【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前発酵ヨーグルトの製造過程における、発酵及びカード破砕終了後のタンク内ヨーグルトの粘度測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発酵及びカード破砕が終了したヨーグルトの粘度が規定値であるかを検査するためには、貯蔵中のタンクよりヨーグルトをサンプリングし、Ｂ型粘度計などを用いて粘度を測定していた。しかし、この方法では、ヨーグルトのサンプリング工程を必要とし、歩留まりの低減という問題が生じていた。
【０００３】
従来、密封容器内の内容物に直接アクセスすることなく、内容物の液体／固体変化状態を判定する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、パン生地等の混捏工程のミキサー負荷を検出することで、パン生地等の状態変化をモニタリングする方法及びその装置が開示されている（特許文献２参照）。しかし、前者は、容器充填後に発酵させる、いわゆる「後発酵ヨーグルト」の製造を想定した場合である。また、後者は、パン生地の粘弾性の最高レベルを検出してミキシング終了時を判定する方法である。従って、いずれの方法も発酵により得られたゲル状のカードを撹拌・破砕して流動化した後、小売り容器に充填する、いわゆる「前発酵ヨーグルト」の製造には適用することができない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−２３６１４１号公報
【特許文献２】
特許第１７８９１８５号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の課題を解決するために提案されたもので、その目的は、前発酵ヨーグルトの製造過程において、発酵及びカード破砕終了後のタンク内ヨーグルトをサンプリングすることなく、すなわちインラインで、その粘度をモニタリングできるタンク内ヨーグルトの粘度測定方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、タンク内ヨーグルトをサンプリングすることなく、その粘度をモニタリングすべく鋭意研究した結果、発酵及びカード破砕終了後貯蔵中のタンク内ヨーグルトを撹拌するアジテータのモータ負荷が、タンク内ヨーグルトの量（レベル）と直線性を示すことを見出し、本発明の完成に至った。
【０００７】
すなわち、請求項１に記載の発明は、前発酵ヨーグルトの製造過程において、発酵及びカード破砕終了後のタンク内ヨーグルトの粘度をインラインで測定する方法であって、以下の相関関係：
（ａ）タンクアジテータのモータ負荷が、タンク内ヨーグルトのレベルと直線性を示すこと、及び
（ｂ）タンク内ヨーグルトの前記レベル及び温度が一定の場合、前記モータ負荷が、タンク内ヨーグルトの見掛け粘度に比例することを利用することを特徴とする。
【０００８】
一般に、アジテータによる動力消費を評価する理論に基づき、試料を撹拌しながら粘度を測定する方法を、貯蔵中のタンク内ヨーグルトの粘度測定に適用することができる（合葉修一、他３名，「発酵プロセスの最適計測・制御」，株式会社サイエンスフォーラム，昭和５８年２月２８日，ｐ．２５６−２５７）。
すなわち、ヨーグルトベースの密度をρ、粘度をη、アジテータ回転数をＮ、アジテータ径をＤとすると、撹拌レイノルズ数ＲｅＭは、式（１）で表される。
ＲｅＭ＝Ｄ２Ｎρ／η （１）
また、撹拌所要動力をＰとすると、動力数ＮＰは、式（２）で表される。
ＮＰ＝Ｐ／ρＮ３Ｄ５ （２）
【０００９】
発酵及びカード破砕後のヨーグルトベースは、一般に粘度が剪断速度に依存する非ニュートン流動を示す。そこで、アジテータ先端部とタンク内壁間の距離をＬとすると、アジテータ先端部での剪断速度γは、式（３）で表される。
γ＝πＤＮ／Ｌ （３）
この時の見掛け粘度ηａｐは、指数法則より、η０，ｎを指数として、式（４）で表される。
ηａｐ＝η０γｎ−１ （４）
【００１０】
この場合、式（１）より、式（４）は、式（５）に変形される。
ＲｅＭ＝Ｄ２Ｎρ／ηａｐ （５）
この撹拌レイノルズ数ＲｅＭを求めると、後述するように、アジテータ近傍で、ヨーグルトベースは完全な層流となっている。従って、層流域では実験的に
ＮＰ＝Ａ／ＲｅＭ （６）
ここに、Ａ＝定数（アジテータの寸法、形状などに依存する）。
従って、式（５）及び（６）より、
ＮＰ＝Ａηａｐ／Ｄ２Ｎρ （７）
となり、動力数ＮＰは見掛け粘度ηａｐに比例する。
【００１１】
アジテータ回転時の電力のモータ駆動に関わるロスやその他のロスが十分に小さいとすれば、アジテータのモータ負荷は、この動力数ＮＰに相当する。すなわち、タンク内ヨーグルトのレベル（以後、タンクレベルと称する）と温度が一定であれば、アジテータのモータ負荷はヨーグルトベースの見掛け粘度ηａｐに比例する。
従って、上述のアジテータのモータ負荷がタンクレベルと直線性を示し、かつアジテータのモータ負荷がヨーグルトベースの見掛け粘度に比例するという相関関係を利用することで、アジテータのモータ負荷からヨーグルトベースの見掛け粘度ηａｐを換算することができる。
【００１２】
さらに、本発明においては、所定温度における発酵不良時の下限粘度を示すタンク内ヨーグルトのモータ負荷を当該レベルに対応する閾値とし、この閾値より当該モータ負荷が小さい場合、警報を出力するようにすることができる。
例えば、所定温度におけるヨーグルトベースのＢ型粘度計による粘度測定値が所定値未満となる場合のモータ負荷を当該レベルに対応する閾値とする。そして、アジテータのモータ負荷とタンクレベルの直線性を利用し、あるタンクレベルにおけるモータ負荷の閾値を決定し、この閾値より当該モータ負荷が小さい場合に警報を出力する。このような手段を講じると、貯蔵中のタンク内ヨーグルトの品質不良に対して迅速に対応することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の粘度測定方法を具体的に適用する実施形態について詳述する。
１．アジテータのモータ負荷とタンクレベルに関するテスト
［原理］
モータ負荷装置モニタ（株式会社エルファイ製Ｇ３型ロードセンサＧ３−ＶＦＤ）を、モータケーブルを介して前発酵ヨーグルト用エージングタンクアジテータ（出力３．７ｋＷ、定格１７．３Ａ：以下、アジテータと略記）に接続し、モータの入力電力を測定する。このモニタでは、供給電力変動状態での電力表示が自動的に行われ、交流モータの軸出力電力を常時検出する。ＺＥＲＯとＳＰＡＮを設定し、相対負荷がＺＥＲＯ〜ＳＰＡＮの設定値に比例する信号（ＤＣ４−２０ｍＡの信号）を出力する。
【００１４】
［設定］
ＣＴ ３０／５（３０Ａに対し５Ａの入力）
補償値（ＣＯＭＰ） ２．５
ＺＥＲＯ ００
ＳＰＡＮ ２５（相対負荷０〜２５％に対し、信号を出力）
モータ周波数 ３５Ｈｚ（約２１ｒｐｍ）
【００１５】
［テスト方法］
１）ＣＩＰユニットより、エージングタンク（以下、タンクと略記）に水を供給し、２．５ｔから２．５ｔ毎に水供給を止め、アジテータを３分間駆動した。この間のモータ負荷を連続測定し、３分後の値を測定値とした。同時にインバータ表示から電流値を読み取った。これを１５ｔまで行った。
２）ヨーグルトベースをタンクから排出し、１５ｔから２．５ｔ毎に、１）と同様にしてアジテータを駆動し、モータ負荷を測定した。各測定直後にＢ型粘度計でヨーグルトベースの粘度を測定した（回転速度＝６０ｒｐｍ）。製品の品質を考慮し、この粘度が１６００ｍＰａ・ｓ未満になった場合にテストを中止することとした。
レベル１２．５ｔで粘度が１６００ｍＰａ・ｓを下回ったので、テストを中断した。翌日（８．８ｔ越し）増粘したので７．５ｔから再開した。レベルが８．８ｔのデータは記録計の読みと工程検査記録による。
【００１６】
［結果］
所定タンクレベルにおける水及びヨーグルトベースについてのモータ負荷、電流、ヨーグルトベースの粘度及び温度の測定結果を下表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
上記測定結果より、ヨーグルトベースのレベル（タンクレベル）とモータ負荷との関係を図１に示した。粘度が１５９０〜１８１０ｍＰａ・ｓとやや幅があるが、モータ負荷は、タンクレベルに対して直線性を示した。従って、これらデータを製造規格値と比較して発酵不良時の粘度下限の閾値として使用し、オペレータに警報を知らせることにより、エージング中の品質不良に対し、迅速に対応することができる。
【００１９】
２．モータ負荷とタンク内ヨーグルトの見掛け粘度との関係
ここで、アジテータ径Ｄ＝２．３３［ｍ］、アジテータ先端部とタンク内壁間の距離Ｌ＝０．０８５［ｍ］とすると、アジテータ先端部での剪断速度γ［ｓ−１］は、上記式（３）から、γ≒３０．１４［ｓ−１］となる。この時の見掛け粘度ηａｐ［Ｐａ・ｓ］は、上記式（４）より、ηａｐ＝η０γｎ−１≒７．３３×１０２［Ｐａ・ｓ］となる。但し、指数法則の係数η０及び指数ｎは、剪断速度γの値を変えて粘度ηを測定し、得られた複数の測定値に基づいて決定した。
【００２０】
上式（５）から、撹拌レイノルズ数ＲｅＭは、ρ＝１０７２［ｋｇ・ｍ−３］より、ＲｅＭ≒２．７８となる。すなわち、アジテータ近傍ではヨーグルトベースは完全な層流になっている。
従って、上式（７）を用い、アジテータの動力数ＮＰに相当するモータ負荷より、ヨーグルトベースの見掛け粘度を換算することができる。さらに、より詳細に指数法則の式（４）を求めれば、厳密に粘度管理が可能になる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、上述の方法によれば、タンク内ヨーグルトをサンプリングすることなく、その粘度をモニタリングすることができる。従って、ヨーグルトのサンプリング工数が減少し、貯蔵中のヨーグルトの物性異常を迅速に知ることができる。また、インライン測定なので、サンプリングによる品質事故の抑制、歩留まりの向上も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】タンクレベルとモータ負荷との関係を示すグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring the viscosity of yogurt in a tank after fermentation and curd crushing in the process of producing pre-fermented yogurt.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to check whether the viscosity of the yogurt that has undergone fermentation and curd crushing is a specified value, the yogurt is sampled from a tank during storage, and the viscosity is measured using a B-type viscometer or the like. However, this method requires a yogurt sampling step, and has a problem of reducing the yield.
[0003]
Conventionally, there has been proposed a method of determining a liquid / solid change state of contents without directly accessing the contents in a sealed container (see Patent Document 1). Further, a method and an apparatus for monitoring a change in the state of bread dough or the like by detecting a mixer load in a kneading process of bread dough or the like are disclosed (see Patent Document 2). However, the former is a case where the production of so-called “post-fermented yogurt” in which fermentation is performed after filling the container is assumed. The latter is a method of detecting the highest level of the viscoelasticity of the dough and determining the end of mixing. Therefore, none of these methods can be applied to the production of so-called “pre-fermented yogurt” in which a gel curd obtained by fermentation is stirred and crushed to be fluidized and then filled in a retail container.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2-236141 [Patent Document 2]
Patent No. 1789185 specification
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been proposed to solve the above-described problems, and its purpose is to eliminate the need to sample yogurt in a tank after fermentation and curd crushing in the production process of pre-fermented yogurt, that is, in-line, An object of the present invention is to provide a method for measuring the viscosity of yogurt in a tank, the viscosity of which can be monitored.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to monitor the viscosity of the yogurt in the tank without sampling the yogurt in the tank, and as a result, the motor load of the agitator that stirs the yogurt in the tank during storage after fermentation and card crushing is reduced. It has been found that the present invention exhibits an amount (level) and linearity, thereby completing the present invention.
[0007]
That is, the invention according to claim 1 is a method for in-line measuring the viscosity of yogurt in a tank after fermentation and curd crushing in the process of producing a pre-fermented yogurt, and has the following correlation:
(A) the motor load of the tank agitator shows linearity with the level of yogurt in the tank; and (b) if the level and temperature of the yogurt in the tank are constant, the motor load is the apparent viscosity of yogurt in the tank. It is characterized by using the fact that it is proportional to
[0008]
In general, the method of measuring the viscosity while stirring the sample based on the theory of evaluating the power consumption by the agitator can be applied to the viscosity measurement of the yogurt in the tank during storage (Shuichi Aiba, 3 others, " Optimum Measurement and Control of Fermentation Process ", Science Forum Co., Ltd., February 28, 1983, p. 256-257).
That is, assuming that the density of the yogurt base is ρ, the viscosity is η, the rotation speed of the agitator is N, and the diameter of the agitator is D, the stirring Reynolds number Re M is represented by equation (1).
Re M = D 2 Nρ / η (1)
In addition, when the agitation power is P, the power number N P, represented by the formula (2).
N P = P / ρN 3 D 5 (2)
[0009]
The yogurt base after fermentation and curd crushing generally exhibits a non-Newtonian flow whose viscosity depends on the shear rate. Then, assuming that the distance between the agitator tip and the tank inner wall is L, the shear rate γ at the agitator tip is expressed by equation (3).
γ = πDN / L (3)
The apparent viscosity η ap at this time is expressed by equation (4) using η 0 , n as an index according to the power law.
η ap = η 0 γ n-1 (4)
[0010]
In this case, Equation (4) is transformed into Equation (5) from Equation (1).
Re M = D 2 Nρ / η ap (5)
When the stirring Reynolds number Re M is determined, the yogurt base has a complete laminar flow in the vicinity of the agitator as described later. Therefore, experimentally in the laminar basin, N P = A / Re M (6)
Where A = constant (depends on the size, shape, etc. of the agitator).
Therefore, from equations (5) and (6),
N P = Aη ap / D 2 Nρ (7)
Next, the power number N P is proportional to the apparent viscosity eta ap.
[0011]
If loss and other losses related to the motor drive power during agitator rotation sufficiently small, the motor load of the agitator correspond to the power number N P. That is, if the level of the yogurt in the tank (hereinafter referred to as the tank level) and the temperature are constant, the motor load of the agitator is proportional to the apparent viscosity η ap of the yogurt base.
Therefore, by utilizing the above-mentioned correlation that the motor load of the agitator shows linearity with the tank level and the motor load of the agitator is proportional to the apparent viscosity of the yogurt base, the apparent viscosity of the yogurt base is reduced from the motor load of the agitator. η ap can be converted.
[0012]
Further, in the present invention, the motor load of the yogurt in the tank indicating the lower limit viscosity at the time of fermentation failure at a predetermined temperature is set as a threshold corresponding to the level, and an alarm is output when the motor load is smaller than the threshold. be able to.
For example, a motor load when a viscosity measured by a yogurt-based B-type viscometer at a predetermined temperature is less than a predetermined value is set as a threshold corresponding to the level. Then, utilizing the linearity between the motor load of the agitator and the tank level, a threshold value of the motor load at a certain tank level is determined, and an alarm is output when the motor load is smaller than this threshold value. By taking such measures, it is possible to quickly respond to the poor quality of the yogurt in the tank during storage.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments to which the viscosity measurement method of the present invention is specifically applied will be described in detail.
1. Test on motor load and tank level of agitator [Principle]
A motor load device monitor (G3 type load sensor G3-VFD manufactured by Elphi Inc.) is connected to an aging tank agitator for pre-fermentation yogurt (output 3.7 kW, rated 17.3 A: hereinafter abbreviated as agitator) via a motor cable. And measure the input power of the motor. In this monitor, the power display in the supply power fluctuation state is automatically performed, and the shaft output power of the AC motor is constantly detected. ZERO and SPAN are set, and a signal (signal of DC4 to 20 mA) whose relative load is proportional to the set value of ZERO to SPAN is output.
[0014]
[Configuration]
CT 30/5 (5A input for 30A)
Compensation value (COMP) 2.5
ZERO 00
SPAN 25 (output signal for relative load 0 to 25%)
Motor frequency 35Hz (about 21rpm)
[0015]
[Test method]
1) Water was supplied from the CIP unit to an aging tank (hereinafter abbreviated as tank), the water supply was stopped every 2.5 to 2.5 tons, and the agitator was driven for 3 minutes. The motor load during this period was continuously measured, and the value after 3 minutes was taken as the measured value. At the same time, the current value was read from the inverter display. This was performed up to 15t.
2) The yogurt base was discharged from the tank, and every 15 to 2.5 tons, the agitator was driven in the same manner as in 1), and the motor load was measured. Immediately after each measurement, the viscosity of the yogurt base was measured with a B-type viscometer (rotational speed = 60 rpm). In consideration of the quality of the product, the test was stopped when the viscosity became less than 1600 mPa · s.
Since the viscosity was lower than 1600 mPa · s at the level of 12.5 t, the test was stopped. The following day (over 8.8 t), the viscosity increased, so the operation was restarted from 7.5 t. The data at the level of 8.8 t is based on the reading of the recorder and the process inspection record.
[0016]
[result]
Table 1 below shows the measurement results of the motor load, the current, the viscosity and the temperature of the yogurt base for the water and the yogurt base at a predetermined tank level.
[0017]
[Table 1]
[0018]
From the above measurement results, the relationship between the yogurt base level (tank level) and the motor load is shown in FIG. Although the viscosity has a somewhat wide range of 1590 to 1810 mPa · s, the motor load showed linearity with respect to the tank level. Therefore, by comparing these data with the production standard value and using it as a threshold value of the lower limit of the viscosity at the time of fermentation failure, by notifying the operator of an alarm, it is possible to respond promptly to quality failure during aging.
[0019]
2. Relationship between Motor Load and Apparent Viscosity of Yogurt in Tank Here, assuming that agitator diameter D = 2.33 [m] and distance L between agitator tip and tank inner wall L = 0.085 [m], agitator tip From the above equation (3), the shear rate γ [s −1 ] is γ ≒ 30.14 [s −1 ]. The apparent viscosity η ap [Pa · s] at this time is η ap = η 0 γ n-1 ≒ 7.33 × 10 2 [Pa · s] from the above equation (4). However, the coefficient η 0 and the index n of the power law were determined based on a plurality of measured values obtained by measuring the viscosity η while changing the value of the shear rate γ.
[0020]
From the above equation (5), the stirring Reynolds number Re M satisfies Re M ≒ 2.78 from ρ = 1072 [kg · m −3 ]. That is, in the vicinity of the agitator, the yogurt base has a complete laminar flow.
Thus, using the above equation (7), from the motor load corresponding to the power number N P of the agitator, it is possible to convert the apparent viscosity of the yogurt base. Further, if Equation (4) of the power law is determined in more detail, the viscosity can be strictly controlled.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the above-described method, the viscosity of the yogurt in the tank can be monitored without sampling. Therefore, the number of man-hours for sampling yogurt is reduced, and the abnormality in the physical properties of the yogurt during storage can be quickly known. In addition, since the measurement is performed in-line, it is expected that quality accidents can be suppressed by sampling and the yield can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a relationship between a tank level and a motor load.
