Tecnologia di produzione della margarina

Tecnologia di produzione della margarina

SINTESI

Le aziende alimentari oggi, come altre aziende manifatturiere, si concentrano non solo sull'affidabilità e la qualità delle attrezzature per la lavorazione alimentare, ma anche sui vari servizi che il fornitore delle attrezzature di lavorazione può offrire. Oltre alle efficienti linee di lavorazione che forniamo, possiamo essere un partner dalla fase iniziale di ideazione o progetto fino alla messa in servizio finale, senza dimenticare l'importante servizio post-vendita.

Shiputec vanta oltre 20 anni di esperienza nel settore della lavorazione e del confezionamento alimentare.

INTRODUZIONE ALLA NOSTRA TECNOLOGIA

VISIONE E IMPEGNO

Il segmento Shiputec progetta, produce e commercializza soluzioni di ingegneria di processo e automazione per i settori lattiero-caseario, alimentare, delle bevande, marittimo, farmaceutico e della cura della persona attraverso le sue attività a livello globale.

Ci impegniamo ad aiutare i nostri clienti in tutto il mondo a migliorare le prestazioni e la redditività dei loro impianti e processi produttivi. Questo obiettivo è raggiunto offrendo un'ampia gamma di prodotti e soluzioni, dai componenti ingegnerizzati alla progettazione di impianti di processo completi, supportati da competenze applicative e di sviluppo leader a livello mondiale.

Continuiamo ad aiutare i nostri clienti a ottimizzare le prestazioni e la redditività dei loro impianti per tutta la loro durata utile, con servizi di supporto personalizzati in base alle loro esigenze specifiche attraverso una rete coordinata di assistenza clienti e ricambi.

FOCUS SUL CLIENTE

Shiputec sviluppa, produce e installa linee di processo moderne, altamente efficienti e affidabili per l'industria alimentare. Per la produzione di prodotti grassi cristallizzati come margarina, burro, creme spalmabili e grassi alimentari, Shiputec offre soluzioni che comprendono anche linee di processo per prodotti alimentari emulsionati come maionese, salse e condimenti.

PRODUZIONE DI MARGARINA

La margarina e i prodotti correlati contengono una fase acquosa e una fase grassa e possono quindi essere caratterizzati come emulsioni acqua in olio (A/O) in cui la fase acquosa è finemente dispersa in goccioline nella fase grassa continua. A seconda dell'applicazione del prodotto, la composizione della fase grassa e il processo di produzione vengono scelti di conseguenza.

Oltre alle apparecchiature di cristallizzazione, un moderno impianto di produzione di margarina e prodotti correlati include in genere diversi serbatoi per lo stoccaggio dell'olio e per la preparazione di emulsionanti, fasi acquose ed emulsioni; le dimensioni e il numero di serbatoi vengono calcolati in base alla capacità dell'impianto e al portafoglio prodotti. L'impianto include anche un'unità di pastorizzazione e un impianto di rifusione. Pertanto, il processo di produzione può essere generalmente suddiviso nei seguenti sottoprocessi (si veda il diagramma 1):

PREPARAZIONE DELLA FASE ACQUOSA E DELLA FASE GRASSO (ZONA 1)

La fase acquosa viene spesso preparata in batch nell'apposito serbatoio. L'acqua deve essere di buona qualità potabile. Se non è possibile garantire la potabilità dell'acqua, è possibile sottoporla a un pretrattamento, ad esempio tramite un sistema UV o un filtro.

Oltre all'acqua, la fase acquosa può essere composta da sale o salamoia, proteine ​​del latte (margarina da tavola e creme spalmabili a basso contenuto di grassi), zucchero (pasta sfoglia), stabilizzanti (creme spalmabili a basso contenuto di grassi e a ridotto contenuto di grassi), conservanti e aromi idrosolubili.

Gli ingredienti principali della fase grassa, la miscela di grassi, sono normalmente costituiti da una miscela di diversi grassi e oli. Per ottenere una margarina con le caratteristiche e le funzionalità desiderate, il rapporto tra grassi e oli nella miscela di grassi è determinante per le prestazioni del prodotto finale.

I vari grassi e oli, sia come miscele di grassi che come oli singoli, vengono conservati in serbatoi di stoccaggio dell'olio, solitamente situati all'esterno dell'impianto di produzione. Questi vengono mantenuti a una temperatura di conservazione stabile, superiore al punto di fusione del grasso, e sotto agitazione per evitare il frazionamento del grasso e consentirne una facile manipolazione.

Oltre alla miscela di grassi, la fase grassa è in genere composta da ingredienti minori liposolubili come emulsionante, lecitina, aroma, colorante e antiossidanti. Questi ingredienti minori vengono sciolti nella miscela di grassi prima dell'aggiunta della fase acquosa, quindi prima del processo di emulsione.

PREPARAZIONE EMULSIONE (ZONA 2)

L'emulsione viene preparata trasferendo vari oli e grassi o miscele di grassi nel serbatoio di emulsione. Solitamente, i grassi o le miscele di grassi ad alto punto di fusione vengono aggiunti per primi, seguiti dai grassi a basso punto di fusione e dall'olio liquido. Per completare la preparazione della fase grassa, l'emulsionante e altri ingredienti minori liposolubili vengono aggiunti alla miscela di grassi. Dopo che tutti gli ingredienti per la fase grassa sono stati correttamente miscelati, si aggiunge la fase acquosa e si crea l'emulsione con una miscelazione intensa ma controllata.

Per il dosaggio dei vari ingredienti dell'emulsione si possono utilizzare diversi sistemi, due dei quali lavorano in batch:

Sistema di misuratore di portata

Sistema di serbatoi di pesatura

Un sistema di emulsificazione continua in linea è una soluzione meno preferita, ma utilizzata, ad esempio, in linee ad alta capacità dove lo spazio disponibile per i serbatoi di emulsione è limitato. Questo sistema utilizza pompe dosatrici e misuratori di portata massica per controllare il rapporto delle fasi aggiunte in un piccolo serbatoio di emulsione.

Tutti i sistemi sopra menzionati possono essere controllati in modo completamente automatico. Alcuni impianti più vecchi, tuttavia, dispongono ancora di sistemi di preparazione delle emulsioni a controllo manuale, ma questi richiedono molta manodopera e ne sconsigliano l'installazione a causa delle rigide norme di tracciabilità.

Il sistema di misurazione della portata si basa sulla preparazione dell'emulsione a lotti, in cui le varie fasi e gli ingredienti vengono misurati da misuratori di portata massica durante il trasferimento dai serbatoi di preparazione delle varie fasi al serbatoio dell'emulsione. La precisione di questo sistema è di +/-0,3%. Il sistema è caratterizzato dalla sua insensibilità a influenze esterne come vibrazioni e sporcizia.

Il sistema di pesatura è simile al sistema di misurazione della portata basato sulla preparazione di emulsioni a lotti. In questo caso, le quantità di ingredienti e fasi vengono aggiunte direttamente al serbatoio dell'emulsione, montato su celle di carico che controllano le quantità aggiunte.

In genere, per la preparazione dell'emulsione si utilizza un sistema a due serbatoi, in modo da poter gestire la linea di cristallizzazione in continuo. Ogni serbatoio funge da serbatoio di preparazione e di accumulo (serbatoio dell'emulsione), quindi la linea di cristallizzazione viene alimentata da un serbatoio mentre un nuovo lotto viene preparato nell'altro e viceversa. Questo sistema è chiamato "flip-flop".

Un'altra opzione possibile è una soluzione in cui l'emulsione viene preparata in un unico serbatoio e, una volta pronta, trasferita in un serbatoio tampone da cui viene alimentata la linea di cristallizzazione. Questo sistema è chiamato sistema premiscelato/tampone.

PASTORIZZAZIONE (ZONA 3)

Dal serbatoio di accumulo, l'emulsione viene normalmente pompata in continuo attraverso uno scambiatore di calore a piastre (PHE) o uno scambiatore di calore a superficie raschiata a bassa pressione (SSHE), oppure un SSHE ad alta pressione per la pastorizzazione prima di entrare nella linea di cristallizzazione.

Per i prodotti a contenuto di grassi elevato si utilizza in genere un PHE. Per le versioni a basso contenuto di grassi, in cui si prevede che l'emulsione presenti una viscosità relativamente elevata, e per emulsioni sensibili al calore (ad esempio emulsioni ad alto contenuto proteico), si consiglia il sistema SPX come soluzione a bassa pressione o SPX-PLUS come soluzione ad alta pressione.

Il processo di pastorizzazione offre diversi vantaggi. Garantisce l'inibizione della crescita batterica e di altri microrganismi, migliorando così la stabilità microbiologica dell'emulsione. La pastorizzazione della sola fase acquosa è una possibilità, ma è preferibile la pastorizzazione dell'emulsione completa, poiché il processo di pastorizzazione dell'emulsione riduce al minimo il tempo di permanenza dal prodotto pastorizzato al riempimento o al confezionamento del prodotto finale. Inoltre, il prodotto viene trattato in un processo in linea dalla pastorizzazione al riempimento o al confezionamento del prodotto finale e la pastorizzazione di qualsiasi materiale di rilavorazione è garantita quando l'emulsione completa viene pastorizzata.

Inoltre, la pastorizzazione dell'emulsione completa garantisce che l'emulsione venga immessa nella linea di cristallizzazione a una temperatura costante, mantenendo costanti i parametri di lavorazione, le temperature e la consistenza del prodotto. Inoltre, si evita la formazione di emulsione precristallizzata immessa nell'impianto di cristallizzazione quando l'emulsione viene adeguatamente pastorizzata e immessa nella pompa ad alta pressione a una temperatura di 5-10 °C superiore al punto di fusione della fase grassa.

Un tipico processo di pastorizzazione, dopo la preparazione dell'emulsione a 45-55 °C, prevede una sequenza di riscaldamento e mantenimento dell'emulsione a 75-85 °C per 16 secondi e successivamente un raffreddamento a una temperatura di 45-55 °C. La temperatura finale dipende dal punto di fusione della fase grassa: maggiore è il punto di fusione, maggiore è la temperatura.

RAFFREDDAMENTO, CRISTALLIZZAZIONE E IMPASTO (ZONA 4)

 

L'emulsione viene pompata alla linea di cristallizzazione tramite una pompa a pistoni ad alta pressione (HPP). La linea di cristallizzazione per la produzione di margarina e prodotti correlati è in genere costituita da una SSHE ad alta pressione raffreddata con refrigerante ad ammoniaca o Freon. Macchine a rotore a perni e/o cristallizzatori intermedi sono spesso inclusi nella linea per aumentare l'intensità e il tempo di impasto per la produzione di prodotti plastici. Un tubo di riposo è la fase finale della linea di cristallizzazione ed è incluso solo se il prodotto è confezionato.

Il cuore della linea di cristallizzazione è l'SSHE ad alta pressione, in cui l'emulsione calda viene surraffreddata e cristallizzata sulla superficie interna del tubo di raffreddamento. L'emulsione viene raschiata via in modo efficiente dai raschiatori rotanti, raffreddando e impastando simultaneamente. Quando il grasso presente nell'emulsione cristallizza, i cristalli di grasso formano una rete tridimensionale che intrappola le gocce d'acqua e l'olio liquido, dando origine a prodotti con proprietà plastiche semisolide.

A seconda del tipo di prodotto da realizzare e del tipo di grassi utilizzati per quel particolare prodotto, la configurazione della linea di cristallizzazione (vale a dire l'ordine dei tubi di raffreddamento e delle macchine con rotore a perni) può essere regolata per fornire la configurazione ottimale per quel particolare prodotto.

Poiché la linea di cristallizzazione solitamente produce più di un prodotto grasso specifico, l'SSHE è spesso costituita da due o più sezioni di raffreddamento o tubi di raffreddamento per soddisfare i requisiti di una linea di cristallizzazione flessibile. Quando si producono diversi prodotti grassi cristallizzati a partire da diverse miscele di grassi, è necessaria flessibilità, poiché le caratteristiche di cristallizzazione delle miscele potrebbero variare da una miscela all'altra.

Il processo di cristallizzazione, le condizioni e i parametri di lavorazione influenzano notevolmente le caratteristiche della margarina e dei prodotti spalmabili finali. Nella progettazione di una linea di cristallizzazione, è importante identificare le caratteristiche dei prodotti che si prevede di produrre. Per garantire l'investimento nel tempo, sono necessari flessibilità della linea e parametri di lavorazione controllabili individualmente, poiché la gamma di prodotti di interesse potrebbe variare nel tempo, così come le materie prime utilizzate.

La capacità della linea è determinata dalla superficie di raffreddamento disponibile per l'SSHE. Sono disponibili macchine di diverse dimensioni, da linee a bassa ad alta capacità. Sono inoltre disponibili diversi gradi di flessibilità, da impianti a tubo singolo a linee a tubo multiplo, ottenendo così linee di processo altamente flessibili.

Dopo essere stato raffreddato nell'SSHE, il prodotto entra nella macchina a rotore a perni e/o nei cristallizzatori intermedi, dove viene impastato per un certo periodo di tempo e con una certa intensità per favorire la formazione della rete tridimensionale, che a livello macroscopico costituisce la struttura plastica. Se il prodotto è destinato alla distribuzione come prodotto confezionato, entrerà nuovamente nell'SSHE prima di depositarsi nel tubo di riposo prima dell'imballaggio. Se il prodotto viene riempito in coppette, non è previsto alcun tubo di riposo nella linea di cristallizzazione.

IMBALLAGGIO, RIEMPIMENTO E RIFUSIONE (ZONA 5)

Sul mercato sono disponibili diverse macchine per il confezionamento e il riempimento che non saranno descritte in questo articolo. Tuttavia, la consistenza del prodotto varia notevolmente a seconda che venga confezionato o riempito. È ovvio che un prodotto confezionato deve presentare una consistenza più soda rispetto a un prodotto riempito e, se questa consistenza non è ottimale, il prodotto verrà deviato al sistema di rifusione, fuso e aggiunto al serbatoio di accumulo per la rilavorazione. Sono disponibili diversi sistemi di rifusione, ma i più utilizzati sono il PHE (Phase Healing) o il SSHE (Solid Healing) a bassa pressione.

AUTOMAZIONE

 

La margarina, come altri prodotti alimentari, viene oggi prodotta in molti stabilimenti secondo rigorose procedure di tracciabilità. Queste procedure, che in genere riguardano gli ingredienti, la produzione e il prodotto finale, garantiscono non solo una maggiore sicurezza alimentare, ma anche una qualità costante. I requisiti di tracciabilità possono essere implementati nel sistema di controllo dello stabilimento e il sistema di controllo Shiputec è progettato per monitorare, registrare e documentare condizioni e parametri importanti relativi all'intero processo di produzione.

Il sistema di controllo è protetto da password e offre la registrazione storica dei dati di tutti i parametri coinvolti nella linea di lavorazione della margarina, dalle informazioni sulla ricetta alla valutazione del prodotto finale. La registrazione dei dati include la capacità e la portata della pompa ad alta pressione (l/ora e contropressione), le temperature del prodotto (incluso il processo di pastorizzazione) durante la cristallizzazione, le temperature di raffreddamento (o pressioni del fluido di raffreddamento) dell'elettrovalvola SSHE, la velocità dell'elettrovalvola SSHE e delle macchine a rotore a perni, nonché il carico dei motori che azionano la pompa ad alta pressione, l'elettrovalvola SSHE e le macchine a rotore a perni.

Sistema di controllo

Durante la lavorazione, vengono inviati degli allarmi all'operatore se i parametri di lavorazione per il prodotto specifico sono fuori limite; questi allarmi vengono impostati nell'editor di ricette prima della produzione. Questi allarmi devono essere confermati manualmente e devono essere intraprese le azioni necessarie secondo le procedure. Tutti gli allarmi vengono memorizzati in un sistema di cronologia degli allarmi per una successiva consultazione. Quando il prodotto esce dalla linea di produzione in una forma opportunamente confezionata o riempita, viene solitamente contrassegnato, oltre al nome del prodotto, con data, ora e numero di identificazione del lotto per un successivo monitoraggio. La cronologia completa di tutte le fasi di produzione coinvolte nel processo di fabbricazione viene quindi archiviata per la sicurezza del produttore e dell'utente finale, il consumatore.

CIP

Anche gli impianti di lavaggio CIP (Cleaning in Place) fanno parte di un moderno impianto di produzione di margarina, poiché gli impianti di produzione di margarina devono essere puliti regolarmente. Per i prodotti a base di margarina tradizionale, l'intervallo di pulizia normale è di una volta a settimana. Tuttavia, per prodotti delicati come quelli a basso contenuto di grassi (elevato contenuto d'acqua) e/o ad alto contenuto proteico, si raccomandano intervalli più brevi tra i CIP.

In linea di principio, vengono utilizzati due sistemi CIP: impianti CIP che utilizzano i detergenti una sola volta oppure gli impianti CIP consigliati che operano tramite una soluzione tampone dei detergenti, dove sostanze come liscivia, acido e/o disinfettanti vengono restituite ai singoli serbatoi di stoccaggio CIP dopo l'uso. Quest'ultimo processo è preferibile in quanto rappresenta una soluzione ecologica ed economica in termini di consumo di detergenti e, di conseguenza, di costi.

Nel caso in cui più linee di produzione siano installate in uno stabilimento, è possibile installare percorsi di lavaggio paralleli o sistemi satellitari CIP. Ciò si traduce in una significativa riduzione dei tempi di pulizia e del consumo energetico. I parametri del processo CIP vengono controllati automaticamente e registrati per la successiva tracciabilità nel sistema di controllo.

OSSERVAZIONI FINALI

Nella produzione di margarina e prodotti correlati, è importante tenere presente che non sono solo gli ingredienti, come gli oli e i grassi utilizzati o la ricetta del prodotto, a determinare la qualità del prodotto finale, ma anche la configurazione dell'impianto, i parametri di lavorazione e lo stato dell'impianto stesso. Se la linea o le attrezzature non sono adeguatamente manutenute, si corre il rischio che la linea non funzioni in modo efficiente. Pertanto, per produrre prodotti di alta qualità, un impianto ben funzionante è fondamentale, ma è altrettanto importante la scelta di una miscela di grassi con caratteristiche adatte all'applicazione finale del prodotto, nonché una corretta configurazione e scelta dei parametri di lavorazione dell'impianto. Infine, ma non meno importante, il prodotto finale deve essere sottoposto a trattamento termico in base all'utilizzo finale..