Margarineproductietechnologie

Margarineproductietechnologie

SAMENVATTING

Voedingsbedrijven richten zich tegenwoordig, net als andere productiebedrijven, niet alleen op de betrouwbaarheid en kwaliteit van de voedselverwerkingsapparatuur, maar ook op verschillende diensten die de leverancier van de verwerkingsapparatuur kan leveren. Naast de efficiënte verwerkingslijnen die wij leveren, kunnen wij een partner zijn vanaf de initiële idee- of projectfase tot en met de uiteindelijke inbedrijfstellingsfase, en niet te vergeten de belangrijke aftermarket-service.

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

INLEIDING TOT ONZE TECHNOLOGIE

VISIE EN ENGAGEMENT

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

Wij streven ernaar onze klanten over de hele wereld 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 toepassingen en ontwikkelingsexpertise.

We blijven onze klanten helpen de prestaties en winstgevendheid van hun fabriek gedurende de hele levensduur te optimaliseren met ondersteunende diensten die zijn afgestemd op hun individuele behoeften via een gecoördineerd klantenservice- en reserveonderdelennetwerk.

KLANTFOCUS

Shiputec ontwikkelt, produceert en installeert moderne, hoogefficiënte 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 voedingsproducten zoals mayonaise, sauzen en dressings.

MARGARINEPRODUCTIE

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

Afgezien van de kristallisatieapparatuur zal een moderne productiefaciliteit voor margarine en aanverwante producten doorgaans verschillende tanks omvatten voor de opslag van olie en voor de bereiding van emulgator, waterfase en emulsie; 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 globaal worden onderverdeeld in de volgende deelprocessen (zie diagram 1):

BEREIDING VAN DE WATERFASE EN DE VETFASE (ZONE 1)

De waterfase wordt vaak batchgewijs in de waterfasetank bereid. Het water moet van goede drinkkwaliteit zijn. Indien de drinkkwaliteit van water niet gegarandeerd kan worden, kan het water een voorbehandeling ondergaan door middel van bijvoorbeeld een UV- of filtersysteem.

De waterfase kan naast het water bestaan ​​uit zout of pekel, melkeiwitten (tafelmargarine en vetarme smeersels), suiker (bladerdeeg), stabilisatoren (vetarme en magere 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 te verkrijgen met de gewenste eigenschappen en functionaliteiten is de verhouding tussen vetten en oliën in het vetmengsel bepalend voor de prestatie van het eindproduct.

De verschillende vetten en oliën, hetzij als vetmengsel of als afzonderlijke oliën, worden opgeslagen in olieopslagtanks die doorgaans buiten de productiefaciliteit zijn geplaatst. Deze worden op een stabiele opslagtemperatuur boven het smeltpunt van het vet en onder roeren gehouden om fractionering van het vet te voorkomen en een gemakkelijke hantering mogelijk te maken.

Afgezien van het vetmengsel bestaat de vetfase doorgaans uit kleine in vet oplosbare ingrediënten zoals emulgator, lecithine, smaak, kleur en antioxidanten. Deze kleinere ingrediënten worden in het vetmengsel opgelost voordat de waterfase wordt toegevoegd, dus vóór het emulgeerproces.

EMULSIE VOORBEREIDING (ZONE 2)

De emulsie wordt bereid door verschillende oliën en vet of vetmengsels over te brengen naar de emulsietank. Gewoonlijk 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 ondergeschikte ingrediënten aan het vetmengsel toegevoegd. Wanneer alle ingrediënten voor de vetfase goed gemengd zijn, wordt de waterfase toegevoegd en ontstaat onder intensief maar gecontroleerd mengen de emulsie.

Voor het doseren van de verschillende ingrediënten voor de emulsie kunnen verschillende systemen worden gebruikt, waarvan er twee batchgewijs werken:

Stroommetersysteem

Weegtanksysteem

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

Bovengenoemde systemen zijn allemaal volledig automatisch aan te sturen. Sommige oudere fabrieken beschikken echter nog steeds over handmatig gecontroleerde emulsiebereidingssystemen, maar deze zijn arbeidsintensief en worden tegenwoordig niet aanbevolen vanwege de strikte traceerbaarheidsregels.

Het flowmetersysteem is gebaseerd op batchgewijze emulsiebereiding waarbij de verschillende fasen en ingrediënten worden gemeten door massaflowmeters wanneer ze vanuit de verschillende fasenvoorbereidingstanks 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 net als het debietmetersysteem gebaseerd op batchgewijze emulsiebereiding. Hier worden de hoeveelheden ingrediënten en fasen rechtstreeks aan de emulsietank toegevoegd, die op loadcellen is gemonteerd en de hoeveelheden controleert die aan de tank worden toegevoegd.

Meestal wordt voor het bereiden van de emulsie een systeem met twee tanks gebruikt om de kristallisatielijn continu te kunnen laten draaien. Elke tank werkt als voorbereidings- en buffertank (emulsietank), dus de kristallisatielijn wordt vanuit de ene tank gevoed terwijl in de andere een nieuwe batch wordt bereid en omgekeerd. 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) of een lagedruk-warmtewisselaar met geschraapt oppervlak (SSHE) of hogedruk-SSHE gepompt voor pasteurisatie voordat deze de kristallisatielijn binnengaat.

Voor volvette producten wordt doorgaans een PHE gebruikt. Voor versies met een lager vetgehalte waarbij de emulsie naar verwachting een relatief hoge viscositeit zal vertonen 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 zorgt voor remming van de bacteriegroei en de groei van andere micro-organismen, waardoor de microbiologische stabiliteit van de emulsie wordt verbeterd. Pasteurisatie van alleen de waterfase is een mogelijkheid, maar pasteurisatie van de volledige emulsie heeft de voorkeur, aangezien het pasteurisatieproces van de emulsie de verblijftijd van gepasteuriseerd product tot het vullen of verpakken van het eindproduct tot een minimum zal beperken. Ook wordt het product behandeld in een in-line proces, van pasteurisatie tot het vullen of verpakken van het eindproduct, en pasteurisatie van eventueel nabewerkingsmateriaal wordt verzekerd wanneer de volledige emulsie gepasteuriseerd is.

Bovendien zorgt pasteurisatie van de volledige emulsie ervoor dat de emulsie bij een constante temperatuur naar de kristallisatielijn wordt gevoerd, waardoor constante verwerkingsparameters, producttemperaturen en producttextuur worden bereikt. Bovendien wordt het optreden van voorgekristalliseerde emulsie die aan de kristallisatieapparatuur wordt toegevoerd, voorkomen wanneer de emulsie op de juiste wijze gepasteuriseerd wordt en naar de hogedrukpomp wordt gevoerd bij 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 reeks van verwarmen en vasthouden van de emulsie bij 75-85°C gedurende 16 seconden. en vervolgens een koelproces 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 KNEDEN (ZONE 4)

 

De emulsie wordt door middel van een hogedrukzuigerpomp (HPP) naar de kristallisatielijn gepompt. De kristallisatielijn voor de productie van margarine en aanverwante producten bestaat doorgaans uit een SSHE onder hoge druk die wordt gekoeld door koelmedia van het ammoniak- of Freon-type. Pinrotormachine(s) en/of tussenkristallisatoren 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 meegeleverd als het product verpakt is.

Het hart van de kristallisatielijn is de hogedruk-SSHE, waarbij de warme emulsie supergekoeld wordt en gekristalliseerd op het binnenoppervlak van de koelbuis. Door de roterende schrapers wordt de emulsie efficiënt afgeschraapt, waardoor de emulsie tegelijkertijd wordt gekoeld en gekneed. Wanneer het vet in de emulsie kristalliseert, vormen de vetkristallen een driedimensionaal netwerk waarin de waterdruppels en de vloeibare olie worden opgesloten, wat resulteert in producten met eigenschappen van plastic, halfvaste aard.

Afhankelijk van het type product dat moet worden vervaardigd en het type vetten dat voor het specifieke product wordt gebruikt, kan de configuratie van de kristallisatielijn (dat wil zeggen de volgorde van de koelbuizen en de pinrotormachines) worden aangepast om de optimale configuratie te bieden voor de bepaald product.

Omdat de kristallisatielijn doorgaans meer dan één specifiek vetproduct produceert, bestaat de SSHE vaak uit twee of meer koelsecties of koelbuizen om aan de eisen van een flexibele kristallisatielijn te voldoen. Bij het produceren van verschillende gekristalliseerde vetproducten van verschillende vetmengsels is flexibiliteit nodig omdat de kristallisatie-eigenschappen van de mengsels van het ene mengsel tot het andere 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 kenmerken te identificeren van de producten die op de lijn zullen worden vervaardigd. Om de investering voor de toekomst veilig te stellen, zijn flexibiliteit van de lijn en individueel regelbare verwerkingsparameters noodzakelijk, aangezien het scala aan interessante producten en grondstoffen in de loop van de tijd kan veranderen.

De capaciteit van de lijn wordt bepaald door het beschikbare koeloppervlak van de SSHE. Er zijn machines van verschillende grootte beschikbaar, variërend van lijnen met een lage tot hoge capaciteit. Er zijn ook verschillende graden van flexibiliteit beschikbaar, van apparatuur met één buis tot lijnen met meerdere buizen, dus zeer flexibele verwerkingslijnen.

Nadat het product in de SSHE is gekoeld, gaat het naar de pinrotormachine en/of tussenkristallisatoren waar het gedurende een bepaalde tijd en met een bepaalde intensiteit wordt gekneed om de promotie van het driedimensionale netwerk te ondersteunen, dat op macroscopisch niveau is er de plastische structuur. Als het product bedoeld is om als verpakt product te worden gedistribueerd, gaat het opnieuw de SSHE binnen voordat het zich in de rustbuis nestelt voordat het wordt verpakt. Als het product in kopjes wordt afgevuld, wordt er geen rustbuis in de kristallisatielijn opgenomen.

VERPAKKEN, VULLEN EN HERSMELTEN (ZONE 5)

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

AUTOMATISERING

 

Margarine wordt, net als andere voedingsproducten, tegenwoordig in veel fabrieken geproduceerd onder 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 besturingssysteem van de fabriek en het Shiputec-besturingssysteem is ontworpen om belangrijke omstandigheden en parameters met betrekking tot het volledige productieproces te controleren, vast te leggen en te documenteren.

Het besturingssysteem is uitgerust met wachtwoordbeveiliging en beschikt over historische datalogging van alle parameters die betrokken zijn bij de margarineverwerkingslijn, van receptinformatie tot eindproductevaluatie. De datalogging omvat de capaciteit en het vermogen van de hogedrukpomp (l/uur en tegendruk), producttemperaturen (incl. pasteurisatieproces) tijdens kristallisatie, koeltemperaturen (of koelmediadrukken) van de SSHE, snelheid van de SSHE en de pinrotormachines en de belasting van de motoren die de hogedrukpomp, de SSHE en de pinrotormachines aandrijven.

Besturingssysteem

Tijdens de verwerking worden er alarmen naar de operator gestuurd als de verwerkingsparameters voor het specifieke product buiten de limieten vallen; deze worden voorafgaand aan de productie in de recepteditor ingesteld. Deze alarmen moeten handmatig worden bevestigd en er moeten acties worden ondernomen volgens de procedures. Alle alarmen worden opgeslagen in een historisch alarmsysteem, zodat u ze later kunt bekijken. Wanneer het product de productielijn verlaat in een geschikt verpakte of gevulde vorm, wordt het naast de productnaam doorgaans gemarkeerd met een datum, tijd en batchidentificatienummer voor latere tracking. De volledige geschiedenis van alle productiestappen die bij het productieproces betrokken zijn, wordt dus 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 margarine-installatie, aangezien margarineproductie-installaties regelmatig moeten worden schoongemaakt. Voor traditionele margarineproducten is één keer per week een normaal reinigingsinterval. Voor gevoelige producten zoals producten met een laag vetgehalte (hoog watergehalte) en/of producten met een hoog eiwitgehalte worden echter kortere intervallen tussen de CIP aanbevolen.

Er worden in principe twee CIP-systemen gebruikt: CIP-installaties die de reinigingsmedia slechts één keer gebruiken of de aanbevolen CIP-installaties die werken via een bufferoplossing van de reinigingsmedia waarbij media zoals loog, zuur en/of desinfectiemiddelen worden teruggevoerd naar de individuele CIP opslagtanks na gebruik. Deze laatste werkwijze verdient de voorkeur omdat het een milieuvriendelijke oplossing vertegenwoordigt en een economische oplossing is met betrekking tot het verbruik van reinigingsmiddelen en daarmee de kosten daarvan.

Indien meerdere productielijnen in één fabriek zijn geïnstalleerd, is het mogelijk om parallelle reinigingssporen of CIP-satellietsystemen op te zetten. Dit resulteert in een aanzienlijke vermindering van de schoonmaaktijd en het energieverbruik. De parameters van het CIP-proces worden automatisch gecontroleerd en vastgelegd 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 plant, de verwerkingsparameters en de staat van de installatie. Als de lijn of de apparatuur niet goed wordt onderhouden, bestaat het risico dat de lijn niet efficiënt presteert. Om producten van hoge kwaliteit te produceren is daarom een ​​goed functionerende fabriek een must, maar de keuze van het vetmengsel met eigenschappen die overeenkomen met de uiteindelijke toepassing van het product is ook belangrijk, evenals een correcte configuratie en keuze van verwerkingsparameters van de fabriek. Last but not least moet het eindproduct afhankelijk van het eindgebruik een temperatuurbehandeling ondergaan.