生產(chǎn)焦糖色素過程的自動化控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及生產(chǎn)焦糖色素領(lǐng)域，尤其涉及一種生產(chǎn)焦糖色素過程的自動化控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]焦糖色素(Caramel)，也被稱為焦糖，是一種廣泛用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)的著色劑，對于食品工業(yè)，在醬油、食醋、料酒、醬良腌制制品、烘制食品、糖果、藥品、碳酸飲料以及非碳酸飲料等中均有使用，在賦予產(chǎn)品特定色澤的同時也帶來特定的焦糖風(fēng)味。焦糖色素為濃黑褐色黏稠物質(zhì)，溶于水，不溶于有機(jī)溶劑。在1940年，美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)就發(fā)布了焦糖色素的相關(guān)規(guī)定。但是由于焦糖色素中含有的4甲基咪唑具有毒性，其發(fā)展受到一定的限制。后來經(jīng)過進(jìn)一步深入的研究和試驗，聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織(FA0)、世界衛(wèi)生組織(WHO)和國際食品添加劑聯(lián)合專家委員會(JECFA)均認(rèn)定在一定的限量范圍內(nèi)焦糖色素是安全的。在1863年美國即實現(xiàn)了焦糖色素的商業(yè)化生產(chǎn)。由于特殊的國情，新中國在20世紀(jì)70年代方才開始擁有了生產(chǎn)焦糖的小作坊，隨著改革開放和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的焦糖色素工業(yè)也得到了迅猛的發(fā)展。
[0003]焦糖色素的生成主要伴隨著3種反應(yīng)，分別是美拉德反應(yīng)(Maillard React1n)、焦糖化反應(yīng)(Caramellizat1n)和氧化反應(yīng)(Oxidat1n)。通常使用糖類和含有氨基酸的肽或蛋白質(zhì)等原料在一定溫度下進(jìn)行反應(yīng)得到。
[0004]傳統(tǒng)的焦糖色素生產(chǎn)方法按催化劑的不同分有4種。其一是普通法，由DE值70以上的葡萄糖漿在160°C左右不采用含有銨化物或亞硫酸鹽的催化劑，得到的產(chǎn)品色率較低，大致為1.7X 104，但紅色指數(shù)可達(dá)6以上，氮硫含量低，pH3?4，且在75%的乙醇溶液中穩(wěn)定，負(fù)(弱)電荷，主要用于蒸餾酒、甜食和香味混合。其二是亞硫酸鹽法，該方法與普通方法相似，但催化劑采用亞硫酸鹽且用量較高，得到的產(chǎn)物色率大致為2.7X104，不含氨，pH
2.5?4.0，負(fù)電荷，使用范圍小，只能用于一些特殊的食品或藥品中，并且不屬于國標(biāo)中規(guī)定可使用的方法。其三是氨法，采用氨作為催化劑，常用高當(dāng)量的葡萄糖或轉(zhuǎn)化糖與氨在高溫下制成，色率大致為3.2 X 104?5 X 10 4，不含硫，pH 2.8?5.5，耐鹽性好，主要用于焙烤食品、啤酒和醬油等。其四是亞硫酸銨法，采用亞硫酸銨鹽為催化劑，葡萄糖、蔗糖為原料在酸性條件下催化而成，色率大致為2 X104?8X10 4，含氨和硫，pH 2.0?3.5，負(fù)(強(qiáng))電荷，由于著色力強(qiáng)并且在酸性條件下十分穩(wěn)定，因而通常用于軟飲料湯料、寵物食品等中。
[0005]現(xiàn)有焦糖反應(yīng)主要是采用大反應(yīng)釜間斷式批量反應(yīng)，首先將反應(yīng)原料(各種糖類)批量(20噸~70噸)投到反應(yīng)釜中，然后按照所投物料的一定比例添加添加劑，充分?jǐn)嚢韬笸ㄟ^反應(yīng)釜中的盤管，用蒸汽通過盤管加熱物料，加熱時間一般持續(xù)30分鐘以上，時間視所反應(yīng)的物料量為準(zhǔn)，物料添加越多，升溫時間越久。溫度升到預(yù)定溫度后，在反應(yīng)釜中保溫若干小時，期間不是抽查物料色率，以確定反應(yīng)時間。該反應(yīng)升溫時間長、物料受熱不均勻，保溫時間長，所生產(chǎn)產(chǎn)品批次單一，無法實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
[0006]在自動化控制方面，由于生產(chǎn)焦糖色素的工藝較復(fù)雜，很多反應(yīng)過程實驗還在研究階段，操作還不是很成熟，所以在各個步驟的控制方面還是靠人工控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種生產(chǎn)焦糖色素過程的自動化控制系統(tǒng)，優(yōu)化各個工序的工藝參數(shù)，進(jìn)一步提高焦糖色素生產(chǎn)技術(shù)自動化水平，降低工業(yè)化項目投資和生產(chǎn)成本，實現(xiàn)項目高質(zhì)量、高穩(wěn)定性、高度自動化、連續(xù)安全運行，提升產(chǎn)品綜合競爭力，該系統(tǒng)全程自動化控制，可以降低人工監(jiān)測及操作的復(fù)雜性，提高效率和自動化程度。
[0008]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種生產(chǎn)焦糖色素過程的自動化控制系統(tǒng)，是在生產(chǎn)過程中根據(jù)工藝條件生產(chǎn)焦糖色素的設(shè)備進(jìn)行自動化控制，所述對生產(chǎn)焦糖色素的設(shè)備包括輔料罐、物料預(yù)融罐、噴射加熱器、層流反應(yīng)罐、閃蒸罐和焦化配料罐和成品罐，并依次用管道連接，其中閃蒸罐包括板框中轉(zhuǎn)罐、蒸發(fā)中轉(zhuǎn)罐和濃縮中轉(zhuǎn)罐，在中心控制室設(shè)置中控系統(tǒng)，在物料預(yù)融罐的進(jìn)出管道設(shè)有流量計和調(diào)節(jié)閥，流量計和調(diào)節(jié)閥與中控系統(tǒng)連接；在噴射加熱器的加熱管道安裝溫度傳感器、壓力傳感器和蒸汽調(diào)節(jié)閥，溫度傳感器、壓力傳感器和蒸汽調(diào)節(jié)閥與中控系統(tǒng)連接；所述物料預(yù)融罐、層流反應(yīng)罐、閃蒸罐和焦化配料罐和成品罐中設(shè)有PH檢測儀，pH檢測儀與中控系統(tǒng)連接；所述的中控系統(tǒng)包括PLC控制器和終端計算機(jī)。
[0009]上述流量計、調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器、壓力傳感器和蒸汽調(diào)節(jié)閥分別連接到PLC控制器上再與終端計算機(jī)連接。
[0010]PH檢測儀與PLC控制器連接后與終端計算機(jī)連接，PH檢測儀將數(shù)據(jù)發(fā)送到PLC控制器，PLC控制器將數(shù)據(jù)信息顯示在終端計算機(jī)上。
[0011]所述物料預(yù)融罐、噴射加熱器、層流反應(yīng)罐、閃蒸罐和焦化配料罐和成品罐的進(jìn)出料管道安裝有調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥與中控系統(tǒng)連接。
[0012]該系統(tǒng)的控制過程如下:
(1)將原料從原料罐壓入物料預(yù)融罐，中控系統(tǒng)根據(jù)pH檢測儀傳送的信號，控制輔料罐的調(diào)節(jié)閥加入硫酸和水，調(diào)節(jié)物料預(yù)融罐中的物料pH至3.0?3.5，得到物料A，中控系統(tǒng)根據(jù)溫度傳感器和壓力傳感器傳送的信號，打開蒸汽調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)噴射加熱器加熱物料A至105°C，再將物料壓入層流反應(yīng)罐，經(jīng)過層流保溫90分鐘后得到物料B ;
(2)達(dá)到預(yù)定時間后，中控系統(tǒng)打開層流反應(yīng)罐出口管道的調(diào)節(jié)閥，將物料B壓入板框中轉(zhuǎn)罐，加入濃堿調(diào)節(jié)pH至5.0?6.0，經(jīng)過PH檢測儀檢測達(dá)到指標(biāo)后，中控系統(tǒng)打開板框中轉(zhuǎn)罐出料管道調(diào)節(jié)閥，將物料壓入板框壓濾機(jī)進(jìn)行板框過濾，沉淀雜質(zhì)，靜置180分鐘后，再將物料壓入蒸發(fā)中轉(zhuǎn)罐，經(jīng)過蒸發(fā)濃縮后進(jìn)入濃縮中轉(zhuǎn)罐，將物料濃縮至波美38° Be得到物料C，
(3)將物料C壓入焦化配料罐，同時在焦化配料罐中加入液堿、水和焦亞硫酸鈉調(diào)節(jié)pH至4.0?4.5，進(jìn)行焦化反應(yīng)，經(jīng)過PH檢測儀檢測達(dá)到指標(biāo)后，中控系統(tǒng)打開焦化配料罐出料管道調(diào)節(jié)閥，將物料壓入成品罐，同時加入液堿調(diào)節(jié)pH至5.5±0.3后得到成品焦糖色素。
[0013]所述的焦化反應(yīng)過程中，焦化配料罐的溫度為120°C，壓力P < 0.3KPa。
[0014]所述的物料預(yù)融罐，其溫度通過調(diào)節(jié)蒸汽與物料的混合比例進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0015]所述的蒸發(fā)中轉(zhuǎn)罐在濃縮蒸發(fā)時，要先將真空度抽到-0.08MPa，讓水的沸點低于80°C進(jìn)入蒸發(fā)中轉(zhuǎn)罐，再進(jìn)行分離濃縮。
[0016]所述的終端計算機(jī)采用windows7或windows8操作系統(tǒng)；硬件構(gòu)架可采用32位或64位存貯服務(wù)器，4核高性能CPU，4G-8G內(nèi)存DDR3或以上，硬盤:SAS/HS 250G或以上空閑空間，網(wǎng)絡(luò):100M或以上帶寬，設(shè)獨立IP專線，防火墻提供128位強(qiáng)加密。
[0017]本發(fā)明的突出的實質(zhì)性特點和顯著的進(jìn)步是:
1、本發(fā)明的方案，采用全自動化控制系統(tǒng)，整個生產(chǎn)操作控制在中心控制室中完成，避免人員操作誤差，盡可能降低人為因素造成的操作事故；
2、溫度、催化劑添加量和反應(yīng)時間對焦糖色率和紅色素指數(shù)都有顯著的影響，反應(yīng)溫度越高，焦糖色率越高，但紅色素指數(shù)越低，耐鹽性越差，因此，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，本發(fā)明的方案，中控系統(tǒng)根據(jù)溫度傳感器和壓力傳感器傳送的信號對物料進(jìn)行實時的監(jiān)控，得到焦糖色素的色率、色調(diào)、黃色指數(shù)均符合標(biāo)準(zhǔn)；
3、減少升溫時間，采用大反應(yīng)釜進(jìn)行加熱，整體物料要升溫到要求溫度需要不斷攪拌混合，受熱物料受到盤管總面積影響，本發(fā)明的方案采用噴射加熱，利用熱蒸汽與物料按比例直接高速噴射混勻后進(jìn)入層流罐體加熱，確保所有物料都是受熱，并且能在瞬間升溫達(dá)到預(yù)定溫度；