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Sep 25, 2023

ウェットペットフード用途向けの乾燥成分の高精度バッチ処理

I metodi automatizzati di lavorazione dei materiali migliorano notevolmente la sicurezza complessiva degli alimenti per animali domestici.

自動化された材料処理方法により、ペットフード全体の安全性が大幅に向上します。

ミレニアル世代、Z世代、団塊の世代による猫や小型犬の所有率が増加傾向にあるため、世界のウェットペットフードの売上高は最近増加傾向にあります。 たとえば、小型犬には大型犬よりも安価にウェットフードを与えることができます。 さらに、猫の所有率は世界的に増加しており、アジアおよび環太平洋市場では猫の所有率が大幅に増加しています。 ペットフードの人間化（植物性タンパク質の使用を含む）、穀物不使用、カスタマイズされた高級原材料レシピといったペットフードのトレンドはすべて、ウェットペットフードの生産者にとってさらなる課題となっています。

メジャー、マイナー、マイクロを含む乾燥原料をウェット ペットフード プロセスに正確かつ自動で添加することは、高価値原料の全体コストを低く維持し、製品品質を向上させ、全体的なプロセス効率を維持するために重要です。 さらに、空気圧移送や自動分注などの自動化されたマテリアルハンドリング方法により、通常は手動の手順が不要になり、ペットフード製品全体の安全性が大幅に向上します。

ウェットペットフードプロセスへの乾燥成分の添加は、通常、混合および粉砕のステップの前の初期段階で行われます。 メジャー、マイナー、マイクロは、箱やドラム缶、バッグブレイクステーション、またはバルクバッグ/スーパーサックアンローダーなど、さまざまなソースから導入される可能性があります。 これらのメソッドから排出されると、通常、図 1 に示すように、重量の減少または重量の増加を経て、成分の正確な割合を調整する高精度のバッチングメソッドに送られます。

図 1: ウェット ペット フード製造のサンプル プロセス図。

成分を正しく自動調整することで、製品の品質が維持されると同時に、さまざまなレシピのラインにさらなる柔軟性が加わります。 このバッチング方法から、配分された成分は空気圧で受け器に移送され、下のミキサーに直接排出されます。 混合して粉砕した後、通常、製品は蒸気で調理されます（「キルステップ」とも呼ばれます）。

図 2: Coperion K-Tron サイド アクセス フィルター レシーバー

製品の安全性を確保するため。 調理ステップに続いて、野菜などの追加の材料に加えて、ソースまたはゼリーが製品に追加されます。 最終ステップには、缶詰、滅菌、梱包が含まれます。 グレービーソースまたはソースの製造には、乾燥成分の分配も含まれる場合があることに注意することが重要です。 これらの成分の正確で自動化された計量は、多くの場合、以下に概説する移送およびバッチ化方法によっても行われます。

主要成分、微量成分、および微量成分のウェット ペット フード プラントへの到着および移送には、さまざまなタイプの搬送システムが含まれる場合があります。 成分の移送モードは、材料の特性、移送される距離、必要な移送速度、成分が最初に受け入れられる容器のタイプなど、さまざまなプロセスパラメータに依存します。 複数の材料のレシピ制御を特徴とする PLC システムは、システムの柔軟性を最大限に高めるために、この転送システムに簡単に統合できます。

必要な量に応じて、箱、袋、バルクバッグ、またはスーパーサックなどの成分の供給源が考えられます。 空気圧搬送システムは、正圧または負圧の希釈相搬送を利用して、プロセスのすべてのステップでこれらの成分を移送するために使用できます。 正圧搬送システムは、通常、バルク材料を長距離にわたって高スループットで輸送するために使用されます。 圧力輸送を伴う用途には、バルクバッグなどの大容量容器の積み下ろしが含まれることがよくあります。

逆に、真空 (負圧) システムは、容量が少なく、距離が短い場合によく使用されます。 真空システムの利点の 1 つは、真空ブロワーによる内部への吸引と、外部への粉塵の漏れの減少です。 これが、真空システムが高度な衛生用途や粉塵封じ込め用途でよく使用される理由の 1 つです。 真空システムのもう 1 つの利点は、複数のピックアップ ポイントを備えたシンプルな設計であることです。 ただし、生成できる真空レベルには限界があるため、真空システムで可能な距離とスループットは制限されることに注意してください。

連続真空システムは、連続真空源と、その下にロータリーバルブを備えたフィルターレシーバー (図 2) を利用して、レシーバー内の真空と一定の出力を同時に維持します。 真空シーケンスシステムでは、真空レシーバに排出バルブが取り付けられています。 閉じると、システムは事前に設定された時間または充填レベルに達するまで材料を移送します。 レシーバーが満杯になるか、時間が経過すると、真空が解除され、レシーバーの排出バルブが開き、材料が排出されます。 シーケンスレシーバーの場合、フィルター媒体上に物質が蓄積するのを避け、搬送効率を最適化するために、排出中にレシーバー内のフィルターに空気のパルスが吹き込まれます。 このプロセスは順序付けされ、指定された量が図 1 に示すミキサーなどの下のプロセスに送られるまで繰り返されます。

真空シーケンス システムでは、通常、製品のピックアップと目的地においてより多用途性が可能であり、また、下流プロセスの要求に応じて、複数のレシーバーに対して単一の真空源を利用できる場合も多いことに注意することが重要です。

材料供給源から移送された後、成分は通常、バッチステーションに配送されます。 このステーションには、ロードセル上のホッパーに製品を供給するスクリューフィーダーやバルブなどの容積計量装置を含めることができます。 この方法は、ゲインインウェイト (GIW) バッチ処理と呼ばれます。 あるいは、ステーションには、ロードセルまたはスケールに取り付けられたスクリューフィーダーや振動フィーダーなどの重量フィーダーを含めることもでき、重量損失 (LIW) フィードによって製品をプロセスに搬送します。 以下に概説するように、バッチ全体に少量の微量成分が必要な場合には、両方の方法を組み合わせることができます。微量成分と微量成分には LIW フィーダーを、主要成分には GIW バッチャーを使用します。

図 3: 上部にエアロパス バルブを備えた Coperion K-Tron スケール ホッパー

GIW のバッチ式容積計量装置では、ロードセルに取り付けられた収集ホッパーに複数の成分が順次供給されます。 各フィーダーは原料重量の約 90% を高速で供給し、サイクルの終わりに向けて速度を落として、より高い精度を確保するために最後の 10% を減速して供給します。 GIW コントローラーは各材料の重量を監視し、それに応じて各定量フィーダーに信号を送り、速度を上げたり下げたり、停止したりします。 すべての成分が供給されると、バッチは完了し、混合物は以下のプロセスに排出されます。 このタイプのバッチ処理方法は成分ごとに連続するため、成分の数が多い場合、一般に LIW バッチ処理 (以下に概説) よりも全体のバッチ処理時間が長くなることに注意してください。

主要成分のバッチ処理で、単一の成分を複数のステーションに配送する必要がある場合、または複数の成分を単一の目的地に配送する必要がある場合、スケール ホッパーの上に特殊な Aeropass™ バルブが取り付けられたスケール ホッパーを使用できます。 流動化材料はサイロやバルクバッグなどの供給源から排出された後、通常、ロータリーバルブ、ふるい器（必要な場合）を通って落下し、別のロータリーバルブによって計量されて搬送ラインに送られます。 搬送ラインに入ると、図 3 に示すように、スケール ホッパーの上にある Aeropass バルブに輸送されます。スケール ホッパーは、原料バッチの計量のためにロード セルに吊り下げられたホッパーを受け取ります。 材料は、正確な重量および/または材料の組み合わせが達成されるまで、スケールホッパー内に存在します。 スケール計量システムを使用すると、フルスケール容量の +/- 0.5% の計量精度が期待できます。 所望の重量に達すると、ミキサーが材料を呼び出し、バタフライバルブが開き、スケールホッパー内の材料が排出されます。

図 4: 食品用途における Coperion K-Tron 増量バッチング システム

図 4 に示すような高精度スクリュー フィーダーを利用した LIW バッチ処理は、従来の GIW バッチ技術に比べて精度と処理時間に大きな利点をもたらします。 LIW バッチ処理は、完成したバッチ内の個々の成分重量の精度が重要な場合、またはバッチ サイクル時間を非常に短くする必要がある場合に使用されます。 バッチモードで動作する重量フィーダーは、複数の成分を収集ホッパーに同時に供給します。 供給速度 (オン/オフ、高速/低速) の調整は LIW フィーダー制御によって行われ、小型計量システムが各成分に対して高精度のバッチを供給します。 すべての成分が供給されるとバッチが完了し、混合物は以下のプロセスに供給されます。 すべての成分が同時に供給されるため、全体のバッチ時間と下流でのさらなる処理時間が大幅に短縮されます。 このバッチ処理方法は、混合物中の重量と材料コストを非常に正確に求める必要があるため、高価な材料によく使用されます。

図 5 に示すように、LIW バッチプロセスでは、フィーダーから排出される製品の実際の量は、重量の差、つまり損失を測定することによって決定されます。 GIW のバッチ処理と同様に、バッチ重量の最初の 90% (事前にプログラムされたレシピによって決定) が、送りねじによって高速で供給されます。 最後の 10% は、正確なバッチ重量を保証するために、より遅い「ドリブル」モードで供給され、希望の設定値の ± 0.1% の精度に達します。 この例では、Coperion K-Tron 制御モジュール (KCM) は、LIW Batcher 制御ソフトウェアを使用して配送速度 (オン/オフ、高速/低速) を調整し、パッケージング要件に基づいてバッチ設定値を迅速に変更する可能性も提供します。各製品。

図 5: 減量バッチ処理 (左) と重量増加バッチ処理 (右)

Coperion K-Tron の重量フィーダーはデジタル ロード セルを備えており、以下のプロセスに送られる原料の重量を常に測定します。 LIW 供給は幅広い材料処理能力を備えているため、低速から高速までの幅広い材料の供給に優れています。

すべての Coperion K-Tron LIW フィーダは、特許取得済みのスマート フォース トランスデューサ (SFT) デジタル ロード セル テクノロジーを使用しています。 このテクノロジーは、20 ミリ秒で 8,000,000 分の 1 分解能を備え、振動フィルタリングと温度補償を備えており、前例のないパフォーマンス レベルでフィーダを秒単位で制御できるようになります。

すべてのペットフードおよびペットおやつプロセスの押出成形、給餌、マテリアルハンドリングに関する追加情報および応用情報については、www.coperion.com/petfood を参照してください。