JPH0131852B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、パン生地等の混捏工程におけるパン
生地等の状態変化をミキサーの駆動モータ負荷信
号から抽出される特徴的パターンによつて表示す
るようにした方法とその装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 小麦粉、イースト、食塩その他の原料に水を加
えてミキサーで混ぜ合せ、捏りあげる混捏工程は
製パンプロセスの中で極めて重要な工程である。
パンの原料を均一に混ぜ合わせ小麦粉に十分に水
を吸収させ、小麦粉の中に含まれる蛋白（グルテ
ン）を柔軟にして引き伸ばし、結合させることに
よつて、良質なパン生地を生成するのがこの混捏
工程の役目である。

この目的のために使用するミキサーには横軸型
と竪軸型の２つのタイプがあるが、大量のミキシ
ングには横軸型のミキサーが主に用いられる。ミ
キサーの中ではまず低速回転で全材料が均一に混
ぜ合わされ、小麦粉に十分に吸水させながら、高
速回転に移行する。

高速ミキシングに入ると混ぜ合つた材料（生
地）は、ミキサーのアーム（撹拌棒）で引き伸ば
され、折りたたまれ、そして巻きこまれたあと、
ミキサーの壁にたたきつけられる一連の捏ねる操
作が繰り返される。

このミキシングの工程の進行に伴なつてパン生
地の結合伸展が進み、粘弾性は最高レベルに達す
る。更にミキシングを続けると、しばらく安定時
期を経て、伸展性が過剰になり、生地は弾性を失
い、同時に粘着性が現われる。そして更にミキシ
ングが続くと、生地は粘着性と流動性を増して伸
びも失われ、グルテンが切れ始め、もはやパン生
地としては使用不能になる。

上記パン生地ミキシングは粘弾性最高レベル
（フアイナルステージ）で打ち切るのが理想とさ
れているが、パンの種類や後工程（フロアータイ
ム）の操作によつては若干早目又は遅目の打ち切
りを意図的に行なう場合もある。いずれにして
も、オペレーターは温度を監視しながら、パン生
地が目標とする状態に到達したと思われる時期に
ミキサーの運転を終了させなければならない。通
常はタイマーの最適混捏タイムを設定するために
数バツチの模索を要するが、同一配合連続バツチ
においても温度、計量等の微妙な変動によつてフ
アイナルステージの時期が若干変る場合もある。
従つて、ミキシング打ち切りの時期把握は状況に
対応して適格に行なわれなくてはならないのに対
して、現状ではミキサー内壁温度表示計の監視と
タイマー設定によつて行なわれているところがほ
とんどで、オペレータの経験と個人的技量に負う
ところが大きい。

このように発酵反応を伴なう、ある意味で生き
物といえるパン生地等の混捏工程を最適化するた
めに従来も各局面毎に対策が構じられてきた。

一般にパン生地ミキシング工程の管理は、「温
度」「計量」「時間」の３つについて行なわれてい
る。まず「温度」については、通常仕込水の温度
管理が行なわれており、工場によつてはミキサー
ボールのジヤケツト（内壁）への冷却媒体の循環
による捏ね上がり温度のコントロールも施されて
いる。又、特公58―35656号、特開昭59―198928
号に示すように、使用する小麦粉の温度、気温、
仕込水温、冷媒温度等の計量・演算による自動調
温装置も提案されている。

次に「計量」に関しては配合に基づく材料毎の
秤量が実施されており、大工場では主な材料は自
動計量されている。

さらに「時間」に関する管理は通常混捏タイマ
ーの設定によつて行なわれるが、温度条件、計量
精度のばらつきに加えて使用する小麦粉の特性は
農産物特有の変動が避けられぬために、最終的に
はオペレータの経験とカンに負うところが大であ
る。時間管理の目安としてM.J.スワートフイガ
ー等によつて提示されたミキシングステージ（段
階）の識別とそれに対応したミキサー電力監視の
方法は早くから提案されているが、一過性の表示
器（メータ）や単純なペン書きオシロの波形記録
では工場毎、配合別のミキシング負荷特性を判断
して最適時間を設定するのが容易ではないために
あまり普及していないのが実状である。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の如くパン生地等の混捏工程は材料の特
性、配合、温度条件、計量精度等の多くの変動要
因を許容しつつ、しかも一般には多品種生産を目
的とした様々な生地を製造するためにオペレータ
の経験と個人的技量が成否を左右している。

このことは管理水準の違いや計測、制御方法の
差はあつても根本的に同じであり、大工場であつ
ても小規模な店であつてもオペレータの腕が頼り
であることに変りはない。

特に、ミキシング開始後のオペレータの注意は
温度推移の監視と混捏進行状況の把握に向けられ
るが、大容量の横形ミキサーの場合は密閉タイプ
になつているために内部の状態を運転中には確認
できないために、温度変化やパン生地等の回転音
によつてカンを働かせたり、途中で停止させての
再確認によつてミキシング終了時期を判定してい
る。また小規模店舗に見られる小容量竪軸型ミキ
サーは内部の見える開放式であるが、経験を積ん
だ技術者が不足しており、規模的にも店長の兼務
が多く、十分な監視を行なうことが難しい。更に
多品種生産に伴ない計量もれ、材料の入れ忘れ等
により混捏ミスも少なくはない。これらはオペレ
ータの負担を増し、要員の不足を招いている。

オペレーターの負担を軽減し、経験や技量の違
いによる個人差を無くすためには識別性に優れ、
記録、解析が容易で標準化に役立つと共に自動ア
ラーム、判定をも可能とする総合的監視機能を有
する工程管理方法が必要である。

上記現状に鑑みて、本発明者はパン生地等の混
捏ミキサーの負荷信号に注目し各種のミキサータ
イプ及びパン生地等の品種に関して混捏中のミキ
サー負荷信号を記録し、現場オペレーターの意
見、専門家の指摘を勘案し解析、研究を重ねた。
その結果つぎの事項が確認された。

パン生地混捏中のミキサー負荷の変動から傾
向変動曲線と脈動振幅曲線の２つが抽出できる
こと。

上記の傾向変動曲線と脈動振幅曲線は互い
に補完してミキサー内のパン生地等の状態を表
わしていること。

同じく上記の傾向変動曲線と脈動振幅曲線
は厳密に同一配合、量目のバツチにおいては再
現性があり、異なる配合量目のバツチではそれ
ぞれ特徴的パターンを示すこと。

従つてミキサー負荷変動を傾向変動曲線（トレ
ンドという）と脈動振幅曲線（振幅という）で表
示することによつて、ミキサー内のパン生地等の
状態変化がパターン的に観測、判定できるとの知
見を得た。同時にこれらを管理的に分類、比較す
ることによつて混捏工程監視作業の標準化に資す
ることも明らかになつた。

ここで、ミキサー内でのミキシングアーム（撹
拌棒）の回転による負荷抵抗がトレンドと振幅と
して把握できる理論的詳細について解明したい。

トレンドは脈動的変動成分を除去して適度に平
滑したミキサー負荷電力の上方に凸の緩やかなカ
ーブ・パターンを示す。このミキサー負荷変動は
ミキサー内で混捏を受けるパン生地等の粘弾性変
化による粘性抵抗（コンシステンシー）の変化と
考えられる。１バツチの間の混捏プロセスの進行
状況を大局的に判断するために役立つと同時に負
荷のレベルからそのバツチの混捏物の到達した粘
弾性レベルを推測することもできる。

振幅はミキサー負荷の短周期の脈動的変動を示
す。即ち、ミキサーの駆動軸が受ける運動モーメ
ントの大きさは、パン生地等の位置と状態とによ
つて当然変り、一回転の間の運動モーメントの変
化がミキサー負荷電力の脈動振幅となつて現れる
ことは明らかである。上記振幅の大きさは、ミキ
サーアームと一緒に回転するパン生地のからみつ
き具合によつて変化する。例えば横軸型の場合、
第５図Ａ，Ｂの説明図で示すように、ミキサーア
ームａへのパン生地等ｂのからみつきが強まる
と、ミキサーアームａが持ち上げる際の負荷が高
まるとともに、パン生地等ｂをボール壁ｃに向け
て叩き付ける際の反動が大きく表われる。斯る変
動解析の過程で次の事実を確認した。

ミキサー負荷電力波形の周波数特性 スペクトル解析の結果、第６図Ａ，Ｂに示す
ようにミキシングの進行に従つてミキサー回転
の周波数よりも若干の遅れをもつた周波数成分
のパワー（変動の大きさ）が増加し、しかも遅
れは次第に少なくなる。この主周波数成分はミ
キサー内のパン生地等の回転運動によるミキサ
ー負荷電力の脈動成分の変化を示唆している。

ミキサー負荷振幅パターンの識別性 ミキシングの遂行に伴うミキサー負荷電力の
脈動にはパン生地等の状態変化につれて振幅の
変化に一定のパターンがある。第７図Ａ，Ｂで
のコツペパンとバターロールの例示から理解さ
れるように、この振幅パターンPvは同一ミキ
サーでもパン生地等の配合、量目との間に特徴
的な対応が認められ、かつその関係には再現性
のあることが判明した。

以上の事実から、ミキサー負荷電力の脈動はミ
キサー内のパン生地等の回転運動に対応してお
り、振幅はパン生地等が１回転する間のミキサー
アームにかかる負荷の変動の大きさを表わしてお
り、ミキシング中のパン生地等の性状の変化につ
れて一定の変化パターンを持つことが明らかにな
つた。また主振幅の周波数はパン生地等とミキサ
ーアームとの相対的な速度（すべり）を表わして
いる。

しかして、本発明は上記研究に基づいて開発さ
れたものであつて、パン生地等の混捏工程のミキ
サー負荷変動によつてパン生地等の状態変化をモ
ニタするようにしたことを、その主な目的とする
ものである。

本発明の他の目的は、ミキサー負荷信号をトレ
ンドと振幅として二次元的に表示することによつ
て、表示されたパターンから生地等の配合に固有
な粘弾性の発現を管理できるようにしたことにあ
る。

本発明の別の目的は、ミキサー負荷信号のトレ
ンドと振幅パターンの解析によつて、混捏終了時
間を判定できるようにしたことにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を解決するための本発明方法は、パン
生地等の混捏工程のミキサー負荷を検出し、バツ
チ毎の混捏状態をミキサー負荷信号の傾向変動曲
線と脈動振幅曲線として表示させるようにしたこ
とにある。

又、上記目的を解決するための本発明装置は、
パン生地等を混捏するミキサーの負荷を信号変換
する変換器と、ミキサー負荷信号を傾向変動曲線
と脈動振幅曲線とに演算処理する中央処理回路
と、上記処理に基づいて傾向変動曲線と脈動振幅
曲線とを表示する表示器とを備えるようにしたこ
とにある。

（発明の作用） 本方法とその装置に基づく作用を併せて説明す
る。まずミキサー内への材料を投入して運転開始
すると、ミキサー制御回路のミキサー運転開始信
号を受けた演算回路が信号読取を開始する。

ミキサー負荷電力信号は、変換器によつてデジ
タル信号に変換されて、演算回路で所定のプログ
ラムに従つて演算処理され、トレンドと振幅とし
て表示される。

混捏プロセスの進行に伴なつて終点に近づく
と、予じめ設定されたプログラムに従つてトレン
ドと振幅のいずれか一方或は双方のパターンの判
定（チエツク）を行なう。これによつて最適な混
捏終了段階を検出して、表示画面或は必要によつ
てブザー等で表示される。

（発明の実施例） 図面第１図は本発明に係るパン生地等の混捏モ
ニタ方法とその装置を示す概略ブロツク図、第２
図はパン生地等の混捏プロセスの傾向変動曲線と
脈動振幅曲線とを重畳表示した場合を示す概略説
明図、第３図及び第４図は傾向変動曲線からピー
クを検出する概略説明図である。

図中、１は、パン生地等を混捏するミキサー
DMを回転駆動させる電動モータｍの電源回路に
介在させた負荷電力検出器である。この検出器１
は装置本体２のＡ／Ｄ変換回路４及びバスライン
３を経て中央処理回路（CPU）５に結合してい
る。簡便には、負荷信号を計器用変換器の２次側
に設けた電流信号変換器から取入れることも可能
である。

６は各種情報及び判定基準を入力するためのキ
ーボードである。このキーボード６から入力され
るデータ乃至命令は装置本体２に内蔵されたメモ
リ８に一旦格納されたり、或いはCPU５を直接
命令駆動させる働きをする。７は外部記憶装置で
ある。この記憶装置７は主に各種データを保管す
る機能を持つ。従つて、混捏データの蓄積保管、
更には、それら蓄積データを基に解析して得られ
る各種の最適な混捏許容情報の保管を記憶装置７
によつて行ない、適宜メモリ８、或いは、CPU
５に転送し所定の演算等を実行する。

CPU５の演算及びそれに付随する各種機能の
実行は、オペレータがミキサーボールDBに混捏
する材料を投入した後にミキサー運転スイツチを
押すことによつて、ミキサー制御盤DOに設けら
れたミキサー制御回路９から発せられるミキサー
運転開始信号によつてスタート／エンド信号発生
器１０を作動させ、CPU５に開始信号を与える
ことによつて制御される。

トレンドPtと振幅Pvは、上記運転開始信号に
よりミキサーDMを駆動する電動モータｍの負荷
電力値を検出器１で検出し、混捏進行に伴つて検
出器１からの負荷電力情報をＡ／Ｄ変換回路４で
時分割サンプリングして負荷電力値を検出し、バ
スライン３を介してCPU５により演算処理する。
これをCRT乃至液晶デイスプレイ、EL等の表示
部１１に実時間で重畳してグラフ表示していく。
又、ピーク検出時にはブザー１３等によつてオペ
レータに表示し、最適終了タイミング域を伝え
る。

混捏終了に近づくと、第３図及び第４図に示す
ような４種類のパラメータから成り立つ条件に基
づき、トレンドPtから終了時期がチエツクされ
る。即ち、混捏が終了時点に近づいたチエツク開
始時点Ts以降の負荷電力のトレンドPtを保持し
ておき、傾きＫとチエツク時間△ｔと許容変動値
△ｐから育成される長方形乃至平行四変形の窓に
逐次当てはめ、チエツク時間△ｔにおける変動の
幅（最大値と最小値の差）が△ｐに収束した時点
において、ピークへの到達を検出する。ピーク検
出時には表示部１１やブザー１３等によつてオペ
レータに表示しても良い。同時に外部出力ポート
１４にピーク検出信号を出力する。これにより、
最適な時点でのミキサーの自動停止も可能であ
る。ここにおいて、Ts、△ｔ、△ｐ、Ｋの諸定
数は、ミキサー特性やパン生地種類、或は必要と
する混捏状態等を勘案して適宜設定することによ
り、ピーク前の緩い勾配時点でのチエツク指定
や、ピーク後のチエツク指定が設定可能である。
混捏終了確認後には、ミキサー停止信号発生器１
５によつてデータがメモリ７に記録される。

こうして得られるパターンは各種記録データと
共にプリンタ１２からのハードコピーで適宜記録
できる。又、これらの最適な混捏状態を示すパタ
ーンを標準パターンとして登録させておくことも
できる。上記標準パターンを表示器１１に表示さ
せて各バツチ毎に混捏プロセスのガイドラインと
して機能させることができる。或いは外部出力ポ
ート１４から出力させることも任意である。尚、
補助表示器１１′を設けて表示させておくことも
できる。

前記ピーク値は、ミキサー負荷電力の脈動振幅
曲線からも検出可能である。前述したように、脈
動振幅の大きさのパターンはパン生地等の配合や
量目によつて異なるが、同一バツチ内においては
フアイナルテージにピークを取ることが分つたの
で、振幅の推移を監視比較することによつて最大
値に到達したことを判定することができる。

又、ミキサー負荷電力の積算値は当該バツチの
混捏に要したエネルギの総和に対応しているの
で、その価が一定値に達した時点を以つて混捏を
終了させることも可能である。

このような監視、判定の考え方は横軸型ミキサ
ーだけでなく、竪軸型ミキサーにも適用できる。

上記構成の混捏工程方法と装置は小麦粉類を原
料とするパン生地等生産用の混捏プロセスにのみ
適用したものである。

（発明の効果） 以上で説明したように、本発明によれば、次の
ような効果を奏する。

(イ) パン生地等の混捏ミキサー負荷信号のうち
で、脈動変動成分を平滑化して傾向変動曲線と
して表示することに加えて、従来ノイズとして
着目されていなかつた短周期の脈動変動を脈動
振幅曲線として表示することができ、これによ
つてパン生地等の性状、配合、量目等をも判定
することができるうえ、両曲線の相関関係をも
客観的判定要素とすることができた。その結
果、各バツチ毎のパン生地等の混捏状態をデー
タとして収集して監視でき、混捏の適否を正確
に判定することができる。特に両曲線の重畳組
合せによつて判定の安定化に大きく貢献でき
る。

(ロ) パン生地等の混捏状態を傾向変動曲線と脈動
振幅曲線をパターン化して識別性を向上させる
ことができ、オペレータが混捏工程の最適化と
品質の安定化を容易に達成でき、混捏ミスも未
然に防止可能である。

(ハ) パターン認識によつてオペレータのモニタ作
業の効率化や省力化貢献できる。尚、電力利用
の効率化と省エネにも寄与できる。

(ニ) ミキサー負荷を傾向変動曲線と脈動振幅曲線
として表示する構成によつて、簡単なモニタ装
置として製造可能である。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は本発明に係るパン生地等の混捏モ
ニタ方法とその装置を示す概略ブロツク図、第２
図はパン生地等の混捏プロセスの傾向変動曲線と
脈動振幅曲線とを重畳表示した場合を示す概略説
明図、第３図及び第４図は傾向変動曲線からピー
クを検出する概略説明図、第５図Ａ，Ｂはミキサ
ーアームの運動状態の説明図、第６図Ａ，Ｂはミ
キサー負荷電力の周波数特性図、第７図Ａ，Ｂは
具体的実験例を示す曲線図である。 １……検出器、２……装置本体、５……CPU、
９……ミキサー制御回路、１１，１１′，１３…
…表示器、DM……ミキサー、ｍ……モータ、Pt
……傾向変動曲線、Pv……脈動振幅曲線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パン生地等の混捏工程のミキサー負荷を検出
   し、バツチ毎の混捏状態が脈動変動成分を有する
   ミキサー負荷信号を平滑化した傾向変動曲線とし
   て表示するとともに、これに重畳してミキサー負
   荷信号の短周期の脈動変動を脈動振幅曲線として
   表示するようにしたパン生地等の混捏モニタ方
   法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   脈動振幅曲線と傾向変動曲線との状態推移からミ
   キシング終了時期を表示するようにしたパン生地
   等の混捏モニタ方法。 ３ パン生地等を混捏するミキサーの負荷を信号
   変換する変換器と、ミキサー負荷信号を傾向変動
   曲線と脈動振幅曲線とに演算処理する中央処理回
   路と、上記処理に基づいて傾向変動曲線と脈動振
   幅曲線とを重畳表示する表示器とを備えるように
   したパン生地等の混捏モニタ装置。