壓力控制方法

專利名稱:壓力控制方法
本發明是關于在壓力下對軟包裝物品進行加熱消毒時所采用的一種壓力控制方法，這里的軟包裝包括用塑料、紙張、鋁箔等包裝材料，本發明對于那種含有空氣的包裝特別有用，這種包裝中在物品和包皮之間有空間。本發明特別適用于一種空氣含量較大(空間較大)的包裝。
通常，用軟包裝的食品等物品要消毒的時候，可以在蒸餾罐等消毒處理箱中在一定的壓力下加熱消毒，采用各種不同的壓力控制方法來防止食品包裝破裂或變形，因為當消毒處理箱中的壓力和包裝中的壓力之間存在壓力差時就可能出現這種現象。
比如，在一種稱作高壓消毒的方法中，消毒處理箱中的壓力從消毒開始后就會迅速增大，在預定的消毒時間內保持在恒定的高壓下，而在冷卻處理后壓力又迅速降低(見圖1中的曲線C)。但是，如果把這種方法用來消毒含有空氣的包裝食品，消毒箱中的壓力和包裝中的壓力之間的壓力差，在升溫過程中會變得非常大，結果會使一般薄膜包裝在這種情況下出現變形和破裂。
此外，還有一種大家知道的所謂恒壓差消毒法，此時，壓力是受控制的。按照消毒箱中的溫度使飽和蒸汽壓力有一個恒定的壓力差。(見圖圖1中的曲線D)。不過，既使在這種方法中，如果所消毒的包裝中含有較多空氣時(比如當含量超過20%時)，在消毒箱中的壓力變化之后，包裝中的壓力總會滯后一般時間才會變化。結果，就會在升溫過程中引起包裝的變形。
除此而外，在以上所述的方法中，消毒箱內壓力降低的時間是按照消毒箱內溫度降低的時間進行設定的。因此，當消毒箱內的溫度下降時，包裝中的壓力將會超過消毒箱內的壓力從而引起包裝的破裂，這是所不希望的。這樣就可以說這種方法對于空氣含量較大的包裝食品是不適合的。
另外，一種一般的方法是所謂的“模仿消毒方法”，就是除了消毒箱之外還有一個帶窺視孔的小筒，消毒箱中的壓力是按照小箱中的一個包裝模型的變形情況進行控制的。
不過，按照上面所講的方法，需要配備一個小筒，同時每次消毒都得用一個模仿的包裝，這在操作上是很麻煩的。另外，在這種方法中需要有專門的技術以便觀察模仿包裝的變形情況，這是控制壓力的根據。所以，要想有效地控制壓力是非常困難的。
因此，本發明是要提供一種不會引起包裝破裂或變形的有效的消毒方法，這種方法即使是在含空氣量較大的包裝進行消毒的時候。能準確地控制消毒箱中的壓力。
本發明者用空氣含量較多的很多種不同包裝的樣品，在壓力下進行加熱消毒時測量包裝內的壓力變化，包裝內的物品不同，所用的包裝材料也各異。結果發現在某一種情況下壓力上升極慢，同時在包裝內壓力達到最大值的時候才出現壓力上的變化，并且與包裝中空氣含量多少、所包裝的物品以及包裝材料的種類和厚度沒有什么關系。
本發明還發現，相對于消毒箱中溫度降開始(也就是從冷卻處理開始)時，包裝內壓力降低的模式來說，包裝內壓力減小的速度有明顯的延遲，同時在包裝內壓力和消毒箱內壓力之間會有一個較大的壓力差。另外，發明者還進行了大量的研究，為的是使消毒箱內的壓力變化模式盡可能地跟上含空氣較多的包裝內的壓力變化。于是，本發明者發現如果在消毒箱內的壓力和包裝內壓力之間保持相當大的恒定壓力差就有可能得到滿意的消毒處理結果，不會出現象在一般壓力控制方法中所存在的包裝破裂或變形問題。所用方法是在包裝內壓力上升發生變化的那一點附近改變消毒箱內壓力的升高速度，同時在冷卻處理過程開始以后使消毒箱內壓力下降的時間延遲。
現參照附圖對本發明作進一步的說明如下圖1是為了對本發明的方法與一般方法進行對比而繪制的曲線，一方面是壓力和溫度之間的關系，另一方面是壓力和時間的關系。
圖2和圖3是按照本發明方法的實施例表明壓力變化的曲線。
圖4是按本發明的消毒處理裝置的圖解。
圖5是在消毒箱中溫度和壓力的變化模式。
在圖1中，“A”曲線表示消毒箱中溫度模式，而“B”是含空氣的包裝中的壓力模式。
順便指出，相對于“B”曲線所用的含空氣的包裝的空氣量達50%。
此外，圖1中的“C”曲線及“D”曲線表示在前面所述的一般壓力控制消毒方法中的消毒箱內的壓力模式，其中“C”曲線是從高壓消毒方法中得出的，而“D”曲線是從恒壓消毒方法中得到的。
從圖1中可以明顯看出，在高壓消毒方法中，正如先有技術中所提到的消毒箱內壓力和包裝內壓力之間的壓力差變得非常大，特別是當升溫的時候。同樣，在恒壓消毒方法中，在溫度升高的時候，溫度差很大，從而包裝內的壓力超過了消毒箱內的壓力。在這兩種情況下，都會出現包裝的變形和破壞。
與此相反，圖中“E”曲線的特征是，在“b”點，實際上就是在包裝內壓力升高的變化點“a”上，壓力升高的速度有所降低，同時消毒箱內壓力降低的時間延遲到“c”點以后，也就是延遲到冷卻處理開始以后。于是，在整個消毒過程中，相對于包裝內的壓力總是保持一個適當的壓力差。
為實現本發明的壓力控制方法，要首先檢測在某一消毒溫度的具體條件下，包裝內的壓力變化，這種包裝內含有空氣，其中包裝的物品是要消毒的。
對于這種檢測，可以提到下面的方法在包裝內插入一個熱電偶，使之能夠測量物品的溫度和包裝內空間的溫度，這個包裝物品放置在消毒箱中，接著，在某一特定的消毒溫度條件下開始消毒處理，同時測量物品和包裝內空間的溫度變化模式。
在這種測量的基礎上得到一個包裝內壓力變化的模式。
特別指出的是，得出了下列公式可以用來大致地表示包裝內的壓力內壓(Kg/cm2)＝大氣壓力× (在一固定時間所包容部分的溫度(°K))/(包容部的初始溫度(°K))+在固定時間內相應與包容物溫度的飽和蒸汽壓力(Kg/cm2·abs)一大氣壓力(Kg/cm2·abs)不過，在上列的公式中，消毒處理前的包裝內壓力是按大氣壓計算的。此外，空間部分的初始溫度被認為與包容物的初始溫度基本相同。
順便指出，在進行上述消毒處理的時候，特別是在軟包裝的情況下，希望能夠通過調節消毒箱中的壓力來防止包裝的變形，因此就希望減小由于內壓變化引起的包裝體積變化所造成的測量誤差。
此外，也可以用一種直接測內壓的辦法來測量壓力模式的方法。
在本發明中，包裝內壓力模式中壓力升高的變化點(參見圖1中的a點)是從按照上述方法所得到的模式中找到的，同時，包裝內壓力的最大值(參見圖1中的“α”)也被測出。與此有關，在消毒開始時預定的壓力差(參見圖1中的“β”)以及在最大壓力時的預定壓力差(參見圖1中的γ)都要加以考慮。消毒箱中的壓力升高速度是這樣計算的，即上述壓力升高速度將在上述變化點附近發生變化。(消毒箱內壓力變化的方式最好是這樣，即從保證適當的壓力差的觀點出發，使其也按照包裝內壓力變化的方式;在這種情況下，上述壓力變化速度將有所降低)，同時，消毒箱中壓力升高時間也這樣控制。
此外，本發明中壓力控制方法還包括控制消毒箱中壓力降低的時間，即上述壓力降低的開始時間要延遲到冷卻處理開始(參見圖1中的C點)以后。
順便指出，保持消毒作業開始時的壓力差或包裝內最大壓力時壓力差的調節條件方面都不存在特別的限制，因為壓力差不是負數，也就是說，包裝內壓力不超過消毒箱內的壓力。尤其是當加熱介質是蒸汽的時候，希望把壓力差調節在0.0-1.0公斤/厘米2的范圍內，以便防止包裝發生變形，同時也可避免熱效率降低。
此外，以包裝內壓力升高速度的變化點為基點作為一個標準時，消毒箱內壓力升高速度的變化點最好調到為達到變化點所需時間(即從消毒開始到變化點所需要的時間)的30%至50%，這種調節是可取的，因為這樣就有可能在包裝內壓力升高時保持一個適當而又恒定的壓力差。
此外，在調節消毒箱中壓力開始降低的時間時，最好考慮到包裝內壓力降低的速度或者消毒箱內溫度降低的問題。這里舉一個例子，在一般冷卻方法中(即逐步冷卻的方法，把冷卻水送入消毒箱中而將消毒箱中的熱水通過管道排出)，最好是讓消毒箱內壓力降低到冷卻處理所需要時間的30%以內，冷卻處理就是指消毒完畢以后開始冷卻。
參照圖4對本發明的在壓力下加熱消毒方法的操作過程進行具體的說明如下。在把裝有物品的含空氣的包裝24擺到一個蒸餾器1中以后，將蒸餾器密封好，然后打開閥門3使蒸汽通過管道2進入儲水箱5中，用蒸汽來加熱儲水箱中的水。溫度控制裝置4有一個傳感器4a，可以測出儲水箱5中熱水的溫度并且在熱水加熱到90℃溫度時可以使閥門3關閉。接著，水泵6開始起動并且打開閘閥8，使儲水箱5中的熱水通過管道7進入蒸餾箱1中。當消毒箱23上放的含空氣的包裝24已經完全浸在熱水里以后，將閘閥8關閉，水泵6停止運轉。隨后，開動一個循環泵9并打開閥門11，使蒸汽通過蒸汽管道10進入循環管道12中，從而開始加熱蒸餾箱1中的熱水進行消毒作業。
在高溫消毒作業完成以后，蒸汽閥門11關閉，供水閥門14打開使冷水通過水管13和管道12進入蒸餾箱中。與此同時，閥門16打開使蒸餾箱中的熱水通過管道15回到儲水箱5中，隨著冷卻水流入蒸餾箱1中，消毒的包裝也逐漸地冷下來。
冷卻過程結束以后，供水閥14關閉，同時閥門16也關閉。一個放水閥18打開，使蒸餾箱中的冷卻水通過排水管17排出，至此整個消毒作業即告完成。
按照消毒箱內的壓力模式進行控制并考慮一個預定的壓力差，就可以得到下面的結果。
在升溫和冷卻過程中，蒸餾箱中熱水的溫度可以在熱水通過管道12循環的時候，用溫度控制裝置28的一個傳感器28a測出，并且把信號送至壓力控制裝置29。在溫度信號的基礎上按照預先儲存的計算公式程序以及內接計時器的作用得到一個壓力控制信號，這個壓力控制信號和另一個由壓力控制裝置29的傳感器29a測得的蒸餾箱內壓力信號，經過運算而給出控制壓力閥22以及通氣閥20的開或關的信號，從而可以控制蒸餾箱中的壓力。
具體地說，計算機中使用的程序如下(A)在升溫過程中，消毒箱中壓力控制值Pc可由下列公式計算Pc＝ (P2－P1)/(T2－T1) ×(TM-T1)+P1式中T1是在時間t1時的熱水溫度，t1就是從熱水進入消毒箱直到含空氣的包裝完全浸在熱水中開始加熱為止的時間;P1是調整的初始壓力;T2是消毒溫度;P2是當消毒溫度達到時的壓力;TM是箱中的溫度。計算出來的壓力控制值Pc與傳感器29a測得的壓力值PM經過運算比對，通過壓力控制裝置29來控制消毒箱中的壓力。
(B)消毒過程中，消毒箱中壓力控制值Pc可以由下列公式計算Pc＝ (P3－Pa)/(t2) ×t+P2式中達到消毒溫度的γ點假定就是包裝內壓力的變化點;T2是從達到消毒溫度的那一點到包裝內壓力最大的那一點β的時間;P3是在時間β那一點時調整的最大壓力;t是從達到消毒溫度的α點經過的時間。壓力控制值Pc與傳感器29a測得的壓力PM經過運算和對比，通過壓力控制裝置29來控制消毒箱中的壓力。
(C)在消毒過程中，在包裝內壓力最大值β以后都保持最大壓力調整值P3。
消毒箱內壓力維持在最大壓力調整值P3，直到時間t3，即通過冷卻水開始消毒作業后的冷卻處理為止。
(D)此外，在冷卻過程中消毒箱中壓力的控制值Pc可由下列公式計算Pc＝P3- (P3－P4)/(T3－T4) ×(T3-TM)式中T3是在冷卻過程開始點γ以后的時間t3內消毒箱中熱水的溫度;T4是在冷卻過程開始點γ以后的時間(t3+t4＝δ)內消毒箱中熱水的溫度;T4是在這個交界處的壓力調整值;TM是消毒箱內熱水溫度的測定值。計算出來的壓力控制值Pc與傳感器29a測得的壓力PM經過運算和對比，通過壓力控制裝置29來控制消毒箱中的壓力。
在本發明中，在壓力下加熱消毒作業就是按照上述壓力控制方法進行的。
實例1
把切成25mm方塊的土豆100克和水75克裝入一個聚丙烯包裝袋中(300CC)，然后用聚丙烯和聚酯薄膜進行密封(空氣體積占50%)，接著放進一個消毒箱中。順便指出，在這個包裝袋中插有一個熱電偶用來測量食物的溫度和包裝袋內空間的溫度。
在把消毒箱密封好以后，使消毒箱內有一個初始壓力(0.25公斤/厘米2)，接著把儲水箱中90℃的熱水通入消毒箱中。隨后，按照圖2中的曲線F使消毒箱進行升溫，在溫度達到121℃后進行20分鐘的消毒作業(與此同時，通過閥門來調節消毒箱中的壓力，以避免包裝袋變形)。然后，測量溫度以便得出食物的溫度模式(參看圖2中的曲線G)以及包裝袋內空間的溫度模式(參看圖2中的曲線H)。
通過這些溫度模式的測定，就可以按照前面所講的公式計算出包裝袋中的壓力，包裝袋內壓力的模式示于圖2的曲線Ⅰ。
根據這個壓力模式可以把消毒箱內壓力的變化點調整在消毒開始后的12分鐘那一點上，此時的壓力調整為1.8公斤/厘米2(壓力差等于包裝袋內壓力+0.2公斤/厘米2)。此外，恒定壓力的開始點調整在消毒作業開始后24分鐘的那一點上，此時的壓力是2.50公斤/厘米2(壓力差等于包裝袋內壓力+0.1公斤/厘米2)。上述恒定壓力一直保持到消毒作業開始后32分鐘(在冷卻作業開始后2分鐘)。與此同時，在冷卻過程開始后再過14分鐘的壓力調整到0.70公斤/厘米2(壓力差等于包裝袋內壓力+0.1公斤/厘米2)。
包裝內壓力的升高速度和降低速度都是按照上面所講的條件計算的，這些條件就是壓力升高速度是0.13公斤/厘米2/分(消毒開始后0-12分鐘)到0.06公斤/厘米2/分(消毒開始后12-24分鐘);至于壓力降低速度則是0.15公斤/厘米2/分(消毒開始后32-44分鐘)。在壓力下加熱消毒就是在這些條件下進行的，這些條件是消毒作業調整中壓力控制的基礎。
通過上述壓力控制方法所得出的消毒箱內的壓力模式如圖2中的曲線J所示。
在上面所講的條件下對消毒箱內20袋包裝食品進行消毒的結果表明，沒有發現包裝的變形或破裂。
實施例2把切成15毫米小方塊的土豆30克、切成10毫米方塊的胡蘿卜15克以及咖喱醬油135克裝入一個聚丙烯包裝袋中(300CC)，用聚丙烯和聚酯薄膜進行密封(空氣體積占40%)，接著放進一個回轉式消毒箱中。順便指出，在這個包裝袋中插有一個熱電偶用來測量食物的溫度。
在把消毒箱密封好以后，使消毒箱內有一個初始壓力(0.25公斤/厘米2)，接著把儲水箱中90℃的熱水通入消毒箱中，同時使一個托架帶著包裝袋一起以每分鐘2轉的速度進行回轉。
隨后，按照圖3中的曲線K使消毒箱進行升溫，在溫度達到121℃以后進行20分鐘的消毒作業(與此同時，通過閥門來調節消毒箱中的壓力，以避免包裝袋變形)。然后，測量溫度以便得出食物的溫度模式，如圖3中曲線L所示。
通過這一溫度模式的測定就可以按照前面所講的公式計算出包裝袋中的壓力，包裝袋中壓力的模式如圖3中的曲線M所示。這里順便提到，在計算中，食物的溫度可以認為和包裝袋內空間部分的溫度相一致。
根據這個壓力模式可以把消毒箱內壓力的變化點調整在消毒開始后的14分鐘那一點上，此時的壓力調整為2.25公斤/厘米2(壓力差等于包裝袋內壓力+0.3公斤/厘米2)。
此外，恒定壓力的開始點調整在消毒作業開始后30分鐘的那一點上，此時的壓力調整為2.75公斤/厘米2(壓力差等于包裝袋內壓力+0.2公斤/厘米2)。上述恒定壓力一直保持到消毒作業開始后32分鐘(在冷卻作業開始后2分鐘)。與此同時，在冷卻過程開始后再過12分鐘的壓力調整到0.95公斤/厘米2(壓力差等于包裝袋內壓力+0.1公斤/厘米2)。
包裝內壓力的升高速度和降低速度都是按照上面所講的條件計算的，這些條件就是壓力升高速度是0.14公斤/厘米2/分(消毒開始后0-14分鐘)，到0.03公斤/厘米2/分(消毒開始后14-30分鐘)，而壓力降低速度是0.18公斤/厘米2/分(消毒開始后32-42分鐘)。在壓力下加熱消毒作業就是在這些條件下進行的，這些條件是消毒作業調整中壓力控制的基礎。
通過上述壓力控制方法所得到的消毒箱內的壓力模式如圖3中的曲線N所示。
在上面所講的條件下對消毒箱內20袋包裝食品進行消毒的結果表明，沒有發現包裝的變形或破裂。
本發明的方法可以有效地進行含空氣包裝物品在壓力下的加熱消毒，(所謂含空氣包裝就是指包裝袋中在物品和包裝之間有空間)，不會使包裝袋發生變形或破裂，既使是在用柔性材料如塑料進行包裝的狀況下也是這樣。
此外，本發明的方法還可以省得在每次消毒時使用一個模仿包裝的那種麻煩，并且由于在包裝袋和消毒箱之間保持一個適當的壓力差就可以使消毒工作有效地進行。
權利要求
含空氣的包裝在消毒處理箱中，在壓力下進行加熱消毒時采用的一種壓力控制方法，其特征是在上述含空氣包裝的壓力模式中，在壓力升高的變化點附近改變上述消毒箱中壓力升高的速度，在冷卻過程開始后延遲上述消毒箱內壓力降低的時間。
專利摘要
在消毒箱中將含有空氣的包裝在壓力下加熱消毒。一種壓力控制方法包括兩點其一是在包裝內壓力模式中，壓力升高的變化點附近改變消毒箱中的溫度升高速度，其二是在冷卻處理開始后，延遲消毒箱內壓力降低的時間，以避免包裝袋變形。
文檔編號A23L3/10GK85104964SQ85104964
公開日1986年12月24日 申請日期1985年6月29日
發明者杉澤公, 松村靖, 岡本英文, 速水宏 申請人:好侍食品工業株式會社, 日榮工業有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan