Technologie de production de margarine

RÉSUMÉ EXÉCUTIF

Aujourd'hui, les entreprises agroalimentaires, à l'instar des autres entreprises manufacturières, ne se contentent plus de s'intéresser à la fiabilité et à la qualité de leurs équipements de transformation, mais s'attachent également aux différents services proposés par leurs fournisseurs. Outre les lignes de production performantes que nous fournissons, nous vous accompagnons de la conception initiale du projet jusqu'à sa mise en service finale, sans oublier l'important service après-vente.

Shiputec possède plus de 20 ans d'expérience dans l'industrie de la transformation et du conditionnement des aliments.

INTRODUCTION À NOTRE TECHNOLOGIE

VISION ET ENGAGEMENT

Le segment Shiputec conçoit, fabrique et commercialise des solutions d'ingénierie des procédés et d'automatisation pour les industries laitière, alimentaire, des boissons, maritime, pharmaceutique et des soins personnels à travers ses opérations mondiales.

Nous nous engageons à aider nos clients du monde entier à améliorer la performance et la rentabilité de leurs usines et procédés de fabrication. Pour ce faire, nous proposons une vaste gamme de produits et de solutions, allant des composants techniques à la conception d'usines complètes, le tout soutenu par 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 leurs installations tout au long de leur durée de vie grâce à des services d'assistance adaptés à leurs besoins individuels, via un réseau coordonné de service client et de pièces détachées.

ORIENTATION CLIENT

Shiputec conçoit, fabrique et installe des lignes de production modernes, performantes et fiables pour l'industrie agroalimentaire. Pour la production de matières grasses cristallisées telles que la margarine, le beurre, les pâtes à tartiner et les graisses végétales hydrogénées, Shiputec propose des solutions comprenant également des lignes de production pour les produits alimentaires émulsionnés comme la mayonnaise, les sauces et les vinaigrettes.

PRODUCTION DE MARGARINE

La margarine et les produits apparentés contiennent une phase aqueuse et une phase grasse et peuvent donc être caractérisés comme des 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 l'équipement de cristallisation, une usine moderne de fabrication de margarine et de produits dérivés comprend généralement diverses cuves de stockage d'huile ainsi que des cuves pour la préparation d'émulsifiants, de la phase aqueuse et d'émulsions ; la taille et le nombre de ces 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. Le processus de fabrication peut donc être globalement divisé en sous-processus (voir schéma 1) :

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

La phase aqueuse est généralement préparée par lots dans le réservoir prévu à cet effet. L'eau doit être potable. Si sa potabilité ne peut être garantie, elle peut être prétraitée, par exemple par un système UV ou de filtration.

Outre l'eau, la phase aqueuse peut contenir du sel ou de la saumure, des protéines de lait (margarine de table et pâtes à tartiner allégées), du sucre (pâte feuilletée), des stabilisants (pâtes à tartiner allégées et à teneur réduite en matières grasses), des conservateurs et des arômes hydrosolubles.

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

Les différentes graisses et huiles, qu'elles soient mélangées ou pures, sont stockées dans des réservoirs généralement situés à l'extérieur de l'unité de production. Ces réservoirs sont maintenus à une température stable, supérieure au point de fusion des graisses, et sous agitation afin d'éviter leur fractionnement et de faciliter leur manipulation.

Outre le mélange de matières grasses, la phase grasse contient généralement des ingrédients liposolubles mineurs tels que des émulsifiants, 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 DE L'ÉMULSION (ZONE 2)

 Diagramme 1 :

1. Préparation de la phase aqueuse et de la phase grasse (zone 1),

2. Préparation de l'émulsion (zone 2),

3. Pasteurisation (zone 3),

4. Zone de refroidissement, de cristallisation et de malaxage (zone 4),

5. Emballage et refusion (zone 5)

L'émulsion est préparée en introduisant diverses huiles et graisses, ou mélanges de graisses, dans la cuve d'émulsion. Généralement, les graisses à point de fusion élevé, ou mélanges de graisses, sont ajoutées en premier, suivies des graisses 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 de graisses. Une fois tous les ingrédients de la phase grasse bien mélangés, la phase aqueuse est ajoutée et l'émulsion est formée sous agitation intense mais contrôlée.

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

1. système de débitmètre
2. Système de réservoir de pesage

Un système d'émulsification en ligne continue est une solution moins courante, mais utilisée notamment sur les lignes à haut débit 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 automatisée. Certaines installations plus anciennes disposent encore de systèmes de préparation d'émulsions à commande manuelle, mais ces systèmes sont exigeants en main-d'œuvre et leur installation est déconseillée aujourd'hui en raison des règles strictes de traçabilité.

Le système de mesure de débit repose sur la préparation d'émulsions par lots. Les différentes phases et leurs ingrédients sont mesurés par des débitmètres massiques lors de leur transfert des cuves de préparation des phases vers la cuve d'émulsion. La précision de ce système est de ±0,3 %. Ce système se caractérise par son insensibilité aux perturbations extérieures telles que les vibrations et les impuretés.

Le système de cuve de pesage est similaire au système de débitmètre, mais basé sur la préparation d'émulsions par lots. Les quantités d'ingrédients et de phases sont ajoutées directement à la cuve d'émulsion, laquelle est montée sur des capteurs de pesage qui contrôlent les quantités ajoutées.

Généralement, un système à deux cuves est utilisé pour la préparation de l'émulsion afin d'assurer le fonctionnement continu de la ligne de cristallisation. Chaque cuve sert à la fois de cuve de préparation et de cuve tampon (cuve d'émulsion). Ainsi, la ligne de cristallisation est alimentée par une cuve pendant qu'un nouveau lot est préparé dans l'autre, et inversement. Ce système est appelé système flip-flop.

Une autre solution consiste à préparer l'émulsion dans une cuve puis, une fois prête, à la transférer dans une cuve tampon qui alimente la ligne de cristallisation. Ce système est appelé système prémélange/tampon.

PASTEURISATION (ZONE 3)

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

Pour les produits riches en matières grasses, on utilise généralement un échangeur de chaleur à plaques (PHE). Pour les versions allégées, où l'émulsion doit présenter une viscosité relativement élevée, et pour les émulsions thermosensibles (par exemple, les émulsions à forte teneur en protéines), le système SPX en solution basse pression ou le SPX-PLUS en solution haute pression est recommandé.

Le procédé de pasteurisation présente plusieurs avantages. Il permet d'inhiber la croissance bactérienne et la prolifération d'autres micro-organismes, améliorant ainsi la stabilité microbiologique de l'émulsion. La pasteurisation de la seule phase aqueuse est possible, mais la pasteurisation de l'émulsion complète est préférable car elle réduit considérablement le temps de séjour entre le produit pasteurisé et le remplissage ou le conditionnement du produit final. De plus, le traitement du produit s'effectue en continu, de la pasteurisation au remplissage ou au conditionnement du produit final, et la pasteurisation de tout matériau recyclé est garantie lorsque l'émulsion est pasteurisée dans son intégralité.

De plus, la pasteurisation de l'émulsion complète garantit son alimentation à la ligne de cristallisation à température constante, assurant ainsi des paramètres de traitement, des températures et une texture de produit constants. Par ailleurs, la formation d'émulsion pré-cristallisée dans l'équipement de cristallisation est évitée grâce à une pasteurisation adéquate et à une alimentation de la pompe haute pression à une température de 5 à 10 °C supérieure 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 étape de chauffage et de maintien à 75-85 °C pendant 16 secondes, suivie d'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, CRISTALLINISATION ET PÉTRISSAGE (ZONE 4)

 L'émulsion est acheminée vers la ligne de cristallisation par une pompe à piston haute pression (HPP). La ligne de cristallisation pour la production de margarine et de produits dérivés comprend généralement un échangeur de chaleur à plaques haute pression (SSHE) refroidi par un fluide frigorigène de type ammoniac ou fréon. Des mélangeurs à rotor à broches et/ou des cristalliseurs intermédiaires sont souvent intégrés à la ligne afin d'intensifier et de prolonger le malaxage pour la production de produits plastiques. Un tube de repos constitue la dernière étape de la ligne de cristallisation et n'est présent que si le produit est conditionné.

L'élément central de la ligne de cristallisation est l'échangeur de chaleur à haute pression (SSHE), dans lequel l'émulsion chaude est refroidie en surfusion et cristallise sur la paroi interne du tube de refroidissement. L'émulsion est efficacement raclée par des racleurs rotatifs, ce qui permet de la refroidir et de la malaxer simultanément. Lors de la cristallisation des matières grasses, les cristaux forment un réseau tridimensionnel emprisonnant les gouttelettes d'eau et l'huile liquide, donnant naissance à des produits aux propriétés semi-solides plastiques.

En fonction du type de produit à fabriquer et du type de graisses utilisées pour ce produit, 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 afin d'obtenir la configuration optimale pour le produit en question.

Comme la ligne de cristallisation produit généralement plusieurs matières grasses spécifiques, l'échangeur de chaleur à plaques (SSHE) comprend souvent deux sections de refroidissement ou plus, ou des tubes réfrigérants, afin de répondre aux exigences d'une ligne de cristallisation flexible. La flexibilité est essentielle pour la production de différentes matières grasses cristallisées à partir de mélanges variés, car les caractéristiques de cristallisation de ces mélanges peuvent différer.

Le procédé de cristallisation, les conditions et les paramètres de traitement influencent fortement les caractéristiques des margarines et pâtes à tartiner finales. Lors de la conception d'une ligne de cristallisation, il est essentiel de définir les caractéristiques des produits à fabriquer. Pour pérenniser l'investissement, la flexibilité de la ligne et la possibilité de paramétrer individuellement les traitements sont indispensables, car la gamme de produits et les matières premières peuvent évoluer.

La capacité de la ligne est déterminée par la surface de refroidissement disponible de l'échangeur de chaleur à plaques. Différentes tailles de machines sont disponibles, allant des lignes à faible capacité à celles à haute capacité. Différents degrés de flexibilité sont également proposés, des équipements à tube unique aux lignes à tubes multiples, permettant ainsi des lignes de production très flexibles.

Après refroidissement dans l'unité SSHE, le produit est introduit dans la machine à rotor à broches et/ou les cristalliseurs intermédiaires où il est malaxé pendant une durée et avec une intensité déterminées afin de favoriser la formation du réseau tridimensionnel, qui constitue la structure plastique à l'échelle macroscopique. Si le produit est destiné à être conditionné sous emballage, il retourne dans l'unité SSHE avant de reposer dans le tube de repos. Si le produit est conditionné en gobelets, aucun tube de repos n'est utilisé dans la ligne de cristallisation.

EMBALLAGE, REMPLISSAGE ET REFUSION (ZONE 5)

Diverses machines d'emballage et de remplissage sont disponibles sur le marché et ne seront pas décrites dans cet article. Cependant, la consistance du produit diffère sensiblement 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 est dirigé vers le système de refusion, fondu puis ajouté au réservoir tampon pour être retraité. Différents systèmes de refusion existent, mais les plus utilisés sont les échangeurs de chaleur à plaques (PHE) ou les échangeurs de chaleur à plaques à basse pression (SSHE).

AUTOMATION

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

Le système de contrôle est protégé par mot de passe et enregistre l'historique des données de tous les paramètres de la ligne de production de margarine, depuis la recette jusqu'à l'évaluation du produit final. Cet enregistrement 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 les pressions du fluide de refroidissement) de l'échangeur de chaleur à plaques (SSHE), la vitesse de l'échangeur SSHE et des machines à rotor à broches, ainsi que la charge des moteurs entraînant la pompe haute pression, l'échangeur SSHE et les machines à rotor à broches.

Système de contrôle

Durant le processus de fabrication, des alarmes sont envoyées à l'opérateur si les paramètres de traitement du produit dépassent les limites définies dans l'éditeur de recettes avant la production. Ces alarmes doivent être validées manuellement et les actions correctives doivent être entreprises conformément aux procédures. Toutes les alarmes sont enregistrées dans un système d'historique pour consultation ultérieure. Lorsque le produit quitte la ligne de production, conditionné, il est marqué, outre son nom, de la date, de l'heure et d'un numéro de lot pour assurer sa traçabilité. 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 NEP (nettoyage en place) font partie intégrante d'une usine de margarine moderne, car ces usines doivent être nettoyées régulièrement. Pour les margarines traditionnelles, un nettoyage hebdomadaire est généralement suffisant. Cependant, pour les produits sensibles comme les margarines allégées (à forte teneur en eau) et/ou riches en protéines, des intervalles plus courts entre les nettoyages NEP sont recommandés.

En principe, deux systèmes NEP sont utilisés : les installations NEP qui utilisent les produits de nettoyage une seule fois, et les installations NEP recommandées qui fonctionnent avec une solution tampon contenant les produits de nettoyage. Dans ce dernier cas, les produits tels que la soude caustique, l’acide et/ou les désinfectants sont renvoyés dans les cuves de stockage NEP individuelles après utilisation. Ce dernier procédé est privilégié car il est plus respectueux de l’environnement et plus économique en termes de consommation de produits de nettoyage, et donc de coût.

Lorsqu'une usine comporte plusieurs lignes de production, il est possible de mettre en place des circuits de nettoyage parallèles ou des systèmes NEP (Nettoyage En Place) satellites. Ceci permet de réduire considérablement le temps de nettoyage et la consommation d'énergie. Les paramètres du processus NEP sont contrôlés et enregistrés automatiquement pour un suivi ultérieur dans le système de gestion.

REMARQUES FINALES

Lors de la production de margarine et de produits dérivés, il est essentiel de garder à l'esprit que la qualité du produit final dépend non seulement des ingrédients (huiles et graisses utilisées) et de la recette, mais aussi de la configuration de l'installation, des paramètres de traitement et de son état. Un entretien insuffisant de la ligne de production ou des équipements peut compromettre son efficacité. Par conséquent, pour produire des produits de haute qualité, une installation performante est indispensable. Le choix d'un mélange de matières grasses adapté à l'application finale est tout aussi important, de même qu'une configuration et des paramètres de traitement appropriés. Enfin, le produit final doit subir un traitement thermique conforme à son usage.