Technologie de production de margarine

Technologie de production de margarine

RÉSUMÉ EXÉCUTIF

Aujourd'hui, les entreprises agroalimentaires, comme les autres entreprises manufacturières, accordent une grande importance à la fiabilité et à la qualité de leurs équipements de transformation, mais aussi aux différents services proposés par leurs fournisseurs. Outre nos lignes de transformation performantes, nous intervenons depuis la conception initiale du projet jusqu'à la mise en service, sans oublier l'important service après-vente.

Shiputec a plus de 20 ans d'expérience dans l'industrie de la transformation et de l'emballage des aliments.

INTRODUCTION À NOTRE TECHNOLOGIE

VISION ET ENGAGEMENT

Le segment Shiputec conçoit, fabrique et commercialise des solutions d'ingénierie de processus et d'automatisation pour les industries laitières, alimentaires, des boissons, marines, pharmaceutiques et de soins personnels par le biais de ses opérations mondiales.

Nous nous engageons à aider nos clients du monde entier à améliorer la performance et la rentabilité de leurs usines et de leurs procédés de fabrication. Pour ce faire, nous proposons une large gamme de produits et de solutions, allant des composants techniques à la conception d'usines de traitement complètes, en nous appuyant sur une expertise de pointe en matière d'applications et de développement.

Nous continuons d'aider nos clients à optimiser les performances et la rentabilité de leur installation tout au long de sa durée de vie avec des services d'assistance adaptés à leurs besoins individuels grâce à un réseau coordonné de service client et de pièces de rechange.

ORIENTATION CLIENT

Shiputec développe, fabrique et installe des lignes de transformation modernes, performantes et fiables pour l'industrie agroalimentaire. Pour la production de produits à base de matières grasses cristallisées comme la margarine, le beurre, les pâtes à tartiner et les matières grasses, Shiputec propose des solutions comprenant également des lignes de transformation pour les produits alimentaires émulsifiés comme la mayonnaise, les sauces et les vinaigrettes.

PRODUCTION DE MARGARINE

La margarine et ses produits apparentés contiennent une phase aqueuse et une phase grasse. Ils peuvent donc être qualifiés d'émulsions eau-dans-huile (E/H) dans lesquelles la phase aqueuse est finement dispersée sous forme de gouttelettes dans la phase grasse continue. La composition de la phase grasse et le procédé de fabrication sont choisis en fonction de l'application du produit.

Outre les équipements de cristallisation, une usine moderne de fabrication de margarine et de produits connexes comprend généralement plusieurs cuves pour le stockage de l'huile, ainsi que pour la préparation de l'émulsifiant, de la phase aqueuse et de l'émulsion ; la taille et le nombre de cuves sont calculés en fonction de la capacité de l'usine et de la gamme de produits. L'usine comprend également une unité de pasteurisation et une unité de refusion. Ainsi, le processus de fabrication peut généralement être divisé en plusieurs sous-processus (voir schéma 1) :

PRÉPARATION DE LA PHASE AQUEUSE ET DE LA PHASE GRASSE (ZONE 1)

La phase aqueuse est souvent préparée par lots dans le réservoir. L'eau doit être de bonne qualité potable. Si la qualité de l'eau ne peut être garantie, elle peut être prétraitée, par exemple par UV ou par filtration.

Outre l'eau, la phase aqueuse peut être constituée de sel ou de saumure, de protéines de lait (margarine de table et pâtes à tartiner allégées), de sucre (pâte feuilletée), de stabilisants (pâtes à tartiner allégées et allégées), de conservateurs et d'arômes hydrosolubles.

Les principaux ingrédients de la phase grasse, le mélange de matières grasses, sont généralement constitués d'un mélange de différentes matières grasses et huiles. Pour obtenir une margarine présentant les caractéristiques et fonctionnalités souhaitées, le rapport entre matières grasses et huiles dans le mélange est déterminant pour la performance du produit final.

Les différentes graisses et huiles, sous forme de mélanges ou d'huiles individuelles, sont stockées dans des cuves de stockage généralement situées à l'extérieur de l'usine de production. Celles-ci sont maintenues à une température stable, supérieure à leur point de fusion, et sous agitation afin d'éviter leur fractionnement et de faciliter leur manipulation.

Outre le mélange de matières grasses, la phase grasse est généralement composée d'ingrédients liposolubles mineurs tels qu'un émulsifiant, de la lécithine, des arômes, des colorants et des antioxydants. Ces ingrédients mineurs sont dissous dans le mélange de matières grasses avant l'ajout de la phase aqueuse, donc avant le processus d'émulsification.

PRÉPARATION D'ÉMULSION (ZONE 2)

L'émulsion est préparée en transférant diverses huiles et matières grasses ou mélanges de matières grasses dans la cuve d'émulsion. Généralement, les matières grasses ou mélanges à point de fusion élevé sont ajoutés en premier, suivis des matières grasses à point de fusion plus bas et de l'huile liquide. Pour compléter la préparation de la phase grasse, l'émulsifiant et d'autres ingrédients mineurs liposolubles sont ajoutés au mélange. Une fois tous les ingrédients de la phase grasse correctement mélangés, la phase aqueuse est ajoutée et l'émulsion est obtenue par un mélange intensif mais contrôlé.

Différents systèmes peuvent être utilisés pour doser les différents ingrédients de l'émulsion dont deux fonctionnent par lots :

Système de débitmètre

Système de réservoir de pesée

Un système d'émulsification continue en ligne est une solution moins appréciée, mais utilisée, par exemple, sur les lignes à grande capacité où l'espace disponible pour les cuves d'émulsion est limité. Ce système utilise des pompes doseuses et des débitmètres massiques pour contrôler le rapport des phases ajoutées dans une petite cuve d'émulsion.

Les systèmes mentionnés ci-dessus peuvent tous être contrôlés de manière entièrement automatique. Certaines usines plus anciennes disposent encore de systèmes de préparation d'émulsion à commande manuelle, mais ceux-ci nécessitent beaucoup de main-d'œuvre et leur installation est déconseillée aujourd'hui en raison des règles strictes de traçabilité.

Le système de débitmètre est basé sur la préparation d'émulsions par lots, où les différentes phases et ingrédients sont mesurés par des débitmètres massiques lors du transfert des cuves de préparation vers la cuve d'émulsion. La précision de ce système est de +/- 0,3 %. Il se caractérise par son insensibilité aux influences extérieures telles que les vibrations et la saleté.

Le système de cuve de pesée fonctionne comme un système de débitmètre basé sur la préparation d'émulsions par lots. Les quantités d'ingrédients et de phases sont ajoutées directement dans la cuve d'émulsion, montée sur des cellules de charge contrôlant les quantités ajoutées.

Généralement, un système à deux cuves est utilisé pour préparer l'émulsion afin de permettre le fonctionnement continu de la ligne de cristallisation. Chaque cuve fait office de cuve de préparation et de cuve tampon (cuve d'émulsion). Ainsi, la ligne de cristallisation est alimentée par une cuve tandis qu'un nouveau lot est préparé dans l'autre, et inversement. C'est ce qu'on appelle le système à bascule.

Une solution dans laquelle l'émulsion est préparée dans une cuve et, une fois prête, transférée vers une cuve tampon d'où alimente la ligne de cristallisation est également envisageable. Ce système est appelé système de prémélange/tampon.

PASTEURISATION (ZONE 3)

Depuis le réservoir tampon, l'émulsion est normalement pompée en continu à travers un échangeur de chaleur à plaques (PHE) ou un échangeur de chaleur à surface raclée basse pression (SSHE), ou un SSHE haute pression pour la pasteurisation avant d'entrer dans la ligne de cristallisation.

Pour les produits à teneur élevée en matières grasses, on utilise généralement un PHE. Pour les versions à faible teneur en matières grasses, où l'émulsion doit présenter une viscosité relativement élevée, et pour les émulsions thermosensibles (par exemple, celles à forte teneur en protéines), le système SPX (solution basse pression) ou le SPX-PLUS (solution haute pression) sont recommandés.

Le procédé de pasteurisation présente plusieurs avantages. Il inhibe la croissance bactérienne et celle d'autres micro-organismes, améliorant ainsi la stabilité microbiologique de l'émulsion. La pasteurisation de la phase aqueuse seule est possible, mais la pasteurisation de l'émulsion complète est préférable, car elle minimise le temps de séjour entre le produit pasteurisé et le remplissage ou l'emballage du produit final. De plus, le produit est traité en ligne, de la pasteurisation au remplissage ou à l'emballage du produit final, et la pasteurisation de toute matière retravaillée est assurée une fois l'émulsion complète pasteurisée.

De plus, la pasteurisation de l'émulsion complète garantit que celle-ci alimente la ligne de cristallisation à une température constante, garantissant ainsi des paramètres de traitement, des températures et une texture de produit constants. De plus, la formation d'émulsion précristallisée dans l'équipement de cristallisation est évitée lorsque l'émulsion est correctement pasteurisée et alimentée vers la pompe haute pression à une température supérieure de 5 à 10 °C au point de fusion de la phase grasse.

Un procédé de pasteurisation classique comprend, après la préparation de l'émulsion à 45-55 °C, une séquence de chauffage et de maintien de l'émulsion à 75-85 °C pendant 16 secondes, puis un refroidissement à 45-55 °C. La température finale dépend du point de fusion de la phase grasse : plus le point de fusion est élevé, plus la température est élevée.

REFROIDISSEMENT, CRISTALLISATION ET PÉTRISSAGE (ZONE 4)

 

L'émulsion est pompée vers la ligne de cristallisation au moyen d'une pompe à piston haute pression (HPP). La ligne de cristallisation destinée à la production de margarine et de produits apparentés est généralement équipée d'un SSHE haute pression refroidi par un fluide de refroidissement de type ammoniac ou fréon. Des machines à rotor à broches et/ou des cristallisoirs intermédiaires sont souvent intégrés à la ligne afin d'augmenter l'intensité et le temps de malaxage pour la production de produits plastiques. Un tube de repos constitue l'étape finale de la ligne de cristallisation et n'est inclus que si le produit est conditionné.

Au cœur de la ligne de cristallisation se trouve le SSHE haute pression, où l'émulsion chaude est surfondue et cristallisée sur la surface intérieure du tube de refroidissement. L'émulsion est efficacement raclée par les racleurs rotatifs, refroidissant et malaxant simultanément. Lorsque la matière grasse de l'émulsion cristallise, les cristaux forment un réseau tridimensionnel qui emprisonne les gouttelettes d'eau et l'huile liquide, donnant ainsi des produits aux propriétés plastiques semi-solides.

En fonction du type de produit à fabriquer et du type de matières grasses utilisées pour le produit particulier, la configuration de la ligne de cristallisation (c'est-à-dire l'ordre des tubes de refroidissement et des machines à rotor à broches) peut être ajustée pour fournir la configuration optimale pour le produit particulier.

La ligne de cristallisation produisant généralement plusieurs matières grasses spécifiques, le SSHE est souvent composé de deux ou plusieurs sections de refroidissement ou tubes de refroidissement afin de répondre aux exigences d'une ligne de cristallisation flexible. La production de différents produits gras cristallisés à partir de différents mélanges de matières grasses exige une certaine flexibilité, car les caractéristiques de cristallisation des mélanges peuvent varier d'un mélange à l'autre.

Le processus de cristallisation, les conditions et les paramètres de traitement ont une grande influence sur les caractéristiques de la margarine et des produits à tartiner finaux. Lors de la conception d'une ligne de cristallisation, il est important d'identifier les caractéristiques des produits destinés à être fabriqués. Pour pérenniser l'investissement, la flexibilité de la ligne et la possibilité de contrôler individuellement les paramètres de traitement sont essentielles, car la gamme de produits concernés peut évoluer avec le temps et les matières premières.

La capacité de la ligne est déterminée par la surface de refroidissement disponible du SSHE. Différentes tailles de machines sont disponibles, allant de lignes de faible à grande capacité. Différents degrés de flexibilité sont également disponibles, allant d'équipements monotubes à des lignes multitubes, offrant ainsi des lignes de traitement hautement flexibles.

Une fois refroidi dans le SSHE, le produit entre dans la machine à rotor à broches et/ou les cristallisoirs intermédiaires où il est malaxé pendant une durée et une intensité déterminées afin de favoriser la formation du réseau tridimensionnel, qui constitue, au niveau macroscopique, la structure plastique. Si le produit est destiné à être distribué emballé, il entre à nouveau dans le SSHE avant de se stabiliser dans le tube de repos avant l'emballage. Si le produit est conditionné en coupelles, aucun tube de repos n'est inclus dans la chaîne de cristallisation.

EMBALLAGE, REMPLISSAGE ET REFUSION (ZONE 5)

Différentes machines d'emballage et de remplissage sont disponibles sur le marché et ne seront pas décrites dans cet article. Cependant, la consistance du produit est très différente selon qu'il est destiné à être emballé ou rempli. Il est évident qu'un produit emballé doit présenter une texture plus ferme qu'un produit rempli. Si cette texture n'est pas optimale, le produit sera dirigé vers le système de refusion, fondu et ajouté au réservoir tampon pour retraitement. Différents systèmes de refusion sont disponibles, mais les plus utilisés sont les PHE ou les SSHE basse pression.

AUTOMATION

 

La margarine, comme d'autres produits alimentaires, est aujourd'hui produite dans de nombreuses usines selon des procédures de traçabilité strictes. Ces procédures, qui couvrent généralement les ingrédients, la production et le produit fini, garantissent non seulement une sécurité alimentaire renforcée, mais aussi une qualité alimentaire constante. Les exigences de traçabilité peuvent être intégrées au système de contrôle de l'usine, et le système Shiputec est conçu pour contrôler, enregistrer et documenter les conditions et paramètres importants de l'ensemble du processus de fabrication.

Le système de contrôle est protégé par mot de passe et enregistre l'historique de tous les paramètres de la ligne de transformation de la margarine, de la recette à l'évaluation du produit final. L'enregistrement des données comprend la capacité et le débit de la pompe haute pression (l/h et contre-pression), les températures du produit (y compris la pasteurisation) pendant la cristallisation, les températures de refroidissement (ou pressions du fluide de refroidissement) de l'échangeur de chaleur à plaques, la vitesse de l'échangeur de chaleur à plaques et des machines à rotor à broches, ainsi que la charge des moteurs de la pompe haute pression, de l'échangeur de chaleur à plaques et des machines à rotor à broches.

Système de contrôle

Pendant le traitement, des alarmes sont envoyées à l'opérateur si les paramètres de traitement du produit concerné sont hors limites ; ces alarmes sont définies dans l'éditeur de recettes avant la production. Ces alarmes doivent être acquittées manuellement et des mesures doivent être prises conformément aux procédures. Toutes les alarmes sont enregistrées dans un système d'historique pour consultation ultérieure. Lorsque le produit quitte la chaîne de production dans un emballage ou un conditionnement approprié, il est, outre son nom, généralement marqué de la date, de l'heure et du numéro de lot pour un suivi ultérieur. L'historique complet de toutes les étapes de production est ainsi archivé pour la sécurité du producteur et du consommateur final.

CIP

Les installations de nettoyage CIP (CIP = nettoyage en place) font également partie intégrante d'une usine de margarine moderne, car les usines de production de margarine doivent être nettoyées régulièrement. Pour les margarines traditionnelles, un nettoyage hebdomadaire est habituel. Cependant, pour les produits sensibles comme les produits à faible teneur en matières grasses (teneur élevée en eau) et/ou à forte teneur en protéines, des intervalles plus courts entre les nettoyages CIP sont recommandés.

En principe, deux systèmes de nettoyage en place sont utilisés : les installations de nettoyage en place (NEP) qui utilisent les agents nettoyants une seule fois, ou les installations de nettoyage recommandées qui fonctionnent avec une solution tampon contenant les agents nettoyants. Après utilisation, les agents nettoyants, tels que lessive, acide et/ou désinfectants, sont renvoyés dans les cuves de stockage. Ce dernier procédé est privilégié car il représente une solution écologique et économique en termes de consommation de produits nettoyants et, par conséquent, de coût.

Si plusieurs lignes de production sont installées dans une même usine, il est possible de mettre en place des pistes de nettoyage parallèles ou des systèmes satellites de NEP. Cela permet de réduire considérablement le temps de nettoyage et la consommation d'énergie. Les paramètres du processus NEP sont automatiquement contrôlés et enregistrés pour un suivi ultérieur dans le système de contrôle.

REMARQUES FINALES

Lors de la production de margarine et de produits apparentés, il est important de garder à l'esprit que la qualité du produit final ne dépend pas uniquement des ingrédients, comme les huiles et les matières grasses utilisées, ni de la recette. La configuration, les paramètres de traitement et l'état de l'usine sont également déterminants. Un mauvais entretien de la ligne ou des équipements peut entraîner une baisse de performance. Par conséquent, pour produire des produits de haute qualité, une installation performante est indispensable. Le choix d'un mélange de matières grasses aux caractéristiques adaptées à l'application finale du produit est également crucial, tout comme la configuration et le choix des paramètres de traitement de l'usine. Enfin, le produit final doit être traité thermiquement en fonction de son utilisation finale..