تكنولوجيا إنتاج السمن النباتي

ملخص تنفيذي

أصبحت شركات الأغذية اليوم، شأنها شأن غيرها من الشركات الصناعية، لا تركز فقط على موثوقية وجودة معدات تصنيع الأغذية، بل أيضاً على الخدمات المتنوعة التي يقدمها مورد هذه المعدات. فإلى جانب خطوط الإنتاج الفعّالة التي نوفرها، يمكننا أن نكون شريكاً لكم منذ مرحلة الفكرة أو المشروع وحتى مرحلة التشغيل النهائي، فضلاً عن خدمات ما بعد البيع المهمة.

تتمتع شركة Shiputec بخبرة تزيد عن 20 عامًا في صناعة تجهيز وتعبئة الأغذية.

مقدمة عن تقنيتنا

الرؤية والالتزام

يقوم قطاع Shiputec بتصميم وتصنيع وتسويق حلول هندسة العمليات والأتمتة لقطاعات الألبان والأغذية والمشروبات والصناعات البحرية والصيدلانية ومنتجات العناية الشخصية من خلال عملياته العالمية.

نحن ملتزمون بمساعدة عملائنا في جميع أنحاء العالم على تحسين أداء مصانعهم وعملياتهم الإنتاجية وزيادة ربحيتها. ونحقق ذلك من خلال تقديم مجموعة واسعة من المنتجات والحلول، بدءًا من المكونات الهندسية وصولًا إلى تصميم محطات معالجة متكاملة، مدعومة بخبرات عالمية رائدة في مجال التطبيقات والتطوير.

نواصل مساعدة عملائنا على تحسين أداء وربحية مصانعهم طوال فترة خدمتها من خلال خدمات دعم مصممة خصيصًا لتلبية احتياجاتهم الفردية عبر شبكة منسقة لخدمة العملاء وقطع الغيار.

التركيز على العملاء

تُطوّر شركة شيبوتيك وتصنع وتُركّب خطوط إنتاج حديثة وعالية الكفاءة وموثوقة لصناعة الأغذية. ولإنتاج منتجات الدهون المتبلورة مثل السمن النباتي والزبدة والدهون القابلة للدهن والسمن النباتي، تُقدّم شيبوتيك حلولاً تشمل أيضاً خطوط إنتاج للمنتجات الغذائية المستحلبة مثل المايونيز والصلصات والتتبيلات.

إنتاج السمن النباتي

يحتوي السمن النباتي والمنتجات المشابهة له على طور مائي وطور دهني، وبالتالي يمكن وصفها بأنها مستحلبات ماء في زيت (W/O) حيث ينتشر الطور المائي بدقة على شكل قطرات في الطور الدهني المستمر. ويتم اختيار تركيبة الطور الدهني وعملية التصنيع وفقًا لاستخدام المنتج.

إلى جانب معدات التبلور، يشتمل مصنع حديث لإنتاج السمن النباتي والمنتجات ذات الصلة عادةً على خزانات متعددة لتخزين الزيت، بالإضافة إلى خزانات للمستحلبات، والطور المائي، وتحضير المستحلبات؛ ويتم تحديد حجم وعدد الخزانات بناءً على طاقة المصنع ومجموعة المنتجات. كما يضم المصنع وحدة بسترة ووحدة إعادة صهر. وبذلك، يمكن تقسيم عملية التصنيع بشكل عام إلى العمليات الفرعية التالية (انظر الشكل 1):

تحضير الطور المائي والطور الدهني (المنطقة 1)

غالبًا ما تُحضّر المياه على دفعات في خزان خاص بها. يجب أن تكون المياه صالحة للشرب. إذا لم يكن بالإمكان ضمان جودتها، فيمكن معالجتها مسبقًا باستخدام نظام تعقيم بالأشعة فوق البنفسجية أو نظام ترشيح.

وبصرف النظر عن الماء، يمكن أن تتكون المرحلة المائية من الملح أو المحلول الملحي، وبروتينات الحليب (السمن النباتي وأنواع الدهن قليلة الدسم)، والسكر (عجينة الباف باستري)، والمثبتات (أنواع الدهن قليلة الدسم)، والمواد الحافظة والنكهات القابلة للذوبان في الماء.

تتكون المكونات الرئيسية في المرحلة الدهنية، أي مزيج الدهون، عادةً من مزيج من أنواع مختلفة من الدهون والزيوت. وللحصول على سمن نباتي بالخصائص والوظائف المطلوبة، تُعد نسبة الدهون والزيوت في مزيج الدهون عاملاً حاسماً في أداء المنتج النهائي.

تُخزَّن الدهون والزيوت المختلفة، سواءً كانت مزيجًا أو زيوتًا منفردة، في خزانات تخزين الزيوت التي توضع عادةً خارج منشأة الإنتاج. وتُحفظ هذه الخزانات عند درجة حرارة تخزين ثابتة أعلى من درجة انصهار الدهون، مع التقليب المستمر لتجنب انفصال مكونات الدهون وتسهيل التعامل معها.

إلى جانب مزيج الدهون، تتكون المرحلة الدهنية عادةً من مكونات ثانوية قابلة للذوبان في الدهون، مثل المستحلبات والليسيثين والنكهات والألوان ومضادات الأكسدة. تُذاب هذه المكونات الثانوية في مزيج الدهون قبل إضافة المرحلة المائية، أي قبل عملية الاستحلاب.

تحضير المستحلب (المنطقة 2)

 الرسم التخطيطي 1:

1. تحضير الطور المائي والطور الدهني (المنطقة 1)،

2. تحضير المستحلب (المنطقة 2)،

3. البسترة (المنطقة 3)،

4. منطقة التبريد والتبلور والعجن (المنطقة 4)،

5. التعبئة وإعادة الصهر (المنطقة 5)

يُحضّر المستحلب بنقل أنواع مختلفة من الزيوت والدهون أو مزيج الدهون إلى خزان الاستحلاب. عادةً، تُضاف الدهون أو مزيج الدهون ذات درجة الانصهار العالية أولاً، تليها الدهون ذات درجة الانصهار المنخفضة، ثم الزيت السائل. ولإتمام تحضير الطور الدهني، يُضاف المستحلب والمكونات الثانوية الأخرى القابلة للذوبان في الزيت إلى مزيج الدهون. وعندما تُخلط جميع مكونات الطور الدهني جيداً، يُضاف الطور المائي، ويُحضّر المستحلب مع التقليب المكثف والمضبوط.

يمكن استخدام أنظمة مختلفة لقياس المكونات المختلفة للمستحلب، اثنان منها يعملان بنظام الدفعات:

1. نظام قياس التدفق
2. نظام خزان الوزن

يُعد نظام الاستحلاب المستمر المدمج حلاً أقل تفضيلاً ولكنه يُستخدم في خطوط الإنتاج ذات السعة العالية حيث تكون المساحة المتاحة لخزانات الاستحلاب محدودة. يستخدم هذا النظام مضخات جرعات ومقاييس تدفق الكتلة للتحكم في نسبة الأطوار المضافة إلى خزان استحلاب صغير.

يمكن التحكم بجميع الأنظمة المذكورة أعلاه بشكل آلي بالكامل. مع ذلك، لا تزال بعض المصانع القديمة تعتمد على أنظمة تحضير المستحلبات التي يتم التحكم بها يدويًا، إلا أن هذه الأنظمة تتطلب عمالة كثيفة ولا يُنصح بتركيبها اليوم نظرًا لقواعد التتبع الصارمة.

يعتمد نظام قياس التدفق على تحضير المستحلب على دفعات، حيث تُقاس الأطوار والمكونات المختلفة بواسطة عدادات تدفق الكتلة عند نقلها من خزانات تحضير الأطوار المختلفة إلى خزان المستحلب. تبلغ دقة هذا النظام ±0.3%. ويتميز هذا النظام بعدم تأثره بالعوامل الخارجية كالاهتزازات والأوساخ.

يشبه نظام خزان الوزن نظام مقياس التدفق القائم على تحضير المستحلبات على دفعات. هنا، تُضاف كميات المكونات والأطوار مباشرةً إلى خزان المستحلب المثبت على خلايا قياس الحمل التي تتحكم في الكميات المضافة إلى الخزان.

يُستخدم عادةً نظام ذو خزانين لتحضير المستحلب، وذلك لضمان استمرارية تشغيل خط التبلور. يعمل كل خزان كخزان تحضير وتخزين (خزان مستحلب)، وبالتالي يُغذى خط التبلور من أحد الخزانين بينما تُحضّر دفعة جديدة في الآخر، والعكس صحيح. يُسمى هذا النظام بنظام التناوب.

يُعدّ تحضير المستحلب في خزان واحد، ثم نقله بعد تجهيزه إلى خزان وسيط يُغذّى منه خط التبلور، خيارًا آخر. يُطلق على هذا النظام اسم نظام الخلط المسبق/الوسيط.

البسترة (المنطقة 3)

يتم ضخ المستحلب من خزان التخزين المؤقت بشكل مستمر عادةً من خلال مبادل حراري لوحي (PHE) أو مبادل حراري ذو سطح مكشوط منخفض الضغط (SSHE)، أو مبادل حراري ذو سطح مكشوط عالي الضغط للبسترة قبل دخول خط التبلور.

يُستخدم عادةً جهاز PHE للمنتجات كاملة الدسم. أما بالنسبة للمنتجات قليلة الدسم حيث يُتوقع أن تُظهر المستحلبات لزوجة عالية نسبيًا، وللمستحلبات الحساسة للحرارة (مثل المستحلبات ذات المحتوى البروتيني العالي)، فيُوصى باستخدام نظام SPX كحل منخفض الضغط أو نظام SPX-PLUS كحل عالي الضغط.

تتميز عملية البسترة بعدة مزايا، فهي تضمن تثبيط نمو البكتيريا والكائنات الدقيقة الأخرى، مما يُحسّن الاستقرار الميكروبيولوجي للمستحلب. يُمكن بسترة الطور المائي فقط، ولكن يُفضّل بسترة المستحلب بالكامل، لأن هذه العملية تُقلّل من زمن بقاء المنتج المبستر في العبوة قبل التعبئة والتغليف. كما تتم معالجة المنتج ضمن خط إنتاج متكامل، بدءًا من البسترة وحتى التعبئة والتغليف، وتُضمن بسترة أي مواد مُعاد تدويرها عند بسترة المستحلب بالكامل.

بالإضافة إلى ذلك، تضمن بسترة المستحلب بالكامل تغذية خط التبلور به عند درجة حرارة ثابتة، مما يحافظ على ثبات معايير المعالجة ودرجة حرارة المنتج وقوامه. كما يمنع ذلك حدوث تبلور مسبق للمستحلب عند تغذيته إلى جهاز التبلور، وذلك ببسترة المستحلب بشكل صحيح وتغذيته إلى مضخة الضغط العالي عند درجة حرارة أعلى بمقدار 5-10 درجات مئوية من نقطة انصهار الطور الدهني.

تتضمن عملية البسترة النموذجية، بعد تحضير المستحلب عند درجة حرارة 45-55 درجة مئوية، تسخين المستحلب وتثبيته عند درجة حرارة 75-85 درجة مئوية لمدة 16 ثانية، ثم تبريده إلى درجة حرارة 45-55 درجة مئوية. وتعتمد درجة الحرارة النهائية على نقطة انصهار الطور الدهني: فكلما ارتفعت نقطة الانصهار، ارتفعت درجة الحرارة.

التبريد والتبلور والعجن (المنطقة 4)

 يُضخ المستحلب إلى خط التبلور بواسطة مضخة مكبسية عالية الضغط. يتكون خط التبلور لإنتاج السمن النباتي والمنتجات ذات الصلة عادةً من مبادل حراري عالي الضغط يُبرد باستخدام الأمونيا أو غاز الفريون. غالبًا ما تُضاف آلة دوارة ذات دبابيس و/أو مُبلورات وسيطة إلى الخط لزيادة كثافة العجن ومدة إنتاج المنتجات البلاستيكية. أنبوب التهدئة هو المرحلة الأخيرة من خط التبلور، ويُستخدم فقط في حال تعبئة المنتج.

يُعدّ نظام التبريد فائق الضغط (SSHE) قلب خط التبلور، حيث يتم تبريد المستحلب الدافئ تبريدًا فائقًا وتبلوره على السطح الداخلي لأنبوب التبريد. تُكشط المستحلب بكفاءة عالية بواسطة الكاشطات الدوارة، مما يؤدي إلى تبريده وعجنه في آنٍ واحد. عند تبلور الدهون في المستحلب، تُشكّل بلورات الدهون شبكة ثلاثية الأبعاد تحاصر قطرات الماء والزيت السائل، مما ينتج عنه منتجات ذات خصائص شبه صلبة بلاستيكية.

اعتمادًا على نوع المنتج المراد تصنيعه ونوع الدهون المستخدمة في المنتج المحدد، يمكن تعديل تكوين خط التبلور (أي ترتيب أنابيب التبريد وآلات الدوار الدبوسي) لتوفير التكوين الأمثل للمنتج المحدد.

بما أن خط التبلور عادةً ما ينتج أكثر من منتج دهني محدد، فإن نظام التبريد والتدفئة المتكامل (SSHE) يتكون غالبًا من قسمين أو أكثر للتبريد أو أنابيب التبريد لتلبية متطلبات خط التبلور المرن. عند إنتاج منتجات دهنية متبلورة مختلفة من مزيجات دهنية متنوعة، تُعد المرونة ضرورية لأن خصائص التبلور قد تختلف من مزيج لآخر.

تؤثر عملية التبلور وظروف المعالجة ومعاييرها تأثيرًا كبيرًا على خصائص منتجات السمن النباتي والدهون القابلة للدهن النهائية. عند تصميم خط إنتاج التبلور، من المهم تحديد خصائص المنتجات المزمع تصنيعها على هذا الخط. ولضمان استدامة الاستثمار، لا بد من توفير مرونة في الخط وإمكانية التحكم الفردي في معايير المعالجة، نظرًا لاحتمالية تغير نطاق المنتجات المطلوبة بمرور الوقت، فضلًا عن تغير المواد الخام.

تُحدد سعة خط الإنتاج بمساحة التبريد المتاحة لوحدة التبريد والتدفئة. وتتوفر آلات بأحجام مختلفة تتراوح بين خطوط الإنتاج ذات السعة المنخفضة والعالية. كما تتوفر مستويات مرونة متنوعة، بدءًا من المعدات أحادية الأنبوب وصولًا إلى خطوط الإنتاج متعددة الأنابيب، مما يوفر خطوط إنتاج عالية المرونة.

بعد تبريد المنتج في وحدة التبريد والتسخين، يدخل إلى آلة الدوران الدوارة و/أو أجهزة التبلور الوسيطة حيث يُعجن لفترة زمنية محددة وبكثافة معينة للمساعدة في تعزيز تكوين الشبكة ثلاثية الأبعاد، والتي تمثل على المستوى العياني البنية البلاستيكية. إذا كان المنتج مُعدًا للتوزيع كمنتج مُغلف، فإنه يدخل إلى وحدة التبريد والتسخين مرة أخرى قبل أن يستقر في أنبوب التبريد قبل التغليف. أما إذا كان المنتج يُعبأ في أكواب، فلا يُستخدم أنبوب التبريد في خط التبلور.

التعبئة والحشو وإعادة الصهر (المنطقة 5)

تتوفر في السوق آلات تعبئة وتغليف متنوعة، ولن نتناولها بالتفصيل في هذه المقالة. مع ذلك، يختلف قوام المنتج اختلافًا كبيرًا باختلاف طريقة إنتاجه، سواءً كان للتعبئة أو التغليف. من البديهي أن يكون قوام المنتج المُعبأ أكثر تماسكًا من المنتج المُغلف، وإذا لم يكن هذا القوام مثاليًا، يُحوّل المنتج إلى نظام إعادة الصهر، حيث يُصهر ويُضاف إلى خزان التخزين لإعادة معالجته. تتوفر أنظمة إعادة صهر مختلفة، ولكن أكثرها استخدامًا هي أنظمة المبادل الحراري ذي الطورين (PHE) أو أنظمة المبادل الحراري ذي الطورين الصلب (SSHE) منخفضة الضغط.

الأتمتة

 تُنتج السمن النباتي، كغيره من المنتجات الغذائية، في العديد من المصانع اليوم وفق إجراءات تتبع صارمة. تشمل هذه الإجراءات عادةً المكونات والإنتاج والمنتج النهائي، مما لا يُسهم فقط في تعزيز سلامة الغذاء، بل يضمن أيضاً جودته الثابتة. يمكن تطبيق متطلبات التتبع في نظام التحكم الخاص بالمصنع، وقد صُمم نظام التحكم من شيبوتيك لمراقبة وتسجيل وتوثيق الظروف والمعايير المهمة المتعلقة بعملية التصنيع بأكملها.

يتميز نظام التحكم بحماية بكلمة مرور، ويتضمن تسجيلًا تاريخيًا لجميع البيانات المتعلقة بخط إنتاج السمن النباتي، بدءًا من معلومات الوصفة وصولًا إلى تقييم المنتج النهائي. يشمل تسجيل البيانات سعة مضخة الضغط العالي ومعدل تدفقها (لتر/ساعة والضغط الخلفي)، ودرجات حرارة المنتج (بما في ذلك عملية البسترة) أثناء التبلور، ودرجات حرارة التبريد (أو ضغوط وسائط التبريد) لمبادل الحرارة ذي المضخة الصلبة، وسرعة مبادل الحرارة ذي المضخة الصلبة وآلات الدوار الدبوسي، بالإضافة إلى حمل المحركات التي تشغل مضخة الضغط العالي ومبادل الحرارة ذي المضخة الصلبة وآلات الدوار الدبوسي.

نظام التحكم

أثناء عملية التصنيع، تُرسل تنبيهات إلى المشغل في حال تجاوزت معايير معالجة المنتج الحدود المسموح بها، والتي تُحدد في محرر الوصفات قبل بدء الإنتاج. يجب تأكيد هذه التنبيهات يدويًا واتخاذ الإجراءات اللازمة وفقًا للإجراءات المتبعة. تُسجل جميع التنبيهات في نظام سجل التنبيهات للاطلاع عليها لاحقًا. عند خروج المنتج من خط الإنتاج مُعبأً أو مُغلفًا بشكل مناسب، يُضاف إليه، إلى جانب اسم المنتج، التاريخ والوقت ورقم تعريف الدفعة لتسهيل تتبعه لاحقًا. وبذلك، يُحفظ سجل كامل لجميع خطوات الإنتاج في عملية التصنيع، وذلك لضمان أمان المنتج والمستهلك النهائي.

CIP

تُعدّ محطات التنظيف الآلي (CIP) جزءًا أساسيًا من مصانع السمن النباتي الحديثة، إذ يجب تنظيف هذه المصانع بانتظام. بالنسبة لمنتجات السمن النباتي التقليدية، يُعتبر التنظيف مرة واحدة أسبوعيًا إجراءً طبيعيًا. أما بالنسبة للمنتجات الحساسة، مثل المنتجات قليلة الدسم (ذات المحتوى المائي العالي) و/أو المنتجات الغنية بالبروتين، فيُنصح بتقصير فترات التنظيف الآلي.

من حيث المبدأ، يُستخدم نظامان للتنظيف في المكان (CIP): أنظمة تستخدم مواد التنظيف مرة واحدة فقط، أو أنظمة التنظيف الموصى بها التي تعمل عبر محلول منظم لمواد التنظيف، حيث تُعاد مواد التنظيف، مثل الصودا الكاوية والأحماض والمطهرات، إلى خزانات التخزين الخاصة بكل نظام بعد الاستخدام. يُفضّل النظام الأخير لأنه حل صديق للبيئة واقتصادي من حيث استهلاك مواد التنظيف وبالتالي تكلفتها.

في حال تركيب عدة خطوط إنتاج في مصنع واحد، يُمكن إنشاء مسارات تنظيف متوازية أو أنظمة تنظيف آلية (CIP) فرعية. يُؤدي ذلك إلى تقليل وقت التنظيف واستهلاك الطاقة بشكل ملحوظ. يتم التحكم في معايير عملية التنظيف الآلية (CIP) وتسجيلها تلقائيًا لتتبعها لاحقًا في نظام التحكم.

ملاحظات ختامية

عند إنتاج السمن النباتي والمنتجات ذات الصلة، من المهم مراعاة أن جودة المنتج النهائي لا تعتمد فقط على المكونات المستخدمة، كالزيوت والدهون، أو حتى على وصفة المنتج، بل أيضاً على تصميم المصنع، ومعايير التشغيل، وحالة المصنع. فإذا لم تتم صيانة خط الإنتاج أو المعدات بشكل جيد، يزداد خطر انخفاض كفاءة العمل. لذا، يُعدّ المصنع العامل بكفاءة شرطاً أساسياً لإنتاج منتجات عالية الجودة، كما أن اختيار مزيج الدهون المناسب لخصائص المنتج النهائي أمر بالغ الأهمية، إلى جانب التصميم الأمثل للمصنع واختيار معايير التشغيل المناسبة. وأخيراً، يجب معالجة المنتج النهائي حرارياً وفقاً لظروف الاستخدام.