SKALA Solo 水分制御システム：調理制御の向上により、チーズの水分量を最適化

SKALA Soloチーズ水分制御システムは、調理ごとに、またタンクごとに一貫した時間・温度の調理プロファイルを提供します。

クック・コントロールの開発

SKALA Soloチーズ釜加熱制御システムは、加熱工程中の釜内温度を、所定の温度プロファイルに合わせて制御するために開発されました。一般的に、加熱工程中の温度は、開始温度から所定の時間内に最終温度まで上昇させます。良好なカード収縮、ホエイの排出、および所望の最終水分含有量の維持を実現するには、温度を安定して上昇させる必要があります。 加熱工程における温度制御が不十分だと、収率、カードの品質、および最終水分含有量に悪影響を及ぼします。

一般的なPIDループは、設定値が継続的に上昇する温度制御には適していません。PIDループは、定常状態のプロセスにおいて温度設定値を維持するには有効です。しかし、絶えず上昇する設定値への制御を試みると、PID制御ループの能力が限界に達し、設定値からの恒常的なオフセットが生じたり、サイクリングが発生したりする可能性があります。また、温度応答に長い遅れが生じるため、PIDのチューニングが困難になる場合もあります。 図1は、典型的な調理工程における蒸気制御の応答と、SKALA Soloによる実際の蒸気制御の応答を示しています。目標は、滑らかで予測可能な温度上昇をもたらす蒸気流量を維持することです。

図1. 蒸気バルブの制御方式の比較

遅延時間の問題を解消する

SKALA Soloシステムは、目標温度プロファイルと熱入力に対する温度応答に基づいた制御モデルを採用しています。この制御方式では、時間と温度のモデルを用いて温度上昇を制御するため、温度が急激に上昇してしまう事態を回避できます。本システムは、現在の温度または開始温度、最終温度、調理時間、および目標温度プロファイルを用いて、温度制御モデルを算出します。使用するプロファイルは、チーズの種類や撹拌方法によって決まります。 図2は、算出された温度プロファイルの例を示す図表です。

図2. 温度分布の例

図3は、6人の調理者による調理工程中の実際の釜内温度を比較したものである。うち3人はローカル制御を、残りの3人はSKALA Solo制御を使用した。グラフからわかるように、SKALA Solo制御による調理では、最終温度に達するまで一貫した時間・温度プロファイルを示し、適切な時間で調理が完了している。一方、ローカル制御では温度上昇が不安定で、総調理時間もばらつきが見られる。また、ローカル制御の温度推移には、温度が低下する期間も確認される。

図3. SKALA Soloによる制御とローカル制御の比較

局所制御とSKALA Solo制御の比較

図4は、調理工程における実際の温度および蒸気バルブの制御特性曲線を示している。PID制御により、蒸気バルブは最大で45～50パーセントの範囲で開閉されている。いくつかの地点では、温度が1分あたり0.7～1.1度の上昇率を示しているが、直線的な平均上昇率は0.33度である。こうした急激な上昇期間の後、槽内温度は一旦低下してから、再び上昇を続ける。

図4. 典型的な温度および蒸気分布

このような初期段階での急激な温度上昇は、適切なカードの一貫性を維持する上で問題を引き起こします。図5は、SKALAシステムによって制御された5回の連続した加熱処理を示しています。槽内の温度は同じ推移を示しており、滑らかで一貫した上昇が見られます。蒸気バルブの出力も同様に滑らかで類似した推移を示していますが、加熱処理ごとの変動を考慮して若干のばらつきが見られます。槽内の温度が最終温度に近づくにつれて、上昇率が緩やかになる点に注目してください。この機能により、温度が最終温度の設定値を超えてしまうのを防いでいます。

図5. SKALA Soloの温度および蒸気分布

メリット

SKALA Solo制御システムを使用することで、釜内の温度プロファイルを、製造ごとに、また釜ごとに再現することが可能です。SKALA Soloでは、チーズ製造者が単一のパラメータを用いて温度曲線やプロファイルを選択できます。蒸気弁の滑らかな制御により、釜内の温度が短時間で急激に上昇する原因となる蒸気弁の急激な開閉が排除されます。加熱工程の初期段階で温度が急激に上昇すると、ホエイとともに固形分が排出されたり、カードが表面硬化したりする恐れがあります。

また、SKALA Soloシステムは、最終温度設定値を超過することを防ぎます。温度制御の向上と、時間・温度プロファイルの再現性により、チーズの最終水分含有量はより安定し、水分含有量を最大限に高めることが可能になります。カード（凝乳）の水分含有量が改善されることで、塩漬けなどのその後のすべての工程におけるばらつきも減少するはずです。最後の2つのグラフは、総加熱時間および最終加熱温度に関するSKALA Soloシステムの実際の改善状況を示すシックスシグマチャートです。

シックスシグマの「前／後」比較図 1 — 各タンクごとの個別値管理図

シックスシグマの「前／後」比較図 2 — 各タンクごとの個別値管理図

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