JPH01281042A - 食品の焼成制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は食品の焼成制御方法に係る０本発明はビスゲッ
ト、クツキー、スポンジケーキ、パン、スナック菓子類
、豆顕等の焼成に際して、その制御のために利用するこ
とができる。

（従来の技術） 従来、食品の焼成は焼成温度と焼成時間を指標として制
御されるのが一般的であった。即ち、熟練者が被焼成食
品の焼成状態を色調、水分含量、風味等の観点から適正
とされる標準焼成温度及び焼成時間を設定し、これに従
って焼成装置を稼働させ、最終的には標準の品質に近い
ものとなるように焼成温度や焼成時間を手動的に制御す
ることにより焼成を行っている。

（発明が解決しようとする課題及び発明の目的）焼成条
件としての温度及び時間は、同一型式の焼成装置を用い
て食品を処理する場合には、焼成処理済み食品の品質に
ムラをもたらさず、従って再現性の良好な指標になり得
る。しかしながら、同一の食品に間してタイプの異なる
焼成装置により処理する場合に、上記と全く同一に温度
及び時間条件を設定しても、食品の焼成状態において前
者の場合とは著しい差を生じることは屡々経験するとこ
ろである。

本発明者等は、この原因について種々の観点から検討を
重ねた結果、焼成装置の構造における差異や運転条件の
微妙な変化に起因して、仮に焼成装置内での雰囲気温度
や滞留時間が同一に設定されている場合であっても、被
焼成食品に伝えられる伝導熱の熱伝達率或は熱源や壁面
から放出される放射熱の強度に差を生じ、これが食品の
焼成結果に多大な影響を与えることを見い出した。

これについて、市販の家庭用ガスオーブンであって熱風
強制循環式のオーブンＡと、自然対流式のオーブンＢと
を例にとって説明する。先ず、オーブンＡ及びＢ内の雰
囲気温度を同一の１８０℃に設定し、径４０曹踵、厚み
２２ｔ＋１の寸法を有し、表面が耐熱性黒色塗料により
塗装されており且つ中心部に熱電対がセットされた銅製
のテストピースを各オーブン内に載置し１、このテスト
ピースの温度変化を経時的に測定した結果は第１図に示
される通りであった。テストピースは黒色のものであり
、従って、伝導熱を吸収する以外に放射熱もその大部分
を吸収するので、その温度上昇速度は伝導熱と放射熱と
を合わせた当該オーブンの総合的な加熱能力を示すもの
と云える。この点を考慮にいれて、第１図に示される結
果から判断すれば、オーブンＡはオーブンＢにおける場
合と比較して、テストピースの温度上昇速度が著しく高
いので、総合的な加熱能力において前者が後者よりもそ
れだけ優れていることを示している。

伝導熱と放射熱との和は見掛けの熱伝達率（ｈ）と称さ
れており、焼成装置内において被加熱物に伝わる熱量（
ｋｃａｌ／ｈｒ）は、一般に、αｈ　（Ｔ　−Ｔ’）　
　　　　　　　　（１）ｈ：見掛けの熱伝達率（ｋｃａ
ｌ／♂−ｈｒ・”Ｃ）α：被加熱物の表面積（♂） Ｔ：雰囲気温度　　　（”Ｃ） Ｔ゛：被加熱物の温度　（”Ｃ） で表される。

上記の式（Ｉ）から明らかなように、被加熱物に伝わる
熱量は雰囲気温度と見掛けの熱伝達率の２つの要因によ
り決まる。因に、前記の実験におけるテストピースの温
度上昇カーブから、オーブンＡ及びＢにおける見掛けの
熱伝達率を算出すると、 オーブンＡ　：　４１　ｋｃａｌ／ｙＩ−ｈｒ　・”Ｃ
オーブンＢ　：　１７　ｋｃａｌ／ｍ”　・ｈｒ・’Ｃ
となり、見掛けの熱伝達率はオーブンの種類により著し
く異なることが判る。

翻って、食品の焼成は、焼成されるべき食品が何度の温
度雰囲気内にどの程度の時間にわたり保持されていたか
ではなく、当該食品がどの程度の熱量を受けたかにより
決まるべき性質のものである。この場合に、被焼成食品
に伝わる熱量は、上記の式（１）に示されるように、雰
囲気温度と熱伝達率の両者により決まるので、従来指標
とされて来た雰囲気温度と時間とでは被焼成食品に伝わ
る熱量との対応性が乏しく、これが工程制御を困難にし
ていたのである。

従って、本発明の目的は、焼成装置の型式とは無関係に
、常に適正な焼成をもたらす、食品の焼成制御方法を提
供することにある。

（課題を解決し、目的を達成する手段及び作用）本発明
によれば、焼成装置内において且つ被焼成食品の付近に
おいて受熱量を測定し、この受熱量を指標として加熱温
度及び焼成装置内部の空気流速の少くとも一方を制御す
ることを特徴とする、食品の焼成制御方法により上記の
課題が解決されると共に、上記の目的が達成される。

本発明による焼成制御方法を実施する場合に、被焼成食
品の受熱量を計測するには、焼成されるべき食品自体又
は熱吸収特性が当該食品に近似するテストピースを焼成
装置の内部にセットして、その温度上昇を計測する方式
を採用するのが最も簡単である。しかしながら、この方
式によれば、試料即ち被加熱物（食品又はテストピース
）の温度が焼成装置内部の雰囲気温度に近づくまでの、
限られた時間内において計測を行い得るに過ぎず、従っ
てバッチ式に運転される焼成装置の制御には適用できて
も、連続式に運転される焼成装置の制御には適さない、
上記の方式に代わるべき方式、即ち焼成されるべき食品
が焼成装置を経て連続的に搬送される場合に、焼成装置
内で個々の食品が受けるであろう熱量を計測する方式と
しては、例えば次の方法がある。

即ち、内部が冷却可能になされた耐熱性の棒状端子の表
面に熱流センサを取り付け、これを焼成装置の内部にセ
ットし、上記の棒状端子の内部を一定温度に冷却し且つ
熱流センサを流れる熱量を読み取るもの であり、熱流センサをヒートシンクに取り付けた構造の
ものである。具体的に説明すれば、センサの表面（受熱
面）を熱源に対向させる七、熱源からの放射エネルギー
は受熱面で吸収され、センナを通過してヒートシンクに
流入する。従って、センサには、通過した熱１に対応し
た起電力が発生ずる。ここで、仮に、入射する放射熱エ
ネルギーのすべてが受熱面で熱エネルギーに変換され且
つ熱エネルギーのすべてがヒートシンクに流入するなら
ば、熱流計の指示値（ｋｃａｌ／１ｌ−ｈ）は入射する
放射熱エネルギーに等しくなる筈であるが、実際には受
熱面の吸収率、周囲からの放射、自己放射、受熱面と雰
囲気との対流による熱の授受等の影響により若干の偏差
を生じる。そこで、これらの影響を除去するために、受
熱面に入射する放射熱エネルギー密度（ｋｃａｌ／＋／
・ｈｒ）とセンサ出力との関係が較正装置によって求め
られており、メータ一部の定数目盛りを調整するだけで
上記の偏差を較正できるようになされている６測定に際
しては、上記のセンサを）ＩＦＭ　ＭＣ−Ｌ型直示計に
接続し、この直示計の上記定数設定ダイアル目盛りを各
センサ毎に与えられている固有定数値に合わせ、次いで
熱量計の受熱面を測定対象に向ければ、その位置での放
射熱エネルギー密度がメーターにｋｃａｌ／ｉ’−ｈｒ
の単位で指示されるようになされている。

焼成装置により処理される場合に、物品即ち本発明が対
象としている食品は雰囲気空気からの熱伝導による伝導
加熱と、熱源又は焼成装置の壁面からの放射熱による放
射加熱とに曝される。伝導加熱と放射加熱との割合は、
５焼成装置の種類や設定温度条件により異なるが、例え
ば燃焼ガスを熱源とし且つ熱風を主とする加熱方式を採
用する焼成装置では伝導加熱の割合が高くなり、一方電
気抵抗式ヒーターや赤外線ヒーター等の直接加熱方式を
採用する焼成装置では放射加熱の割合が高くなり、又設
定温度が高くなる程放射加熱の割合が増加する傾向を示
す、何れにせよ、一般的な焼成装置においては、食品は
伝導熱と放射熱とにより加熱されるのが通例である。

これらの伝導熱と放射熱とにおいて、伝導熱は物品の如
何に拘らず伝わるが、放射熱は物品の表面の放射率に依
存して、その吸収量が異なる０例えば、放射率が０．５
の物品は放射熱の５０％を吸収するに過ぎない、即ち、
焼成装置内で加熱される物品の受熱量は伝導熱と放射熱
の和で表されるが、この放射熱に関しては当該物品の放
射率を考慮して補正しなければならないことになる。

従って、本発明による焼成制御方法を現実に実施する場
合に、被焼成食品の受熱率を計測するためには、比較的
高い放射率（ａ）を有する受熱体の熱、ｔ（Ｑ＋）を測
定すると共に、比較的低い放射率（ｂ）を有する受熱体
の熱ｆ！ｋ　（Ｑｚ）を測定して焼成装置内部の伝導熱
（Ｃ）及び放射熱（Ｒ＞を式％式％） から算出し、−力抜焼成食品の受熱量（Ｑ）をＱ＝Ｃ＋
φＲ（ｋｃａｌ／ｍ”　・ｈｒ）（式中Ｃ及びＲは上記
の算出値を意味し、φは被焼成食品の放射率を意味する
） と推定し、この受熱量を指標として加熱温度及び焼成装
置内部の空気流速の少くとも一方が制御されるのである
。

尚、本発明による制御方法において、制御の対象が「加
熱温度及び焼成装置内部の空気流速の少くとも一方」と
規定されているのは、焼成装置内の熱伝達率に影響を与
える諸因子について検討を行った結果、装置内の風速が
要因の一つであることが判明し、制御対象が専ら「温度
及び時間」であった従来の制御方式は適当なものではな
いと考えられるに至ったからである。即ち、被加熱物表
面付近の空気の流れが速いほど、被加熱物に伝わる熱量
は増大し、この事実は風速が焼成装置の焼成条件を制御
する上できわめて有用であることを示唆している。しか
し、現状の焼成装置においては、空気の吸排気機構や、
内部空気の循環機構を有する場合であっても、これらの
調整は手動で行われており、自動的に制御する方式にな
されていない、この理由は、主として焼成装置内の風速
による伝導熱変化を把握する適切な手段がなく、操作が
難しい事に起因していると考えられる。因みに温度計測
装置では、風速の変化は感知し得ない。

しかるに、前述のようにして受熱量を測定すれば、この
風速の変化を、受熱量の変化として捕らえることが可能
となり、被加熱物の焼成状懇に応じて風速を自動的に制
御することが可能になる。

風速を調整するには、循環風のダクトの調整弁の開度を
連続的に変化、或は循環風をもたらすファンモーターの
回転速度を連続的に変化させる方法等を挙げることがで
きる。

尚、雰囲気温度を種々の温度に設定して風速と熱伝達率
との間係を調べた結果は第２図に示される通りであった
。この第２図から受熱量制御を風速−で行う場合には雰
囲気温度に関係なく熱伝達率の変化速度が速く且つ変化
幅が広いことが判る、例えば風速を０．５膳／Ｓから１
ｍ／ｓに変化させる場合に、熱伝達率は約２倍程度変化
するのである。従って、風速による制御を行えば、作業
の開始時等のように熱負荷変動の大きく変化する場合に
も焼成を一定に制御することが可能になる。

（実施例等） 次に、実施例に関連して本発明を更に詳細に説明する。

大ＩＬ ガスバーナーを熱源とし、スチールベルトを有する長さ
約３０　ｍの連続運行型のビスケット用焼成オーブンを
用いた。このオーブンの入口から１７３部分を第一ゾー
ン、中央部１７３　　部分を第二ゾーン、出口１７３部
分を第三ゾーンと称する。

各ゾーン共、スチールコン、ベアー上面及び下面に、そ
れぞれ温度制御装置を有し、この部分を加熱するバーナ
ー開度を調整することにより独立に温度を制御できる構
造を有するものであった。

又、各ゾーン共、スチールコンベアー上面及び下面に、
それぞれ内部空気を循環するファンおよびダクトを有し
、ファンの回転速度を変えて、独立に風速を制御できる
構造を有するものであり、風速の可変幅は、０−２１／
Ｓであった。

一方、長さ９０ｃｍ、直径３０℃園のステンレススチー
ル製棒状端子の先端部を、内部に水を通して冷却させる
ヒートシンクを取り付け、このヒートシンクの表面に京
都電子工業株式会社製のＥ５００型熱流センサを銀源に
より取り付けて熱流計を製作した。

この熱流計を、スチールコンベアーの上面の、各ゾーン
の中央付近に、焼成対象食品であるビスゲットに接触し
ない範囲で且つ該食品になるべく近い位置に設置した。

尚、この熱流計の表面は、予め耐熱性の黒色塗料で塗装
されていた。

スチールコンベアーの下面で且つ前記の熱流計の真下付
近に、コンベアーに接触しない範囲で且つコンベアーに
なるべく近い位置に、前記熱流計と同質、同寸の熱流計
を２本、並列に設置し、同様に両端を壁面の外に出した
。予め一方の熱流計は前記黒色塗料により塗装され、他
の一本の熱流計には、銀白色の耐熱塗料が塗装されてい
た。

黒色、銀白色の熱流計の放射率は、それぞれ０．９．０
．１であった。又、焼成するビスケットの放射率は、０
．８７−０．９３　、スチールコンベアーの放射率は０
．４であった。

これらの熱流計のヒートシンクには３０℃の水を毎分４
００−程度の割合で流し、熱流計の出力を京都電子工業
株式会社製のデータ処理装置（ＨＦＭ　ＭＣ−Ｌ）に接
続して熱流計の受熱量を連続的に測定、表示した。

オーブンの出口には、ビスケットに一定の明るさの照明
を照射し、その光の反射率から焼き色の濃淡を連続的に
計測するシステム、例えば、ＧＯＲＩＮＧ　ＫＡＲＲ社
（英国）ノＶＳ−１０焼き色計測装置を設置し、計測値
を電気信号として取り出し、焼成装置にフィードバック
する機構を採用した。

ビスケットを焼成するに当り、以下のごとく制御した。

（イ）第１ゾーンにおいては、急速な加熱を避は徐々に
熱をかけることが望ましい、又表面乾燥を避けるために
、風速も低く抑えることが望ましい、実験的にみて２．
０００　ｋｃａｌ／ｍ”　−ｈｒの加熱が適切である。

このため第一ゾーンのコンベアーの上面は、温度を１７
０−１８０℃に設定し、前記熱量計のメーターが２，０
００　ｋｃａｌ／ｍ”　−ｈｒになるように、空気循環
ファンの回転速度により風速を制御した。風速を別途計
測した処、０．５ｍ／ｓ前後であった。ビスケットは伝
導熱と放射熱により加熱されるが、伝導熱はビスケット
、熱流計共に同じ比率で伝わり、放射熱はその放射率に
比例して伝わる。ビスケットと黒色熱流計は放射率がほ
ぼ等しいので、黒色熱流計の受ける放射熱は、ビスケッ
トの受ける放射熱とほぼ等しくなる。すなわち、黒色熱
流計の受ける熱量ｑは、そのまま、ビスケットの受ける
熱量９と見做し得る。

第一ゾーンのスチールコンベアーの下面は、雰囲気温度
を上面と同じ１７０−１８０℃に設定した。黒色熱流計
の受ける熱量は２，０００ｋｃａｌ／ｍ”　・ｈｒ、銀
白色熱流計のそれは１．６００ｋｃａｌ／ｍ”　・ｈｒ
だった。　（１）　、（厘）式から伝導熱（Ｃ）、放射
熱（Ｒ）を求めた。黒色、銀白色熱流計表面の、放射率
は、それぞれ０．９及び０．１であるので、 Ｃ＋　０．９Ｒ−２０００（ｋｃａｌ／ｍ”　−ｈｒ）
Ｃ＋　０．ＩＲ＝１６００　　（ｋｃａｌ／ｍ”　−ｈ
ｒ）から、伝導熱Ｃ１放射熱Ｒは、それぞれ１５５０及
び５００ｋｃａｌ／ｍ”　−ｈｒとなる。焼成条件とし
ては、ビスケットの上面と下面は、極力等しく加熱され
ることが望ましい、この場合に、ビスゲットの下面、換
言すればスチールコンベアーを介して受ける熱は、伝導
熱１５５０ｋｃａｌ／ｍ”　−ｈｒと放射熱の４０％（
スチールコンベアーの放射率が、０．４であるから）の
２．０ＯＯｋｃａｌ／ｍ”　−ｈｒとの合計で１７５０
ｋｃａｌ／ｍ”−ｂｒとなり２５０ｋｃａｌ／ｍ”・ｈ
ｒだけビスケットの上面より受熱量が少ない、放射熱は
風速の影響を受けないと考えて、黒、銀白色の再熱Ｉ計
共伝導熱を２５０ｋｃａｌ／ｍ”・ｈ「だけ増加するよ
う、循環ファンの回転数を制御してスチールコンベアー
下面の風速をあげた。予め（１）　、　（１）式より計
算して、黒色熱量計の熱量指示値は２２５０ｋｃａｌ／
ｍ”−ｈｒ、銀白色熱量計のそれは１８５０ｋｃａｌ／
♂・ｈｒとなるように制御しな、この様に上下の加熱の
バランスを保つことにより焼成状態は良好であった。

この時、この第一ゾーンのスチールコンベアー下面の風
速は、０．６１１／Ｓ程度であった。

（１１７＞第二ゾーンにおいては、ビスケットの組織を
ソフトに仕上げるために、急速に水分を蒸発させるよう
に加熱も急速に行いない、従ってオーブンの加ｆｉ能力
もフルに発揮させることが望ましい、実験的には４００
０ｋｃａ　１７ｍ”−ｈｒ以上の加熱が要求される。第
二ゾーンのスチールコンベアーの上面においては、温度
を２１０−２２０℃付近に設定し、空気循環ファンの速
度を上げて、熱量計測の前記流量計の受熱量を、４００
０ｋｃａｌ／♂・ｈ「になるように制御した。これに必
要な風速は１．６ｍ／ｓ程度であった。

このゾーンの、スチールコンベアーの下面は、温度を２
１０−２２０℃付近に設定し、（イ）と同様の方法で、
上面と同程度の加熱になるように風速を制御した。この
ために必要な風速は１．８ｍ／ｓ程度であった。

（ハ）第三ゾーンにおいては、ビスケットの表面が若干
焦げて適度の焼き色を呈するように焼成を調整する必要
がある。従って、このゾーンでは、熱量計の受ける熱量
を指標とするのではなく、ビスゲットの焼き色を指標と
して温度と風速を制御する必要がある。前記焼き色計測
装置によりビスケットの焼き色を計測し、標準色との偏
差は、（１）直ちに空気循環ファンの回転速度にフィー
ドバックし、焼き色が濃い場合には、回転速度を下げて
風速を遅くし、逆に淡い場合には回転速度を上げて風速
を速くし、又焼き色が標準の±２０％変動に対し空気循
環ファンの制御幅が最大になる比例制御とし、（２次に
空気循環ファンの回転速度がその最低速度と最高速度の
中間速度で、焼き色が適度になる様に温度と風速のバラ
ンス制御を行った。即ち、ファンの回転速度が中間速度
よりも速い状態で焼き色が適度の場合には温度を上げな
がらファンの回転速度を下げ、逆にファンの回転速度が
中間速度よりも遅い状態で、焼き色が適度の場合には温
度を下げながらファンの回転速度を速くして中間速度に
なるように制御した。温度±２０℃に対して空気循環フ
ァンの回転速度の制御幅が最大になる比例制御としてバ
ランスを自動的に制御した。この場合の温度の変動幅は
２０５−２１０℃であった。風速による熱供給量の制御
は、短時間に加熱量を変化させることができ、均一な焼
き色とする調節が可能となる。

一方、温度は、大きな熱容量を有するオーブンでは追従
が遅く均一な焼き色の制御には適さない、前記のごとく
、ファンの回転速度をその中間におくと、前工程等の変
動に対してその対応範囲が最も広くなる。

参考例し 実施例１の装置を用いて従来法と本発明による焼き色の
制御実験を行った。即ち、従来法に関しては、焼き色の
調整を第三ゾーンにおける温度制御により行い、風速を
制御因子としなかった。

即ち第三ゾーンの風速をＩｎ／ｓに固定し、焼き色計測
装置によりビスケットの表面焼き色を実施例１の方法に
より連続的に計測して信号を第三ゾーンの温度制御装置
にフィードバックし、この場合の制御は、焼き色が標準
値の±２０％変動に対して、温度が１０％変化する比例
制御とした。

焼成状態が安定してから、５時間の連続運転中、５分毎
に１０枚のビスケットを無作為に取り出し、色差計によ
り光の反射率（明度）により焼き色を計測した。測定ナ
ンブルの焼き色は、標準サンプルの明度を１００％とし
た相対値で表示した。

次に実施例１に述べた本発明の方法により準じて焼き色
の制御実験を行い、同数のサンプルを抽出して焼き色の
計測を行った。

焼き色の計測結果を次の表１に示す。

誉Ｕ 実施例１で述べた大型のオーブンの場合、オーブンの熱
容量が大きいので、作業開始前に予備加熱を必要とする
。従来法におけるように空気風速を一定として、温度を
指標とするオーブン制御法の場合には、焼成装置の雰囲
気温度が設定値に達したのは３０分後であった。しかし
この時の焼成品は、焼き色が不足し、膨らみが不良であ
った。良品が得られたのは、予備加熱後１時間経過した
後であった。

本発明に従って制御する実験では、温度が目標設定値付
近に達した時点で風速を制御してオーブンを目標とする
熱量条件に設定して、焼成を行った。第一ゾーン、第二
ゾーンとも温度が設定値より５℃低い温度の場合にも良
好な品質の製品が得られた。この結果、予備加熱時間は
、２５分に短縮することが可能となった。

本例の内容を要約して示せば下記の表２に示される通り
である。

表　　２ （発明の効果） 本発明方法によれば、焼成されるべき食品の受けるべき
熱量を計測し、この熱量を指標として食品焼成の制御が
行われる。

従来法では、加熱温度及び処理時間を指標として焼成制
御を行っていたが、これは焼成の実際を反映したもので
はなく、その制御管理には熟練を必要としていた。

これに対して、本発明方法によれば、焼成されるべき食
品の受熱量を基本とし、その制御に焼成装置内の風速を
利用する結果、対応が迅速となり且つ制御幅も広くなる
。

従って、本発明による制御法を用いれば、焼成装置の型
式とは無関係に適正な焼成をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は型式及び構造の異なるオーブンを用い且つ雰囲
気温度を一定に設定して、これ、らオーブン内にセット
されたテストピースの温度上昇を経時的にプロットした
結果を示すグラフであり、第２図は雰囲気温度を種々に
設定した場合の熱伝達率と空気風速との関係を示したグ
ラフである。 特許出願人　　明治製菓株式会社 第１図 成ＭＩＬ吋間　（８） Ｏ−一〇：　ガス不−７“ンＡ が−嶋　７ｒス不−アンＢ トづ、投足寮回気ｉｉ＆

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼成装置内において且つ被焼成食品の付近におい
   て受熱量を測定し、この受熱量を指標として加熱温度及
   び焼成装置内部の空気流速の少くとも一方を制御するこ
   とを特徴とする、食品の焼成制御方法。
2. （２）被焼成食品の受熱量を測定するために、比較的高
   い放射率（ａ）を有する受熱体の熱量（Ｑ＿１）を測定
   すると共に、比較的低い放射率（ｂ）を有する受熱体の
   熱量（Ｑ＿２）を測定して焼成装置内部の伝導熱（Ｃ）
   及び放射熱（Ｒ）を式 Ｑ＿１＝Ｃ＋ａＲ（ｋｃａｌ／ｍ＾２・ｈｒ）（ＩＩ）
   及びＱ＿２＝Ｃ＋ｂＲ（ｋｃａｌ／ｍ＾２・ｈｒ）（Ｉ
   ＩＩ）から算出し、一方被焼成食品の受熱量（Ｑ）をＱ
   ＝Ｃ＋φＲ（ｋｃａｌ／ｍ＾２・ｈｒ） （式中Ｃ及びＲは上記の算出値を意味し、 φは被焼成食品の放射率を意味する） と推定し、この受熱量を指標とすることを特徴とする、
   請求項（１）に記載の食品の焼成制御方法。