마가린 생산 기술

마가린 생산 기술

요약

오늘날 식품 회사들은 다른 제조업체들과 마찬가지로 식품 가공 장비의 신뢰성과 품질뿐만 아니라 가공 장비 공급업체가 제공할 수 있는 다양한 서비스에도 중점을 두고 있습니다. 효율적인 가공 라인 제공 외에도, 초기 아이디어 또는 프로젝트 단계부터 최종 시운전 단계까지, 그리고 중요한 애프터마켓 서비스까지, 저희는 파트너로서 함께할 수 있습니다.

Shiputec은 식품 가공 및 포장 산업 분야에서 20년 이상의 경험을 보유하고 있습니다.

당사 기술 소개

비전과 헌신

Shiputec 부문은 전 세계 운영을 통해 유가공업, 식품, 음료, 해양, 제약 및 개인 관리 산업을 위한 프로세스 엔지니어링 및 자동화 솔루션을 설계, 제조 및 판매합니다.

저희는 전 세계 고객들이 제조 공장 및 공정의 성능과 수익성을 향상시키도록 지원하기 위해 최선을 다하고 있습니다. 엔지니어링 부품부터 세계 최고 수준의 애플리케이션과 개발 전문성을 바탕으로 한 완벽한 공정 플랜트 설계에 이르기까지 광범위한 제품과 솔루션을 제공하여 이를 실현합니다.

우리는 조정된 고객 서비스 및 예비 부품 네트워크를 통해 고객의 개별적인 요구 사항에 맞는 지원 서비스를 제공하여 설비의 성능과 수익성을 서비스 수명 동안 최적화할 수 있도록 지속적으로 지원합니다.

고객 중심

Shiputec은 식품 산업을 위한 현대적이고 고효율적이며 신뢰할 수 있는 가공 라인을 개발, 제조 및 설치합니다. 마가린, 버터, 스프레드, 쇼트닝과 같은 결정성 지방 제품 생산을 위해 Shiputec은 마요네즈, 소스, 드레싱과 같은 유화 식품용 공정 라인도 포함하는 솔루션을 제공합니다.

마가린 생산

마가린 및 관련 제품은 수상과 지방상을 포함하고 있어, 수상이 연속적인 지방상 내에 물방울 형태로 미세하게 분산된 유중수형(W/O) 에멀젼으로 특징지어집니다. 제품의 용도에 따라, 지방상의 조성과 제조 공정이 적절히 선택됩니다.

마가린 및 관련 제품의 현대식 제조 시설에는 결정화 장비 외에도 일반적으로 오일 저장 탱크, 유화제, 수상 탱크, 유화제 제조 탱크 등이 포함됩니다. 탱크의 크기와 개수는 설비 용량 및 제품 포트폴리오에 따라 결정됩니다. 또한, 저온살균 장치와 재용융 시설도 갖추고 있습니다. 따라서 제조 공정은 일반적으로 다음과 같은 하위 공정으로 구분할 수 있습니다(그림 1 참조).

물상과 지방상(구역 1)의 준비

수상은 수상 탱크에서 배치 단위로 제조되는 경우가 많습니다. 물은 음용수 수질이 양호해야 합니다. 음용수 수질을 보장할 수 없는 경우, 자외선이나 필터 시스템 등을 이용하여 전처리할 수 있습니다.

물 외에도 수상에는 소금이나 소금물, 우유 단백질(테이블 마가린과 저지방 스프레드), 설탕(퍼프 페이스트리), 안정제(저지방 스프레드), 방부제 및 수용성 향료가 포함될 수 있습니다.

지방 단계의 주요 성분인 지방 혼합물은 일반적으로 다양한 지방과 오일의 혼합물로 구성됩니다. 원하는 특성과 기능을 갖춘 마가린을 얻기 위해서는 지방 혼합물 내 지방과 오일의 비율이 최종 제품의 성능에 결정적인 영향을 미칩니다.

다양한 지방과 오일은 지방 블렌드 또는 단일 오일 형태로 생산 시설 외부에 위치한 오일 저장 탱크에 보관됩니다. 이 탱크는 지방의 녹는점 이상의 안정적인 저장 온도에서 유지되며, 지방의 분획을 방지하고 취급을 용이하게 하기 위해 교반됩니다.

지방 혼합물 외에도, 지방상은 일반적으로 유화제, 레시틴, 향료, 색소, 항산화제와 같은 미량의 지용성 성분으로 구성됩니다. 이러한 미량 성분은 물상이 첨가되기 전, 즉 유화 과정 전에 지방 혼합물에 용해됩니다.

에멀젼 제조(구역 2)

에멀젼은 다양한 오일과 지방 또는 지방 혼합물을 에멀젼 탱크로 옮겨서 제조합니다. 일반적으로 녹는점이 높은 지방이나 지방 혼합물을 먼저 첨가한 후 녹는점이 낮은 지방과 액상 오일을 첨가합니다. 지방 단계의 제조를 완료하기 위해 유화제와 기타 지용성 미량 성분을 지방 혼합물에 첨가합니다. 모든 지방 단계 성분이 적절히 혼합되면 수상을 첨가하고, 강렬하면서도 조절된 혼합 하에 에멀젼을 생성합니다.

다양한 에멀젼 성분을 측정하기 위해 서로 다른 시스템을 사용할 수 있으며, 그 중 두 가지는 배치 방식으로 작동합니다.

유량계 시스템

계량 탱크 시스템

연속 인라인 유화 시스템은 선호도는 낮지만, 유화 탱크 공간이 제한적인 고용량 라인에서 사용되는 솔루션입니다. 이 시스템은 정량 펌프와 질량 유량계를 사용하여 작은 유화 탱크에 첨가되는 단계의 비율을 제어합니다.

위에 언급된 시스템은 모두 완전 자동으로 제어할 수 있습니다. 그러나 일부 오래된 공장에서는 여전히 수동으로 제어되는 에멀전 제조 시스템을 사용하고 있는데, 이러한 시스템은 노동력이 많이 소요되며 엄격한 추적 규정으로 인해 현재 설치는 권장되지 않습니다.

유량계 시스템은 배치식 에멀젼 제조 방식을 기반으로 하며, 다양한 상(phase)과 성분이 각 상 제조 탱크에서 에멀젼 탱크로 이송될 때 질량 유량계로 측정됩니다. 이 시스템의 정확도는 ±0.3%입니다. 이 시스템은 진동이나 먼지와 같은 외부 영향에 민감하지 않은 것이 특징입니다.

계량 탱크 시스템은 배치식 에멀젼 제조에 기반한 유량계 시스템과 유사합니다. 이 시스템에서는 성분과 상의 양이 로드셀에 장착된 에멀젼 탱크에 직접 첨가되며, 탱크에 첨가되는 양을 제어합니다.

일반적으로 결정화 라인을 연속적으로 가동하기 위해 에멀젼 제조에는 두 개의 탱크 시스템이 사용됩니다. 각 탱크는 제조 및 완충 탱크(에멀젼 탱크) 역할을 하므로, 한 탱크에서 결정화 라인에 원료를 공급하는 동시에 다른 탱크에서 새로운 배치를 제조하고, 그 반대로도 작동합니다. 이를 플립플롭 시스템이라고 합니다.

에멀젼을 하나의 탱크에서 제조하고, 제조가 완료되면 결정화 라인으로 공급되는 완충 탱크로 옮기는 방법도 있습니다. 이 시스템을 프리믹스/완충 시스템이라고 합니다.

저온 살균(3구역)

완충 탱크에서 에멀젼은 일반적으로 판형 열교환기(PHE) 또는 저압 스크래핑 표면 열교환기(SSHE)를 통해 연속적으로 펌핑되거나, 결정화 라인에 들어가기 전에 저온 살균을 위해 고압 SSHE를 거칩니다.

전지분유 제품에는 일반적으로 PHE가 사용됩니다. 에멀젼의 점도가 비교적 높을 것으로 예상되는 저지방 버전과 열에 민감한 에멀젼(예: 고단백 에멀젼)의 경우, 저압 용액으로는 SPX 시스템, 고압 용액으로는 SPX-PLUS를 사용하는 것이 좋습니다.

저온살균 공정은 여러 가지 장점이 있습니다. 박테리아 및 기타 미생물의 성장을 억제하여 에멀전의 미생물학적 안정성을 향상시킵니다. 수상만 저온살균하는 것도 가능하지만, 에멀전 전체를 저온살균하는 것이 더 바람직한데, 이는 에멀전의 저온살균 공정이 저온살균된 제품에서 최종 제품의 충전 또는 포장까지의 체류 시간을 최소화하기 때문입니다. 또한, 제품은 저온살균부터 최종 제품의 충전 또는 포장까지 인라인 공정으로 처리되며, 에멀전 전체를 저온살균하면 모든 재작업 물질의 저온살균이 보장됩니다.

또한, 완전한 에멀젼의 저온 살균은 에멀젼이 일정한 온도에서 결정화 라인으로 공급되어 일정한 가공 매개변수, 제품 온도 및 제품 질감을 유지하도록 보장합니다. 또한, 에멀젼이 적절하게 저온 살균되고 유지상의 녹는점보다 5~10°C 높은 온도에서 고압 펌프로 공급되면, 결정화 장비로 공급되는 예비 결정화된 에멀젼의 발생을 방지할 수 있습니다.

일반적인 저온살균 공정은 45~55°C에서 유제를 제조한 후, 75~85°C에서 16초간 가열 및 유지한 후 45~55°C까지 냉각하는 과정을 포함합니다. 최종 온도는 유지의 녹는점에 따라 달라집니다. 녹는점이 높을수록 온도가 높아집니다.

냉각, 결정화 및 반죽(ZONE 4)

 

에멀젼은 고압 피스톤 펌프(HPP)를 통해 결정화 라인으로 펌핑됩니다. 마가린 및 관련 제품 생산을 위한 결정화 라인은 일반적으로 암모니아 또는 프레온 계열의 냉각 매체로 냉각되는 고압 SSHE로 구성됩니다. 플라스틱 제품 생산을 위해 추가적인 반죽 강도와 시간을 확보하기 위해 핀 로터 기계 및/또는 중간 결정화기가 라인에 포함되는 경우가 많습니다. 휴지 튜브는 결정화 라인의 마지막 단계이며, 제품이 포장된 경우에만 포함됩니다.

결정화 라인의 핵심은 고압 SSHE로, 따뜻한 에멀젼이 냉각 튜브 안쪽 표면에서 과냉각되어 결정화됩니다. 회전 스크레이퍼가 에멀젼을 효율적으로 긁어내어 냉각과 반죽을 동시에 진행합니다. 에멀젼 내의 지방이 결정화되면, 지방 결정이 물방울과 액상 오일을 포집하는 3차원 망상 구조를 형성하여 가소성 반고체 특성을 가진 제품이 생성됩니다.

제조할 제품의 종류와 특정 제품에 사용된 지방의 종류에 따라 결정화 라인의 구성(즉, 냉각 튜브와 핀 로터 기계의 순서)을 조정하여 특정 제품에 맞는 최적의 구성을 제공할 수 있습니다.

결정화 라인은 일반적으로 두 가지 이상의 특정 지방 제품을 생산하기 때문에, SSHE는 유연한 결정화 라인에 대한 요건을 충족하기 위해 두 개 이상의 냉각 섹션 또는 냉각 튜브로 구성되는 경우가 많습니다. 다양한 지방 혼합물로 구성된 다양한 결정화 지방 제품을 생산할 때는 혼합물의 결정화 특성이 혼합물마다 다를 수 있으므로 유연성이 필수적입니다.

결정화 공정, 가공 조건 및 가공 매개변수는 최종 마가린 및 스프레드 제품의 특성에 큰 영향을 미칩니다. 결정화 라인을 설계할 때는 해당 라인에서 생산될 제품의 특성을 파악하는 것이 중요합니다. 미래 투자를 확보하기 위해서는 라인의 유연성과 개별적으로 제어 가능한 가공 매개변수가 필수적입니다. 관심 제품의 범위는 시간과 원료에 따라 달라질 수 있기 때문입니다.

라인 용량은 SSHE의 냉각 표면적에 따라 결정됩니다. 저용량 라인부터 고용량 라인까지 다양한 크기의 기계가 제공됩니다. 또한 단일 튜브 장비부터 다중 튜브 라인까지 다양한 유연성을 제공하여 매우 유연한 공정 라인을 구축할 수 있습니다.

SSHE에서 냉각된 제품은 핀 로터 기계 및/또는 중간 결정화기로 들어가 일정 시간 동안 일정 강도로 반죽됩니다. 이는 거시적으로 플라스틱 구조인 3차원 네트워크 형성을 촉진하기 위한 것입니다. 제품이 포장된 상태로 유통되는 경우, 포장 전 휴지관에 안착하기 전에 SSHE로 다시 들어갑니다. 제품이 컵에 채워지는 경우, 휴지관은 결정화 라인에 포함되지 않습니다.

포장, 충전 및 재용융(ZONE 5)

시중에는 다양한 포장 및 충진 기계가 판매되고 있으며, 본 기사에서는 이에 대해 설명하지 않겠습니다. 그러나 포장 또는 충진용으로 생산된 제품의 농도는 매우 다릅니다. 포장된 제품은 충진된 제품보다 질감이 더 단단해야 하며, 이 질감이 최적이 아닌 경우 제품은 재용융 시스템으로 보내져 용융된 후 재가공을 위해 버퍼 탱크에 투입됩니다. 다양한 재용융 시스템이 있지만, 가장 많이 사용되는 시스템은 PHE 또는 저압 SSHE입니다.

오토메이션

 

마가린은 다른 식품과 마찬가지로 오늘날 많은 공장에서 엄격한 이력 추적 절차를 거쳐 생산됩니다. 이러한 절차는 일반적으로 재료, 생산 및 최종 제품 전반에 걸쳐 적용되며, 식품 안전성 향상뿐만 아니라 일관된 식품 품질을 보장합니다. 이력 추적 요건은 공장 제어 시스템에 구현될 수 있으며, Shiputec 제어 시스템은 전체 제조 공정과 관련된 중요한 조건과 매개변수를 제어, 기록 및 문서화하도록 설계되었습니다.

제어 시스템은 비밀번호 보호 기능을 갖추고 있으며, 레시피 정보부터 최종 제품 평가까지 마가린 가공 라인에 관련된 모든 매개변수의 이력 데이터 로깅 기능을 제공합니다. 데이터 로깅에는 고압 펌프의 용량 및 출력(l/시간 및 배압), 결정화 중 제품 온도(저온 살균 공정 포함), SSHE의 냉각 온도(또는 냉각 매체 압력), SSHE 및 핀 로터 기계의 속도, 그리고 고압 펌프, SSHE 및 핀 로터 기계를 구동하는 모터의 부하가 포함됩니다.

제어 시스템

가공 중 특정 제품의 가공 매개변수가 한계를 초과하면 작업자에게 경보가 전송됩니다. 이 경보는 생산 전에 레시피 편집기에서 설정됩니다. 이러한 경보는 수동으로 확인하고 절차에 따라 조치를 취해야 합니다. 모든 경보는 추후 확인할 수 있도록 이력 경보 시스템에 저장됩니다. 제품이 적절하게 포장 또는 충전된 상태로 생산 라인에서 출고되면, 제품명 외에도 날짜, 시간, 배치 식별 번호가 표시되어 추후 추적이 가능합니다. 이렇게 제조 공정에 포함된 모든 생산 단계의 전체 이력은 생산자와 최종 사용자(소비자)의 보안을 위해 보관됩니다.

CIP

CIP 세척 시설(CIP = Cleaning in Place)은 현대식 마가린 생산 시설의 일부입니다. 마가린 생산 시설은 정기적으로 세척해야 하기 때문입니다. 기존 마가린 제품의 경우, 일주일에 한 번 세척하는 것이 일반적입니다. 그러나 저지방(고수분) 및/또는 고단백 제품과 같이 민감한 제품의 경우, CIP 세척 간격을 단축하는 것이 좋습니다.

원칙적으로 두 가지 CIP 시스템이 사용됩니다. 세척 매체를 한 번만 사용하는 CIP 플랜트와 세척 매체의 완충 용액을 사용하여 작동하는 권장 CIP 플랜트로, 가성소다, 산 및/또는 소독제와 같은 매체를 사용 후 개별 CIP 저장 탱크로 되돌려 보냅니다. 후자는 환경 친화적인 솔루션이며 세척제 소비량과 그에 따른 비용 측면에서 경제적인 솔루션이기 때문에 선호됩니다.

한 공장에 여러 생산 라인이 설치된 경우, 병렬 세척 트랙이나 CIP 위성 시스템을 구축할 수 있습니다. 이를 통해 세척 시간과 에너지 소비를 크게 줄일 수 있습니다. CIP 공정의 매개변수는 자동으로 제어되고 기록되어 나중에 제어 시스템에서 추적할 수 있습니다.

마무리 발언

마가린 및 관련 제품을 생산할 때 최종 제품의 품질을 결정하는 것은 사용된 유지나 제품 레시피와 같은 재료뿐만 아니라 공장의 구성, 가공 매개변수, 그리고 공장의 상태도 중요하다는 점을 명심해야 합니다. 라인이나 장비의 유지 관리가 제대로 이루어지지 않으면 라인의 효율이 저하될 위험이 있습니다. 따라서 고품질 제품을 생산하려면 제대로 작동하는 공장이 필수적이지만, 제품의 최종 용도에 적합한 특성을 가진 지방 블렌드를 선택하고 공장의 올바른 구성 및 가공 매개변수를 선택하는 것 또한 중요합니다. 마지막으로, 최종 제품은 최종 용도에 따라 온도 처리되어야 합니다..