Công nghệ sản xuất bơ thực vật

TÓM TẮT CHUNG

Ngày nay, các công ty thực phẩm cũng giống như các doanh nghiệp sản xuất khác, không chỉ tập trung vào độ tin cậy và chất lượng của thiết bị chế biến thực phẩm mà còn vào nhiều dịch vụ khác nhau mà nhà cung cấp thiết bị chế biến có thể cung cấp. Bên cạnh các dây chuyền chế biến hiệu quả mà chúng tôi cung cấp, chúng tôi có thể là đối tác từ giai đoạn ý tưởng hoặc dự án ban đầu đến giai đoạn vận hành cuối cùng, và không quên dịch vụ hậu mãi quan trọng.

Shiputec có hơn 20 năm kinh nghiệm trong ngành chế biến và đóng gói thực phẩm.

GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ CỦA CHÚNG TÔI

TẦM NHÌN VÀ CAM KẾT

Phân khúc Shiputec thiết kế, sản xuất và tiếp thị các giải pháp kỹ thuật quy trình và tự động hóa cho các ngành công nghiệp sữa, thực phẩm, đồ uống, hàng hải, dược phẩm và chăm sóc cá nhân thông qua hoạt động toàn cầu của mình.

Chúng tôi cam kết hỗ trợ khách hàng trên toàn thế giới nâng cao hiệu suất và lợi nhuận của nhà máy và quy trình sản xuất. Chúng tôi đạt được điều này bằng cách cung cấp một loạt các sản phẩm và giải pháp, từ các linh kiện kỹ thuật đến thiết kế các nhà máy quy trình hoàn chỉnh, được hỗ trợ bởi chuyên môn ứng dụng và phát triển hàng đầu thế giới.

Chúng tôi tiếp tục hỗ trợ khách hàng tối ưu hóa hiệu suất và lợi nhuận của nhà máy trong suốt vòng đời hoạt động bằng các dịch vụ hỗ trợ được thiết kế riêng cho từng nhu cầu thông qua mạng lưới dịch vụ khách hàng và phụ tùng thay thế phối hợp chặt chẽ.

TẬP TRUNG VÀO KHÁCH HÀNG

Shiputec phát triển, sản xuất và lắp đặt các dây chuyền chế biến hiện đại, hiệu quả cao và đáng tin cậy cho ngành công nghiệp thực phẩm. Đối với sản xuất các sản phẩm chất béo kết tinh như bơ thực vật, bơ, các loại phết và shortening, Shiputec cung cấp các giải pháp bao gồm cả dây chuyền chế biến cho các sản phẩm thực phẩm nhũ hóa như mayonnaise, nước sốt và gia vị.

SẢN XUẤT BƠ THỰC VẬT

Bơ thực vật và các sản phẩm liên quan chứa pha nước và pha chất béo, do đó có thể được đặc trưng là nhũ tương nước trong dầu (W/O), trong đó pha nước được phân tán mịn dưới dạng các giọt trong pha chất béo liên tục. Tùy thuộc vào ứng dụng của sản phẩm, thành phần của pha chất béo và quy trình sản xuất được lựa chọn cho phù hợp.

Ngoài thiết bị kết tinh, một nhà máy sản xuất bơ thực vật và các sản phẩm liên quan hiện đại thường bao gồm nhiều bể chứa dầu cũng như để chuẩn bị chất nhũ hóa, pha nước và nhũ tương; kích thước và số lượng bể được tính toán dựa trên công suất của nhà máy và danh mục sản phẩm. Nhà máy cũng bao gồm một đơn vị tiệt trùng và một đơn vị nấu chảy lại. Do đó, quy trình sản xuất nói chung có thể được chia thành các quy trình phụ sau (vui lòng xem sơ đồ 1):

CHUẨN BỊ PHA NƯỚC VÀ PHA CHẤT BÉO (KHU VỰC 1)

Pha nước thường được chuẩn bị theo từng mẻ trong bể chứa pha nước. Nước phải đạt chất lượng nước uống tốt. Nếu không thể đảm bảo nước đạt chất lượng nước uống, nước có thể được xử lý sơ bộ bằng các phương pháp như chiếu tia cực tím hoặc hệ thống lọc.

Ngoài nước, pha nước có thể bao gồm muối hoặc nước muối, protein sữa (bơ thực vật và các loại bơ phết ít béo), đường (bánh ngàn lớp), chất ổn định (bơ phết giảm béo và ít béo), chất bảo quản và hương liệu hòa tan trong nước.

Thành phần chính trong pha chất béo, hay hỗn hợp chất béo, thường bao gồm hỗn hợp các loại chất béo và dầu khác nhau. Để đạt được bơ thực vật với các đặc tính và chức năng mong muốn, tỷ lệ chất béo và dầu trong hỗn hợp chất béo đóng vai trò quyết định đến hiệu quả của sản phẩm cuối cùng.

Các loại chất béo và dầu khác nhau, dưới dạng hỗn hợp chất béo hoặc dầu đơn lẻ, được lưu trữ trong các bể chứa dầu thường đặt bên ngoài cơ sở sản xuất. Chúng được giữ ở nhiệt độ bảo quản ổn định trên điểm nóng chảy của chất béo và được khuấy trộn để tránh sự phân tách chất béo và tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển.

Ngoài hỗn hợp chất béo, pha chất béo thường bao gồm các thành phần hòa tan trong chất béo với hàm lượng nhỏ như chất nhũ hóa, lecithin, hương liệu, chất tạo màu và chất chống oxy hóa. Các thành phần nhỏ này được hòa tan trong hỗn hợp chất béo trước khi thêm pha nước, tức là trước quá trình nhũ hóa.

CHUẨN BỊ NHŨ TƯƠNG (KHU VỰC 2)

 Sơ đồ 1:

1. Chuẩn bị pha nước và pha chất béo (vùng 1),

2. Chuẩn bị nhũ tương (khu vực 2),

3. Thanh trùng (vùng 3),

4. Khu vực làm lạnh, kết tinh và nhào trộn (khu vực 4),

5. Đóng gói và nấu chảy lại (khu vực 5)

Nhũ tương được điều chế bằng cách chuyển các loại dầu và chất béo hoặc hỗn hợp chất béo khác nhau vào bể nhũ tương. Thông thường, chất béo hoặc hỗn hợp chất béo có điểm nóng chảy cao được thêm vào trước, tiếp theo là chất béo có điểm nóng chảy thấp hơn và dầu lỏng. Để hoàn tất việc chuẩn bị pha chất béo, chất nhũ hóa và các thành phần phụ hòa tan trong dầu khác được thêm vào hỗn hợp chất béo. Khi tất cả các thành phần của pha chất béo đã được trộn đều, pha nước được thêm vào và nhũ tương được tạo ra dưới sự khuấy trộn mạnh mẽ nhưng được kiểm soát.

Có thể sử dụng các hệ thống khác nhau để định lượng các thành phần khác nhau cho nhũ tương, trong đó có hai hệ thống hoạt động theo từng mẻ:

1. Hệ thống đo lưu lượng
2. Hệ thống bể cân

Hệ thống nhũ hóa liên tục trong dây chuyền là một giải pháp ít được ưa chuộng hơn nhưng vẫn được sử dụng trong các dây chuyền công suất lớn, nơi không gian dành cho các bể chứa nhũ tương bị hạn chế. Hệ thống này sử dụng bơm định lượng và lưu lượng kế để kiểm soát tỷ lệ các pha được thêm vào trong một bể chứa nhũ tương nhỏ.

Các hệ thống nêu trên đều có thể được điều khiển hoàn toàn tự động. Tuy nhiên, một số nhà máy cũ vẫn còn hệ thống chuẩn bị nhũ tương được điều khiển thủ công, nhưng những hệ thống này tốn nhiều nhân công và không được khuyến khích lắp đặt hiện nay do các quy định nghiêm ngặt về truy xuất nguồn gốc.

Hệ thống đo lưu lượng dựa trên quy trình chuẩn bị nhũ tương theo từng mẻ, trong đó các pha và thành phần khác nhau được đo bằng lưu lượng kế khối lượng khi chuyển từ các bể chuẩn bị pha khác nhau vào bể nhũ tương. Độ chính xác của hệ thống này là +/-0,3%. Hệ thống này có đặc điểm là không bị ảnh hưởng bởi các tác động bên ngoài như rung động và bụi bẩn.

Hệ thống bể cân tương tự như hệ thống lưu lượng kế dựa trên việc chuẩn bị nhũ tương theo từng mẻ. Tại đây, lượng các thành phần và pha được thêm trực tiếp vào bể nhũ tương, được gắn trên các cảm biến trọng lượng để kiểm soát lượng được thêm vào bể.

Thông thường, hệ thống hai bể được sử dụng để chuẩn bị nhũ tương nhằm đảm bảo dây chuyền kết tinh có thể vận hành liên tục. Mỗi bể hoạt động như một bể chuẩn bị và bể đệm (bể nhũ tương), do đó dây chuyền kết tinh sẽ được cấp liệu từ bể này trong khi mẻ mới được chuẩn bị ở bể kia và ngược lại. Hệ thống này được gọi là hệ thống lật ngược (flip-flop system).

Một giải pháp khác là chuẩn bị nhũ tương trong một bể và khi hoàn thành sẽ được chuyển sang bể đệm, từ đó cung cấp nguyên liệu cho dây chuyền kết tinh. Hệ thống này được gọi là hệ thống trộn sẵn/đệm.

TIỆT TRÙNG (VÙNG 3)

Từ bể chứa trung gian, nhũ tương thường được bơm liên tục qua bộ trao đổi nhiệt dạng tấm (PHE) hoặc bộ trao đổi nhiệt bề mặt cạo áp suất thấp (SSHE), hoặc SSHE áp suất cao để tiệt trùng trước khi đi vào dây chuyền kết tinh.

Đối với các sản phẩm có hàm lượng chất béo cao, PHE thường được sử dụng. Đối với các phiên bản ít chất béo hơn, trong đó nhũ tương dự kiến ​​​​sẽ có độ nhớt tương đối cao và đối với các nhũ tương nhạy nhiệt (ví dụ: nhũ tương có hàm lượng protein cao), hệ thống SPX dưới dạng dung dịch áp suất thấp hoặc SPX-PLUS dưới dạng dung dịch áp suất cao được khuyến nghị.

Quá trình tiệt trùng có một số ưu điểm. Nó đảm bảo ức chế sự phát triển của vi khuẩn và các vi sinh vật khác, do đó cải thiện độ ổn định vi sinh của nhũ tương. Việc chỉ tiệt trùng pha nước là một khả năng, nhưng tiệt trùng toàn bộ nhũ tương được ưu tiên hơn vì quá trình tiệt trùng nhũ tương sẽ giảm thiểu thời gian lưu trú từ sản phẩm đã tiệt trùng đến khi đóng gói hoặc chiết rót sản phẩm cuối cùng. Ngoài ra, sản phẩm được xử lý trong một quy trình liên tục từ khi tiệt trùng đến khi đóng gói hoặc chiết rót sản phẩm cuối cùng và việc tiệt trùng bất kỳ nguyên liệu tái chế nào cũng được đảm bảo khi toàn bộ nhũ tương được tiệt trùng.

Ngoài ra, việc tiệt trùng toàn bộ nhũ tương đảm bảo rằng nhũ tương được đưa vào dây chuyền kết tinh ở nhiệt độ không đổi, đạt được các thông số xử lý, nhiệt độ sản phẩm và kết cấu sản phẩm ổn định. Thêm vào đó, hiện tượng nhũ tương tiền kết tinh được đưa vào thiết bị kết tinh được ngăn ngừa khi nhũ tương được tiệt trùng đúng cách và được đưa vào bơm cao áp ở nhiệt độ cao hơn 5-10°C so với điểm nóng chảy của pha chất béo.

Quy trình tiệt trùng điển hình sau khi chuẩn bị nhũ tương ở 45-55°C sẽ bao gồm giai đoạn gia nhiệt và giữ nhiệt nhũ tương ở 75-85°C trong 16 giây, tiếp theo là quá trình làm nguội đến nhiệt độ 45-55°C. Nhiệt độ cuối cùng phụ thuộc vào điểm nóng chảy của pha chất béo: điểm nóng chảy càng cao, nhiệt độ càng cao.

LÀM LẠNH, KẾT TINH VÀ NHÀO BỘT (KHU VỰC 4)

 Nhũ tương được bơm đến dây chuyền kết tinh bằng bơm piston cao áp (HPP). Dây chuyền kết tinh để sản xuất bơ thực vật và các sản phẩm liên quan thường bao gồm một thiết bị trao đổi nhiệt siêu tới hạn áp suất cao (SSHE) được làm mát bằng amoniac hoặc chất làm lạnh loại Freon. Máy trộn rôto dạng chốt và/hoặc các thiết bị kết tinh trung gian thường được tích hợp vào dây chuyền để tăng cường cường độ và thời gian nhào trộn cho việc sản xuất các sản phẩm nhựa. Ống lắng là bước cuối cùng của dây chuyền kết tinh và chỉ được bao gồm nếu sản phẩm được đóng gói.

Cốt lõi của dây chuyền kết tinh là thiết bị SSHE áp suất cao, trong đó nhũ tương ấm được làm lạnh siêu tốc và kết tinh trên bề mặt bên trong của ống làm lạnh. Nhũ tương được gạt bỏ hiệu quả bằng các lưỡi gạt quay, do đó nhũ tương được làm lạnh và nhào trộn đồng thời. Khi chất béo trong nhũ tương kết tinh, các tinh thể chất béo tạo thành một mạng lưới ba chiều bao bọc các giọt nước và dầu lỏng, tạo ra sản phẩm có tính chất bán rắn dẻo.

Tùy thuộc vào loại sản phẩm cần sản xuất và loại chất béo được sử dụng cho sản phẩm đó, cấu hình của dây chuyền kết tinh (tức là thứ tự các ống làm lạnh và máy quay ly tâm) có thể được điều chỉnh để cung cấp cấu hình tối ưu cho sản phẩm cụ thể.

Vì dây chuyền kết tinh thường sản xuất nhiều sản phẩm chất béo khác nhau, nên hệ thống SSHE thường bao gồm hai hoặc nhiều bộ phận làm mát hoặc ống làm lạnh để đáp ứng yêu cầu về một dây chuyền kết tinh linh hoạt. Khi sản xuất các sản phẩm chất béo kết tinh khác nhau từ nhiều hỗn hợp chất béo, tính linh hoạt là cần thiết vì đặc tính kết tinh của các hỗn hợp có thể khác nhau.

Quá trình kết tinh, điều kiện xử lý và các thông số xử lý có ảnh hưởng lớn đến đặc tính của sản phẩm bơ thực vật và bơ phết cuối cùng. Khi thiết kế dây chuyền kết tinh, điều quan trọng là phải xác định đặc điểm của các sản phẩm dự kiến ​​được sản xuất trên dây chuyền đó. Để đảm bảo khoản đầu tư cho tương lai, tính linh hoạt của dây chuyền cũng như các thông số xử lý có thể điều khiển riêng lẻ là cần thiết, vì phạm vi sản phẩm quan tâm có thể thay đổi theo thời gian cũng như nguyên liệu thô.

Năng suất của dây chuyền được xác định bởi diện tích bề mặt làm mát sẵn có của SSHE. Có nhiều loại máy với kích thước khác nhau, từ dây chuyền công suất thấp đến công suất cao. Ngoài ra, còn có nhiều mức độ linh hoạt khác nhau, từ thiết bị một ống đến dây chuyền nhiều ống, do đó tạo ra các dây chuyền xử lý có tính linh hoạt cao.

Sau khi sản phẩm được làm lạnh trong hệ thống SSHE, nó sẽ đi vào máy trộn trục quay và/hoặc các thiết bị kết tinh trung gian, nơi nó được nhào trộn trong một khoảng thời gian và cường độ nhất định để hỗ trợ thúc đẩy sự hình thành mạng lưới ba chiều, mà ở cấp độ vĩ mô chính là cấu trúc dẻo. Nếu sản phẩm được đóng gói để phân phối, nó sẽ đi vào hệ thống SSHE một lần nữa trước khi lắng vào ống giữ mẫu trước khi đóng gói. Nếu sản phẩm được đóng vào cốc, dây chuyền kết tinh sẽ không có ống giữ mẫu.

ĐÓNG GÓI, CHIẾT RÓT VÀ NẤU CHẢY LẠI (KHU VỰC 5)

Trên thị trường hiện có nhiều loại máy đóng gói và chiết rót khác nhau, và bài viết này sẽ không mô tả chi tiết từng loại. Tuy nhiên, độ đặc của sản phẩm sẽ rất khác nhau nếu được sản xuất để đóng gói hay chiết rót. Rõ ràng là sản phẩm đóng gói phải có kết cấu chắc hơn sản phẩm chiết rót, và nếu kết cấu này không tối ưu, sản phẩm sẽ được chuyển đến hệ thống nấu chảy lại, nấu chảy và thêm vào bể chứa để tái chế. Có nhiều hệ thống nấu chảy lại khác nhau, nhưng các hệ thống được sử dụng phổ biến nhất là PHE hoặc SSHE áp suất thấp.

TỰ ĐỘNG HÓA

 Cũng như các sản phẩm thực phẩm khác, bơ thực vật ngày nay được sản xuất tại nhiều nhà máy theo quy trình truy xuất nguồn gốc nghiêm ngặt. Các quy trình này thường bao gồm nguyên liệu, quy trình sản xuất và sản phẩm cuối cùng, không chỉ giúp tăng cường an toàn thực phẩm mà còn đảm bảo chất lượng thực phẩm ổn định. Yêu cầu truy xuất nguồn gốc có thể được tích hợp vào hệ thống kiểm soát của nhà máy và hệ thống kiểm soát Shiputec được thiết kế để kiểm soát, ghi nhận và lưu trữ các điều kiện và thông số quan trọng liên quan đến toàn bộ quy trình sản xuất.

Hệ thống điều khiển được trang bị bảo vệ bằng mật khẩu và có chức năng ghi nhật ký dữ liệu lịch sử của tất cả các thông số liên quan đến dây chuyền chế biến bơ thực vật, từ thông tin công thức đến đánh giá sản phẩm cuối cùng. Việc ghi nhật ký dữ liệu bao gồm công suất và lưu lượng của bơm cao áp (lít/giờ và áp suất ngược), nhiệt độ sản phẩm (bao gồm cả quá trình tiệt trùng) trong quá trình kết tinh, nhiệt độ làm mát (hoặc áp suất môi chất làm mát) của SSHE, tốc độ của SSHE và máy quay ly tâm cũng như tải trọng của động cơ vận hành bơm cao áp, SSHE và máy quay ly tâm.

Hệ thống điều khiển

Trong quá trình sản xuất, hệ thống sẽ gửi cảnh báo đến người vận hành nếu các thông số xử lý cho sản phẩm cụ thể vượt quá giới hạn cho phép; các thông số này được thiết lập trong trình chỉnh sửa công thức trước khi sản xuất. Người vận hành phải xác nhận thủ công các cảnh báo này và thực hiện các hành động theo quy trình. Tất cả các cảnh báo đều được lưu trữ trong hệ thống lưu trữ lịch sử cảnh báo để xem lại sau này. Khi sản phẩm rời khỏi dây chuyền sản xuất với bao bì hoặc thành phẩm phù hợp, ngoài tên sản phẩm, sản phẩm thường được đánh dấu thêm ngày, giờ và số lô để theo dõi sau này. Toàn bộ lịch sử của tất cả các bước sản xuất liên quan đến quy trình sản xuất được lưu trữ để đảm bảo an toàn cho nhà sản xuất và người dùng cuối, tức là người tiêu dùng.

CIP

Hệ thống vệ sinh CIP (CIP = cleaning in place - vệ sinh tại chỗ) cũng là một phần của nhà máy sản xuất bơ thực vật hiện đại, vì các nhà máy sản xuất bơ thực vật cần được vệ sinh thường xuyên. Đối với các sản phẩm bơ thực vật truyền thống, vệ sinh một lần một tuần là khoảng thời gian bình thường. Tuy nhiên, đối với các sản phẩm nhạy cảm như sản phẩm ít chất béo (hàm lượng nước cao) và/hoặc sản phẩm có hàm lượng protein cao, nên giảm khoảng thời gian giữa các lần vệ sinh CIP.

Về nguyên tắc, có hai hệ thống CIP được sử dụng: các hệ thống CIP chỉ sử dụng chất tẩy rửa một lần hoặc các hệ thống CIP được khuyến nghị hoạt động thông qua dung dịch đệm của chất tẩy rửa, trong đó các chất như kiềm, axit và/hoặc chất khử trùng được đưa trở lại các bể chứa CIP riêng lẻ sau khi sử dụng. Quy trình thứ hai được ưu tiên hơn vì nó là một giải pháp thân thiện với môi trường và tiết kiệm chi phí về lượng chất tẩy rửa tiêu thụ.

Trong trường hợp có nhiều dây chuyền sản xuất được lắp đặt trong cùng một nhà máy, có thể thiết lập các đường vệ sinh song song hoặc hệ thống CIP vệ tinh. Điều này giúp giảm đáng kể thời gian vệ sinh và tiêu thụ năng lượng. Các thông số của quy trình CIP được tự động điều khiển và ghi lại để theo dõi sau này trong hệ thống điều khiển.

LỜI KẾT

Khi sản xuất bơ thực vật và các sản phẩm liên quan, điều quan trọng cần ghi nhớ là chất lượng sản phẩm cuối cùng không chỉ phụ thuộc vào các thành phần như dầu và chất béo được sử dụng hay công thức sản phẩm, mà còn phụ thuộc vào cấu hình của nhà máy, các thông số xử lý và tình trạng của nhà máy. Nếu dây chuyền hoặc thiết bị không được bảo trì tốt, hiệu suất hoạt động của dây chuyền sẽ bị ảnh hưởng. Do đó, để sản xuất sản phẩm chất lượng cao, một nhà máy hoạt động tốt là điều bắt buộc, nhưng việc lựa chọn hỗn hợp chất béo có đặc tính phù hợp với mục đích sử dụng cuối cùng của sản phẩm cũng rất quan trọng, cũng như cấu hình và lựa chọn đúng các thông số xử lý của nhà máy. Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, sản phẩm cuối cùng phải được xử lý nhiệt theo mục đích sử dụng.