Étude de cas : Application d'un émulsifiant à cisaillement élevé dans la production de pâte de sésame
Dans l'industrie de la transformation alimentaire, la qualité de la pâte de sésame est directement déterminée par la finesse de la dispersion des particules, l'uniformité du mélange des matières et la stabilité du produit final. Les méthodes de production traditionnelles se heurtent souvent à des difficultés telles qu'une taille de particules inégale, une stratification facile pendant le stockage, des cycles de traitement longs et une consommation d'énergie élevée. Cette étude de cas se concentre sur la façon dont un émulsifiant à cisaillement élevé a optimisé le processus de production de pâte de sésame, résolu les goulets d'étranglement techniques existants et amélioré l'efficacité globale de la production et la qualité des produits.
1. Contexte et défis de la production
L'installation de production est spécialisée dans la transformation de pâtes à base de noix, la pâte de sésame étant l'un de ses principaux produits. Avant l'introduction de nouveaux équipements, l'installation s'appuyait sur des équipements de mélange et de broyage classiques pour la production de pâte de sésame. Après une exploitation à long terme, plusieurs problèmes importants sont apparus, affectant à la fois la qualité des produits et l'efficacité de la production.
Premièrement, la finesse des particules ne répondait pas à des normes cohérentes. L'équipement classique ne pouvait pas décomposer complètement les particules de sésame, ce qui entraînait une texture granuleuse dans le produit final. Certains lots contenaient même de petites particules visibles, ce qui affectait la sensation en bouche et l'acceptation du marché. Deuxièmement, l'effet d'émulsification n'était pas satisfaisant. En raison d'un mélange insuffisant des phases huileuse et aqueuse dans la pâte de sésame, le produit était sujet à la stratification après une période de stockage, l'huile se séparant de la pâte et formant une couche à la surface, ce qui réduisait la stabilité du produit et sa durée de conservation.
Troisièmement, le cycle de production était excessivement long. Le processus traditionnel nécessitait plusieurs séries de broyage et de mélange pour se rapprocher de la texture souhaitée, chaque lot prenant environ 4 heures à terminer. Cette faible efficacité limitait la capacité de l'installation à répondre à la demande du marché pendant les périodes de pointe. De plus, la consommation d'énergie élevée et les coûts de maintenance sont devenus un fardeau. L'équipement classique nécessitait une puissance élevée pour fonctionner, et l'usure fréquente des composants de broyage entraînait une augmentation de la fréquence et des coûts de maintenance.
Pour résoudre ces problèmes, l'installation a recherché une solution technique qui pourrait améliorer la finesse des particules, améliorer la stabilité de l'émulsification, raccourcir les cycles de production et réduire les coûts d'exploitation globaux. Après avoir effectué des tests de processus et des évaluations d'équipements, un émulsifiant à cisaillement élevé avec des paramètres personnalisés a été sélectionné pour la chaîne de production.
2. Sélection de l'équipement et adaptation technique
Compte tenu des caractéristiques de la pâte de sésame : haute viscosité (jusqu'à 45 000 mPas), teneur élevée en huile et nécessité d'une fine dispersion des particules, l'émulsifiant à cisaillement élevé sélectionné a été personnalisé pour correspondre aux exigences de production. Les principales caractéristiques de conception de l'équipement sont les suivantes :
L'émulsifiant adopte une structure rotor-stator à deux étages, avec une vitesse de rotation maximale de 12 000 tr/min et une vitesse linéaire de 42 m/s, ce qui est nettement supérieur à celle des équipements de mélange classiques. Cette structure génère une forte force de cisaillement, une force d'impact et une force centrifuge dans l'étroit espace entre le rotor et le stator, ce qui permet un broyage et une dispersion efficaces des particules de sésame. L'espace entre le rotor et le stator peut être réglé à l'infini dans la plage de 0,1 à 0,5 mm, ce qui permet un contrôle précis de la taille des particules en fonction des exigences du produit.
En termes de sélection des matériaux, toutes les pièces en contact avec le produit sont en acier inoxydable 316L, qui subit un traitement de polissage électrolytique pour garantir une surface lisse avec une rugosité Ra ≤ 0,8 μm. Cette conception répond non seulement aux normes d'hygiène alimentaire, mais empêche également l'adhérence et les résidus de matière, réduisant ainsi le risque de contamination croisée et facilitant le nettoyage. L'équipement est également équipé d'un système de contrôle de la température à chemise, qui peut réguler la température de traitement entre 25 et 60 °C pour éviter la dénaturation des nutriments dans le sésame et garantir la stabilité de la couleur et de la saveur du produit.
Pour s'adapter à la haute viscosité de la pâte de sésame, l'émulsifiant est configuré avec un moteur à régulation de vitesse à conversion de fréquence, qui permet un réglage progressif de la vitesse de rotation en fonction de l'état du matériau pendant les différentes étapes de la production. La conception modulaire de la structure permet un remplacement rapide des pièces d'usure, réduisant ainsi le temps et les coûts de maintenance. De plus, l'équipement intègre un système de vide avec un degré de vide allant jusqu'à -0,095 MPa, ce qui élimine efficacement les bulles d'air générées pendant le processus de mélange, améliorant ainsi l'uniformité et la stabilité de la pâte de sésame.
3. Processus de mise en œuvre et optimisation du processus
Avant la production formelle, l'équipe technique a effectué des tests pilotes à petite échelle pour optimiser les paramètres de processus de l'émulsifiant. Le test s'est concentré sur le réglage de la vitesse de rotation, du temps de traitement, de la température et de l'espace rotor-stator afin de déterminer la combinaison de paramètres optimale pour la production de pâte de sésame.
Dans la phase de test initiale, l'équipe a constaté qu'une vitesse de rotation de 8 000 tr/min, un temps de traitement de 15 minutes, une température de 45 °C et un espace rotor-stator de 0,2 mm donnaient les meilleurs résultats. Avec ces paramètres, les particules de sésame ont été complètement broyées et les phases huileuse et aqueuse ont été complètement fusionnées. Sur la base des résultats des tests pilotes, la chaîne de production a été ajustée et mise à niveau pour intégrer l'émulsifiant dans le flux de processus existant.
Le processus de production optimisé est le suivant : Après torréfaction et refroidissement, les graines de sésame sont d'abord broyées en poudre grossière par un broyeur, puis transférées vers l'émulsifiant à cisaillement élevé. L'émulsifiant fonctionne selon les paramètres prédéfinis, et le matériau est mis en circulation à travers la zone rotor-stator plusieurs fois pour obtenir une dispersion et une émulsification complètes. Pendant le processus, le système de contrôle de la température maintient la température du matériau à un niveau stable, et le système de vide élimine les bulles d'air en temps réel. Après l'émulsification, la pâte de sésame est directement déchargée à l'étape suivante pour le dégazage et le remplissage.
Par rapport au processus traditionnel, le processus optimisé réduit le nombre d'étapes de traitement en intégrant les fonctions de broyage et d'émulsification. L'équipe technique a également ajusté la vitesse d'alimentation pour correspondre à la capacité de traitement de l'émulsifiant, assurant ainsi une production continue et stable sans accumulation de matière.
4. Résultats de l'application et améliorations des performances
Après la mise en service de l'émulsifiant à cisaillement élevé, la chaîne de production a réalisé des améliorations significatives en termes de qualité des produits, d'efficacité de la production et de coûts d'exploitation. Les résultats spécifiques se reflètent dans les aspects suivants :
En termes de qualité des produits, la finesse des particules de la pâte de sésame a été considérablement améliorée. La taille moyenne des particules a été réduite de 50 μm à moins de 2 μm, et la valeur CV de la distribution de la taille des particules a été contrôlée à moins de 5 %, ce qui a donné une sensation en bouche lisse et délicate, sans granularité. La stabilité de l'émulsification a été grandement améliorée : après 6 mois de stockage scellé à température ambiante, aucune stratification ni séparation de l'huile ne s'est produite, et le produit a conservé une texture et une saveur constantes. L'élimination des bulles d'air a également amélioré l'apparence de la pâte de sésame, la rendant plus uniforme en couleur et en éclat.
En termes d'efficacité de la production, le cycle de traitement par lot a été réduit de 4 heures à 45 minutes, soit une réduction de 81,25 %. La capacité de débit élevée de l'émulsifiant a permis à l'installation d'augmenter la production quotidienne de 8 tonnes à 25 tonnes, répondant ainsi efficacement à la demande accrue du marché pendant les périodes de pointe. Le système de contrôle automatisé de l'équipement a réduit l'intervention manuelle, minimisant les erreurs humaines et améliorant la cohérence de la production. L'opérateur n'a qu'à définir les paramètres et à surveiller le processus de fonctionnement, ce qui réduit l'intensité du travail.
En termes de coûts d'exploitation, la consommation d'énergie par tonne de produit a diminué de 32 % par rapport au processus traditionnel. Le rendement élevé de l'émulsifiant a réduit le temps de fonctionnement de l'équipement, tandis que le moteur à conversion de fréquence a ajusté la consommation d'énergie en fonction des besoins de production. Le coût de maintenance a également été réduit de 40 % : le rotor-stator résistant à l'usure et la conception modulaire ont prolongé la durée de vie des composants principaux, et la structure facile à nettoyer a réduit le temps et le coût du nettoyage et de la maintenance de l'équipement.
En outre, la conformité de l'équipement aux normes d'hygiène alimentaire (lignes directrices EHEDG et certification 3A) a garanti que le processus de production répondait aux exigences réglementaires pertinentes, réduisant ainsi le risque d'inspections de qualité et de rappels de produits. La qualité stable des produits a également amélioré la satisfaction des clients, avec une réduction notable des commentaires liés aux problèmes de texture et de stratification.
5. Résumé et expérience
L'application de l'émulsifiant à cisaillement élevé dans la production de pâte de sésame a permis de résoudre avec succès les goulets d'étranglement techniques rencontrés par le processus traditionnel, réalisant ainsi une situation gagnant-gagnant en termes d'amélioration de la qualité des produits et d'amélioration de l'efficacité de la production. La clé de ce succès réside dans l'adéquation précise entre les caractéristiques techniques de l'équipement et les exigences de production de la pâte de sésame : la force de cisaillement élevée, les paramètres réglables et la fonction de vide de l'émulsifiant ont permis de résoudre efficacement les problèmes de taille de particules inégale, de faible stabilité et de faible efficacité.
Pour les entreprises de transformation alimentaire qui fabriquent des produits en pâte à haute viscosité, la sélection d'un équipement adapté aux caractéristiques des matériaux et la réalisation de tests pilotes suffisants sont des étapes cruciales de l'optimisation des processus. La conception modulaire et intelligente de l'émulsifiant offre également une flexibilité pour les futurs ajustements de la production, permettant à l'installation de s'adapter aux changements des spécifications des produits et de la demande du marché en ajustant les paramètres ou en remplaçant les composants.
Dans le contexte d'une demande croissante des consommateurs en matière de qualité des produits et de l'augmentation des coûts de production, l'application d'un équipement d'émulsification efficace et stable est devenue un moyen important d'améliorer la compétitivité des entreprises de transformation alimentaire. Cette étude de cas fournit une référence pratique pour l'optimisation des processus de production de pâte de sésame et de pâtes similaires à base de noix, démontrant la valeur significative des équipements de transformation de pointe dans la promotion de la modernisation industrielle.
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