Tecnologia di produzione della margarina

Tecnologia di produzione della margarina

SINTESI

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

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

INTRODUZIONE ALLA NOSTRA TECNOLOGIA

VISIONE E IMPEGNO

La divisione 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. Raggiungiamo questo obiettivo offrendo una vasta 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 vita utile, con servizi di supporto personalizzati in base alle loro esigenze individuali, attraverso un servizio clienti coordinato e una rete di ricambi.

ORIENTAMENTO AL CLIENTE

Shiputec sviluppa, produce e installa linee di processo moderne, efficienti e affidabili per l'industria alimentare. Per la produzione di prodotti a base di grassi cristallizzati come margarina, burro, creme spalmabili e grassi vegetali, 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 affini contengono una fase acquosa e una fase grassa e possono quindi essere caratterizzati come emulsioni acqua in olio (W/O) in cui la fase acquosa è finemente dispersa sotto forma di goccioline nella fase grassa continua. A seconda dell'applicazione del prodotto, vengono scelti di conseguenza la composizione della fase grassa e il processo di produzione.

Oltre alle apparecchiature di cristallizzazione, un moderno impianto di produzione di margarina e prodotti affini comprende in genere diverse vasche per lo stoccaggio dell'olio, nonché per la preparazione dell'emulsionante, della fase acquosa e dell'emulsione; le dimensioni e il numero delle vasche sono calcolati in base alla capacità dell'impianto e al portafoglio prodotti. L'impianto comprende anche un'unità di pastorizzazione e un impianto di rifusione. Pertanto, il processo produttivo può essere generalmente suddiviso nei seguenti sottoprocessi (vedere diagramma 1):

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

La fase acquosa viene spesso preparata in lotti nell'apposito serbatoio. L'acqua deve essere di buona qualità potabile. Se non è possibile garantire acqua potabile, questa può essere sottoposta a un pretrattamento, ad esempio mediante un sistema UV o di filtraggio.

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 ridotto contenuto di grassi e a basso contenuto di grassi), conservanti e aromi idrosolubili.

Gli ingredienti principali della fase lipidica, la miscela di grassi, sono generalmente costituiti da una combinazione di diversi grassi e oli. Per ottenere una margarina con le caratteristiche e 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 in miscela che singolarmente, vengono stoccati in serbatoi di stoccaggio generalmente situati all'esterno dell'impianto di produzione. Questi vengono mantenuti a una temperatura di stoccaggio stabile, superiore al punto di fusione del grasso, e sotto agitazione per evitare la frazionazione del grasso e per facilitarne la manipolazione.

Oltre alla miscela di grassi, la fase lipidica è tipicamente composta da ingredienti liposolubili minori come emulsionanti, lecitina, aromi, coloranti e antiossidanti. Questi ingredienti minori vengono disciolti nella miscela di grassi prima dell'aggiunta della fase acquosa, quindi prima del processo di emulsionamento.

PREPARAZIONE DELL'EMULSIONE (ZONA 2)

L'emulsione viene preparata trasferendo vari oli e grassi o miscele di grassi nel serbatoio di emulsione. Solitamente, si aggiungono prima i grassi o le miscele di grassi ad alto punto di fusione, seguiti da quelli a basso punto di fusione e dall'olio liquido. Per completare la preparazione della fase grassa, si aggiungono alla miscela di grassi l'emulsionante e altri ingredienti minori liposolubili. Quando tutti gli ingredienti per la fase grassa sono stati adeguatamente miscelati, si aggiunge la fase acquosa e si crea l'emulsione mediante agitazione intensa ma controllata.

Per dosare i vari ingredienti dell'emulsione si possono utilizzare diversi sistemi, due dei quali funzionano in modalità batch:

Sistema di misurazione della portata

Sistema di serbatoi di pesatura

Un sistema di emulsificazione continua in linea è una soluzione meno preferita ma utilizzata, ad esempio, nelle 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.

I sistemi sopra menzionati possono essere tutti controllati in modo completamente automatico. Alcuni impianti più datati, tuttavia, dispongono ancora di sistemi di preparazione dell'emulsione a controllo manuale, ma questi richiedono un grande impiego di manodopera e non sono raccomandati al giorno d'oggi a causa delle rigide normative sulla tracciabilità.

Il sistema di misurazione della portata si basa sulla preparazione di emulsioni in lotti, in cui le diverse fasi e gli ingredienti vengono misurati tramite flussimetri di massa durante il trasferimento dai serbatoi di preparazione delle varie fasi al serbatoio di emulsione. La precisione di questo sistema è di +/-0,3%. Questo sistema si caratterizza per la sua insensibilità a influenze esterne come vibrazioni e sporco.

Il sistema di pesatura con serbatoio è simile al sistema di flussometro, ma si basa sulla preparazione di emulsioni in lotti. In questo caso, le quantità degli ingredienti e delle fasi vengono aggiunte direttamente al serbatoio di emulsione, che è montato su celle di carico che controllano le quantità aggiunte al serbatoio.

In genere, per la preparazione dell'emulsione si utilizza un sistema a due serbatoi, in modo da poter far funzionare la linea di cristallizzazione in modo continuo. Ciascun serbatoio funge da serbatoio di preparazione e serbatoio tampone (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 sistema flip-flop.

Un'altra soluzione possibile è quella in cui l'emulsione viene preparata in un 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 tampone, l'emulsione viene normalmente pompata in continuo attraverso uno scambiatore di calore a piastre (PHE), uno scambiatore di calore a superficie raschiata a bassa pressione (SSHE) o uno SSHE ad alta pressione per la pastorizzazione prima di entrare nella linea di cristallizzazione.

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

Il processo di pastorizzazione presenta diversi vantaggi. Garantisce l'inibizione della crescita batterica e di altri microrganismi, migliorando così la stabilità microbiologica dell'emulsione. È possibile pastorizzare solo la fase acquosa, ma è preferibile pastorizzare l'intera emulsione poiché questo processo riduce al minimo i tempi di permanenza del prodotto pastorizzato prima del riempimento o confezionamento del prodotto finale. Inoltre, il prodotto viene trattato in linea, dalla pastorizzazione al riempimento o confezionamento del prodotto finale, e la pastorizzazione di eventuali materiali di scarto è garantita quando l'intera emulsione viene pastorizzata.

Inoltre, la pastorizzazione dell'emulsione completa garantisce che l'emulsione venga alimentata alla linea di cristallizzazione a una temperatura costante, ottenendo parametri di processo, temperature e consistenza del prodotto costanti. In aggiunta, si previene la formazione di emulsione pre-cristallizzata alimentata all'apparecchiatura di cristallizzazione, poiché l'emulsione viene opportunamente pastorizzata e alimentata alla 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, seguita da un raffreddamento fino 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 sarà la temperatura.

RAFFREDDAMENTO, CRISTALLIZZAZIONE E IMPASTO (ZONA 4)

 

L'emulsione viene pompata alla linea di cristallizzazione mediante una pompa a pistone ad alta pressione (HPP). La linea di cristallizzazione per la produzione di margarina e prodotti affini è tipicamente costituita da un reattore SSHE ad alta pressione raffreddato con un fluido refrigerante a base di ammoniaca o Freon. Spesso, nella linea sono inclusi uno o più miscelatori a rotore a perni e/o cristallizzatori intermedi per aumentare l'intensità e il tempo di impastamento necessari alla produzione di prodotti in plastica. Un tubo di riposo rappresenta la fase finale della linea di cristallizzazione ed è presente solo se il prodotto viene confezionato.

Il cuore della linea di cristallizzazione è il sistema SSHE ad alta pressione, in cui l'emulsione calda viene superraffreddata e cristallizzata sulla superficie interna del tubo di raffreddamento. L'emulsione viene efficacemente raschiata via dai raschiatori rotanti, raffreddandosi e impastandosi simultaneamente. Quando il grasso presente nell'emulsione cristallizza, i cristalli di grasso formano una rete tridimensionale che intrappola le goccioline d'acqua e l'olio liquido, dando origine a prodotti con proprietà di natura semisolida plastica.

A seconda del tipo di prodotto da fabbricare e del tipo di grassi utilizzati per il prodotto specifico, la configurazione della linea di cristallizzazione (ovvero l'ordine dei tubi di raffreddamento e delle macchine a rotore a perni) può essere regolata per fornire la configurazione ottimale per il prodotto in questione.

Poiché la linea di cristallizzazione solitamente produce più di un prodotto grasso specifico, l'SSHE (Sistema di Raffreddamento a Idrogetto) è spesso costituito 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 con varie miscele di grassi, è necessaria flessibilità poiché le caratteristiche di cristallizzazione delle miscele possono variare da una miscela all'altra.

Il processo di cristallizzazione, le condizioni e i parametri di processo influenzano notevolmente le caratteristiche dei prodotti finali, come margarine e creme spalmabili. Nella progettazione di una linea di cristallizzazione, è fondamentale individuare le caratteristiche dei prodotti che si intendono realizzare. Per garantire la redditività dell'investimento nel tempo, sono necessarie flessibilità e la possibilità di controllare individualmente i parametri di processo, poiché la gamma di prodotti di interesse e le materie prime disponibili potrebbero variare nel tempo.

La capacità della linea è determinata dalla superficie di raffreddamento disponibile dello scambiatore di calore a singolo tubo (SSHE). Sono disponibili macchine di diverse dimensioni, da linee a bassa a linee ad alta capacità. Sono inoltre disponibili vari gradi di flessibilità, da apparecchiature a tubo singolo a linee a tubi multipli, garantendo così linee di processo estremamente 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 al fine di favorire la formazione della rete tridimensionale, che a livello macroscopico costituisce la struttura plastica. Se il prodotto è destinato alla distribuzione in confezioni, rientra nell'SSHE prima di depositarsi nel tubo di riposo prima del confezionamento. Se il prodotto è confezionato in coppette, il tubo di riposo non è previsto nella linea di cristallizzazione.

IMBALLAGGIO, RIEMPIMENTO E RIFUSIONE (ZONA 5)

Sul mercato sono disponibili diverse macchine per il confezionamento e il riempimento, che non verranno descritte in questo articolo. Tuttavia, la consistenza del prodotto è molto diversa 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 verso il sistema di rifusione, fuso e aggiunto al serbatoio di accumulo per la rielaborazione. Sono disponibili diversi sistemi di rifusione, ma i più utilizzati sono quelli a PHE (scambiatore di calore a piastre) o a SSHE (scambiatore di calore a piastre a bassa pressione).

AUTOMAZIONE

 

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

Il sistema di controllo è dotato di protezione tramite password e include la registrazione storica di tutti i parametri coinvolti nella linea di produzione della margarina, dalle informazioni sulla ricetta alla valutazione del prodotto finale. La registrazione dei dati comprende 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 le pressioni del fluido di raffreddamento) dell'SSHE, la velocità dell'SSHE e delle macchine a rotore a perni, nonché il carico dei motori che azionano la pompa ad alta pressione, l'SSHE e le macchine a rotore a perni.

Sistema di controllo

Durante la lavorazione, se i parametri di processo per il prodotto specifico escono dai limiti, vengono inviati degli allarmi all'operatore, che vengono impostati nell'editor delle ricette prima della produzione. Questi allarmi devono essere confermati manualmente e devono essere intraprese le azioni previste dalle procedure. Tutti gli allarmi vengono memorizzati in un sistema di archiviazione storica per una successiva consultazione. Quando il prodotto lascia la linea di produzione in un imballaggio o confezionamento adeguato, oltre al nome del prodotto, viene solitamente contrassegnato con data, ora e numero di lotto per consentirne la tracciabilità. In questo modo, la cronologia completa di tutte le fasi del processo produttivo viene archiviata a tutela del produttore e dell'utente finale, il consumatore.

CIP

Gli impianti di pulizia CIP (CIP = pulizia in loco) sono parte integrante di un moderno stabilimento di produzione di margarina, poiché gli impianti di produzione di margarina devono essere puliti regolarmente. Per i prodotti tradizionali a base di margarina, un intervallo di pulizia settimanale è la norma. Tuttavia, per prodotti sensibili come quelli a basso contenuto di grassi (alto contenuto di acqua) e/o ad alto contenuto proteico, si raccomandano intervalli più brevi tra le pulizie CIP.

In linea di principio, si utilizzano due sistemi CIP: gli impianti CIP che utilizzano i detergenti una sola volta o gli impianti CIP raccomandati che operano tramite una soluzione tampone contenente i detergenti, in cui questi ultimi, come soda caustica, acidi e/o disinfettanti, vengono reimmessi nei singoli serbatoi di stoccaggio CIP dopo l'uso. Quest'ultimo processo è preferibile in quanto rappresenta una soluzione ecocompatibile ed economica in termini di consumo di detergenti e, di conseguenza, di costi.

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

CONSIDERAZIONI FINALI

Nella produzione di margarina e prodotti affini, è fondamentale tenere presente che la qualità del prodotto finale non dipende solo dagli ingredienti, come oli e grassi, o dalla ricetta, ma anche dalla configurazione dell'impianto, dai parametri di processo e dal suo stato di manutenzione. Se la linea o le attrezzature non sono ben mantenute, si rischia che non funzionino in modo efficiente. Pertanto, per produrre prodotti di alta qualità, un impianto efficiente è indispensabile, ma altrettanto importante è la scelta di una miscela di grassi con caratteristiche adatte all'applicazione finale del prodotto, nonché una corretta configurazione e selezione dei parametri di processo dell'impianto. Infine, ma non meno importante, il prodotto finale deve essere sottoposto a un trattamento termico adeguato all'utilizzo previsto..