Przemysł spożywczy i pakowanie. Automatyka w branży

CZĘŚĆ 1: AUTOMATYZCJA PRZETWÓRSTWA I PAKOWANIA ŻYWNOŚCI

W produkcji i przetwórstwie mięsa w ostatnich latach w zakresie automatyzacji nastąpił znaczny postęp. Złożyło się na to kilka czynników. Właściciele zakładów mięsnych tym chętniej inwestują w automatykę, im większe są koszty pracy. Skłania ich do tego również brak wykwalifikowanych pracowników oraz chętnych do pracy z tym specyficznym surowcem.

Oprócz tego ograniczając udział ludzi w produkcji mięsa, łatwiej jest przestrzegać norm jakości i standardów higienicznych. Dzięki automatyzacji łatwiej jest także spełnić wymogi konsumentów, którzy oczekują wyrobów w postaci, w której ich przygotowanie do spożycia nie zajmie im wiele czasu, na przykład bez kości i/albo skóry, podzielonych na porcje, pokrojonych na plasterki.

CZYM CIĄĆ MIĘSO?

W zakładach produkcji i przetwórstwa mięsa na kolejnych etapach obróbki tego surowca używane są różnego typu specjalistyczne maszyny. Jednym z procesów, który najczęściej się automatyzuje, jest cięcie mięsa i krojenie go na plasterki.

W tym celu używa się "zwykłych" ostrzy i maszyn tnących strumieniem wody pod dużym ciśnieniem (bez ścierniwa). Te drugie, oprócz mięsa, w przemyśle spożywczym tną także wiele innych grup produktów, w tym warzywa, ciasta, słodycze i mrożonki. Popularność w cięciu żywności maszyny tnące strumieniem wody zawdzięczają swoim licznym zaletom.

Cięcie wodą jest uważane za najwydajniejszą metodę porcjowania mięsa (i żywności w ogóle) na skalę przemysłową, m.in. dzięki temu, że nie jest konieczne czyszczenie / odkażanie ani ostrzenie narzędzia tnącego. Uznaje się je również za najhigieniczniejsze.

ZALETY CIĘCIA WODĄ

Wynika to stąd, że do cięcia używana jest czysta woda, zaś brak ostrzy zapobiega namnażaniu się bakterii oraz ich przenoszeniu się z mięsa na narzędzia tnące, a następnie z ostrzy na kolejne produkty, bez konieczności zapobiegania temu przez stosowanie dezynfekujących środków chemicznych.

Ważną zaletą cięcia strumieniem wody jest także jego mały wpływ na jakość mięsa. Krawędzie plastrów nie są poszarpane ani zabrudzone. Ponadto się nie nagrzewają ani nie są ściskane, co wydłuża czas ich przechowywania.

Dzięki bardzo wąskiej szczelinie po cięciu straty surowca są mniejsze. Możliwe jest również wykonanie bardzo precyzyjnych cięć. To w połączeniu z możliwością cięcia we wszystkich kierunkach zapewnia dużą elastyczność porcjowania i łatwość przestrojenia linii krojenia w przypadku zmiany surowca.

Robert Brookes

Omron

Jakie są dzisiaj wyzwania, przed którymi stają producenci żywności?

Są one zróżnicowane i występują w wielu obszarach produkcyjnych. Przykładem są zmiany asortymentu oraz związana z nimi dywersyfikacja produkcji. Nowe produkty to często również nowe opakowania, sposoby etykietowania oraz kodowania - a to tworzy wiele obszarów, w których może dojść do pomyłek. Te ostatnie mogą być kosztowne i destrukcyjne dla marki, szczególnie gdy wiążą się z wycofaniem wyrobów ze sklepów. Przyczyny wycofania są różne i mogą dotyczyć na przykład niewyszczególnionych składników produktów (w tym alergenów) czy też występowania zanieczyszczeń.

Jak zapobiegać takim przypadkom?

Niektóre z obszarów wymagają użycia specjalistycznego sprzętu, na przykład aparatów rentgenowskich czy wykrywaczy metalu. Istnieją jednak również inne, bardzo ekonomiczne rozwiązania, czego przykładem są systemy wizyjne. Kontrole wizyjne pozwalają na wykrycie defektów m.in. w zakresie poprawności i umiejscowienia etykiety, poziomu napełnienia, integralności zamknięcia, kontroli blistrów, kontroli zaplombowania czy integralności uszczelnienia oraz produktu.

Coraz częściej do oznaczania dat przydatności do spożycia/sprzedaży, numerów partii i innych danych wykorzystuje się nadruki. Do ich sprawdzania również można wykorzystywać systemy wizyjne, nawet w ramach wielokrotnych kontroli i w przypadku linii o największych szybkościach. Wszystko to pozwala stwierdzić, że systemy wizyjne są spójnymi narzędziami gwarantującymi jakość produktów odpowiadającą deklaracjom.

Jakie porady można dać osobom poszukującym rozwiązań wizyjnych dla produkcji spożywczej?

Wybierając system wizyjny, poza przydatnością dla danego projektu, trzeba brać pod uwagę dwa bardzo ważne czynniki. Po pierwsze, w celu skrócenia czasu wdrożenia i zapewnienia łatwego przepływu danych w obrębie całego systemu automatyki warto wybierać rozwiązania w pełni zintegrowane. Platforma Sysmac firmy Omron zapewnia taką możliwość i obejmuje serwonapędy i przemienniki częstotliwości, sterowanie, układy bezpieczeństwa, robotykę i systemy wizyjne działające w ramach jednej sieci.

Po drugie ważne jest zapewnienie możliwości dalszego wykorzystania danych jako podstawy do analiz oraz śledzenia produktów. Sterownik Sysmac ma wbudowaną funkcję łączności z bazami danych, co sprawia, że dane kontroli jakości oraz produkcji można gromadzić równocześnie i przenosić do systemu wyższego poziomu, gwarantując możliwość śledzenia oraz zgodność z przepisami.

DLACZEGO WARTO ZAUTOMATYZOWAĆ TRYBOWANIE?

Cięcie mięsa i jego krojenie na plasterki to zadania, które zautomatyzować można stosunkowo łatwo. Wynika to przede wszystkim stąd, że na tym etapie obróbce poddawane są porcje, które są mniej więcej jednakowe pod względem rozmiarów i kształtów.

Przed podzieleniem na kawałki z mięsa należy usunąć kości. To zadanie jest trochę trudniejsze, bowiem kolejne egzemplarze zwierząt mogą się pomiędzy sobą różnić rozmiarami i/albo szczegółami anatomicznymi.

Z kilku powodów warto jednak na tym etapie wyręczyć pracowników, którzy oddzielają mięso od kości przy użyciu noży lub nożyc, specjalistyczną maszyną. Ręczne trybowanie (usuwanie kości) jest bowiem dość trudną i żmudną czynnością, wymaga zatem dużej wprawy oraz koncentracji. Jeśli osoba wykonująca to zadanie nie ma odpowiednich umiejętności, a wyszkolenie się w tej czynności nie jest łatwe, w związku z czym trudno jest znaleźć chętnych i później utrzymać pracowników na tym stanowisku, albo jest zmęczona, na przykład pod koniec dnia pracy, pracuje wolniej i/albo wykonuje tę operację niedokładnie.

Opakowania ze szkła - zalety i zastosowania

Szkło jest jednym z popularniejszych materiałów opakowań. Składa się na to kilka przyczyn. Przede wszystkim jest to materiał ekologiczny, można go bowiem nie tylko poddać recyklingowi, lecz również wielokrotnie używać gotowych pojemników. Ponadto szkło nie wpływa na smak ani na wartości odżywcze zawarte w żywności. Nie zawiera też żadnych szkodliwych substancji, które mogłyby się z niego uwalniać podczas przechowywania w nim jedzenia.

Szkło nie przepuszcza nic z zewnątrz, ani gazów, ani cieczy, które mogłyby przyspieszyć psucie się żywności. Stanowi też barierę dla bakterii. Dla konsumentów ważna jest oprócz tego możliwość samodzielnego sprawdzenia tego, jaki produkt oraz w jakiej ilości znajduje się w środku. Wadą opakowań szklanych jest kruchość. Są ponadto ciężkie.

Ze szkła wykonywane są głównie butelki oraz słoiki. W pojemniki te pakowane są produkty żywnościowe różnego typu, na przykład napoje, sosy, dżemy, owoce oraz warzywa w zalewach, dania gotowe (pulpety, gołąbki), przyprawy oraz posiłki dla niemowląt.

Trudności w kontroli jakości RTG żywności w szkle

Kontrola jakości żywności zapakowanej w szkło przez prześwietlenie opakowania promieniami X nie jest łatwym zadaniem. Główną przyczyną jest to, że zanieczyszczające ją ciała obce to przeważnie okruchy szkła, nie różnią się więc gęstością od opakowania. Drugi ważny powód to kształt butelek oraz słoików, trudno jest bowiem wykryć zanieczyszczenia, które gromadzą się na dnie, ściankach albo w szyjce.

Ponadto opakowania szklane, z powodu specyfiki ich procesu produkcyjnego, różnią się. Często te wyprodukowane w jednej serii, choć ważą tyle samo i mają taki sam kształt, różnią się grubością ścianek bocznych i/lub denka. Inspekcję utrudniają również defekty szkła, na przykład cząstki substancji dodawanych w procesie produkcyjnym, które nie rozpuściły się w masie szklanej, pęcherze powietrza oraz zanieczyszczenia ze stłuczki szklanej pochodzącej z recyklingu.

Okrągłe pojemniki łatwiej zbadać

Kontrola jakości opakowań szklanych jest trudniejsza, gdy pochodzą one od różnych producentów. Nawet jeśli bowiem wyglądają podobnie, mogą się między sobą różnić pod względem gęstości i składu chemicznego. Podobnie, im bardziej skomplikowany jest ich kształt, tym trudniej jest skutecznie zbadać ich jakość.

Najłatwiej ocenić jakość pojemników okrągłych, które nie mają ostrych krawędzi odznaczających się na radiogramie. W ich przypadku nie ma też znaczenia sposób ustawienia. Trudności może zaś sprawić poprawna interpretacja radiogramu sekcji nakrętki słoika, która składa się z metalowej pokrywki i szklanego gwintu.

Lepkość to ważna właściwość produktu

Nie bez znaczenia jest specyfika produktu, m.in. jego lepkość. Od niej bowiem zależy to, gdzie w pojemniku będą się gromadzić zanieczyszczenia. Na przykład w przypadku produktów o półstałej konsystencji ciała obce podczas napełniania słoika uniosą się w górę.

Dlatego skontrolować powinno się całe opakowanie, a nie tylko jego dno. W przypadku cieczy rzadkich bardziej prawdopodobne jest, że to właśnie tam się one zgromadzą. W związku z tym inspekcja powinna być skoncentrowana właśnie na dolnej sekcji butelki.

MASZYNY DO TRYBOWANIA

To drugie objawia się tym, że pozostawia na kościach zbyt wiele mięsa, co oznacza straty, albo w mięsie, które oddzieliła od kości, pozostawia kostki, ich odłamki lub chrząstki. Ma to negatywny wpływ na jakość wyrobu końcowego. Nie można również zapomnieć o chorobie, zespole cieśni nadgarstka, która dotyka osoby przez wiele lat pracujące na takim stanowisku.

W zależności od gatunku mięsa zautomatyzowane maszyny do usuwania kości działają różnie. Na przykład te do filetowania najpierw odnajdują środek ryby, a potem wycinają kręgosłup, rozcinając ją na dwie części. Środek ryby lokalizuje się, umieszczając ją pomiędzy prowadnicami mierzącymi jej szerokość albo wykorzystując inne czujniki.

Z kolei w maszynach do trybowania drobiu na przykład podudzia ustawia się na membranie, przez którą kość jest przepychana. Powoduje to oddzielenie się od niej mięsa. Staw skokowy odcina piła.

ROBOTY W PRODUKCJI I PRZETWÓRSTWIE MIĘSA

Roboty w produkcji i przetwórstwie żywności znajdują zastosowanie na różnych etapach jej obróbki. Na przykład w przemyśle mięsnym w oparciu o nie organizowane są stanowiska do rozbioru tusz zwierzęcych. Ramię robota jest wówczas wyposażone w narzędzie tnące, którym rozcina tuszę albo chwytak, którym ją podnosi i naprowadza na piłę. Robot taki jest przeważnie sterowany wizyjnie.

Na podstawie obrazów, które rejestrują kamery systemu wizyjnego, tworzony jest komputerowy model tuszy. Jest on następnie poddawany analizie w specjalistycznym oprogramowaniu. Jej wynikiem są linie cięcia zoptymalizowane pod kątem szczegółów anatomicznych danego egzemplarza tuszy.

Poza tym, że zrobotyzowanie rozbioru tusz zwiększa wydajność tej operacji, poprawia również bezpieczeństwo pracowników rzeźni, których robot zastępuje w bezpośrednim kontakcie z piłą.

Innym przykładem jest wykorzystanie robota do usuwania tłuszczu z wnętrza tuszy.

Aby zminimalizować prawdopodobieństwo skażenia żywności, nie wystarczy tylko dbać o jakość surowców, czystość w zakładzie i przestrzegać standardów higieny wśród pracowników. Źródłem niebezpiecznych zarazków może też się bowiem stać sam sprzęt produkcyjny. Aby temu zapobiec, musi on być właściwie zaprojektowany i wykonany.

Powierzchnie gładkie i pochylone

Zapewnić trzeba możliwość jego skutecznego czyszczenia. Musi on być skonstruowany w taki sposób, aby łatwo było go rozmontować, jeśli wymaga tego jego umycie. Nie powinien też wchłaniać bakterii, umożliwiać im przeżycia ani namnażania się, na nim ani na produkcie.

W tym celu m.in. powierzchnie wygładza się i unika się wszelkich zagłębień, w których bakterie mogłyby się rozwijać i/albo przetrwać proces czyszczenia. Im więcej płaskich, wypukłych oraz pochylonych powierzchni, które ułatwią spływanie płynów, oraz zaokrąglonych rogów, tym dla higieny produkcji lepiej.

Preferowane są konstrukcje jednolite

Zamiast pustych w środku, preferowane są wypełnione elementy konstrukcyjne. Wszelkie tabliczki, wsporniki, zaślepki, najlepiej gdy są na trwale przymocowane do podłoża, a nie tylko przykręcone do niego śrubami. Zamiast łączenia różnych elementów, lepsze będą konstrukcje monolityczne, na przykład odlewy.

Materiały, z jakich budowany jest sprzęt produkcyjny, powinny być nie tylko nietoksyczne dla produktu, ale i odporne na środki chemiczne, które będą używane do ich mycia i sposób, w jaki będzie ono wykonywane. Powinny być m.in. łatwo zmywalne, odporne na korozję i wytrzymałe mechanicznie. Nie mogą za to sprzyjać namnażaniu się mikroorganizmów.

Tkaniny wchłaniają wilgoć

Jeżeli chodzi o odporność na korozję, to pierwszym materiałem spełniającym ten wymóg, który przychodzi na myśl, jest stal nierdzewna. Sprzętu do produkcji i inspekcji żywności nie zaleca się wyposażać w elementy malowane, gdyż powłoki farby mogą z czasem pękać i się kruszyć, na przykład podczas ich szorowania.

W przenośnikach nie powinno się korzystać z taśm wykonanych z materiałów, ponieważ tkaniny łatwo wchłaniają wilgoć. Materiały konstrukcyjne powinny być również chemicznie obojętne. Inaczej mogą stać się źródłem zanieczyszczeń, będących wynikiem ich reakcji z różnymi substancjami, z żywności i tymi myjącymi.