PL233792B1 - Sposob kontroli i regulacji parametrow technologicznych w procesie termicznego utrwalania produktow zywnosciowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób kontroli i regulacji parametrów technologicznych w procesie termicznego utrwalania produktów żywnościowych, dla ludzi i zwierząt, umieszczonych w jednostkowych szczelnie zamykanych pojemnikach; słoikach szklanych, pojemnikach metalowych, pojemnikach z tworzyw sztucznych.

Proces termicznego utrwalania produktów żywnościowych odbywa się w urządzeniach ciśnieniowych - autoklawach albo sterylizatorach. Pojemniki, wypełnione danym produktem, wstawia się do wnętrza urządzenia po czym urządzenie zostaje zamknięte i następuje proces pasteryzacji albo sterylizacji, polegający na podwyższeniu temperatury produktu do odpowiedniej wartości, zależnej od rodzaju produktu zawartego w pojemnikach i rodzaju technologii - pasteryzacja albo sterylizacja. Temperaturę podwyższa się poprzez natrysk gorącej wody lub tłoczenie gorącej pary wodnej do wnętrza urządzenia. Podczas prowadzenia procesów obróbki cieplnej temperaturę wewnątrz pojemników z produktami utrwalanymi utrzymuje się przez czas potrzebny do inaktywacji niebezpiecznych drobnoustrojów zawartych w produkcie. Po tym czasie następuje schładzanie produktu, np. natryskiem zimnej wody, do temperatury umożliwiającej wyjęcie gotowego produktu z urządzenia. Podczas prowadzenia procesów obróbki cieplnej produktów utrwalanych termicznie, wewnątrz pojemników, na skutek rozszerzalności cieplnej, następuje wzrost ciśnienia a następnie spadek ciśnienia podczas schładzania.

Powstające wewnątrz pojemnika ciśnienie pw, które w zależności od temperatury procesu, rodzaju produktu i stopnia wypełnienia pojemnika, osiąga nawet kilka barów, może spowodować rozszczelnienie pojemnika a w skrajnych przypadkach nawet jego całkowite uszkodzenie.

Aby zapobiec temu zjawisku, proces termicznego utrwalania żywności w autoklawach i sterylizatorach podlega ciągłej kontroli i regulacji jego parametrów. Wytwarza się wewnątrz urządzenia, na przykład, przy pomocy sprężonego powietrza przeciwciśnienie p tak aby zminimalizować różnicę ciśnień działających na ścianki pojemnika i zapobiec temu niekorzystnemu zjawisku.

Z uwagi na brak informacji o wartości ciśnień pw istniejących wewnątrz pojemników w danej chwili, to wartość zadana przeciwciśnienia p jakie ma być w autoklawie albo sterylizatorze wyznaczana jest na podstawie różnych algorytmów uwzględniających czas trwania danej fazy procesu - podgrzewanie, utrzymanie w temperaturze czas trwania danej fazy, chłodzenie i chwilową temperaturę medium, które w danym momencie podgrzewa lub schładza opakowanie.

Z opisu patentowego Nr PL 183 188 znany jest sposób sterylizacji produktów spożywczych metodą natrysku wodnego w zbiorniku ciśnieniowym sterylizatora, w którym proces sterylizacji sterowany jest mikroprocesorem, według indywidualnie zaprogramowanych parametrów czasu, temperatury i ciśnienia dla poszczególnych faz sterylizacji lub według jednej z roboczych nastaw technologicznych wpisanych do pamięci stałej sterownika, przy czym poziom wody obiegowej w zbiorniku ciśnieniowym sterylizatora, temperatura i ciśnienie są w trakcie procesu sterylizacji sprawdzane czujnikiem umieszczonym wewnątrz stylizatora i korygowane, charakteryzuje się tym, że faza chłodzenia podzielona jest na okresy czasowe, korzystnie na trzy okresy, przy czym w pierwszym okresie następuje podwyższenie ciśnienia powyżej sterylizacji właściwej za pomocą sprężonego powietrza, drugi okres chłodzenia poprzedzony jest obniżeniem ciśnienia, korzystnie o 1/3 w stosunku do ciśnienia w pierwszym okresie i zakończony jest dalszym obniżaniem ciśnienia do zaprogramowanej wielkości a w trzecim okresie następuje obniżenie temperatury pozwalającej na bezpieczne otwarcie pokrywy zbiornika ciśnieniowego.

W tak prowadzonym procesie sterylizacji zbierane są tylko informacje o parametrach fizycznych panujących wewnątrz sterylizatora. Nie ma żadnej informacji o wartości parametrów; temperatury i ciśnienia panujących w danej chwili wewnątrz pojemników z ich zawartością. Dlatego, aby móc prowadzić proces sterylizacji, dane te określa się z góry dala każdego rodzaju opakowań i produktów żywnościowych korzystając z wyżej wspomnianych algorytmów, które obarczone są dużym błędem w porównaniu do parametrów rzeczywistych.

Duże trudności z ustaleniem właściwego przeciwciśnienia p na podstawie takich domniemanych parametrów prowadzi często do powstania błędów skutkujących rozszczelnieniem, uszkodzeniem pojemników podczas procesu, a tym samym powstaniem strat materialnych w postaci zniszczenia zawartości tych pojemników.

Z japońskiego opisu patentowego nr JPH05313707 znane jest urządzenie do ustawiania i wprowadzania wzorców kontrolnych, takich jak temperatury ogrzewania, do sterylizatora cielnego lub podobnego, a w szczególności jednostki do ustawiania wzoru sterowania, w celu łatwego ustawienia różnych

PL 233 792 B1 wzorów; do sterowania wody natryskowej wewnątrz zbiornika, sposobu sterowania ciśnieniem wewnątrz zbiornika, bez prowadzenia pomiaru ciśnienia wewnątrz opakowania z zawartością sterylizowaną.

W innym japońskim opisie patentowym nr JPH05161486 przedstawiono sposób mieszania zawartości miękkiego worka oraz utrzymanie zawartości powietrza na poziomie 2-20% jego objętości, w celu zapewnienia równomierności chłodzenia worka opakowaniowego, poddanego termicznemu procesowi obróbki.

Wszystkie, wymienione wyżej dokumenty przedstawiają sposób sterylizacji produktów według indywidualnie zaprogramowanych parametrów, np. czasu, temperatury, ciśnienia, przypisanych danemu produktowi, wpisanych do pamięci sterownika. We wszystkich przedstawionych przypadkach zbierane są informacje o parametrach fizycznych panujących wewnątrz sterylizatora, natomiast żadne z tych rozwiązań nie zbiera ani nie wykorzystuje do sterowania informacji o wartości ciśnienia panującego w danej chwili wewnątrz sterylizowanych pojemnikach z produktem żywnościowym.

Wad tych nie posiada sposób kontroli i regulacji parametrów technologicznych w procesie utrwalania produktów żywnościowych według wynalazku.

W procesie tym prowadzi się ciągły pomiar parametrów technologicznych - ciśnienia i temperatury, wewnątrz urządzenia za pomocą czujników, z które zarejestrowaną wartość w postaci sygnałów elektrycznych przekazuję się do sterownika mikroprocesorowego i jednocześnie, podczas trwania całego procesu, prowadzi się, przy pomocy innego czujnika ciśnienia, ciągły pomiar ciśnienia rzeczywistego, istniejącego wewnątrz pojemników, z zawartością poddaną utrwalaniu, którego zmierzona wartość w postaci sygnałów elektrycznych przekazywana jest również do tego samego sterownika mikroprocesorowego, który zmierzone wartości ciśnienia p wewnątrz urządzenia i ciśnienia pw wewnątrz opakowania wykorzystuje na regulację ciśnienia wewnątrz urządzenia według funkcji p = f(pw).

Pomiar wewnątrz pojemników przeprowadza się za pomocą, co najmniej, jednego pojemnika wzorcowego wyposażonego w czujnik ciśnienia przymocowany do pokrywki pojemnika, przy czym pojemnik wzorcowy jest podobny, lub taki sam jak pojemniki umieszczone w urządzeniu do utrwalania żywności i zapełniony jest tym samym produktem i w tej samej ilości co obrabianym w tym samym urządzeniu i w tym samym czasie.

Stwierdzono, że podczas utrwalania produktu, jednocześnie w identycznych pojemnikach i w identycznych warunkach technologicznych, w każdym pojemniku istnieją takie same warunki fizyczne. Zatem kontrolując ciśnienie w jednym pojemniku można stwierdzić, że w pozostałych pojemnikach jest takie same i nie popełnia się błędu korzystając z jednego pomiaru do sterowania całym procesem termicznego utrwalania żywności.

Skrajne wartości regulacji ciśnienia zależą od rodzaju pojemnika; słoik szklany, puszka metalowa, pojemniki z tworzyw sztucznych i inne oraz rodzaju wypełnienia pojemników i stopniem zapełnienia pojemnika.

Standardowy sygnał elektryczny z przetwornika czujnika ciśnienia wprowadza się do sterownika urządzenia w taki sposób, aby ciśnienie p było zbliżone do funkcji p = f(pw) zdefiniowanej w zależności

od produktu:
- dla słoików szklanych typu twist	- pw < p < pw + d(pw)
- dla puszek metalowych	- pw - d(pw) < p < pw + d(pw)
- dla puszek i kubków z tworzyw sztucznych	- pw - d(pw) < p < pw.

Parametr różnica ciśnienia d(pw) wynoszący ok. 5 kPa ustala się indywidualnie dla każdego z produktów.

Sposób według wynalazku można przystosować do urządzeń bez sterowników lub ze sterownikami starszej generacji, wykorzystując uzyskane informacje o wewnętrznym ciśnieniu w pojemniku wzorcowym i na bieżąco korygować, z dużą dokładnością, parametry procesu utrwalania żywności.

Dzięki zastosowaniu sposobu według wynalazku uzyskano możliwość; płynnej regulacji ciśnienia p wewnątrz urządzenia, utrzymania przez cały okres trwania procesu minimalnej różnicy ciśnień (o wartości dodatniej lub ujemnej w zależności od rodzaju produktu) działającej na ścianki opakowania przez co umożliwia zastosowanie bardziej delikatnych niż dotychczas pojemników bez ryzyka ich uszkodzenia w czasie prowadzenia procesu, łatwiejszej a jednocześnie dokładniejszej obsługi urządzenia.

PL 233 792 B1

Przykład zastosowania wynalazku

Przykład, w celu łatwiejszego zrozumienia istoty wynalazku, przedstawiono na rysunkach, w dwóch wariantach, na którym:

Fig. 1 przedstawia schematycznie przekrój poprzeczny sterylizatora, z natryskiem gorącej wody na stos jednakowych pojemników z żywnością, wśród których ustawiony jest jeden pojemnik wzorcowy pw z czujnikiem (1) do pomiaru ciśnienia wewnątrz pojemnika, który połączony jest ze sterownikiem PCL.

Fig. 2 przedstawia wariant 1 z blaszanym pojemnikiem wzorcowym (4) z zainstalowanym czujnikiem ciśnienia (1) za pośrednictwem podkładki (9) z uszczelką (3) i tulei (2) z gwintem wewnętrznym, która przymocowana jest do pokrywki pojemnik (4) przy pomocy kleju.

Fig. 3 przedstawia wariant 2 ze szklanym pojemnikiem wzorcowym (6) z zakręcaną pokrywką (5) z centralnym otworem, w którym zamocowany jest czujnik ciśnienia (1 ) za pośrednictwem uszczelek (3) podkładek (9) i nakrętki (10) nakręconej na gwintowany króciec czujnika (1). Pomiędzy wewnętrzną powierzchnią pokrywki (5) i powierzchnią zawartości słoika jest powietrze (8).

Wewnątrz pojemników znajduje się żywność (7) poddana termicznemu utrwalaniu. Wewnątrz sterylizatora pod wpływem gorącej wody wzrasta temperatura zawartość tych pojemników a wraz temperaturą wzrasta ciśnienie pw wewnątrz pojemników. Niekontrolowany wzrost tego ciśnienia może spowodować niekorzystne zjawiska, o których wspomniano wyżej.

Zapobiega temu ciśnienie wewnętrzne p istniejące wewnątrz sterylizatora, którego wartość zmienia się automatycznie pod wpływem zmian zachodzących wewnątrz pojemnik wzorcowego, a które to zmiany zachodzą jednocześnie we wszystkich pojemnikach.

W przypadku bardzo delikatnych pojemników, w których trudno jest umocować czujnik ciśnienia można zastosować opakowanie zastępcze o objętości zbliżonej do objętości pojemnika przewidzianego do obróbki termicznej, które zapewni możliwość wypełnienia w takim samym stopniu jak pozostałe pojemniki z takim samym produktem i o tej samej temperaturze. Mogą to być pojemniki pokazane wyżej w dwóch wariantach.

Zastrzeżenia patentowe

Claims (3)

1. Sposób kontroli i regulacji parametrów technologicznych w procesie termicznego utrwalania produktów żywnościowych umieszczonych w jednostkowych, szczelnie zamkniętych pojemnikach; szklanych, metalowych, z tworzyw sztucznych, prowadzonego w urządzeniach ciśnieniowych - autoklawach lub sterylizatorach, z wykorzystaniem gorącej wody albo pary wodnej jako czynnika grzewczego do podgrzewania produktów, polegający na ciągłym pomiarze i rejestracji temperatury i ciśnienia wewnątrz urządzenia, porównywaniu zarejestrowanych parametrów do z góry ustalonych dla danego produktu, które są zarejestrowane w pamięci mikroprocesora, który sygnalizuje o rozbieżności parametrów rzeczywistych od zadanych lub dokonuje korekty parametrów w zakresie programu wpisanego do pamięci mikroprocesora, znamienny tym, że dodatkowo dokonuje się określenia ciśnienia wewnątrz pojemników z żywnością poddawaną obróbce termicznej, na podstawie zarejestrowanego parametru w czasie ciągłego pomiaru i rejestracji ciśnienia wewnątrz pojemnika wzorcowego wyposażonego w czujnik ciśnienia (1) z przetwornikiem ciśnienia na sygnał elektryczny, który wprowadza się do sterownika mikroprocesorowego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pojemnik wzorcowy jest odwzorowaniem pojemnika zwykłego i składa się z pojemnika metalowego w postaci puszki (4), od góry zakrytej wieczkiem, do którego przytwierdzony jest czujnik ciśnieniowy (1) za pośrednictwem tulejki (2) z wewnętrznym gwintem, podkładki (9), uszczelki (3) i warstwy kleju.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pojemnik wzorcowy jest odwzorowaniem pojemnika zwykłego i składa się z pojemnika szklanego w postaci słoika (6) z zakręcaną pokrywką (5), do której przytwierdzony jest czujnik ciśnieniowy (1) za pośrednictwem dwóch podkładek (9), dwóch uszczelek (3) i nakrętki (10).