专利名称：粘度控制的液体食品的加工的制作方法
技术领域：
本发明涉及开环或闭环控制液体食品产品的加工，尤其是果汁或蔬菜汁，其中，在液体食品产品的加工中，后者的粘度必须加以考虑。
背景技术：
在液体加工中，这些液体的粘度往往起着重要的作用。举例来说，在传送工序中，粘度由于其影响边界层进程而必须被考虑。工序技术的作用，比如，采用泵的水力运输，传热技术，混合工序，分离技术直到产品灌装，受到了液体粘度的决定性的影响。考虑到粘度在与液体食品产品的加工相关的过程中尤其重要，比如果汁或蔬菜汁，牛奶或啤酒。采用瞬时巴氏灭菌器对液体食品巴氏杀菌中，热交换器，比如加热板或加热管，的尺寸必须考虑待巴氏灭菌的液体食品产品的粘度。如果，由于粘度，热交换器的面积小于成功巴氏灭菌所需面积，则被加工的液体食品产品没有被充分的加热或冷却。然而，粘度是一个测量值，其只能在加工液体食品产品的装置的工作期间而困难地获得。非牛顿流体，尤其是假塑性介质的粘度的测量是非常困难的，因为这些介质表现出在剪切速率上相对高的粘度依赖性，特别是在相对低的剪切速率下。虽然粘度可以在实验室中(离线)进行测量，例如，采用有不同剪切速率的旋转流变仪，但是当装置正在运行期间处于加工过程中(在线)的液体食品产品的不同剪切速率的粘度的测量值是很难获得的。现有技术中已知，在高于lOOOs—1的相对高的剪切速率下在线测量液体食品产品的粘度。对于高可靠性的牛顿介质，这是可能的，比如，借助于Endress+Hauser GmbH undC0.KG公司的质量流量计(Promass) 831。然而，对于较低的剪切速率和假塑性介质，比如，尤其是果汁或蔬菜汁，无法确定粘度，并且总之，据知，没有对已经确定了粘度的介质加工的装置进行开环或闭环控制。因此，本发明的目的是提供一种控制方法，通过开环或闭环来控制液体食品产品的加工，该液体食品产品考虑到了在生产线上的工作设备上的液体食品产品的粘度，其通常不在测量点或测量设备的剪切速率范围内。
发明内容
根据权利要求1的方法来实现上述目的。所要求保护的通过开环或闭环控制来控制液体食品产品的加工方法，包括步骤:提供从液体食品产品的粘度对剪切速率的依赖性的数学建模得到的数据；在测量点测量在预定的剪切速率下待加工的液体食品产品的粘度；和对应于在测量点测量的粘度和基于已提供的数据，通过开环或闭环控制，来控制位于测量点下游(在生产线上位于测量点下游的)的工作设备上的液体食品产品的加工。在液体食品产品的加工中，除其他方面以外，工作设备上待加工的液体食品产品的粘度必须被考虑，才能够确保完美的加工。工作设备可以是，例如瞬时巴氏灭菌器，液体食品产品可以是果汁或蔬菜汁。在生产线上，待加工液体食品产品的粘度在测量点处被测量。然而，为了工作设备的完美操作，它不是在测量点时的相关粘度，而是在工作设备自身上时的粘度。但是，在这里直接的粘度测量是不可能的。另一方面，工作设备上的剪切速率不同于在测量点处的剪切速率。测量设备还可能不根据当前剪切速率来测量实际粘度，而是在较大程度上偏离的剪切速率范围内实施测量，但通过其固有的测量原则，剪切速率的范围是已知的。根据本发明，提供一个数据记录，它描述了若干液体食品产品样品的粘度和剪切速率之间的关系。数据记录可包括，例如，一组的粘度对剪切速率的曲线或这些曲线的参数体系。数据还可以包括表征单个液体食品产品的流变参数。测量的待加工液体食品产品的粘度可与已提供的数据相关。例如，某一假塑性模型可被作为基础数据，并被应用到待加工的液体食品产品中。例如，针对某种液体食品产品已存储数据，将某一测量值与在该预先设定的剪切率下的粘度的可比较值匹配，能够获得起自这个测量值的在这个工作设备下的待加工液体食品产品的粘度信息(也比照下面的详细描述)。粘度的温度依赖性代表了 用于表征液体食品产品的数据记录的另一个自由度。基于这个数据记录和在预定剪切速率下测量的待加工的液体食品产品的粘度，工作设备可被，通过开环或闭环控制，控制。这方面的细节将在下面被描述。总之，本发明的方法的优点在于可以避免在液体食品产品加工中的差错，因为液体食品产品的粘度可被重点考虑，尽管无法在工作设备上直接测量得到该粘度。例如，如果认为这是必须的，可以关闭工作设备。根据进一步的改进，基于在至少一个剪切速率下测量的液体食品产品粘度来进行建模。因此，获得的数据是基于粘度测量和对应该剪切速率的液体食品产品的粘度的模型描述。可在实验室中实施测量，例如采用旋转流变仪。应当强调的是，待加工的液体食品产品不必与下述这些液体食品产品之一相同，针对在提供的剪切速率下从液体食品产品的粘度依赖性的数学建模得到的数据，或针对在至少一个剪切速率下基于粘度测量进行的建模。建模本身可基于Cox-Merz关系来实施。后者特别允许粘度作为从粘度振荡测量得到的剪切速率的函数来测量(剪切速率=施加在振荡测量中的振荡角频率)。根据Cox-Merz关系，剪切粘度与在相同的剪切速率和角频率下的复粘度的绝对值很好地一致。通常，假塑性液体食品可以由大量的带有和不带有屈服点的数学模型来表述。这些也被称为粘度函数或流量曲线。与果汁相关性最好的流量曲线是那些根据Casson, Bingham, Herschel-Bulkley,或 Ostwald-de-Waele 的流量曲线。特别地,可以根据Ostwald-de-Waele关系式 7 =尺厂1来建模,其中η和;^代表粘度和剪切速率，而K和m代表稠度和流动指数。在这种情况下，数据可包括大量液体食品产品的m (可能以及K)值，基于该数据开环或闭环控制在工作设备上的液体食品产品的加工，其中方法包括确定液体食品产品的m值和基于液体食品产品的测量的m (可能以及K)值通过开环或闭环控制来实施控制(见下面详细说明)。Ostwald-de-ffaeIe关系式尤其适用于描述流动的果汁或蔬菜汁的粘度和剪切速率之间关系。特别地，可提供包含边际产品信息的配方，比如，m和K值。边际产品的数据值可跨越一个参数空间，该参数空间定义了可完美加工的参数范围。根据进一步的改进，当确定的液体食品产品的m值超过第一预定限值和/或低于第二预定限值时，可停止工作设备上的液体食品产品的加工。这种方式下，其尤其可避免生产废品或使重复加工成为必须。所提供的数据可包括各种液体食品产品的配方的数据记录。此处的每个数据记录包括对应于边际产品上限和下限。第一和第二预定限值可从一个数据记录中读出。通常，在本发明方法的上述例子中，对应于液体食品产品的粘度的测量，可增加或降低液体食品产品的流量，和/或可增加或降低液体食品产品的流量的压力。此外，或作为一种替代，相应于液体食品产品的粘度测量，可稀释或增稠液体食品产品。例如，基于粘度测量和提供的数据，可以确定，在瞬时巴氏灭菌器(作为工作设备)上将要巴氏灭菌的果汁(作为液体食品产品)的粘度太低以至于瞬时巴氏灭菌器的板或管的尺寸不能确保充分的加热和可选的随后的冷却。这个例子中，没有达到所需的温度界线。这种情况下，为此(增加水果比例)，可增稠果汁，或可降低流量或压强。同样地，可在线影响降低压强，比如，通过开环/闭环控制来调整/控制待加工的液体食品产品的流量。从上述说明中很清楚地得知，在本发明中，液体食品产品的粘度对剪切速率具有依赖性的考虑起到很重要的作用。待加工的液体食品产品的粘度是在预定剪切速率下测量。根据一个典型的Ostwald-de-Waele的关系,例如,人们可从在不同于预定剪切速率的剪切速率下的粘度的测量，得出结论。液体食品产品本地当前的平均剪切速率可以，例如，
根据管道输送的近似公式
权利要求
1.通过开环或闭环控制来控制液体食品产品加工的方法，包括步骤: 提供从液体食品产品的粘度对剪切速率的依赖性的数学建模得到的数据； 在测量点测量待加工的液体食品产品在预定剪切速率下的粘度；和 对应于在测量点处测量的粘度和基于所述数据，通过开环或闭环控制，来控制位于测量点下游的工作设备上的液体食品产品的加工。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，基于在至少一个剪切速率下的液体食品产品的粘度测量来生成建模。
3.根据权利要求1或2的方法,其特征在于,基于Cox-Merz关系生成建模。
4.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，根据Ostwald-de-WaeIe关系式η = [7—生成建模，其中H和f代表粘度和剪切速率，而K和m代表稠度和流动指数。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，所述数据包括大量液体食品产品的m值，所述方法包括确定液体食品产品的m值，并基于确定的液体食品产品的m值通过开环或闭环控制来进行控制。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，待加工液体食品产品的m值被使用者输入到，通过开环或闭环控制，用于控制液体食品产品加工的设备。
7.根据权利要求5或6的方法，其特征在于，当确定的液体食品产品的m值大于第一预定限值和/或低于第二预定限值时，工作设备上的液体食品产品的加工被停止。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述提供的数据包括各种液体食品产品的配方的数据记录，和 从数据记录之一读出的第一和第二预定限值。
9.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，对应于液体食品产品的粘度的测量，来增加或降低液体食品产品的流量，和/或增加或降低该液体食品产品的该流量的压强，和/或稀释或增稠该液体食品产品。
10.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，工作设备是瞬时巴氏灭菌器。
11.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，液体食品产品是果汁，水果悬浮液，蔬菜汁或蔬菜悬浮液。
12.根据上述权利要求之一的方法，进一步包括基于公式f= i确定待加工液体食品/TK产品在工作设备上的剪切速率，其中平均剪切速率由;F代表，液体食品的流量由P代表，并且液体食品流过的管道的半径由R代表，并且其特征在于， 基于以这种方式确定的剪切速率，通过开环或闭环控制，来控制工作设备上的液体食品广品的加工。
13.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，测得的待加工液体食品产品的粘度实施温度校正，和/或从液体食品产品的粘度对剪切速率的依赖性的数学建模获得的数据包括温度校正。
14.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，液体食品产品以悬浮液形式存在，并且测得的待加工的液体食品产品的粘度根据悬浮液的固体体积分数实施校正，和/或从液体食品产品的粘度对剪切速率的依赖性的数学建模获得的数据根据悬浮液的固体体积分数包括校正，其中特别地根据爱因斯坦模型进行校正。
15.用于加工液体食品产品的装置的开环或闭环控制设备，包括: 一个存储器，用于存储从液体食品产品的粘度对剪切速率的依赖性的数学建模得到的数据； 一个控制单元，对应于测量点处的待加工食品产品在预定剪切速率下的粘度和基于存储的数据，通过开环或闭环控制，来控制位于测量点下游的工作设备上的液体食品产品的加工。
16.用于加工液体食品产品的加工设备，包括 一个测量点，用于在液体食品产品的预定剪切速率下测量液体食品产品的粘度； 一个工作设备，用于加工液体食品产品，其中，所提供的工作设备位于测量点的下游；和 权利要求15的开环或闭环控制设备。
17.根据权利要求16的加工设备，其特征在于，工作设备是用于作为液体食品产品的果汁、水果悬浮液、蔬菜汁或蔬菜悬浮液的瞬时巴氏灭菌的瞬时巴氏灭菌器。
18.用于确定在用来加工液体食品产品的工作设备上的液体食品产品的粘度的方法，包括步骤: 提供从液体食品产品的粘度对剪切速率的依赖性的数学建模中得到的数据； 在测量点测量液体食品产品在液体食品产品的预定剪切速率下的粘度；和基于存储的数据，确定在不同于预定剪切速率的液体食品产品的第二剪切速率下的液体食品广品的粘度。
全文摘要
本发明涉及一种通过开环或闭环控制来控制液体食品产品加工的方法，包括步骤提供从液体食品产品的粘度对剪切速率的依赖性的数学建模得到的数据，在测量点测量待加工的液体食品产品在预定剪切速率下的粘度，和对应于在测量点测量的粘度和基于提供的数据，通过开环或闭环控制，来控制位于测量点下游的工作设备上的液体食品产品的加工。
文档编号G05B13/04GK103105879SQ20121037757
公开日2013年5月15日 申请日期2012年10月8日 优先权日2011年9月30日
发明者约克·扎卡里亚斯 申请人:克朗斯股份公司