Margarine-Produktionstechnologie

Margarine-Produktionstechnologie

ZUSAMMENFASSUNG

Heutzutage konzentrieren sich Lebensmittelunternehmen wie andere produzierende Unternehmen nicht nur auf die Zuverlässigkeit und Qualität der Lebensmittelverarbeitungsausrüstung, sondern auch auf verschiedene Dienstleistungen, die der Lieferant der Verarbeitungsausrüstung bieten kann. Neben den von uns gelieferten effizienten Verarbeitungslinien können wir von der ersten Ideen- oder Projektphase bis zur endgültigen Inbetriebnahmephase ein Partner sein, nicht zu vergessen der wichtige After-Market-Service.

Shiputec verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Lebensmittelverarbeitungs- und Verpackungsindustrie.

EINFÜHRUNG IN UNSERE TECHNOLOGIE

VISION UND ENGAGEMENT

Das Shiputec-Segment entwickelt, produziert und vermarktet über seine globalen Aktivitäten verfahrenstechnische und Automatisierungslösungen für die Molkerei-, Lebensmittel-, Getränke-, Schifffahrts-, Pharma- und Körperpflegeindustrie.

Wir sind bestrebt, unseren Kunden auf der ganzen Welt dabei zu helfen, die Leistung und Rentabilität ihrer Produktionsanlagen und -prozesse zu verbessern. Dies erreichen wir, indem wir eine breite Palette von Produkten und Lösungen anbieten, von technischen Komponenten bis hin zum Entwurf kompletter Prozessanlagen, unterstützt durch weltweit führende Anwendungs- und Entwicklungskompetenz.

Wir unterstützen unsere Kunden weiterhin dabei, die Leistung und Rentabilität ihrer Anlage während der gesamten Lebensdauer zu optimieren, indem wir über ein koordiniertes Kundendienst- und Ersatzteilnetzwerk auf ihre individuellen Bedürfnisse zugeschnittene Supportleistungen anbieten.

KUNDENFOKUS

Shiputec entwickelt, produziert und installiert moderne, hocheffiziente und zuverlässige Verarbeitungslinien für die Lebensmittelindustrie. Für die Herstellung von kristallisierten Fettprodukten wie Margarine, Butter, Aufstrichen und Backfetten bietet Shiputec Lösungen an, die auch Prozesslinien für emulgierte Lebensmittelprodukte wie Mayonnaise, Saucen und Dressings umfassen.

MARGARINE-HERSTELLUNG

Margarine und verwandte Produkte enthalten eine Wasserphase und eine Fettphase und können daher als Wasser-in-Öl-Emulsionen (W/O) charakterisiert werden, in denen die Wasserphase fein als Tröpfchen in der kontinuierlichen Fettphase dispergiert ist. Abhängig von der Anwendung des Produkts werden die Zusammensetzung der Fettphase und das Herstellungsverfahren entsprechend gewählt.

Neben der Kristallisationsausrüstung umfasst eine moderne Produktionsanlage für Margarine und verwandte Produkte typischerweise verschiedene Tanks zur Öllagerung sowie zur Emulgator-, Wasserphasen- und Emulsionszubereitung; Größe und Anzahl der Tanks werden anhand der Kapazität der Anlage und des Produktportfolios berechnet. Zur Anlage gehören außerdem eine Pasteurisierungsanlage und eine Umschmelzanlage. Somit lässt sich der Herstellungsprozess grundsätzlich in folgende Teilprozesse unterteilen (siehe Abbildung 1):

VORBEREITUNG DER WASSERPHASE UND DER FETTPHASE (ZONE 1)

Die Wasserphase wird häufig diskontinuierlich im Wasserphasentank vorbereitet. Das Wasser sollte eine gute Trinkwasserqualität haben. Kann die Trinkwasserqualität nicht gewährleistet werden, kann das Wasser einer Vorbehandlung, z. B. durch eine UV- oder Filteranlage, unterzogen werden.

Außer dem Wasser kann die Wasserphase aus Salz oder Salzlake, Milchproteinen (Tafelmargarine und fettarme Aufstriche), Zucker (Blätterteig), Stabilisatoren (fettarme und fettarme Aufstriche), Konservierungsmitteln und wasserlöslichen Aromen bestehen.

Die Hauptbestandteile der Fettphase, der Fettmischung, bestehen normalerweise aus einer Mischung verschiedener Fette und Öle. Um Margarine mit den gewünschten Eigenschaften und Funktionalitäten zu erhalten, ist das Verhältnis von Fetten und Ölen in der Fettmischung entscheidend für die Leistung des Endprodukts.

Die verschiedenen Fette und Öle, entweder als Fettmischung oder einzelne Öle, werden in Öllagertanks gelagert, die normalerweise außerhalb der Produktionsanlage aufgestellt sind. Diese werden bei stabiler Lagertemperatur über dem Schmelzpunkt des Fettes und unter Rühren gehalten, um eine Fraktionierung des Fettes zu vermeiden und eine einfache Handhabung zu ermöglichen.

Abgesehen von der Fettmischung besteht die Fettphase typischerweise aus kleineren fettlöslichen Bestandteilen wie Emulgator, Lecithin, Geschmack, Farbstoff und Antioxidantien. Diese Nebenbestandteile werden in der Fettmischung gelöst, bevor die Wasserphase hinzugefügt wird, also vor dem Emulgierungsprozess.

EMULSIONSVORBEREITUNG (ZONE 2)

Die Emulsion wird hergestellt, indem verschiedene Öle und Fette oder Fettmischungen in den Emulsionstank überführt werden. Normalerweise werden zuerst die hochschmelzenden Fette oder Fettmischungen hinzugefügt, gefolgt von den niedriger schmelzenden Fetten und dem flüssigen Öl. Um die Vorbereitung der Fettphase abzuschließen, werden der Fettmischung der Emulgator und andere öllösliche Nebenbestandteile zugesetzt. Wenn alle Zutaten für die Fettphase richtig vermischt sind, wird die Wasserphase hinzugefügt und unter intensivem, aber kontrolliertem Mischen entsteht die Emulsion.

Für die Dosierung der verschiedenen Bestandteile der Emulsion können verschiedene Systeme eingesetzt werden, von denen zwei diskontinuierlich arbeiten:

Durchflussmessersystem

Wiegetanksystem

Ein kontinuierliches Inline-Emulgiersystem ist eine weniger bevorzugte, aber häufig verwendete Lösung, z. B. in Linien mit hoher Kapazität, in denen nur wenig Platz für Emulsionstanks zur Verfügung steht. Dieses System verwendet Dosierpumpen und Massendurchflussmesser, um das Verhältnis der zugegebenen Phasen in einem kleinen Emulsionstank zu steuern.

Die oben genannten Systeme können alle vollautomatisch gesteuert werden. Einige ältere Anlagen verfügen jedoch immer noch über manuell gesteuerte Emulsionsaufbereitungssysteme, die jedoch arbeitsintensiv sind und deren Installation heute aufgrund der strengen Rückverfolgbarkeitsvorschriften nicht empfohlen wird.

Das Durchflussmessersystem basiert auf der diskontinuierlichen Emulsionsvorbereitung, bei der die verschiedenen Phasen und Inhaltsstoffe durch Massendurchflussmesser gemessen werden, wenn sie von den verschiedenen Phasenvorbereitungstanks in den Emulsionstank überführt werden. Die Genauigkeit dieses Systems beträgt +/-0,3 %. Dieses System zeichnet sich durch seine Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen wie Vibrationen und Schmutz aus.

Das Wägetanksystem ähnelt dem Durchflussmessersystem und basiert auf der diskontinuierlichen Emulsionsherstellung. Hier werden die Mengen an Inhaltsstoffen und Phasen direkt in den Emulsionstank gegeben, der auf Wägezellen montiert ist, die die in den Tank gegebenen Mengen steuern.

Um die Kristallisationslinie kontinuierlich betreiben zu können, wird zur Herstellung der Emulsion typischerweise ein Zweitanksystem eingesetzt. Jeder Tank fungiert als Vorbereitungs- und Puffertank (Emulsionstank), sodass die Kristallisationslinie aus einem Tank gespeist wird, während im anderen eine neue Charge vorbereitet wird und umgekehrt. Dies wird als Flip-Flop-System bezeichnet.

Eine Lösung, bei der die Emulsion in einem Tank hergestellt und nach Fertigstellung in einen Puffertank überführt wird, von wo aus die Kristallisationslinie gespeist wird, ist ebenfalls eine Option. Dieses System wird als Vormischungs-/Puffersystem bezeichnet.

PASTEURISIERUNG (ZONE 3)

Vom Puffertank aus wird die Emulsion normalerweise kontinuierlich zur Pasteurisierung vor dem Eintritt in die Kristallisationslinie entweder durch einen Plattenwärmetauscher (PHE) oder einen Niederdruck-Kratzwärmetauscher (SSHE) oder einen Hochdruck-SSHE gepumpt.

Für Vollfettprodukte wird typischerweise ein PHE verwendet. Für Versionen mit geringerem Fettgehalt, bei denen eine relativ hohe Viskosität der Emulsion erwartet wird, und für wärmeempfindliche Emulsionen (z. B. Emulsionen mit hohem Proteingehalt) wird das SPX-System als Niederdrucklösung oder das SPX-PLUS als Hochdrucklösung empfohlen.

Der Pasteurisierungsprozess hat mehrere Vorteile. Es hemmt das Bakterienwachstum und das Wachstum anderer Mikroorganismen und verbessert so die mikrobiologische Stabilität der Emulsion. Eine Pasteurisierung nur der Wasserphase ist möglich, die Pasteurisierung der gesamten Emulsion wird jedoch bevorzugt, da der Pasteurisierungsprozess der Emulsion die Verweilzeit vom pasteurisierten Produkt bis zur Abfüllung oder Verpackung des Endprodukts minimiert. Außerdem wird das Produkt in einem Inline-Prozess von der Pasteurisierung bis zum Abfüllen oder Verpacken des Endprodukts behandelt und die Pasteurisierung etwaiger Nachbearbeitungsmaterialien wird sichergestellt, wenn die gesamte Emulsion pasteurisiert wird.

Darüber hinaus stellt die Pasteurisierung der gesamten Emulsion sicher, dass die Emulsion der Kristallisationslinie bei konstanter Temperatur zugeführt wird, wodurch konstante Verarbeitungsparameter, Produkttemperaturen und Produkttextur erreicht werden. Darüber hinaus wird das Auftreten einer vorkristallisierten Emulsion, die der Kristallisationsausrüstung zugeführt wird, verhindert, wenn die Emulsion ordnungsgemäß pasteurisiert und der Hochdruckpumpe bei einer Temperatur zugeführt wird, die 5–10 °C über dem Schmelzpunkt der Fettphase liegt.

Ein typischer Pasteurisierungsprozess umfasst nach der Herstellung der Emulsion bei 45–55 °C eine Erhitzungs- und Haltesequenz der Emulsion bei 75–85 °C für 16 Sekunden. und anschließend ein Abkühlprozess auf eine Temperatur von 45-55°C. Die Endtemperatur hängt vom Schmelzpunkt der Fettphase ab: Je höher der Schmelzpunkt, desto höher die Temperatur.

KÜHLEN, KRISTALLISIEREN UND KNETEN (ZONE 4)

 

Die Emulsion wird mittels einer Hochdruckkolbenpumpe (HPP) zur Kristallisationslinie gepumpt. Die Kristallisationslinie für die Herstellung von Margarine und verwandten Produkten besteht typischerweise aus einem Hochdruck-SSHE, der durch Kühlmedien vom Typ Ammoniak oder Freon gekühlt wird. In die Linie sind häufig Stiftrotormaschinen und/oder Zwischenkristallisatoren integriert, um die Knetintensität und -zeit für die Herstellung von Kunststoffprodukten zu erhöhen. Ein Ruherohr ist der letzte Schritt der Kristallisationslinie und ist nur enthalten, wenn das Produkt verpackt ist.

Das Herzstück der Kristallisationslinie ist der Hochdruck-SSHE, bei dem die warme Emulsion unterkühlt und an der Innenfläche des Kühlrohrs kristallisiert. Die Emulsion wird durch die rotierenden Schaber effizient abgestreift, sodass die Emulsion gleichzeitig gekühlt und geknetet wird. Wenn das Fett in der Emulsion kristallisiert, bilden die Fettkristalle ein dreidimensionales Netzwerk, das die Wassertröpfchen und das flüssige Öl einschließt, wodurch Produkte mit plastischen, halbfesten Eigenschaften entstehen.

Abhängig von der Art des herzustellenden Produkts und der Art der für das jeweilige Produkt verwendeten Fette kann die Konfiguration der Kristallisationslinie (d. h. die Reihenfolge der Kühlrohre und der Stiftrotormaschinen) angepasst werden, um die optimale Konfiguration für das Produkt bereitzustellen bestimmtes Produkt.

Da die Kristallisationslinie in der Regel mehr als ein spezifisches Fettprodukt herstellt, besteht die SSHE häufig aus zwei oder mehr Kühlabschnitten oder Kühlrohren, um den Anforderungen an eine flexible Kristallisationslinie gerecht zu werden. Bei der Herstellung verschiedener kristallisierter Fettprodukte aus verschiedenen Fettmischungen ist Flexibilität erforderlich, da die Kristallisationseigenschaften der Mischungen von einer Mischung zur anderen unterschiedlich sein können.

Der Kristallisationsprozess, die Verarbeitungsbedingungen und die Verarbeitungsparameter haben großen Einfluss auf die Eigenschaften der fertigen Margarine- und Brotaufstrichprodukte. Beim Entwurf einer Kristallisationslinie ist es wichtig, die Eigenschaften der Produkte zu ermitteln, die auf der Linie hergestellt werden sollen. Um die Investition für die Zukunft zu sichern, sind Flexibilität der Linie sowie individuell steuerbare Verarbeitungsparameter erforderlich, da sich die Produktpalette von Interesse mit der Zeit sowie den Rohstoffen ändern kann.

Die Kapazität der Leitung wird durch die verfügbare Kühlfläche des SSHE bestimmt. Es stehen Maschinen unterschiedlicher Größe zur Verfügung, von Linien mit geringer bis hoher Kapazität. Darüber hinaus sind verschiedene Flexibilitätsgrade verfügbar, von Einzelrohranlagen bis hin zu Mehrrohrlinien, also hochflexiblen Verarbeitungslinien.

Nachdem das Produkt im SSHE gekühlt wurde, gelangt es in die Stiftrotormaschine und/oder Zwischenkristallisatoren, in denen es für einen bestimmten Zeitraum und mit einer bestimmten Intensität geknetet wird, um die Förderung des dreidimensionalen Netzwerks zu unterstützen Auf der makroskopischen Ebene liegt die plastische Struktur. Wenn das Produkt als verpacktes Produkt verteilt werden soll, gelangt es erneut in den SSHE, bevor es sich vor dem Verpacken im Ruherohr absetzt. Wenn das Produkt in Becher abgefüllt wird, ist in der Kristallisationslinie kein Ruherohr enthalten.

VERPACKEN, ABFÜLLEN UND UMSCHMELZEN (ZONE 5)

Auf dem Markt sind verschiedene Verpackungs- und Abfüllmaschinen erhältlich, die in diesem Artikel nicht beschrieben werden. Die Konsistenz des Produkts ist jedoch sehr unterschiedlich, wenn es zum Verpacken oder Abfüllen hergestellt wird. Es ist offensichtlich, dass ein verpacktes Produkt eine festere Textur aufweisen muss als ein gefülltes Produkt. Wenn diese Textur nicht optimal ist, wird das Produkt zum Umschmelzsystem umgeleitet, geschmolzen und zur Wiederverarbeitung in den Puffertank gegeben. Es stehen verschiedene Umschmelzsysteme zur Verfügung, die am häufigsten verwendeten Systeme sind jedoch PHE oder Niederdruck-SSHE.

AUTOMATISIERUNG

 

Margarine wird heute wie andere Lebensmittelprodukte in vielen Fabriken unter strengen Rückverfolgbarkeitsverfahren hergestellt. Diese Verfahren, die typischerweise die Zutaten, die Herstellung und das Endprodukt umfassen, führen nicht nur zu einer erhöhten Lebensmittelsicherheit, sondern auch zu einer konstanten Lebensmittelqualität. Rückverfolgbarkeitsanforderungen können in das Kontrollsystem der Fabrik implementiert werden. Das Shiputec-Kontrollsystem ist darauf ausgelegt, wichtige Bedingungen und Parameter des gesamten Herstellungsprozesses zu kontrollieren, aufzuzeichnen und zu dokumentieren.

Das Steuerungssystem ist mit einem Passwortschutz ausgestattet und verfügt über eine historische Datenprotokollierung aller an der Margarineverarbeitungslinie beteiligten Parameter, von den Rezeptinformationen bis zur endgültigen Produktbewertung. Die Datenerfassung umfasst die Kapazität und Leistung der Hochdruckpumpe (l/Stunde und Gegendruck), Produkttemperaturen (inkl. Pasteurisierungsprozess) während der Kristallisation, Kühltemperaturen (oder Kühlmediendrücke) des SSHE, Geschwindigkeit des SSHE und die Stiftrotormaschinen sowie die Last der Motoren, die die Hochdruckpumpe, den SSHE und die Stiftrotormaschinen antreiben.

Kontrollsystem

Während der Verarbeitung werden Alarme an den Bediener gesendet, wenn die Verarbeitungsparameter für das spezifische Produkt außerhalb der Grenzwerte liegen; Diese werden vor der Produktion im Rezepteditor eingestellt. Diese Alarme müssen manuell quittiert und verfahrensgemäße Maßnahmen ergriffen werden. Alle Alarme werden zur späteren Ansicht in einem historischen Alarmsystem gespeichert. Wenn das Produkt die Produktionslinie in geeigneter Verpackung oder abgefüllter Form verlässt, wird es neben dem Produktnamen in der Regel mit einem Datum, einer Uhrzeit und einer Chargenidentifikationsnummer zur späteren Nachverfolgung versehen. Zur Sicherheit des Herstellers und des Endverbrauchers, des Verbrauchers, wird somit die vollständige Historie aller am Herstellungsprozess beteiligten Produktionsschritte archiviert.

CIP

Auch CIP-Reinigungsanlagen (CIP = Cleaning in Place) gehören zu einer modernen Margarineanlage, da Margarine-Produktionsanlagen regelmäßig gereinigt werden sollten. Bei herkömmlichen Margarineprodukten ist einmal pro Woche ein normales Reinigungsintervall. Für empfindliche Produkte wie Produkte mit niedrigem Fettgehalt (hoher Wassergehalt) und/oder Produkten mit hohem Proteingehalt werden jedoch kürzere Intervalle zwischen den CIP-Vorgängen empfohlen.

Prinzipiell kommen zwei CIP-Systeme zum Einsatz: CIP-Anlagen, die die Reinigungsmedien nur einmal verwenden oder die empfohlenen CIP-Anlagen, die über eine Pufferlösung der Reinigungsmedien arbeiten, wobei Medien wie Lauge, Säure und/oder Desinfektionsmittel in die einzelne CIP zurückgeführt werden Lagertanks nach Gebrauch. Letzteres Verfahren wird bevorzugt, da es eine umweltfreundliche Lösung darstellt und eine wirtschaftliche Lösung im Hinblick auf den Verbrauch von Reinigungsmitteln und damit deren Kosten darstellt.

Falls mehrere Produktionslinien in einer Fabrik installiert sind, ist es möglich, parallele Reinigungsstrecken oder CIP-Satellitensysteme einzurichten. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Reinigungszeit und des Energieverbrauchs. Die Parameter des CIP-Prozesses werden automatisch kontrolliert und zur späteren Nachverfolgung im Leitsystem protokolliert.

ABSCHLIESSENDE BEMERKUNGEN

Bei der Herstellung von Margarine und verwandten Produkten ist es wichtig zu bedenken, dass nicht nur die Zutaten wie die verwendeten Öle und Fette oder die Rezeptur des Produkts die Qualität des Endprodukts bestimmen, sondern auch die Konfiguration der Anlage Verarbeitungsparameter und den Zustand der Anlage. Wenn die Linie oder die Ausrüstung nicht gut gewartet wird, besteht die Gefahr, dass die Linie nicht effizient arbeitet. Um qualitativ hochwertige Produkte herzustellen, ist daher eine gut funktionierende Anlage ein Muss, aber auch die Wahl einer Fettmischung mit Eigenschaften, die der Endanwendung des Produkts entsprechen, ist wichtig, ebenso wie eine korrekte Konfiguration und Wahl der Verarbeitungsparameter der Anlage. Zu guter Letzt muss das Endprodukt entsprechend der Endverwendung temperaturbehandelt werden.