СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ГРАНИЦ РАЗДЕЛА ВОДА/ПРОДУКТ ВО ВРЕМЯ ОБРАБОТКИ ПИЩЕВОГО ПРОДУКТА
SYSTEMS AND METHODS FOR DETECTING PRODUCT/ WATER DIVISION DURING FOOD PRODUCT PROCESSING

Уровень техники
Настоящее изобретение в основном относится к технологии пищевых продуктов. В частности, настоящее изобретение относится к системам и способам для обнаружения границы раздела вода/продукт, которая возникает во время перехода от рециркулирующей воды к пищевому продукту при асептической обработке пищевого продукта.
Способы асептической обработки пищевых продуктов хорошо известны. Однако эти способы не всегда могут обеспечить оптимальные результаты применительно к эффективности производства и/или качеству получаемого продукта. Например, во время асептической обработки пищевой продукт обычно нагревают водой, которая нагревается паром. Однако перед обработкой пищевого продукта систему химически очищают и промывают водой. Затем вода рециркулирует через систему для сохранения стерильности системы. Когда подходит время для введения пищевого продукта в систему, клапан резервуара продукта открывают, и исходная граница раздела вода/пищевой продукт начинает перемещаться по системе. В качестве альтернативы, когда подходит время для прекращения потока пищевого продукта в систему, клапан резервуара продукта закрывают, и вода снова начинает рециркулировать по системе. В любом случае, важно определить местоположение границы вода/продукт или продукт/вода, чтобы избежать неэффективности процесса, такой как, например, ненужные потери продукта, которые происходят, если при упаковке пищевого продукта применяется традиционный подход. При этом предприятия могут руководствоваться традиционным подходом в определении момента появления границы вода/продукт, чтобы гарантировать, что разбавленный продукт не будет упакован для продажи потребителям.
Таким образом, существует необходимость в производственном процессе, который способен точно установить границу раздела вода/пищевой продукт, которая возникает во время асептической обработки пищевого продукта.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении предложены системы и способы производства асептичных пищевых продуктов. В варианте осуществления предложены системы для производства пищевого продукта, которые включают в себя по меньшей мере один теплообменник, по меньшей мере один резервуар для пищевого продукта, по меньшей мере один трубопровод, расположенный ниже по потоку от резервуара для пищевого продукта для потока пищевого продукта, и детектор потока, соединенный с трубопроводом снаружи. Детектор потока включает в себя процессор и машиночитаемый носитель, хранящий команды, выполнение которых заставляет процессор осуществлять анализ расширенного спектра потока пищевого продукта, проходящего по трубопроводу.
В варианте осуществления система является системой асептического производства.
В варианте осуществления детектор потока является ультразвуковым детектором потока.
В варианте осуществления трубопровод является трубой. Трубопровод может быть изготовлен из материала, выбранного из группы, состоящей из чугуна, мягкой стали, жесткой пластмассы, нержавеющей стали или их сочетаний. В варианте осуществления трубопровод изготовлен из нержавеющей стали. Трубопровод может соединять резервуар для пищевого продукта с теплообменником.
В варианте осуществления система включает в себя по меньшей мере один дополнительный трубопровод для потока пищевого продукта. По меньшей мере один из дополнительных трубопроводов может иметь детектор потока. В качестве альтернативы, каждый из дополнительных трубопроводов может иметь детектор потока.
В варианте осуществления команды запрограммированы для обеспечения процессором компьютера прохождения ультразвукового луча от детектора потока и через трубопровод, при этом луч (i) преломляется стенкой трубопровода и/или (ii) отражается частицами в пищевом продукте и принимается детектором потока.
В варианте осуществления команды запрограммированы для обеспечения процессором компьютера анализа преломленных и/или отраженных лучей для определения концентрации пищевого продукта.
В варианте осуществления команды запрограммированы для обеспечения процессором компьютера обнаружения изменения от низкой концентрации частиц пищевого продукта к высокой концентрации частиц пищевого продукта.
В другом варианте осуществления предложены системы для производства пищевого продукта, которые включают в себя по меньшей мере один теплообменник, по меньшей мере один резервуар для пищевого продукта, трубу, соединяющую по меньшей мере резервуар для пищевого продукта с теплообменником, компьютер, имеющий процессор компьютера, и машиночитаемый носитель, доступный для компьютера и содержащий программу из системы программного обеспечения, которая запрограммирована для обеспечения процессором компьютера обнаружения изменения от низкой концентрации частиц пищевого продукта к высокой концентрации частиц пищевого продукта, когда пищевой продукт проходит по трубе.
В варианте осуществления компьютер является детектором потока.
В варианте осуществления система является системой асептического производства.
В варианте осуществления компьютер является ультразвуковым детектором потока.
В варианте осуществления компьютер сконструирован и выполнен с возможностью осуществления анализа расширенного спектра.
В варианте осуществления труба изготовлена из материала, выбранного из группы, состоящей из чугуна, мягкой стали, жесткой пластмассы, нержавеющей стали или их сочетаний. В варианте осуществления труба изготовлена из нержавеющей стали.
В варианте осуществления система включает в себя дополнительную трубу для потока пищевого продукта. По меньшей мере некоторые из дополнительных труб могут иметь детектор потока. В качестве альтернативы, все дополнительные трубы могут иметь детектор потока.
В варианте осуществления команды запрограммированы для обеспечения процессором компьютера прохождения ультразвукового луча от детектора потока и через трубу, при этом луч (i) преломляется стенкой трубы и/или (ii) отражается частицами в пищевом продукте и принимается компьютером.
В варианте осуществления команды запрограммированы для обеспечения процессором компьютера анализа преломленных и/или отраженных лучей для определения концентрации пищевого продукта.
В еще одном варианте осуществления предложены способы производства пищевого продукта, которые включают обеспечение системы обработки пищевого продукта, имеющей по меньшей мере один теплообменник, по меньшей мере один резервуар для пищевого продукта, по меньшей мере один трубопровод, расположенный ниже по потоку от резервуара пищевого продукта, для потока пищевого продукта, и детектор потока, соединенный с трубопроводом снаружи. Детектор потока имеет процессор и машиночитаемый носитель, хранящий команды, выполнение которых заставляет процессор осуществлять анализ расширенного спектра потока пищевого продукта, проходящего по трубопроводу. Способы также включают инициирование потока пищевого продукта по трубопроводу.
В варианте осуществления система является системой асептического производства.
В варианте осуществления детектор потока является ультразвуковым детектором потока.
В варианте осуществления трубопровод является трубой. Трубопровод может быть изготовлен из материала, выбранного из группы, состоящей из чугуна, мягкой стали, жесткой пластмассы, нержавеющей стали или их сочетаний. В варианте осуществления трубопровод изготовлен из нержавеющей стали.
В варианте осуществления трубопровод соединяет резервуар для пищевого продукта с теплообменником.
В варианте осуществления система включает в себя по меньшей мере один дополнительный трубопровод для потока пищевого продукта. По меньшей мере один из дополнительных трубопроводов может иметь детектор потока. В качестве альтернативы, каждый из дополнительных трубопроводов может иметь детектор потока.
В варианте осуществления команды запрограммированы для обеспечения процессором компьютера прохождения ультразвукового луча от детектора потока и через трубопровод, при этом луч (i) преломляется стенкой трубопровода и/или (ii) отражается частицами в пищевом продукте и принимается детектором потока.
В варианте осуществления команды запрограммированы для обеспечения процессором компьютера анализа преломленных и/или отраженных лучей для определения концентрации пищевого продукта.
В варианте осуществления команды запрограммированы для обеспечения процессором компьютера обнаружения изменения от низкой концентрации частиц пищевого продукта к высокой концентрации частиц пищевого продукта.
В еще одном варианте осуществления предложены способы производства пищевого продукта, которые включают обеспечение системы обработки пищевого продукта, имеющей по меньшей мере один теплообменник, по меньшей мере один резервуар для пищевого продукта, трубу, соединяющую по меньшей мере резервуар для пищевого продукта с теплообменником, компьютер, имеющий процессор компьютера, и машиночитаемый носитель, доступный для компьютера и содержащий программу из системы программного обеспечения, которая запрограммирована для обеспечения процессором компьютера обнаружения изменения от низкой концентрации частиц пищевого продукта к высокой концентрации частиц пищевого продукта, когда пищевой продукт проходит по трубе. Способы также включают инициирование потока пищевого продукта по трубе.
В варианте осуществления компьютер является детектором потока.
В варианте осуществления система является системой асептического производства.
В варианте осуществления компьютер является ультразвуковым детектором потока. Ультразвуковой детектор потока сконструирован и выполнен с возможностью осуществления анализа расширенного спектра.
В варианте осуществления труба изготовлена из материала, выбранного из группы, состоящей из чугуна, мягкой стали, жесткой пластмассы, нержавеющей стали или их сочетаний. В варианте осуществления труба изготовлена из нержавеющей стали.
В варианте осуществления система также включает в себя дополнительную трубу, соединяющую теплообменник с другими устройствами в системе асептического производства. Другие устройства выбирают из группы, состоящей из резервуаров, клапанов, теплообменников или их сочетаний. Дополнительная труба может иметь по меньшей мере один компьютер.
В варианте осуществления команды запрограммированы для обеспечения процессором компьютера прохождения ультразвукового луча от компьютера и через трубу, при этом луч (i) преломляется стенкой трубы и/или (ii) отражается частицами в пищевом продукте и принимается компьютером.
В варианте осуществления команды запрограммированы для обеспечения процессором компьютера анализа преломленных и/или отраженных лучей для определения концентрации пищевого продукта.
В другом варианте осуществления предложены способы обнаружения границы раздела вода/пищевой продукт. Способы включают обеспечение системы обработки пищевого продукта, имеющей по меньшей мере один теплообменник, по меньшей мере один резервуар для пищевого продукта, трубу, соединяющую по меньшей мере резервуар для пищевого продукта с теплообменником, компьютер, имеющий процессор компьютера, и машиночитаемый носитель, доступный для компьютера и содержащий программу из системы программного обеспечения, которая запрограммирована для обеспечения процессором компьютера обнаружения изменения от низкой концентрации частиц пищевого продукта к высокой концентрации частиц пищевого продукта, когда пищевой продукт проходит по трубе. Способы также включают инициирование потока пищевого продукта по трубе и выполнение программы из системы программного обеспечения.
В варианте осуществления компьютер является детектором потока.
В варианте осуществления система является системой асептического производства.
В варианте осуществления компьютер является ультразвуковым детектором потока. Компьютер может быть сконструирован и выполнен с возможностью осуществления анализа расширенного спектра.
В варианте осуществления труба изготовлена из материала, выбранного из группы, состоящей из чугуна, мягкой стали, жесткой пластмассы, нержавеющей стали или их сочетаний. В варианте осуществления труба изготовлена из нержавеющей стали.
В варианте осуществления система включает в себя дополнительную трубу, соединяющую теплообменник с другими устройствами в системе асептического производства. Другие устройства выбирают из группы, состоящей из резервуаров, клапанов, теплообменников или их сочетаний. Дополнительная труба может иметь по меньшей мере один детектор потока.
В варианте осуществления команды запрограммированы для обеспечения процессором компьютера прохождения ультразвукового луча от компьютера и через трубу, при этом луч (i) преломляется стенкой трубы и/или (ii) отражается частицами в пищевом продукте и принимается компьютером.
В варианте осуществления команды запрограммированы для обеспечения процессором компьютера анализа преломленных и/или отраженных лучей для определения концентрации пищевого продукта.
Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что оно предлагает усовершенствованные способы производства пищевых продуктов.
Другое преимущество настоящего изобретения состоит в обеспечении усовершенствованных процедур асептической обработки пищевых продуктов.
Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в обеспечении способов производства пищевого продукта, которые позволяют определить местоположение границы раздела вода/пищевой продукт.
Еще одно другое преимущество настоящего изобретения состоит в обеспечении способов производства пищевого продукта, которые снижают риск упаковки разбавленного пищевого продукта.
Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в обеспечении способов контроля линии по производству асептичного пищевого продукта.
Дополнительные признаки и преимущества описываются здесь далее и будут понятны из последующего подробного описания и чертежей.
На фиг. 1 показано схематическое изображение способа производства пищевого продукта в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание
В соответствии с использованием в данном описании изобретения и прилагаемой формуле изобретения формы слов единственного числа включают соответствия во множественном числе, если только контекст не будет однозначно диктовать обратное.
Употребляемый в данном документе термин «примерно» понимается как относящийся к числам в некотором числовом диапазоне. Кроме того, следует понимать, что все указанные здесь числовые диапазоны включают в себя все числа, целые или дробные, в пределах данного диапазона.
Под употребляемым в настоящем документе выражением «рециркулирующая вода» следует понимать воду, которая рециркулирует в части теплообменника, который будет содержать пищевой продукт во время обработки пищевого продукта. Специалисту в данной области будет понятно, что перед обработкой пищевого продукта систему химически очищают и промывают водой, и вода после этого рециркулирует через систему для поддержания системы стерильной. Когда подходит время для введения пищевого продукта в систему, клапан резервуара продукта открывают, и исходная граница раздела рециркулирующая вода/пищевой продукт начинает перемещаться через систему, при этом вытесняя рециркулирующую воду.
Употребляемое в настоящем документе выражение «анализ расширенного спектра» означает метод, который может применяться при мониторинге потока и включает в себя использование широкого ультразвукового луча, который преломляется стенкой трубопровода и также отражается частицами, суспендированными в текучей среде (например, пищевом продукте). В частности, широкий ультразвуковой луч распространяется от тангенциально установленного керамического выхода измерителя потока и через стенку трубопровода под углом примерно 90° к потоку в трубопроводе. Луч затем преломляется под углами поперек оси потока и после этого отражается от любых частиц, пузырьков и т.д. в текучей среде во всех направлениях и при широком диапазоне частот. Многочисленные отражения принимаются вторым керамическим приемником, присутствующим в измерителе потока. Отраженные сигналы могут анализироваться с помощью специального комплекса цифровой обработки сигналов (например, программного обеспечения) для получения желаемой информации о потоке.
Способы асептической обработки пищевых продуктов хорошо известны. Однако эти способы не всегда могут обеспечить оптимальные результаты применительно к эффективности производства и/или качеству получаемого продукта. Например, во время асептической обработки пищевой продукт обычно нагревают водой, которая нагревается паром. Однако перед обработкой пищевого продукта систему химически очищают и промывают водой. Затем вода рециркулирует через систему для сохранения системы стерильной. Когда подходит время для введения пищевого продукта в систему, клапан резервуара продукта открывают, и исходная граница раздела вода/пищевой продукт начинает перемещаться по системе. В качестве альтернативы, когда подходит время для прекращения потока пищевого продукта в систему, клапан резервуара продукта закрывают, и вода снова начинает рециркулировать по системе. В любом случае, важно определить местоположение границы вода/продукт или продукт/вода, чтобы избежать неэффективности процесса, такой как, например, ненужные потери продукта и/или энергии, которые происходят, если при упаковке пищевого продукта применяется традиционный подход. При этом предприятия могут руководствоваться традиционным подходом в определении момента появления границы вода/продукт, чтобы гарантировать, что разбавленный продукт не будет упакован для продажи потребителям.
Существующие способы обнаружения границы раздела вода/продукт используют известный инструментарий, такой как оптические, плотностные измерения или измерения вязкости, при которых необходимо, чтобы детекторы находились в непосредственном контакте с продуктом. Это представляет проблемы не только для конструкции системы, но также и для стерильности системы асептической обработки.
Другая возможность обнаружения границы раздела вода/продукт включает ультразвуковые детекторы, такие как ультразвуковые измерители потока. Однако традиционная ультразвуковая аппаратура не работает надежно с гигиенической трубой из нержавеющей стали, которая обычно используется при асептической обработке. При этом труба из нержавеющей стали может вибрировать во время использования, что создает значительные помехи сигналам традиционного ультразвукового измерителя потока/детектора.
Соответственно в системах и способах настоящего изобретения применяются детекторы потока, которые специально выполнены с возможностью работы в условиях асептического производства. В частности, детекторы потока настоящего изобретения используют новый алгоритм обработки сигнала, который способен преодолеть описанные выше проблемы установки. Алгоритм обработки представляет собой анализ расширенного спектра, который работает путем определения размера и концентрации твердых частиц в жидкости. Соответственно детектор потока, запрограммированный командами для выполнения анализа расширенного спектра, способен использовать изменение в качестве сигнала от воды (с чрезвычайно низкой концентрацией частиц) к продукту (с относительной высокой концентрацией частиц) для обнаружения прохождения границы раздела вода/продукт.
На фиг. 1 проиллюстрировано схематическое изображение процесса 10 асептического производства пищевого продукта, который включает в себя, без ограничения перечисленным, резервуар 12 для воды, резервуар 14 для пищевого продукта, клапан 16, теплообменник 18 и трубопроводы 20, соединяющие элементы процесса. Трубопроводы 20 могут быть трубопроводами из нержавеющей стали. Однако специалисту будет понятно, что трубопроводы также могут быть изготовлены из такого материала, как, например, чугун, мягкая сталь, жесткая пластмасса и т.д. Специалисту также понятно, что производственная линия не должна быть ограничена показанными устройствами и может включать в себя, например, другие резервуары, клапаны, трубопроводы, теплообменники, насосы, резервуары для выдержки, охладители, уравнительные резервуары, дренажи, упаковочное оборудование и т.д. Например, и как показано на фиг. 1, процесс 10 также может включать в себя насос 24, резервуар 26 для выдержки, охладитель 28, асептический уравнительный резервуар 30, дренаж 32, упаковочное оборудование 34 и дополнительные клапаны 36, 38.
Как также показано на фиг. 1, детекторы потока 22 могут быть расположены на внешней части любой трубы 20, присутствующей в производственной линии. В связи с этим, одна производственная линия может иметь один детектор потока или множество детекторов потока, расположенных вдоль любого участка трубопровода в процессе. Обеспечение множества детекторов позволяет оператору производства определить местоположение границы раздела вода/продукт или продукт/вода в любом месте вдоль производственной линии. Это расширение возможностей обнаружения в значительной степени снизит количество теряемой энергии или продукта, которые в настоящее время отмечаются на производственных линиях асептического процесса. Специалисту будет ясно, что детекторы потока 22 необязательно должны быть расположены в показанных местах процесса и могут быть расположены вдоль любого участка трубопровода 20 в процессе.
Соответственно процессы и способы настоящего изобретения предпочтительно снижают количество теряемого пищевого продукта и/или энергии, которые отмечаются в известных процессах асептического производства. Кроме того, системы и способы настоящего изобретения обеспечивают преимущества снижения риска загрязнения за счет использования установленного снаружи детектора потока и удобство конструкции производственной линии.
Хотя настоящее изобретение обсуждается как используемое при производстве, например, асептичного пищевого продукта через теплообменник, который нагревается с помощью нагревательной среды, специалисту будет понятно, что описанные здесь способы и процессы не ограничиваются производством асептичных пищевых продуктов. Кроме того, хотя настоящее изобретение содержит описания обработки пищевых продуктов, специалисту будет понятно, что любые продукты, которые имеют концентрацию частиц, которая больше, чем у воды, могут быть обработаны в соответствии с системами и способами, описанными в настоящем документе.
Кроме того, хотя выражения «измеритель потока» и «детектор потока» используются в различных местах в данном описании, специалисту в данной области будет понятно, что эти устройства также могут называться компьютерами, которые специально запрограммированы для определения расходов потока. Соответственно, выражения «измеритель потока», «детектор потока» и «компьютер» могут быть использованы взаимозаменяемо в настоящем описании.
В варианте осуществления настоящего изобретения предложены способы производства пищевого продукта, которые включают обеспечение системы обработки пищевого продукта, имеющей по меньшей мере один теплообменник, по меньшей мере один резервуар для пищевого продукта, по меньшей мере один трубопровод, расположенный ниже по потоку от резервуара для пищевого продукта, для потока пищевого продукта и детектор потока, соединенный с трубопроводом снаружи. Детектор потока имеет процессор и машиночитаемый носитель, хранящий команды, выполнение которых заставляет процессор осуществлять анализ расширенного спектра потока пищевого продукта, проходящего по трубопроводу. Способы также включают инициирование потока пищевого продукта по трубопроводу.
В еще одном варианте осуществления предложены способы производства пищевого продукта, которые включают обеспечение системы обработки пищевого продукта, имеющей по меньшей мере один теплообменник, по меньшей мере один резервуар для пищевого продукта, трубу, соединяющую по меньшей мере резервуар для пищевого продукта с теплообменником, компьютер, имеющий процессор компьютера, и машиночитаемый носитель, доступный для компьютера и содержащий программу из системы программного обеспечения, которая запрограммирована для обеспечения процессором компьютера обнаружения изменения от низкой концентрации частиц пищевого продукта к высокой концентрации частиц пищевого продукта, когда пищевой продукт проходит по трубе. Способы также включают инициирование потока пищевого продукта по трубе.
В другом варианте осуществления предложены способы обнаружения границы раздела вода/пищевой продукт. Способы включают обеспечение системы обработки пищевого продукта, имеющей по меньшей мере один теплообменник, по меньшей мере один резервуар для пищевого продукта, трубу, соединяющую по меньшей мере резервуар для пищевого продукта с теплообменником, компьютер, имеющий процессор компьютера, и машиночитаемый носитель, доступный для компьютера и содержащий программу из системы программного обеспечения, которая запрограммирована для обеспечения процессором компьютера обнаружения изменения от низкой концентрации частиц пищевого продукта к высокой концентрации частиц пищевого продукта, когда пищевой продукт проходит по трубе. Способы также включают инициирование потока пищевого продукта по трубе и выполнение программы из системы программного обеспечения.
Следует понимать, что различные изменения и модификации, вносимые в предпочтительные в настоящее время варианты осуществления, описанные в данном документе, будут очевидны специалистам. Такие изменения и модификации могут быть осуществлены без отклонения от сущности и объема настоящего предмета изобретения и без уменьшения его предполагаемых преимуществ. Таким образом, предполагается, что такие изменения и модификации охватываются прилагаемой формулой изобретения.