Margaringyártási technológia

ÖSSZEFOGLALÓ

A mai élelmiszeripari vállalatok – más gyártóüzemekhez hasonlóan – nemcsak az élelmiszer-feldolgozó berendezések megbízhatóságára és minőségére összpontosítanak, hanem a feldolgozóberendezések szállítói által nyújtható különféle szolgáltatásokra is. A hatékony feldolgozósorokon kívül, amelyeket szállítunk, partnerek lehetünk a kezdeti ötlettől vagy projekttől egészen az üzembe helyezésig, nem is beszélve a fontos utólagos értékesítési szolgáltatásokról.

A Shiputec több mint 20 éves tapasztalattal rendelkezik az élelmiszer-feldolgozó és csomagolóiparban.

BEVEZETÉS A TECHNOLÓGIÁNKBA

VÍZIÓ ÉS ELKÖTELEZETTSÉG

A Shiputec szegmens globális tevékenységein keresztül folyamatmérnöki és automatizálási megoldásokat tervez, gyárt és forgalmaz a tej-, élelmiszer-, ital-, tengerészeti, gyógyszeripari és testápolási iparágak számára.

Elkötelezettek vagyunk az iránt, hogy világszerte segítsük ügyfeleinket gyártóüzemeik és folyamataik teljesítményének és jövedelmezőségének javításában. Ezt úgy érjük el, hogy széles termék- és megoldásválasztékot kínálunk, a tervezett alkatrészektől a komplett folyamatüzemek tervezéséig, amelyeket világszínvonalú alkalmazások és fejlesztési szakértelem támogat.

Továbbra is segítjük ügyfeleinket berendezéseik teljesítményének és jövedelmezőségének optimalizálásában annak teljes élettartama alatt, egyedi igényeikre szabott támogatási szolgáltatásokkal, összehangolt ügyfélszolgálati és alkatrész-hálózaton keresztül.

ÜGYFÉLKÖZPONTOSSÁG

A Shiputec modern, nagy hatékonyságú és megbízható feldolgozósorokat fejleszt, gyárt és telepít az élelmiszeripar számára. Kristályosított zsírtartalmú termékek, például margarin, vaj, kenhető termékek és zsiradékok előállításához a Shiputec megoldásokat kínál, amelyek emulgeált élelmiszertermékek, például majonéz, szószok és öntetek feldolgozósorait is magukban foglalják.

MARGARINGYÁRTÁS

A margarin és rokon termékei egy vízfázist és egy zsírfázist tartalmaznak, így víz-az-olajban (W/O) emulzióként jellemezhetők, amelyekben a vízfázis finoman diszpergálva van cseppek formájában a folytonos zsírfázisban. A termék alkalmazásától függően a zsírfázis összetételét és a gyártási folyamatot ennek megfelelően választják meg.

A kristályosító berendezéseken kívül egy modern margarin- és kapcsolódó termékgyártó üzem jellemzően különféle tartályokat is tartalmaz az olaj tárolására, valamint az emulgeálószer, a vizes fázis és az emulziók előkészítésére; a tartályok méretét és számát az üzem kapacitása és a termékportfólió alapján számítják ki. Az üzem pasztőröző egységet és újraolvasztó üzemet is magában foglal. Így a gyártási folyamat általánosságban a következő részfolyamatokra osztható (lásd az 1. ábrát):

A VÍZFÁZIS ÉS A ZSÍRFÁZIS ELŐKÉSZÍTÉSE (1. ZÓNA)

A vízfázist gyakran szakaszosan készítik elő a vízfázisú tartályban. A víznek jó ivóvízminőségűnek kell lennie. Ha az ivóvízminőség nem garantálható, a víz előkezelésnek vethető alá, például UV- vagy szűrőrendszer segítségével.

A vízen kívül a vizes fázis állhat sóból vagy sóoldatból, tejfehérjékből (étkezési margarin és alacsony zsírtartalmú kenhető krémek), cukorból (leveles tészta), stabilizátorokból (csökkentett és alacsony zsírtartalmú kenhető krémek), tartósítószerekből és vízben oldódó aromákból.

A zsírfázis, a zsírkeverék fő összetevői általában különböző zsírok és olajok keverékéből állnak. A kívánt tulajdonságokkal és funkciókkal rendelkező margarin előállításához a zsírok és olajok aránya a zsírkeverékben döntő fontosságú a végtermék teljesítménye szempontjából.

A különféle zsírokat és olajokat, akár zsírkeverékként, akár önálló olajként, jellemzően a gyártóüzemen kívül elhelyezett olajtároló tartályokban tárolják. Ezeket a tartályokat stabil, a zsír olvadáspontja feletti tárolási hőmérsékleten tartják, és keverés alatt tartják, hogy elkerüljék a zsír frakcionálódását és megkönnyítsék a kezelést.

A zsírkeveréken kívül a zsírfázis jellemzően kisebb mennyiségű zsírban oldódó összetevőkből áll, mint például emulgeálószer, lecitin, aroma, színezék és antioxidánsok. Ezeket a kisebb mennyiségű összetevőket a zsírkeverékben oldják fel, mielőtt a vizes fázist hozzáadnák, tehát az emulgeálási folyamat megkezdődne.

EMULZIÓ ELKÉSZÍTÉSE (2. ZÓNA)

 1. ábra:

1. A vizes fázis és a zsírfázis előkészítése (1. zóna),

2. Emulziókészítés (2. zóna),

3. Pasztőrözés (3. zóna),

4. Hűtő, kristályosító és gyúró zóna (4. zóna),

5. Csomagolás és újraolvasztás (5. zóna)

Az emulziót úgy készítik, hogy különféle olajokat és zsírokat vagy zsírkeverékeket töltenek az emulziós tartályba. Általában először a magas olvadáspontú zsírokat vagy zsírkeverékeket adják hozzá, majd az alacsonyabb olvadáspontú zsírokat és a folyékony olajat. A zsírfázis előkészítésének befejezéséhez az emulgeálószert és az egyéb olajban oldódó kisebb összetevőket adják a zsírkeverékhez. Amikor a zsírfázis összes összetevőjét megfelelően összekeverték, hozzáadják a vizes fázist, és intenzív, de ellenőrzött keverés mellett létrehozzák az emulziót.

Az emulzió különböző összetevőinek adagolására különböző rendszerek használhatók, amelyek közül kettő szakaszosan működik:

1. Áramlásmérő rendszer
2. Mérőtartály-rendszer

A folyamatos emulgeáló rendszer kevésbé előnyös, de gyakran használt megoldás például nagy kapacitású gyártósorokon, ahol korlátozott hely áll rendelkezésre az emulziós tartályok számára. Ez a rendszer adagolószivattyúkat és tömegárammérőket használ a hozzáadott fázisok arányának szabályozására egy kis emulziós tartályban.

A fent említett rendszerek mindegyike teljesen automatikusan vezérelhető. Néhány régebbi üzemben azonban még mindig vannak manuálisan vezérelt emulziókészítő rendszerek, de ezek munkaigényesek, és a szigorú nyomonkövethetőségi szabályok miatt ma már nem ajánlott a telepítésük.

Az áramlásmérő rendszer szakaszos emulziókészítésen alapul, amelyben a különböző fázisokat és összetevőket tömegárammérőkkel mérik, amikor azokat a különböző fázis-előkészítő tartályokból az emulziótartályba átviszik. A rendszer pontossága +/-0,3%. A rendszert a külső hatásokkal, például rezgésekkel és szennyeződésekkel szembeni érzéketlenség jellemzi.

A mérőtartályos rendszer hasonló az áramlásmérő rendszerhez, amely a szakaszos emulziókészítésen alapul. Itt az összetevők és fázisok mennyiségét közvetlenül az emulziótartályba adagolják, amely mérőcellákra van felszerelve, és ezek szabályozzák a tartályba adagolt mennyiségeket.

Az emulzió elkészítéséhez jellemzően egy kéttartályos rendszert használnak, hogy a kristályosító sor folyamatosan működhessen. Mindegyik tartály előkészítő és puffertartályként (emulziós tartályként) működik, így a kristályosító sor az egyik tartályból kapja az anyagot, míg a másikban egy új adag készül el, és fordítva. Ezt flip-flop rendszernek nevezik.

Az emulzió elkészítése egy tartályban történik, majd elkészülte után egy puffertartályba kerül, ahonnan a kristályosítósort táplálják. Ezt a rendszert előkeverő/puffer rendszernek nevezik.

PASZTŐRÖZÉS (3. ZÓNA)

A puffertartályból az emulziót általában folyamatosan pumpálják át egy lemezes hőcserélőn (PHE) vagy egy alacsony nyomású kapart felületű hőcserélőn (SSHE), vagy egy nagynyomású SSHE-n pasztőrözés céljából, mielőtt a kristályosítósorba kerülne.

Teljes zsírtartalmú termékekhez jellemzően lemezes hőcserélőt (PHE) használnak. Alacsonyabb zsírtartalmú változatokhoz, ahol az emulzió várhatóan viszonylag magas viszkozitást mutat, és hőérzékeny emulziókhoz (pl. magas fehérjetartalmú emulziók) az SPX rendszer alacsony nyomású oldatként, vagy az SPX-PLUS nagynyomású oldatként ajánlott.

A pasztőrözési eljárásnak számos előnye van. Biztosítja a baktériumok és más mikroorganizmusok növekedésének gátlását, ezáltal javítva az emulzió mikrobiológiai stabilitását. Csak a vizes fázis pasztőrözése lehetséges, de a teljes emulzió pasztőrözése előnyösebb, mivel az emulzió pasztőrözési folyamata minimalizálja a pasztőrzött terméktől a végtermék töltéséhez vagy csomagolásához szükséges tartózkodási időt. Ezenkívül a terméket egy in-line folyamatban kezelik a pasztőrözéstől a végtermék töltéséhez vagy csomagolásához, és az esetlegesen átdolgozott anyagok pasztőrözése biztosított, amikor a teljes emulzió pasztőrözve van.

Ezenkívül a teljes emulzió pasztőrözése biztosítja, hogy az emulzió állandó hőmérsékleten kerüljön a kristályosítósorra, így az állandó feldolgozási paraméterek, termékhőmérséklet és terméktextúra megmarad. Ezenkívül a kristályosítóberendezésbe betáplált előkristályosodott emulzió előfordulása megakadályozható, ha az emulziót megfelelően pasztőrözik, és a zsírfázis olvadáspontjánál 5-10°C-kal magasabb hőmérsékleten vezetik a nagynyomású szivattyúba.

Egy tipikus pasztőrözési folyamat az emulzió 45-55°C-on történő elkészítése után magában foglalja az emulzió melegítését és 75-85°C-on tartását 16 másodpercig, majd egy 45-55°C-os hőmérsékletre történő hűtést. A végső hőmérséklet a zsírfázis olvadáspontjától függ: minél magasabb az olvadáspont, annál magasabb a hőmérséklet.

HŰTÉS, KRISTÁLYOSÍTÁS ÉS DAGASZTÁS (4. ZÓNA)

 Az emulziót nagynyomású dugattyús szivattyú (HPP) pumpálja a kristályosítósorba. A margarin és kapcsolódó termékek gyártásához használt kristályosítósor jellemzően egy nagynyomású SSHE-ből áll, amelyet ammónia vagy freon típusú hűtőközeg hűt. A műanyag termékek gyártása során a dagasztás intenzitásának és idejének növelése érdekében gyakran tűs rotoros gép(ek)et és/vagy közbenső kristályosítókat is beépítenek a sorba. A kristályosítósor utolsó lépése egy pihenőcső, és csak akkor van benne, ha a termék csomagolt.

A kristályosítósor lelke a nagynyomású SSHE, amelyben a meleg emulziót túlhűtik és a hűtőcső belső felületén kristályosítják. Az emulziót a forgó kaparók hatékonyan lekaparják, így az emulzió egyszerre hűl és gyúródik. Amikor az emulzióban lévő zsír kristályosodik, a zsírkristályok háromdimenziós hálózatot alkotnak, amely magába foglalja a vízcseppeket és a folyékony olajat, így plasztikus, félszilárd tulajdonságokkal rendelkező termékeket eredményez.

A gyártandó termék típusától és az adott termékhez felhasznált zsírok típusától függően a kristályosító sor konfigurációja (azaz a hűtőcsövek és a tűsrotoros gépek sorrendje) beállítható az adott termék optimális konfigurációjának biztosítása érdekében.

Mivel a kristályosítósor általában egynél több specifikus zsírterméket gyárt, az SSHE gyakran két vagy több hűtőszakaszból vagy hűtőcsőből áll, hogy megfeleljen a rugalmas kristályosítósor követelményeinek. Különböző zsírkeverékekből származó különböző kristályosított zsírtermékek előállításakor rugalmasságra van szükség, mivel a keverékek kristályosodási jellemzői keverékenként eltérőek lehetnek.

A kristályosítási folyamat, a feldolgozási körülmények és a feldolgozási paraméterek nagyban befolyásolják a végső margarin és kenhető termékek jellemzőit. Kristályosító sor tervezésekor fontos azonosítani a soron gyártani kívánt termékek jellemzőit. A jövőbeli befektetés biztosítása érdekében a sor rugalmassága, valamint az egyedileg szabályozható feldolgozási paraméterek szükségesek, mivel az érdeklődésre számot tartó termékek köre idővel változhat, akárcsak a nyersanyagok.

A gyártósor kapacitását az SSHE rendelkezésre álló hűtőfelülete határozza meg. Különböző méretű gépek állnak rendelkezésre, az alacsony és a nagy kapacitású soroktól kezdve. A rugalmasság is eltérő fokú, az egycsöves berendezésektől a többcsöves sorokig, így rendkívül rugalmas feldolgozósorok érhetők el.

Miután a terméket lehűtötték az SSHE-ben, belép a tűsrotoros gépbe és/vagy köztes kristályosítókba, ahol egy bizonyos ideig és bizonyos intenzitással gyúrják, hogy elősegítsék a háromdimenziós hálózat kialakulását, amely makroszkopikus szinten a képlékeny szerkezet. Ha a terméket csomagolt termékként kívánják forgalmazni, akkor ismét belép az SSHE-be, mielőtt a csomagolás előtt a pihenőcsőben leülepedne. Ha a terméket poharakba töltik, a kristályosítósor nem tartalmaz pihenőcsövet.

TÖLTÉS, TÖLTÉS ÉS ÚJRAOLVASZTÁS (5. ZÓNA)

Különböző csomagoló és töltőgépek kaphatók a piacon, amelyeket ebben a cikkben nem ismertetünk. A termék állaga azonban nagyon eltérő, ha csomagolásra vagy töltésre gyártják. Nyilvánvaló, hogy egy csomagolt terméknek szilárdabb állagúnak kell lennie, mint egy töltött terméknek, és ha ez az állag nem optimális, a terméket az újraolvasztó rendszerbe irányítják, megolvasztják, és a puffertartályba adagolják újrafeldolgozás céljából. Különböző újraolvasztó rendszerek állnak rendelkezésre, de a leggyakrabban használt rendszerek a lemezes hőcserélő (PHE) vagy az alacsony nyomású SSHE.

AUTOMATIZÁLÁS

 A margarint, más élelmiszerekhez hasonlóan, ma már számos gyárban szigorú nyomonkövethetőségi eljárások szerint állítják elő. Ezek az eljárások, amelyek jellemzően az összetevőkre, a gyártásra és a végtermékre vonatkoznak, nemcsak fokozott élelmiszerbiztonságot, hanem állandó élelmiszerminőséget is eredményeznek. A nyomonkövethetőségi követelmények a gyár vezérlőrendszerében valósíthatók meg, és a Shiputec vezérlőrendszere a teljes gyártási folyamatra vonatkozó fontos feltételek és paraméterek ellenőrzésére, rögzítésére és dokumentálására szolgál.

A vezérlőrendszer jelszóvédelemmel van ellátva, és a margarinfeldolgozó sor összes paraméterének historikus adatnaplózását tartalmazza, a receptinformációktól a végtermék értékeléséig. Az adatnaplózás tartalmazza a nagynyomású szivattyú kapacitását és teljesítményét (l/óra és ellennyomás), a termék hőmérsékletét (beleértve a pasztőrözési folyamatot is) a kristályosítás során, az SSHE hűtési hőmérsékletét (vagy hűtőközeg nyomását), az SSHE és a tűsrotoros gépek sebességét, valamint a nagynyomású szivattyút, az SSHE-t és a tűsrotoros gépeket működtető motorok terhelését.

Vezérlőrendszer

A feldolgozás során riasztások küldődnek a kezelőnek, ha az adott termék feldolgozási paraméterei túllépik a határértékeket; ezeket a receptszerkesztőben állítják be a gyártás előtt. Ezeket a riasztásokat manuálisan kell nyugtázni, és az eljárásoknak megfelelően kell intézkedni. Minden riasztás egy korábbi riasztási rendszerben tárolódik későbbi megtekintésre. Amikor a termék megfelelően csomagolva vagy töltve elhagyja a gyártósort, a terméknévtől eltekintve jellemzően dátummal, időponttal és tételszámmal van ellátva a későbbi nyomon követés érdekében. A gyártási folyamatban részt vevő összes termelési lépés teljes előzménye így a gyártó és a végfelhasználó, a fogyasztó biztonsága érdekében nyilvántartásba kerül.

CIP

A CIP tisztítóberendezések (CIP = cleaning in place) szintén a modern margaringyártó üzemek részét képezik, mivel a margaringyártó üzemeket rendszeresen tisztítani kell. A hagyományos margarintermékek esetében a heti egyszeri tisztítási intervallum normális. Az érzékeny termékek, például az alacsony zsírtartalmú (magas víztartalmú) és/vagy a magas fehérjetartalmú termékek esetében azonban rövidebb CIP-intervallumok ajánlottak.

Elvileg kétféle CIP rendszert használnak: a CIP berendezéseket, amelyek a tisztítóközeget csak egyszer használják, vagy az ajánlott CIP berendezéseket, amelyek a tisztítóközeg pufferoldatával működnek, ahol a lúg, sav és/vagy fertőtlenítőszerek használat után visszakerülnek az egyes CIP tárolótartályokba. Az utóbbi eljárás előnyösebb, mivel környezetbarát megoldást jelent, és gazdaságos a tisztítószerek felhasználása, és ezáltal azok költsége szempontjából.

Amennyiben egy gyárban több gyártósort telepítenek, lehetőség van párhuzamos tisztítópályák vagy CIP műholdas rendszerek beállítására. Ez jelentősen csökkenti a tisztítási időt és az energiafogyasztást. A CIP folyamat paramétereit automatikusan szabályozza és naplózza a rendszer, hogy később nyomon követhesse azokat a vezérlőrendszerben.

ZÁRÓ MEGJEGYZÉSEK

A margarin és kapcsolódó termékek gyártásakor fontos szem előtt tartani, hogy nemcsak az olyan összetevők, mint a felhasznált olajok és zsírok, vagy a termék receptje határozza meg a végtermék minőségét, hanem az üzem konfigurációja, a feldolgozási paraméterek és az üzem állapota is. Ha a gyártósor vagy a berendezés nincs megfelelően karbantartva, fennáll annak a veszélye, hogy a gyártósor nem fog hatékonyan működni. Ezért a kiváló minőségű termékek előállításához elengedhetetlen egy jól működő üzem, de a termék végső felhasználásának megfelelő tulajdonságokkal rendelkező zsírkeverék kiválasztása is fontos, valamint az üzem helyes konfigurációja és feldolgozási paramétereinek megválasztása. Végül, de nem utolsósorban a végterméket a végső felhasználásnak megfelelően hőkezelni kell.