Тема 11. Технологічні схеми виробництва маргаринів .
ЛЕКЦІЯ №11
Технологічні схеми виготовлення маргаринів.
ПЛАН
Характеристика процесів переохолодження та кристалізації маргаринової емульсії.
Технологічна схема виготовлення маргарину (твердого) методом охолодження (з фасуванням в пачки).
Технологічна схема виробництва м’якого маргарину на лінії фірми «Шредер».
Технологічна схема виробництва м’якого маргарину на лінії фірми «Альфа Лаваль»
1.Характеристика процесів переохолодження та кристалізації маргаринової емульсії
Маргарин є складною багатокомпонентною системою, яка включає водну i жирову фази.
У результаті диспергування їх у присутності поверхнево-активних речовин утворюсться однорідна емульсгя, яка піддаеться структуроутворенню при охолодженні, механiчнiй обробцi, кристалізації, i при необхiдностi, декристалтзації.
Технологія маргарину полягає в тому, що рідку маргаринову емульсію охолоджують і кристалізують в строго контрольованих умовах одержажаній таким чином пластичній масі надають необхідну товарну форму.
Жирова основа маргарину при охолодженні нижче від температури плавлення частково кристалізується при температурі 25-270С. Чим ближча температура кристалізації до температури плавлення, тим повільніше проходить цей процес і тим більші і неоднорідніші кристали утворюються. Охолодження емульсії у витискувальних охолоджувачах проходить при інтенсивному перемішуванні до температури, яка на 3-10 градусів нижча за температуру застигання маргарину, тобто має місце фактичне переохолодження.
Утворення кристалів триацилгліцеролів маргарину підпорядковується загальним правилам кристалізації, що пов’язано з умовами, в яких вона проводиться.
Для того, щоб отримати дрібнокристалічну високодисперсну структуру і зафіксувати її дисперсність, маргаринову емульсію охолоджують при низькій позитивній (плюсовій) температурі. Чим нижче температура, тим швидше проходить кристалізація, тим дрібніші і однорідніші кристали утворюються.
Режим та умови кристалізації можуть сильно впливати на структуру жирової основи , а через неї і на структуру і властивості маргарину. Формування кристалічної структури маргарину залежить від наступних факторів:
- швидкості охолодження - при значному збільшенні швидкості охолодження утворюється нестійка кристалічна модифікація;
- швидкості перемішуванні - при швидкому перемішуванні утворюється більш дрібна кристалічна структура;
- вмісту насичених і ненасичених гліцеролів - чим більше в жировій фазі ненасичених гліцеролів, тим більше утворюється нестійких кристалічних модификацій.
При повільному охолодженні маргаринової емульсії проходить послідовна кристалізація гліцеролів відповідно до їх температури застигання. В результаті утворюються крупні кристали, характерні для найбільш високоплавкоїстійкої кристалічноїβ-форми, яка зумовлює неоднорідність структури, надає продукту грубість смаку, «мучнистість», «мармуровість» тощо. В процесі зберігання маргарин набуває крихкості, та в ньому продовжується ущільнення структури.
При швидкому охолодженні спостерігається переохолодження системи, і утворення кристалів починається при більш низькій температурі, ніж температура застигання. При достатньо високій швидкості охолодження температура понижується так, що стає можливим утворення більш низькоплавких, менш стійких кристалічних форм. В даному випадку в першій фазі кристалізації, коли молекули гліцеролів переходять з рідкого стану твердий, утворюється кристалічна решітка з найбільш низькою температурою плавлення (α-форма). Під дією сил міжмолекулярної взаємодії молекули в кристалічній решітці зближуються, і метастабільна α-форма самовільно переходить у більш стабільну форму, при цьому виділяється прихована теплота кристалізації, і температура системи підвищується.
Тригліцериди проявляють, за деяким винятком, три основні кристалічні форми – альфа (α), бета (β1) та (β).
Як правило, перетворення проходить наступним чином:
α / змішана ,
де: α - форма кристалів є найбільш легкоплавкою, для неї характерна
рихла форма пакування молекул – перехідна форма, яка легко трансформується в інші форми кристалів.
/ - форма кристалів – дуже дрібні, тонкі, ігольчаті кристали, довжина
більше мікрону. Вони пакуються в щільні, дрібнозернисті, жорстки структури. Утворюють структуру у вигляді дрібноячеїстої трьохвимірної сіті, яка в стані утримувати велику кількість рідкого жиру.
Кристали / - форми є бажаними, тому, що така форма сприяє пластичності.
- форма кристалів - тугоплавкі, грубі, великі, стабільні пластинчаті кристали, - кристали мають довжину від 25 до 50 мікрон. Скупчення - кристалів можуть мати діаметр 13 мм, це зерниста структура, також може проходити виділення рідкої олії.
Таким чином, найбільш прийнятною є структура / - тому, що ця структура утримує найбільшу кількість рідкої олії і найбільш пластична.
Кристали жиру в маргарині зазвичай знаходяться в β' -формі, перехід в β-форму негативно впливає на консистенцію маргарину із-за утворення більш крупних кристалів. Такий перехід можливий при зберіганні маргарину при підвищених температурах. Кристалічні решітки маргарину при коливаннях температури можуть піддаватись фазовим перетворенням другого типу - рекристалізації. В результаті проходить перегрупування кристалів, що сопроводжується зниженням легкоплавкості за рахунок переходу низькоплавких тригліцеролів змішаних кристалів в рідку фазу і збагаченняя твердої фази високоплавким компонентом.
Для досягнення однородної структури маргарину після глибокого охолодження необхідно проводити інтенсивне перемішування і відносно тривалу механічну обробку. При цьому дрібнодисперговані кристали твердої фази утворюють в рідкій фазі коагуляційні структури. Кристалізація без попереднього перемішування веде до утворення кристалізаційно-коагуляційної структури. Тому в сучасних схемах виробництва маргарину після переохолоджувача встановлюють апарати для декристалізації структури. В результаті цього в маргарині при зберіганні менше утворюється твердих кристалічних модифікацій.
Таким чином, використовуючи здатність жирів і маргарину до переохолодження, можна одержувати дрібнокристалічну структуру, що має високу пластичність, легкоплавкість, хорошу консистенцію і необхідні органолептичні властивості. Основним апаратом при виробництві маргарину методом переохолодження є переохолоджувач, який забезпечує тонке емульгування, охолодження та механічнуобробку маргаринової емульсії.
Зовнішня обшивка
Циліндри
Вузол подання рідкого аміаку
Рис. Переохолоджувач
Рис. Розріз циліндра переохолоджувача
1 – Вал з ножами, 2 – Циліндр, 3 – Аміачний простір, 4 – Обшивка зовнішня, 5 – Зовнішній циліндр, 6 – Теплоізоляція
1. Вал
2. Опора
3. Ножі
4. Привід валу
Рис. Переохолоджувач (профіль)
1. Охолоджуючі циліндри;
2. Декристалізатор;
3. Аміачний вузол;
4. Станина
5. Електродвигун
Рис. Чотирьохциліндровий переохолоджувач фірми “Gestenberg» - Perfector
При фасуванні виготовленні маргарину в пачки використовують кристалізатор-трубу дозрівання, в якій закінчується процес кристалізації і маргарин набуває однорідності. Цей кристалізатор встановлюється в установку при фасуванні маргарину у пачки перед фасувальним апаратом.
1 -Фільтр-декристалізатор
2 -Зовнішня труба
3 - Рама
Рис. Кристалізатор
Труба дозрівання – кристалізатор призначені для формування кінцевої структури маргарину. У ньому закінчується процес кристалізації маргарину і маргарин набуває однорідності.
Основними вузлами труби дозрівання: фільтр-гомогенізатор 1, три секції дозрівання 2 і опора 3.
Фільтр служить для вловлювання випадково попавших у емульсію механічних домішок і додаткової обробки переохолодженої емульсії. Він представляє собою зварений циліндр, всередині якого вміщені три фільтрованих стакани. Фільтрований стакан складається із двох флянців, стягнутих чотирма стяжками. Між двома глянцами розміщені фільтровані циліндричні решітки: внутрішня з отворами 5 мм і зовнішня тканинна сітка з ячейками 1*1 мм із нержавіючого дроту.
Труби дозрівання складаються із трьох секцій. Вхідна секція під`єднюється із сторони фільтра. Внутрішня поверхня у вигляді конуса. Інші секції представляють собою циліндри. Для з`єднання між собою у торців кожної секції приварені флянці. Усі три секції мають сорочки. Обігріваюча вода подається у сорочку вхідної секції, звідки через спеціальну ущільнену втулку у флянцях поступово поступає у сорочки інших секцій.
Труба дозрівання з фільтром встановлюється на опору, яка зроблена у вигляді звареної рами на чотирьох колесах, яка дозволяє переміщати їх.
При виробленні маргарину у вигляді моноліту, який упаковується в короби, і при виробництві м'яких маргаринів необхідно, щоб продукт мав хороші властивості дозування і рухливість при наливанні в тару, швидко набував форми після закінчення формоутворення, мав рівну однорідну консистенцію і був високопластичним. Для цього після переохолоджувача здійснюють додаткову механічну обробку для декристалізації структури, тому у виробництві ці кристалізатори для остаточної кристалізації називають декристалізаторами. В результаті маргарин при зберіганні менш схильний до утворення твердих просторових структур, що сприяє отриманню високопластичного продукту, що наближається до коагуляційної структури. Тверда і рідка фракції жиру розподіляються рівномірно, готовий маргарин не втрачає плинності і при наливанні в короби придбаває пластичну консистенцію, що зберігається тривалий час при температурі 5...7 °С.
У сучасних апаратах після швикого (шокового) охолодження емульсії у переохолоджувачі, переохолоджена емульсія, частково кристалізована, подається у кристалізатори, де проходить кінцева кристалізація і вирівнювання температури маргарину , залежно від виду маргарину, використаної сировини.
Випускають кристалізатори (декристалілзатори) різні за об’ємом. В установці декристалізатор може встановлюватись як після переохолоджувача, так і навіть між циліндрами переохолоджувача. Декристалізотор скдадається із циліндра з пальцями (голками)всередині (міскість до 90л). В циліндрі обертається вал, на якому проміщені також пальці (голки). Шшвидкість обертання 30-40 обертів за хвилину. Циліндр не охолоджується і не нагрівається.
Декристалізатор може бути виконаний у вигляді окремої машини з кількістю циліндрів від одного до трьох з окремим приводом на кожний циліндр.
Цилідри декристалізатора
Привід циліндрів
Корпус
Вал з пальцями
Рис. Декристалізатор
Технологічні режими роботи установок:
Температура , оС емульсії
-у змішувачі 38 – 40
на вході в переохолоджувач 38 – 40
на виході в переохолоджувач 10 – 13
-маргарину
із кристалізатора 14 – 16
із декристалізатора 13 – 16
Температура випаровування аміаку -10 – -15
2.Технологічна схема виготовлення маргарину (твердого) методом охолодження (з фасуванням в пачки).
Найбільш сучасна схема виробництва маргарину із застосуванням витискуючих охолоджувачів для переохолодження емульсії, пальцевих або голкових машин для кристалізації, труб дозрівання для кінцевої кристалізації маргарину.
Виробництво маргарину за безперервною схемою із застосуванням переохолоджувача відрізняється переважно тим, що процес емульгування, охолодження і кристалізації і пластичної обробки проходить у безперервному потоці при постійній механічній дії на емульсію.
Механізована безперервна схема виробництва маргарину на основі переохолодження, у якій для емульгування, охолодження та пластичної обробки використані витиснюючий охолоджувач із кристалізатором.
Насос-дозатор 1 подає одночасно попередньо підготовлені жири, молоко та інші рецептурні компоненти у резервуар 2 для попереднього перемішування, із якого вони поступають у один із двох перемінно працюючих змішувачів 3. У змішувачі поряд із перемішуванням, яке забезпечується конструкцією мішалки, за допомогою парової сорочки досягається кінцеве темперування суміші до заданої температури.
Груба емульсія із змішувача направляється у вирівнювальний резервуар 4, оснащений регулятором рівня та пропелерною мішалкою. Із резервуара 4 емульсія поступає на насос високого тиску 5 і звідти під тиском 1,5-2,5 МПа подається у трициліндровий витиснюючий охолоджувач 6, у якому під високим тиском в умовах інтенсивного перемішування суміш емульгується та охолоджується.
Далі емульсія проходячи послідовно усі три циліндри витіснюючого охолоджувача, в переохолоджуючому стані при температурі 10-160С поступає у розподільне обладнання 7.
У розподільному обладнанні поток продукту ділиться на дві рівні частини, якщо на лінії встановлено два фасувально-обгортувальних автомати, і далі через фільтр гомогенізатор 8 і компенсуюче обладнання 11 поступає у кристалізатор 9, у якому повністю кристалізується і утворює ущільнену пластичну масу маргарину.
Із муштука кристалізатора 9 маргарин надходить у формувальну камеру фасувально-пакувального аппарата 10, в якому проходить фасування та пакування маргарину в пачки 200 або 250г.
Рис. 20 Схема виготовлення маргарину (твердого) методом охолодження (з розфасуваням в пачки)
3.Технологічна схема виробництва м’якого маргарину на установці фірми «Шредер
Технологічна схема виробництва м’якого маргарину на установці фірми «Шредер». наведена на рис.
Рис. Технологічна схема виробництва м’якого маргарину на установці фірми «Шредер».
Жирові та водно-молочні компоненти м’яких маргаринів дозуються за допомогою мікропроцесорної техніки за спеціиальною програмою в автоматичному режимі. Рафіновані дезодоровані жири та олії, гідровані жири, розчин барвника із підготовчого відділення а олійні розчини емульгатора із ємності 6 через фільтр 4 насосом 5 подаються ємність 1для жирових компонентів автоматичних терезів.
Молоко пастеризоване, розчин лимонної кислоти, розчин цукру, вода після відповідної підготовки і насичений розчин солі концентрацією 24 - 26 % із ємності 3через фільтр 4 насосом 5 подаються в ємність 1для зважування водно - молочної фази. Всі компоненти жирової та водно - молочної фаз зважуються у відповідних кількостях, передбачених рецептурою, і насосом 5 послідовно перекачуються в змішувач 7.
При цьому перший компонент водно-молочної фази поступає в змішувач тільки після подачі одного або двох жирових компонентів і розчину емульгатора. Подача в змішувач всіх компонентів жирової та водно-молочної фаз має закінчитись одночасно або так, щоб останньою зливалась одна із вод них складових. Після закінчення зважування в змішувач вручну вводять жирові та водні добавки (ароматизатори, вітаміни). Зважені компоненти ретельно перемішуються в змішувачі 7 при температуре 39 – 43оС за допомогою мішалки.
Підготовлена емульсія із змішувача 7 насосом-емульсатором 5 перекачується у витратний змішувач 8. Із нього однорідна емульсія поступає в трьохциліндровий насос високого тиску 9 і під тиском 1,0 - 5,0 МПа подається в пастеризатор 10, де пастеризується при 80 - 85оС і потім охолоджується в ньому до 39 – 43оС. Температура нагрівання підтримується автоматичним пристроєм регулювання. До стабілізації режима работи пастеризатора емульсія направляється в бак повернення 12, звідки насосом 5 подається в змішувач 8.
Із пастеризатора маргаринова емульсія поступає в комбінатор 11, що складається із трьох охолоджуючих циліндрів і одного циліндра для додаткової механічної обробки, де охолоджується до температури 10 - 13о С в результаті випаровування рідкого аміаку при температурі -10 - -20о С.
В циліндрі для додаткової обробки в процесі інтенсивного перемішування проходить перекристалізація маргарину з виділенням прихованої теплоти кристалізації і відповідним підвищенням температури на 2 - 3оС. Далі маргарин через кристалізатори 15 поступає на фасовочні автомати 14, де розфасовується в стаканчики із полівінілхлориду ємністю 250г. Стаканчики та кришки подаються на фасовочні автомати вручну.
Наповнені та закриті кришкою стаканчики транспортують по наповнювальному конвейєру в пакувальні автомати 13, що виконують формовочно-укладальну та забандеролювальну операції.
Надлишок продукту, що поступає на фасувальні машини, відводиться через буферний пристрій у бак повернення 12, де розплавляється і з температурою не нижче 40оС насосом 5 перекачується в витратний змішувач 7.
Для підтримання необхідного температурного режиму в тру- бопроводах і апаратах лінії передбачено підведення води певної температури із підготовлювачів 2. Вода температурою 25 - 30оС подається в сорочки кристалізатора і циліндр додаткової механічної обробки комбінатора.
Вали охолоджуючих циліндрів комбінатора підігріваються водою з температурою 40 - 50 ОС, що запобігає утворенню на валах у місцях закріплення ножів застиглого продукту. Оптимальна температура води 40о С.
Воду з температурою 60оС використовують для обігріву трубопроводів подачі розчину емульгаторів, всіх трубопроводів для повернення компонентів та продукту, сорочки баку терезів жирової фази.
4.Технологічна схема виробництва м’якого маргарину на установці фірми «Альфа Лаваль»
Технологічна схема виробництва м’якого маргарину на установці фірми «Альфа Лаваль» наведена на рис.
Рис. Технологічна схема виробництва м’якого маргарину на установці фірми «Альфа Лаваль»
Підготовлені жирові та водно-молочні компоненти в залежності від обраної рецептури подаються в баки 3 та 13 з тензометричними датчиками, що підключені до системи автоматичного дозування вихідних компонентів. Система автоматичного дозування може запам’ятати до 30 рецептур.
Із підготовчого відділення компоненти подаються насосами через ізольовані камери 1 и 15, що обігріваються. Перед початком дозування в бачках 2 та 14 розчиняють жиророзчинні та водні добавки відповідно в рідкій олії чи воді. Після злиття добавок в баки 3 та 13в бачок 2 поступає рідка олія, а в бачок 14 - вода для споліскування, олія і вода також зливаються в баки 3 та 13.
Водно-молочні компоненти із бака13насосом 4 перекачуються в бак 3.Після остаточного перемішування всіх компонентів в баці 3підготовлена груба маргаринова емульсія перекачується в змішувач 5. В баці 3 та змішувачі 5 підтримується температура 39 – 43оС.
Із змішувача 5 насосом 4 груба емульсія передається в пятисекційну установку 6 безперервної пастеризації, де в секції нагрівання вихідна емульсія, що змішана з поверненою, нагрівається горячою водою до 50оС. В результаті теплообміну в протитечії з пастеризованим продуктом з температурою 80 – 85оС емульсія, що пастеризується, нагрівається до 72 – 75оС. В другій секції регенерації температура емульсії знижується до 60о С. В останній секції маргаринова емульсія охолоджується холодною водою до 39 – 43оС і насосом високого тиску 7 подається в трубчатий охолоджувач 8, де емульсія охолоджується до 10 – 15оС. (в першій секції аміаком при температурі випаровування -15 - -20оС, в другій при температурі випаровування -2 - -10оС). Вали охолоджуючих циліндрів обігріваються водою з температурою 40 – 50 оС. Переохолоджена емульсія направляється в машину 9 зі штифтовим ротором для механічної обробки. Маргарин із машини 9 через розподілювач 10направляється на фасувальні автомати 11, де фасується в стаканчики із полівінілхлориду емністю 250 г. Надлишок продукту через буферний пристрій повертається в пластинчастий пастеризатор.
Наповнені стаканчики транспортуються до машин 12 для пакування в картонні короба.
Для плавлення вершкового масла використовують маслорозтоплювальний барабан 17, стіл 18 для підготовки масла, насос 4 для перекачування розплавленого масла і бак 16 для зберігання масла.