JP2008145132A - 食品生地の混練状態の挙動検知方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】混練機内に設置された粘弾性物からなる食品生地を混練するロータに加わるトルクを検出し、同トルク検出値を周波数解析し、解析された周波数分布から同食品生地の混練状態をモニタリングする。具体的には、前記トルク検出値を短時間フーリエ変換処理し、その後ロータトルク波形の周波数分布を表示するとともに、DC成分の経時変化を表示し、前記周波数分布及びDC成分の経時変化から前記食品生地の混練状態をモニタリングする。
【選択図】図1
Description
従って廃棄処分にならないように、混練途中で運転を止めて生地を手で伸ばして再運転して・・・という過程を何度も繰り返す必要があるが、これらの作業は、混練機運転の効率から考えても非効率であり、製造プロセス的にも無駄がある。さらに生地にとっても、混練で生地を痛めつけられて停止し、その後状態が落ち着いて、再運転でまた痛めつけられて・・・という過程を何度も繰り返されるのは、品質の劣化を招く恐れがあった。
例えば特許文献1(特開昭61−219333号公報)には、パン生地等を混練中の混練機負荷(電動モータの負荷電力検出値)の変動を分析してパン生地等の状態変化をモニタする手法が開示されている。
この手法は、混練機負荷変動を、脈動的変動成分を除去して適度に平滑化した傾向変動曲線と、混練機負荷の短周期の脈動的変動を示す脈動振幅曲線とで表示することによって、混練機内のパン生地等の状態変化をパターン的に観測、判定するものである。即ち傾向変動曲線の変動をパン生地等の粘弾性変化による粘性抵抗の変化と考え、そのピーク時をもって最適混練時と捉えている。また脈動振幅曲線については、パン生地等が1回転する間の混練機のアームにかかる負荷変動の大きさを表すものであり、このミキシング中のパン生地等の性状の変化につれて一定の変化パターンをもつことが明らかになったとしているが、脈動振幅曲線に着目した具体的な判別方法は開示されていない。
一般に粘弾性物の動的粘弾性を測定する場合、測定対象となる粘弾性物に振動を与えて、粘弾性物で発生する歪み及び応力の波の位相差を測定する方法がある(振動法)。弾性は、変形の大きさに比例して応力が大きくなり(フックの法則)、粘性は、変形の速さに比例して応力が大きくなる。物体の振動運動には、変形量が最大のときに速度が最小になり、変形量が最小のときに速度が最大になるという規則がある。即ち変形速度のカーブは変形量のカーブを1周期の4分の1(90度)位相をずらした形になる。
従って粘弾性物からなる食品生地は、弾性及び粘性の性質割合により、混練機内ロータの動き(ロータ形状・速度)と相まって、粘弾性物全体の挙動に影響し、ロータに加わるトルク量となる。
このように粘性及び弾性が振動運動に反映されることを利用して、本発明では、対象となる粘弾性物からなる食品生地のDC成分と周波数分析結果とから同食品生地の粘性及び弾性の推移を判定することによって、同食品生地の混練状況をモニタリングするものである。
前述のように、食品生地の揺動によってピーク強度が現れる周波数は異なって現れるため、特定周波数帯域は、混練している食品生地の揺動に対応した周波数帯域に設定するのが望ましい。
前記挙動やそのタイミングは、粘弾性物である食品生地の混練完了時期に限定することなく、生地硬さとミキシング進行度が分かれば副材料の添加タイミング等にも利用できる。
なお本発明は、パン生地の混練以外にも、ハンバーグや水産練り製品、生クリームのホイップなど、たんぱく質や少なくとも一部α化したでんぷん等の高分子物質を含む粘弾性食品生地であって、混練状態のモニタリングが必要な食品生地全体に広く適用可能である。
図1は、本発明の具体的な解析手順(短時間フーリエ変換によるリアルタイム周波数解析)を示す工程図、図2は、図1に係る横型混練機のロータトルク波形の経時変化(a)と、DC成分(0Hz)の経時変化(b)、0.08Hz以降の高周波成分のピーク強度を示した(c)モニタ画面である。
前記計測・解析PC6は、トルク変化を収集しつつ、リアルタイムで時間・周波数解析ができるシステムで、該計測・解析用PCには、リアルタイム周波数解析処理に耐え得る処理速度を有するコンピュータ(CPU:Pentium(登録商標)IIIの800MHz程度)を用い、またトルクデータの検出器5には、モータの内部損出等を考慮しながら電力からトルクへと変換できる軸出力検出トルク検出器を用い、該軸出力トルク検出器5で得られるトルク検出値は、解析PC6に取り付けられた最大サンプリング周波数200kHz程度のA/D変換ボード9を介して取り込まれる。
アルゴリズムの手軽さや高速性から、短時間フーリエ変換を選定した。図1にこの解析手順を示す。
実験については、トルク検出器が取付けられた横型ミキサーにて、水分量や糖の有無など様々に生地生成条件を変えながら、生地がレットダウン(混練過剰)状態になるまで運転すると同時にミキサー内をVTR撮影して、後日解析結果と実際の生地の様子を比較検討できるようにした。
図2(b)に示すように、DC成分(0Hz)は高速運転に切り替わった直後は一時的に下降するが、その後最適状態(aで示す範囲)に近づくと上昇傾向に転じ、さらに練りすぎてレットダウン状態へ進行すると再びDC成分のスペクトルが減少する傾向を示した。
更に、リアルタイム解析状況の表示を工夫して、例えば前記DC成分表示においてDC成分上昇時と下降時で色を異ならせれば、従来のものとは別の視覚的かつ直感的なミキサー停止判断指標になり得るという別の効果も期待できる。
実施例1は、ペストリー用の生地を用い、図4に示すミキシング配合及び次に示すミキシング条件で実施した結果を示す。対象混練機のトルク(消費電力)経時変化とともに、FFT変換を行った後の解析結果を、DC成分の経時変化と0.2〜0.5Hz付近でのスペクトル強度分布の経時変化としてモニタ表示したものである。
(1)横型ミキサーに小麦粉・砂糖・食塩・生地改良材・イーストを投入後、全卵・水を入れて、ミキサーの攪拌を開始する。
(2)攪拌条件は、低速3分55秒、高速12分00秒で、ミキシングを行い、ミキシング負荷を測定し、生地状態のモニタリングを実施した。
なおミキサージャケット内へは、−8℃のチラー水をミキシング中に流し続け、生地温度の上昇を抑えた。捏ね上げ時の温度は、16.5℃であった。
[ミキシング条件]
(1)横型ミキサーに小麦粉・砂糖・脱脂粉乳・ショートニング・生地改良材・イーストを投入後、全卵・発酵風味液・水を入れて、ミキサーの攪拌を開始する。
(2)攪拌条件は、低速3分、高速4分で、ミキシング後、食塩を添加する。
再度低速1分、高速10分でミキシングを行い、あんぱん用生地を得た。
ミキシング負荷を測定し、生地状態のモニタリングを実施した。
なおミキサージャケット内へは、−10℃のチラー水をミキシング中に流し続け、生地温度の上昇を抑えた。捏ね上げ時の生地の温度は、16.8℃であった。
一方、周波数域では、食塩添加後、初期から0.26Hz付近にピークが現れ、周波数0.25から0.26Hzの間を、ピーク強度の高低を繰り返しながらミキシングが進む。最終的には、DC成分は上昇し、それとともに、周波数域のピークも0.26Hz付近に大きなピークを作り、更に0.27Hzの高周波側にシフトし、生地の繋がった状態を示している。
[ミキシング条件]
(1)横型ミキサーに小麦粉・砂糖・脱脂粉乳・バター・生地改良材・イーストを投入後全卵・発酵風味液・水を入れて、ミキサーの攪拌を開始する。
(2)攪拌条件は、低速3分、高速4分で、ミキシング後、食塩を添加する。
再度低速1分、高速28分でミキシングを行い、クリームパン用生地を得た。
ミキシング負荷を測定し、生地状態のモニタリングを実施した。
なおミキサージャケット内へは、−10℃のチラー水をミキシング中に流し続け、生地温度の上昇を抑えた。捏ね上げ時の生地の温度は、16.8℃であった。
1a 回転軸
1b 攪拌棒
2 Vベルト
3 駆動モータ
5 トルク検出器
6 計測・解析PC
8 モニタ
Claims (7)
- 回転軸を有するロータを回転させて混練機内で混練される粘弾性物からなる食品生地の混練状態の挙動を検知する方法において、
前記回転軸より検出されるトルク検出値を時間間隔毎に周波数解析し、該解析された周波数スペクトル時系列データより、周波数がゼロのDC成分と特定周波数帯域における周波数ピーク強度を抽出し、該DC成分の経時変化とともに、前記特定周波数帯域のピーク強度の経時変化を、時間軸を組み込んで二次元若しくは三次元的に表示し、前記2つの経時変化の表示に基づいて前記粘弾性物の混練状態の挙動を検知することを特徴とする食品生地の混練状態の挙動検知方法。 - 前記2つの経時変化の表示とともに前記トルク検出値の経時変化を表示するようにした請求項1記載の食品生地の混練状態の挙動検知方法。
- 前記時間間隔毎の周波数解析が、短時間フーリエ変換(STFT)、Wavelet変換(WT)、ウィグナ分析(WD)の内、一の解析手法を用いて周波数解析されることを特徴とする請求項1記載の食品生地の混練状態の挙動検知方法。
- 前記トルク検出値に窓関数をかけて短時間フーリエ変換処理し、その処理後の周波数スペクトルより、周波数がゼロのDC成分と特定周波数帯域における周波数ピーク強度を抽出し、該DC成分の経時変化とともに、前記特定周波数帯域のピーク強度の経時変化を、時間軸を組み込んで二次元若しくは三次元的に表示し、前記2つの経時変化の表示に基づいて前記粘弾性物の混練状態の挙動を検知することを特徴とする請求項1記載の食品生地の混練状態の挙動検知方法。
- 前記挙動が、粘弾性物である食品生地の混練完了時期若しくは副材料の添加タイミングであることを特徴とする請求項1記載の食品生地の混練状態の挙動検知方法。
- 前記食品生地がパン生地の場合に前記周波数スペクトルより、周波数がゼロのDC成分と0.08Hz〜0.5Hz付近の周波数成分を抽出してその経時変化を表示することを特徴とする請求項1若しくは3記載の食品生地の混練状態の挙動検知方法。
- 前記DC成分表示においてDC成分上昇時と下降時で色を異ならせたことを特徴とする請求項1若しくは4記載の食品生地の混練状態の挙動検知方法。
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