Margarinproduksjonsteknologi

Margarinproduksjonsteknologi

SAMMENDRAG

Matbedrifter i dag fokuserer som andre produksjonsbedrifter ikke bare på påliteligheten og kvaliteten til matforedlingsutstyret, men også på ulike tjenester som leverandøren av prosessutstyret kan levere. Bortsett fra de effektive prosesslinjene vi leverer, kan vi være en partner fra den første idé- eller prosjektfasen til den siste idriftsettelsesfasen, for ikke å glemme den viktige ettermarkedstjenesten.

Shiputec har mer enn 20 års erfaring fra næringsmiddelindustrien og emballasjeindustrien.

INTRODUKSJON TIL VÅR TEKNOLOGI

VISJON OG ENGASJEMENT

Shiputec-segmentet designer, produserer og markedsfører prosessteknikk og automasjonsløsninger til meieri-, mat-, drikke-, marine-, farmasøytisk og personlig pleieindustrien gjennom sine globale virksomheter.

Vi er forpliktet til å hjelpe våre kunder over hele verden med å forbedre ytelsen og lønnsomheten til deres produksjonsanlegg og prosesser. Vi oppnår dette ved å tilby et bredt spekter av produkter og løsninger fra konstruerte komponenter til design av komplette prosessanlegg støttet av verdensledende applikasjoner og utviklingsekspertise.

Vi fortsetter å hjelpe kundene våre med å optimalisere ytelsen og lønnsomheten til deres anlegg gjennom hele levetiden med støttetjenester tilpasset deres individuelle behov gjennom et koordinert kundeservice- og reservedelsnettverk.

KUNDEFOKUS

Shiputec utvikler, produserer og installerer moderne, høyeffektive og pålitelige prosesslinjer for næringsmiddelindustrien. For produksjon av krystalliserte fettprodukter som margarin, smør, pålegg og matfett tilbyr Shiputec løsninger som også omfatter prosesslinjer for emulgerte matprodukter som majones, sauser og dressinger.

MARGARINPRODUKSJON

Margarin og relaterte produkter inneholder en vannfase og en fettfase og kan dermed karakteriseres som vann-i-olje (W/O) emulsjoner hvor vannfasen er fint dispergert som dråper i den kontinuerlige fettfasen. Avhengig av bruken av produktet, velges sammensetningen av fettfasen og produksjonsprosessen deretter.

Bortsett fra krystalliseringsutstyret, vil et moderne produksjonsanlegg for margarin og relaterte produkter typisk omfatte ulike tanker for oljelagring samt for emulgeringsmiddel, vannfase og emulsjonsfremstilling; størrelse og antall tanker beregnes ut fra kapasiteten til anlegget og produktporteføljen. Anlegget omfatter også en pasteuriseringsenhet og et omsmeltingsanlegg. Dermed kan produksjonsprosessen generelt deles inn i følgende delprosesser (se diagram 1):

FORBEREDELSE AV VANNFASEN OG FETTFASEN (SONE 1)

Vannfasen tilberedes ofte batchvis i vannfasetanken. Vannet skal være av god drikkekvalitet. Hvis drikkevann ikke kan garanteres, kan vannet forbehandling ved hjelp av f.eks. UV- eller filtersystem.

Utenom vannet kan vannfasen bestå av salt eller saltlake, melkeproteiner (bordsmargarin og pålegg med lavt fettinnhold), sukker (butterdeig), stabilisatorer (pålegg med redusert og lite fett), konserveringsmidler og vannløselige smaksstoffer.

Hovedingrediensene i fettfasen, fettblandingen, består normalt av en blanding av forskjellige fettstoffer og oljer. For å oppnå margarin med ønskede egenskaper og funksjonalitet, er forholdet mellom fett og olje i fettblandingen avgjørende for ytelsen til sluttproduktet.

De ulike fettene og oljene, enten som fettblanding eller enkeltoljer, lagres i oljelagringstanker som vanligvis er plassert utenfor produksjonsanlegget. Disse holdes ved stabil lagringstemperatur over fettets smeltepunkt og under omrøring for å unngå fraksjonering av fettet og for å tillate enkel håndtering.

Bortsett fra fettblandingen, består fettfasen typisk av mindre fettløselige ingredienser som emulgator, lecitin, smak, farge og antioksidanter. Disse mindre ingrediensene løses opp i fettblandingen før vannfasen tilsettes, altså før emulgeringsprosessen.

FORBEREDELSE AV EMULSJON ( SONE 2 )

Emulsjonen fremstilles ved å overføre ulike oljer og fett eller fettblandinger til emulsjonstanken. Vanligvis tilsettes de høytsmeltende fettene eller fettblandingene først, etterfulgt av de lavtsmeltende fettene og den flytende oljen. For å fullføre fremstillingen av fettfasen tilsettes emulgatoren og andre oljeløselige mindre ingredienser til fettblandingen. Når alle ingrediensene til fettfasen er skikkelig blandet, tilsettes vannfasen og emulsjonen lages under intensiv men kontrollert blanding.

Ulike systemer kan brukes for å måle de ulike ingrediensene for emulsjonen, hvorav to fungerer batchvis:

Flowmålersystem

Veietanksystem

Et kontinuerlig in-line emulgeringssystem er en mindre foretrukket, men brukt løsning i f.eks. høykapasitetslinjer hvor begrenset plass til emulsjonstanker er tilgjengelig. Dette systemet bruker doseringspumper og massestrømsmålere for å kontrollere forholdet mellom de tilsatte fasene i en liten emulsjonstank.

De ovennevnte systemene kan alle styres helautomatisk. Noen eldre anlegg har imidlertid fortsatt manuelt kontrollerte emulsjonsforberedelsessystemer, men disse er arbeidskrevende og anbefales ikke å installere i dag på grunn av de strenge sporbarhetsreglene.

Strømningsmålersystemet er basert på batchvis emulsjonspreparering der de ulike fasene og ingrediensene måles med massestrømningsmålere når de overføres fra de ulike faseprepareringstankene til emulsjonstanken. Nøyaktigheten til dette systemet er +/-0,3 %. Dette systemet er preget av dets ufølsomhet for påvirkninger fra utsiden som vibrasjoner og skitt.

Veietanksystemet er som strømningsmålersystemet basert på batchvis emulsjonsforberedelse. Her tilsettes mengdene av ingredienser og faser direkte til emulsjonstanken som er montert på veieceller som kontrollerer mengdene som tilsettes tanken.

Typisk brukes et to-tank system for å fremstille emulsjonen for å kunne kjøre krystalliseringslinjen kontinuerlig. Hver tank fungerer som en forberedelses- og buffertank (emulsjonstank), og dermed vil krystalliseringslinjen mates fra den ene tanken mens en ny batch klargjøres i den andre og omvendt. Dette kalles flip-flop-systemet.

En løsning hvor emulsjonen tilberedes i en tank og når den er klar overføres til en buffertank hvorfra krystalliseringslinjen mates er også en mulighet. Dette systemet kalles premix/buffer-systemet.

PASTEURISERING ( SONE 3 )

Fra buffertanken pumpes emulsjonen normalt kontinuerlig gjennom enten en platevarmeveksler (PHE) eller en lavtrykksskrapet overflatevarmeveksler (SSHE), eller høytrykks SSHE for pasteurisering før den går inn i krystalliseringslinjen.

For fullfettprodukter brukes vanligvis en PHE. For versjoner med lavere fettinnhold hvor emulsjonen forventes å ha en relativt høy viskositet og for varmefølsomme emulsjoner (f.eks. emulsjoner med høyt proteininnhold) anbefales SPX-systemet som lavtrykksløsning eller SPX-PLUS som høytrykksløsning.

Pasteuriseringsprosessen har flere fordeler. Det sikrer inhibering av bakterievekst og vekst av andre mikroorganismer, og forbedrer dermed emulsjonens mikrobiologiske stabilitet. Pasteurisering av kun vannfasen er en mulighet, men pasteurisering av hele emulsjonen er foretrukket siden pasteuriseringsprosessen av emulsjonen vil minimere oppholdstiden fra pasteurisert produkt til fylling eller pakking av sluttproduktet. Produktet behandles også i en in-line prosess fra pasteurisering til fylling eller pakking av sluttproduktet, og pasteurisering av eventuelt omarbeidingsmateriale er sikret når hele emulsjonen er pasteurisert.

I tillegg sikrer pasteurisering av hele emulsjonen at emulsjonen mates til krystalliseringslinjen ved en konstant temperatur som oppnår konstante prosessparametere, produkttemperaturer og produkttekstur. I tillegg forhindres forekomst av pre-krystallisert emulsjon tilført til krystalliseringsutstyret når emulsjonen er riktig pasteurisert og matet til høytrykkspumpen ved en temperatur 5-10°C høyere enn smeltepunktet til fettfasen.

En typisk pasteuriseringsprosess vil etter fremstilling av emulsjonen ved 45-55°C inkludere en oppvarmings- og holdesekvens av emulsjonen ved 75-85°C i 16 sek. og deretter en avkjølingsprosess til en temperatur på 45-55°C. Slutttemperaturen avhenger av fettfasens smeltepunkt: jo høyere smeltepunkt, jo høyere temperatur.

KJØLING, KRYSTALLISERING OG ELNING (SONE 4)

 

Emulsjonen pumpes til krystalliseringsledningen ved hjelp av en høytrykksstempelpumpe (HPP). Krystalliseringslinjen for produksjon av margarin og relaterte produkter består typisk av en høytrykks SSHE som avkjøles med kjølemedier av ammoniakk eller Freon-typen. Pinrotormaskin(er) og/eller mellomkrystallisatorer er ofte inkludert i linjen for å legge til ekstra elteintensitet og tid for produksjon av plastprodukter. Et hvilerør er det siste trinnet i krystalliseringslinjen og er kun inkludert hvis produktet er pakket.

Hjertet i krystalliseringslinjen er høytrykks SSHE, som den varme emulsjonen er superkjølt og krystallisert på den indre overflaten av kjølerøret. Emulsjonen skrapes effektivt av av de roterende skraperne, slik at emulsjonen avkjøles og eltes samtidig. Når fettet i emulsjonen krystalliserer, danner fettkrystallene et tredimensjonalt nettverk som fanger vanndråpene og den flytende oljen, noe som resulterer i produkter med egenskaper av plastisk halvfast natur.

Avhengig av typen produkt som skal produseres og typen fett som brukes for det aktuelle produktet, kan konfigurasjonen av krystalliseringslinjen (dvs. rekkefølgen på kjølerørene og pin-rotormaskinene) justeres for å gi den optimale konfigurasjonen for bestemt produkt.

Siden krystalliseringslinjen vanligvis produserer mer enn ett spesifikt fettprodukt, består SSHE ofte av to eller flere kjøleseksjoner eller kjølerør for å oppfylle kravene til en fleksibel krystalliseringslinje. Når man produserer forskjellige krystalliserte fettprodukter av forskjellige fettblandinger, er fleksibilitet nødvendig siden krystalliseringsegenskapene til blandingene kan variere fra en blanding til en annen.

Krystalliseringsprosessen, prosessbetingelsene og prosessparameterne har stor innflytelse på egenskapene til de endelige margarin- og smøreproduktene. Når du designer en krystalliseringslinje, er det viktig å identifisere egenskapene til produktene som planlegges produsert på linjen. For å sikre investeringen for fremtiden er fleksibiliteten til linjen så vel som individuelt kontrollerbare prosessparametere nødvendig, siden utvalget av produkter av interesse kan endre seg med tiden, så vel som råvarer.

Kapasiteten til ledningen bestemmes av den tilgjengelige kjøleoverflaten til SSHE. Maskiner i forskjellige størrelser er tilgjengelige, alt fra linjer med lav til høy kapasitet. Også ulike grader av fleksibilitet er tilgjengelig fra enkeltrørsutstyr til flere rørlinjer, og dermed svært fleksible prosesseringslinjer.

Etter at produktet er avkjølt i SSHE, går det inn i pinrotormaskinen og/eller mellomkrystallisatorene der det eltes i en viss tidsperiode og med en viss intensitet for å bidra til å fremme det tredimensjonale nettverket, som på det makroskopiske nivået er plaststrukturen. Hvis produktet er ment å distribueres som et innpakket produkt, vil det gå inn i SSHE igjen før det legger seg i hvilerøret før innpakning. Hvis produktet fylles i kopper, er ingen hvilerør inkludert i krystalliseringslinjen.

PAKKING, FYLLING OG OMMELTING (SONE 5)

Ulike pakke- og fyllemaskiner er tilgjengelige på markedet og vil ikke bli beskrevet i denne artikkelen. Produktets konsistens er imidlertid svært forskjellig om det er produsert for å pakkes eller fylles. Det er åpenbart at et pakket produkt må ha en fastere tekstur enn et fylt produkt, og hvis denne teksturen ikke er optimal, vil produktet bli avledet til omsmeltesystemet, smeltet og tilsatt buffertanken for reprosessering. Ulike omsmeltingssystemer er tilgjengelige, men de mest brukte systemene er PHE eller lavtrykks SSHE.

AUTOMASJON

 

Margarin, som andre matvarer, produseres i mange fabrikker i dag under strenge sporbarhetsprosedyrer. Disse prosedyrene som vanligvis dekker ingrediensene, produksjonen og sluttproduktet resulterer ikke bare i økt matsikkerhet, men også i en konstant matkvalitet. Sporbarhetskrav kan implementeres i kontrollsystemet til fabrikken, og Shiputecs kontrollsystem er designet for å kontrollere, registrere og dokumentere viktige forhold og parametere knyttet til hele produksjonsprosessen.

Kontrollsystemet er utstyrt med passordbeskyttelse og har historisk datalogging av alle parametere involvert i margarinbehandlingslinjen fra oppskriftsinformasjon til endelig produktevaluering. Dataloggingen inkluderer kapasiteten og ytelsen til høytrykkspumpen (l/time og mottrykk), produkttemperaturer (inkl. pasteuriseringsprosess) under krystallisering, kjøletemperaturer (eller kjølemedietrykk) til SSHE, hastighet på SSHE og stiftrotormaskinene samt belastning av motorer som kjører høytrykkspumpen, SSHE og stiftrotormaskinene.

Kontrollsystem

Under behandlingen vil det bli sendt alarmer til operatøren hvis behandlingsparametrene for det spesifikke produktet er utenfor grensene; disse settes i oppskriftseditoren før produksjon. Disse alarmene må bekreftes manuelt og handlinger i henhold til prosedyrer må iverksettes. Alle alarmer er lagret i et historisk alarmsystem for senere visning. Når produktet forlater produksjonslinjen i en passende pakket eller fylt form, er det bortsett fra produktnavnet typisk merket med dato, klokkeslett og partiidentifikasjonsnummer for senere sporing. Den fullstendige historikken for alle produksjonstrinnene som er involvert i produksjonsprosessen er dermed arkivert for sikkerheten til produsenten og sluttbrukeren, forbrukeren.

CIP

CIP renseanlegg (CIP = cleaning in place) er også en del av et moderne margarinanlegg siden margarinproduksjonsanlegg bør rengjøres med jevne mellomrom. For tradisjonelle margarinprodukter er en gang i uken et normalt rengjøringsintervall. For sensitive produkter som lavt fett (høyt vanninnhold) og/eller høyproteinholdige produkter, anbefales det imidlertid kortere intervaller mellom CIP.

I prinsippet benyttes to CIP-systemer: CIP-anlegg som kun bruker rensemediet én gang eller anbefalte CIP-anlegg som opererer via en bufferløsning av rensemediet hvor medier som lut, syre og/eller desinfeksjonsmidler returneres til den enkelte CIP. lagertanker etter bruk. Sistnevnte fremgangsmåte er foretrukket siden den representerer en miljøvennlig løsning og det er en økonomisk løsning med hensyn til forbruk av rengjøringsmidler og dermed kostnadene ved disse.

Dersom flere produksjonslinjer er installert i en fabrikk, er det mulig å sette opp parallelle rensespor eller CIP-satellittsystemer. Dette resulterer i en betydelig reduksjon i rengjøringstid og energiforbruk. Parametrene til CIP-prosessen blir automatisk kontrollert og logget for senere sporing i kontrollsystemet.

AVSLUTTENDE KOMMENTARER

Når du produserer margarin og relaterte produkter, er det viktig å huske på at det ikke bare er ingrediensene som oljene og fettene som brukes eller oppskriften til produktet som bestemmer kvaliteten på sluttproduktet, men også konfigurasjonen til planten. prosessparametere og tilstanden til anlegget. Hvis linjen eller utstyret ikke er godt vedlikeholdt, er det en risiko for at linjen ikke fungerer effektivt. Derfor, for å produsere produkter av høy kvalitet, er et velfungerende anlegg et must, men valget av fettblanding med egenskaper som tilsvarer den endelige påføringen av produktet er også viktig, samt en korrekt konfigurasjon og valg av prosessparametere for anlegget. Sist men ikke minst må sluttproduktet temperaturbehandles i henhold til endelig bruk.