專(zhuān)利名稱(chēng)：粘度控制的液體食品的加工的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制液體食品產(chǎn)品的加工，尤其是果汁或蔬菜汁，其中，在液體食品產(chǎn)品的加工中，后者的粘度必須加以考慮。
背景技術(shù)：
在液體加工中，這些液體的粘度往往起著重要的作用。舉例來(lái)說(shuō)，在傳送工序中，粘度由于其影響邊界層進(jìn)程而必須被考慮。工序技術(shù)的作用，比如，采用泵的水力運(yùn)輸，傳熱技術(shù)，混合工序，分離技術(shù)直到產(chǎn)品灌裝，受到了液體粘度的決定性的影響?？紤]到粘度在與液體食品產(chǎn)品的加工相關(guān)的過(guò)程中尤其重要，比如果汁或蔬菜汁，牛奶或啤酒。采用瞬時(shí)巴氏滅菌器對(duì)液體食品巴氏殺菌中，熱交換器，比如加熱板或加熱管，的尺寸必須考慮待巴氏滅菌的液體食品產(chǎn)品的粘度。如果，由于粘度，熱交換器的面積小于成功巴氏滅菌所需面積，則被加工的液體食品產(chǎn)品沒(méi)有被充分的加熱或冷卻。然而，粘度是一個(gè)測(cè)量值，其只能在加工液體食品產(chǎn)品的裝置的工作期間而困難地獲得。非牛頓流體，尤其是假塑性介質(zhì)的粘度的測(cè)量是非常困難的，因?yàn)檫@些介質(zhì)表現(xiàn)出在剪切速率上相對(duì)高的粘度依賴(lài)性，特別是在相對(duì)低的剪切速率下。雖然粘度可以在實(shí)驗(yàn)室中(離線(xiàn))進(jìn)行測(cè)量，例如，采用有不同剪切速率的旋轉(zhuǎn)流變儀，但是當(dāng)裝置正在運(yùn)行期間處于加工過(guò)程中(在線(xiàn))的液體食品產(chǎn)品的不同剪切速率的粘度的測(cè)量值是很難獲得的?，F(xiàn)有技術(shù)中已知，在高于lOOOs—1的相對(duì)高的剪切速率下在線(xiàn)測(cè)量液體食品產(chǎn)品的粘度。對(duì)于高可靠性的牛頓介質(zhì)，這是可能的，比如，借助于Endress+Hauser GmbH undC0.KG公司的質(zhì)量流量計(jì)(Promass) 831。然而，對(duì)于較低的剪切速率和假塑性介質(zhì)，比如，尤其是果汁或蔬菜汁，無(wú)法確定粘度，并且總之，據(jù)知，沒(méi)有對(duì)已經(jīng)確定了粘度的介質(zhì)加工的裝置進(jìn)行開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制。因此，本發(fā)明的目的是提供一種控制方法，通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)來(lái)控制液體食品產(chǎn)品的加工，該液體食品產(chǎn)品考慮到了在生產(chǎn)線(xiàn)上的工作設(shè)備上的液體食品產(chǎn)品的粘度，其通常不在測(cè)量點(diǎn)或測(cè)量設(shè)備的剪切速率范圍內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)權(quán)利要求1的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的。所要求保護(hù)的通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制來(lái)控制液體食品產(chǎn)品的加工方法，包括步驟:提供從液體食品產(chǎn)品的粘度對(duì)剪切速率的依賴(lài)性的數(shù)學(xué)建模得到的數(shù)據(jù)；在測(cè)量點(diǎn)測(cè)量在預(yù)定的剪切速率下待加工的液體食品產(chǎn)品的粘度；和對(duì)應(yīng)于在測(cè)量點(diǎn)測(cè)量的粘度和基于已提供的數(shù)據(jù)，通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制，來(lái)控制位于測(cè)量點(diǎn)下游(在生產(chǎn)線(xiàn)上位于測(cè)量點(diǎn)下游的)的工作設(shè)備上的液體食品產(chǎn)品的加工。在液體食品產(chǎn)品的加工中，除其他方面以外，工作設(shè)備上待加工的液體食品產(chǎn)品的粘度必須被考慮，才能夠確保完美的加工。工作設(shè)備可以是，例如瞬時(shí)巴氏滅菌器，液體食品產(chǎn)品可以是果汁或蔬菜汁。在生產(chǎn)線(xiàn)上，待加工液體食品產(chǎn)品的粘度在測(cè)量點(diǎn)處被測(cè)量。然而，為了工作設(shè)備的完美操作，它不是在測(cè)量點(diǎn)時(shí)的相關(guān)粘度，而是在工作設(shè)備自身上時(shí)的粘度。但是，在這里直接的粘度測(cè)量是不可能的。另一方面，工作設(shè)備上的剪切速率不同于在測(cè)量點(diǎn)處的剪切速率。測(cè)量設(shè)備還可能不根據(jù)當(dāng)前剪切速率來(lái)測(cè)量實(shí)際粘度，而是在較大程度上偏離的剪切速率范圍內(nèi)實(shí)施測(cè)量，但通過(guò)其固有的測(cè)量原則，剪切速率的范圍是已知的。根據(jù)本發(fā)明，提供一個(gè)數(shù)據(jù)記錄，它描述了若干液體食品產(chǎn)品樣品的粘度和剪切速率之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)記錄可包括，例如，一組的粘度對(duì)剪切速率的曲線(xiàn)或這些曲線(xiàn)的參數(shù)體系。數(shù)據(jù)還可以包括表征單個(gè)液體食品產(chǎn)品的流變參數(shù)。測(cè)量的待加工液體食品產(chǎn)品的粘度可與已提供的數(shù)據(jù)相關(guān)。例如，某一假塑性模型可被作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并被應(yīng)用到待加工的液體食品產(chǎn)品中。例如，針對(duì)某種液體食品產(chǎn)品已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，將某一測(cè)量值與在該預(yù)先設(shè)定的剪切率下的粘度的可比較值匹配，能夠獲得起自這個(gè)測(cè)量值的在這個(gè)工作設(shè)備下的待加工液體食品產(chǎn)品的粘度信息(也比照下面的詳細(xì)描述)。粘度的溫度依賴(lài)性代表了 用于表征液體食品產(chǎn)品的數(shù)據(jù)記錄的另一個(gè)自由度。基于這個(gè)數(shù)據(jù)記錄和在預(yù)定剪切速率下測(cè)量的待加工的液體食品產(chǎn)品的粘度，工作設(shè)備可被，通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制，控制。這方面的細(xì)節(jié)將在下面被描述。總之，本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以避免在液體食品產(chǎn)品加工中的差錯(cuò)，因?yàn)橐后w食品產(chǎn)品的粘度可被重點(diǎn)考慮，盡管無(wú)法在工作設(shè)備上直接測(cè)量得到該粘度。例如，如果認(rèn)為這是必須的，可以關(guān)閉工作設(shè)備。根據(jù)進(jìn)一步的改進(jìn)，基于在至少一個(gè)剪切速率下測(cè)量的液體食品產(chǎn)品粘度來(lái)進(jìn)行建模。因此，獲得的數(shù)據(jù)是基于粘度測(cè)量和對(duì)應(yīng)該剪切速率的液體食品產(chǎn)品的粘度的模型描述?？稍趯?shí)驗(yàn)室中實(shí)施測(cè)量，例如采用旋轉(zhuǎn)流變儀。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，待加工的液體食品產(chǎn)品不必與下述這些液體食品產(chǎn)品之一相同，針對(duì)在提供的剪切速率下從液體食品產(chǎn)品的粘度依賴(lài)性的數(shù)學(xué)建模得到的數(shù)據(jù)，或針對(duì)在至少一個(gè)剪切速率下基于粘度測(cè)量進(jìn)行的建模。建模本身可基于Cox-Merz關(guān)系來(lái)實(shí)施。后者特別允許粘度作為從粘度振蕩測(cè)量得到的剪切速率的函數(shù)來(lái)測(cè)量(剪切速率=施加在振蕩測(cè)量中的振蕩角頻率)。根據(jù)Cox-Merz關(guān)系，剪切粘度與在相同的剪切速率和角頻率下的復(fù)粘度的絕對(duì)值很好地一致。通常，假塑性液體食品可以由大量的帶有和不帶有屈服點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型來(lái)表述。這些也被稱(chēng)為粘度函數(shù)或流量曲線(xiàn)。與果汁相關(guān)性最好的流量曲線(xiàn)是那些根據(jù)Casson, Bingham, Herschel-Bulkley,或 Ostwald-de-Waele 的流量曲線(xiàn)。特別地,可以根據(jù)Ostwald-de-Waele關(guān)系式 7 =尺廠1來(lái)建模,其中η和;^代表粘度和剪切速率，而K和m代表稠度和流動(dòng)指數(shù)。在這種情況下，數(shù)據(jù)可包括大量液體食品產(chǎn)品的m (可能以及K)值，基于該數(shù)據(jù)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制在工作設(shè)備上的液體食品產(chǎn)品的加工，其中方法包括確定液體食品產(chǎn)品的m值和基于液體食品產(chǎn)品的測(cè)量的m (可能以及K)值通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制來(lái)實(shí)施控制(見(jiàn)下面詳細(xì)說(shuō)明)。Ostwald-de-ffaeIe關(guān)系式尤其適用于描述流動(dòng)的果汁或蔬菜汁的粘度和剪切速率之間關(guān)系。特別地，可提供包含邊際產(chǎn)品信息的配方，比如，m和K值。邊際產(chǎn)品的數(shù)據(jù)值可跨越一個(gè)參數(shù)空間，該參數(shù)空間定義了可完美加工的參數(shù)范圍。根據(jù)進(jìn)一步的改進(jìn)，當(dāng)確定的液體食品產(chǎn)品的m值超過(guò)第一預(yù)定限值和/或低于第二預(yù)定限值時(shí)，可停止工作設(shè)備上的液體食品產(chǎn)品的加工。這種方式下，其尤其可避免生產(chǎn)廢品或使重復(fù)加工成為必須。所提供的數(shù)據(jù)可包括各種液體食品產(chǎn)品的配方的數(shù)據(jù)記錄。此處的每個(gè)數(shù)據(jù)記錄包括對(duì)應(yīng)于邊際產(chǎn)品上限和下限。第一和第二預(yù)定限值可從一個(gè)數(shù)據(jù)記錄中讀出。通常，在本發(fā)明方法的上述例子中，對(duì)應(yīng)于液體食品產(chǎn)品的粘度的測(cè)量，可增加或降低液體食品產(chǎn)品的流量，和/或可增加或降低液體食品產(chǎn)品的流量的壓力。此外，或作為一種替代，相應(yīng)于液體食品產(chǎn)品的粘度測(cè)量，可稀釋或增稠液體食品產(chǎn)品。例如，基于粘度測(cè)量和提供的數(shù)據(jù)，可以確定，在瞬時(shí)巴氏滅菌器(作為工作設(shè)備)上將要巴氏滅菌的果汁(作為液體食品產(chǎn)品)的粘度太低以至于瞬時(shí)巴氏滅菌器的板或管的尺寸不能確保充分的加熱和可選的隨后的冷卻。這個(gè)例子中，沒(méi)有達(dá)到所需的溫度界線(xiàn)。這種情況下，為此(增加水果比例)，可增稠果汁，或可降低流量或壓強(qiáng)。同樣地，可在線(xiàn)影響降低壓強(qiáng)，比如，通過(guò)開(kāi)環(huán)/閉環(huán)控制來(lái)調(diào)整/控制待加工的液體食品產(chǎn)品的流量。從上述說(shuō)明中很清楚地得知，在本發(fā)明中，液體食品產(chǎn)品的粘度對(duì)剪切速率具有依賴(lài)性的考慮起到很重要的作用。待加工的液體食品產(chǎn)品的粘度是在預(yù)定剪切速率下測(cè)量。根據(jù)一個(gè)典型的Ostwald-de-Waele的關(guān)系,例如,人們可從在不同于預(yù)定剪切速率的剪切速率下的粘度的測(cè)量，得出結(jié)論。液體食品產(chǎn)品本地當(dāng)前的平均剪切速率可以，例如，
根據(jù)管道輸送的近似公式
權(quán)利要求
1.通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制來(lái)控制液體食品產(chǎn)品加工的方法，包括步驟: 提供從液體食品產(chǎn)品的粘度對(duì)剪切速率的依賴(lài)性的數(shù)學(xué)建模得到的數(shù)據(jù)； 在測(cè)量點(diǎn)測(cè)量待加工的液體食品產(chǎn)品在預(yù)定剪切速率下的粘度；和 對(duì)應(yīng)于在測(cè)量點(diǎn)處測(cè)量的粘度和基于所述數(shù)據(jù)，通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制，來(lái)控制位于測(cè)量點(diǎn)下游的工作設(shè)備上的液體食品產(chǎn)品的加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，基于在至少一個(gè)剪切速率下的液體食品產(chǎn)品的粘度測(cè)量來(lái)生成建模。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法,其特征在于,基于Cox-Merz關(guān)系生成建模。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，根據(jù)Ostwald-de-WaeIe關(guān)系式η = [7—生成建模，其中H和f代表粘度和剪切速率，而K和m代表稠度和流動(dòng)指數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)包括大量液體食品產(chǎn)品的m值，所述方法包括確定液體食品產(chǎn)品的m值，并基于確定的液體食品產(chǎn)品的m值通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制來(lái)進(jìn)行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，待加工液體食品產(chǎn)品的m值被使用者輸入到，通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制，用于控制液體食品產(chǎn)品加工的設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的方法，其特征在于，當(dāng)確定的液體食品產(chǎn)品的m值大于第一預(yù)定限值和/或低于第二預(yù)定限值時(shí)，工作設(shè)備上的液體食品產(chǎn)品的加工被停止。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述提供的數(shù)據(jù)包括各種液體食品產(chǎn)品的配方的數(shù)據(jù)記錄，和 從數(shù)據(jù)記錄之一讀出的第一和第二預(yù)定限值。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，對(duì)應(yīng)于液體食品產(chǎn)品的粘度的測(cè)量，來(lái)增加或降低液體食品產(chǎn)品的流量，和/或增加或降低該液體食品產(chǎn)品的該流量的壓強(qiáng)，和/或稀釋或增稠該液體食品產(chǎn)品。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，工作設(shè)備是瞬時(shí)巴氏滅菌器。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，液體食品產(chǎn)品是果汁，水果懸浮液，蔬菜汁或蔬菜懸浮液。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，進(jìn)一步包括基于公式f= i確定待加工液體食品/TK產(chǎn)品在工作設(shè)備上的剪切速率，其中平均剪切速率由;F代表，液體食品的流量由P代表，并且液體食品流過(guò)的管道的半徑由R代表，并且其特征在于， 基于以這種方式確定的剪切速率，通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制，來(lái)控制工作設(shè)備上的液體食品廣品的加工。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，測(cè)得的待加工液體食品產(chǎn)品的粘度實(shí)施溫度校正，和/或從液體食品產(chǎn)品的粘度對(duì)剪切速率的依賴(lài)性的數(shù)學(xué)建模獲得的數(shù)據(jù)包括溫度校正。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，液體食品產(chǎn)品以懸浮液形式存在，并且測(cè)得的待加工的液體食品產(chǎn)品的粘度根據(jù)懸浮液的固體體積分?jǐn)?shù)實(shí)施校正，和/或從液體食品產(chǎn)品的粘度對(duì)剪切速率的依賴(lài)性的數(shù)學(xué)建模獲得的數(shù)據(jù)根據(jù)懸浮液的固體體積分?jǐn)?shù)包括校正，其中特別地根據(jù)愛(ài)因斯坦模型進(jìn)行校正。
15.用于加工液體食品產(chǎn)品的裝置的開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制設(shè)備，包括: 一個(gè)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)從液體食品產(chǎn)品的粘度對(duì)剪切速率的依賴(lài)性的數(shù)學(xué)建模得到的數(shù)據(jù)； 一個(gè)控制單元，對(duì)應(yīng)于測(cè)量點(diǎn)處的待加工食品產(chǎn)品在預(yù)定剪切速率下的粘度和基于存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制，來(lái)控制位于測(cè)量點(diǎn)下游的工作設(shè)備上的液體食品產(chǎn)品的加工。
16.用于加工液體食品產(chǎn)品的加工設(shè)備，包括 一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，用于在液體食品產(chǎn)品的預(yù)定剪切速率下測(cè)量液體食品產(chǎn)品的粘度； 一個(gè)工作設(shè)備，用于加工液體食品產(chǎn)品，其中，所提供的工作設(shè)備位于測(cè)量點(diǎn)的下游；和 權(quán)利要求15的開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制設(shè)備。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的加工設(shè)備，其特征在于，工作設(shè)備是用于作為液體食品產(chǎn)品的果汁、水果懸浮液、蔬菜汁或蔬菜懸浮液的瞬時(shí)巴氏滅菌的瞬時(shí)巴氏滅菌器。
18.用于確定在用來(lái)加工液體食品產(chǎn)品的工作設(shè)備上的液體食品產(chǎn)品的粘度的方法，包括步驟: 提供從液體食品產(chǎn)品的粘度對(duì)剪切速率的依賴(lài)性的數(shù)學(xué)建模中得到的數(shù)據(jù)； 在測(cè)量點(diǎn)測(cè)量液體食品產(chǎn)品在液體食品產(chǎn)品的預(yù)定剪切速率下的粘度；和基于存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，確定在不同于預(yù)定剪切速率的液體食品產(chǎn)品的第二剪切速率下的液體食品廣品的粘度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制來(lái)控制液體食品產(chǎn)品加工的方法，包括步驟提供從液體食品產(chǎn)品的粘度對(duì)剪切速率的依賴(lài)性的數(shù)學(xué)建模得到的數(shù)據(jù)，在測(cè)量點(diǎn)測(cè)量待加工的液體食品產(chǎn)品在預(yù)定剪切速率下的粘度，和對(duì)應(yīng)于在測(cè)量點(diǎn)測(cè)量的粘度和基于提供的數(shù)據(jù)，通過(guò)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)控制，來(lái)控制位于測(cè)量點(diǎn)下游的工作設(shè)備上的液體食品產(chǎn)品的加工。
文檔編號(hào)G05B13/04GK103105879SQ20121037757
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者約克·扎卡里亞斯 申請(qǐng)人:克朗斯股份公司