Tecnología de producción de margarina

Tecnología de producción de margarina

RESUMEN EJECUTIVO

Hoy en día, las empresas alimentarias, al igual que otras empresas manufactureras, no solo se centran en la fiabilidad y la calidad de sus equipos de procesamiento de alimentos, sino también en los diversos servicios que ofrece el proveedor. Además de las eficientes líneas de procesamiento que ofrecemos, podemos ser su socio desde la fase inicial de la idea o proyecto hasta la fase final de puesta en marcha, sin olvidar el importante servicio posventa.

Shiputec tiene más de 20 años de experiencia en la industria de procesamiento y envasado de alimentos.

INTRODUCCIÓN A NUESTRA TECNOLOGÍA

VISIÓN Y COMPROMISO

El segmento Shiputec diseña, fabrica y comercializa soluciones de ingeniería de procesos y automatización para las industrias láctea, alimentaria, de bebidas, marina, farmacéutica y de cuidado personal a través de sus operaciones globales.

Nos comprometemos a ayudar a nuestros clientes de todo el mundo a mejorar el rendimiento y la rentabilidad de sus plantas y procesos de fabricación. Lo logramos ofreciendo una amplia gama de productos y soluciones, desde componentes de ingeniería hasta el diseño de plantas de proceso completas, con el respaldo de una experiencia líder mundial en aplicaciones y desarrollo.

Seguimos ayudando a nuestros clientes a optimizar el rendimiento y la rentabilidad de su planta durante toda su vida útil con servicios de soporte adaptados a sus necesidades individuales a través de una red coordinada de servicio al cliente y repuestos.

ENFOQUE EN EL CLIENTE

Shiputec desarrolla, fabrica e instala líneas de procesamiento modernas, altamente eficientes y fiables para la industria alimentaria. Para la producción de productos grasos cristalizados como margarina, mantequilla, untables y mantecas, Shiputec ofrece soluciones que también incluyen líneas de proceso para productos alimenticios emulsionados como mayonesa, salsas y aderezos.

PRODUCCIÓN DE MARGARINA

La margarina y los productos relacionados contienen una fase acuosa y una fase grasa, por lo que pueden caracterizarse como emulsiones de agua en aceite (A/O), en las que la fase acuosa se dispersa finamente en forma de gotitas en la fase grasa continua. La composición de la fase grasa y el proceso de fabricación se seleccionan según la aplicación del producto.

Además del equipo de cristalización, una planta moderna de fabricación de margarina y productos relacionados suele incluir varios tanques para el almacenamiento de aceite, así como para la preparación de emulsionantes, fase acuosa y emulsiones. El tamaño y la cantidad de tanques se calculan en función de la capacidad de la planta y la cartera de productos. La planta también incluye una unidad de pasteurización y una planta de refusión. Por lo tanto, el proceso de fabricación puede dividirse, en general, en los siguientes subprocesos (véase el diagrama 1):

PREPARACIÓN DE LA FASE ACUOSA Y DE LA FASE GRASA (ZONA 1)

La fase acuosa suele prepararse por lotes en el tanque de fase acuosa. El agua debe ser potable. Si no se puede garantizar su calidad, se puede someter a un pretratamiento mediante, por ejemplo, un sistema de rayos UV o un filtro.

Además del agua, la fase acuosa puede consistir en sal o salmuera, proteínas de la leche (margarina de mesa y untables bajos en grasa), azúcar (hojaldre), estabilizantes (untables bajos en grasa y reducidos en grasa), conservantes y sabores solubles en agua.

Los principales ingredientes de la fase grasa, la mezcla de grasas, suelen consistir en una combinación de diferentes grasas y aceites. Para lograr una margarina con las características y funcionalidades deseadas, la proporción de grasas y aceites en la mezcla es decisiva para el rendimiento del producto final.

Las diversas grasas y aceites, ya sea como mezclas de grasas o aceites individuales, se almacenan en tanques de almacenamiento de aceite, generalmente ubicados fuera de la planta de producción. Estos se mantienen a una temperatura de almacenamiento estable, superior al punto de fusión de la grasa, y bajo agitación para evitar su fraccionamiento y facilitar su manipulación.

Además de la mezcla de grasas, la fase grasa suele estar compuesta por ingredientes liposolubles menores, como emulsionante, lecitina, saborizante, colorante y antioxidantes. Estos ingredientes menores se disuelven en la mezcla de grasas antes de añadir la fase acuosa, es decir, antes del proceso de emulsificación.

PREPARACIÓN DE EMULSIONES (ZONA 2)

La emulsión se prepara transfiriendo diversos aceites y grasas o mezclas de grasas al tanque de emulsión. Generalmente, se añaden primero las grasas o mezclas de grasas de alto punto de fusión, seguidas de las grasas de bajo punto de fusión y el aceite líquido. Para completar la preparación de la fase grasa, se añaden el emulsionante y otros ingredientes menores liposolubles a la mezcla de grasas. Una vez mezclados correctamente todos los ingredientes de la fase grasa, se añade la fase acuosa y se crea la emulsión mediante una agitación intensa pero controlada.

Para la dosificación de los distintos ingredientes de la emulsión se pueden utilizar diferentes sistemas, de los cuales dos trabajan por lotes:

Sistema de medidor de flujo

Sistema de tanque de pesaje

Un sistema de emulsificación continua en línea es una solución menos preferida, pero se utiliza, por ejemplo, en líneas de alta capacidad con espacio limitado para tanques de emulsión. Este sistema utiliza bombas dosificadoras y medidores de flujo másico para controlar la proporción de las fases añadidas en un pequeño tanque de emulsión.

Todos los sistemas mencionados pueden controlarse de forma totalmente automática. Sin embargo, algunas plantas más antiguas aún cuentan con sistemas de preparación de emulsiones controlados manualmente, pero estos requieren mucha mano de obra y no se recomienda su instalación actualmente debido a las estrictas normas de trazabilidad.

El sistema de caudalímetro se basa en la preparación de emulsiones por lotes, donde las distintas fases e ingredientes se miden mediante caudalímetros másicos al transferirse desde los tanques de preparación de fases al tanque de emulsión. La precisión de este sistema es de ±0,3 %. Se caracteriza por su insensibilidad a influencias externas como vibraciones y suciedad.

El sistema de tanque de pesaje es similar al sistema de caudalímetro, basado en la preparación de emulsiones por lotes. En este caso, las cantidades de ingredientes y fases se añaden directamente al tanque de emulsión, el cual está montado sobre celdas de carga que controlan las cantidades añadidas.

Normalmente, se utiliza un sistema de dos tanques para preparar la emulsión y así permitir el funcionamiento continuo de la línea de cristalización. Cada tanque funciona como tanque de preparación y de reserva (tanque de emulsión), por lo que la línea de cristalización se alimenta desde un tanque mientras que un nuevo lote se prepara en el otro, y viceversa. Este sistema se denomina "flip-flop".

Otra opción es una solución donde la emulsión se prepara en un tanque y, una vez lista, se transfiere a un tanque de reserva, desde donde se alimenta la línea de cristalización. Este sistema se denomina sistema de premezcla/reserva.

PASTEURIZACIÓN (ZONA 3)

Desde el tanque de almacenamiento, la emulsión normalmente se bombea de manera continua a través de un intercambiador de calor de placas (PHE) o un intercambiador de calor de superficie raspada de baja presión (SSHE), o SSHE de alta presión para pasteurización antes de ingresar a la línea de cristalización.

Para productos con toda la grasa, se suele utilizar un sistema PHE. Para versiones con menor contenido de grasa, donde se espera que la emulsión presente una viscosidad relativamente alta, y para emulsiones sensibles al calor (por ejemplo, emulsiones con alto contenido proteico), se recomienda el sistema SPX como solución de baja presión o el SPX-PLUS como solución de alta presión.

El proceso de pasteurización ofrece varias ventajas. Garantiza la inhibición del crecimiento bacteriano y de otros microorganismos, mejorando así la estabilidad microbiológica de la emulsión. Si bien es posible pasteurizar solo la fase acuosa, se prefiere la pasteurización de la emulsión completa, ya que minimiza el tiempo de residencia desde el producto pasteurizado hasta el llenado o envasado del producto final. Además, el producto se trata en un proceso en línea desde la pasteurización hasta el llenado o envasado del producto final, y la pasteurización de cualquier material de reprocesamiento está garantizada al pasteurizarse la emulsión completa.

Además, la pasteurización de la emulsión completa garantiza que esta se alimente a la línea de cristalización a temperatura constante, logrando así parámetros de procesamiento, temperaturas y textura del producto constantes. Además, se evita la formación de emulsión precristalizada al alimentar el equipo de cristalización cuando la emulsión se pasteuriza correctamente y se alimenta a la bomba de alta presión a una temperatura 5-10 °C superior al punto de fusión de la fase grasa.

Un proceso típico de pasteurización, tras la preparación de la emulsión a 45-55 °C, incluye un calentamiento y mantenimiento de la emulsión a 75-85 °C durante 16 segundos, seguido de un enfriamiento a 45-55 °C. La temperatura final depende del punto de fusión de la fase grasa: a mayor punto de fusión, mayor temperatura.

ENFRIAMIENTO, CRISTALIZACIÓN Y AMASADO (ZONA 4)

 

La emulsión se bombea a la línea de cristalización mediante una bomba de pistón de alta presión (HPP). La línea de cristalización para la producción de margarina y productos afines suele constar de un SSHE de alta presión refrigerado por amoníaco o freón. A menudo se incluyen en la línea máquinas de rotor de pasadores o cristalizadores intermedios para aumentar la intensidad y el tiempo de amasado en la producción de productos plásticos. Un tubo de reposo es el paso final de la línea de cristalización y solo se incluye si el producto está envasado.

El corazón de la línea de cristalización es el SSHE de alta presión, donde la emulsión caliente se superenfría y cristaliza en la superficie interna del tubo de enfriamiento. La emulsión se raspa eficientemente mediante raspadores giratorios, lo que permite enfriarla y amasarla simultáneamente. Cuando la grasa de la emulsión cristaliza, los cristales de grasa forman una red tridimensional que atrapa las gotas de agua y el aceite líquido, dando como resultado productos con propiedades de naturaleza plástica semisólida.

Dependiendo del tipo de producto a fabricar y del tipo de grasas utilizadas para el producto en particular, la configuración de la línea de cristalización (es decir, el orden de los tubos de enfriamiento y las máquinas de rotor de pasadores) se puede ajustar para proporcionar la configuración óptima para el producto en particular.

Dado que la línea de cristalización suele fabricar más de un producto graso específico, el SSHE suele constar de dos o más secciones de enfriamiento o tubos de enfriamiento para cumplir con los requisitos de una línea de cristalización flexible. Al producir diferentes productos grasos cristalizados a partir de diversas mezclas de grasas, se requiere flexibilidad, ya que las características de cristalización de las mezclas pueden variar.

El proceso de cristalización, las condiciones y los parámetros de procesamiento influyen considerablemente en las características de la margarina y los productos para untar finales. Al diseñar una línea de cristalización, es importante identificar las características de los productos que se planea fabricar en ella. Para asegurar la inversión a futuro, es necesario que la línea sea flexible y que los parámetros de procesamiento se puedan controlar individualmente, ya que la gama de productos de interés, al igual que las materias primas, puede cambiar con el tiempo.

La capacidad de la línea está determinada por la superficie de enfriamiento disponible del SSHE. Disponemos de máquinas de diferentes tamaños, desde líneas de baja hasta de alta capacidad. También ofrecemos diversos grados de flexibilidad, desde equipos de un solo tubo hasta líneas de varios tubos, lo que se traduce en líneas de procesamiento altamente flexibles.

Tras enfriarse en el SSHE, el producto ingresa a la máquina de rotor de pasadores y/o a los cristalizadores intermedios, donde se amasa durante un tiempo determinado y con cierta intensidad para favorecer la formación de la red tridimensional, que a nivel macroscópico constituye la estructura plástica. Si el producto se va a distribuir envuelto, ingresará de nuevo al SSHE antes de asentarse en el tubo de reposo previo al envasado. Si el producto se envasa en vasos, no se incluye un tubo de reposo en la línea de cristalización.

ENVASADO, LLENADO Y REMUNDIDO (ZONA 5)

Existen diversas máquinas de envasado y llenado disponibles en el mercado, que no se describirán en este artículo. Sin embargo, la consistencia del producto varía considerablemente según se produzca para envasado o llenado. Es evidente que un producto envasado debe presentar una textura más firme que uno lleno, y si esta textura no es óptima, el producto se desvía al sistema de refusión, donde se funde y se añade al tanque de almacenamiento intermedio para su reprocesamiento. Existen diferentes sistemas de refusión, pero los más utilizados son los de baja presión (PHE) o los de baja presión (SSHE).

AUTOMATIZACIÓN

 

La margarina, al igual que otros productos alimenticios, se produce hoy en día en muchas fábricas bajo estrictos procedimientos de trazabilidad. Estos procedimientos, que suelen abarcar los ingredientes, la producción y el producto final, se traducen no solo en una mayor seguridad alimentaria, sino también en una calidad constante. Los requisitos de trazabilidad pueden implementarse en el sistema de control de la fábrica, y el sistema de control Shiputec está diseñado para controlar, registrar y documentar las condiciones y parámetros importantes de todo el proceso de fabricación.

El sistema de control está protegido por contraseña y registra históricamente todos los parámetros de la línea de procesamiento de margarina, desde la información de la receta hasta la evaluación del producto final. El registro incluye la capacidad y el caudal de la bomba de alta presión (l/hora y contrapresión), las temperaturas del producto (incluido el proceso de pasteurización) durante la cristalización, las temperaturas de enfriamiento (o presiones del medio refrigerante) del SSHE, la velocidad del SSHE y de las máquinas de rotor de pasadores, así como la carga de los motores que accionan la bomba de alta presión, el SSHE y las máquinas de rotor de pasadores.

Sistema de control

Durante el procesamiento, se envían alarmas al operador si los parámetros de procesamiento de un producto específico exceden los límites; estas se configuran en el editor de recetas antes de la producción. Estas alarmas deben confirmarse manualmente y se deben tomar las medidas correspondientes. Todas las alarmas se almacenan en un sistema de historial para su posterior consulta. Cuando el producto sale de la línea de producción correctamente envasado o llenado, se separa del nombre del producto, generalmente marcado con fecha, hora y número de identificación del lote para su posterior seguimiento. De este modo, se archiva el historial completo de todos los pasos de producción involucrados en el proceso de fabricación para la seguridad del productor y del consumidor final.

CIP

Las plantas de limpieza CIP (CIP = limpieza in situ) también forman parte de una planta moderna de margarina, ya que las plantas de producción de margarina deben limpiarse periódicamente. Para las margarinas tradicionales, una vez a la semana es el intervalo de limpieza habitual. Sin embargo, para productos sensibles, como los bajos en grasa (alto contenido de agua) o los ricos en proteínas, se recomiendan intervalos más cortos entre las limpiezas CIP.

En principio, se utilizan dos sistemas CIP: las plantas CIP, que utilizan los medios de limpieza una sola vez, o las plantas CIP recomendadas, que funcionan mediante una solución tampón de los medios de limpieza, donde medios como lejía, ácido o desinfectantes se devuelven a los tanques de almacenamiento individuales tras su uso. Este último proceso es preferible, ya que representa una solución ecológica y económica en cuanto al consumo de agentes de limpieza y, por consiguiente, a su coste.

Si se instalan varias líneas de producción en una misma fábrica, es posible configurar pistas de limpieza paralelas o sistemas satélite CIP. Esto se traduce en una reducción significativa del tiempo de limpieza y del consumo energético. Los parámetros del proceso CIP se controlan y registran automáticamente para su posterior seguimiento en el sistema de control.

OBSERVACIONES FINALES

Al producir margarina y productos relacionados, es importante tener en cuenta que no solo los ingredientes, como los aceites y grasas utilizados, o la receta del producto, determinan la calidad del producto final, sino también la configuración de la planta, los parámetros de procesamiento y el estado de la misma. Si la línea o el equipo no se mantienen adecuadamente, existe el riesgo de que no funcionen eficientemente. Por lo tanto, para producir productos de alta calidad, es fundamental contar con una planta que funcione correctamente, pero también es importante la elección de una mezcla de grasas con características que se correspondan con la aplicación final del producto, así como una correcta configuración y selección de los parámetros de procesamiento de la planta. Por último, pero no menos importante, el producto final debe someterse a un tratamiento térmico según su uso final..