专利名称:用于柔性容器的处理和包装系统的制作方法本发明总的来说是关于对可用泵送的颗粒食品在严密控制温度和压力的条件下进行加热，包装和灭菌的改进方法和设备，这种方法和设备可以避免食品的过度蒸煮和急骤蒸发，对食品的感官性质具有最终良好的效果。更具体些，本发明是关于这样一种方法和设备，即使用了一个直接，敞开式地与一条食品输送管道连接的加压加装室，因而超大气压的室内压力对食品管道造成了回压；用这种方法控制容易的充填室压力可基本上保证食品的活塞式流动，和在食品管道的整个长度上形成一个基本均匀的，递减的压力梯度。如汤料，燉煮的菜肴，番椒和另外种类的食品的装罐和加压灭菌技术是已知的工艺。然而这种罐装食品的一般缺点是罐装和加压灭菌过程造成的非天然味道。这就是说，对这种食品进行充分的灭菌以避免食品的腐败是绝对必要的，结果加工者就往往有效地过度蒸煮食品以便保持适当的灭菌。结果就造成了许多罐装食品的过度蒸煮和非天然味道。美国专利(专利号3，241，475)描述的一种装罐工艺与传统技术有些不同。这个专利描述的方法和设备作为所谓“Flash 18”工艺已经大规模使用一些年了。在这个技术中，要被处理的一种食品首先由一对顺序连接的上游罗茨型输送泵泵送，随后食品或是经一个间接热交换蒸煮器或是蒸汽喷入区。在间接热交换蒸煮或是蒸汽喷入区食品被附加上附加水分并通过另外一个罗茨型压泵。在这一点，食品可以通过一个急骤脱气机以便降低食品的压力和温度，随后食品通过第四个罗茨型泵并被导入一个包装室。包装室是相对较大的，加压的形式以容纳装罐设备和设备人员。在室内，来自脱气机的食品以普通的方法装罐，然后被送到室外的灭菌和冷却部分。随着所描述的“Flash 18”工艺一些年的使用，从食品完整性的观点出发，尤其是大颗粒食品情况下，“Flash 18”工艺存在一些问题。具体说，使用多个在加工作业线内推动食品和在其中建立回压的罗茨型泵不可避免地造成了压力变化较大和在整个食品线内压力梯度不均匀的问题。结果，间接热交换汽套内或喷入的蒸汽压力和食品压力之间就必须有一个很大的压差以避免食品的过早急骤蒸发。实际上，这个压力差的范围在15到20磅／英寸)p.s.i.g)内。另外，因为这一相对较高的压力差是在食品线内建立的。所以在大多数情况下食品在进入加压充填室前必须对食品进行急骤脱气。当然，这种脱气作用在充填室的上游端的食品线内造成另一个压力快速变化区，并有损于颗粒的完整性。本发明克服了上述的问题并提供了一种大大改进了的用来对可泵送食品进行加热，包装和灭菌的方法和设备。总的来说，根据本发明的系统包括在压力下连续供应加热食品流的装置，其中包括一个上游泵装置(即一个由奥佛兰德巴克，卡萨斯的马兰研究化司大规模生产的双活塞食品泵)，一个与泵装置连接的有一敞口出料端的细长食品输送管道，和一个位于泵装置和管道出料端之间的用于加热食品流的装置，如间接蒸汽输入热交换器。根据本发明，还有一个可加压的包装室，食品管道的敞口端与这个室的内部相通。包装装置位于室内以便连续地接受加热食品，将其包装在所希望的单独的密封的包装袋内，并将其送到室外。动力操纵装置如一个传统的空气压缩机用来在室内造成超大气压条件，以便从而在食品输送管道内也造成回压条件，它阻止食品的流动;借助于室内和食品输送管道的敞口端之间的敞开式地相通而获得了这种管道回压。管道设计来与泵装置和室内加压装置一起，在从泵装置到管道敞口端之间的整个管道长度上建立一个大致均匀的递减压力梯度。最好在管道的整个长度上管道是无孔隙的并有一个大致不变的直径，这是为了在上游泵装置和包装室内之间进一步大致地建立食品活塞式流动条件。所述系统包括在所述热交换装置和所述包装装置之间保持所述食品在大致相同的温度的结构。因为可以简单地和相当精确地控制包装室压力，这样管道回压类似地也是容易控制的和稳定的。结果，本发明的系统在食品内液体的蒸汽压力和蒸汽压力(或是形成刮板式热交换器一部分的汽套内的蒸汽或是直接喷入的蒸汽)之间有一个较小的压差，而仍然保证不会发生食品的急骤蒸发。这就是说，在本发明的最佳方法和设备中，食品绝不会急骤蒸发或沸腾，即这样保持压力条件，在所希望的工作温度下基本不让水分汽化。根据本发明的最佳形式，上游端食品泵是一个双活塞马兰食品泵，而下游端加热装置包括一个或一组顺序连接的刮板式热交换器。另一方面，选择包装室的尺寸以容纳自动包装设备(如卷材输入成形，充填和密封设备或传统装罐设备)，但没有容纳固定服务人员的尺寸。因此，这个室就可以相对小于所述“Flash 18”工艺所使用的室，该室除容纳额外的蒸煮设备和类似设备外还足以容纳好几个人。一台灭菌/冷却隧道式设备最好与包装室连接，并设计来接受食品的单独包装袋以便完成灭菌处理和下一步将其冷却到环境温度。这种设备是已知的，实际上可以使罗克福德·伊利诺思的瑞克思哈姆公司大规模生产的“Hydrolock”连续蒸煮/冷却器，它对本发明有良好效果。图1是根据本发明的加热，包装和灭菌系统的示意性透视图。
图2是形成图1所示系统一部分的包装室的示意性垂直断面图。
图3是类似于图2的视图。但描述了容纳传统装罐设备的包装室，与图2所示的柔性薄膜成形，充填和密封设备不同。
现在回到附图，根据本发明，一个系统10总的说来包括一个上游端食品加热组件12，一个可加压的包装室14，一个可操纵地与室14连接的连续蒸煮器/冷却器16，和食品输送管道18。更详细地说，组件12包括一个上游端双活塞食品泵20，该泵设计来以一种恒定流率的形式工作并输送食品的连续束流。所述的泵可以是由马兰研究公司大规模生产的用于颗粒食品的类型的泵。在泵20的附近，还有一对食品罐22，24，通过适当的管路26，28连接到泵的入口。用这种方法，食品罐可操纵地以分批-连续的形式向泵提供连续流动食品。
管道18的上游端30直接连接到泵20的出口，然后总管道18的初始段连接在示意性描述的刮板式热交换器32的入口。后述的交换器可以是由Cherry Burrell公司大规模生产的交换器类型，它包括外蒸汽套以间接地加热通过交换器的食品。尽管在附图中没有具体地说明，但可以理解可以使用一个或多个这种交换器，当用多个交换器时，这些交换器要顺次地连接。
在任何情况下，管道18与交换器32的出口端连接，并如图所示延伸到室14顶壁上。一根垂直输送管34连接在管道18的管端附近，管34的敞口端与室14的内部相通(见图2)。另外，一根食品循环管路36可操纵地与垂直管34连接，一个阀38是用来引导食品束流或是向下通过管34，或是通过循环管路。再参见图1，可以看到这样构成循环管路使其可向两个食品罐22，24按所希望的那样灌入食品，为此目的提供了合适的阀门。
室14是一种竖直的，密封的中空结构形式，其大小可容纳由数字40标明的包装设备(见图2)。以所描述的形式，包装设备40设计来成形，充填和密封柔性包装袋，柔性包装袋是由合成树脂包装薄膜制成的连续薄膜42成形的。这种成形，充填和密封设备是众所周知的，在专利号为2，160，367的专利中已作了描述，该专利在这里作为参考。此外，尽管没有具体地说明，包装设备40设计来对每个包装袋充填氮气或其它惰性气体，这是在包装某些食品情况下所希望的。
整个室14还安装有动力操纵装置，如空气压缩机44，以便在室的内部建立起超大气压条件。这种超大气压压力的数量级根据所处理的食品而变化，但范围从10到50p.s.i.g.是典型的。一根带阀卸荷管46也与室14的内部相通，以便按需要对室14进行可选择的减压。
尤其参见图1，可见室14有一个便门48，以允许服务人员进入室内。然而，室14不是设计来在自动包装设备40内或在其附近进行一般操作的。所以，一个控制台50安装在室14的外面，从而允许操纵者控制包装设备40而无须进入室14。
连续蒸煮器/冷却器16是罗克福德，伊利诺思的瑞克斯哈姆公司散发的销售小册子所描述的传统型号设备，型号名称为“HydrlockTM连续蒸煮器/冷却器”。这个小册子在这里作为参考。简而言之，蒸煮器/冷却器装置是设计来容纳单独的食品的包装袋，使它们承受短时高温灭菌处理，然后使它们冷却和减压到环境温度和压力。参见图1和图2，可以看到一个连续传送带52，把室14的内部与蒸煮器/冷却器16可操纵地连接起来。如图所示，这条传送带通过室14的底部(室14带有合适的，传统的气闸结构以保持室内的超大气压压力条件)，以便接受和传送单独的食品包装袋54。这些包装袋然后通过传送带52输送到蒸煮器/冷却器16，在那里进行适当的进一步处理。
尽管包装设备40是设计来生产柔性袋式包装，如图1和图2所示，但本发明并不受此限制。具体来说，稍微大一些的室14a也可以容纳传统的罐装设备54。这里垂直输送管34还是穿过室14a的顶壁延伸，输送管的敞口端与室的内部相通。以相似的方法，一根排气管46a与室14a连接。
设备54是设计来容纳通过有叶气闸58的空容器56，然后容器在工位60被充填，在工位62被密封，然后成品容器通过一个第二气闸64到连续蒸煮器/冷却器16，进行下游端的灭菌和冷却处理。
室14a内的超大气压压力条件是由动力操纵空气压缩机44a建立的，精通此技术的人对此是很容易理解的。
本发明的一个突出优点是管道18是敞开式地与可加压包装室的内部相通。结果，这个室内的超大气压条件在管道18内造成回压条件，从而阻止食品的流动。管道(和在适当位置的热交换器)是设计来与泵装置及室内加压装置一起，在从泵装置20到输送管34的出口端的整个管道上建立起一个基本均匀的递减压力梯度。在这点上应当注意到管道18是完全没有造成回压的动力操纵泵或类似东西的，这与专利号为3，241，475的专利所描述的系统形成鲜明对比。这也保证了食品在管道18内的流动基本上是活塞式的，以便避免颗粒破碎。
实际上，业已发现，可以保持均匀的递减压力梯度，使其与整个平均梯度比较起来在管道18的每单位长度上其变化不超过约百分之十。这就是说，考虑一个假设的情况，一根管道的有效长度为10英尺，在泵20的出口和管34的排出端的总压力降落为20p.s.i.g.，在整个管道18上的平均压力梯度为20p.s.i.g./10英尺，或2p.s.i.g./英尺。在这个假设下，对管道18的长度的任何给定英尺，在这个单位长度内的压力梯度的变化最好不超过整个平均压力梯度2p.s.i.g./英尺的±10%，或不超过1.8到2.2p.s.i.g/英尺。
在使用间接蒸汽输入热交换装置的情况下，输入到交换器汽套的蒸汽的蒸汽压力应至少低于管道18和交换器内的相应的食品压力5p.s.i.g.，最好5-10p.s.i.g.。这样，就有可能保证不发生食品的非希望急骤蒸发，而尽管要尽可能平稳地保持处理条件以提高食品的完整性和最后被包装物料的感官性质。
下面是根据本发明最佳设备和方法的具体例子，说明了使用图1和图2的设备对三种要被加热，包装和灭菌的食品进行典型处理的技术。在所有例子中，所用的泵是由奥佛兰德巴克，卡萨斯的马兰公司大规模生产的马兰A629双活塞泵，以恒定流率的形式工作。使用了两个顺序连接的热交换器，它们是如Cherry Burrell公司销售的那种传统刮板式热交换器。从泵到加压包装室的食品管道直径为2英吋，并且没有回压泵和有效的节流。
Ⅰ.咸牛肉马铃薯泥配方 百分比细磨碎牛肉 60.0脱水土豆 12.0盐 2.0糖 1.0调味品 0.7水 24.3100.0热交换器系统调整到以16
bs/min的流率提供255°F的水。然后，被混合的和以接近150°F的温度预热的配料被抽入马兰泵的活塞充料腔，并以16
bs/min泵到热交换器。加压包装室向食品提供回压。这个室承受25p.s.i.g.的压力，这就导致从马兰泵进入食品管道之处的食品压力约为35p.s.i.g.，当保持汽套加热蒸汽的压力至少低于相应食品压力5p.s.i.g.(最好5-10p.s.i.g.)，使用加热表面的足够的平方英寸和保持管长度把温度从150°F加热到255°F的充填温度。
借助于精确控制由系统提供的回压和食品流率，压差保持食品压力足以高于在加热期间在加热表面上所遇到的温度下的液相汽化压力。这样就不会遇到食品的沸腾和急骤蒸发。然后食品在255°F下被充填进已成形的，柔性的，非刚性容器。在充填和密封时加热了的氮气和食品一起被连续加入容器，在其中造成氮气的惰性气体环境。
然后被充填了的容器通过灭菌/冷却室，被保持在25p.s.i.g.压力下的255°F的蒸汽环境中五分钟，从而保证灭菌。灭菌后，它们在18p.s.i.g.压力下冷却，随着食品从约255°F冷却到212°F，该压力逐渐下降到大气压力(Op.s.i.g)。最后在大气压力下喷水降温到100°F。
Ⅱ 炖牛肉配方 百分比牛肉块 29.0土豆 33.0胡罗卜 10.0葱头 5.0调味品 4.5水 18.5100.0
配料被混合并加热到约145°F，然后从食品罐被抽进马兰泵的活塞充料腔。同时，调整热交换器以16
bs/min的速率提供255°F的水。食品以16
bs/min泵到热交换器。利用包装室内的压力向系统施加回压，包装室内压力为30p.s.i.g。这一回压导致从泵进入食品管道处的食品压力约40p.s.i.g.。第一刮板式加热器使用约272°F蒸汽，第二加热器使用约267°F蒸汽，向充填室提供255°F的食品温度。食品被充填进成形的，柔性的，非刚性容器。在充填过程中，加热了的氮气和食品一起被连续加入，直至密封过程。
被充填的，密封的容器在30p.s.i.g.压力下保持在255°F的蒸汽环境中六分钟，从而完成灭菌过程。灭菌后，容器在18p.s.i.g.压力下被冷却，随着食品从约255°F冷却到212°F，该压力逐渐下降到大气压力(Op.s.i.g)。最后，在大气压力下喷水冷却到100°FⅢ.糖水梨丁配方 百分比梨丁-1/2″ 80.0白利糖度14°的蔗 20.0糖溶液 100.0调整热交换器以16
bs/min的流率提供205°F的水。然后混合后的配料从食品罐(约80°F)被抽进马兰泵的活塞充料腔。在下一个活塞循环，以同样的抽运率以产品替换水。加压包装室向食品提供回压，加压包装室压力为10p.s.i.g.。这个压力使从马兰泵进入食品管道处的压力约为20p.s.i.g.。食品被加热到205°F，不超过提供到热交换器的239°F的蒸汽温度。
205°F的食品被充填进入在10p.s.i.g.压力下的室内的成形的，柔形的，非刚性容器中。充填和密封后，容器在10p.s.i.g.压力下被保持在205°F环境中3分钟，以完成灭菌过程。灭菌后，它们在5p.s.i.g.压力下冷却，该压力逐渐下降到大气压力(Op.s.i g)然后食品被喷水冷却到约100°F。


一种对可泵送的颗粒食品进行加热，包装和灭菌的系统，它使用了一个上游端泵和一个超大气压的自动包装室。上游端泵通过一个直径不变的管道与包装室连通，管道的敞口出料端敞开式地与室内相通从而在管道内造成回压，所以在整个管道长度上有一大致均匀的递减压力梯度和食品活塞式流动。而且室压足够高以防止整个系统内食品的急骤蒸发。实际中，包装室较小，可以或是容纳柔性薄膜成型，充填，包装设备或是容纳传统装罐设备。