JPH0728672B2

JPH0728672B2 - オ−バ−ランの自動測定方法及び装置

Info

Publication number: JPH0728672B2
Application number: JP20713686A
Authority: JP
Inventors: 和一青木; 幸弘佐伯
Original assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Current assignee: Snow Brand Milk Products Co Ltd
Priority date: 1986-09-03
Filing date: 1986-09-03
Publication date: 1995-04-05
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: JPS6363346A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ミックス原料に空気を混合均質化させた気液
混合食品中のいわゆるオーバーランを測定する方法及び
装置に関するものである。

ここでオーバーランとは、一般には、気液混合物におけ
る空気含有率乃至は空気含有量を称したものであり、気
液混合食品とはオーバーランが概ね５％から150％であ
るホイップクリーム、アイスクリーム等の食品を指す。

従って本発明におけるオーバーランの測定方法及び装置
とは、オーバーランが概ね５％から150％である気液混
合食品中のオーバーランを測定する方法及び装置に関す
るものである。

（従来の技術）オーバーランは、ホイップクリームやアイスクリームの
ボディ組織や味に大きく影響し、設定したオーバーラン
値より低すぎるとボディは重く湿潤となり、組織は粗
く、味は低下する。逆に高すぎると、組織は泡沫に富
み、雪状となる。

又、オーバーランは生産コストにも大きく影響するた
め、極めて重要である。

したがって、オーバーランは、常に適正な状態を維持す
るように管理しなければならない。

従来より、例えばアイスクリーム製造におけるフリーザ
ー吐出後のオーバーランは、ミックスの組成、ミックス
の前処理の方法、空気注入方法、フリーザー又はホイッ
パー内の温度、ミックス流量、吐出圧力等、さまざまな
影響により設定値に対し、15％〜20％程度のバラツキが
生じる。

そこで、このようなオーバーランのバラツキをなくすた
め、従来、手動でオーバーランを制御する場合は、テス
ターカップにアイスクリームを一定量採取し、その重量
を測定してオーバーラン（OR）を次式より算出し、測定
値が所望の条件になるように、空気弁の開閉を調整し、
測定値と設定値とが同一値になるまで上記の作業を繰り
返していた。

一方、自動化を試みたオーバーランの自動制御方法とし
て、いままでにいくつかの提案がなされている。

例えば、特公昭35−1796号公報には、フリーザーの吐出
口に一定間隔に設けた２個の電極と電子管自動平衡器と
を結線し、オーバーランを電導率の変化として検出測定
し、予め電子管自動平衡器に指示した設定値に同調せし
めるようにダイヤフラム型空気吸入弁の開閉調整をする
オーバーラン自動制御装置が開示されている。

しかしながら、電導率の変化を検出測定する場合、同一
オーバーランであっても、ミキサーあるいはダッシャー
の撹拌量により、気泡の大きさが異なる等、種々の作用
が常時働くため、電導率の測定では、オーバーランを正
確に測定することができない。

又、特公昭56−46769号公報には、フリーザの出口のア
イスクリーム温度を検出して、これによりフリーザの冷
媒の蒸発量を制御しながら、アイスクリーム温度を一定
とし、かかる状態下でミックス流量とエア流量を測定
し、ミックスの基準流量に対して、ある比率をかけた信
号でエア流量を比例制御するとともに、フリーザー出口
の密度計で測定されたオーバーラン測定値で、前記比率
を電気的に補正することによりなるオーバーラン自動制
御方法が開示されている。

しかしながら、密度計による測定の場合、混合過程にお
いて粘度が変化し硬化するため、配管内の圧力が上昇
し、食品中の空気が圧縮され、密度が変化することか
ら、密度計による測定ではオーバーランを正確に測定す
ることができない。

（発明が解決しようとする問題点）以上のように、従来のオーバーラン測定の自動化の試み
では、オーバーランの変動に影響する種々の要因、すな
わち気液混合食品特有の物性変化の影響により、混合過
程において粘度が変化し硬化する。そのため、配管内で
は圧力が上昇し、製品中の空気が圧縮され、密度が変化
する事や、同一オーバーランであっても、ミキサーある
いはダッシャーの撹拌量により、気泡の大きさが異なる
等の種々の作用が常時働くことに対処し得ないため、電
気的方法や光学的方法、あるいは振動を作用した方法で
は、前述の影響を受け、測定誤差が大きくなり、測定は
不可能である。

又直接、重量として測定するＵ字管等を用いた比重測定
方法も、粘度が変化し、硬化することによる圧力変動の
影響やＵ字管外の測定器への結露といった問題が生じ、
やはり実用化は難しいのが現状である。

このため、結局のところ、現在でも、やはり製造中は常
時人間がテスターカップによる前述の測定を行い、設定
値に合致するように管理している。

本発明は、上記事情に基づいてなされたものであり、オ
ーバーランの変動に影響する種々の要因の影響を受ける
ことのないオーバーラン測定方法及び装置を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明は、密閉された一定容
積中の気液混合食品を圧縮し、容積変化量又は圧力変化
量を検出し、その容積変化量又は圧力変化量によって気
液混合食品のオーバーランを測定する構成とし、又本発
明オーバーラン測定装置は、気液混合食品を導入するパ
イプ両端をバルブで区切って形成した一定容積のセル
と、該セル内に導入した食品を圧縮する圧縮手段と、前
記セル内の圧力を検出する圧力センサーと、前記圧縮手
段によるセル内の容積変化量を検出する容積変化量検出
手段とを具備した構成とした。

（作用効果）本発明は、上記の構成としたので、次のような作用効果
を奏する。

すなわち、本発明は、気体の圧縮性を利用することがで
きるもので、一定容積の気液混合食品中の液体部分は、
非圧縮性液体と考えて強制的に容積を変化させた場合の
気体部分の容積変化による圧力変化量と容積変化量は、
容積内の気体と液体の比に比例することを利用し、オー
バーランを測定することができる。

すなわち、ボイル・シャールの法則である。

PV/T＝一定 P:圧力 V:体積 T:温度なる関係から、容積変化前の圧力、体積、温度をP₁、
V₁、T₁とし、容積変化後のそれらをP₁′、V₁′、T₁′と
すると、 P₁V₁／T₁＝P₁′V₁′／T₁′ が成立する。

ここで、実際の測定においては、測定時間が瞬時である
ことから、温度変化の影響は小さく無視することができ
るため、上式は、 P₁V₁＝P₁′V₁′ とすることができる。

そこで、この式をもとに、オーバーランの測定は、圧力
を同一の値に制御して体積変化量として求めるか、ある
いは体積変化量を同一の値に制御して、圧力変化量とし
て求めることができる。

具体的に説明すると、今、一定容積中に空気のみが存在
した場合の等温圧縮においては、圧縮前：P₁V₁＝Ａ圧縮後：P₁′V₁′＝Ａとなり、 P₁V₁＝P₁′V₁′ が成り立つ。

一方、一定容積中、例えば一定容積のセル内に気液混合
食品が存在した場合の等温圧縮においては、圧縮前後に
おける圧力と容積の積は、理想気体の場合のボイルシャ
ールの法則に等しいことから、 P₂、P₃：圧縮前後のセル内圧力 V_a2、V_a3：圧縮前後のセル内空気容積とすると、圧縮前：P₂V_a2＝Ａ圧縮後：P₃V_a3＝Ａとなり、 P₂V_a2＝P₃V_a3・・・が成り立つ。

又、式を変形するとが成り立つ。ここで、 α＝圧縮に要した容積（第５図参照）とすると、圧縮後の空気容積V_a3は、 V_a3＝V_a2−α・・・となる。と式より、となり、変形すると、となる。

しかし、V_a2は、測定前の圧力P₂が加わった状態での空
気容積量であり、実際の空気容積量は大気圧下での値で
あることから、テスターカップ同様の大気圧下での空気
容積V_a4は、であるから、その結果オーバーランは、 V_L ＝V_S−V_a2 Ｖ＝（V_S−V_a2）＋V_a4 V_a4 ＝Ｖ−（V_S−V_a2）・・・′ V_S ：セル内容積 V_L ：セル内液体容積Ｖ：大気圧状態に換算した場合のセル内気液混合食品容積となる。したがって、′とと′式よりとなり、オーバーランは式と式から次式として求めることができる。

したがって、この式からもわかるように、V_Sは既知で
あるから、圧力P₂、P₃を設定しておいて、その圧力に対
応する圧縮に要した容積αを測定するか、又は圧縮に要
する容積αを設定しておいて、圧力値P₂、P₃を測定する
ことによってオーバーランを測定することができる。

したがって、以上からもわかるように、本発明によれ
ば、気泡の大きさや、粘度変化といった気液混合食品特
有の物性変化による影響を受けることなく食品中の液体
量及び気体量を正確に測定でき、デスターカップによる
測定作業を用いないで省力化を図る事ができるととも
に、自動制御方法と組み合わせることにより、気液混合
食品の完全自動化を図ることができる。

（実施例）以下、図面を参照して、本発明の方法及び装置の一実施
例について説明する。

図示の装置は、フリーザー（14）からの食品流出管（1
8）に分岐管（16）と交流管（17）とを設け、これら分
岐管（16）と合流管（17）との間に自動ボールバルブ
（１）（２）を介したバイプを取り付けて、一定容積の
セル（３）を形成している。

セル（３）の内壁には、圧力センサー（４）を取り付け
る。セル（３）内の圧縮はセル（３）に直角に取り付け
たシリンダー（５）内のピストン（６）の押し込みによ
って行ない、ピストン（６）の押し込みは、ピストンロ
ッドのラック（6a）とピニオン（7a）とを噛み合わせ、
ステッピングモーター（７）の駆動で行なう。

前記ボールバルブ（１）（２）は、リレー制御器（８）
に接続され、圧力センサー（４）は増幅器（９）を介し
てA/D変換器（10）に接続されている。

又、ステップングモーター（７）は、ドライバー（11）
を介して周波数制御器（12）に接続されている。

そして、前記リレー制御器（８）、A/D変換器（10）、
及び周波数制御器（12）は、それぞれコンピューター
（13）に接続されており、コンピューター（13）により
制御される。

又、前記フリーザー（14）には、コンピューター（13）
により制御されるオーバーラン制御器（15）が設けられている。

さて、以上のような装置において、フリーザー（14）か
らの食品は、通常食品流出管（18）を流れると共に、分
岐管（16）よりボールバルブ（１）（２）を通って合流
管（17）へも流れる。

測定時にはボールバルブ（１）（２）を閉め、セル
（３）内に食品を封入し、その時点での圧力を測定す
る。

そして、圧縮時の容積又は、圧力値のどちらかを一定と
して、ピストン（６）による圧縮を行い、その時の圧力
又は容積を測定し、前述の式よりオーバーランを算出
する。

その後、ピストン（６）を測定前の位置に戻し、ボール
バルブ（１）（２）を開き、次の試料を入れ同様の測定
を行なう。

そして、測定されたオーバーラン値からコンピューター
（13）により、オーバーラン制御器（15）を制御し、オ
ーバーランの安定化を図る。

圧力は、圧力センサー（４）からの値より求め、圧縮に
用いた容積αは、ステッピングモーター（７）のパルス
数によって次式より求める。

α＝（ピストン面積×パルス数× １パルス当たりの移動距離）第２図は、例として本装置セル（３）（容積22cm³）内
に各オーバーランの値に調整したホイップクリームを入
れ、ピストン（６）（直径21mm）による圧縮を行った結
果を示すグラフである。

横軸は、圧力センサー（４）からの値を示し、縦軸は、
圧縮に用いたピストン（６）の移動距離を示す。

同図に示すように、各オーバーラン値において、圧力
と、圧縮に要したピストン（６）の移動距離との関係
は、それぞれ対応した曲線となった。

このグラフから、例えば、セル（３）内の圧力を1kg/cm
²とする場合には、オーバーラン値が大きい（すなわち
空気量が多い）程圧縮に要する体積が多く必要であり、
オーバーラン値が小さい（すなわち空気量が少ない）程
圧縮に要する体積が少なくてよいことがわかる。

又、圧縮に要するピストンの移動距離を一定にした場
合、オーバーラン値が大きい程、セル内圧力の上昇は小
さく、オーバーラン値が小さい程圧力の上昇が大きいこ
とがわかる。

以上のことから、食品の圧縮を行ない、その時の圧力と
圧縮に要したピストンの移動距離とを求めることによ
り、オーバーランを算出できることがわかる。

なお、第２図中破線は、計算値を示すもので、実測値
（図中黒の丸、三角、四角、及び星印）と良く一致し、
相関係数も0.99であった。

さて、圧縮容積値を一定にして圧力変化量によってオー
バーランを求める場合は、ステッピングモーター（７）
のパルス数を予め設定し、ピストン（６）の移動距離を
一定として、圧力を測定する。

第３図に、圧縮に要するピストンの移動距離を23mmに設
定した場合のホイップクリームの各オーバーランにおけ
る圧力センサーの値より求めた圧力値を示す。同図にお
いて、破線は計算値を示すもので、実測値（図中の黒
丸）と良く一致し、相関係数も0.99であった。

又、圧力を一定にして、圧縮体積の変化量によってオー
バーランを求める場合は、予め圧力値を設定し、圧縮に
よる圧力センサー（４）からの圧力値と設定値とが同値
になるようにステッピングモーター（７）のパルスを変
えてピストン（６）の移動を行ない、前記両圧力値が同
一となった時点でのパルス数によってオーバーランを測
定する。

第４図に、圧縮時のセル（３）内圧力をそれぞれ0.5kg/
cm²、1.0kg/cm²、1.5kg/cm²に設定した場合のホイップ
クリームでの各オーバーランにおける圧縮に要したピス
トン移動距離を示す。

同図から分かるように、ピストンの移動距離は、オーバ
ーランに対してほぼ直線性を示し、又、設定圧力を大き
くする程、傾きが大きくなって測定感度が良くなる傾向
がある。

本方法では、1.5kg/cm²付近の圧力で充分な測定結果を
得ることができた。

又、同図において破線は、計算値での値を示すもので、
実測値（図中黒の丸、三角、四角）と良く一致し、相関
係数も0.99であった。

以上何れの場合においても、測定値と計算値は非常に良
く合致し、相関係数も0.99と良好であり、本方法がオー
バーラン測定に有効な手段であることが実証された。

なお、本方法において、測定法が２つあるが、圧力を一
定としてピストン移動距離を測定する方法は、圧力を設
定値に調整するためのピストン移動調整に時間がかかる
ことから、圧縮容積量を一定とする方法の方が測定スピ
ードが速く、分岐管内での滞留による食品への影響もな
いため良好である。

以上、本発明の実施例について説明したが、オーバーラ
ンは、フリーザー出口の配管状態によって変動すること
から、本発明を用いての装置は、充填機側に設置し、測
定することが望ましい。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨の範囲内において適宜変形実施可能であること
はいうまでもない。

例えば、測定装置におけるセル構造は、食品の流動上、
滞留部分がないようなものであれば、問題はない。

又、上記実施例では、ピストンを用いているが、ダイヤ
フラム等を用いて、圧縮容積が測定できるものであれ
ば、特に問題はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明測定装置の一実施例を示す概略図、第２図は、上記装置のセル内に各オーバーランの値に調
整したホイップクリームを入れ、ピストンによる圧縮を
行った結果を示すグラフ、第３図は、圧縮に要するピス
トンの移動距離を一定に設定した場合のホイップクリー
ムの各オーバーランにおける圧力センサーの値より求め
た圧力値を示すグラフ、第４図は、圧縮時のセル内圧力を、それぞれ0.5kg/c
m²、1.0kg/cm²、1.5kg/cm²に設定した場合のホイップク
リームでの各オーバーランにおける圧縮に要したピスト
ン移動距離を示すグラフ第５図は、エアーａと、液体Ｌと、圧縮に要した容積α
との関係を、測定前、圧縮後、及び大気圧の場合につい
てそれぞれ示した図である。（１）（２）……バルブ（３）……セル（４）……圧力センサー（６）……圧縮手段（７）（11）（12）（13）……容積変化量検出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉された一定容積中の気液混合食品を圧
縮し、容積変化量又は圧力変化量を検出し、その容積変
化量又は圧力変化量によって気液混合食品中のオーバー
ランを測定することを特徴とするオーバーランの測定方
法。
【請求項２】気液混合食品を導入するパイプ両端を、バ
ルブで区切って形成した一定容積のセルと、該セル中に
導入した食品を圧縮する圧縮手段と、前記セル内の圧力
を検出する圧力センサーと、前記圧縮手段によるセル内
の容積変化量を検出する容積変化量検出手段を具備した
オーバーラン測定装置。