JPH0542912B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蒸気を直接噴射して連続的に加熱され
る食品の温度を自動制御する方法に関し、この場
合噴射機を通る食品の流れを変えることができ
る。

このもつとも簡単な形では、蒸気噴射機はパイ
プから成り、このパイプを通して食品供給原料は
一定割合でポンプ輸送され、かつ蒸気はバルブに
より調整することができる高圧供給ラインからジ
エツト又は開口プレートを通して導入される。供
給原料と蒸気を完全に混合するために、生成温度
を正確に測定する前に、噴射点から下流のパイプ
は十分小さいことが必要である。測定前のこの本
質的遅延が意味するところは、最終生成物温度に
変化をおこす任意の條件変化が、その発生後およ
び例えばフイードバツクループにおける３項制御
アルゴリズム（three−term control algorithm）
を使用する伝統的制御技術により何らかの修正処
置を行ないうる前に約５秒間検知されないことを
意味する。供給原料温度の緩慢な増加のような條
件の少しずつの変化はこの方法により易に補整で
きる。しかし、例えばかなり高い又は低い予備噴
射温度で第２供給原料バツチにつなぐことにより
生ずる急激の変化はシステムの円滑な進行に重大
な崩壊を起こし、充填機上部タンクに到達する非
−無菌製品の危険（製品の滅菌に加熱を使用する
場合）を冒す。予備噴射熱電対からの信号は通例
の制御器を使用してこの種の急激な温度変化を修
正するのに使うことができるが、フイードホワー
ド修正が正しい時に適用させるためにこの熱電対
の位置は供給原料の流速に依存し、かつ供給原料
の流速が変つた場合物理的に移動させる必要があ
る。

実際に、工業的状況では充填ラインによる加熱
製品に対する要求はそのラインで経験する損傷数
により変化し、例えば増粘剤の加水分解により、
又は変色、褐変、メイラード反応、異臭、又は焼
けから食品の熱分解を抑止するために上部タンク
に熱いまま貯蔵する製品量を制限することは有利
である。この制限は所要温度まで噴射される製品
の割合を変えることにより最善に達成できる。

ソビエトの発明者証第785353号明細書には澱粉
含有物を蒸気加熱することによりアルコールの自
動制御製造方法が記載されている。この方法は加
熱特性を改良するために、蒸気処理量の整定置は
混合物の実際温度および処理量により、および第
２加熱接触ヘツド後の塊りの実際の整定温度によ
つて決定され、一方蒸気の供給は蒸気処理量の流
れおよび設定値間の偏差により調整されることを
特徴とする第２加熱接触ヘツド後の塊りの実際温
度の測定および蒸気供給の調整を供する。しか
し、上記発明者証方法では供給原料流速センサー
ら供給原料ポンプまでのフイードバツクは指摘又
は記述がないので、この装置では自動供給原料流
速制御を満足させることはできない。

直接蒸気噴射を食品の連続滅菌法に使用する場
合、非常に厳密な温度管理および100℃よりかな
り高い温度での保持時間および上記関連不利益を
示す過少又は過度の処理を避けるために、大気圧
より十分に高い圧力が必要である。このことを達
成するために、ロシア方法とは異つて、供給原料
流速の自動制御要素を有することが必須であるこ
とが分つた。

いずれにしてもこのロシア方法は滅菌方法に関
するものではない。装置の記載では、蒸気分離容
器前に圧力調整バルブ又は開口がないから、100
℃より高い温度で又は大気圧より高い圧力でプラ
ントの運転が不可能であり、従つてこの方法は滅
菌には使用できない。大気圧以上の運転に伴なう
背圧はパイプを通るポンプ操作とは反対に摩擦力
およびポンプ操作により製品を上昇させる静止ヘ
ツドにより発生する。保持時間は供給原料流速に
依存するが、この自動制御要素はロシア方法では
実際必要ない。この方法では、大容器に充填する
ために、製品の粘度および蒸気噴射後のラインの
背圧により影響を受ける供給原料流速が固定速度
の容積形ポンプの使用によりもつとも広い可能範
囲の粘度および背圧にわたつて一定に維持される
のが一般的である。

従つて、本発明は、所要蒸気の流速は実際の供
給原料温度、実際の供給原料の流速および蒸気噴
射後の製品の実際かつ所要温度から計算され、一
方蒸気の供給量は実際かつ所要の蒸気流速間の偏
差に関し調整され、供給原料の流速は実際かつ所
要の原料供給流速間の偏差に関し調整されること
を特徴とする所要温度に到達させるために十分量
の高圧蒸気を製品に噴射される蒸気により加熱
し、食品温度の自動制御方法を供する。

供給蒸気量の制御および供給原料流速の制御は
一般に通例の三項アルゴリズム法を使用して行な
われる。

所要の蒸気流速の計算において、供給原料の比
熱を考慮する因子およびプラントからの輻射熱損
失を考慮する因子のような他の適当な因子を考慮
に入れることができることは理解すべきである。

この方法の実際操作は、オペレーターが目標製
品の流速および目標製品温度をインプツトし、次
にその後の制御は蒸気噴射機の停止ボタンおよび
開始ボタンに限定することにより有利に単純化で
きる。本方法の所要の製品流速および操作温度は
これらの目標値に基礎をおくが、これらは各種の
他の因子、例えば製品要求の減少により影響を受
ける。

蒸気の流れおよび供給原料の流れの実際の制御
は通例の電気又は電子制御器により達成されうる
が、好ましくは本発明の制御システムは少なくと
も１個のコンピユーターから成る。それに対し測
定値が供され、コンピユーターは整定点として使
用される所要の蒸気および供給原料流速を計算す
る。次に蒸気供給バルブおよび供給原料供給ポン
プに指示が与えられ、広範囲の温度および流速を
潜在的に制御するように非常に正確に温度および
保持時間の制御を行なう。

供給原料の加熱に必要な蒸気流の計算の十分な
拡張形（expanded form）はコンピユーターに
より使用できるが、蒸気１キロからの熱量は圧力
には依存せず、供給原料の比熱は異る製品間で変
化しないと仮定する計算の縮小形（reduced
form）はより迅速な応答を得るのに使用される。
計算へのインプツトは温度差（実際の供給原料温
度と所要温度間の）および所要の供給原料流速で
ある。計算からのアウトプツトは再度より迅速な
応答に対しそれぞれ供給原料および蒸気流速に対
する１分当りの又はキロよりむしろ制御ユニツ
トで表わされる。理想的には蒸気供給に対し使用
される調整バルブの特徴は所要の操作範囲にわた
つて略略直線的であるべきであるが、特徴が非−
直線性であるものに対し修正をする因子を計算に
含むことができる。

本発明方法は広い範囲の温度、例えば50〜150
℃にわたつて制御に対し使用できる。115〜150
℃、さらに通例的には120〜145℃、好ましくは
130〜145℃の温度で滅菌方法に対し特に適する。
しかし、本方法は滅菌が必要でない場合、しかし
温度および加熱時間の正確な制御が重要である場
合も適する。圧力は温度範囲を通して望ましく、
100℃以上の温度で圧力は使用されねばならない。
圧力は有利には予期温度／圧力関係の少なくと
も．５バール以上、例えば150℃で５バールゲー
ジまでである。圧力は有利にばね押し又は空気気
押し圧力レリーフバルブのような背圧バルブによ
り発生および／又は調整される。

食品の滅菌に加熱が使用される場合、所要の滅
菌温度は計算した長さの時間の間保持し、滅菌を
行なわねばならない。この保持時間は供給原料流
速の調整により達成できる。製品に対する要求が
減少した場合、供給原料流速は例えば50％低下ま
で、減少することができるが、過度の生産を抑止
するために滅菌温度の僅かの低下は一定の微生物
負荷の減少を維持するように計算できる−これは
120〜145℃の滅菌温度範囲にわたつて供給原料流
速の各10％減少に対し約0.5℃になる。

供給原料流速は有利には変速性容積形ポンプ、
好ましくはモノポンプのようなスクリユーポンプ
により制御される。本発明方法で遭遇するものの
ような高背圧を取扱うために工夫されたポンプの
型式が特に望ましい。供給原料流速は製品の粘度
および上記噴射後に発生する背圧により影響を受
ける。製品の要求が減少する場合、変速ポンプは
高レベルの運転の減少および余分の時間と材料は
要求が回復された場合装置を再運転するまで待た
せるよりむしろ目標製品流速を減少させることに
より生産割合を落とすために使用できる。この場
合コンピユーターは目標の製品流速を減少させる
ために使用でき、これは計算後供給原料および流
速双方の整定点を同時に下げ、こうして温度制御
を維持する。

変速ポンプの使用は例えば異るタイプの製品が
使用される場合、又は大きさのより小さい充填容
器が使用される場合のような異る供給原料生成物
処理量が必要である場合有利である。後者の場
合、もつとも迅速な使用割合で操作する単一速度
ポンプは上部タンクを満たすのが速すぎ、次に生
成製品は付加的熱分解にさらされ、使用前に許容
できる充填温度以下に冷却することになろう。変
速ポンプの使用はこれらの状況および製品の使用
法における短期間の変化に対抗できる。

供給原料の比熱又は使用されるプラントの熱容
量の変化のような事柄に対し可能な蒸気−流れの
整定値に対する調整は蒸気噴射後製品に温度探針
を使用して行なうことができるが、これは蒸気の
流れの制御に直接使用されるよりむしろ目標製品
温度に対し差引計算するために使用される。所要
および実際の製品温度間の誤差を別々に補正し、
蒸気の流れの整定値の計算に温度の差引計算を使
用する利点は制御および計算機能が分離できるこ
とである。

制御および計算機能の分離は供給原料流速に変
化が起こる場合にも利益がある。何故ならば供給
原料温度の変化は一層冷たい、又は一層熱い供給
原料が蒸気噴射点に到達する丁度その時に応答し
なければならず、検知と噴射間のこの遅延は供給
原料流速に依存し、これは監視コンピユーターに
より補整できるからである。

有利にはプラントの出発又は再出発において、
所要温度に到達するに必要な時間をを最短化する
ために、別の出発日常手順が使用され、これは蒸
気噴射後製品温度は通常の制御計算を引き継ぐ前
に所要温度の約5゜内にあるまで供給原料の流れに
対し蒸気の流れを最高化する。これは一層容易に
温度の差引計算（輻射熱の損失および異なる供給
原料の比熱の変化により惹起される）を確定する
ことを助け、プラントの大きさに制御システムを
依存させることはない。

本発明方法で使用される制御システムはもつと
も好ましくは相互に連絡する３個のコンピユータ
ーを含む。２個は常法、例えば３項互助法により
それぞれ供給原料の流れおよび蒸気の流れを制御
するが、第３のものは整定値を再計算し、システ
ムの結合性を監視するために使用される。第３の
コンピユーターは例えばプラントにより加工され
る総供給原料（供給原料の比重が既知である場
合）および総製品生産重量などのプラントについ
ての管理情報を生むために使用することもでき
る。

本発明方法は滅菌すべき製品が直径５mmより大
きい粒状材料を含まないので、従つて滅菌は滅菌
温度における保持時間を不当に増加させないでこ
れらのピースの中心まで滅菌を行なうことができ
ることを條件として、多種の食品の連続加熱は又
は滅菌に適する。本方法により滅菌できる食品の
例は風味のよいソース、スープ、デザートおよび
カスタードを含む。

滅菌処理後、食品は100℃以下、好ましくは40
℃以下に冷却すべきで、圧力は冷却が完結するま
で保持すべきである。加熱食品が本方法で滅菌さ
れない場合でさえ、この食品の加熱処理が完結し
たことを條件として、40℃以下に冷却することは
尚有利である。冷却は例えば蒸気分離容器によ
り、又は一層好ましくは例えば掻取り表面熱交換
機などの熱交換機により行なうことができる。

本発明は図面を引用して例により例示される。
図面は製品の滅菌を制御する設備の概要図であ
る。

図面を引用して、供給原料バツチ混合容器１は
連続的に供給原料の供給を供するためにバルブ２
を使用して交互に選択することができる。容積形
ポンプ３は変速駆動装置４により駆動される。供
給原料は供給原料温度熱電対５および供給原料フ
ローメーター６を経て開口蒸気噴射機７にポンプ
輸送される。蒸気の供給は７バールゲージ圧で調
整され、安全締切りバルブ８を通つて供給され
る。供給圧は圧力変換機９により監視され、一方
蒸気の流れは蒸気フローメーター１０により測定
される。調整バルブ１１は蒸気流を噴射機に対し
制御するために使用される。噴射および完全混合
後の温度は生成物が保持パイプ１３に入る前に熱
電対１２により測定することができる。熱電対１
４は滅菌処理後の温度を記録するために使用する
ことできる。一方圧力ゲージ１５は背圧を監視す
るために使用される。製品は冷却媒体として冷水
を使用し掻取り表面熱交換器１６を使用して冷却
される。冷却媒体の流れは冷却製品熱電対１８か
らの信号に応答して（所要の場合）バルブ１７を
使用して調整することができる。背圧はばね押し
圧力レリーフバルブ１９により保持される。食品
は充填機上部タンク２０に供給され、その内容は
それぞれ２１および２２に高レベルおよび低レベ
ルの警報器により、又は好ましくは連続レベル装
置２３により監視することができる。これは充填
ライン２５上の充填機２４の操作効率に従つて製
品流れ割合を変更することにより充填機上部タン
クに最適量を保持することができる。

次例は本発明をさらに例示する。例中％は重量
により示す。

例 43％乳および８％バターを添加する前に８％チ
エダーチーズを乳化塩と共に加熱することにより
水中に分散させ、代表的チーズソースを製造し
た。次に５％小麦粉を適当なスパイス、調味料お
よび天然色素と共に混合物に分散させた。混合物
は水で最終容量まで増量し、蒸気噴射前に例示
し、記載した設備で１分当り50の供給原料流速
137℃の滅菌温度および４バールゲージの背圧で
65℃に加熱した。食品は137℃に１分保持し、掻
取り表面熱交換機を使用して35℃に冷却する前に
滅菌を確保し、無菌充填条件下で缶に充填した。

この方法で、温度制御又は無菌性を失なわずに
１分当り30まで生産割合を減少し、バツチが使
用される場合、予備加熱供給原料の徐々の冷却、
および新しいバツチの供給原料への変換が行なわ
れる場合10℃の温度の突然の変化の双方を補整す
ることができた。

【図面の簡単な説明】

図面は製品の滅菌制御設備の概要図である。 図中、１は供給原料混合容器、２はバルブ、３
は容積形ポンプ、４は変速駆動装置、５は熱電
対、６はフローメーター、７は蒸気噴射機、８は
安全締切りバルブ、９は圧力変換器、１０は蒸気
フローメーター、１１は調整バルブ、１２および
１４は熱電対、１３は保持パイプ、１５は圧力ゲ
ージ、１６は掻取り表面熱交換器、１７はバル
ブ、１８は熱電対、１９は圧力レリーフバルブ、
２０は上部タンク、２１および２２は警報器、２
３は連続レベル装置、２４は充填機および２５は
充填ラインを示する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流動状の食品供給原料を蒸気で所要の加熱す
   る装置にて、この食品供給原料の加熱を制御する
   方法において、 イ 食品供給原料の供給を蒸気噴射機にポンプ輸
   送しかつ調節し、そして蒸気噴射機にポンプ輸
   送された原料の温度と流速を測定し、 ロ 供給原料を所要の温度に加熱するために注入
   と蒸気処理のために一定量の蒸気を蒸気噴射機
   に供給しかつ調節し、蒸気噴射機に供した蒸気
   の流速を測定し、 ハ 供給原料に蒸気を注入した後、蒸気処理した
   供給原料の温度を測定し、そして ニ 少なくくとも１つのコンピユーターにより、
   測定した供給原料温度、測定した供給流速、測
   定した蒸気処理済の供給原料温度および所要の
   蒸気処理済供給原料温度から必要な蒸気流速を
   計算し、適当な時間で蒸気流調節機（または調
   節コンピユーター）に所要蒸気の変更を送り、
   蒸気処理した供給原料の所要温度を達成するこ
   とを特徴とする、上記の加熱制御方法。