Tecnoloxía de produción de margarina

RESUMO EXECUTIVO

As empresas alimentarias actuais, como outras empresas manufactureiras, non só se centran na fiabilidade e na calidade dos equipos de procesamento de alimentos, senón tamén en diversos servizos que o provedor dos equipos de procesamento pode ofrecer. Ademais das eficientes liñas de procesamento que ofrecemos, podemos ser un socio desde a idea inicial ou a fase do proxecto ata a fase final de posta en servizo, sen esquecer o importante servizo posvenda.

Shiputec ten máis de 20 anos de experiencia na industria de procesamento e envasado de alimentos.

INTRODUCIÓN Á NOSA TECNOLOXÍA

VISIÓN E COMPROMISO

O segmento Shiputec deseña, fabrica e comercializa solucións de enxeñaría de procesos e automatización para as industrias láctea, alimentaria, de bebidas, mariña, farmacéutica e de coidado persoal a través das súas operacións globais.

Comprometémonos a axudar os nosos clientes de todo o mundo a mellorar o rendemento e a rendibilidade das súas plantas e procesos de fabricación. Conseguímolo ofrecendo unha ampla gama de produtos e solucións, desde compoñentes de enxeñaría ata o deseño de plantas de proceso completas, apoiadas por aplicacións e experiencia en desenvolvemento líderes a nivel mundial.

Continuamos a axudar aos nosos clientes a optimizar o rendemento e a rendibilidade das súas plantas ao longo da súa vida útil con servizos de soporte adaptados ás súas necesidades individuais a través dunha rede coordinada de atención ao cliente e pezas de reposto.

ORIENTACIÓN NO CLIENTE

Shiputec desenvolve, fabrica e instala liñas de procesamento modernas, de alta eficiencia e fiables para a industria alimentaria. Para a produción de produtos con graxa cristalizada como margarina, manteiga, cremas para untar e graxas vexetais, Shiputec ofrece solucións que tamén inclúen liñas de proceso para produtos alimenticios emulsionados como maionesa, salsas e aderezos.

PRODUCIÓN DE MARGARINA

A margarina e os produtos relacionados conteñen unha fase acuosa e unha fase graxa e, polo tanto, pódense caracterizar como emulsións de auga en aceite (A/A) nas que a fase acuosa se dispersa finamente en forma de gotículas na fase graxa continua. Dependendo da aplicación do produto, a composición da fase graxa e o proceso de fabricación escóllense en consecuencia.

Ademais do equipo de cristalización, unha instalación de fabricación moderna de margarina e produtos relacionados incluirá normalmente varios tanques para o almacenamento de aceite, así como para a preparación de emulsionantes, fase acuosa e emulsións; o tamaño e o número de tanques calcúlanse en función da capacidade da planta e da carteira de produtos. A instalación tamén inclúe unha unidade de pasteurización e unha instalación de refusión. Polo tanto, o proceso de fabricación pódese dividir en xeral nos seguintes subprocesos (véxase o diagrama 1):

PREPARACIÓN DA FASE ACUOSA E DA FASE GRAXOSA (ZONA 1)

A fase acuosa adoita prepararse por lotes no tanque da fase acuosa. A auga debe ser de boa calidade potable. Se non se pode garantir a calidade potable da auga, a auga pode someterse a un pretratamento mediante, por exemplo, un sistema de filtro ou UV.

Ademais da auga, a fase acuosa pode consistir en sal ou salmoira, proteínas do leite (margarina de mesa e cremas para untar baixas en graxa), azucre (masa follada), estabilizantes (cremas para untar baixas e baixas en graxa), conservantes e aromas solubles en auga.

Os principais ingredientes da fase graxa, a mestura de graxas, normalmente consisten nunha mestura de diferentes graxas e aceites. Para conseguir unha margarina coas características e funcionalidades desexadas, a proporción de graxas e aceites na mestura de graxas é decisiva para o rendemento do produto final.

As diversas graxas e aceites, xa sexan mesturas de graxas ou aceites individuais, almacénanse en tanques de almacenamento de aceite que normalmente se colocan fóra das instalacións de produción. Estes mantéñense a unha temperatura de almacenamento estable por riba do punto de fusión da graxa e baixo axitación para evitar o fraccionamento da graxa e permitir unha fácil manipulación.

Ademais da mestura de graxas, a fase graxa adoita consistir en ingredientes liposolubles menores como emulsionante, lecitina, aroma, cor e antioxidantes. Estes ingredientes menores disólvense na mestura de graxas antes de engadir a fase acuosa, polo tanto, antes do proceso de emulsificación.

PREPARACIÓN DA EMULSIÓN (ZONA 2)

 Diagrama 1:

1. Preparación da fase acuosa e da fase graxa (zona 1),

2. Preparación da emulsión (zona 2),

3. Pasteurización (zona 3),

4. Zona de arrefriamento, cristalización e amasado (zona 4),

5. Envasado e refusión (zona 5)

A emulsión prepárase transferindo varios aceites e graxas ou mesturas de graxas ao tanque de emulsión. Normalmente, as graxas ou mesturas de graxas de alto punto de fusión engádense primeiro, seguidas das graxas de baixo punto de fusión e o aceite líquido. Para completar a preparación da fase graxa, engádense o emulsionante e outros ingredientes minoritarios solubles en aceite á mestura de graxas. Cando todos os ingredientes para a fase graxa se mesturaron correctamente, engádese a fase acuosa e créase a emulsión baixo unha mestura intensiva pero controlada.

Pódense empregar diferentes sistemas para dosificar os distintos ingredientes da emulsión, dous dos cales funcionan por lotes:

1. Sistema de medición de fluxo
2. Sistema de tanques de pesaxe

Un sistema de emulsificación en liña continuo é unha solución menos preferida pero utilizada, por exemplo, en liñas de alta capacidade onde hai espazo limitado para tanques de emulsión. Este sistema emprega bombas dosificadoras e medidores de fluxo másico para controlar a proporción das fases engadidas nun pequeno tanque de emulsión.

Os sistemas mencionados anteriormente pódense controlar de forma totalmente automática. Non obstante, algunhas plantas máis antigas aínda teñen sistemas de preparación de emulsións controlados manualmente, pero requiren moita man de obra e non se recomenda a súa instalación hoxe en día debido ás estritas normas de trazabilidade.

O sistema de medición de caudal baséase na preparación de emulsións por lotes, na que as distintas fases e ingredientes se miden mediante medidores de caudal másico cando se transfiren dos distintos tanques de preparación de fases ao tanque de emulsión. A precisión deste sistema é de +/-0,3 %. Este sistema caracterízase pola súa insensibilidade a influencias externas como vibracións e sucidade.

O sistema de tanques de pesaxe é semellante ao sistema de medición de fluxo baseado na preparación de emulsións por lotes. Aquí, as cantidades de ingredientes e fases engádense directamente ao tanque de emulsión, que está montado en células de carga que controlan as cantidades engadidas ao tanque.

Normalmente, utilízase un sistema de dous tanques para preparar a emulsión co fin de poder facer funcionar a liña de cristalización de forma continua. Cada tanque funciona como tanque de preparación e tampón (tanque de emulsión), polo que a liña de cristalización alimentarase desde un tanque mentres que un novo lote se preparará no outro e viceversa. Isto chámase sistema flip-flop.

Tamén se pode optar por unha solución na que a emulsión se prepara nun tanque e, cando está lista, se transfire a un tanque tampón desde o que se alimenta a liña de cristalización. Este sistema denomínase sistema de premestura/tampón.

PASTEURIZACIÓN (ZONA 3)

Dende o tanque tampón, a emulsión normalmente bombease continuamente a través dun intercambiador de calor de placas (PHE), un intercambiador de calor de superficie raspada a baixa presión (SSHE) ou un SSHE de alta presión para a pasteurización antes de entrar na liña de cristalización.

Para produtos con toda a graxa úsase normalmente un PHE. Para versións con menos graxa onde se espera que a emulsión presente unha viscosidade relativamente alta e para emulsións sensibles á calor (por exemplo, emulsións con alto contido en proteínas) recoméndase o sistema SPX como solución de baixa presión ou o SPX-PLUS como solución de alta presión.

O proceso de pasteurización ten varias vantaxes. Garante a inhibición do crecemento bacteriano e doutros microorganismos, mellorando así a estabilidade microbiolóxica da emulsión. A pasteurización só da fase acuosa é unha posibilidade, pero prefírese a pasteurización da emulsión completa xa que o proceso de pasteurización da emulsión minimizará o tempo de residencia desde o produto pasteurizado ata o recheo ou envasado do produto final. Ademais, o produto trátase nun proceso en liña desde a pasteurización ata o recheo ou envasado do produto final e a pasteurización de calquera material de retraballo está garantida cando se pasteuriza a emulsión completa.

Ademais, a pasteurización da emulsión completa garante que a emulsión se alimente á liña de cristalización a unha temperatura constante, conseguindo parámetros de procesamento, temperaturas do produto e textura do produto constantes. Ademais, evítase a aparición de emulsión precristalizada alimentada ao equipo de cristalización cando a emulsión se pasteuriza axeitadamente e se alimenta á bomba de alta presión a unha temperatura de 5 a 10 °C superior ao punto de fusión da fase graxa.

Un proceso de pasteurización típico, despois da preparación da emulsión a 45-55 °C, inclúe unha secuencia de quecemento e mantemento da emulsión a 75-85 °C durante 16 segundos e, posteriormente, un proceso de arrefriamento a unha temperatura de 45-55 °C. A temperatura final depende do punto de fusión da fase graxa: canto maior sexa o punto de fusión, maior será a temperatura.

REFRIXERACIÓN, CRISTALIZACIÓN E AMASADO (ZONA 4)

 A emulsión bombéase á liña de cristalización mediante unha bomba de pistón de alta presión (HPP). A liña de cristalización para a produción de margarina e produtos relacionados consiste normalmente nun SSHE de alta presión que se arrefría cun medio de refrixeración de tipo amoníaco ou freón. A miúdo inclúense na liña máquinas de rotor de púas e/ou cristalizadores intermedios para engadir intensidade e tempo de amasado adicionais para a produción de produtos plásticos. Un tubo de repouso é o paso final da liña de cristalización e só se inclúe se o produto está envasado.

O corazón da liña de cristalización é o SSHE de alta presión, no que a emulsión quente se sobrearrefría e cristaliza na superficie interior do tubo de arrefriamento. A emulsión é raspada eficientemente polos raspadores rotatorios, polo que a emulsión se arrefría e amasa simultaneamente. Cando a graxa da emulsión cristaliza, os cristais de graxa forman unha rede tridimensional que atrapa as pingas de auga e o aceite líquido, o que resulta en produtos con propiedades de natureza semisólida plástica.

Dependendo do tipo de produto que se vaia fabricar e do tipo de graxas empregadas para o produto en particular, a configuración da liña de cristalización (é dicir, a orde dos tubos de arrefriamento e as máquinas de rotor de pernos) pódese axustar para proporcionar a configuración óptima para o produto en particular.

Dado que a liña de cristalización adoita fabricar máis dun produto graxo específico, o SSHE adoita constar de dúas ou máis seccións de arrefriamento ou tubos de arrefriamento para cumprir os requisitos dunha liña de cristalización flexible. Ao producir diferentes produtos graxos cristalizados de varias mesturas de graxas, é necesaria flexibilidade, xa que as características de cristalización das mesturas poden diferir dunha mestura a outra.

O proceso de cristalización, as condicións de procesamento e os parámetros de procesamento inflúen moito nas características da margarina e dos produtos finais para untar. Ao deseñar unha liña de cristalización, é importante identificar as características dos produtos que se prevé fabricar na liña. Para garantir o investimento no futuro, son necesarios a flexibilidade da liña, así como parámetros de procesamento controlables individualmente, xa que a gama de produtos de interese pode cambiar co tempo, así como as materias primas.

A capacidade da liña está determinada pola superficie de arrefriamento dispoñible do SSHE. Hai máquinas dispoñibles de diferentes tamaños, que van desde liñas de baixa a alta capacidade. Tamén hai varios graos de flexibilidade dispoñibles, desde equipos dun só tubo ata liñas de varios tubos, o que fai que sexan liñas de procesamento altamente flexibles.

Despois de que o produto se arrefríe no SSHE, este entra na máquina de rotor de agulla e/ou en cristalizadores intermedios nos que se amasa durante un certo período de tempo e cunha certa intensidade para axudar á promoción da rede tridimensional, que a nivel macroscópico é a estrutura plástica. Se o produto está destinado a ser distribuído como un produto envolto, volverá entrar no SSHE antes de asentarse no tubo de repouso antes de envolvelo. Se o produto se enche en vasos, non se inclúe ningún tubo de repouso na liña de cristalización.

ENVASADO, ENCHIDO E REFUNDIDO (ZONA 5)

Hai varias máquinas de envasado e recheo dispoñibles no mercado que non se describirán neste artigo. Non obstante, a consistencia do produto é moi diferente se se produce para ser envasado ou recheado. É obvio que un produto envasado debe presentar unha textura máis firme que un produto recheado e, se esta textura non é óptima, o produto desviarase ao sistema de refusión, fundirase e engadirase ao tanque intermedio para o seu reprocesamento. Hai diferentes sistemas de refusión dispoñibles, pero os sistemas máis utilizados son o PHE ou o SSHE de baixa presión.

AUTOMATIZACIÓN

 A margarina, como outros produtos alimenticios, prodúcese hoxe en día en moitas fábricas baixo estritos procedementos de trazabilidade. Estes procedementos, que normalmente abarcan os ingredientes, a produción e o produto final, resultan non só nunha maior seguridade alimentaria, senón tamén nunha calidade alimentaria constante. As esixencias de trazabilidade pódense implementar no sistema de control da fábrica e o sistema de control Shiputec está deseñado para controlar, rexistrar e documentar condicións e parámetros importantes relativos a todo o proceso de fabricación.

O sistema de control está equipado con protección por contrasinal e inclúe rexistro histórico de datos de todos os parámetros implicados na liña de procesamento de margarina, desde a información da receita ata a avaliación do produto final. O rexistro de datos inclúe a capacidade e a saída da bomba de alta presión (l/hora e contrapresión), as temperaturas do produto (incluído o proceso de pasteurización) durante a cristalización, as temperaturas de arrefriamento (ou as presións dos medios de arrefriamento) da SSHE, a velocidade da SSHE e das máquinas de rotor de pinos, así como a carga dos motores que fan funcionar a bomba de alta presión, a SSHE e as máquinas de rotor de pinos.

Sistema de control

Durante o procesamento, enviaranse alarmas ao operador se os parámetros de procesamento para o produto específico están fóra dos límites; estes establécense no editor de receitas antes da produción. Estas alarmas deben recoñecerse manualmente e deben tomarse medidas segundo os procedementos. Todas as alarmas almacénanse nun sistema de alarmas histórico para a súa posterior visualización. Cando o produto sae da liña de produción nun formato axeitadamente embalado ou cheo, á parte do nome do produto, normalmente márcase cunha data, hora e número de identificación do lote para o seu posterior seguimento. Deste xeito, arquivase o historial completo de todos os pasos de produción implicados no proceso de fabricación para a seguridade do produtor e do usuario final, o consumidor.

CIP

As plantas de limpeza CIP (CIP = limpeza in situ) tamén forman parte dunha instalación de margarina moderna, xa que as plantas de produción de margarina deben limparse regularmente. Para os produtos de margarina tradicionais, un intervalo de limpeza normal é unha vez por semana. Non obstante, para produtos sensibles como os produtos baixos en graxa (alto contido de auga) e/ou con alto contido de proteínas, recoméndanse intervalos máis curtos entre os CIP.

En principio, utilízanse dous sistemas CIP: as plantas CIP que empregan os medios de limpeza unha soa vez ou as plantas CIP recomendadas que funcionan mediante unha solución tampón dos medios de limpeza onde os medios como a lixivia, o ácido e/ou os desinfectantes se devolven aos tanques de almacenamento CIP individuais despois do seu uso. Prefírese este último proceso xa que representa unha solución respectuosa co medio ambiente e é unha solución económica en canto ao consumo de axentes de limpeza e, polo tanto, ao seu custo.

No caso de que haxa varias liñas de produción instaladas nunha fábrica, é posible configurar pistas de limpeza paralelas ou sistemas satélites CIP. Isto resulta nunha redución significativa no tempo de limpeza e no consumo de enerxía. Os parámetros do proceso CIP contrólanse e rexístranse automaticamente para o seu posterior seguimento no sistema de control.

OBSERVACIÓNS FINAIS

Ao producir margarina e produtos relacionados, é importante ter en conta que non son só os ingredientes como os aceites e as graxas empregados ou a receita do produto os que determinan a calidade do produto final, senón tamén a configuración da planta, os parámetros de procesamento e o estado da planta. Se a liña ou o equipo non están ben mantidos, existe o risco de que a liña non funcione de forma eficiente. Polo tanto, para producir produtos de alta calidade, unha planta que funcione ben é imprescindible, pero tamén é importante a elección dunha mestura de graxas con características que correspondan á aplicación final do produto, así como unha configuración e elección correctas dos parámetros de procesamento da planta. Por último, pero non menos importante, o produto final debe ser tratado termicamente segundo o uso final.