Majonez to jeden z tych produktów, które za znaną etykietą kryją swoją złożoność. W sklepie spożywczym jest to słoik z kremowym, bladożółtym dodatkiem do potraw. W fabryce jest to precyzyjnie opracowana emulsja typu „olej w wodzie”: układ, w którym 65–80 procent oleju roślinnego występuje w postaci mikroskopijnych kropelek zawieszonych w fazie wodnej, która stanowi jedynie ułamek całkowitej objętości. Utrzymanie stabilności tego układu przez miesiące na półce sklepowej, pomimo wahań temperatury i transportu, wymaga czegoś więcej niż tylko wymieszania składników. Wymaga to kontrolowanej sekwencji operacji chemicznych, termicznych i mechanicznych, z których każda charakteryzuje się tolerancjami pozostawiającymi niewiele miejsca na błąd.

W niniejszym przewodniku omówiono cały przemysłowy proces produkcji majonezu: zasady naukowe, dzięki którym jest to możliwe, składniki, z których się składa, oraz poszczególne etapy produkcji – od przygotowania surowców po gotową paletę.

Naukowe podstawy majonezu: dlaczego olej i woda nie rozdzielają się

Olej i woda się nie mieszają. To pierwsza rzecz, której każdy dowiaduje się o emulsjach. A jednak majonez składa się w około trzech czwartych z oleju i przez wiele miesięcy zachowuje kremową konsystencję, nie rozwarstwiając się. Zrozumienie, dlaczego tak się dzieje na poziomie molekularnym, stanowi podstawę do zrozumienia całego procesu produkcyjnego.

W centrum tej historii znajduje się żółtko jaja, a dokładniej – zawarta w nim lecytyna. Lecytyna jest cząsteczką amfifilową: jeden jej koniec jest hydrofilowy (przyciąga wodę), a drugi lipofilowy (przyciąga olej). Kiedy żółtko jaja rozpuści się w wodzie, a olej jest stopniowo dodawany pod wpływem intensywnego ścinania mechanicznego, cząsteczki lecytyny migrują na powierzchnię każdej nowo powstałej kropelki oleju. Ich hydrofilowe głowice są skierowane na zewnątrz, w stronę fazy wodnej, a lipofilowe ogony zakotwiczają się wewnątrz oleju. Każda kropelka zostaje otoczona molekularną powłoką, która zapobiega jej łączeniu się z sąsiednimi kropelkami. Emulsja stabilizuje się.

Różnica między majonezem domowej roboty a majonezem produkowanym przemysłowo sprowadza się do tego, jak drobno rozbity jest olej:

Kluczowym parametrem fizycznym jest wielkość kropelek oleju. Gdy średnia średnica kropelek spada z 50 μm do 5 μm, całkowita powierzchnia oleju wystawiona na działanie fazy wodnej wzrasta mniej więcej 100-krotnie, a wraz z nią gwałtownie rośnie lepkość emulsji. Przy ułamkach objętościowych oleju powyżej 0,74 — teoretycznej granicy upakowania ciasnego dla jednolitych sfer — kropelki muszą się deformować względem siebie, aby się zmieścić. W rezultacie powstaje gęsto upakowana, półstała struktura, która zachowuje swój kształt na łyżce. Ta konsystencja jest cechą charakterystyczną dobrego majonezu.

Ta zasada, zgodnie z którą mniejsze kropelki oznaczają gęstszy i bardziej stabilny produkt, wyjaśnia niemal każdą decyzję dotyczącą wyposażenia i procesów podejmowaną na hali produkcyjnej. Celem procesu przemysłowego jest przede wszystkim wytworzenie jak najmniejszych kropelek oleju i utrzymanie ich w takiej postaci.

Składniki klasy przemysłowej: co zawiera majonez produkowany fabrycznie

Przeniesienie produkcji majonezu z domowej kuchni na skalę przemysłową to coś więcej niż tylko zwielokrotnienie ilości. Same składniki zmieniają się pod względem postaci, specyfikacji i roli funkcjonalnej.

Dwie decyzje dotyczące składników mają decydujący wpływ na wszystkie kolejne etapy procesu. Pierwsza dotyczy postaci jajka: płynne, pasteryzowane żółtko dostarczane jest w stanie schłodzonym i pompowane bezpośrednio do zbiornika na premiks. Jest to proste, szybkie i stanowi standard w zakładach o dużej wydajności. Proszek z żółtka suszonego rozpyłowo charakteryzuje się dłuższym okresem przydatności do spożycia i niższymi kosztami transportu, ale przed użyciem należy go ponownie nawodnić. Niekompletne nawodnienie jest jedną z najczęstszych ukrytych przyczyn niepowodzeń emulsji przemysłowych: suche cząsteczki żółtka, które nigdy nie rozpuszczają się całkowicie, nie mogą dostarczyć lecytyny do granicy faz olej-woda, co osłabia całą strukturę.

Kolejnym czynnikiem jest jakość oleju. W majonezie przemysłowym stosuje się rafinowany olej roślinny, a nie olej tłoczony na zimno, który można znaleźć w ekskluzywnych kuchniach. Proces rafinacji usuwa wolne kwasy tłuszczowe, fosfolipidy i produkty utleniania, które w przeciwnym razie konkurowałyby z lecytyną na powierzchni kropelek i destabilizowałyby emulsję. Olej sojowy dominuje w światowej produkcji ze względu na swój neutralny smak i stałą podaż, choć oleje rzepakowe (kanola) i słonecznikowe są powszechnymi alternatywami w poszczególnych regionach (FDA 21 CFR 169.140).

Przygotowanie fazy wodnej: kluczowy pierwszy krok, który większość ludzi pomija

Jeśli zapytasz kogoś, jak powstaje majonez, prawdopodobnie opowie Ci o dodawaniu oleju do jajek podczas ubijania. Jest to etap emulgowania, ale nie jest to pierwszy etap w procesie produkcyjnym. Zanim do układu trafi choćby jedna kropla oleju, wszystkie składniki inne niż olej muszą zostać połączone w jednorodną mieszaninę zwaną fazą wodną. Pominięcie lub przyspieszenie tego etapu to najpewniejszy sposób na uzyskanie partii, która ulegnie rozwarstwieniu podczas emulgowania.

Przygotowanie fazy wodnej odbywa się zgodnie z ściśle określoną kolejnością czynności:

1. Zmierzyć w wodzie procesowej. Do zbiornika mieszania wstępnego doprowadzana jest precyzyjnie odmierzona objętość przefiltrowanej wody. Woda ta stanie się fazą ciągłą, w której rozpuszczą się lub zdyspergują wszystkie pozostałe składniki. Temperatura na tym etapie utrzymywana jest na poziomie 20–25 °C (68–77 °F). Jest to temperatura wystarczająco wysoka, by przyspieszyć rozpuszczanie składników, ale jednocześnie wystarczająco niska, by zapobiec przedwczesnej denaturacji białek w żółtku jaja, które zostanie dodane w kolejnym etapie.

2. Dodaj składniki jajeczne. W przypadku stosowania płynnego, pasteryzowanego żółtka jest ono pompowane z chłodni bezpośrednio do zbiornika. W przypadku stosowania żółtka w proszku jest ono wstępnie mieszane z częścią wody i pozostawiane do pełnego nawodnienia, zazwyczaj przez 10–15 minut przy delikatnym mieszaniu, przed dodaniem do głównej partii. Mieszanie musi być wystarczające, aby równomiernie rozproszyć żółtko, ale nie może być zbyt gwałtowne, aby nie wprowadzić powietrza do mieszaniny. Powietrze wchłonięte na tym etapie zostaje uwięzione w końcowej emulsji w postaci mikropęcherzyków; każdy z nich stanowi ognisko inicjujące proces utleniania.

3. Dodaj składniki rozpuszczalne w wodzie. Ocet, musztardę w proszku, sól i cukier dodaje się po kolei. Kolejność ma mniejsze znaczenie niż całkowite rozpuszczenie składników. Nierozpuszczone kryształki soli powodują powstawanie miejscowych gradientów siły jonowej, które mogą wpływać na funkcjonalność białek na powierzchni kropelek. Nierozpuszczone cząsteczki musztardy nie przyczyniają się w żaden sposób do stabilności emulsji i są widoczne jako drobne plamki w gotowym produkcie.

4. Dodaj zagęszczacze i stabilizatory (jeśli dotyczy). W przypadku receptur o niskiej zawartości tłuszczu, czyli zawierających mniej niż 50% oleju, faza wodna musi przejąć rolę teksturującą, którą zwykle pełni olej. Skrobia modyfikowana wymaga podgrzania do temperatury 60–70 °C w celu żelatyzacji; guma ksantanowa rozpuszcza się w zimnej wodzie, ale do pełnego nawodnienia potrzebuje długotrwałego działania sił ścinających. Etapy te odbywają się w zbiorniku do wstępnego mieszania przed rozpoczęciem dodawania oleju. W przypadku majonezu pełnotłustego etap ten jest pomijany: jego konsystencja wynika z samego zagęszczenia kropelek oleju.

Po zakończeniu przygotowywania fazy wodnej w naczyniu znajduje się rzadka, jednorodna ciecz. Nie przypomina jeszcze wcale majonezu. Jednak wszystkie składniki niezbędne do dodania oleju są już gotowe: emulgator, środek zakwaszający, mieszanka aromatów. Wszystko jest już przygotowane.

Emulgowanie: jak powstaje majonez

Jeśli faza wodna jest sceną, to emulgacja jest przedstawieniem. To właśnie tutaj olej 80% przechodzi przemianę z oddzielnej, niemieszalnej warstwy w składnik strukturalny półstałej żywności. Urządzeniem, które to umożliwia, jest mieszalnik rotacyjno-statorowy o wysokim ścinaniu, a warunki, w jakich pracuje, determinują praktycznie wszystkie cechy jakościowe produktu końcowego.

Mieszanie z wykorzystaniem rotora i stojana o wysokim ścinaniu: niezawodne rozwiązanie w przemyśle

Mieszalnik typu wirnik-stojan działa w oparciu o prostą zasadę, realizowaną z ogromną intensywnością. Wirnik – wał z łopatkami obracający się z prędkością od 1 500 do 3 600 obrotów na minutę – umieszczony jest wewnątrz nieruchomego stojana z precyzyjnie obrobionymi szczelinami lub otworami. Podczas obrotu wirnik zasysa materiał ze środka i przyspiesza go na zewnątrz pod działaniem siły odśrodkowej. Mieszanina przechodzi przez wąską szczelinę między wirnikiem a stojanem, wynoszącą zazwyczaj 0,3–0,5 mm, gdzie poddawana jest szybkościom ścinania wynoszącym od 20 000 do 50 000 odwrotnych sekund. Pod wpływem tych sił krople oleju wpadające do szczeliny rozciągają się w wydłużone nitki, które pękają, tworząc krople o średnicy od 1 do 10 μm. Są one z grubsza tysiąc razy mniejsze niż te, które można uzyskać za pomocą domowej trzepaczki.

Proces ten nie przebiega w jednym przebiegu. W produkcji wsadowej mieszanina krąży w sposób ciągły: jest pobierana z dna zbiornika, przepływa przez głowicę roboczą typu rotor-stator i wraca do zbiornika. Typowy wsad wymaga od trzech do pięciu pełnych obiegów przez głowicę roboczą, zanim rozkład wielkości kropelek ustabilizuje się. Olej jest podawany stopniowo podczas tego recyrkulacji, a nie wlewany jednorazowo. Kluczowe znaczenie ma szybkość podawania. Zbyt duża szybkość powoduje lokalne przeciążenie fazy wodnej olejem; emulsja ulega odwróceniu lub rozpadowi, a partię należy wyrzucić. Zbyt mała szybkość sprawia, że czas cyklu produkcyjnego staje się nieopłacalny. Większość linii reguluje podawanie oleju na poziomie od 5 do 10 procent całkowitej objętości oleju na minutę, co jest monitorowane przez przepływomierz masowy na przewodzie zasilającym olejem (Dokumentacja techniczna mieszalnika wysokoprzecinowego Tetra Pak).

Wybór między konfiguracją partiami a konfiguracją ciągłą w linii produkcyjnej zależy od skali produkcji. Systemy działające w trybie partiami, o pojemności od 50 do 2 000 litrów na partię, zapewniają elastyczność producentom wytwarzającym wiele różnych asortymentów (SKU) i często zmieniającym produkcję. Systemy ciągłe w linii produkcyjnej, o wydajności od 500 do 6 000 litrów na godzinę, zapewniają najniższy koszt w przeliczeniu na kilogram przy dużych ilościach, ale wymagają stabilnego zapotrzebowania o dużej przepustowości, aby uzasadnić inwestycję kapitałową.

Dlaczego próżnia ma znaczenie w emulgacji przemysłowej

Wystarczy przejść się po fabryce majonezu, a jedną z pierwszych rzeczy, które rzucają się w oczy, są szczelnie zamknięte zbiorniki emulgacyjne podłączone do pomp próżniowych. Nie jest to wyposażenie opcjonalne w przypadku linii produktów premium. Jest to standardowa praktyka w całej branży, a wynika to z trzech powiązanych ze sobą powodów.

Po pierwsze, próżnia eliminuje napowietrzenie. Podczas mieszania do majonezu dostaje się powietrze, niezależnie od tego, czy tego chcemy, czy nie. Każda mikroskopijna pęcherzyk powietrza stanowi kieszeń tlenu, która z czasem wchodzi w reakcję z nienasyconymi kwasami tłuszczowymi zawartymi w oleju, powodując powstawanie nieprzyjemnego, zjełczałego posmaku. W warunkach próżni, zazwyczaj przy ciśnieniu manometrycznym od -0,6 do -0,9 bara, co odpowiada ciśnieniu bezwzględnemu od 100 do 400 milibarów, ciśnienie cząstkowe tlenu w przestrzeni nad produktem spada niemal do zera. Stężenie tlenu rozpuszczonego w produkcie można obniżyć poniżej 0,5 mg/l, w porównaniu z 3 mg/l lub więcej w przypadku mieszania w warunkach atmosferycznych.

Po drugie, próżnia hamuje rozwój mikroorganizmów tlenowych podczas przetwarzania. Chociaż pasteryzacja stanowi ostatni etap eliminacji mikroorganizmów, zmniejszenie liczby mikroorganizmów na każdym poprzednim etapie jest podstawową zasadą koncepcji „bezpieczeństwa żywności od samego początku” (food safety-by-design).

Po trzecie, próżnia poprawia konsystencję. Bez pęcherzyków powietrza zakłócających ciągłość matrycy emulsji kropelki oleju ulegają gęstszemu upakowaniu, a otrzymany produkt charakteryzuje się gładszym i bardziej błyszczącym odczuciem w ustach. Rozkład wielkości kropelek również ulega zawężeniu, ponieważ pęcherzyki powodują miejscowe zawirowania, które generują nierównomierne ścinanie. W rezultacie uzyskuje się bardziej jednolitą lepkość w całej partii.

Proces na zimno a proces na gorąco: wybór odpowiedniej metody

Nie wszystkie fabryki majonezu stosują tę samą metodę produkcji. Wybór między procesem na zimno a procesem na gorąco jest jedną z najbardziej istotnych decyzji podejmowanych na wczesnym etapie projektowania zakładu, a decyduje o nim asortyment produktów, a nie preferencje dotyczące procesu.

Proces na zimno to metoda produkcji najwyższej jakości majonezu pełnotłustego. Składniki przez cały czas pozostają w temperaturze otoczenia, a stabilność emulsji opiera się wyłącznie na lecytynie z żółtek jaj i śluzie gorczycy. Bez syntetycznych emulgatorów, bez wypełniaczy skrobiowych. Smak jest czystszy, wrażenia w ustach są bezpośrednio związane z jakością oleju, a lista składników jest krótsza. Kompromis: majonez wytwarzany na zimno wymaga oddzielnego etapu pasteryzacji po emulgacji, co wiąże się z dodatkowymi kosztami sprzętu i energii.

Proces na gorąco jest przeznaczony dla segmentów produktów o niskiej zawartości tłuszczu i produktów ekonomicznych. Podgrzanie fazy wodnej do temperatury 60–75 °C powoduje żelatynizację skrobi modyfikowanej, która przejmuje znaczną część funkcji związanych z konsystencją, jaką w wersji pełnotłustej pełni olej. Ponieważ etap podgrzewania z natury rzeczy pasteryzuje mieszaninę, linie produkcyjne wykorzystujące proces na gorąco mogą łączyć emulgowanie i pasteryzację w jedną operację. Podejście to jest w zasadzie prostsze, ale wymaga zastosowania wymiennika ciepła z powierzchnią skrobaną, aby po emulgacji szybko schłodzić produkt do temperatury poniżej 30 °C. Bez szybkiego schłodzenia skrobia uległa żelatynizacji ulega retrogradacji. Cząsteczki skrobi ponownie łączą się w obszary krystaliczne, a produkt w ciągu kilku dni nabiera ziarnistej, sztywnej konsystencji.

Ogólna zasada dotycząca wyboru linii produkcyjnej: jeśli na etykiecie produktu widnieje napis “wyprodukowane z prawdziwych żółtek jaj i oleju sojowego 100%”, prawie na pewno mamy do czynienia z procesem na zimno. Jeśli natomiast widnieje napis “o niskiej zawartości tłuszczu” lub wśród pierwszych pięciu składników znajduje się modyfikowana skrobia spożywcza, oznacza to, że produkt został wyprodukowany na gorąco.

Pasteryzacja i kontrola jakości: zabezpieczenie

Majonez posiada niezwykle skuteczny wbudowany system zabezpieczający. Jego pH wynosi od 3,8 do 4,2, co oznacza, że jest wystarczająco kwaśny, by hamować rozwój większości bakterii chorobotwórczych, w tym Clostridium botulinum. W połączeniu z aktywnością wody poniżej 0,93 w preparatach pełnotłustych tworzy to środowisko, w którym rozmnażać się może bardzo niewiele mikroorganizmów. Jednak “bardzo niewiele” to nie to samo, co “zero”. Pasteryzacja eliminuje pozostałe ryzyko, a kontrola jakości sprawdza, czy każda partia spełnia wymagania specyfikacji przed wysyłką.

Parametry pasteryzacji i urządzenia do pasteryzacji

Przemysłowa pasteryzacja majonezu ma na celu wyeliminowanie trzech rodzajów zagrożeń: bakterii chorobotwórczych (Salmonella, Listeria monocytogenes, przenoszone głównie przez surowe jaja), mikroorganizmy powodujące psucie się żywności (drożdże, pleśnie, bakterie kwasu mlekowego) oraz endogenne enzymy zawarte w żółtku jaja (lipazy i fosfolipazy, które – jeśli pozostaną aktywne – powoli rozkładają emulsję podczas przechowywania).

Zakres temperatur pasteryzacji majonezu jest wąski. Produkt musi osiągnąć temperaturę wystarczająco wysoką, aby zapewnić redukcję docelowych patogenów o 5 logów, zazwyczaj od 68 do 75 °C, ale nie może przekroczyć 80 °C. Powyżej 80 °C białka żółtka ulegają nieodwracalnej denaturacji. Kompleksy lecytyny i białek, które stabilizują granicę faz olej-woda, ulegają rozpadowi, a emulsja rozpadają się na oddzieloną, ziarnistą zawiesinę, której nie da się już uratować. Ten górny limit temperatury jest najsurowszym ograniczeniem w produkcji majonezu.

Czas utrzymywania temperatury docelowej wynosi od 2 do 5 minut, w zależności od lepkości produktu i konstrukcji wymiennika ciepła. Produkty o wysokiej lepkości wymagają dłuższego czasu utrzymywania temperatury, ponieważ wymiana ciepła przebiega wolniej. Profil przepływu laminarnego w lepkiej cieczy oznacza, że środek strumienia produktu nagrzewa się wolniej niż warstwa przylegająca do ścianek. Dlatego nie można po prostu przepuścić majonezu przez standardową pasteryzator do mleka i oczekiwać jednolitego poziomu zabicia bakterii.

W branży dominują trzy konfiguracje sprzętowe:

• Rurowe wymienniki ciepła z mieszalnikami statycznymi w rurze zbiorczej, przeznaczone do produktów o średniej lepkości na liniach produkcyjnych pracujących w trybie ciągłym
• Wymienniki ciepła z powierzchnią zarysowaną (SSHE), w którym obracające się łopatki nieustannie oczyszczają powierzchnię wymiany ciepła, zapobiegając osadzaniu się zanieczyszczeń i zapewniając równomierne ogrzewanie produktów o wysokiej lepkości
• Zbiorniki okresowe z płaszczem grzewczym do produkcji na małą i średnią skalę, gdzie cała partia jest podgrzewana przy delikatnym mieszaniu. Rozwiązanie to jest wolniejsze, ale prostsze i bardziej elastyczne w przypadku zakładów produkujących wiele różnych wyrobów.

Po upływie okresu utrzymywania temperatury produkt należy schłodzić do temperatury poniżej 25 °C w ciągu 15–20 minut. Faza chłodzenia po pasteryzacji nie służy wyłącznie zapewnieniu stabilności produktu. Stanowi ona wymóg bezpieczeństwa żywności. Zakres temperatur od 50 °C do 20 °C to strefa zagrożenia, w której mogą kiełkować wszelkie przetrwałe, odporne na wysoką temperaturę przetrwalniki. Szybkie przejście przez tę strefę minimalizuje ryzyko.

Kontrola jakości: co się bada i dlaczego

Każda partia majonezu przemysłowego opuszcza linię produkcyjną wraz z kartą kontroli jakości. Badania dzielą się na trzy kategorie: fizyczne, mikrobiologiczne i sensoryczne.

Na szczególną uwagę zasługuje jeden parametr: rozkład wielkości kropelek oleju. Średnia średnica ważona objętościowo D[4,3] jest bardziej wrażliwa na obecność dużych kropelek niż średnia ważona powierzchnią D[3,2], a duże kropelki stanowią wczesny sygnał ostrzegawczy wskazujący na początek destabilizacji emulsji. Partia, która spełnia wymagania dotyczące lepkości i pH, ale wykazuje tendencję wzrostową wartości D[4,3] w stosunku do historycznej wartości odniesienia, prawdopodobnie utworzy widoczną warstwę oleju w trakcie okresu przydatności do spożycia.

Program kontroli jakości uzupełniają przyspieszone badania stabilności. Próbki z każdej partii przechowuje się w temperaturze 40 °C przez 7 do 14 dni. Jeśli w próbce nie obserwuje się oddzielania się oleju, zmiany wartości pH ani zmiany konsystencji, partia otrzymuje zgodę na oznaczenie okresu przydatności do spożycia w temperaturze otoczenia wynoszącego od 6 do 12 miesięcy. Wzrost wartości pH podczas przyspieszonego przechowywania, nawet o 0,1 do 0,2 jednostki, traktowany jest jako sygnał ostrzegawczy. Może to wskazywać na metabolizm mikroorganizmów, zanim liczba kolonii przekroczy granice wykrywalności (Codex Alimentarius STAN 168-1989).

Od linii produkcyjnej do palety: sprzęt, integracja i skalowanie działalności

Zrozumienie poszczególnych etapów produkcji majonezu to jeden poziom wiedzy. Połączenie tych etapów w linię produkcyjną, która działa niezawodnie dzień po dniu przy kosztach uzasadnionych z biznesowego punktu widzenia, stanowi zupełnie inne wyzwanie. Decyzje dotyczące wyposażenia podjęte na tym etapie mają wpływ na wydajność, spójność produktu oraz całkowity koszt posiadania w ciągu 10–15-letniego okresu eksploatacji linii.

Główne kategorie sprzętu i kryteria wyboru

Linia produkcyjna majonezu to ciąg operacji jednostkowych. Każde ogniwo tego łańcucha oferuje różne opcje wyposażenia, z których każda wiąże się z innymi kompromisami:

Częstym błędem jest dobieranie parametrów każdej maszyny z osobna, a następnie próba ich połączenia. Właściwym podejściem jest projektowanie linii „od końca”. Należy zacząć od wymaganej prędkości napełniania wyrażonej w liczbie pojemników na minutę przy docelowym rozmiarze opakowania. Następnie należy obliczyć godzinową objętość produktu wymaganą przy tej prędkości. Potem należy dobrać wielkość emulgatora, pasteryzatora i zbiornika buforowego tak, aby zapewnić dostarczanie tej objętości z 15–20-procentowym zapasem wydajności. To napełniarka wyznacza tempo; wszystkie urządzenia znajdujące się przed nią dostarczają do niej produkt.

Układ linii produkcyjnej: łączenie elementów

Typowa przemysłowa linia do produkcji majonezu składa się z dziewięciu stanowisk:

Zbiornik buforowy umieszczony pomiędzy emulgatorem a pasteryzatorem pełni kluczową funkcję, która nie jest oczywista dla kogoś, kto projektuje swoją pierwszą linię produkcyjną. Oddziela on cykliczny charakter procesu emulgowania od ciągłego przepływu w procesie pasteryzacji i napełniania. Emulgowanie jest z natury procesem okresowym lub półokresowym: przygotowuje się jedną partię na raz. Napełnianie ma z natury charakter ciągły: butelki nieustannie przesuwają się po przenośniku. Zbiornik buforowy stanowi rezerwuar, który pozwala obu częściom linii pracować we własnym tempie, bez konieczności oczekiwania jednej na drugą.

Instalacja rurociągowa między stacjami wymaga dbałości o szczegóły, zwłaszcza w przypadku produktów o wysokiej lepkości. Spadek ciśnienia w rurze jest proporcjonalny do czwartej potęgi średnicy rury oraz liniowo zależny od lepkości. Majonez o lepkości 30 000 cP przepływający przez rurę o średnicy 50 mm traci na każdym metrze około 16 razy więcej ciśnienia niż woda w tej samej rurze. Długość przewodów między wylotem emulgatora a wlotem napełniarki należy ograniczyć do minimum. Tam, gdzie nie da się uniknąć dużej odległości, rurociągi w płaszczu z cyrkulacją ciepłej wody zapobiegają ochłodzeniu produktu i uniemożliwiają jego pompowanie w rurze.

Przejście od etapu pilotażowego do pełnej produkcji

Produkcja majonezu przebiega na trzech odrębnych poziomach, a przejście między nimi to coś więcej niż tylko zakup większych maszyn:

Skala pilotażowa / badawczo-rozwojowa (50–200 l na partię): Stacjonarny emulgator próżniowy w wersji stołowej lub niewielkiej podłogowej z ręcznym lub półautomatycznym napełnianiem. Jest to etap opracowywania receptur i testowania rynkowego. Nakłady inwestycyjne wynoszą od około $20 000 do $50 000. Linia może być obsługiwana przez jedną lub dwie osoby. Wydajność mierzy się w setkach słoików dziennie, co wystarcza do przeprowadzenia badań rynkowych, testów w gastronomii oraz wprowadzenia produktów do niewielkich punktów sprzedaży detalicznej.

Produkcja na średnią skalę (500–2 000 litrów na partię): Specjalistyczny emulgator próżniowy, pasteryzator rurowy oraz półautomatyczna napełniarka tłokowa z 4–8 głowicami. Jest to poziom przeznaczony dla marek regionalnych, firm zajmujących się pakowaniem na zlecenie oraz uznanych producentów wkraczających na nowe kategorie produktów. Nakłady inwestycyjne wynoszą od około $100 000 do $300 000, przy 2–4 operatorach na zmianę. Wydajność sięga tysięcy sztuk dziennie.

Pełna skala przemysłowa (2 000–6 000 l/h w trybie ciągłym): Ciągła emulgacja w linii produkcyjnej, pasteryzacja z zeskrobywaniem powierzchni oraz szybkie napełnianie obrotowe z prędkością od 60 do 120 pojemników na minutę wraz z automatycznym zakręcaniem, etykietowaniem i pakowaniem w kartony. Ta linia produkcyjna obsługuje marki krajowe oraz wolumeny eksportowe. Inwestycja kapitałowa wynosi od $500 000 do $2 mln lub więcej, w zależności od poziomu automatyzacji. Linia może pracować od 16 do 24 godzin dziennie, przy zatrudnieniu od 3 do 5 operatorów na zmianę.

Najtrudniejszym wyzwaniem technicznym jest przejście z etapu pilotażowego do etapu produkcji na średnią skalę. Przy 10-krotnym zwiększeniu objętości nie można liniowo ekstrapolować stosunku mocy do objętości emulgatora. Aby uzyskać ten sam rozkład wielkości kropelek, należy ponownie obliczyć liczbę Reynoldsa w zbiorniku mieszającym i utrzymać ją w reżimie turbulentnym. Jeśli w instalacji pilotażowej przy 3000 obr./min w zbiorniku o pojemności 100 l uzyskuje się D[4,3] wynoszące 5 μm, to w zbiorniku o pojemności 1000 l może być konieczne zastosowanie innej geometrii wirnika, a nie tylko większego silnika, aby osiągnąć tę samą specyfikację.

Najtrudniejszym krokiem operacyjnym jest przejście ze średniej skali do pełnej skali przemysłowej, a punktem zwrotnym jest czyszczenie. Linę produkcyjną średniej skali można zdemontować i wyczyścić ręcznie między kolejnymi partiami produktu. Na pełną skalę przemysłową czyszczenie na miejscu (CIP) nie jest tylko miłym dodatkiem. Jest to ekonomiczna konieczność. Linia pracująca 20 godzin dziennie nie może sobie pozwolić na 4 godziny ręcznego czyszczenia. Systemy CIP zapewniają recyrkulację roztworów zasadowych i kwasowych po wszystkich powierzchniach mających kontakt z produktem bez konieczności demontażu. Konstrukcja linii musi od samego początku uwzględniać system CIP poprzez zapewnienie odpowiedniego odpływu, zasięgu dysz natryskowych oraz wyeliminowanie martwych przestrzeni. W przeciwnym razie bieżące koszty pracy zniwelują przewagę marżową, jaką ma zapewnić produkcja wielkoseryjna.

Dla producentów oceniających dostawców sprzętu do napełniania i zakręcania produktów o wysokiej lepkości – gdzie zbiega się wiele wyzwań związanych ze skalowalnością – współpraca z producentami oferującymi konfigurację linii dostosowaną do konkretnej lepkości produktu, typu opakowania i docelowej wydajności pomaga uniknąć najczęstszego błędu: wykorzystania napełniarki zaprojektowanej do cienkich cieczy do obsługi emulsji o lepkości 30 000 cP. Indywidualnie dostosowywane rozwiązania w zakresie linii pakujących, obejmujące napełnianie, zakręcanie i etykietowanie w ramach zintegrowanego systemu, mogą zmniejszyć ryzyko związane z integracją, wynikające z pozyskiwania poszczególnych maszyn od różnych dostawców.

Bibliografia

1. Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA). “21 CFR 169.140 — Majonez”.” ecfr.gov
2. McClements, D. J. “Emulsje spożywcze: zasady, praktyki i techniki”. Wydanie trzecie. 2015. routledge.com
3. Taslikh, M. i in. “Wpływ głównych składników majonezu na jego strukturę jako emulsji”. 2021. pmc.ncbi.nlm.nih.gov