Teknologi for margarinproduksjon

SAMMENDRAG

Dagens matvarebedrifter er som andre produksjonsbedrifter, og fokuserer ikke bare på påliteligheten og kvaliteten på matforedlingsutstyret, men også på ulike tjenester som leverandøren av prosesseringsutstyret kan levere. Bortsett fra de effektive prosesseringslinjene vi leverer, kan vi være en partner fra den første idé- eller prosjektfasen til den endelige idriftsettelsesfasen, for ikke å glemme den viktige ettermarkedsservicen.

Shiputec har mer enn 20 års erfaring innen næringsmiddelforedling og emballasjeindustrien.

INTRODUKSJON TIL VÅR TEKNOLOGI

VISJON OG ENGASJEMENT

Shiputec-segmentet designer, produserer og markedsfører prosessteknikk- og automatiseringsløsninger til meieri-, næringsmiddel-, drikkevare-, marin-, farmasøytisk og personlig pleieindustrien gjennom sin globale virksomhet.

Vi er forpliktet til å hjelpe våre kunder over hele verden med å forbedre ytelsen og lønnsomheten til 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 anlegget sitt gjennom hele levetiden, med støttetjenester skreddersydd til deres individuelle behov gjennom et koordinert kundeservice- og reservedelsnettverk.

KUNDEFOKUS

Shiputec utvikler, produserer og installerer moderne, høyeffektive og pålitelige prosesseringslinjer for næringsmiddelindustrien. For produksjon av krystalliserte fettprodukter som margarin, smør, smørbare produkter og matfett tilbyr Shiputec løsninger som også omfatter prosesslinjer for emulgerte matvarer 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 der vannfasen er fint dispergert som dråper i den kontinuerlige fettfasen. Avhengig av produktets anvendelse velges fettfasens sammensetning og produksjonsprosessen deretter.

Bortsett fra krystalliseringsutstyret, vil et moderne produksjonsanlegg for margarin og relaterte produkter vanligvis omfatte diverse tanker for oljelagring samt for emulgator-, vannfase- og emulsjonsfremstilling. Størrelsen og antallet tanker beregnes basert på anleggets kapasitet og produktporteføljen. Anlegget inkluderer også en pasteuriseringsenhet og et omsmelteanlegg. Dermed kan produksjonsprosessen generelt deles inn i følgende delprosesser (se diagram 1):

TILBEREDNING AV VANNFASEN OG FETTFASEN (SONE 1)

Vannfasen tilberedes ofte batchvis i vannfasetanken. Vannet bør ha god drikkekvalitet. Hvis drikkevannskvaliteten ikke kan garanteres, kan vannet forbehandles ved hjelp av f.eks. UV- eller filtersystem.

Bortsett fra vannet kan vannfasen bestå av salt eller saltlake, melkeproteiner (bordmargarin og magre pålegg), sukker (butterdeig), stabilisatorer (redusert og magert pålegg), konserveringsmidler og vannløselige smakstilsetninger.

Hovedingrediensene i fettfasen, fettblandingen, består vanligvis av en blanding av forskjellige fettstoffer og oljer. For å oppnå margarin med de ønskede egenskapene og funksjonalitetene, er forholdet mellom fett og olje i fettblandingen avgjørende for sluttproduktets ytelse.

De forskjellige fettstoffene og oljene, enten som fettblandinger eller enkeltoljer, lagres i oljetanker som vanligvis plasseres utenfor produksjonsanlegget. Disse oppbevares ved stabil lagringstemperatur over fettets smeltepunkt og under omrøring for å unngå fraksjonering av fettet og for å muliggjøre enkel håndtering.

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

EMULSJONSFORBEREDELSE (SONE 2)

 Diagram 1:

1. Tilberedning av vannfasen og fettfasen (sone 1),

2. Emulsjonsforberedelse (sone 2),

3. Pasteurisering (sone 3),

4. Kjøle-, krystalliserings- og eltingsone (sone 4),

5. Pakking og omsmelting (sone 5)

Emulsjonen fremstilles ved å overføre forskjellige oljer og fett eller fettblandinger til emulsjonstanken. Vanligvis tilsettes de høytsmeltende fettstoffene eller fettblandingene først, etterfulgt av de laveresmeltende fettstoffene 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 blandet ordentlig, tilsettes vannfasen, og emulsjonen lages under intensiv, men kontrollert blanding.

Ulike systemer kan brukes til å dosere de ulike ingrediensene i emulsjonen, hvorav to arbeider batchvis:

1. Strømningsmålersystem
2. Veietanksystem

Et kontinuerlig inline-emulgeringssystem er en mindre foretrukket, men brukt løsning i f.eks. høykapasitetslinjer der det er begrenset plass til emulsjonstanker. Dette systemet bruker doseringspumper og massestrømningsmålere 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 styrte 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 karakterisert ved sin ufølsomhet for ytre påvirkninger som vibrasjoner og smuss.

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

Vanligvis brukes et to-tanks system for å fremstille emulsjonen for å kunne kjøre krystalliseringslinjen kontinuerlig. Hver tank fungerer som en forberedelses- og buffertank (emulsjonstank), slik at krystalliseringslinjen mates fra én tank mens en ny batch fremstilles i den andre, og omvendt. Dette kalles flip-flop-systemet.

En løsning der emulsjonen tilberedes i én tank, og når den er klar overføres til en buffertank hvorfra krystalliseringslinjen mates, er også et alternativ. 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 produkter med full fettinnhold brukes vanligvis en PHE. For versjoner med lavere fettinnhold der 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. Den sikrer hemming 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 sikres når hele emulsjonen er pasteurisert.

I tillegg sikrer pasteurisering av den komplette emulsjonen at emulsjonen føres til krystalliseringslinjen ved en konstant temperatur, noe som oppnår konstante prosesseringsparametere, produkttemperaturer og produkttekstur. I tillegg forhindres forekomst av forkrystallisert emulsjon som føres til krystalliseringsutstyret når emulsjonen er riktig pasteurisert og føres 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 sekunder, og deretter en avkjølingsprosess til en temperatur på 45–55 °C. Slutttemperaturen avhenger av smeltepunktet til fettfasen: jo høyere smeltepunkt, desto høyere temperatur.

KJØLING, KRYSTALLISERING OG ELING (SONE 4)

 Emulsjonen pumpes til krystalliseringslinjen ved hjelp av en høytrykksstempelpumpe (HPP). Krystalliseringslinjen for produksjon av margarin og relaterte produkter består vanligvis av en høytrykks SSHE som kjøles av ammoniakk eller freon-type kjølemedier. Pinnerotormaskin(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-en, hvor den varme emulsjonen superkjøles og krystalliseres på den indre overflaten av kjølerøret. Emulsjonen skrapes effektivt av de roterende skrapene, slik at emulsjonen kjøles ned og knaes 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 hvilken type produkt som skal produseres og hvilken type fett som brukes til det bestemte produktet, kan konfigurasjonen av krystalliseringslinjen (dvs. rekkefølgen på kjølerørene og pinnerotormaskinene) justeres for å gi den optimale konfigurasjonen for det bestemte produktet.

Siden krystalliseringslinjen vanligvis produserer mer enn ett spesifikt fettprodukt, består SSHE-en 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 det behov for fleksibilitet, siden krystalliseringsegenskapene til blandingene kan variere fra blanding til blanding.

Krystalliseringsprosessen, prosesseringsbetingelsene og prosesseringsparametrene har stor innflytelse på egenskapene til de endelige margarin- og smøreproduktene. Når man designer en krystalliseringslinje, er det viktig å identifisere egenskapene til produktene som planlegges produsert på linjen. For å sikre investeringen for fremtiden er det nødvendig med fleksibilitet i linjen samt individuelt kontrollerbare prosesseringsparametre, siden utvalget av interessante produkter kan endre seg over tid, samt råmaterialene.

Linjens kapasitet bestemmes av kjøleflaten som er tilgjengelig for SSHE-en. Maskiner i forskjellige størrelser er tilgjengelige, fra linjer med lav til høy kapasitet. Ulike grader av fleksibilitet er også tilgjengelig, fra utstyr med ett rør til linjer med flere rør, og dermed svært fleksible prosesseringslinjer.

Etter at produktet er avkjølt i SSHE-en, går det inn i pinnerotormaskinen og/eller mellomkrystallisatorer hvor det eltes i en viss tidsperiode og med en viss intensitet for å fremme det tredimensjonale nettverket, som på makroskopisk nivå er den plastiske strukturen. Hvis produktet er ment å distribueres som et innpakket produkt, vil det gå inn i SSHE-en igjen før det legger seg i hvilerøret før innpakning. Hvis produktet fylles i kopper, er det ikke inkludert noe hvilerør i krystalliseringslinjen.

PAKKING, FYLLING OG OMSMELTING (SONE 5)

Ulike pakke- og fyllemaskiner er tilgjengelige på markedet og vil ikke bli beskrevet i denne artikkelen. Produktets konsistens er imidlertid svært forskjellig hvis det produseres 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 omdirigert til omsmeltesystemet, smeltet og tilsatt buffertanken for ny prosessering. Ulike omsmeltesystemer 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 forbedret mattrygghet, men også i en konstant matkvalitet. Sporbarhetskrav kan implementeres i fabrikkens kontrollsystem, og Shiputecs kontrollsystem er utformet for å kontrollere, registrere og dokumentere viktige forhold og parametere angående hele produksjonsprosessen.

Kontrollsystemet er utstyrt med passordbeskyttelse og har historisk datalogging av alle parametere involvert i margarinprosesseringslinjen, fra oppskriftsinformasjon til evaluering av det endelige produktet. Dataloggingen inkluderer kapasitet og ytelse fra høytrykkspumpen (l/time og mottrykk), produkttemperaturer (inkl. pasteuriseringsprosess) under krystallisering, kjøletemperaturer (eller kjølemedietrykk) til SSHE-en, hastigheten på SSHE-en og pinnerotormaskinene, samt belastningen på motorene som kjører høytrykkspumpen, SSHE-en og pinnerotormaskinene.

Kontrollsystem

Under behandlingen vil alarmer bli sendt til operatøren hvis behandlingsparametrene for det spesifikke produktet er utenfor grensene. Disse angis i oppskriftsredigereren før produksjon. Disse alarmene må kvitteres manuelt, og handlinger i henhold til prosedyrer må iverksettes. Alle alarmer lagres i et historisk alarmsystem for senere visning. Når produktet forlater produksjonslinjen i en passende pakket eller fylt form, er det, bortsett fra produktnavnet, vanligvis merket med dato, klokkeslett og batchidentifikasjonsnummer for senere sporing. Den komplette historikken til alle produksjonstrinn involvert i produksjonsprosessen lagres dermed for produsentens og sluttbrukerens, forbrukerens, sikkerhet.

CIP

CIP-rengjøringsanlegg (CIP = cleaning in place) er også en del av et moderne margarinanlegg, siden margarinproduksjonsanlegg bør rengjøres regelmessig. For tradisjonelle margarinprodukter er én gang i uken et normalt rengjøringsintervall. For sensitive produkter som produkter med lavt fettinnhold (høyt vanninnhold) og/eller høyt proteininnhold, anbefales imidlertid kortere intervaller mellom CIP-ene.

I prinsippet brukes to CIP-systemer: CIP-anlegg som bare bruker rengjøringsmediet én gang, eller de anbefalte CIP-anleggene som opererer via en bufferløsning av rengjøringsmediet, hvor medier som lut, syre og/eller desinfeksjonsmidler returneres til de enkelte CIP-lagringstankene etter bruk. Sistnevnte prosess er foretrukket siden den representerer en miljøvennlig løsning og er en økonomisk løsning med tanke på forbruk av rengjøringsmidler og dermed kostnadene for disse.

Dersom flere produksjonslinjer er installert i én fabrikk, er det mulig å sette opp parallelle rengjøringsbaner eller CIP-satellittsystemer. Dette resulterer i en betydelig reduksjon i rengjøringstid og energiforbruk. Parametrene i CIP-prosessen kontrolleres automatisk og logges for senere sporing i kontrollsystemet.

AVSLUTTENDE MERKNADER

Når man produserer margarin og relaterte produkter, er det viktig å huske på at det ikke bare er ingrediensene som oljer og fett som brukes eller oppskriften på produktet som bestemmer kvaliteten på sluttproduktet, men også konfigurasjonen av anlegget, prosesseringsparametrene og anleggets tilstand. Hvis linjen eller utstyret ikke er godt vedlikeholdt, er det en risiko for at linjen ikke yter effektivt. For å produsere produkter av høy kvalitet er derfor et velfungerende anlegg et must, men valget av fettblanding med egenskaper som samsvarer med produktets endelige bruk er også viktig, samt riktig konfigurasjon og valg av prosesseringsparametre for anlegget. Sist, men ikke minst, må sluttproduktet temperaturbehandles i henhold til endelig bruk.