マーガリン製造技術

マーガリン製造技術

エグゼクティブサマリー

今日の食品会社は、他の製造業と同様に、食品加工機器の信頼性と品質だけでなく、加工機器サプライヤーが提供する様々なサービスにも重点を置いています。当社は、効率的な加工ラインの提供に加え、初期の構想段階やプロジェクト段階から最終的な試運転段階まで、お客様のパートナーとしてサポートいたします。そして、重要なアフターサービスも忘れてはなりません。

Shiputec は食品加工および包装業界で 20 年以上の経験を持っています。

当社の技術紹介

ビジョンとコミットメント

Shiputec 部門は、世界的な事業展開を通じて、乳製品、食品、飲料、海洋、医薬品、パーソナルケア業界向けのプロセスエンジニアリングおよび自動化ソリューションを設計、製造、販売しています。

私たちは、世界中のお客様の製造プラントとプロセスのパフォーマンスと収益性の向上を支援することに尽力しています。エンジニアリング部品からプロセスプラント全体の設計まで、世界をリードするアプリケーションと開発の専門知識に基づいた幅広い製品とソリューションを提供することで、これを実現しています。

当社は、調整されたカスタマー サービスとスペアパーツ ネットワークを通じて、お客様の個別のニーズに合わせたサポート サービスにより、プラントの耐用年数全体にわたってお客様のプラントのパフォーマンスと収益性を最適化できるよう支援し続けます。

顧客重視

Shiputecは、食品業界向けに、最新式で高効率かつ信頼性の高い加工ラインの開発、製造、設置を行っています。マーガリン、バター、スプレッド、ショートニングなどの結晶化油脂製品の製造に加え、マヨネーズ、ソース、ドレッシングなどの乳化食品向け加工ラインも含むソリューションを提供しています。

マーガリン生産

マーガリンおよび関連製品は水相と脂肪相を含み、水相が連続した脂肪相中に液滴として微細に分散した油中水滴型（W/O型）エマルジョンとして特徴付けられます。製品の用途に応じて、脂肪相の組成と製造プロセスが適切に選択されます。

マーガリンおよび関連製品の近代的な製造施設では、結晶化装置に加えて、油貯蔵タンク、乳化剤タンク、水相タンク、エマルジョン調製タンクなど、様々なタンクが備えられているのが一般的です。タンクの規模と数は、工場の生産能力と製品ポートフォリオに基づいて決定されます。また、低温殺菌装置と再溶解設備も備えています。したがって、製造プロセスは一般的に以下のサブプロセスに分けられます（図1を参照）。

水相と脂肪相の準備（ゾーン1）

水相は通常、水相タンク内でバッチ式に調製されます。水は良好な飲用水品質である必要があります。飲用水品質が保証できない場合は、UVやフィルターシステムなどを用いて前処理を施すことができます。

水以外に、水相は塩または塩水、乳タンパク質（テーブルマーガリンおよび低脂肪スプレッド）、砂糖（パイ生地）、安定剤（低脂肪および低脂肪スプレッド）、保存料、水溶性香料などから構成されます。

脂肪相の主成分である脂肪ブレンドは、通常、様々な油脂の混合物です。望ましい特性と機能を備えたマーガリンを実現するためには、脂肪ブレンド中の油脂の比率が最終製品の性能を決定づける重要な要素となります。

様々な油脂は、油脂ブレンドまたは単独油脂として、通常は生産施設の外に設置された油脂貯蔵タンクに貯蔵されます。油脂の分別を防ぎ、取り扱いを容易にするため、油脂の融点以上の安定した貯蔵温度で攪拌しながら保管されます。

脂肪相は、脂肪混合物とは別に、乳化剤、レシチン、香料、着色料、抗酸化剤などの脂溶性の微量成分から構成されます。これらの微量成分は、水相を添加する前、つまり乳化工程の前に脂肪混合物に溶解されます。

エマルジョン調製（ゾーン2）

エマルジョンは、様々な油脂、または脂肪混合物をエマルジョンタンクに移送することで調製されます。通常、高融点の脂肪または脂肪混合物を最初に添加し、次に低融点の脂肪と液状油を加えます。脂肪相の調製を完了するには、乳化剤とその他の油溶性微量成分を脂肪混合物に加えます。脂肪相のすべての成分が適切に混合されたら、水相を加え、強力かつ制御された混合下でエマルジョンを生成します。

エマルジョンのさまざまな成分を計量するために、異なるシステムを使用できます。そのうち 2 つはバッチ方式で動作します。

流量計システム

計量タンクシステム

連続インライン乳化システムは、あまり好まれないソリューションですが、例えば、エマルジョンタンクの設置スペースが限られている高容量ラインなどで使用されます。このシステムでは、計量ポンプとマスフローメーターを用いて、小型のエマルジョンタンクに投入される相の比率を制御します。

上記のシステムはすべて全自動制御可能です。ただし、一部の古い工場では、手動制御のエマルジョン調製システムが依然として使用されていますが、これは手間がかかるため、厳格なトレーサビリティ規則があるため、現在では設置は推奨されません。

この流量計システムは、バッチ式エマルジョン調製をベースとしており、各相調製タンクからエマルジョンタンクへ移送される際に、各相と成分を質量流量計で計測します。このシステムの精度は+/-0.3%です。振動や汚れなどの外部からの影響を受けにくいのが特徴です。

計量タンクシステムは、バッチ式エマルジョン調製における流量計システムに似ています。ここでは、原料と相の量は、ロードセルに設置されたエマルジョンタンクに直接添加され、タンクへの添加量を制御します。

通常、エマルジョン調製には2つのタンクシステムを採用し、結晶化ラインを連続運転できるようにします。各タンクは調製タンクとバッファータンク（エマルジョンタンク）として機能し、一方のタンクから結晶化ラインに原料を供給しながら、もう一方のタンクで新しいバッチを調製します。また、その逆も同様です。これはフリップフロップシステムと呼ばれます。

エマルジョンを1つのタンクで調製し、準備ができたらバッファータンクに移送し、そこから結晶化ラインに供給するソリューションも選択肢の一つです。このシステムはプレミックス/バッファーシステムと呼ばれます。

低温殺菌（ゾーン3）

通常、エマルジョンはバッファータンクからプレート熱交換器 (PHE) または低圧掻取り式表面熱交換器 (SSHE)、あるいは高圧 SSHE のいずれかを介して連続的にポンプ輸送され、結晶化ラインに入る前に低温殺菌されます。

全脂肪製品には通常、PHEが使用されます。エマルジョンの粘度が比較的高くなることが予想される低脂肪バージョンや、熱に弱いエマルジョン（例：高タンパク質エマルジョン）には、低圧ソリューションとしてSPXシステム、高圧ソリューションとしてSPX-PLUSが推奨されます。

低温殺菌プロセスにはいくつかの利点があります。細菌の増殖やその他の微生物の増殖を抑制し、エマルジョンの微生物学的安定性を向上させます。水相のみの低温殺菌も可能ですが、エマルジョン全体を低温殺菌することが望ましいです。これは、エマルジョン全体を低温殺菌することで、低温殺菌済み製品から最終製品の充填または包装までの滞留時間が最小限に抑えられるためです。また、製品は低温殺菌から最終製品の充填または包装までインラインプロセスで処理されるため、エマルジョン全体を低温殺菌することで、再加工材料の低温殺菌が確実に行われます。

さらに、エマルジョン全体を低温殺菌することで、エマルジョンが一定温度で結晶化ラインに供給され、一定の処理パラメータ、製品温度、および製品テクスチャが確保されます。さらに、エマルジョンが適切に低温殺菌され、脂肪相の融点より5～10℃高い温度で高圧ポンプに供給されることで、結晶化装置に供給されるエマルジョンが結晶化前のままになるのを防ぎます。

典型的な低温殺菌工程では、45～55℃でエマルジョンを調製した後、75～85℃で16秒間加熱・保持し、その後45～55℃まで冷却します。最終温度は脂肪相の融点に依存し、融点が高いほど温度も高くなります。

冷却、結晶化、混練（ゾーン4）

 

エマルジョンは高圧ピストンポンプ（HPP）によって結晶化ラインに送り込まれます。マーガリンおよび関連製品の製造に使用される結晶化ラインは、通常、アンモニアまたはフレオン系の冷媒で冷却される高圧SSHEで構成されています。プラスチック製品の製造において、混練強度と時間をさらに高めるために、ピンローター機や中間結晶化装置がラインに組み込まれることがよくあります。レスティングチューブは結晶化ラインの最終段階であり、製品が包装される場合にのみ使用されます。

結晶化ラインの心臓部は高圧SSHEです。高温のエマルジョンは冷却管の内面で過冷却され、結晶化します。回転するスクレーパーによってエマルジョンは効率的に掻き取られ、冷却と混練が同時に行われます。エマルジョン中の油脂が結晶化すると、油脂結晶が三次元ネットワークを形成し、水滴と液状油脂を捕捉します。その結果、可塑性半固体の特性を持つ製品が生まれます。

製造する製品の種類と特定の製品に使用される脂肪の種類に応じて、結晶化ラインの構成（つまり、冷却チューブとピンローターマシンの順序）を調整して、特定の製品に最適な構成を提供できます。

結晶化ラインでは通常、複数の特定の油脂製品が製造されるため、SSHEは柔軟な結晶化ラインの要件を満たすために、2つ以上の冷却セクションまたは冷却管で構成されることがよくあります。様々な油脂ブレンドから異なる結晶化油脂製品を製造する場合、ブレンドごとに結晶化特性が異なる可能性があるため、柔軟性が求められます。

結晶化プロセス、処理条件、および処理パラメータは、最終的なマーガリンおよびスプレッド製品の特性に大きな影響を与えます。結晶化ラインを設計する際には、ラインで製造予定の製品の特性を把握することが重要です。対象製品の範囲は、原材料だけでなく時間とともに変化する可能性があるため、将来への投資を確実にするためには、ラインの柔軟性と個別に制御可能な処理パラメータが不可欠です。

ラインの容量は、SSHEの利用可能な冷却面積によって決まります。低容量ラインから高容量ラインまで、様々なサイズの機械をご用意しています。また、単管式から複数管式まで、様々な柔軟性レベルをご用意しており、非常に柔軟な処理ラインを実現しています。

SSHEで冷却された製品は、ピンローター機および／または中間結晶化装置に送られ、一定時間、一定の強度で混練されます。これにより、マクロレベルでは塑性構造となる三次元ネットワークの形成が促進されます。包装された状態で流通される製品の場合、製品は包装前のレスティングチューブに沈降する前に、再びSSHEに送られます。カップに充填される場合は、レスティングチューブは結晶化ラインに含まれません。

梱包、充填および再溶解（ゾーン5）

市場には様々な包装・充填機が販売されていますが、本稿ではそれらについて詳しく説明しません。しかし、製品の粘度は、包装用と充填用では大きく異なります。包装された製品は充填された製品よりも硬い食感を持つ必要があることは明らかであり、この食感が最適でない場合、製品は再溶解システムに送られ、溶解されて再処理用のバッファータンクに投入されます。様々な再溶解システムがありますが、最もよく使用されているのはPHEまたは低圧SSHEです。

オートメーション

 

マーガリンは、他の食品と同様に、今日多くの工場で厳格なトレーサビリティ手順に基づいて製造されています。これらの手順は、原料、製造工程、そして最終製品に至るまで網羅されており、食品の安全性の向上だけでなく、食品の品質の安定化にもつながります。トレーサビリティの要件は工場の制御システムに組み込むことができ、Shiputecの制御システムは、製造プロセス全体に関わる重要な条件とパラメータを制御、記録、文書化するために設計されています。

制御システムはパスワード保護機能を備えており、レシピ情報から最終製品の評価まで、マーガリン製造ラインに関わるすべてのパラメータの履歴データを記録する機能を備えています。記録されるデータには、高圧ポンプの容量と出力（l/時および背圧）、結晶化中の製品温度（低温殺菌プロセスを含む）、SSHEの冷却温度（または冷却媒体圧力）、SSHEとピンローターマシンの速度、高圧ポンプ、SSHE、ピンローターマシンを駆動するモーターの負荷が含まれます。

制御システム

処理中に、特定の製品の処理パラメータが制限値外になった場合、オペレータにアラームが送信されます。これらのパラメータは、製造前にレシピエディタで設定されています。これらのアラームは手動で確認し、手順に従って対処する必要があります。すべてのアラームは、後で確認できるように履歴アラームシステムに保存されます。製品が適切に包装または充填された状態で生産ラインから出荷されると、通常は製品名に加えて、日付、時刻、バッチ識別番号が記録され、後で追跡できるようになります。このように、製造プロセスに含まれるすべての製造ステップの完全な履歴は、生産者とエンドユーザー（消費者）のセキュリティのために記録されます。

CIP

マーガリン製造工場は定期的に洗浄する必要があるため、CIP洗浄プラント（CIP = Cleaning in Place）も近代的なマーガリン製造設備の一部です。従来のマーガリン製品の場合、週1回の洗浄が標準的な間隔です。しかし、低脂肪（高水分）や高タンパク質製品などのデリケートな製品の場合は、CIP洗浄の間隔を短くすることが推奨されます。

原則として、2種類のCIPシステムが用いられます。洗浄剤を一度だけ使用するCIPプラントと、洗浄剤の緩衝液を用いて運転し、苛性ソーダ、酸、消毒剤などの洗浄剤を使用後に個々のCIPタンクに戻す推奨CIPプラントです。後者のプロセスは環境に優しく、洗浄剤の消費量、ひいてはコストの面でも経済的なソリューションであるため、推奨されています。

一つの工場に複数の生産ラインが設置されている場合、並列洗浄トラックまたはCIPサテライトシステムを設置することが可能です。これにより、洗浄時間とエネルギー消費量を大幅に削減できます。CIPプロセスのパラメータは自動的に制御され、後で制御システムに記録されます。

最終的なコメント

マーガリンや関連製品の製造においては、最終製品の品質を左右するのは、使用される油脂などの原料や製品の配合だけでなく、工場の構成、処理パラメータ、そして工場の状態も重要であることを念頭に置くことが重要です。ラインや設備のメンテナンスが不十分だと、ラインが効率的に機能しないリスクがあります。したがって、高品質の製品を生産するには、工場の良好な稼働は不可欠ですが、製品の最終用途に適した特性を持つ油脂ブレンドの選択、そして工場の適切な構成と処理パラメータの選択も重要です。そして、最終製品は最終用途に応じて温度処理される必要があります。.