Margarinproduktionsteknik

Margarinproduktionsteknik

SAMMANFATTNING

Dagens livsmedelsföretag fokuserar som andra tillverkningsföretag inte bara på tillförlitligheten och kvaliteten på livsmedelsutrustningen utan också på olika tjänster som leverantören av processutrustningen kan leverera. Förutom de effektiva bearbetningslinjerna vi levererar kan vi vara en partner från det inledande idé- eller projektstadiet till den sista driftsättningsfasen, för att inte glömma den viktiga eftermarknadsservicen.

Shiputec har mer än 20 års erfarenhet från livsmedelsförädlings- och förpackningsindustrin.

INTRODUKTION TILL VÅR TEKNIK

VISION OCH ENGAGEMANG

Shiputec-segmentet designar, tillverkar och marknadsför processteknik och automationslösningar till mejeri-, livsmedels-, dryckes-, marin-, läkemedels- och personliga hygienindustrin genom sin globala verksamhet.

Vi är engagerade i att hjälpa våra kunder över hela världen att förbättra prestanda och lönsamhet för deras tillverkningsanläggning och processer. Vi uppnår detta genom att erbjuda ett brett utbud av produkter och lösningar från konstruerade komponenter till design av kompletta processanläggningar med stöd av världsledande applikationer och utvecklingsexpertis.

Vi fortsätter att hjälpa våra kunder att optimera prestanda och lönsamhet för sin anläggning under hela dess livslängd med supporttjänster anpassade efter deras individuella behov genom ett samordnat kundservice- och reservdelsnätverk.

KUNDFOKUS

Shiputec utvecklar, tillverkar och installerar moderna, högeffektiva och pålitliga processlinjer för livsmedelsindustrin. För tillverkning av kristalliserade fettprodukter som margarin, smör, bredbara och bakfetter erbjuder Shiputec lösningar som även omfattar processlinjer för emulgerade livsmedelsprodukter som majonnäs, såser och dressingar.

MARGARINPRODUKTION

Margarin och relaterade produkter innehåller en vattenfas och en fettfas och kan således karakteriseras som vatten-i-olja (W/O) emulsioner i vilka vattenfasen är finfördelad som små droppar i den kontinuerliga fettfasen. Beroende på användningen av produkten väljs fettfasens sammansättning och tillverkningsprocessen i enlighet därmed.

Bortsett från kristalliseringsutrustningen kommer en modern tillverkningsanläggning för margarin och relaterade produkter vanligtvis att innefatta olika tankar för oljelagring såväl som för emulgeringsmedel, vattenfas och emulsionsberedning; storleken och antalet tankar beräknas utifrån kapaciteten i anläggningen och produktportföljen. I anläggningen ingår även en pastöriseringsenhet och en omsmältningsanläggning. Sålunda kan tillverkningsprocessen i allmänhet delas in i följande delprocesser (se diagram 1):

FÖRBEREDELSE AV VATTENFASEN OCH FETTFASEN (ZON 1)

Vattenfasen bereds ofta satsvis i vattenfastanken. Vattnet ska vara av god drickskvalitet. Om dricksvattnet inte kan garanteras kan vattnet förbehandlas med t.ex. UV- eller filtersystem.

Förutom vattnet kan vattenfasen bestå av salt eller saltlake, mjölkproteiner (bordsmargarin och pålägg med låg fetthalt), socker (smördeg), stabiliseringsmedel (pålägg med reducerat och låg fetthalt), konserveringsmedel och vattenlösliga smakämnen.

Huvudingredienserna i fettfasen, fettblandningen, består normalt av en blandning av olika fetter och oljor. För att uppnå margarin med önskade egenskaper och funktionaliteter är förhållandet mellan fetter och oljor i fettblandningen avgörande för slutproduktens prestanda.

De olika fetterna och oljorna, antingen som fettblandningar eller enskilda oljor, lagras i oljelagringstankar som vanligtvis placeras utanför produktionsanläggningen. Dessa hålls vid stabil lagringstemperatur över fettets smältpunkt och under omrörning för att undvika fraktionering av fettet och för att möjliggöra enkel hantering.

Förutom fettblandningen består fettfasen vanligtvis av mindre fettlösliga ingredienser som emulgeringsmedel, lecitin, smak, färg och antioxidanter. Dessa mindre ingredienser löses i fettblandningen innan vattenfasen tillsätts, alltså före emulgeringsprocessen.

EMULSIONSBEREDNING ( ZON 2 )

Emulsionen framställs genom att överföra olika oljor och fett eller fettblandningar till emulsionstanken. Vanligtvis tillsätts de högsmältande fetterna eller fettblandningarna först följt av de lågsmältande fetterna och den flytande oljan. För att fullborda beredningen av fettfasen tillsätts emulgermedlet och andra oljelösliga mindre ingredienser till fettblandningen. När alla ingredienser till fettfasen har blandats ordentligt tillsätts vattenfasen och emulsionen skapas under intensiv men kontrollerad blandning.

Olika system kan användas för att mäta de olika ingredienserna för emulsionen av vilka två arbetar satsvis:

Flödesmätare system

Vägningstanksystem

Ett kontinuerligt in-line emulgeringssystem är en mindre föredragen men använd lösning i t.ex. högkapacitetslinjer där begränsat utrymme för emulsionstankar är tillgängligt. Detta system använder doseringspumpar och massflödesmätare för att kontrollera förhållandet mellan de tillsatta faserna i en liten emulsionstank.

De ovan nämnda systemen kan alla styras helt automatiskt. Vissa äldre anläggningar har dock fortfarande manuellt styrda emulsionsberedningssystem men dessa är arbetskrävande och rekommenderas inte att installera idag på grund av de strikta spårbarhetsreglerna.

Flödesmätarsystemet är baserat på satsvis emulsionsberedning där de olika faserna och ingredienserna mäts med massflödesmätare när de överförs från de olika fasberedningstankarna till emulsionstanken. Noggrannheten för detta system är +/-0,3 %. Detta system kännetecknas av dess okänslighet för yttre påverkan som vibrationer och smuts.

Vägningstanksystemet är som flödesmätarsystemet baserat på satsvis emulsionsberedning. Här tillsätts mängderna ingredienser och faser direkt till emulsionstanken som är monterad på lastceller som styr mängderna som tillsätts tanken.

Typiskt används ett tvåtankssystem för att framställa emulsionen för att kunna köra kristallisationslinjen kontinuerligt. Varje tank fungerar som en förberedelse- och bufferttank (emulsionstank), sålunda kommer kristallisationslinjen att matas från en tank medan en ny sats kommer att förberedas i den andra och vice versa. Detta kallas flip-flop-systemet.

En lösning där emulsionen bereds i en tank och när den är klar överförs till en bufferttank varifrån kristallisationsledningen matas är också ett alternativ. Detta system kallas premix/buffert-systemet.

PASTÖRSERING ( ZON 3 )

Från bufferttanken pumpas emulsionen normalt kontinuerligt genom antingen en plattvärmeväxlare (PHE) eller en lågtrycksvärmeväxlare med skrapad yta (SSHE), eller högtrycks-SSHE för pastörisering innan den går in i kristallisationsledningen.

För fullfettprodukter används vanligtvis en PHE. För versioner med lägre fetthalt där emulsionen förväntas uppvisa en relativt hög viskositet och för värmekänsliga emulsioner (t.ex. emulsioner med högt proteininnehåll) rekommenderas SPX-systemet som lågtryckslösning eller SPX-PLUS som högtryckslösning.

Pastöriseringsprocessen har flera fördelar. Det säkerställer hämning av bakterietillväxt och tillväxt av andra mikroorganismer, vilket förbättrar emulsionens mikrobiologiska stabilitet. Pastörisering av endast vattenfasen är en möjlighet, men pastörisering av hela emulsionen är att föredra eftersom pastöriseringsprocessen av emulsionen kommer att minimera uppehållstiden från pastöriserad produkt till fyllning eller packning av slutprodukten. Produkten behandlas också i en in-line-process från pastörisering till fyllning eller packning av slutprodukten och pastörisering av eventuellt omarbetningsmaterial säkerställs när hela emulsionen pastöriseras.

Dessutom säkerställer pastörisering av hela emulsionen att emulsionen matas till kristallisationslinjen vid en konstant temperatur som uppnår konstanta bearbetningsparametrar, produkttemperaturer och produkttextur. Dessutom förhindras förekomsten av förkristalliserad emulsion som matas till kristallisationsutrustningen när emulsionen är korrekt pastöriserad och matas till högtryckspumpen vid en temperatur 5-10°C högre än smältpunkten för fettfasen.

En typisk pastöriseringsprocess kommer efter beredning av emulsionen vid 45-55°C att innefatta en uppvärmnings- och hållsekvens av emulsionen vid 75-85°C under 16 sekunder. och därefter en kylningsprocess till en temperatur av 45-55°C. Sluttemperaturen beror på fettfasens smältpunkt: ju högre smältpunkt desto högre temperatur.

KYLNING, KRISTALLISERING OCH KNÅDNING (ZON 4)

 

Emulsionen pumpas till kristallisationsledningen med hjälp av en högtryckskolvpump (HPP). Kristallisationslinjen för framställning av margarin och relaterade produkter består typiskt av en högtrycks-SSHE som kyls av kylmedier av ammoniak- eller freontyp. Pinrotormaskiner och/eller mellankristallisatorer ingår ofta i linjen för att lägga till extra knådningsintensitet och tid för tillverkning av plastprodukter. Ett vilorör är det sista steget i kristallisationslinjen och ingår endast om produkten är förpackad.

Hjärtat i kristallisationslinjen är högtrycks-SSHE, vars varma emulsion är superkyld och kristalliserad på insidan av kylröret. Emulsionen skrapas effektivt bort av de roterande skraporna, så att emulsionen kyls och knådas samtidigt. När fettet i emulsionen kristalliseras bildar fettkristallerna ett tredimensionellt nätverk som fångar in vattendropparna och den flytande oljan, vilket resulterar i produkter med egenskaper av plastisk halvfast natur.

Beroende på vilken typ av produkt som ska tillverkas och vilken typ av fett som används för den specifika produkten, kan konfigurationen av kristallisationslinjen (dvs. ordningen på kylrören och stiftrotormaskinerna) justeras för att ge den optimala konfigurationen för viss produkt.

Eftersom kristallisationslinjen vanligtvis tillverkar mer än en specifik fettprodukt, består SSHE ofta av två eller flera kylsektioner eller kylrör för att uppfylla kraven på en flexibel kristallisationslinje. Vid framställning av olika kristalliserade fettprodukter av olika fettblandningar behövs flexibilitet eftersom blandningarnas kristallisationsegenskaper kan skilja sig från en blandning till en annan.

Kristallisationsprocessen, bearbetningsbetingelserna och bearbetningsparametrarna har stor inverkan på egenskaperna hos de slutliga margarin- och bredbara produkterna. När man designar en kristallisationslinje är det viktigt att identifiera egenskaperna hos de produkter som planeras att tillverkas på linjen. För att säkra investeringen för framtiden är flexibilitet i linjen såväl som individuellt styrbara bearbetningsparametrar nödvändiga, eftersom utbudet av intressanta produkter kan förändras med tiden såväl som råvaror.

Ledningens kapacitet bestäms av den tillgängliga kylytan för SSHE. Maskiner i olika storlekar finns tillgängliga, allt från linjer med låg till hög kapacitet. Också olika grader av flexibilitet är tillgängliga från enrörsutrustning till flera rörledningar, alltså mycket flexibla bearbetningslinjer.

Efter att produkten har kylts i SSHE kommer den in i stiftrotormaskinen och/eller mellankristallisatorerna där den knådas under en viss tid och med en viss intensitet för att hjälpa till att främja det tredimensionella nätverket, vilket på det makroskopiska planet är plaststrukturen. Om produkten är avsedd att distribueras som en förpackad produkt kommer den in i SSHE igen innan den sätter sig i viloröret innan den lindas in. Om produkten fylls i koppar ingår inget vilorör i kristallisationslinjen.

PACKNING, FYLLNING OCH OMSMÄLNING (ZON 5)

Olika förpacknings- och fyllningsmaskiner finns tillgängliga på marknaden och kommer inte att beskrivas i denna artikel. Produktens konsistens är dock väldigt olika om den är framtagen för att packas eller fyllas. Det är uppenbart att en förpackad produkt måste uppvisa en fastare konsistens än en fylld produkt och om denna textur inte är optimal kommer produkten att avledas till omsmältningssystemet, smältas och läggas till bufferttanken för återbearbetning. Olika omsmältningssystem finns tillgängliga men de mest använda systemen är PHE eller lågtrycks SSHE.

AUTOMATISERING

 

Margarin, liksom andra livsmedelsprodukter, tillverkas i många fabriker idag under strikta spårbarhetsprocedurer. Dessa procedurer som vanligtvis omfattar ingredienserna, produktionen och slutprodukten resulterar inte bara i en ökad livsmedelssäkerhet utan också i en konstant livsmedelskvalitet. Spårbarhetskrav kan implementeras i fabrikens kontrollsystem och Shiputecs kontrollsystem är utformat för att kontrollera, registrera och dokumentera viktiga förhållanden och parametrar för hela tillverkningsprocessen.

Styrsystemet är utrustat med lösenordsskydd och har historisk dataloggning av alla parametrar som är involverade i margarinbearbetningslinjen från receptinformation till slutlig produktutvärdering. Dataloggningen inkluderar högtryckspumpens kapacitet och effekt (l/timme och mottryck), produkttemperaturer (inkl. pastöriseringsprocessen) under kristallisering, kyltemperaturer (eller kylmedietryck) för SSHE, hastighet på SSHE och stiftrotormaskinerna samt belastning av motorer som driver högtryckspumpen, SSHE och stiftrotormaskinerna.

Styrsystem

Under bearbetningen kommer larm att skickas till operatören om bearbetningsparametrarna för den specifika produkten är utanför gränserna; dessa ställs in i receptredigeraren före produktion. Dessa larm måste kvitteras manuellt och åtgärder enligt procedurer måste vidtas. Alla larm lagras i ett historiskt larmsystem för senare visning. När produkten lämnar produktionslinjen i en lämpligt packad eller fylld form, är den förutom produktnamnet vanligtvis märkt med datum, tid och partiidentifikationsnummer för senare spårning. Den fullständiga historiken för alla produktionssteg som är involverade i tillverkningsprocessen arkiveras således för producentens och slutanvändarens, konsumentens, säkerhet.

CIP

CIP cleaning plants (CIP = cleaning in place) är också en del av en modern margarinanläggning eftersom margarinproduktionsanläggningar bör rengöras regelbundet. För traditionella margarinprodukter en gång i veckan är ett normalt rengöringsintervall. För känsliga produkter som låg fetthalt (hög vattenhalt) och/eller högproteinhaltiga produkter rekommenderas dock kortare intervall mellan CIP.

I princip används två CIP-system: CIP-anläggningar som använder rengöringsmediet endast en gång eller de rekommenderade CIP-anläggningarna som arbetar via en buffertlösning av rengöringsmediet där media som lut, syra och/eller desinfektionsmedel återförs till den enskilda CIP. lagringstankar efter användning. Det senare förfarandet är att föredra eftersom det representerar en miljövänlig lösning och det är en ekonomisk lösning med avseende på förbrukning av rengöringsmedel och därmed kostnaden för dessa.

Om flera produktionslinjer är installerade i en fabrik är det möjligt att sätta upp parallella rengöringsspår eller CIP-satellitsystem. Detta resulterar i en betydande minskning av städtid och energiförbrukning. Parametrarna för CIP-processen styrs automatiskt och loggas för senare spårning i styrsystemet.

SLUTKOMMENTARER

När man tillverkar margarin och relaterade produkter är det viktigt att komma ihåg att det inte bara är ingredienserna som oljorna och fetterna som används eller produktens recept som bestämmer kvaliteten på slutprodukten utan också växtens konfiguration. bearbetningsparametrar och anläggningens tillstånd. Om linjen eller utrustningen inte är väl underhållen finns det en risk att linjen inte fungerar effektivt. För att producera högkvalitativa produkter är därför en väl fungerande anläggning ett måste, men valet av fettblandning med egenskaper som motsvarar den slutliga appliceringen av produkten är också viktigt samt en korrekt konfiguration och val av bearbetningsparametrar för anläggningen. Sist men inte minst måste slutprodukten temperaturbehandlas efter slutlig användning.