Margarineproductietechnologie

Margarineproductietechnologie

SAMENVATTING

Voedingsmiddelenbedrijven richten zich tegenwoordig, net als andere productiebedrijven, niet alleen op de betrouwbaarheid en kwaliteit van hun voedselverwerkende apparatuur, maar ook op de diverse diensten die de leverancier van die apparatuur kan leveren. Naast de efficiënte verwerkingslijnen die we leveren, kunnen we een partner zijn vanaf het eerste idee of de projectfase tot en met de uiteindelijke ingebruikname, en niet te vergeten de belangrijke aftermarketservice.

Shiputec heeft meer dan 20 jaar ervaring in de voedselverwerkings- en verpakkingsindustrie.

INLEIDING TOT ONZE TECHNOLOGIE

VISIE EN BETROKKENHEID

Het segment Shiputec ontwerpt, produceert en verkoopt procestechnische en automatiseringsoplossingen voor de zuivel-, voedingsmiddelen-, dranken-, maritieme, farmaceutische en persoonlijke verzorgingsindustrie via wereldwijde activiteiten.

Wij zetten ons in om onze klanten wereldwijd te helpen de prestaties en winstgevendheid van hun productiefaciliteiten en -processen te verbeteren. We bereiken dit door een breed scala aan producten en oplossingen aan te bieden, van technische componenten tot het ontwerp van complete procesinstallaties, ondersteund door toonaangevende applicatie- en ontwikkelingsexpertise.

Wij helpen onze klanten voortdurend om de prestaties en winstgevendheid van hun installatie gedurende de gehele levensduur te optimaliseren met ondersteunende diensten die zijn afgestemd op hun individuele behoeften. Dit doen we via een gecoördineerd klantenservice- en reserveonderdelennetwerk.

KLANTGERICHTHEID

Shiputec ontwikkelt, produceert en installeert moderne, uiterst efficiënte en betrouwbare verwerkingslijnen voor de voedingsmiddelenindustrie. Voor de productie van gekristalliseerde vetproducten zoals margarine, boter, smeersels en bakvet biedt Shiputec oplossingen die ook proceslijnen omvatten voor geëmulgeerde voedingsmiddelen zoals mayonaise, sauzen en dressings.

MARGARINEPRODUCTIE

Margarine en aanverwante producten bevatten een waterfase en een vetfase en kunnen daarom worden gekarakteriseerd als water-in-olie (W/O) emulsies waarin de waterfase fijn verdeeld is in druppeltjes in de continue vetfase. Afhankelijk van de toepassing van het product worden de samenstelling van de vetfase en het productieproces dienovereenkomstig gekozen.

Naast de kristallisatieapparatuur omvat een moderne productiefaciliteit voor margarine en aanverwante producten doorgaans diverse tanks voor olieopslag, emulgator, waterfase en emulsiebereiding; de grootte en het aantal tanks worden berekend op basis van de capaciteit van de fabriek en het productportfolio. De faciliteit omvat ook een pasteurisatie-eenheid en een hersmeltfaciliteit. Het productieproces kan dus in het algemeen worden onderverdeeld in de volgende deelprocessen (zie diagram 1):

VOORBEREIDING VAN DE WATERFASE EN DE VETFASE (ZONE 1)

De waterfase wordt vaak batchgewijs bereid in de waterfasetank. Het water moet van goede drinkwaterkwaliteit zijn. Als drinkwaterkwaliteit niet gegarandeerd kan worden, kan het water worden voorbehandeld met bijvoorbeeld een UV- of filtersysteem.

De waterfase kan naast water bestaan ​​uit zout of pekel, melkeiwitten (margarine en halvarine), suiker (bladerdeeg), stabilisatoren (halvarine en light smeersels), conserveermiddelen en in water oplosbare smaakstoffen.

De belangrijkste ingrediënten in de vetfase, het vetmengsel, bestaan ​​normaal gesproken uit een mengsel van verschillende vetten en oliën. Om margarine met de gewenste eigenschappen en functionaliteiten te verkrijgen, is de verhouding van vetten en oliën in het vetmengsel bepalend voor de prestaties van het eindproduct.

De verschillende vetten en oliën, zowel als vetmengsel als enkelvoudige oliën, worden opgeslagen in olieopslagtanks die doorgaans buiten de productiefaciliteit worden geplaatst. Deze tanks worden op een stabiele opslagtemperatuur boven het smeltpunt van het vet gehouden en onder voortdurend roeren om fractionering van het vet te voorkomen en eenvoudige verwerking mogelijk te maken.

Naast het vetmengsel bestaat de vetfase doorgaans uit kleine, in vet oplosbare ingrediënten zoals emulgator, lecithine, smaakstoffen, kleurstoffen en antioxidanten. Deze kleine ingrediënten worden in het vetmengsel opgelost voordat de waterfase wordt toegevoegd, dus vóór het emulgeringsproces.

EMULSIEBEREIDING (ZONE 2)

De emulsie wordt bereid door verschillende oliën en vetten of vetmengsels over te brengen naar de emulsietank. Meestal worden eerst de hoogsmeltende vetten of vetmengsels toegevoegd, gevolgd door de lagersmeltende vetten en de vloeibare olie. Om de bereiding van de vetfase te voltooien, worden de emulgator en andere in olie oplosbare secundaire ingrediënten aan het vetmengsel toegevoegd. Wanneer alle ingrediënten voor de vetfase goed gemengd zijn, wordt de waterfase toegevoegd en ontstaat de emulsie onder intensief maar gecontroleerd mengen.

Er kunnen verschillende systemen worden gebruikt voor het doseren van de verschillende ingrediënten voor de emulsie. Twee daarvan werken batchgewijs:

Stroommetersysteem

Weegtanksysteem

Een continu in-line emulsiesysteem is een minder geprefereerde, maar wel gebruikte oplossing in bijvoorbeeld productielijnen met hoge capaciteit en beperkte ruimte voor emulsietanks. Dit systeem maakt gebruik van doseerpompen en massastroommeters om de verhouding van de toegevoegde fasen in een kleine emulsietank te regelen.

De bovengenoemde systemen kunnen allemaal volautomatisch worden aangestuurd. Sommige oudere installaties beschikken echter nog steeds over handmatig bediende emulsiebereidingssystemen, maar deze zijn arbeidsintensief en worden tegenwoordig niet meer aanbevolen vanwege de strenge traceerbaarheidsregels.

Het flowmetersysteem is gebaseerd op batchgewijze emulsiebereiding, waarbij de verschillende fasen en ingrediënten worden gemeten door middel van massaflowmeters wanneer ze vanuit de verschillende fasebereidingstanks naar de emulsietank worden overgebracht. De nauwkeurigheid van dit systeem is +/-0,3%. Dit systeem kenmerkt zich door zijn ongevoeligheid voor invloeden van buitenaf, zoals trillingen en vuil.

Het weegtanksysteem is vergelijkbaar met het flowmetersysteem, gebaseerd op batchgewijze emulsiebereiding. Hierbij worden de hoeveelheden ingrediënten en fasen rechtstreeks toegevoegd aan de emulsietank, die op weegcellen is gemonteerd die de aan de tank toegevoegde hoeveelheden regelen.

Meestal wordt een systeem met twee tanks gebruikt voor het bereiden van de emulsie, zodat de kristallisatielijn continu kan draaien. Elke tank fungeert als voorbereidings- en buffertank (emulsietank), waardoor de kristallisatielijn vanuit de ene tank wordt gevoed, terwijl een nieuwe batch in de andere wordt bereid en vice versa. Dit wordt het flipflopsysteem genoemd.

Een oplossing waarbij de emulsie in één tank wordt bereid en, wanneer deze klaar is, wordt overgebracht naar een buffertank van waaruit de kristallisatielijn wordt gevoed, is ook een optie. Dit systeem wordt het premix/buffersysteem genoemd.

PASTEURISATIE (ZONE 3)

Vanuit de buffertank wordt de emulsie normaal gesproken continu door een platenwarmtewisselaar (PHE), een lagedruk geschraapte oppervlaktewarmtewisselaar (SSHE) of een hogedruk-SSHE gepompt voor pasteurisatie voordat deze de kristallisatielijn ingaat.

Voor volle producten wordt doorgaans een PHE gebruikt. Voor versies met een lager vetgehalte, waarbij de emulsie naar verwachting een relatief hoge viscositeit zal hebben, en voor warmtegevoelige emulsies (bijv. emulsies met een hoog eiwitgehalte), wordt het SPX-systeem als lagedrukoplossing of de SPX-PLUS als hogedrukoplossing aanbevolen.

Het pasteurisatieproces heeft verschillende voordelen. Het remt de groei van bacteriën en andere micro-organismen, waardoor de microbiologische stabiliteit van de emulsie wordt verbeterd. Pasteurisatie van alleen de waterfase is mogelijk, maar pasteurisatie van de volledige emulsie verdient de voorkeur, omdat het pasteurisatieproces van de emulsie de verblijftijd tussen het gepasteuriseerde product en het vullen of verpakken van het eindproduct minimaliseert. Bovendien wordt het product in een in-line proces behandeld, van pasteurisatie tot het vullen of verpakken van het eindproduct, en pasteurisatie van eventueel herwerkt materiaal is gegarandeerd wanneer de volledige emulsie gepasteuriseerd is.

Bovendien zorgt pasteurisatie van de volledige emulsie ervoor dat de emulsie met een constante temperatuur naar de kristallisatielijn wordt gevoerd, waardoor constante verwerkingsparameters, producttemperaturen en producttextuur worden bereikt. Bovendien wordt voorkomen dat voorgekristalliseerde emulsies naar de kristallisatieapparatuur worden gevoerd wanneer de emulsie correct wordt gepasteuriseerd en naar de hogedrukpomp wordt gevoerd met een temperatuur die 5-10 °C hoger is dan het smeltpunt van de vetfase.

Een typisch pasteurisatieproces omvat, na bereiding van de emulsie bij 45-55 °C, een verhittings- en handhavingscyclus van de emulsie bij 75-85 °C gedurende 16 seconden, gevolgd door een afkoeling tot een temperatuur van 45-55 °C. De eindtemperatuur is afhankelijk van het smeltpunt van de vetfase: hoe hoger het smeltpunt, hoe hoger de temperatuur.

KOELEN, KRISTALLISEREN EN KNEEDEN (ZONE 4)

 

De emulsie wordt met behulp van een hogedrukzuigerpomp (HPP) naar de kristallisatielijn gepompt. De kristallisatielijn voor de productie van margarine en aanverwante producten bestaat doorgaans uit een hogedruk-SSHE (Smeltende Elektrolyse) die wordt gekoeld met ammoniak of een freonkoelmiddel. Pinrotormachines en/of tussenliggende kristallisatoren worden vaak in de lijn opgenomen om extra kneedintensiteit en -tijd toe te voegen voor de productie van kunststofproducten. Een rustbuis is de laatste stap van de kristallisatielijn en wordt alleen toegevoegd als het product verpakt is.

Het hart van de kristallisatielijn is de hogedruk-SSHE, waarbij de warme emulsie onder superkoeling en kristallisatie aan de binnenkant van de koelbuis plaatsvindt. De emulsie wordt efficiënt afgeschraapt door de roterende schrapers, waardoor de emulsie tegelijkertijd wordt gekoeld en gekneed. Wanneer het vet in de emulsie kristalliseert, vormen de vetkristallen een driedimensionaal netwerk dat de waterdruppels en de vloeibare olie insluit, wat resulteert in producten met eigenschappen die lijken op plastische halfvaste eigenschappen.

Afhankelijk van het soort product dat geproduceerd moet worden en het soort vetten dat voor dat specifieke product gebruikt wordt, kan de configuratie van de kristallisatielijn (d.w.z. de volgorde van de koelbuizen en de pinrotormachines) worden aangepast om zo de optimale configuratie voor dat specifieke product te verkrijgen.

Omdat de kristallisatielijn doorgaans meer dan één specifiek vetproduct produceert, bestaat de SSHE vaak uit twee of meer koelsecties of koelbuizen om te voldoen aan de eisen voor een flexibele kristallisatielijn. Bij de productie van verschillende gekristalliseerde vetproducten van verschillende vetmengsels is flexibiliteit vereist, omdat de kristallisatie-eigenschappen van de mengsels per mengsel kunnen verschillen.

Het kristallisatieproces, de verwerkingsomstandigheden en de verwerkingsparameters hebben een grote invloed op de eigenschappen van de uiteindelijke margarine- en smeerproducten. Bij het ontwerpen van een kristallisatielijn is het belangrijk om de eigenschappen van de producten die op de lijn geproduceerd zullen worden, te identificeren. Om de investering voor de toekomst veilig te stellen, zijn flexibiliteit van de lijn en individueel regelbare verwerkingsparameters noodzakelijk, aangezien het productassortiment en de grondstoffen in de loop der tijd kunnen veranderen.

De capaciteit van de lijn wordt bepaald door het beschikbare koeloppervlak van de SSHE. Er zijn machines van verschillende groottes beschikbaar, van lage tot hoge capaciteit. Ook zijn er verschillende mate van flexibiliteit beschikbaar, van apparatuur met één buis tot lijnen met meerdere buizen, wat resulteert in zeer flexibele verwerkingslijnen.

Nadat het product in de SSHE is gekoeld, gaat het naar de pinrotormachine en/of tussenkristallisatoren. Daar wordt het gedurende een bepaalde tijd en met een bepaalde intensiteit gekneed om de ontwikkeling van het driedimensionale netwerk te bevorderen, wat op macroscopisch niveau de plastische structuur is. Als het product als verpakt product moet worden gedistribueerd, gaat het opnieuw naar de SSHE voordat het in de rustbuis bezinkt voordat het wordt verpakt. Als het product in cups wordt afgevuld, is er geen rustbuis in de kristallisatielijn opgenomen.

VERPAKKEN, VULLEN EN HERSMOLTEN (ZONE 5)

Er zijn diverse verpakkings- en vulmachines op de markt die in dit artikel niet worden beschreven. De consistentie van het product verschilt echter aanzienlijk wanneer het wordt geproduceerd om te worden verpakt of gevuld. Het is duidelijk dat een verpakt product een stevigere textuur moet hebben dan een gevuld product. Als deze textuur niet optimaal is, wordt het product naar het hersmeltsysteem geleid, gesmolten en aan de buffertank toegevoegd voor herverwerking. Er zijn verschillende hersmeltsystemen beschikbaar, maar de meest gebruikte systemen zijn PHE of lagedruk SSHE.

AUTOMATISERING

 

Margarine wordt, net als andere voedingsmiddelen, tegenwoordig in veel fabrieken geproduceerd volgens strikte traceerbaarheidsprocedures. Deze procedures, die doorgaans betrekking hebben op de ingrediënten, de productie en het eindproduct, resulteren niet alleen in een verbeterde voedselveiligheid, maar ook in een constante voedselkwaliteit. Traceerbaarheidseisen kunnen worden geïmplementeerd in het controlesysteem van de fabriek. Het controlesysteem van Shiputec is ontworpen om belangrijke omstandigheden en parameters met betrekking tot het volledige productieproces te controleren, te registreren en te documenteren.

Het besturingssysteem is voorzien van wachtwoordbeveiliging en registreert historische gegevens van alle parameters die betrokken zijn bij de margarineverwerkingslijn, van receptinformatie tot de evaluatie van het eindproduct. De gegevensregistratie omvat de capaciteit en output van de hogedrukpomp (l/uur en tegendruk), producttemperaturen (incl. pasteurisatieproces) tijdens kristallisatie, koeltemperaturen (of koelmiddeldrukken) van de SSHE, de snelheid van de SSHE en de pinrotormachines, evenals de belasting van de motoren die de hogedrukpomp, de SSHE en de pinrotormachines aandrijven.

Controlesysteem

Tijdens de verwerking worden alarmen naar de operator gestuurd als de verwerkingsparameters voor het specifieke product buiten de limieten vallen; deze worden vóór de productie in de recepteneditor ingesteld. Deze alarmen moeten handmatig worden bevestigd en er moeten procedures worden gevolgd. Alle alarmen worden opgeslagen in een historisch alarmsysteem voor latere weergave. Wanneer het product de productielijn verlaat in een geschikte verpakking of vulling, wordt het, afgezien van de productnaam, doorgaans gemarkeerd met een datum, tijd en batch-identificatienummer voor latere tracering. De volledige geschiedenis van alle productiestappen in het productieproces wordt zo bewaard voor de veiligheid van de producent en de eindgebruiker, de consument.

CIP

CIP-reinigingsinstallaties (CIP = cleaning in place) maken ook deel uit van een moderne margarinefabriek, aangezien margarineproductiefaciliteiten regelmatig gereinigd moeten worden. Voor traditionele margarineproducten is één keer per week een normale reinigingsinterval. Voor gevoelige producten zoals vetarme (hoog watergehalte) en/of eiwitrijke producten worden echter kortere intervallen tussen de CIP-reinigingsintervallen aanbevolen.

In principe worden twee CIP-systemen gebruikt: CIP-installaties die de reinigingsmiddelen slechts één keer gebruiken, of de aanbevolen CIP-installaties die werken via een bufferoplossing van de reinigingsmiddelen, waarbij middelen zoals loog, zuur en/of desinfectiemiddelen na gebruik worden teruggevoerd naar de afzonderlijke CIP-opslagtanks. Dit laatste proces heeft de voorkeur omdat het een milieuvriendelijke oplossing is en een economische oplossing met betrekking tot het verbruik van reinigingsmiddelen en daarmee de kosten daarvan.

Indien er meerdere productielijnen in één fabriek zijn geïnstalleerd, is het mogelijk om parallelle reinigingstrajecten of CIP-satellietsystemen in te stellen. Dit resulteert in een aanzienlijke vermindering van de reinigingstijd en het energieverbruik. De parameters van het CIP-proces worden automatisch aangestuurd en geregistreerd voor latere tracering in het besturingssysteem.

SLOTOPMERKINGEN

Bij de productie van margarine en aanverwante producten is het belangrijk om in gedachten te houden dat niet alleen de ingrediënten, zoals de gebruikte oliën en vetten of de receptuur van het product, de kwaliteit van het eindproduct bepalen, maar ook de configuratie van de fabriek, de verwerkingsparameters en de staat van de fabriek. Als de lijn of de apparatuur niet goed onderhouden is, bestaat het risico dat de lijn niet efficiënt presteert. Om producten van hoge kwaliteit te produceren, is een goed functionerende fabriek daarom essentieel, maar ook de keuze van het vetmengsel met eigenschappen die overeenkomen met de uiteindelijke toepassing van het product, evenals een correcte configuratie en keuze van de verwerkingsparameters van de fabriek. Tot slot moet het eindproduct temperatuurbehandeld worden volgens het uiteindelijke gebruik..