Margarineproduktionsteknologi

RESUMÉ

Fødevarevirksomheder i dag er ligesom andre produktionsvirksomheder, og fokuserer ikke kun på pålideligheden og kvaliteten af ​​fødevareforarbejdningsudstyret, men også på forskellige tjenester, som leverandøren af ​​forarbejdningsudstyret kan levere. Udover de effektive forarbejdningslinjer, vi leverer, kan vi være en partner fra den indledende idé- eller projektfase til den endelige idriftsættelsesfase, for ikke at glemme den vigtige eftermarkedsservice.

Shiputec har mere end 20 års erfaring inden for fødevareforarbejdnings- og emballageindustrien.

INTRODUKTION TIL VORES TEKNOLOGI

VISION OG ENGAGEMENT

Shiputec-segmentet designer, producerer og markedsfører procestekniske og automatiseringsløsninger til mejeri-, fødevare-, drikkevare-, marine-, farmaceutiske og personlig plejeindustrien gennem sine globale aktiviteter.

Vi er forpligtet til at hjælpe vores kunder over hele verden med at forbedre ydeevnen og rentabiliteten af ​​deres produktionsanlæg og processer. Vi opnår dette ved at tilbyde en bred vifte af produkter og løsninger, lige fra konstruerede komponenter til design af komplette procesanlæg, understøttet af verdensførende applikations- og udviklingsekspertise.

Vi fortsætter med at hjælpe vores kunder med at optimere deres anlægs ydeevne og rentabilitet gennem hele dets levetid med supporttjenester, der er skræddersyet til deres individuelle behov gennem et koordineret kundeservice- og reservedelsnetværk.

KUNDEFOKUS

Shiputec udvikler, producerer og installerer moderne, højeffektive og pålidelige proceslinjer til fødevareindustrien. Til produktion af krystalliserede fedtprodukter som margarine, smør, smørbare produkter og fedtstoffer tilbyder Shiputec løsninger, der også omfatter proceslinjer til emulgerede fødevarer som mayonnaise, saucer og dressinger.

MARGARINEPRODUKTION

Margarine og relaterede produkter indeholder en vandfase og en fedtfase og kan således karakteriseres som vand-i-olie (W/O) emulsioner, hvor vandfasen er fint dispergeret som dråber i den kontinuerlige fedtfase. Afhængigt af produktets anvendelse vælges fedtfasens sammensætning og fremstillingsprocessen i overensstemmelse hermed.

Udover krystallisationsudstyret vil et moderne produktionsanlæg til margarine og relaterede produkter typisk omfatte forskellige tanke til opbevaring af olie samt til fremstilling af emulgator, vandfase og emulsion; størrelsen og antallet af tanke beregnes ud fra anlæggets kapacitet og produktporteføljen. Anlægget omfatter også en pasteuriseringsenhed og et omsmelteanlæg. Således kan fremstillingsprocessen generelt opdeles i følgende delprocesser (se venligst diagram 1):

FORBEREDELSE AF VANDFASEN OG FEDTFASEN (ZONE 1)

Vandfasen tilberedes ofte batchvis i vandfasetanken. Vandet skal være af god drikkekvalitet. Hvis drikkevandets kvalitet ikke kan garanteres, kan vandet forbehandles ved hjælp af f.eks. et UV- eller filtersystem.

Udover vandet kan vandfasen bestå af salt eller lage, mælkeproteiner (bordmargarine og fedtfattige smørbare stoffer), sukker (butterdej), stabilisatorer (fedtreduceret og fedtfattigt smørbart tøj), konserveringsmidler og vandopløselige smagsstoffer.

Hovedingredienserne i fedtfasen, fedtblandingen, består normalt af en blanding af forskellige fedtstoffer og olier. For at opnå margarine med de ønskede egenskaber og funktionaliteter er forholdet mellem fedtstoffer og olier i fedtblandingen afgørende for slutproduktets ydeevne.

De forskellige fedtstoffer og olier, enten som fedtblandinger eller enkeltolier, opbevares i olietanke, der typisk er placeret uden for produktionsanlægget. Disse opbevares ved en stabil opbevaringstemperatur over fedtstoffets smeltepunkt og under omrøring for at undgå fraktionering af fedtstoffet og for at muliggøre nem håndtering.

Udover fedtblandingen består fedtfasen typisk af mindre fedtopløselige ingredienser såsom emulgator, lecithin, smagsstof, farvestof og antioxidanter. Disse mindre ingredienser opløses i fedtblandingen, før vandfasen tilsættes, altså før emulgeringsprocessen.

EMULSIONSFORBEREDELSE (ZONE 2)

 Diagram 1:

1. Forberedelse af vandfasen og fedtfasen (zone 1),

2. Emulsionsforberedelse (zone 2),

3. Pasteurisering (zone 3),

4. Køle-, krystalliserings- og æltningszone (zone 4),

5. Pakning og omsmeltning (zone 5)

Emulsionen fremstilles ved at overføre forskellige olier og fedtstoffer eller fedtblandinger til emulsionstanken. Normalt tilsættes de højtsmeltende fedtstoffer eller fedtblandinger først, efterfulgt af de lavere smeltende fedtstoffer og den flydende olie. For at fuldføre fremstillingen af ​​fedtfasen tilsættes emulgatoren og andre olieopløselige mindre ingredienser til fedtblandingen. Når alle ingredienserne til fedtfasen er blevet blandet korrekt, tilsættes vandfasen, og emulsionen dannes under intensiv, men kontrolleret blanding.

Forskellige systemer kan bruges til at dosere de forskellige ingredienser til emulsionen, hvoraf to arbejder batchvis:

1. Flowmålersystem
2. Vejetanksystem

Et kontinuerligt in-line emulgeringssystem er en mindre foretrukken, men anvendt løsning i f.eks. højkapacitetslinjer, hvor der er begrænset plads til emulsionstanke. Dette system bruger doseringspumper og masseflowmålere til at styre forholdet mellem de tilsatte faser i en lille emulsionstank.

Ovennævnte systemer kan alle styres fuldautomatisk. Nogle ældre anlæg har dog stadig manuelt styrede emulsionsforberedelsessystemer, men disse er arbejdskrævende og anbefales ikke at installere i dag på grund af de strenge sporbarhedsregler.

Flowmålersystemet er baseret på batchvis emulsionsforberedelse, hvor de forskellige faser og ingredienser måles af masseflowmålere, når de overføres fra de forskellige faseforberedelsestanke til emulsionstanken. Systemets nøjagtighed er +/- 0,3 %. Systemet er kendetegnet ved dets ufølsomhed over for udefrakommende påvirkninger som vibrationer og snavs.

Vejetanksystemet er ligesom flowmålersystemet baseret på batchvis emulsionsforberedelse. Her tilsættes mængderne af ingredienser og faser direkte til emulsionstanken, som er monteret på vejeceller, der styrer de mængder, der tilsættes tanken.

Typisk anvendes et to-tanks system til at fremstille emulsionen for at kunne køre krystallisationslinjen kontinuerligt. Hver tank fungerer som en forberedelses- og buffertank (emulsionstank), således at krystallisationslinjen vil blive forsynet fra den ene tank, mens en ny batch vil blive fremstillet i den anden, og omvendt. Dette kaldes flip-flop-systemet.

En opløsning, hvor emulsionen fremstilles i én tank, og når den er klar, overføres til en buffertank, hvorfra krystallisationslinjen tilføres, er også en mulighed. Dette system kaldes præmix/buffersystemet.

PASTEURISERING (ZONE 3)

Fra buffertanken pumpes emulsionen normalt kontinuerligt gennem enten en pladevarmeveksler (PHE) eller en lavtryksskrabevarmeveksler (SSHE) eller en højtryks-SSHE til pasteurisering, inden den kommer ind i krystallisationslinjen.

Til produkter med fuld fedtindhold anvendes typisk en PHE. Til versioner med lavere fedtindhold, hvor emulsionen forventes at udvise en relativt høj viskositet, og til varmefølsomme emulsioner (f.eks. emulsioner med højt proteinindhold), anbefales SPX-systemet som en lavtryksopløsning eller SPX-PLUS som en højtryksopløsning.

Pasteuriseringsprocessen har flere fordele. Den sikrer hæmning af bakterievækst og vækst af andre mikroorganismer, hvilket forbedrer emulsionens mikrobiologiske stabilitet. Pasteurisering af vandfasen alene er en mulighed, men pasteurisering af den komplette emulsion foretrækkes, da pasteuriseringsprocessen af ​​emulsionen vil minimere opholdstiden fra pasteuriseret produkt til påfyldning eller pakning af slutproduktet. Produktet behandles også i en inline-proces fra pasteurisering til påfyldning eller pakning af slutproduktet, og pasteurisering af eventuelt efterbearbejdningsmateriale sikres, når den komplette emulsion er pasteuriseret.

Derudover sikrer pasteurisering af den komplette emulsion, at emulsionen tilføres krystallisationslinjen ved en konstant temperatur, hvilket opnår konstante procesparametre, produkttemperaturer og produkttekstur. Derudover forhindres forekomsten af ​​prækrystalliseret emulsion, der tilføres krystallisationsudstyret, når emulsionen er korrekt pasteuriseret og tilføres højtrykspumpen ved en temperatur, der er 5-10 °C højere end fedtfasens smeltepunkt.

En typisk pasteuriseringsproces vil efter fremstilling af emulsionen ved 45-55°C omfatte en opvarmnings- og holdesekvens af emulsionen ved 75-85°C i 16 sekunder og efterfølgende en afkølingsproces til en temperatur på 45-55°C. Sluttemperaturen afhænger af fedtfasens smeltepunkt: jo højere smeltepunkt, desto højere temperatur.

KØLING, KRYSTALLISERING OG ÆLTNING (ZONE 4)

 Emulsionen pumpes til krystallisationslinjen ved hjælp af en højtryksstempelpumpe (HPP). Krystallisationslinjen til produktion af margarine og relaterede produkter består typisk af en højtryks-SSHE, der køles af ammoniak- eller freon-kølemedier. Pin-rotormaskine(r) og/eller mellemkrystallisatorer er ofte inkluderet i linjen for at tilføje ekstra ælteintensitet og tid til produktionen af ​​plastprodukter. Et hvilerør er det sidste trin i krystallisationslinjen og er kun inkluderet, hvis produktet er pakket.

Hjertet i krystallisationslinjen er højtryks-SSHE'en, hvor den varme emulsion superkøles og krystalliseres på den indre overflade af kølerøret. Emulsionen skrabes effektivt af de roterende skrabere, hvorved emulsionen afkøles og æltes samtidigt. Når fedtet i emulsionen krystalliserer, danner fedtkrystallerne et tredimensionelt netværk, der omslutter vanddråberne og den flydende olie, hvilket resulterer i produkter med egenskaber af plastisk halvfast natur.

Afhængigt af den type produkt, der skal fremstilles, og den type fedtstoffer, der anvendes til det specifikke produkt, kan konfigurationen af ​​krystallisationslinjen (dvs. rækkefølgen af ​​kølerørene og pinrotormaskinerne) justeres for at give den optimale konfiguration for det specifikke produkt.

Da krystallisationslinjen normalt fremstiller mere end ét specifikt fedtprodukt, består SSHE'en ofte af to eller flere kølesektioner eller kølerør for at opfylde kravene til en fleksibel krystallisationslinje. Ved produktion af forskellige krystalliserede fedtprodukter af forskellige fedtblandinger er fleksibilitet nødvendig, da blandingernes krystallisationsegenskaber kan variere fra blanding til blanding.

Krystallisationsprocessen, forarbejdningsbetingelserne og forarbejdningsparametrene har stor indflydelse på egenskaberne af de endelige margarine- og smøreprodukter. Ved design af en krystallisationslinje er det vigtigt at identificere egenskaberne ved de produkter, der planlægges at blive fremstillet på linjen. For at sikre investeringen i fremtiden er linjens fleksibilitet samt individuelt kontrollerbare forarbejdningsparametre nødvendige, da udvalget af interessante produkter kan ændre sig med tiden, såvel som råmaterialerne.

Linjens kapacitet bestemmes af den køleflade, der er tilgængelig for SSHE'en. Maskiner i forskellige størrelser er tilgængelige, lige fra linjer med lav til høj kapacitet. Der er også forskellige grader af fleksibilitet, fra udstyr med enkelt rør til linjer med flere rør, hvilket giver meget fleksible proceslinjer.

Efter produktet er afkølet i SSHE'en, kommer det ind i pinrotormaskinen og/eller mellemkrystallisatorer, hvor det æltes i en vis periode og med en vis intensitet for at fremme det tredimensionelle netværk, som på makroskopisk niveau er den plastiske struktur. Hvis produktet er beregnet til at blive distribueret som et indpakket produkt, vil det komme ind i SSHE'en igen, før det sætter sig i hvilerøret inden indpakning. Hvis produktet fyldes i kopper, er der ikke inkluderet noget hvilerør i krystallisationslinjen.

PAKNING, PÅFYLDNING OG OMSMELTNING (ZONE 5)

Der findes forskellige pakke- og fyldemaskiner på markedet, og disse vil ikke blive beskrevet i denne artikel. Produktets konsistens er dog meget forskellig, hvis det produceres til at blive pakket eller fyldt. Det er indlysende, at et pakket produkt skal have en fastere tekstur end et fyldt produkt, og hvis denne tekstur ikke er optimal, vil produktet blive omdirigeret til omsmeltningssystemet, smeltet og tilsat buffertanken til genbehandling. Der findes forskellige omsmeltningssystemer, men de mest anvendte systemer er PHE eller lavtryks-SSHE.

AUTOMATISERING

 Margarine, ligesom andre fødevarer, produceres i dag på mange fabrikker under strenge sporbarhedsprocedurer. Disse procedurer, der typisk dækker ingredienserne, produktionen og det endelige produkt, resulterer ikke kun i en forbedret fødevaresikkerhed, men også i en konstant fødevarekvalitet. Sporbarhedskrav kan implementeres i fabrikkens kontrolsystem, og Shiputecs kontrolsystem er designet til at kontrollere, registrere og dokumentere vigtige forhold og parametre vedrørende hele fremstillingsprocessen.

Styresystemet er udstyret med adgangskodebeskyttelse og har historisk datalogning af alle parametre involveret i margarineforarbejdningslinjen, fra opskriftsinformation til evaluering af den endelige produkt. Dataloggingen omfatter højtrykspumpens kapacitet og output (l/time og modtryk), produkttemperaturer (inkl. pasteuriseringsproces) under krystallisation, køletemperaturer (eller kølemedietryk) for SSHE'en, hastigheden på SSHE'en og pinrotormaskinerne samt belastningen af ​​motorer, der kører højtrykspumpen, SSHE'en og pinrotormaskinerne.

Kontrolsystem

Under bearbejdningen sendes der alarmer til operatøren, hvis bearbejdningsparametrene for det specifikke produkt er uden for grænserne. Disse indstilles i opskriftseditoren før produktion. Disse alarmer skal kvitteres manuelt, og der skal foretages handlinger i henhold til procedurerne. Alle alarmer gemmes i et historisk alarmsystem til senere brug. Når produktet forlader produktionslinjen i en passende pakket eller fyldt form, er det, bortset fra produktnavnet, typisk markeret med en dato, et klokkeslæt og et batchidentifikationsnummer til senere sporing. Den komplette historik over alle produktionstrin involveret i fremstillingsprocessen arkiveres således for producentens og slutbrugerens, forbrugerens, sikkerhed.

CIP

CIP-rengøringsanlæg (CIP = cleaning in place) er også en del af et moderne margarineanlæg, da margarineproduktionsanlæg bør rengøres regelmæssigt. For traditionelle margarineprodukter er én gang om ugen et normalt rengøringsinterval. For følsomme produkter som produkter med lavt fedtindhold (højt vandindhold) og/eller højt proteinindhold anbefales dog kortere intervaller mellem CIP'erne.

I princippet anvendes to CIP-systemer: CIP-anlæg, der kun bruger rengøringsmidlet én gang, eller de anbefalede CIP-anlæg, der fungerer via en bufferopløsning af rengøringsmidlet, hvor medier som lud, syre og/eller desinfektionsmidler returneres til de enkelte CIP-lagertanke efter brug. Sidstnævnte proces foretrækkes, da den repræsenterer en miljøvenlig løsning og er en økonomisk løsning med hensyn til forbrug af rengøringsmidler og dermed omkostningerne ved disse.

Hvis der er installeret flere produktionslinjer på én fabrik, er det muligt at oprette parallelle rengøringsbaner eller CIP-satellitsystemer. Dette resulterer i en betydelig reduktion af rengøringstid og energiforbrug. Parametrene for CIP-processen styres automatisk og logges til senere sporing i styresystemet.

AFSLUTTENDE BEMÆRKNINGER

Ved produktion af margarine og relaterede produkter er det vigtigt at huske på, at det ikke kun er ingredienser som de anvendte olier og fedtstoffer eller produktets opskrift, der bestemmer kvaliteten af ​​det endelige produkt, men også anlæggets konfiguration, forarbejdningsparametrene og anlæggets tilstand. Hvis linjen eller udstyret ikke er godt vedligeholdt, er der risiko for, at linjen ikke fungerer effektivt. For at producere produkter af høj kvalitet er et velfungerende anlæg derfor et must, men valget af en fedtblanding med egenskaber, der svarer til produktets endelige anvendelse, er også vigtigt, såvel som en korrekt konfiguration og valg af anlæggets forarbejdningsparametre. Sidst men ikke mindst skal det endelige produkt temperaturbehandles i henhold til den endelige anvendelse.