JP2018500678A - 製品の高圧処理方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、製品、特に包装された食品の高圧処理のための方法に関するものであり、第１のステップにおいて高圧チャンバ（２）内で製品に加圧手段が適用され、続いて、１つまたは複数の段階（１７，１９，２０）での方法のステップにおいて、高圧チャンバ（２）内の圧力上昇が低減され、圧力の減少は、圧力上昇中に記録された第１のパラメータを使用して決定される第２のパラメータによって少なくとも１つの段階（１９）において制御される。さらに、本発明は、製品の高圧処理、特に請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法による高圧処理のためのシステムに関するものであり、システムは、圧力チャンバ（２）に高圧手段を適用するための第１の装置（３，４）と、圧力チャンバ（２）内の圧力を低下させるための第２の装置（１０，１１，１２）とを備え、第２の装置（１０，１１，１２）は、少なくとも１つの圧力減少手段（１１）と、データリンク（１３）を介して少なくとも１つの圧力減少手段（１１）に接続されたデータ処理装置（７）とを備え、第１の装置（４）は、少なくとも１つの圧力減少手段（１１）を制御するためにデータリンク（６ａ，６ｂ，６ｃ）を介してデータ処理装置（７）に接続される測定装置（５）を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、製品、特に包装された食品の高圧処理方法に関するものであり、第１の方法のステップにおいて、製品は高圧チャンバ内で圧力媒体にさらされ、その後の方法のステップにおいて、高圧チャンバで上昇した圧力を再び低下させ、圧力の低下は１つまたは複数の段階で行われ、少なくとも１つの段階において、制御された方法で圧力の低下が縮小される。本発明はまた、製品の高圧処理のためのシステムに関する。

今日、高圧処理はさまざまな応用分野で使用されている。これらのうちの１つは、セラミックまたは金属粉末（ＣＩＰ）の圧縮である。これは、高圧チャンバ内で堅く圧縮された粉末粒子のバッチを含み、その結果、圧縮は脆い材料の特性を有し、適切に注意深く取り扱われる場合に、プレス動作中に想定した形状を保持する。

一方で、食品産業においても高圧処理が用いられている。多くの食品では、品質の低下を防ぐか、または少なくとも遅らせるための製品パッケージが通常設計されている。しかし、製品は包装プロセスの前または途中ですでに有害物質や微生物と接触する可能性がある。これらは、その後、製品とともにパックされ、パッケージ内で製品を攻撃する。高圧処理が導入される前であっても、このプロセスを少なくとも抑えるための多くの方法が開発されてきた。単なる例として、不活性ガス雰囲気下でのパッケージング、真空パッケージングまたはパッケージ内の食品の低温殺菌について言及することができる。

食品の高圧処理の場合、包装された製品は、一定の時間にわたって、例えば２００〜６００ＭＰａの非常に高い圧力にさらされる。食物の中および上に存在する微生物に対する影響の中には、細胞膜の崩壊がある。崩壊は、微生物が絶滅するという結果をもたらす。一方、ビタミン、香料、または栄養素などのより小さな構造は、大部分が保存される。熱による従来の低温殺菌と比較して、高圧処理は結果的に風味を変え過ぎることも、ビタミン含有量を過度に減少させることもないという利点を有する。

ここに記載された高圧処理の場合、圧力上昇は比較的重要ではないが、多くの場合、圧力減少は、過度に急速な圧力減少が製品またはパッケージの損傷につながる可能性がある範囲を含む。

損傷は、物理的なプロセスによって引き起こされ、それは適用分野と製品によって異なる。例えば、粉末の圧縮の場合、圧力上昇中に粉末粒子間に存在する空気は、圧縮物に閉じ込められ、圧縮される。圧力減少中、閉じ込められた空気は膨張して圧縮物から出る。空気が圧縮物から逃げることができないほど速く膨張する場合、必然的に製品が損傷する。

包装された食品の場合、高圧により、食品を取り囲むガスまたは物質が製品および／またはパッケージ内に拡散し得るという効果を有する。特定の圧力レベルから圧力が再び低減されると、反対のプロセスが起こる。しかし、過度に急速な圧力減少では、閉じ込められたガスは、製品および／またはパッケージから十分に迅速に拡散せず、その膨張によって、製品または包装フィルムに気泡が形成されることがあり、例えば、それらの剥離によって損傷する。

このような損傷を回避するために、ドイツ特許出願第１０２００９０４２０８８号明細書は、圧力減少をさまざまな段階に分割した、製品の高圧処理方法を提案している。第１の重大ではない段階では、圧力減少は制御されない方法で行われ、その後の第２の段階では、圧力センサによって制御され得る作動要素によって圧力減少が行われる。

しかしながら、純粋に受動的な制御を有するこのようなシステムは、所望の圧力減少率を不正確にしか達成しない。加えて、制御の質はまた、製品の組成、容器内に存在する製品の量、特にガスの量に大きく依存する。したがって、上述の高圧処理の必要な再現性は、十分に保証されていない。

ドイツ特許出願第１０２００９０４２０８８号明細書

本発明の目的は、制御の質および圧力減少または圧力の低下の再現性が改善された、製品の高圧処理方法を提案することである。本発明のさらなる目的は、対応する装置を提案することである。

これらの目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法および請求項１１に記載のシステムによって達成される。本発明の基本的な概念では、第２のパラメータ、特に特定の圧力差を達成するために高圧チャンバから出さなければならない圧力媒体の体積が、圧力の低下を制御するために使用される。したがって、第２のパラメータは、１つまたは複数の圧力減少手段を作動させるために使用され、圧力減少中に所望の圧力−時間曲線を達成する目的に役立つ。第２のパラメータは、圧力減少中に記録された第１のパラメータを用いて数学的モデルに基づいて決定される。この場合の第１のパラメータは、圧力チャンバに供給される高圧媒体の量、特に圧力上昇に必要な高圧媒体の体積または質量に依存して、圧力の挙動を特徴付ける。したがって、本発明によれば、制御に通常使用されるデータ、例えば１つまたは複数の制御弁の既知のまたは以前に測定された特性曲線ならびにシステム内の現在圧力と共に、追加の値が使用される。これらの付加的な値は、圧力上昇段階の間の測定に基づいている。

このため、本発明は、高圧チャンバが閉鎖系であり、外部から作用する外乱がシステムパラメータに実質的に影響を与えないという事実を利用する。さらに、ここに記載された高圧処理は、バッチ処理であり、この処理では圧力上昇中および圧力減少中の境界条件は、それぞれ考慮されるバッチについて、少なくとも実質的に変化しないままである。したがって、第１のパラメータと第２のパラメータは、互いに反対に作用しても、互いに関連して設定されることができる。

圧力上昇中の測定によって決定された第１のパラメータを、結果的に、圧力減少中に反対に作用する第２のパラメータを予測または推定するために使用することができる。より正確には、圧力上昇曲線に沿った点またはセグメントについて測定された第１の値に基づいて、圧力減少曲線の対応する点またはセグメントについて予想される第２の値を決定することができる。もちろん、第１のパラメータは、必ずしも測定された値である必要はなく、補間によって決定されてもよい。

次いで、第１のパラメータと第２のパラメータとの間の相関を使用して、予想される第２の値を数学的モデルによって予測し、これを用いて圧力減少を制御する。その助けにより、圧力減少の所望の速度、すなわち単位時間当たりの所望の圧力差に必要とされる制御された圧力減少のための手段の調整の程度が設定され、場合によっては修正される。結果として、前述のタイプの制御と比較して、制御のより高い質およびより優れた再現性が達成される。制御された圧力減少のための手段は、好ましくは制御弁であり、以後これを指すこともある。

記載された制御に適した製品の高圧処理のためのシステムは、高圧媒体を圧力チャンバに供給する第１の装置と、圧力チャンバ内の圧力を低下させるための第２の装置とを含む。この場合、第２の装置は、制御された圧力減少のための少なくとも１つの手段と、コントローラとを備える。コントローラは、少なくとも１つの制御弁を制御するためのデータ処理装置を備える。本発明によれば、第１の装置は、制御弁を制御するためのデータ処理装置にデータリンクを介して接続された、少なくとも１つの測定装置を備える。データリンクを介して、圧力上昇中に測定された第１のパラメータは、データ処理装置に送信され、データ処理装置によって第２のパラメータに変換されることができ、第２のパラメータは減圧を制御するために使用される。

本発明によるシステムの１つの特定の利点は、高圧チャンバを備えた既存の高圧システムを大変な努力なしにアップグレードすることができることである。これに必要なのは、第１のパラメータを測定するための装置を追加し、測定装置と少なくとも１つの制御可能な手段を制御するためのデータ処理装置との間にデータリンクを確立して、データ処理装置または、高圧チャンバ内の圧力減少を制御するための制御ユニットに、本発明による制御のプログラミングを作成することである。

本明細書に記載の制御の場合、特に特定の製品に使用することができるだけでなく、一般的にバッチ式の高圧プロセスで使用することができることが好適である。第１のパラメータと第２のパラメータとの比較可能性が、製品および高圧チャンバにおける充填度ならびにその構造設計とは実質的に無関係であることが特に好適である。さらに、それは、圧力減少中に特定の臨界圧力範囲に単に適しているだけでなく、原則的に圧力減少の任意の段階で実施されることができる。

この場合の第２のパラメータを用いた圧力減少の本発明による制御は、以下のステップを含む。高圧チャンバ内の圧力の低下を開始する前に、製品に適した減圧曲線が予め設定されており、すなわち、圧力減少の所望の経時変化が規定されている。適切な減圧曲線がまだ分かっていない場合、それは実験的に決定されなければならない。次いで、少なくとも１つの制御弁について、その制御特性と第２のパラメータとを用いて、開度が決定され、その開度により、圧力減少の所望の経時変化を達成することができる。圧力減少が開始された後、高圧チャンバ内または圧力チャンバと制御弁との間の現在圧力が圧力センサによって測定され、その変化が確認される。設定値／実際値の比較がかい離を見つけた場合には、それに応じて弁位置が補正される。補正は、上述したものとの類推によって、すなわち、減圧曲線の範囲に関連する第２のパラメータの値を考慮して実行される。その結果、制御は、好ましくは、パラメータフィールドに基づいて実行され、パラメータフィールドは、圧力減少の特定のセグメントをそれぞれ表す複数の第２のパラメータを含む。対処される問題に応じて、パラメータフィールドの代わりに制御のための多次元パラメータ関数を使用することが好適であり得る。

予め設定された減圧曲線が圧力勾配の変化をもたらす場合、設定値／実際値の比較が減圧曲線のこれらの点で行われると好適である。代表値を推定することができるように、圧力上昇は対応するセグメントに分割され、対応する第１のパラメータの値がそれぞれ読み出される。このようにして、第２のパラメータのそれぞれの値は、１つまたは複数の制御弁の特性曲線のそれに適したセグメントに関して予測され、設定されることができる。次いで、単位時間当たりの所望の圧力差を低減することができる制御弁の開度を、特性曲線から決定することができる。特性曲線が利用可能でない場合には、それぞれの調整値を得るために１つまたは複数の制御弁が測定される。

このようにパラメータフィールドは、予め設定された減圧曲線上のいくつかの目標点を画定する。選択された目標点の１つに対して第１のパラメータの値が決定されなかった場合、目標点の値は、減圧曲線に沿った補間によって問題なく計算されることができる。

目標点に到達したとき、設定値／実際値の比較がかい離を見つけた場合、制御弁の開度は、次の目標点または次の補間点により正確に到達するよう、圧力減少の勾配を変更するように適合される。この制御の場合、次の時間セグメントの圧力勾配を任意に変更することができないと好適である。この目的のために、開度の適応後であっても、圧力減少曲線は、予め設定された目標コリドー内のパスに従うことが保証される。したがって、目標コリドーは、製品になお適している減圧曲線のかい離の範囲を画定する。目標コリドーが分からない場合は、実験的に決定することができる。

例えば、適応が次の時間セグメントで急勾配のパスを取る圧力勾配に陥り、製品が損傷する可能性がある場合、これが検出され、制御は圧力勾配が目標コリドー内のパスをたどるように適合される。この点で、圧力上昇曲線上の次の目標点に正確に到達することは、制御の必須の目的ではない。このようにして、製品への損傷をより良好に妨げることができる。

圧力上昇中に特定の圧力差を達成するために必要とされる圧力媒体の質量または体積は、好ましくは、第１のパラメータとして測定される。圧力上昇段階の間に、圧力増加が、高圧チャンバに圧送される体積に依存して決定される場合、測定された圧力勾配は圧力―体積曲線を形成する。それを圧力減少の段階に移すことにより、特定の圧力差を得るためにどれくらいの量の圧力媒体をシステムから再び出さなければならないかを予測することが可能になる。同じことが、圧力媒体の質量を測定するこれの代替案に同様に適用される。これに関して、それぞれの質量流量または体積流量を測定することが特に好適である。

圧力上昇中に、特定の圧力差を達成するために必要とされるポンプストロークの数が計数される場合、特に好適である。ストローク当たりの体積を掛け合わせることにより、特定の圧力差を達成するために高圧チャンバに圧送されなければならない圧力媒体の体積を極めて容易に計算することができる。当然、ポンプストロークの数は、完全なストロークのみを意味するのではなく、ピストンのセクションに対応するフラグメントも含む。

これに代わる一実施形態では、測定装置は、動的な体積測定装置を含む。特定の圧力差のために圧送される圧力媒体の体積を、流量センサ（流量計）によって特に容易に測定することができる。

さらに別の実施形態では、測定装置は、動的な質量測定装置を含む。

次に、測定結果を使用して、所望の減圧に必要な膨張体積を決定する。このために、特定の圧力に対する膨張体積および制御弁の開度が、１つまたは複数の制御弁の特性曲線から読み出され、その結果として、単位時間当たりの所望の圧力減少のために必要な開度が予測される。

好ましい実施形態では、第２のパラメータに少なくとも１つの補正係数または緩和係数が割り当てられる。これにより、例えば、圧力減少中に生じる拡散プロセスによってもたらされる慣性が、制御において考慮されることが可能になる。発生する時間依存効果は、補正係数、特に圧力減少中の圧力の設定値と実際値の比較から決定することができる可変補正係数によって排除される。異なる拡散プロセスによって生じるかい離を排除することにより、頻繁に変化する製品またはパッケージの場合でも、圧力減少を正確に制御することができる。

それぞれの方法のステップを有する本発明による制御の好ましい実施形態を以下に説明する。所望の圧力低下率に必要な圧力勾配の経時変化は、制御によって可能な限り正確にトレースされるように意図された減圧曲線を予め設定する。正確な制御のために、特定の圧力減少に対して予想される膨張体積が使用される。

モデルに基づく膨張体積の推定のために、高圧チャンバ内の特定の圧力上昇に必要とされる圧力媒体の体積が測定される。この結果、圧力上昇を示す圧力―体積曲線が得られる。関連する関数は、圧力上昇中に計算され、配列として記録される。配列には、圧力上昇の個々の点の測定値および関連する微分値も含まれている。計算された値は、すでに説明したように、圧力減少のための圧力―体積曲線、または膨張関数に変換されることができる。

損傷なく減圧するのに必要な減圧曲線は、減圧関数として示される。これは、補間点配列を生成するために使用され、補間点は、好ましくは、制御された減圧中に圧力勾配が変更される関数の点に設定される。したがって、圧力減少曲線のそれぞれの目標点は、圧力勾配の経時変化を可能な限り示すように設定されるべきである。所望であれば、補間点は、圧力減少曲線に沿った連続体として補間されてもよい。

このように、１つまたは複数の制御弁の制御特性に基づく配列と、入力値として予想される膨張体積の形態の第２のパラメータとがコントローラに対して生成される。所望の時間単位で必要とされる膨張体積が高圧チャンバから出ることができる必要とされる開度が、弁特性曲線から読み出される。このようにして決定された開度で、制御された減圧が開始される。設定値／実際値の比較は、補間点でそれぞれ実行される。設定値／実際値の比較後に必要とされ得る弁位置の補正は、順に、次の時間セグメントに対して予想される膨張体積を考慮して行われる。計算は、好ましくは近似によって行われる。補正を、線形近似によって特に容易に計算することができる。しかし、用途に応じて、複雑な近似が使用されてもよい。当然、このための少なくとも１つの制御弁が際限なく可変に設定され得る場合、ここに記載された制御に役立つ。

本発明は、２つの図に基づいてさらに説明される。

製品の高圧処理のための本発明によるシステムの一実施形態を模式的に示した図である。 本発明による方法を用いて制御される圧力変動を例示した図である。

製品の高圧処理のためのシステム１が、圧力ライン３を介して高圧ポンプ４に接続され、高圧ポンプ４によって高圧媒体を供給される高圧チャンバ２を備える。測定装置５は、高圧ポンプ４の上流５ａまたは下流５ｂのいずれかの位置で、圧力媒体の流れの方向において互い違いの位置にある圧力ライン３に配置されている。これに代えて、位置５ｃに示すように、高圧ポンプ４自体に配置されてもよい。測定装置５は、圧力ライン３を流れるかまたは高圧ポンプ４によって供給される高圧媒体の量、特にその質量または体積を測定する。測定装置５は、ここでは破線で表される第１のデータリンク６ａ，６ｂ，６ｃを介してこれらの値をデータ処理装置７に送信する。

データ処理装置７は、同様に破線で表される第２のデータリンク８を介して圧力センサ９に接続されている。圧力センサ９は、直接的に高圧チャンバ２に接続されてもよく９ａ、および／または圧力チャンバ２を制御弁１１に接続する圧力ライン１０上に間接的に配置されてもよい９ｂ。圧力チャンバ２と制御弁１１との間には、制御弁１１から圧力チャンバ２を密閉する遮断弁１２が設けられている。制御弁１１は、破線で表される第３のデータリンク１３を介してデータ処理装置７に接続され、これにより作動される。

図２は、高圧チャンバ２における経時的な圧力変化を例として説明する線図１４を示している。圧力上昇の第１の段階１５において、単位時間当たりの圧力の上昇は、高圧チャンバ２内の圧縮が増大するにつれて増加している。所望の圧力に達すると、圧力が維持され、高圧チャンバ２内に配置された製品上で所望の方法で作用する、いわゆるプラトー段階である第２の段階１６が続く。

これに第３の段階１７で始まる減圧が続き、制御された減圧の開始点１８まで制御されていない方法で圧力が低減される。続いて、制御された減圧の第４の段階１９は、より小さい圧力減少のセグメント１９ａとより大きい圧力減少のセグメント１９ｂとに分割される。第４の段階１９の始めに、制御弁１１は、本発明に従って推定された開度に設定される。減圧中、第２のパラメータを用いて開度を再調整することができる。段階１９は、任意の所望の数の目標点、すなわち、所望の数の設定値／実際値の比較で占有され、これは本発明による制御の基礎となる。制御された減圧の段階１９は、圧力チャンバにまだ残っている残留圧力が解放される段階２０に進む。

第４の段階１９の間に通過する圧力範囲２１は、圧力上昇中の第１のパラメータの決定に好ましい圧力範囲である。したがって、圧力範囲２１は、第１の段階１５のセグメント１５ａに含まれてもよい。

２つの圧力センサ９ａ，９ｂが設けられている場合、それらはそれぞれデータリンク８ａおよび８ｂを介してデータ処理装置７に接続される。この変形例では、高圧チャンバ２に間接的に接続され、制御弁１１と遮断弁１２との間にある圧力センサ９ｂを圧力ライン１０に接続することが好適である。この変形例では、圧力センサ９ｂは、段階１５，１６および１７の間に遮断弁１２によって高圧チャンバ２から接続を断たれ、制御された減圧の開始点１８からのように圧力チャンバ２に単に接続される。その結果、センサ９ｂにはより低い圧力範囲のための、したがってより高い正確度の器具を使用することができる。高いスルーフロー、特に関連する高圧勾配の場合には、９ｂで測定された圧力値は、圧力ライン１０における圧力損失の結果として高圧チャンバ２内の圧力とは大きくかい離することに留意すべきである。９ｂで測定された圧力値を補正し、制御の安定性を高めるために、圧力センサ９ａをこれらの場合に使用してもよい。

Claims (14)

1. 製品、特に包装された食品の高圧処理のための方法であって、第１の方法のステップにおいて、前記製品は高圧チャンバ（２）内で圧力媒体にさらされ、その後の方法のステップにおいて、前記高圧チャンバ（２）で上昇した圧力を再び低下させ、前記圧力を低下させる前記ステップが１つまたは複数の段階（１７，１９，２０）で行われ、少なくとも１つの前記段階（１９）において、前記圧力を低下させる前記ステップが制御され、前記圧力上昇中に記録された第１のパラメータによって決定される第２のパラメータが前記制御に使用される、方法。
2. 前記制御が、パラメータフィールドに基づいて実行され、前記パラメータフィールドは、前記圧力減少の特定のセグメントをそれぞれ表す複数の第２パラメータを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記圧力媒体のどの質量、特にどの質量流量が前記圧力上昇中に特定の圧力差を達成するために必要とされるかが前記第１のパラメータとして決定されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記圧力媒体のどの体積、特にどの体積流量が前記圧力上昇中に特定の圧力差を達成するために必要とされるかが前記第１のパラメータとして決定されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
5. 前記圧力上昇中に、特定の圧力差を達成するために必要とされるポンプストロークの数が計数されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記第２のパラメータに、少なくとも１つの補正係数が割り当てられることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記圧力上昇中に記録された前記第１のパラメータが、前記圧力の前記低下を制御するデータ処理装置（７）に送信されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記制御された段階（１９）の開始時および／またはその間に、前記圧力減少の所望の経時変化を達成することができる調整の程度が、前記第２のパラメータを用いて圧力減少手段（１１）に対して決定されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記圧力減少の開始後、前記高圧チャンバ（２）内の、または前記高圧チャンバ（２）と前記圧力減少手段（１１）との間の現在圧力が、少なくとも１つの圧力センサ（９）によって測定され、前記圧力減少の前記所望の経時変化と前記測定された現在圧力との間にかい離がある場合には、前記圧力減少の補正が実行されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記制御が、目標コリドー内のパスに従うことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 圧力チャンバ（２）に高圧媒体を供給するための第１の装置（３，４）と、前記圧力チャンバ（２）内の圧力を低下させるための第２の装置（１０，１１，１２）とを備え、前記第２の装置（１０，１１，１２）は、少なくとも１つの圧力減少手段（１１）と、データリンク（１３）を介して前記少なくとも１つの圧力減少手段（１１）に接続されたデータ処理装置（７）とを備える、製品の高圧処理、特に請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法による高圧処理のためのシステムであって、
    前記第１の装置（４）が測定装置（５）を備え、前記測定装置（５）は、前記少なくとも１つの圧力減少手段（１１）を制御するためにデータリンク（６ａ，６ｂ，６ｃ）を介して前記データ処理装置（７）に接続される
    ことを特徴とする、システム。
12. 前記測定装置（５）が動的な体積測定装置を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記測定装置（５）が動的な質量測定装置を含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記測定装置（５）が、前記高圧チャンバ（２）に供給する高圧ポンプ（４）のポンプストロークを記録するためのセンサを備えることを特徴とする、請求項１１に記載のシステム。

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