| 【発明の名称】 |
含気形態の密封容器製品のレトルト処理方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】淺原 哲雄
【氏名】葛原 武
【氏名】向井 勇
【氏名】酒井 敬三
【氏名】堤 隆一
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| 【要約】 |
【課題】含気形態の密封容器を槽内温度を基にして処理できる含気制御システムを提供する。
【解決手段】昇温・加熱・冷却処理の工程において、逐次伝熱計算式(1)(2) を利用して、槽内温度より含気容器内の水分の温度を求めて含気容器内圧を導き出し、この圧力に基づきレトルト処理の圧力制御をすることを特徴とする含気形態の密封容器製品のレトルト処理方法。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 昇温・加熱・冷却処理の工程において、逐次伝熱計算式(1)(2) を利用して、槽内温度より含気容器内の水分の温度を求めて含気容器内圧を導き出し、この圧力に基づきレトルト処理の圧力制御をすることを特徴とする含気形態の密封容器製品のレトルト処理方法。
逐次伝熱計算式： ｔｖn ＝ｔｖn-1 ＋Δｔｖn ・・・ (1) Δｔｖn ＝γ・Δｔｗn ＋（１−γ）・Δｔｖn-1 ・・・ (2) 記号説明 γ ： 所定時間間隔当たりの個別含気伝熱係数 （無次元数）
ｔｖn ： 逐次計算における今回の容器内水分の温度 （℃）
ｔｖn-1 ： 逐次計算における前回の容器内水分の温度 （℃）
Δｔｖn ： 逐次計算における現在の容器内水分の温度到達に寄与した容 器内水分の温度変化 （℃）
Δｔｗn ： 逐次計算における現在の槽内温度到達に寄与した槽内温度変 化 （℃）
Δｔｖn-1 ：逐次計算における前回の容器内水分の温度到達に寄与した容 器内水分の温度変化 （℃）
【請求項２】 昇温・加熱・冷却処理の工程において、逐次伝熱計算式(1)(2) を利用して槽内温度と個別含気伝熱係数（γＨ、γＣ）とにより含気容器内の水分の温度を求め、含気演算式(3) に前記含気容器内の水分の温度と充填温度を入れて含気容器内圧を導き出し、この圧力によりレトルト処理の圧力制御をすることを特徴とする含気形態の密封容器製品のレトルト処理方法。γＨは昇温・加熱工程に使用される係数、γＣは冷却工程に使用される係数で、各々複数パターンに分類できる。
逐次伝熱計算式： ｔｖn ＝ｔｖn-1 ＋Δｔｖn ・・・ (1) Δｔｖn ＝γ・Δｔｗn ＋（１−γ）・Δｔｖn-1 ・・・ (2) 含気演算式： Ｐ＝｛（273 ＋ｔ２）／（273 ＋ｔ１）｝×（1.033 −Ｐｗ１）＋Ｐｗ２ ・・・ (3) ｔ１ ： 充填温度ｔ２ ： 処理中の含気容器内水分の温度＝ｔｖＰｗ１ ： ｔ１に対する飽和蒸気圧Ｐｗ２ ： ｔ２に対する飽和蒸気圧Ｐ ： 含気容器内圧【請求項３】 充填温度につき、充填温度補正係数（ＰＲＶ）を用いて複数パターンの内の一つを選択することにより圧力制御した請求項２記載の含気形態の密封容器製品のレトルト処理方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は包装食品や輸液等の製造における含気制御システムとして、含気形態の密封容器製品のレトルト処理方法および処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、包装食品の殺菌条件の算出法として、熱伝達試験から得られた熱伝達曲線を用いる方法が、缶詰業界等で活用されている。この方法は基本的には、品温が殺菌温度に漸近する状態をあらわすもので、特殊な作図法で解析がなされている。
【０００３】即ち、熱伝達試験は蒸気注入直前に内容初温を読み、蒸気注入後、レトルト内温度と缶詰内温度を記録する。この時、「なるべくカムアップ時間を短く押え、すべての熱伝達試験に対して常にこの時間を一定にする必要がある」という制限がついている。この制限項目は、缶詰に比べて殺菌時間の短いレトルト食品においては、誤差が大きくなるため、使用が困難である。
【０００４】熱伝達曲線法は熱伝達試験のデータから単純対数的加熱曲線を描き、作図法で処理するのであるが、対数目盛りを逆さまにして使う特殊な面と、性格の異なる二つの特性値を使用するので、大変複雑かつ煩雑である（新・食品殺菌工学８９頁以下 ２−４−３ 熱伝達の項 参照）。そのため、コンピューターを使った合理的な解析及び整理がいまだにできていない。
【０００５】従って、含気圧力を演算するための容器内水分の温度が予測できない。これにより含気形態の密封容器中の製品に対する制御システムは、槽内温度を基準に一定温度の遅れと一定時間の遅れと充填温度による圧力補正により制御している。昇温時は槽内温度がカムアップ（Come-Up ）するまでは槽内温度より一定温度の遅れをとり、カムアップ後は遅れ分の温度を一定時間をかけて設定温度まで上昇するという直線的な近似温度カーブとして容器内水分の温度を求めている。
【０００６】また、冷却時は槽内温度より一定時間遅れて降温するものとし、一定時間遅れた時の加熱設定温度との差を槽内温度に加算した温度カーブを容器内水分の温度としている。ここで一定温度、一定時間としているのが経験値を示すものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の予想方法では、特に昇温→加熱→冷却の変移点において、実際の容器内温度と容器内水分の温度にある程度の差違が生ずる。その差は、遅れの大きい製品程大きくなり、容器変形が起こりやすくなる。今までの含気製品では、容器又は容器上部のフィルムにより圧力の差を吸収して容器の変形を防いでいた。しかし、最近の新製品では内容物の水分量が少ないものや、コストダウン等による容器強度の低下に伴い、変形が残ってしまうことが多くなってきた。そのため、現状の圧力制御システムでは対応できないものがかなり増えている。
【０００８】最近は含気形態の密封容器をプログラムにより温度と圧力を調節して処理するものが多くなってきた。これは、処理条件の時間と温度と圧力を固定して処理する方法である。この方法は、一度容器を目で見ながら変形しないように手動圧力調整しながら処理をして、この結果をもとにその後に条件設定をしなければならないので、手間がかかる。また、処理中にユーティリティ（蒸気、水）が変動した場合、融通性に欠けているために容器の変形や破損が生じることがある。
【０００９】本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、含気形態の密封容器を槽内温度のみで処理できる含気制御システムを提供する。従って、時間による圧力管理はせず、処理中にユーティリティが変動した場合でも、変形なく処理できる融通性のある含気制御システムを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１発明は、昇温・加熱・冷却処理の工程において、逐次伝熱計算式(1)(2)を利用して、槽内温度より含気容器内の水分の温度を求めて含気容器内圧を導き出し、この圧力に基づきレトルト処理の圧力制御をする含気形態の密封容器製品のレトルト処理方法とした。
【００１１】第２発明は、昇温・加熱・冷却処理の工程において、逐次伝熱計算式を利用して槽内温度と個別含気伝熱係数（γＨ、γＣ）とにより含気容器内の水分の温度を求め、含気演算式(3) に前記含気容器内の水分の温度と充填温度を入れて含気容器内圧を導き出し、この圧力によりレトルト処理の圧力制御をする。ここにいう充填温度とは、トレイのような含気容器本体に製品を充填するときの製品温度をいう。
【００１２】γＨは昇温・加熱工程に使用される係数、γＣは冷却工程に使用される係数で、各々複数パターンに分類できる。
逐次伝熱計算式： ｔｖn ＝ｔｖn-1 ＋Δｔｖn ・・・ (1) Δｔｖn ＝γ・Δｔｗn ＋（１−γ）・Δｔｖn-1 ・・・ (2) 含気演算式： Ｐ＝｛（273 ＋ｔ２）／（273 ＋ｔ１）｝×（1.033 −Ｐｗ１）＋Ｐｗ２ ・・・ (3) 第３発明では、充填温度につき、充填温度補正係数（ＰＲＶ）を用いて複数パターンの内の一つを選択することにより圧力制御した含気形態の密封容器製品のレトルト処理方法とした。
（作用）第１発明では、槽内温度が判れば逐次伝熱計算式を利用して含気容器内の水分の温度を求めて含気容器内圧を導き出し、この圧力に基づきレトルト処理の圧力制御をしているので、槽内温度のみによる制御が可能となった。なお含気容器内圧を導き出すには、含気演算式を用いる場合に限らない。
【００１３】第２発明では、昇温・加熱・冷却処理の工程において、逐次伝熱計算式(1) (2) を利用して槽内温度と個別含気伝熱係数（γＨ、γＣ）とにより含気容器内の水分の温度を求め、含気演算式(3) に前記含気容器内の水分の温度と充填温度を入れて含気容器内圧を導き出し、この圧力により制御するようにした。従って、処理された含気容器は、製品自体の圧力特性にさらに近い滑らかな圧力カーブの圧力で処理されるので容器の変形が抑えられ、全く変形がなくレトルト処理できるようになった。
【００１４】
逐次伝熱計算式： ｔｖn ＝ｔｖn-1 ＋Δｔｖn ・・・ (1) Δｔｖn ＝γ・Δｔｗn ＋（１−γ）・Δｔｖn-1 ・・・ (2) 含気演算式： Ｐ＝｛（273 ＋ｔ２）／（273 ＋ｔ１）｝×（1.033 −Ｐｗ１）＋Ｐｗ２ ・・・ (3) 第３発明では、充填温度につき、充填温度補正係数（ＰＲＶ）を用いて複数のパターンを設け、この内の一つを選択することにより含気演算式のｔ１とＰｗ１をより簡潔に設定ができるようになった。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明では槽内温度から含気容器内水分の温度を、逐次伝熱計算式(1)(2)で求め、含気演算式(3) で含気容器内圧を導き出し、この圧力に基づきレトルトの圧力制御をする。
逐次伝熱計算式： ｔｖn ＝ｔｖn-1 ＋Δｔｖn ・・・ (1) Δｔｖn ＝γ・Δｔｗn ＋（１−γ）・Δｔｖn-1 ・・・ (2) 含気演算式： Ｐ＝｛（273 ＋ｔ２）／（273 ＋ｔ１）｝×（1.033 −Ｐｗ１）＋Ｐｗ２ ・・・ (3) 出願人は先に包装食品又は輸液等の品温モニターシステム及びこれを組み込んだレトルト試験機を出願している（特願平１０−２４５９８３号）。この出願の逐次伝熱計算式の理論では製品の温度を求めているが、伝熱係数を変えることによって同理論で槽内温度から含気容器内水分の温度を導くことができ、この容器内水分の温度より含気圧力を演算すれば、容器内圧パターンに追従できることが明らかとなった。
【００１６】これを実証するために多種の含気容器で製品テストをした結果、逐次伝熱計算式の伝熱係数を変えて、求められた含気容器内水分の温度より含気圧力を演算すれば、容器内圧パターンに追従できることが実証できた。逐次伝熱計算式の係数（γ）については、伝熱の最も悪いものと最も良いものを選定し、その製品テストより、その間の製品の圧力を槽内圧力に対して±０．２kg/ cm2 範囲に収める（±０．２kg/ cm2 範囲では容器の変形が残らない）には、昇温時（γＨ）は５パターン、冷却時（γＣ）は４パターンあれば充分に対応可能であることがシミュレーションにより確認できた。
【００１７】そこで、γＨとγＣの数値を入力することは作業上不便であるため、パターンによる選択を行うようにγＨはＰＩＬ(Pressure Increasing Level) 、γＣはＰＤＬ(Pressure Decreasing Level) のパターンで設定できるものにした。逐次伝熱計算式(1)(2)では、昇温・加熱中はγＨで演算し、冷却中はγＣで演算する。
（昇温時） γＨ ＰＩＬ 製品例 ０．０３００ ０ 水 ０．０１５０ １ うなぎ、しるこ ０．０１００ ２ ソーセージ、豚の角煮 ０．００７５ ３ 粥、かれいの煮付 ０．００６０ ４ ピラフ、肉じゃが（冷却時） γＣ ＰＤＬ 製品例 ０．０９０ ０ かれいの煮付、うなぎ ０．０４５ １ 粥、豚の角煮、しるこ ０．０３０ ２ ソーセージ、ピラフ ０．０２０ ３ 肉じゃが(1）、(2) 式と、ＰＩＬまたはＰＤＬで求めた含気容器内水分の温度より、下式で含気圧力を求める。
含気圧力の基本式Ｐ＝｛（273 ＋ｔ２）／（273 ＋ｔ１）｝×（1.033 −Ｐｗ１）＋Ｐｗ２ｔ１ ： 充填温度ｔ２ ： 処理中の含気容器内水分の温度＝ｔｖＰｗ１ ： ｔ１に対する飽和蒸気圧Ｐｗ２ ： ｔ２に対する飽和蒸気圧Ｐ ： 含気容器内圧運用方法：γの設定方法は、内容物の性状、含気率、及び形状特性等をみて決める。逐次伝熱計算式で求められた含気容器内水分の温度より、含気圧力を演算して圧力制御を行う。
装置：上記方法を実現する装置（図６参照）
昇温・加熱・冷却処理の工程において、逐次伝熱計算式(1) (2) を利用して槽内温度と個別含気伝熱係数のパターン（ＰＩＬまたはＰＤＬ）とにより含気容器内の水分の温度を求める演算手段と、含気演算式(3) に前記含気容器内の水分の温度と充填温度を入れて含気容器内圧を導き出す演算手段と、前記２つの演算手段とを制御部に組み込み、前記含気容器内圧によりレトルト処理の圧力制御をする制御手段を設けた含気形態の密封容器製品のレトルト処理装置とした。
【００１８】レトルト処理では、槽内温度と個別含気伝熱係数のパターン（ＰＩＬまたはＰＤＬ）と充填温度補正（ＰＲＶ）のみで圧力制御ができるため、実運転で処理された含気容器は、製品の圧力特性にさらに近い滑らかな圧力カーブになり容器の変形が抑えられ、全く変形がなくレトルト処理できた。即ち、図示した例（Ａ・Ｂ点）のように、図１及び図２では昇温開始時の凹みとその後の膨らみ、冷却開始時の凹み、その後の膨らみが解消された。図３（Ａ・Ｂ点）の従来例では昇温時及び冷却時に差が大きく変形の原因となっていることが判る。
【００１９】ここでいう充填温度補正係数ＰＲＶ(Pressure Revising Value) とは、一般的な充填温度の最低温度と最高温度を１２パターンに分けたもので、パターンで設定できるようにしている。パターンの例は次の通りである。
パターン −２ ０℃パターン −１ １２℃パターン ０ ２５℃パターン １ ３９℃パターン ２ ４７℃パターン ３ ５５℃パターン ４ ６３℃パターン ５ ６８℃パターン ６ ７２℃パターン ７ ７７℃パターン ８ ８１℃パターン ９ ８６℃加熱冷却スピードを変えて加熱冷却温度パターンの違う運転を行った結果も図１、図２で示すように容器内圧に追随し、融通性のある制御ができた。
【００２０】温度と圧力と時間を固定しなくても容器内圧に追随し、融通性のある制御ができた。以下、本発明で用いた含気システムの逐次伝熱計算式(1)(2)の詳細を説明する。食品容器サンプルとして、上端部に気相部を有し、下方に食品を充填したモデル（図４）を想定する。
【００２１】レトルト殺菌においては、容器サンプルは周囲の全方向から槽温による伝熱（加熱及び冷却）を受ける。ここで、サンプルの全体積をＶｍ3 、全表面積をＡｍ2 、相当厚みをＴE ｍとする。実サンプルでは、厚みが特定できないものがあり、全周囲から伝熱されるということから、通常の一次元の考え方の厚みでは伝熱は解析できず実測と合わない。
【００２２】そこで、逐次伝熱計算式では厚みの概念を単純にＶ／Ａ＝ＴE として表し、これを相当厚みと呼ぶことにした。従って、相当厚み（ＴE ）は伝熱上のみの厚みの概念である。容器サンプルの含気制御に係わるのは、主として容器内水分の温度履歴と考えられる。
【００２３】図４、図５において、サンプルの容器内水分の温度がΔθ時間にΔｔｖ℃の温度変化がある時、サンプルが得た熱量Ｑは、 Ｑ＝Ｖ・ρ・Ｃｐ・Δｔｖ ・・・ (4) ρ ：密度 (ｋｇ／ｍ3 ）
なお、Δｔｖ＝ｔｖn −ｔｖn-1Ｃｐ：比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）
上記と同じ時間Δθ時間にサンプルの容器内水分が、容器表面から得られる伝導伝熱量Ｑは、 Ｑ＝−ｋ・Ａ・（Δｔ／Δｘ）・Δθ ・・・ (5) k :熱伝導度 （ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・℃）
Δt/Δx : 温度勾配 (ｔｖn-1 − ｔｗn ) ／ＴE上記 (4) (5)の熱量は等しいので (4) = (5) となり、また、ＴE ＝Ｖ／Ａなので、ｋ・Δθ／ＴE 2 ・ρ・Ｃｐ＝γとまとめると、 ｔｖn ＝γ・ｔｗn ＋（１−γ）ｔｖn-1 ・・・ (6) となり、微少変化でみると、 Δｔｖn ＝γ・Δｔｗn ＋（１−γ）・Δｔｖn-1 ・・・ (2) となる。ｎ・Δθ時間のサンプルの容器内水分の温度ｔｖn は ｔｖn ＝ｔｖn-1 ＋Δｔｖn ・・・ (1) となる。
記号説明 Ｖ ： 食品容器の体積 （ｍ3 ）
Ａ ： 食品容器の表面積 （ｍ2 ）
ＴE ： 相当厚み （ｍ）
ｔｖ ： 食品容器内水分の温度 （℃）
γ ： 所定時間間隔当たりの個別含気伝熱係数 （−）
ｔｖn ： 逐次計算における今回の容器内水分の温度 （℃）
ｔｖn-1 ： 逐次計算における前回の容器内水分の温度 （℃）
Δｔｖn ： 逐次計算における現在の容器内水分の温度到達に寄与した容 器内水分の温度変化 （℃）
Δｔｗn ： 逐次計算における現在の槽内温度到達に寄与した槽内温度変 化 （℃）
Δｔｖn-1 ：逐次計算における前回の容器内水分の温度到達に寄与した容 器内水分の温度変化 （℃）
Δθ ： サンプル間隔の微少時間 （hr）
【００２４】
【実施例】本発明方法を次の処理方法で実施した。
品名 ： 豚の角煮処理方法 ： 熱水式レトルトサンプリングサイクル ： ３秒毎実施例１：今回の含気制御システムで処理昇温 ：８３℃→１２１℃（１６分）、置換冷却時間８分（図１参照）
殺菌温度：１２１℃殺菌時間：３０分γＨ ：０．０１００（ＰＩＬ＝２）
γＣ ：０．０４５ （ＰＤＬ＝１）
ＰＲＶ ：−３処理中、槽内圧力に対して製品の含気容器内圧が図１中、Ａ，Ｂの各段階において±０．２kg/ cm2 の範囲に収まり、製品の容器の変形はなかった。
実施例２：実施例１に対して、昇温、冷却スピードを１／２にした。
【００２５】
昇温 ：８３℃→１２１℃（３２分）、置換冷却時間１６分（図１参照）
殺菌温度：１２１℃殺菌時間：３０分γＨ ：０．０１００（ＰＩＬ＝２）
γＣ ：０．０４５ （ＰＤＬ＝１）
ＰＲＶ ：−３処理中、槽内圧力に対して製品の含気容器内圧が図２中、Ａ，Ｂの各段階において±０．２kg/ cm2 に収まり、製品の容器の変形はなかった。即ち、実施例１と同パラメータで容器の変形なく処理できた。
比較実施例：旧PACK ACE（従来の含気制御システム）で処理した場合昇温 ：８３℃→１２１℃（１６分）、置換冷却時間８分（図３参照）
殺菌温度：１２１℃殺菌時間：３０分旧ＰＩＬ＝３旧ＰＤＬ＝２ＰＲＶ ：−３昇温中・冷却開始時に、槽内圧力に対して製品の含気容器内圧が図３中Ａ，Ｂの段階において±０．２kg/ cm2 に収まらず、容器に余分なストレスがかかり多少変形が残った。
【００２６】
【発明の効果】本発明では、含気形態の密封容器を槽内温度のみで処理できる含気制御システムを提供することができた。従って時間による圧力管理はせず、処理中にユーティリティが変動した場合でも、変形なく処理できる融通性がある含気制御システムを提供できた。
【００２７】なお槽内温度が判れば、逐次伝熱計算式に製品の個別含気伝熱係数（γＨ、γＣ）を入れることで容器内水分の温度を導き出し、含気演算式に容器内水分の温度と充填温度補正（ＰＲＶ）を入れることによって含気圧力を導き出し圧力制御ができるため、処理された含気容器は、製品の圧力にさらに近い滑らかな圧力カーブとなり容器の変形が抑えられ、全く変形がなくレトルト処理できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１５２４８０
【氏名又は名称】株式会社日阪製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年８月１８日（１９９９．８．１８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２８１２
【弁理士】
【氏名又は名称】大島 一公
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| 【公開番号】 |
特開２００１−５４３７５（Ｐ２００１−５４３７５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年２月２７日（２００１．２．２７） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２３１３８０ |
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