JP2006515064A - 限定された導管の滞留時間の監視方法 - Google Patents

Abstract

この開示は、熱処理プラントにおける保持チューブのような限定された導管内の滞留時間の監視方法に関する。温度のような化学的または物理的な強さ（大きさ）の第一の測定記録ｘが限定された導管の始点にて行われる。同じ化学的または物理的な強さ（大きさ）すなわち温度の第二の測定記録ｙが限定された導管の終点にて行われる。ｘ，ｙは、滞留時間を制御しようとする食品の自然な温度変動を測定する。滞留時間はｘ，ｙの最良の共変動における時間のずれτによって決定される。ｙの測定記録をフィルタ処理することで、この測定方法を改良し、食品における断絶を補償することが可能となる。

Description

本発明は、限定された導管の始点位置で第一の測定記録が行われ、その限定された導管の終点位置で第二の測定記録が行われるようになされた限定された導管内の滞留時間を監視する方法に関する。

ポンプ推進可能な液体食品の熱処理では、食品は所定の温度に加熱される。この温度は意図する処理形式、例えば殺菌や減菌などに応じて決まる。食品が所望温度に達すると、その食品は与えられた所定時間にわたってその温度に保持されねばならない。さまざまな食品に対して温度と滞留時間とを組合わせて、例えば室温で配送できる減菌食品や、冷蔵を断つことなく配送すべき食品のようなさまざまな貯蔵寿命の食品が得られる。

熱処理は間接的または直接的に行われる。間接的な熱処理では、加熱は、例えばプレート式熱交換器またはチューブ式熱交換器のような幾つかの形態の熱交換器で行われる。直接的な方法では、食品に対して蒸気が直接に供給される。直接的な方法の例は噴射加熱および注入加熱である。

熱処理により食品が到達した温度を与えられた所定の時間にわたって維持できるようにするために、熱処理設備に直接組合わせて配置される保持チューブが使用される。この保持チューブは通常はパイプ・ループ、またはそれに代わる真直長さのパイプ、またはそれらの両者の組合せとして設計される。パイプまたはパイプ・ループの長さは、計算された容量の所定の食品が保持チューブ内に滞留する時間に対応する。この滞留時間は正確であることが重要である。何故なら、滞留時間が短すぎると食品に望まれる処理を行えず、その結果として、意図する貯蔵寿命がなく、健康にとってまさに危険な食品とすぐになってしまうからである。過剰に長い滞留時間は食品を壊し、過大な熱衝撃の結果として風味や匂い、または滋養成分が変化する影響を受ける。

通常、温度表示器が保持チューブに備えられる。それらの表示器は保持チューブの前後に配置され、保持チューブの前に配置される温度表示器は熱処理設備の調整ループの制御装置に含まれる。保持チューブの後に配置される温度表示器は、保持チューブ内で食品が正しい温度であったかを監視するために使用される。一方、滞留時間が意図された時間であるかをチェックする信頼できる方法は現在のところ殆どない。

導電率による方法および色による方法に基づく従来の方法は、製造時には使用できない。食品は水に置き換えられ、その水にそれぞれ塩または染料が加えられる。その後、それぞれ食塩水または染色水が保持チューブを通過するのに要する時間が測定される。食塩水は導電率の測定値で記録され、染色水は観察により記録される。これらの何れの方法も多くの欠点があり、エラーの原因ははっきりしている。

特許明細書ＷＯ０１／９８７３８は、食品に温度変化を生じさせることで限定されたパイプの長さ部分における滞留時間を監視する方法を開示している。この温度変化は保持チューブの前に位置する一つの温度ゲージおよび保持チューブの後に位置する一つの温度ゲージによって記録される。これらの記録の間の経過時間が滞留時間を表す。この方法に固有の欠点は、一度の測定により測定できるようにするにはかなり大きな断絶（ｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ）を引き起こす必要があることである。処理を乱すことは常に危険を伴い、これを信頼できる方法で遂行可能にするには豊富な知識が要求される。

本発明の一つの目的は、処理の途中に行われて処理が必然的に乱されてしまわないように、食品の自然な温度変化を使用する滞留時間の監視方法を提供することである。

本発明の他の目的は、従来技術の方法よりもさらに信頼できる滞留時間の監視を達成するために、この方法が連続的または間歇的に使用されることである。

これらおよびその他の目的は、冒頭に記載した形式の方法に対して、第一の測定記録ｘで化学的または物理的な強さ（大きさ）を測定し、第二の測定記録ｙで同じ化学的または物理的な強さ（大きさ）を測定し、ｘおよびｙの最良の共変動を求めて、その共変動における時間のずれτで滞留時間を与えるという特徴を与えた本発明によって達成された。

本発明の好ましい実施例が特許請求の範囲の欄に記載されている特徴をさらに与える。

本発明の一つの好ましい実施例が以下に添付図面を参照して非常に詳細に記載される。

本発明による方法は、限定された導管内における滞留時間の監視に使用される。限定された導管は図１に示されるようないわゆる保持チューブ１、すなわち、熱処理された食品が与えられた所定の時間にわたって内部に滞留するようになされる限定された長さのパイプまたはパイプ・ループで構成される。保持チューブ１は通常は熱処理設備に直接組合わせて配置され、熱処理設備は熱交換器、またはそれに代えて噴射器または注入器（図面に示されていない）とされる。

限定された導管である保持チューブ１の始点位置に第一温度ゲージ２、例えば、十分迅速に記録表示のできる熱電対や抵抗部材、またはいずれかの他の形式のセンサーが配置される。保持チューブ１の終点位置に第二温度ゲージ３、例えば、十分迅速に記録表示のできる熱電対や抵抗部材、またはいずれかの他の形式のセンサーが配置される。これら二つの温度ゲージ２，３は同一形式または同じ性能を有するものでなければならない。

滞留時間の連続的な監視を望むなら、保持チューブ１の始点および終点に通常備えられる静止温度ゲージ２，３を使用することができる。これらの温度ゲージ２，３は、温度が所定のレベルに到達したかをチェックするために通常は使用される。より一時的な滞留時間のチェックを望むのであれば、処理を不必要に乱さないように補完的な温度ゲージ２，３が使用できる。

温度ゲージ２，３は最高の精度を得られるように、パイプ中央で温度を測定するように適当に配置される。この温度測定値は、コンピュータ制御される処理監視装置に記録されて処理される。監視装置が十分な容量を有していないならば、コンピュータで補完される必要がある。図１に示されるように、測定値はいわゆるロガー（自動記録器）に入力される。ロガー４は予め選定された或る時間間隔を経て二つの温度ゲージ２，３からの測定値を記録し、保存する。これらの測定値はその後にコンピュータ７の計算ユニット５での計算に使用される。これに代えて、ロガー４はコンピュータ７の一部を構成することができる。

導電率のような他の物理的または化学的な強さ（大きさ）が温度の代わりに測定されることができる。しかしながら、最も一般的な方法は温度の測定である。

熱処理され、その後に保持チューブ１を通過される食品には、自然騒音に似た僅かな自然の温度変動または変化がある。第一の温度測定記録で物理的または化学的な強さ（大きさ）ｘを測定するならば、第二の温度測定記録でも同じ物理的または化学的な強さ（大きさ）ｙを測定する。図２は連続測定した記録ｘ，ｙを示すグラフである。このグラフの垂直軸は温度結果を表し、水平軸は時間を表す。

好ましい実施例において、第一の測定記録は第一温度ゲージ２を含み、第二の測定記録は第二温度ゲージ３を含む。測定される物理的または化学的な単位は温度である。このグラフは、温度が僅かな変化ではあるがまさに自然に経時変化する状態を示している。当然ながら食品には断絶が生じるが、処理の断絶を回避できるならば有利である。

ｘ，ｙに関する二つの曲線は互いに偏倚した関係にある。この二つの曲線の最良の共変動を計算することで、二つの曲線の間の時間のずれτが得られる。この時間のずれは限定された導管内の滞留時間を直接に与える。共変動は、測定の変異の関係を示すものと説明できる。ｘ，ｙの関係は時間のずれに関して計算されて、その関係の最も強い最良の共変動を見い出すようになされる。共変動の計算はコンピュータ７の計算ユニット５によって実行される。

最良の共変動は二つの方法で計算される。好ましい実施例において、ｘ，ｙの相互関係計算値ρは、次式によって得られる。
（数１）
ρ_ｘ，ｙ＝ｃｏｖ（ｘ，ｙ）／δ_ｘ δ_ｙ
ここで、ｃｏｖは変数ｘ，ｙ、すなわち好ましい実施例では温度、の十分に多い一連の測定値の共変量関数であり、δはｘ，ｙのそれぞれの標準偏差である。

図３に示されるような相互関係の関数は、時間のずれτの関数として相互関係ρを示す曲線である。この相互関係の関数は次式によって計算される。
（数２）
ρ（τ）＝ｃｏｖ（ｘ，ｙ（τ）／δ_ｘ δ_ｙ
ここで、ｙ（τ）はｘに対する時間のずれτによる一連のｙの測定値である。グラフの垂直軸は相互関係ρを表し、水平軸は秒単位での時間のずれτを表す。グラフにおいて、明確な最大値は相互関係１の近くにあるのが見られる。滞留時間の良好な監視を可能にするために使用できるこれらの最大値は１の近くにある。グラフの最大値は、時間のずれτが２０秒のときに生じる。測定および計算の行われたこの食品の滞留時間は、したがって２０秒である。

好ましい実施例において、相互関係の関数ρ（τ）が最大となるように時間のずれτに等しい限定された導管内の滞留時間が得られることになる。

最良の共変動は、これに代えて、ｘ，ｙ間の最小偏差を見い出すように少なくとも平方根法で計算できる。この計算は次式により行われる。
（数３）
ｋ（τ）＝Σ（ｘ（ｔ）−ｙ（ｔ＋τ））２／δ_ｘ δ_ｙ
ここで、ｋは時間のずれτの関数としての最小平方合計であり、δはｘ，ｙのそれぞれの標準偏差である。代替実施例においては、最小平方根の合計ｋ（τ）が最小となるように時間のずれτに等しい限定された導管内の滞留時間が得られることになる。

上述した方法は連続した測定および計算に使用され、処理の制御装置は所望の滞留時間が得られないときに直ちに警告を発することができる。上述の方法は設備内での品質管理にも使用でき、滞留時間が意図された時間であることを保証するために一連の温度測定値ｘ，ｙの限られた測定が行われる。

この測定方法のをさらに改良する観点から、また、より正確な測定値を得るそのような手段により、測定の行われる食品に生じるばらつきを補償することができる。ばらつきは、さまざまな種類の撹乱、流動特性および拡散に起因する自然な変異、例えば温度、が確実に均等化される状態を必然的に生じる。図４Ａ〜図４Ｃは、図面では温度として示されているｘ，ｙのさまざまな測定値を示している。他の物理的または化学的な強さ（大きさ）も測定できる。

図４Ａにおいて、ｘ，ｙは理想的でばらつきのない状態でｘ，ｙが測定されている。したがって、長さＬは滞留時間を表す。図４Ｂにおいて、ｘ，ｙは自然な状態、すなわちばらつきの生じる状態で測定されており、ｙの曲線はさらに引き伸ばした見かけを有している。最良の共変動は平均値となることから、長さＭは計算した滞留時間を表す。長さＬは、保持チューブに滞留する時間が最短の食品部分の滞留時間を表す。したがってＬが所望の滞留時間である。

測定値をフィルタ処理し、ばらつきのない自然な断絶を再び形成することで、グラフが図４Ｃにより得られる。距離Ｌは正しい滞留時間を表す一方、距離Ｎは計算した平均滞留時間を表す。ＮはＭよりも理想値Ｌにかなり接近して位置されるので、フィルタ処理しない計算によって得るよりも、より正確な滞留時間の値をフィルタ処理することで得られる。フィルタ処理することにより、ｘはｙの測定値から再現され、これによりばらつきは減少される。したがって平均滞留時間（＝測定体積／体積流量）も計算できる。ＬおよびＮの差、すなわちいかにｘがｙから良好に再現されたかということは、フィルタ処理が以下に正確であったかによるのであり、フィルタ処理が良いほど差は小さくなる。コンピュータ７のフィルタ・ユニット６が図１に示されており、第一温度ゲージ２からの測定値ｘは直接計算ユニット５へ伝えられ、第二温度ゲージ３からの測定値ｙはフィルタ・ユニット６へ送られる。

上述の説明から明白となるように、本発明は、連続的または間歇的に監視を実行できる限定された導管内の滞留時間の監視方法を実現する。この方法は食品に対して効果的に行われ、従来方法よりもさらに信頼できる結果を与える。本発明による方法は、例えば食品の温度である既存の変数を使用し、そのために断絶を引き起こす必要性がなく、これによりいっそう信頼できる方法を与える。

この方法を遂行する装置を備えた保持チューブを示す。 ｘ，ｙの連続した測定記録を示すグラフである。 一連の測定値に関する計算を示すグラフである。 図４Ａは理想状態のもとでの測定値を示すグラフ、図４Ｂは断絶のある測定値を示すグラフ、図４Ｃはフィルタ処理を伴う測定値を示すグラフである。

符号の説明

１ 保持チューブ
２ 第一温度ゲージ
３ 第二温度ゲージ
４ ロガー
５ 計算ユニット
６ フィルタ・ユニット
７ コンピュータ

Claims (7)

1. 限定された導管の始点位置で第一の測定記録が行われ、その限定された導管の終点位置で第二の測定記録が行われるようになされた限定された導管内の滞留時間を監視する方法であって、第一の測定記録ｘで化学的または物理的な強さ（大きさ）を測定し、第二の測定記録ｙで同じ化学的または物理的な強さ（大きさ）を測定し、ｘおよびｙの最良の共変動を求めて、その共変動における時間のずれτで滞留時間を与えることを特徴とする方法。
2. 化学的または物理的な強さ（大きさ）が温度であることを特徴とする請求項１に記載された方法。
3. 化学的または物理的な強さ（大きさ）が導電率であることを特徴とする請求項１に記載された方法。
4. 最良の共変動が時間のずれτにおいて最大となる相互関係ρであることを特徴とする請求項１に記載された方法。
5. 最良の共変動が時間のずれτにおいて最小となる最小平方根の合計ｋであることを特徴とする請求項１に記載された方法。
6. ｙに関する測定記録がフィルタ処理されることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された方法。
7. 制限導管が保持チューブ（１）で構成されること、第一の測定記録ｘが第一温度ゲージ（２）で遂行されること、および第二の温度測定ｙが第二温度ゲージ（３）で遂行されることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された方法。

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