JPH03503449A - 液状またはゲル化状媒体の示差熱測定によるその状態の変化の研究・制御方法とこの方法の実施装置 - 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】 液状またはゲル化状媒体の示差熱測定によるその状態の変化の研究・制御方法と この方法の実施装置詳細な説明 本発明は、上記媒体の示差熱を測定することにより、流動液体のゲル化またはゲ ルの液化のごとき液体媒体もしくはゲル化媒体の状態変化の研究および調整方法 に関する。

同じくこの発明は、この方法と実施するための装置に関するもので、さらに特定 して言えば食品工業を対象としている。

ＥＰ−Ａ−０−１４４４４３資料中には、凝乳を目的とした熱線風速計原理の適 用方法が記載されている。この方法によれば一般に等温条件下での、液−ゲルの 転移状態を調べることができる。事実、白金線を使って当初液体媒体中に熱の形 態でエネルギーを与えたのち、この線の温度測定を行っている。液体媒体中では 、自然対流作用により白金線と媒体間に熱平衡が保たれ、線温度は環境媒体中の 温度より僅か高目の値で一定状態を示す。

媒体が凝固するかまたはゲル化する場合、この媒体の構造変化には自然対流から 伝導に移行する熱変化が伴う。

この結果、白金線の温度が上昇しその程度は媒体中の熱伝達係数の変動に応じた ものとなるが、この現象は媒体中の熱伝導率が一定なことによる。食品工業分野 では時により、完全な等温条件が得られることはなく、また時には、ゲル化また は凝固化の際、ゼラチン、多［ｉ等のゲル化、さらに一般的に言えばソースおよ びジャムの製造の他、低温凝乳の熱凝固、等において、温度の変動が伴うもので ある。上記操作の場合、温度変動による妨害作用のため、前記特許中に記載のセ ンサーでは凝固現象を正しく判定し得ない。

本発明の目的の一つは、凝固またはゲル化を生じやすい媒体内の温度変動を計算 に入れ、この媒体の状態変化を制御、研究することにある。

本発明の別の目的は、この媒体特性を利用し、厳密な意味での凝固現象に固有の 情報を得ることにある。

従って、本発明の目的は、前記媒体の熱特徴の差を測定することにより、流動液 のゲル化またはゲルの液化現゛象を研究・ＩＩ御する方法の提供にあり、この媒 体の温度測定には媒体温度に相当する一次信号を与える第一プローブを設けて媒 体の温度を測定し、この第一プローブから十分離隔取り付けした第ニブローブを 用いこの媒体に熱の形でエネルギーを与え、温度変動による支障を第一プローブ に及ぼさぬごとくし、この第ニブローブで温度に対応する信号を発生させ、これ を増幅、修正したのち電気情報処理装置中で、プローブの発生信号を処理し、媒 体の温度測定信号を用い、熱の形態とした第ニブローブによる信号を修正し信号 中に含まれる情報を厳密な意味で凝固現象に対応するごとく処理することを特徴 としている。

本発明はまた、ゲル化の工程中流動液の熱測定装置に関するものであり、さらに 具体的に言えば上記方法を実施する装置を目的とし、この装置は流動液の温度測 定用の第一プローブと熱の形態でエネルギーを媒体に伝える第ニブローブとを組 み合わせ、増幅と修正を行った後、信号を両プローブにより電気情報処理装置に 伝達することを特徴としているつ 本発明によれば、使用プローブは白金抵抗式が好適である。

本発明による他の利点と特徴は、添付の図面を参考として示す実施例および態様 を一読すれば明白となるはずである。

第１図は本発明によるセンセ−装置の略図を、第２図は１％ゼラチン溶液のゲル 化工程を示す、Ｇ１（温度用プローブ）とＳＧＴ　（１）（防用プローブ）状態 曲線を、 第３図は５％ゼラチン溶液のゲル化工程を示すＧ２（温度用プローブ）とＳＧＴ 　（２）（防用プローブ）の状態曲線を、 第４図は１０％ゼラチン溶液のゲル化工程を示すＧ３（温度用プローブ）と５Ｇ Ｔ（３）（防用プローブ）の状態曲線を、 第５図は低温凝乳用酵素入り牛乳の凝固工程を示すθ、（温度用プローブ）とＳ ＯＴ　（４）（防用プローブ）の状態曲線を、 第６図は別種凝乳用酵素入り低温牛乳の凝固工程を示す、Ｈ（ＨＯＲＩタイププ ローブ）、５ＧＴ（５）（防用プローブ）及びθ、（温度プローブ）の状態曲線 を、それぞれ示す。

第１図で示すセンサー装置には、ガラスアンプル中０℃温度に調節した１００オ ームの白金抵抗プローブ（１）（２）をとりつけ、このアンプルはたとえば径２ １、長さ１２■の構成とする。温度プローブと呼ばれる第一プローブ（１）は媒 体温度の測定に用い、一方、熱プローブと称する第ニブローブ（２）は、媒体に 熱エネルギーを供給し、間を温度指示用信号を与える。熱用プローブ（２）の大 きさは、単位面積当りの供給熱量を考慮して調査対象媒体に応じて定めるが、こ の熱量は高精度のセンサーの判別性能を損なわぬ十分低い値とする。

この種プローブは市場で容易に入手できる。

上記のごとく状態調節した白金性プローブは移動が自由で、とくに通常の熱電対 タイプの温度センサーに比し感度が高い。精度と感度との調整は以下に述べる加 熱白金プローブの状Ｂ調節により得られる。

加熱用プローブ（２）の白金線の加熱にはたとえば３５ｍＡの一定強度を示す、 較正済電源（Ｇ２）により得られるジュール熱効果を利用する。この結果１６０ ０Ｗ／ｒｄに相当するワット密度のもとて０．２Ｗの出力が得られる。上記電流 は十分安定性を示すほか、抵抗の変動にも一切影響されることなく、抵抗測定で きるものとする。したがって、利得の高い増幅器および電圧遮断性のすぐれたＦ ＥＴ−ＭＤＳ　）ランシスター等を利用した（Ｇ１）および（Ｇ２）電流源であ れば負荷抵抗の１０％変動に対しても０．１ｍＡの安定電流が確保される。

熱プローブ（２）で発生する信号は、連結に先き立ち（Ａ２）段階で増幅され、 修正装置（Ｌ）段でアナログ化またはディジタル化され、温度プローブ（１）の 発する信号と合体する。修正装置（Ｌ）段では、プローブ（１）の発する信号を 考慮し、プローブ（２）で得られる信号を修正し、正確に媒体の状態変動を伝え る情報が得られる。

熱プローブによる温度想定は、線端に生じる電圧変動の結果既知の白金線電気抵 抗の変動を測定する方式による。この場合、一定電流Ｉについては、Ｖｇ　　（ Ｔ）＝Ｒｇ　　（Ｔ）Ｘ　Ｉｔの関係が成立する。

ただしＴはプローブ（２）の温度をあられす。媒体の状態が変動し切る前に、熱 プローブは媒体の温度θにより変動を受ける０以外の信号■。を発する。等温条 件下ではθは不変のため■。も変動せず、Ｖ２　（Ｔ）−ＶｏＯ差のみが構造上 の変動を示す。この場合■。は、■、で示す位相推移電圧と見なす。

問題とする媒体物の構造変化により必然的に温度に変動を生じる場合、位相推移 電圧Ｖ、は一定値を示さず生成物の温度θにより影響を受ける。１ｍＡの電流強 度で発電装置（Ｇ、）から給電される温度プローブ（１）は温度θに比例するア ナログ電圧Ｖ＋（θ）を発生させる。

適当な較正操作後、熱プローブ（２）の供給する信号から控除される位相推移電 圧は、Ａ２によりたとえば電子トークライザーによるアナログ法を用い、あるい はマイクロコンピュータ等による数的方法を使用して増幅後（Ｌ）装置段で計算 できる。たとえば、電子トータライザ−で得られる信号の状態調節カードを利用 し、１０〜８０℃間の水中で較正を行った位相推移電圧Ｖａ　　（Ｔ）をａＸ＋ ｂ型の式を用いＶ＋（θ）と組み合わせてもよい。ｖ、（Ｔ）の位相推移電圧値 から差し引いた熱プローブ（２）の発する信号Ｖ　（Ｔ）はこの時点で（Ｆ）段 で増幅される。

白金抵抗型のプローブの感度はおよそ０．４／ｌであられされ、Ｉ　　（Ｇｚ　 ）　＝　３５　ｍＡとすると、１４ｍＶ／℃の感度が得られ、サーモカフプルの 感度は４０μＶ／℃で示される。

の割合は、白金抵抗プローブにより３５０と見なされ白金抵抗プローブを取りつ けることにより（Ｆ）の一段で利得１００と示す雑音のないきわめて感度の高い 信号が得られる。なお、ＩＨｚ以下の遮断周波数の低域フィルター−基を用いる だけで十分の効果が得られる。

以下に示す使用実施例は単に参考１示したに過ぎずこれにより本発明の適用範囲 が限定されることはない。

実施１１−　ゲル化 三種のゼラチン溶液を用いて操作する。

粉末ゼラチンの一定量を蒸留水に溶解し、マイクロ液加熱炉を用いて加熱し完全 溶解させる。生成溶液を各５０ｍ１容積の二組のビーカー中に分取する。ビーカ ーを温水浴中に据え、温度用プローブを第一ビーカー中に、加熱用プローブを第 二ビーカー中にとりつけ、熱プローブが媒体温度測定の支障にならぬごとくする 。二組のプローブで発生する信号は連続的に記録する。第２．３、および４図は 、それぞれ１％、５％、１０％の三種ゼラチン溶液で得る測定結果を示す。上記 溶液温度を６５℃から１５℃に低減させついで同じ割合で昇温する。

低温度域では加熱プローブの発生信号に僅かの偏りが見られるが、これはｖｄ計 算にアナログ手法を用いることに起因する。ここで付記すると、ディジタル方式 の採囲によりこの偏りを除くことができる。ここでゲル化温度に達すると、ｇ＋ 　、ｇｚ　、ｇ：＋であられす信号の勾配は逆転する。この勾配の程度とゲル化 温度とはいずれも溶液中のゼラチン濃度で左右される。最後に温度を高めると、 第２．３．４図でそれぞれｆ、　、１．　、Ｉ！３で示すごとく、ゲルの液状化 現象によると見られる大きな信号の低下があられれる。この現象はゲル化の逆転 を示すものである。

施　２−低温酵素入り牛乳の凝固 公知のごとく通常、低温で酵素を加えた牛乳では酵素による加水分解がおこる。

これに反し凝固と呼ばれる蛍白構造の形成は見られず、凝乳は液状を維持したま まである。ただし、一定時間低温を保持したのち温度を高めると蛋白質構造の形 成が見られる。この現象を利用してステンーヒューチン（３ｔｅｎｎｅ−Ｈｕｔ ｉｎ　（１９６５））法と呼ばれるチーズ製造技術が開発されている。

本発明のセンサー装置を使えばこの現象の進行を追試できる。第５図で示す実施 例中では使用牛乳は、脱脂乳粉末の出発原料を１００　ｇ／１０割合で使用し、 これに１ｍモル／ｋｇの（：、ａｃｌｚを添加し、凝乳用酵素入り牛乳のｐＨを ６．６３とした状態を示している。この時点で粉末凝乳酵素を用いて調整した溶 液を凝集剤として利用し、５０　ｍ　ｇ　／　ｋｇ牛乳量すなわち２２２μｇ　 ／　ｋｇ活性レンニンの使用配合とする。通常この牛乳の凝固は３０℃温度下で １５分かけて得られる。

本例では凝乳を約１時間１０℃の温度に維持し、ついで温水浴を用い温度を１０ ℃から３０℃に高める。所要時間は８分である。凝乳用酵素を加えた牛乳を１０ ℃に保持する期間中では加熱用プローブの信号は全く変動を示さない。温水浴温 度指示を変えると、先に設定した値の平均値近くを信号は不規則に振動しはじめ 自然対流現象を示す。温度が３０℃に近づくと熱プローブによる信号は急激に増 大し、つづいて横這い状態となる。この時点では肉眼で網状組織の形成が見られ る。すなわち、曲線の変曲点に当たる時点で明瞭にチーズの凝結時間が観察され る。

第６図は、本発明によるセンサー”ＡＮを用いた場合のθＳおよびＳＧＴ　（５ ）について、また、ＥＰ−ＡＯ１４４４４３号中Ｈｏｒｉの記載するタイプのプ ローブを用いて得たＨ曲線についての測定結果を比較した同一反応機構を示す。

温度の指示が変更された時点で、Ｈ曲線上のホリ　（Ｈｏｒｉ）タイプのプロー ブ信号は急激に増大するのが分かる。ここで注意すべきは、計２０Ｖ振幅以上を 示すこの変動値でも凝固時点を判定することができない。これは、本発明による センサー装置に組み込みの熱プローブの発生信号とは対照的である。

この結果、本発明によれば食品の変成加工および凝固操作時の問題点もセンサー 装置に２Ｈのプローブを組み込むことにより解決されることが分かる。とくにこ の方式によれば媒体の変動状態をすべて指示する出力信号が得られ、この状態変 化は熱伝達係数の変動により、また媒体中の対流状態により判定される。

本発明が上記の実施態様と方式にいっさい限定されぬこと、しかも当業者の理解 できる範囲であらゆる変形と修正が可能であることは言うまでもない。また、参 考図面は純然と説明を目的に揚げたに過ぎず、決して本発明の範囲を限定したも のではない。さらに明確にしておきたいが、請求範囲中記載の技術特徴の後に挿 入した参照記号は技術事項の理解を容易にするだめのもので、決して通用範囲を 限定するものではない。

第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、媒体中の温度を示す第一信号を発する第一プローブ（１）を用いて媒体温度 を測定する段階と、第二プローブ（２）の温度を指示する信号を発する第二プロ ーブ（２）を用いて媒体に熱エネルギーを供給する段階と、 第一プローブ（１）による信号を考慮に入れ、第二プローブ（２）が発する信号 を修正する修正装置段（Ｌ）中で、上記信号を組合わせ媒体の状態変動を正確に 指示する情報を与える段階とから成ることを特徴とする、上記媒体を示差熱測定 することにより、たとえば流動液体のゲル化挙動またはゲルの液状化挙動のごと き液状もしくはゲル状媒体の変動状態を研究・調節する方法。 ２、修正装置段（Ｌ）により発生信号を増幅することを特徴とする請求項１に記 載の方法。 ３、装置段（Ｌ）の修正操作を電子トータライザーを用いアナログ方式で行うこ とを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ４、装置段（Ｌ）の修正操作をマイクロコンピュータを用いディジタル方式で行 うことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ５、上記プローブ（１、２）を１００オームの白金抵抗プローブとすることを特 徴とする請求項１〜４の何れかに記載の方法。 ６、上記プローブ（１、２）に低電流を通電することを特徴とする請求項１〜５ の何れかに記載の方法。 ７、第二プローブ（２）を第一プローブ（１）から十分離隔して取りつけ、第一 プローブ温度に変動を与えぬことを特徴とする、請求項１〜６の何れかに記載の 方法。 ８、媒体温度を測定し、この温度の指示信号を与える目的の第一プローブ（１） と、媒体に熱エネルギーを供給し、媒体の温度を指示する信号を発する第二プロ ーブ（２）と、上記信号用増幅装置（Ａ１、Ａ２）と、第一プローブ（１）によ る信号を用い、第二プローブ（２）の発生信号を修正する装置とから成ることを 特徴とする、上記請求項の何れかに記載の方法の実施装置。 ９、上記修正装置段（Ｌ）により得る信号の増幅装置（Ｆ）を追加することを特 徴とする、請求項８に記載の装置。 １０、上記プローブ（１、２）を白金抵抗型プローブとすることを特徴とする、 請求項８または９に記載の装置。