpötilakäyrät 10 ja 11 alkavat konvergoida. Ajassa t2 kylmemmän osan lämpötilakäyrä 11 leikkaa lämpötila-tason 13, mikä on välttämätön steriloinnille. Tietyn juuri mainitun tason yläpuolella oloajan jälkeen tuote on saavuttanut halutun steriilin tilan. Sitten tuote jäähdytetään ( ajassa t3 ).

♦ * [. · Pieni suurennus tasoon 13 merkitsisi, että haluttu i2 86023 steriili tila saavutettaisiin huomattavasti nopeammin sisältäen paremman tuotteen alkuperäisen laadun ylläpidon. Mutta tasoa 13 ei voida suurentaa, sen sijaan se on paljon liian suuri esimerkissä, ilmeten siinä että nopeasti kuumenevan osan lämpötila kohoaa melkoisen verran sallitun lämpötilan yläpuolelle edellä huomautetuilla seurauksilla.

Itse asiassa tasoa 13 täytyy pienentää voimakkaasti tai mikroaaltoenergiaa 17 jaetaan pääosaltaan kauemmin kuin mitä voidaan hyväksyä tuotteen nopeasti kuumenevalle osalle. Kuitenkin steriilin tilan saavuttamiseksi aikaa kuumennetussa tilassa täytyy lisätä voimakkaasti, mikä johtaa pitkitettyyn koko tuotteen lämpökäsittelyyn ja tämän tuloksena huonompaan laatuun.

Nyt viitaten kuvioon 2 kuvataan tämän keksinnön parannettu prosessi. Viitenumeroilla numeroista 10, 10', 11, 11' jne. numeroihin 16, 16' ja 17 on vastaava merkitys kuin kuviossa 1.

Kaksi tärkeää vaihetta on selvästi osoitettuna uudessa prosessissa. Yksi on se seikka, että mikroaaltopulssin 17 energia on valittu siten, että nopeasti kuumenevan osan lämpötila 10 saavuttaa juuri sallitun lämpötilan 12. Tässä tapauksessa keskilämpötilan 16', energian syötön jälkeen, voidaan antaa pysyä sterilointilämpö-tilan 13 alapuolella, mitä ei sallittu tavanomaisessa prosessissa.

Toinen vaihe merkitsee mikroaaltokuumennusta 18 siten, että tuotteen nopeasti kuumeneva osa ei putoa alle 10':n, mutta pysyy tasossa 12 10'':n mukaisesti. Syy, miksi 10' laskee, on se, että hitaasti kuumenevat tuotteen osat jäähdyttävät nopeasti kuumenevia. Siten “ 86023 on kyseessä mikroaaltoenergian syöttäminen siinä määrin, että nopeammin kuumenevien osien lämpöhäviöt kylmempiin osiin kompensoituvat.

Kuitenkin se, mikä on kiinnostavaa on nostaa niiden tuotteen osien, mitkä kuumenevat hitaasti, lämpötila nopeasti sterilointilämpötilaan. Kuitenkin tämä on tarkalleen se, mitä tapahtuu käytettäessä tämän keksinnön menetelmää. Hitaasti kuumenevia osia nimittäin kuumennetaan kahdella tavalla ja kumpikin on optimissaan. Hitaasti kuumenevia osia kuumennnetaan osittain mikroaalloilla, mitkä ovat verrannollisia mikroaaltojen tehoon 18. Ja sellaista tehoa pidetään niin suurena kuin mahdollista pitäen mielessä seikan, ettei nopeasti kuumeneva tuotteen osa saa saavuttaa sallittua lämpötilaa suurempaa lämpötilaa. Lisäksi hitaasti kuumenevia osia kuumennetaan nopeasti kuumenevista osista tulevalla lämmöllä. Tämä lämmön siirtyminen on sitä tehokkaampaa, mitä suurempi lämpötilaero on. Ja lämpötilaeroa pidetään maksimissaan, jos nopeasti kuumenevaa osaa pidetään korkeimmassa lämpötilassa tämän keksinnön mukaisesti.

. *·. Hitaiden osien kuumennus 11'' tulee olemaan ilmeisesti ‘ niin nopeata kuin mahdollista, koska se on kahden . . kuumennusilmiön summa, joista kumpikin on maksimissaan samanaikaisesti, kumpikin yhden ja saman mittauksen tuloksia. On huomattava, että teho on mikroaaltokuumennuksessa 18 paljon mikroaaltokuumennuksen 17 alapuolella. Eroa kuvataan käyräosien 16'' ja 16 kaarevuuksien erolla. Vertailusta havaitaan, että ajassa on todella voimakas tehon pienennys, perustavaa laatua oleva epäyhtenäisyys.

Missä mikroaaltokuumennus 18 keskeytetään, käyräosat « » a 14 86023 10'', 11'', 16*' yhtyvät uusiksi käyräosiksi ΙΟ·'', 11''', Ιβ''', joista viimeksimainittu on horisontaalinen. Osa 111'1 kasvaa yhä osoittaen, että kuumennus 18 voitaisiin keskeyttää jonkin verran ennemmin kuin 11'' on saavuttanut sterilointitason 13. Tässä tapauksessa käyräosa 11**', lyhyen ajan jälkeen saavuttaa sterilointilämpötilan. Tärkeä piirre on ilmeisesti seikka, että kuumennusta ei keskeytetä aiemmin kuin sallitaan käyräosien 11'' tai ll''· saavuttaa steri-lointilämpötila ilman tarpeetonta viivettä. Erityisesti olisi katastrofi katkaista kuumennus 18 jo siinä ajassa, kun tuotteen 16'' keskilämpötila saavuttaa steilointitason 13. Sellaisessa tapauksessa olisi tarpeellista odottaa pitkään ennenkuin hidas tuotteen osa olisi steriloitunut. On mahdollista jatkaa kuumennusta 18 jonkin verran sen jälkeen, kun käyräosa 11'' on saavuttanut tason 13. Kylmimmällä tuotteen alueella saavutetaan hyvin nopeasti lämpötila, mikä on jonkin verran ennalta päätetyn tason 13 yläpuolella. Tämä merkitsee erityisen nopean steriloinnin mahdollisuutta ( lyhyt odotusaika ), mikä on tavoiteltua useimmille mikroaaltosterilointiin soveltuville tuotteille.

Kuviossa on esitetty tapaus, missä kuumennus 18 on katkaistu juuri käyräosan 11'' saavuttaessa sterilointitason 13. Tämä ei tee mahdottomaksi kuumennuksen 18 katkaisua jonkin verran ennen tämän tapahtumista, siinä tapauksessa, missä käyräosa 11111 on niin kohoava, että sterilointitaso 13 tullaan siitä huolimatta saavuttamaan ilman huomattavaa viivettä.

Mikroaaltokuumennuksen 18 jälkeen, tuote jätetään ilman termistä vaikuttamista tietyn odotusajan ajaksi niin, että haluttu steriiliarvo Fg saavutetaan myös niissä osissa, joilla on alhaisin lämpötila.

15 86023 Tämä on tapahtunut ajassa tj, kun tuote on valmis olemaan kylmä.

Johtuen siitä seikasta, että kuviossa 2 tuotteen alin lämpötila li'''in mukaisesti on jonkin verran korkeampi kuin vastaava lämpötila 11' kuviossa 1, tarvitaan pääosaltaan lyhyempi odotusaika kuviossa 2 yhden ja saman steriilisyysarvon Fq saavuttamiseksi. Lisäksi lämpötilatasoa 12 ei ole ylitetty, kuten kuviossa 1 oli asianlaita. Molemmat mainitut ilmiöt toimivat yhdessä ylläpitääkseen prosessin tuotteen laadun ainutlaatuisella tavalla verrattuna tunnettuihin prosesseihin. Samalla ehdoton kunnioitus lämpötilata-soon 12 merkitsee sitä, että uusi prosessi antaa turvallisuutta, mitä tulee pakkausmateriaalin vaurioihin, sekä höyrynmuodostusta vastaan, mikä tuhoaisi bakteeriturvallisuuden tai vaatisi prosessilaitteita, mitkä kaikki on suunniteltu suuria paineita varten ja siten kallista laitteistoa.

On luetteloitu useita parametrejä, mitkä yhdessä tai erikseen edistävät lämmön jakautumista, mitä on esi-... tetty kuvioissa 1 ja 2 käyrien 10 ja 11 vertikaalisel- la erolla.

Jos jollakin mainituista tekijöistä on hallitseva merkitys, se voi palkita erityisen hyvin suoritettaessa menetelmä sen jälkeen, kun on tunnistettu mainittu parametri ja asetettu vastatoimenpiteet juuri tätä parametriä varten. Palkintona on yhä parantunut tuotteen laatu lyhyemmästä kuumennusajasta riippuen. Tämä riippuu siitä tosiasiassta, että vastatoimenpiteiden tuloksena olevalle kuumentumiselle luodaan parempi . alkuehto siinä määrin, että käyräosa 11'' ajassa t^ ie 86023 sijoittuu lähemmäs käyräosaa 10'' ( tasolla 12 ) kuin ilman mainittua vastatoimenpidettä. Keksinnön mukaisen välttämättömän kuumennuksen 18 taso, samoin kuin kesto, pienenee huomattavasti. Kompensaationa mikroaaltokuumennus 17 suoritetaan jonkin verran suurennetulla teholla. Prosessille ei aiheudu tätä kauempaa ilman vastatoimenpiteitä.

Tapauksessa, missä vahva tuotteen oheneminen edellyttää liian voimakasta mikroaaltokuumennusta tuotteen pinnalle antaakseen sen sisäpuolelle tarpeellisen kuumentumisen, sopiva vastatoimenpide on tuotteen pinnan jäähdyttämisessä ympäröivällä väliaineella, esimerkiksi vedellä, sellaiseen sopivaan aikaan, että vaikutus on riittävä myös jonkin matkaa tuotteen sisällä. Ympäröivän väliaineen lämpötilan ei sallita ylittää tuotteelle haluttua lämpötilaa, mutta sitä ohjataan siten, että se saavuttaa tämän lämpötilan mikroaaltokäsittelyn tai -prosessin lopuksi, tarkoittaen sitä, että myös pintakerros saavuttaa sellaisen käsittelyasteen.

Juuri tehdyssä kuvauksessa ja kuviossa 2 kuumennusta 17 ja 18 on esitetty jatkuvana kuumennuksena. Näin ei : ole asia käytännössä. Sellaiset mikroaallot eivät tarkasti ottaen luo jatkuvaa kuumennusta. Analogiana tavalliseen vaihtovirtaan resistorissa, mikroaallot antavat maksimikuumuuden aallonhuipuissa. Jos käytetään kuumennukseen esimerkiksi mikroaaltoja taajuudeltaan 2450 MHz, kuumennus on jaksottaista ja sillä on taajuus 4900 MHz. Jos mikroaallot ovat magnetronien tuottamia, joihin syötetään tasasuunnattua yksivaiheista 50 - jaksoista virtaa, mikroaaltokuumennus osoittaa ilmeisen maksimin, jokainen ilmeten yhden sadas-osasekunnin intervallilla.

i7 86023

Jos tuotteita kuumennetaan useilla mikroaaltoapplikaa-ttoreilla niiden kuljettamisen aikana ja applikaattorit on järjestetty määrätyn etäisyyden päähän toisistaan, saavutetaan myös tietty modulaatio- tai pulssivaikutus. Tämä merkitsee sitä, että kumpikin yksinkertaisista tehokaavioista 17, 18 tulisi korvata useilla peräkkäisillä pulsseilla, joilla on pintasi-sältö ja hajautuminen, mitkä tekevät ne yleisesti ekvivalenteiksi 17:n ja 18:n kanssa. Mikroaaltokuumennuksen 17 ominaisuudelliset yksityiskohdat eivät kuitenkaan ole tärkeitä, mutta sitä ovat kokonaisenergia ja kesto.

Mikroaaltokuumennukselle 18 tämä sama on voimassa sillä lisäyksellä, että rinnakkaisten myötävaikutusten levittyneen energian tulisi vaihdella ajan myötä pääpatenttivaatimuksen tunnusosan mukaisesti. Syy, ettei 17 ja 18 kuviossa 2 pirstota pulsseiksi, kuten asia on yleensä käytännössä, on halu olla enempää myötävaikuttamatta kuvioiden monimutkaisuuteen. Patenttivaatimusten mukaisen keksinnön tulisi siten olla voimassa tapauksessa, missä mikroaallot päästetään tuotteeseen pulssien muodossa tai keskeytymättömänä energiana.

Oheisten patenttivaatimusten mukaista menetelmää on valaistu esimerkillä sovellutuksessa, missä se on pantu liikkeelle tuotteesta 60eC:ssa ja mikä tähtää tuhoamattomaan sterilointiin lämpötilassa jonkin verran yli 123‘C. Kuten mainittu, menetelmä on soveltuva myös toisentyyppiselle lämpökäsittelylle tai käsittelylle, missä halutaan nopeutta, esimerkiksi pastörointi. Sellaisessa tapauksessa halutut lämpö-tilat voisivat olla esimerkiksi 70-90eC.

ie 86023

Kolmas sovellus on esikuumennus ennen sterilointia, mikä sen jälkeen suoritetaan pohjimmiltaan kuvion 2 esimerkin mukaisesti. Myös tässä tapauksessa ongelmana on kuumentaa nopeasti ja siten, että tuotteen lop-pulämpötilalle annetaan huomaamaton hajaantuminen. Sellaisessa tapauksessa alkulämpötila voisi olla esimerkiksi 10-20°C ja haluttu lämpötila noin 60°C.

Voi olla myöskin arvokasta saavuttaa tämä esikuumen-nuslämpötila nopeasti. Ei ainakaan mitä tulee ruoka-tuotteisiin, missä on rasvaa ja proteiinia. Sellaisilla tuotteilla on hyödyllistä jos proteiinien denaturo-inti, mikä siitä huolimatta ilmenee määrätyssä lämpötilassa, tapahtuu niin nopeasti, että rasvalla, mikä sulaa mainitussa lämpötilassa, ei ole aikaa lähteä ruoasta vaan jää suljetuksi sisään dispergoidussa muodossa.

Tietenkin on olennaista, että keksinnön mukainen menetelmä voidaan tuoda todelliseen käytäntöön. Tässä tapauksessa on välttämätöntä tieto lämpötiloista, mitkä voivat nousta tuotteessa käsittelyn aikana.

Menetelmä, mitä on testattu suuressa määrin ja minkä on havaittu toimivan on mitata lämpötila määrätyissä sopivissa osissa joinakin valittuina aikoina. Sopiva aika on lähellä t^itä, millä mittaus suoritetaan siinä pisteessä, mikä kokemuksen mukaan on kuumin. Sen jälkeen on sopivaa mitata muutamia lisäaikoja kuumennuksen 18 arvioidun ajan aikana. Kuumin piste mitataan ja käsittelyn lopussa myös kylmin. Tietylle tuotteelle oikeat ajat mittauspisteiden tutkimiseksi saadaan nopeasti aikaan ja alueet, mitkä tulevat omaamaan äärimmäiset lämpötilat, tunnistetaan. Jos mittaus suoritetaan termoelementeillä, mitkä on sijoitettu is 86023 tuotteen sisään, mittausta voidaan helpottaa pysäyttämällä tuotteen kuljetus ja katkaisemalla mikroaallot erittäin lyhyen mittausajan ajaksi. Jos mittaus suoritetaan johtamattomalla mittauselementillä, esimerkiksi optisella kuidulla, minkä päässä on soveltuva lämpötila-anturi, ei mikroaaltoja tarvitse katkaista mittauksen ajaksi.

Toinen menetelmä perustuu tunnettuun tosiasiaan, että väliaineen lämpötilaan vaikuttaa äänen nopeus siinä. Mittaamalla äänipulssien kulkuaika sopivissa suunnissa tuotteen läpi saavutetaan tietyissä olosuhteissa mahdollisuus siirtää mitatut arvot lämpötilatietoihin.

Kolmas menetelmä merkitsee elektromagneettisten aaltojen käyttöä tuotteen pinnalta ja kerroksista yhä alaspäin tuotteessa lämpötilan jakautumisen tuotteen sisällä tunnistamiseksi. Tarvitaan vain passiivista mittausta. Useita taajuuksia havainnoidaan. Tietokone-käsittely, mikä muuttaa säteilykentän luonteen tuot-.. teen sisäiseksi lämmönjakautumiseksi, on monimutkai nen, mutta tunnetaan pohjimmiltaan meteorologiasta.

Tässä tapauksessa, missä käytetään ääniaaltoja tai elektromagneettisia aaltoja lämpötilan mittaamiseen, sellainen mittaus voi olla jatkuva ja ilman mitään tarvetta tuotteen pakkausmateriaalin puhkaisuun. Tämä tarkoittaa sitä, että tämän keksinnön mukainen mikroaaltokuumennuksen ohjaus voidaan saavuttaa automaattisesti yksinkertaisilla servopiireillä ja kytkimillä.

On huomattava, että pisteen, mikä käsittelyn tai jalostuksen aikana ilmenee kuumimmaksi, ei tarvitse välttämättä olla paikallaan tuotteen sisällä, vaan 20 86023 sillä voi olla eri sijainteja ajankohdasta toiseen käsittelyn aikana. Tämä pätee myös kylmimmälle pisteelle.

Claims (7)

2i 86023 Patentt ivaat imukset

1. Mikroaalloilla kuumentamismenetelmä, missä tuotteen kuumennuksen tulisi tapahtua määrättyyn haluttuun lämpötilaan ja tuote käsittää vähintään yhden nopeasti kuumenevan osan ja vähintään yhden hitaasti kuumenevan osan, esimerkiksi vettäsisältävä ruoka tai lääketuot-teet, pakattuina mikroaaltoja läpäisevään pakkausmateriaaliin ja lämpökäsiteltyinä jatkuvasti kuljettamalla lämpökäsittelykanavan läpi, missä kanavassa erivoimakkuuksisia mikroaaltoja syötetään tuotteen kuumentamiseksi, ja siinä mikroaaltokanavan läpi kuljetuksessa olevaa tuotetta käsitellään ensiksi määrätynvahvuuksisen kuumennustehon omaavassa mik-roaaltokentässä ja sen jälkeen kentässä, millä on pienempi kuumennusteho, tunnettu siitä, että tuotteeseen voimakkaan kuumennustehon omaavassa kentässä siirretty mikroaaltoenergia on valittu siten, että tuotteen nopeasti kuumeneva osa saavuttaa ennalta määrätyn lämpötilan, mikä on suurempi kuin haluttu · lämpötila, että pienemmän kuumennustehon omaavan kentän energia on valittu siten, että mainittu tuot- . . teen osa ylläpitää ennalta määrätyn tai juuri sen alla olevan lämpötilan, ja että kuumennukselle pienemmän kuumennustehon omaavassa kentässä annetaan kesto vähintään siten, että tuotteen hitaasti kuumeneva osa saavuttaa halutun lämpötilan.

2. Patenttivaaatimuksen 1 mukainen lämpökäsittely-menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ennalta määrätty lämpötila valitaan yleensä samansuuruiseksi tuotteen sallitun maksimilämpötilan kanssa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen lämpökäsittely- ·:·: menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu halut- ; tu lämpötila valitaan yleensä samansuuruiseksi tuot- 22 86023 teelle välttämättömän lämpöstabiloinnin lämpötilan kanssa, esimerkiksi steriloinnin tai pastöroinnin.

4. Yhden tai useamman edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, missä mikroaaltoja läpäisevään materiaaliin liitetty tuote on nestemäisen väliaineen ympäröimänä, esimerkiksi veden, minkä dielektrisyys-vakio on samaa suuruusluokkaa kuin tuotteella, tunnettu siitä, että nesteväliaineen lämpötilaa säädetään siten, että tuotteen pinta on kylmä ja väliaineen lämpötilan sallitaan ensimmäisen kerran kuumennuksen lopussa saavuttaa tuotteen haluttu lämpötila.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen lämpökäsittelymenetelmä, tunnettu siitä, että lämpötilan jakautuminen tuotteen sisällä määritetään jatkuvassa prosessissa useilla lämpötila-antureilla, mitkä on sijoitettu tuotteen sisään kokemuksesta soveltuviin sijaintipaikkoihin, jonka avulla jatkuvaa prosessia voidaan manuaalisesti säätää menestyksellisesti etenemään kuten patenttivaatimuksessa 1.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen lämpökäsittelymenetelmä, tunnettu siitä, että lämpötilatiedot automaattisen lämpökäsittelyprosessin mahdollistamiseksi saavutetaan ultraäänellä mittaamalla äänen nopeus.

7. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen lämpökäsittelymenetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila-tiedot automaattista lämpökäsittelyprosessia varten saavutetaan havaitsemalla ja tietokoneella käsittelemällä sähkömagneettista säteilyä tuotteen pinnasta ja sisäalueilta meteorologiasta tunnetulla tavalla. 23 8 6 0 2 3