Способы и системы контроля энергетического баланса при возмущениях потока и температуры на стадии подачи продукта - RU2642656C2
Код документа: RU2642656C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение в основном относится к стерилизации и розливу в упаковки. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам и системам сдерживания внезапных кратковременных скачков температуры готового продукта, вызываемых изменениями потока продукта и температуры необработанного продукта, с помощью схемы упреждающего контроля энергетического баланса применительно к процессам асептической стерилизации.
Производство пищевых продуктов часто включает стадию стерилизации. Режим работы асептических стерилизаторов или других способов стерилизации может потребовать изменения скорости потока продукта для оптимизации процессов, сбалансированности скорости работы стерилизатора с другими производственными стадиями, предупреждения потери стерильности и др. Однако эти изменения могут приводить к нежелательным колебаниям температуры продукта. Другие факторы, такие как температура необработанного продукта, также могут вызывать колебания.
В соответствии с этим желательно минимизировать колебания температуры с помощью схемы упреждающего контроля энергетического баланса для предотвращения негативных воздействий на готовый продукт и снижения необходимости прецизионного контроля температуры каждой партии необработанного продукта.
Сущность изобретения
Предлагаются способы и системы минимизации изменения температуры продукта. Предлагаются также способы и системы минимизации изменения температуры продукта за счет применения схемы упреждающего контроля энергетического баланса. В одном варианте осуществления изобретения предлагается способ минимизации изменений температуры готового продукта в ходе процесса асептической стерилизации. Способ включает использование схемы упреждающего контроля энергетического баланса применительно к процессу асептической стерилизации.
В одном варианте осуществления изобретения процесс асептической стерилизации включает асептическую стерилизацию пищевого продукта.
В одном варианте осуществления готовый продукт является пищевым продуктом для взрослых.
В одном варианте осуществления готовый продукт является продуктом для детского питания.
В одном варианте осуществления готовый продукт выбирается из группы, состоящей из фруктовых, овощных, белковых, зерновых, молочных продуктов и их комбинаций. В одном варианте готовый продукт включает овощи.
В одном варианте осуществления готовый продукт состоит только из одного ингредиента. Готовый продукт может состоять из более чем одного ингредиента. Ингредиентами могут быть сладкий картофель (батат) и морковь.
В одном варианте осуществления готовый продукт является однородным продуктом. Готовый продукт также может быть неоднородным.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса содержит дополнительный упреждающий контроллер.
В одном варианте осуществления дополнительный упреждающий контроллер просчитывает потребность в паре из энергетического баланса.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса содержит контроллер-индикатор температуры, который обеспечивает коррекцию с помощью цепи обратной связи.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса содержит контроллер-индикатор нагрева.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса включает индикацию потока.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса включает индикацию температуры.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса способна сдерживать изменение температуры готового продукта.
В одном варианте осуществления изменение температуры готового продукта вызвано изменением скорости потока.
В одном варианте осуществления изменение температуры готового продукта вызвано изменением температуры необработанного продукта.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса используется применительно к греющему компоненту (греющей среде) процесса асептической стерилизации.
В одном варианте осуществления греющий компонент включает источник нагрева паром.
В одном варианте осуществления изобретения схема упреждающего контроля энергетического баланса производит регулировку источника нагрева, просчитываемую на основании принципов энергетического баланса нагревательного аппарата, в комбинации с регулировкой, просчитываемой блоком контроля температуры с обратной связью.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса производит регулировку источника холодильного агента, просчитываемую на основании принципов составления энергетического баланса для холодильного агента, в комбинации с регулировкой, просчитываемой блоком контроля температуры с обратной связью.
В одном варианте осуществления изобретения схема упреждающего контроля энергетического баланса используется применительно к холодильному компоненту процесса асептической стерилизации.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса вызывает упреждающую коррекцию, чтобы достигнуть готового продукта одновременно с возникновением возмущения, путем динамического регулирования по меньшей мере одной входной переменной.
В одном варианте осуществления по меньшей мере одна входная переменная выбирается из группы, состоящей из плотности продукта, скорости потока продукта, теплоемкости продукта, температуры продукта или их комбинаций.
В другом варианте осуществления изобретения предлагается способ снижения воздействия на готовый продукт изменений в системе асептической обработки. Способ предусматривает установление целевого показателя для источника нагрева, применяемого в процессе асептической стерилизации, и регулирование целевого показателя на основе расчета от системы упреждающего контроля энергетического баланса. Специалисту понятно, что целевой показатель - это показатель, который дает готовый продукт при температуре, подходящей для производства этого продукта.
В еще одном варианте осуществления изобретения предлагается способ снижения воздействия на готовый продукт изменений в системе асептической обработки. Способ предусматривает установление целевого показателя для процесса охлаждения, применяемого в процессе асептической стерилизации, и регулирование целевого показателя на основе расчета от системы упреждающего контроля энергетического баланса.
В одном варианте осуществления регулирование целевого показателя вызывается изменениями скорости потока продукта. Изменения скорости потока продукта запускаются возмущением в процессе асептической стерилизации, выбранным из группы,
состоящей из регулирования скорости потока для сбалансированности скорости потока продукта со скоростью розлива в упаковки; регулирования для предупреждения потери стерильности; регулирования, направленного на оптимизацию процессов; или их комбинаций.
В еще одном варианте осуществления изобретения предлагается способ производства асептического продукта. Способ включает подготовку сырьевых ингредиентов в танках для приготовления партий ингредиентов, введение партий ингредиентов в процесс асептической стерилизации, пропускание ингредиентов через стерилизующий нагреватель и регулирование разницы температур между партиями с помощью схемы упреждающего контроля энергетического баланса.
В одном варианте осуществления процесс асептической стерилизации включает асептическую стерилизацию пищевого продукта.
В одном варианте осуществления готовый продукт является пищевым продуктом для взрослых.
В одном варианте осуществления готовый продукт является продуктом для детского питания.
В одном варианте осуществления готовый продукт выбирается из группы, состоящей из фруктовых, овощных, белковых, зерновых, молочных продуктов и их комбинаций. В одном варианте готовый продукт включает овощи.
В одном варианте осуществления готовый продукт состоит только из одного ингредиента. Готовый продукт может состоять из более чем одного ингредиента. Ингредиентами могут быть сладкий картофель (батат) и морковь.
В одном варианте осуществления готовый продукт является однородным продуктом. Готовый продукт также может быть неоднородным.
В одном варианте осуществления изобретения схема упреждающего контроля энергетического баланса содержит дополнительный упреждающий контроллер.
В одном варианте осуществления дополнительный упреждающий контроллер просчитывает потребность в паре из энергетического баланса.
В одном варианте осуществления дополнительный упреждающий контроллер просчитывает потребность в холодильном агенте из энергетического баланса.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса содержит контроллер-индикатор температуры, который обеспечивает коррекцию с помощью цепи обратной связи.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса содержит контроллер-индикатор нагрева.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса включает индикацию потока.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса включает индикацию температуры.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса способна сдерживать изменение температуры готового продукта.
В одном варианте осуществления изменение температуры готового продукта вызывается изменением скорости потока.
В одном варианте осуществления изменение температуры готового продукта вызывается изменением температуры необработанного продукта.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса используется применительно к греющему компоненту процесса асептической стерилизации.
В одном варианте осуществления греющий компонент включает источник нагрева паром.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса производит регулировку источника нагрева, просчитываемую исходя из основных принципов составления энергетического баланса нагревательного аппарата в комбинации с регулировкой, просчитываемой блоком контроля температуры с обратной связью.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса используется применительно к холодильному компоненту процесса асептической стерилизации.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса производит регулировку источника холодильного компонента, просчитываемую исходя из основных принципов составления энергетического баланса для холодильного компонента в комбинации с регулировкой, просчитываемой блоком контроля температуры с обратной связью.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса вызывает упреждающую коррекцию, чтобы достигнуть готового продукта одновременно с возникновением возмущения, путем динамического регулирования по меньшей мере одной входной переменной.
В одном варианте осуществления по меньшей мере одна входная переменная выбирается из группы, состоящей из плотности продукта, скорости потока продукта, теплоемкости продукта, температуры продукта или их комбинаций.
В другом варианте осуществления изобретения предлагается система производства пищевого продукта, включающая подачу продукта; процесс асептической стерилизации, использующий источник нагрева и стерилизующий нагреватель; и схему упреждающего контроля энергетического баланса применительно к процессу асептической стерилизации.
В еще одном варианте осуществления изобретения предлагается система производства пищевого продукта, включающая подачу продукта; процесс асептической стерилизации, включающий процесс охлаждения; и схему упреждающего контроля энергетического баланса применительно к процессу асептической стерилизации.
В одном варианте осуществления продукт является пищевым продуктом для взрослых.
В одном варианте осуществления продукт является продуктом для детского питания.
В одном варианте осуществления продукт выбирается из группы, состоящей из фруктовых, овощных, белковых, зерновых, молочных продуктов и их комбинаций.
В одном варианте осуществления продукт состоит только из одного ингредиента. Продукт может состоять из более чем одного ингредиента. Ингредиентами могут быть сладкий картофель (батат) и морковь.
В одном варианте осуществления продукт является однородным продуктом. Вместо этого, он может быть неоднородным продуктом.
В одном варианте осуществления изобретения схема упреждающего контроля энергетического баланса содержит дополнительный упреждающий контроллер.
В одном варианте осуществления дополнительный упреждающий контроллер просчитывает потребность в паре из энергетического баланса.
В одном варианте осуществления дополнительный упреждающий контроллер просчитывает потребность в холодильном компоненте из энергетического баланса.
В одном варианте осуществления схема упреждающего контроля энергетического баланса содержит контроллер-индикатор температуры, который обеспечивает коррекцию с помощью цепи обратной связи.
В одном варианте осуществления изобретения схема упреждающего контроля энергетического баланса содержит контроллер-индикатор нагрева.
В одном варианте осуществления изобретения схема упреждающего контроля энергетического баланса включает индикацию потока.
В одном варианте осуществления изобретения схема упреждающего контроля энергетического баланса включает индикацию температуры.
В одном варианте осуществления изобретения источник нагрева является источником нагрева паром.
В одном варианте осуществления изобретения схема упреждающего контроля энергетического баланса вызывает опережающую коррекцию, чтобы достигнуть готового продукта одновременно с возникновением возмущения, путем динамического регулирования по меньшей мере одной входной переменной. По меньшей мере одна входная переменная может выбираться из группы, состоящей из плотности продукта, скорости потока продукта, теплоемкости продукта, температуры продукта или их комбинаций.
Преимуществом настоящего изобретения является снижение необходимости прецизионного контроля температуры каждой партии необработанного продукта в производственном процессе.
Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение схемы контроля для уменьшения воздействия изменения скорости потока или изменений температуры сырьевых материалов на температуру готового продукта.
Еще одним преимуществом настоящего изобретения является обеспечение способа снижения риска потери стерильности готового продукта.
Следующим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение повышенной гибкости производственного процесса в ответ на ситуации, которые требуют изменения скорости потока.
Другим преимуществом настоящего изобретения является обеспечение способности компенсировать изменения температуры необработанного продукта путем автоматического контроля и снизить, тем самым, необходимость прецизионного контроля температуры каждой партии подаваемого материала.
Дополнительные отличительные признаки и преимущества описываются далее и будут очевидны из нижеследующего подробного описания и фигур.
Краткое описание фигур
Фиг. 1 показывает блок-диаграмму схемы упреждающего контроля энергетического баланса в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 показывает результаты испытания, которые были получены при экспериментальном прогоне с использованием сладкого картофеля (батата) с морковью, демонстрирующие тренды температуры продукта в ответ на внезапное изменение потока и составляющие контраст с изменением тренда изменения потока при отключенной системе упреждающего контроля против варианта с включенной системой упреждающего контроля, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 показывает результаты испытания, которые были получены при экспериментальном прогоне с использованием воды, демонстрирующие тренды температуры продукта в ответ на внезапное изменение потока и составляющие контраст с изменением тренда при отключенной системе упреждающего контроля против варианта с включенной указанной системой, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 показывает результаты испытания, которые были получены при экспериментальном прогоне с использованием воды, демонстрирующие тренды температуры продукта в ответ на внезапное изменение потока и составляющие контраст с изменением тренда при отключенной системе упреждающего контроля против варианта с включенной указанной системой, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Раскрытие изобретения
В контексте изобретения формы слов единственного числа включают и множественное число, если контекст четко не диктует иное. Так, например, ссылка на "полипептид" включает смесь двух или более полипептидов и т.п.
В контексте изобретения "примерно, около" следует понимать как относящееся к числам в цифровом диапазоне. Более того, все приведенные в описании цифровые диапазоны следует понимать как включающие все числа - целые или дробные - в пределах диапазона.
Способы производства пищевых продуктов часто включают процессы стерилизации пищевого продукта. Эти процессы включают асептическую стерилизацию перед последующим розливом пищевого продукта в асептическую упаковку. Специалисту понятно, что процессы стерилизации могут проводиться на различных этапах процесса производства пищевого продукта.
Стерилизация необходима по целому ряду причин. Например, для производства высококачественных, безопасных, стабильных в хранении пищевых продуктов последние должны подвергаться стерилизации перед их упаковыванием (например, ультравысокотемпературные/асептические процессы, стерилизация в контейнерах и др.). Продукт должен стерилизоваться надлежащим образом, чтобы гарантировалась его безопасность для употребления в пищу, но в то же время он не должен подвергаться чрезмерному нагреву или чрезмерной обработке. Поэтому правильная стерилизация является важным этапом процесса производства пищевого продукта.
Асептическая стерилизация использует асептический стерилизатор в режиме непрерывного потока. Остановка асептического стерилизатора в процессе изготовления пищевого продукта ведет к серьезным негативным воздействиям, включая эксплуатационные и экономические последствия. Специалисту понятно, что это связано с тем, что до того как стерилизатор сможет вновь начать производить годный к употреблению продукт, следует поддерживать и/или повторно удостовериться в сохранении стерильности. Это может потребовать промывки стерильной водой, стерилизации горячей водой, стерилизации паром или полного цикла безразборной мойки оборудования. Все эти варианты ведут к потере нескольких часов производственного времени, к затратам времени, рабочей силы и денег предприятием.
Асептическая стерилизация выполняется перед розливом пищевых продуктов в упаковки. Машины для розлива в упаковки, в отличие от асептических стерилизаторов, не работают в режиме непрерывного потока, а представляют собой обособленные устройства, которые регулярно останавливаются по целому ряду причин. Когда эти машины останавливаются, в производстве происходит затор, вынуждающий асептический стерилизатор также останавливаться. Во избежание остановки асептического стерилизатора или другого непрерывного производства между стерилизатором и разливочной машиной обычно устанавливается промежуточный танк для стерильного продукта, что позволяет стерилизатору работать еще в течение некоторого времени после остановки разливочной машины. Альтернативно, для сбалансированности скорости розлива в упаковки со скоростью потока в асептическом стерилизаторе могут применяться методы контроля усредненного уровня или другие технологии, известные специалисту.
Специалисту понятно, что методы сбалансирования скорости розлива в упаковки со скоростью потока в процессе асептической стерилизации зачастую могут вызывать изменения скорости продуктового потока. Специалисту понятно также, что изменения скорости потока могут происходить по другим причинам, чем сбалансированность скорости потока в стерилизаторе и скорости розлива в упаковки. Манипуляция потока может также быть результатом оптимизации других процессов. К тому же манипуляция потока может быть необходима для исключения опасений, связанных с риском потери стерильности.
Однако манипуляция потока или варьирование скорости потока продукта в типичных случаях является нежелательной, поскольку она может стать причиной негативных последствий для готового продукта. Например, манипуляция потока приводит к нежелательным изменениям температуры продукта.
Заявители неожиданно обнаружили, что использование схемы упреждающего контроля энергетического баланса применительно к асептической стерилизации может минимизировать негативные кратковременные колебания температуры. Например, схема упреждающего контроля энергетического баланса может свести к минимуму отклик нагревательных аппаратов на негативные внезапные кратковременные скачки температуры в асептическом процессе. Схема упреждающего контроля энергетического баланса может также минимизировать отклик холодильного компонента на негативные внезапные кратковременные скачки температуры в процессе охлаждения.
Способ упреждающего контроля энергетического баланса является установившейся практикой в других отраслях промышленности. Однако схемы упреждающего контроля энергетического баланса не использовались применительно к асептической стерилизации, поскольку типичная технологическая линия предназначена только для ограниченного числа продуктов и является относительно негибкой из-за отсутствия контрольно-измерительной аппаратуры, необходимой для практического применения этой схемы контроля. Раскрытые в настоящем описании способы обеспечивают эффективный путь сдерживания откликов на негативные внезапные скачки температуры, обеспечивая энергетический баланс с учетом возмущений поступающего потока и температуры подачи в процессе асептической стерилизации. Применение схемы упреждающего контроля энергетического баланса в процессах асептической стерилизации может предупредить колебания температуры в ходе процессов тепловой обработки. Специалисту понятно, что эта схема контроля может также распространяться и на стадию охлаждения процесса.
Схема упреждающего контроля энергетического баланса может сдерживать отклики на негативные внезапные скачки температуры, вызванные изменениями скорости подачи потока и/или температуры подачи. Специалисту понятно, что подобно изменениям скорости подачи потока изменения температуры подачи также может происходить по целому ряду причин. В одном варианте осуществления изобретения разница температур необработанного продукта может стать причиной изменения температуры. Сама природа производства асептического продукта создает ситуацию, в которой могут происходить нежелательное колебание температуры.
Производство асептических продуктов включает "кухню" и асептический стерилизатор. "Кухня" готовит партии сырьевых ингредиентов, которые подаются в стерилизатор. Поскольку каждый танк с партией опорожняется, процесс переключается на следующий танк с партией, в котором может быть или нет такая же температура, что и в предыдущем танке. Любая разница температур вызывает сбой температуры продукта при прохождении его через стерилизационные нагреватели. Это является общей проблемой в асептической обработке. Использование схемы упреждающего контроля применительно к асептической обработке снижает воздействие на температуру готового продукта и риск потери стерильности.
В одном варианте осуществления изобретения схема упреждающего контроля энергетического баланса используется применительно к асептической стерилизации для сдерживания внезапных кратковременных скачков температуры готового продукта, вызванных изменениями потока продукта и температуры необработанного продукта. Процесс асептической стерилизации может включать стерилизующие нагреватели. Использование системы упреждающего контроля энергетического баланса применительно к процессу асептической стерилизации сводит к минимуму негативный отклик нагревателей или холодильных агентов на внезапные кратковременные скачки температуры в асептическом процессе, вызванные изменениями поступающего потока и/или температуры подачи.
Специалисту понятно, что источник нагрева в нагревателях может быть любым подходящим источником нагрева, известным в уровне техники. Такой же принцип использования системы упреждающего контроля энергетического баланса вкупе с асептической стерилизацией применим к любому источнику нагрева с необходимой контрольно-измерительной аппаратурой. Источник нагрева может источником нагрева паром или электрическим источником нагрева. В одном варианте осуществления изобретения источник нагрева является источником парового нагрева. Принцип применим также и к процессам охлаждения. Специалисту понятно, что с системой упреждающего контроля энергетического баланса может использоваться любой холодильный агент и источник холодильного агента, известный в уровне техники.
Схема упреждающего контроля энергетического баланса для управления колебанием температуры включает процесс установления целевого показателя для источника нагрева или источника холодильного агента. Установление целевого показателя для источника нагрева к стерилизующему нагревателю или источника холодильного агента манипулируется упреждающим контролем для минимизации внезапных скачков температуры продукта в том случае, если происходит изменение потока и/или температуры поступающего продукта.
Фиг. 1 показывает блок-диаграмму схемы упреждающего контроля энергетического баланса на основе нагрева паром. В одном варианте осуществления изобретения схема упреждающего контроля энергетического баланса содержит блок дополнительного упреждающего контроллера и блок коррекции с помощью цепи обратной связи, который обеспечивает дополнительный контроль над схемой. Дополнительный упреждающий контроллер просчитывает потребность в паре из энергетического баланса. Дополнительный упреждающий контроллер учитывает также входные переменные, такие как плотность продукта (RhoP) и теплоемкость продукта (Ср,Р), а также информацию от индикации потока (FI). Упреждающий контроллер сдерживает возмущение потока, которое может вызвать негативные колебания температуры готового продукта. Схема включает также рассчитанное значение общей теплотворной способности (GI) и контроллер-индикатор нагрева (QIC), который в варианте осуществления, представленном на фиг. 1, контролирует источник парового нагрева на основе потребности в паре, просчитанной схемой упреждающего контроля энергетического баланса. Как также показано на фиг. 1, в одном варианте осуществления изобретения наряду с характеристиками продукта измеряется возмущение потока, умножается на коэффициент упреждения и проходит через блоки опережения-запаздывания (задержки) (LL) для динамической компенсации. Схемы упреждающего контроля энергетического баланса способны вызывать упреждающую коррекцию любого поддающегося измерению возмущения.
Блок коррекции с помощью цепи обратной связи в схеме упреждающего контроля содержит контроллер-индикатор температуры (TIC) и индикацию температуры (TI). В температурном блоке необработанного продукта также происходит динамическая компенсация, включающая прохождение через блоки опережения-задержки и мертвое время (DT). Комбинированное действие блока коррекции с помощью обратной связи с дополнительным упреждающим контроллером позволяет более эффективно управлять вариабельностью схемы контроля, чем это может позволить простая упреждающая система без коррекции с помощью цепи обратной связи.
Специалисту понятно, что системы упреждающего контроля энергетического баланса могут применяться для компенсации сбоев потока, давления, температуры и др. до того как эти сбои окажут существенное воздействие на качество продукта. В одном варианте осуществления изобретения схема упреждающего контроля энергетического баланса компенсирует изменения температуры. Схема упреждающего контроля может использоваться для превентивного перемещения процесса с тем, чтобы привести в соответствие потоки и другие условия процесса для любого данного продукта. Схемы контроля помогают предупредить повреждение (порчу) продукта в результате возникновения неожиданных возмущений в производственных процессах. В одном варианте осуществления изобретения процессы включают асептическую стерилизацию, а производимый продукт является пищевым продуктом.
Производимый продукт может быть пищевым продуктом для взрослых или продуктом для детского питания. Это может быть продукт для кормления домашних животных или других животных. Пищевой продукт может быть любым известным фруктовым, овощным, зерновым, мясным или молочным продуктом. В одном варианте осуществления изобретения пищевой продукт является сладким картофелем (бататом) и морковью. В другом варианте пищевой продукт является зерновым продуктом. Способы могут быть расширены за рамки чисто пищевых продуктов. В одном варианте осуществления способы и процесс используются также производителями фармацевтических препаратов или нутрицевтиков.
Схема упреждающего контроля энергетического баланса в сочетании с асептической стерилизацией может также использоваться применительно к однородным и неоднородным продуктам. В одном варианте осуществления схема используется применительно к однородным продуктам. Специалисту понятно, что схема может использоваться применительно к продуктам, имеющим различную текстуру. В одном варианте продукт представляет собой пюре. Вместо этого продукт может быть цельным, измельченным или обработанным другим способом.
Схемы упреждающего контроля энергетического баланса могут включать установление целевого показателя для источника нагрева к стерилизующему нагревателю или холодильного агента и источника холодильного агента, который является частью процесса асептической стерилизации. В одном варианте осуществления изобретения установление целевого показателя для источника нагрева к стерилизующему нагревателю или холодильного агента и источника холодильного агента манипулируется схемой упреждающего контроля для минимизации внезапных кратковременных скачков температуры продукта в случае, если происходит изменение потока и/или температуры подаваемого продукта. Регулировка источника нагрева или холодильного агента, входящая в схему упреждающего контроля энергетического баланса, просчитывается исходя из основных принципов составления энергетического баланса для нагревательного аппарата и комбинируется с регулировкой просчитываемой температурным контролем с обратной связью. Входные переменные для расчета подвергаются динамическому регулированию таким образом, чтобы упреждающая коррекция достигала продукта одновременно с возникновением возмущения, упреждая воздействие этого возмущения.
Способность компенсировать изменения поступающего потока с помощью автоматического контроля позволяет повысить гибкость в ответ на ситуации, которые могут требовать изменения скорости потока, такие как риск потери стерильности или намеренные изменения потока для достижения оптимизации других процессов. Способность компенсировать изменения температуры необработанного продукта с помощью автоматического контроля снижают необходимость прецизионного контроля температуры каждой партии подаваемого материала.
Нижеследующие примеры, не ограничивающие настоящее изобретение, служат иллюстрацией различных вариантов его осуществления. Рецептуры и процессы ниже приводятся только в качестве примеров, и они могут изменяться специалистом в нужной степени в зависимости от желательных специальных признаков.
Пример 1. Тестовый прогон схемы упреждающего контроля энергетического баланса применительно к процессу асептической стерилизации с использованием сладкого картофеля (батата) и моркови.
Положительное действие схемы упреждающего контроля энергетического баланса на сдерживание изменения температуры готового продукта, вызванного изменением скорости потока, было продемонстрировано на примере сладкого картофеля (батата) и моркови. Продукт дважды пропускался в течение примерно 230 секунд через стерилизационную систему, и каждый раз индуцировалось внезапное изменение потока в системе. Изменение потока индуцировалось при идентичных условиях за исключением того, что в одном прогоне схема упреждающего контроля энергетического баланса была отключена, а в другом прогоне схема упреждающего контроля энергетического баланса была подключена. Фиг. 2 показывает выровненные во времени результаты теста. Вертикальная линия идентифицирует момент изменения потока. Когда поток уменьшался с 5,0 до 2,8 галлонов/мин (с 22,8 до 12,7 л/мин) при отключенной схеме упреждающего контроля энергетического баланса, то температура сладкого картофеля (батата) и моркови резко повышалась с 226 до 234 градусов по Фаренгейту (°F) (с 107,8°С до 112,2°С). В отличие от этого, когда такое же изменение потока индуцировалось при подключенной схеме упреждающего контроля энергетического баланса, то температура резко не изменялась, оставаясь постоянной при примерно 230°F (110°С).
Пример 2. Тестовый прогон схемы упреждающего контроля энергетического баланса применительно к процессу асептической стерилизации с использованием воды в условиях уменьшения потока.
Аналогичный эксперимент был проведен с тем, чтобы продемонстрировать положительное действие схемы упреждающего контроля энергетического баланса на сдерживание изменения температуры готового продукта, вызванного изменением скорости потока, с использованием воды в качестве продукта в системе. Фиг. 3 показывает результаты эксперимента. Подобно фиг. 2 график показывает разницу в температуре продукта после изменения потока при подключенной схеме упреждающего контроля энергетического баланса по сравнению с вариантом, в котором указанная схема была отключена. Поток уменьшался с 4,0 до 2,8 галлонов/мин (с 18,2 до 12,7 л/мин). При отключенной схеме контроля температура повышалась в продолжение 235 секунд примерно с 230 до 232,5°F (с 110 до 111,1°С). При подключенной схеме контроля температура оставалась близкой к 230°F (110°С) в течение всего периода времени.
Пример 3. Тестовый прогон схемы упреждающего контроля энергетического баланса применительно к процессу асептической стерилизации с использованием воды в условиях увеличения потока.
Фиг. 4 показывает результаты эксперимента аналогичного фиг. 2. Тестовый прогон схемы упреждающего контроля энергетического баланса, применяемой в сочетании с процессом стерилизации, проводился с использованием воды. В системе индуцировалось изменение потока. Изменение потока индуцировалось один раз при подключенной схеме упреждающего контроля энергетического баланса и один раз при отключенной схеме контроля. Поток увеличивался с 2,8 до 4,0 галлонов/мин (с 12,7 до 18,2 л/мин). Фиг. 4 демонстрирует, что схема контроля работает на поддержание более постоянной температуры, даже если скорость потока увеличивается вместо уменьшения. При отключенной схеме контроля температура воды за 191 секунду повышалась примерно с 230 до 228,5°F (с 110 до 108,9°С). При подключенной схеме контроля температура воды оставалась на уровне примерно 230-231°F (110-110,6°С).
Понятно, что различные изменения и модификации описанных здесь предпочтительных вариантов осуществления изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники. Такие изменения и модификации могут вноситься в пределах сущности и объема настоящего изобретения и без умаления его предполагаемых преимуществ. Таким образом, предполагается, что такие изменения и модификации охватываются прилагаемой формулой изобретения.
Реферат
Группа изобретений относится к стерилизации и упаковке готового продукта. Способ минимизации изменений температуры готового продукта в процессах асептической стерилизации предусматривает использование схемы упреждающего контроля энергетического баланса применительно к процессу асептической стерилизации, причем схема упреждающего контроля энергетического баланса содержит упреждающий контроллер, учитывающий в качестве входных переменных плотность продукта и теплоемкость продукта, а также регулировку источника нагрева, просчитанную на основании принципов энергетического баланса для нагревательного аппарата, в комбинации с регулировкой, просчитанной блоком температурного контроля с обратной связью. Группа изобретений относится также к способу производства асептического продукта, включающему минимизацию изменений температуры готового продукта вышеуказанным способом. Группа изобретений предотвращает повреждение (порчу) готового продукта от происходящих откликов нагревателей и охладителей на негативные внезапные скачки температуры в процессе асептической стерилизации. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 пр.
