Compatibilité des matériaux et conformité réglementaire pour les huiles comestibles et les épices
Matériaux en contact avec les denrées alimentaires : exigences de la FDA 21 CFR et de l’UE 1935/2004 pour les composants résistants à l’huile
Conformément aux lignes directrices de la FDA (21 CFR) et de l'UE (règlement (CE) n° 1935/2004), les pièces entrant en contact avec des huiles comestibles doivent être conçues pour éviter leur dégradation et leur lessivage. La réglementation exige que, pour chaque interface en contact avec les huiles, seuls des matériaux non réactifs soient utilisés. Les composants destinés à rester en contact prolongé avec les huiles requièrent de l'acier inoxydable austénitique 316L et des joints toriques en PTFE. Ces matériaux empêchent le lessivage ou la capillarité dans des produits lipophiles, tels que l’huile d’olive. Pour les joints d’étanchéité, la norme industrielle consiste à sélectionner des élastomères résistant aux huiles conformes à la norme ASTM D471, avec une absorption d’acides gras inférieure à 10 %. Les matériaux de revêtement sont soumis à un essai d’immersion à 40 °C afin de déterminer s’il apparaît un gonflement ou un décollement après la période d’immersion. Les entreprises qui choisissent d’ignorer ces lignes directrices le font à leurs propres risques. En 2023, par exemple, la FDA a émis des lettres d’avertissement pour des problèmes de contamination liés à l’incompatibilité des matériaux, accompagnées de pénalités excédant 500 000 $ américains. Ces lignes directrices et contraintes visent à garantir que les fabricants de machines de remplissage et de bouchonnage de sachets à bec restent eux aussi conformes tout au long du processus d’emballage, du remplissage au bouchonnage, et qu’aucun problème de contamination ne survienne.
Adaptation à la viscosité : gestion des huiles à faible viscosité (p. ex. huile de colza) aux assaisonnements à forte viscosité (p. ex. moutarde, pâte de piment)
Les derniers équipements de remplissage et de bouchonnage de sachets à bec peuvent gérer une fourchette impressionnante de quatre ordres de grandeur en matière de viscosité, allant de 30 cP (huile de colza) à 50 000 cP (pâte de piment), sans nécessiter de modification matérielle. Cet équipement y parvient grâce à trois de ses fonctionnalités intégrées.
1. Systèmes de pompe modulaires : (1) pompes à piston interchangeables pour les huiles à faible viscosité ; (2) pompes à cavités progressives pour les pâtes riches en matières solides.
2. Circuits chauffés (40–50 °C) afin de réduire la viscosité du produit et d’éviter l’épaississement dû à une baisse de température.
3. Personnalisation des buses : buses plus larges et à faible cisaillement, capables de faire passer sans obstruction les particules en suspension, comme les graines de moutarde.
Pour le remplissage de produits à faible viscosité, des buses anti-éclaboussures à haute vitesse sont utilisées. Les assaisonnements à forte viscosité nécessitent un contrôle accru du processus de remplissage afin de réduire l’entraînement d’air et d’assurer un remplissage complet des cavités (25 à 50 % inférieur) pour maîtriser le volume de remplissage. Il s’agit de l’ensemble des fonctionnalités et des modifications permettant de réduire les temps de changement de référence de 70 % par rapport aux systèmes traditionnels mono-viscosité.
Performance de remplissage précise des machines de remplissage et de bouchonnage pour sachets à bec verseur
précision de ± 0,5 % à 500 mL : comment les systèmes à piston servo surpassent les débitmètres pour les viscosités variables
Les débitmètres standards sont censés mesurer des volumes avec une précision de ±2 % lors de la mesure d'huile de colza (environ 50 cP) et de produits très visqueux (supérieurs à 20 000 cP), tels que la pâte de piment. Les performances des débitmètres varient fortement en fonction de la viscosité du fluide mesuré, car ces appareils dépendent de la viscosité d’un liquide donné pour déterminer le débit. Ce phénomène s’explique par la nature stagnante (laminaire) du fluide d’une part, et par l’écoulement chaotique (turbulent) du liquide d’autre part. Les systèmes à piston servo à déplacement positif éliminent ce problème. Des systèmes actionneurs à déplacement positif (piston) conçus sur mesure permettent de mesurer et de distribuer exactement la même quantité d’un liquide donné, quelle que soit sa viscosité (y compris les produits chauds ou froids) et quelle que soit la pression, dans toutes les conditions d’écoulement (y compris l’écoulement turbulent). Le rapport Packaging Technology Review (2023) décrit des essais tiers affirmant pouvoir mesurer la plus vaste gamme de viscosités, allant de 1 à 50 000 cP. Que signifie cela pour les fabricants ? Une amélioration du résultat net est obtenue grâce à une réduction des pertes de produit. Avec les systèmes traditionnels, ces pertes sont estimées à environ 1,2 %. Ce système répond également aux exigences plus strictes relatives à l’étiquetage et au poids du produit établies par la FDA (21 CFR Partie 101.105) et par l’Union européenne (Directive 2007/45/CE). Sans avoir besoin d’arrêter le système pour recalibrer (ajuster) une ligne, la possibilité d’effectuer rapidement (en temps réel) des ajustements augmente la régularité de la production (à haut volume) et améliore ainsi l’efficacité opérationnelle de ces systèmes.
Ingénierie anti-goutte : rétraction de la buse sous vide et contrôle des gouttes en deux étapes
Les gouttes de liquide après le remplissage entraînent un gaspillage de produits, un risque de contamination croisée, des problèmes d’étanchéité et un échec de l’adhérence du bouchon. Ce phénomène est particulièrement fréquent avec les produits visqueux tels que le miel, le sirop ou la moutarde aux graines. Les machines de remplissage et de bouchonnage pour sachets à bec de la dernière génération utilisent une méthode appelée « retrait assisté par vide de la buse » afin d’éviter ces problèmes. Lorsque la buse se retire, un vide est créé pour aspirer la dernière goutte. Cette opération s’effectue en deux étapes afin d’améliorer l’efficacité de l’élimination des gouttes : la première étape consiste en un retrait rapide permettant de rompre le filet de produit, suivie d’une aspiration puissante par le vide pour éliminer la goutte finale. Une étude publiée l’année dernière dans le Food Processing Journal a montré que ces systèmes réduisent les pertes dues aux gouttes de 94 % par rapport aux anciens systèmes de buses. Le maintien d’une buse propre est également essentiel pour prévenir les dommages aux scellés et la corrosion causée par les résidus de produit, ce qui revêt une importance particulière avec les produits acides tels que le vinaigre et les vinaigrettes au citron, qui réagissent avec les métaux exposés.
Étanchéité de la fermeture et de l’embout dans les sachets souples à embout
Contrôle du couple : trouver le bon équilibre entre étanchéité de la soudure et intégrité de l’embout dans les sachets laminés PE/AL/PE.
Le couple utilisé lors du processus de soudure des sachets laminés revêt une grande importance. Un couple insuffisant entraîne une défaillance de la soudure, tandis qu’un couple excessif endommage l’embout et provoque une défaillance de la soudure au niveau de la couche d’aluminium, ce qui entraîne une absorption d’oxygène. Le couple idéal de soudure se situe approximativement entre 1,2 et 1,8 Nm. Dans cette plage, la soudure est complète et l’intégrité des couches reste préservée. Les têtes de vissage à commande servo sont désormais standard dans l’industrie moderne de l’emballage. Elles régulent le couple appliqué sur chaque tête de vissage en fonction des mesures en temps réel fournies par des jauges de contrainte. Cela permet de compenser les variations des matériaux de l’embout et du bouchon, assurant ainsi une qualité constante tout au long de la production.
Le tableau ci-dessous illustre la relation entre le couple de vissage et les risques associés liés à l’intégrité du joint, à la déformation du bec verseur et à la probabilité de fuite.
Le contrôle en temps réel du couple fournit une solution aux défaillances d’étanchéité, qui sont à l’origine de 23 % des rappels concernant les sachets saisonniers liés à des défaillances des joints des bouchons (Packaging Digest 2023) — notamment pendant le transport, lorsque la pression hydraulique piégée provient du contenu visqueux.
Étude de cas : machine de remplissage d’huile de refroidissement CPM-800E, machine de remplissage et de bouchonnage pour sachets à bec verseur
Une entreprise proposant des huiles d'olive de haute qualité obtenues par pression à froid a utilisé la machine CPM-800E pour résoudre les problèmes de fuites et améliorer la précision du remplissage. Le piston servo du système assure une mesure constante du volume d'huile (± 0,5 %), quelles que soient les variations de viscosité de l'huile dues aux changements saisonniers. En outre, une assistance sous vide a été mise en œuvre pour rétracter les buses de remplissage, éliminant ainsi les gouttes post-remplissage qui provoquaient auparavant des déversements sur les sachets et nuisaient à leurs performances lors des essais d'étanchéité. Pour la fermeture des sachets, le couple a été réglé à environ 1,5 newton-mètre, valeur considérée comme un couple de scellage acceptable (entre 1,2 et 1,8 N·m). Cela a permis d’obtenir des soudures bien formées, empêchant l’écrasement des becs verseurs lors des traitements thermiques ultérieurs. Après trois mois de tests accélérés de durée de conservation, environ 99,8 % des sachets sont restés étanches. Par ailleurs, la vitesse de production s’est accrue de 22 % grâce à la réduction du temps consacré au nettoyage, aux corrections d’erreurs et aux ajustements manuels du couple.
Questions les plus fréquemment posées
Quels matériaux peuvent être utilisés pour les applications entrant en contact avec des huiles alimentaires ?
Pour les applications entrant en contact avec des huiles alimentaires, il est recommandé d’utiliser des joints en PTFE et de l’acier inoxydable 316L, car ils résistent à la dégradation par l’huile et ne libèrent pas de substances chimiques nocives dans les aliments. Il est également recommandé que les joints toriques des produits utilisés soient fabriqués à partir d’élastomères résistants à l’huile.
Pourquoi est-il nécessaire d’adapter la viscosité sur les machines de remplissage de sachets à bec verseur ?
Cela signifie que les machines peuvent être utilisées pour une grande variété de produits, allant des huiles à faible viscosité, comme l’huile de colza, aux produits à forte viscosité, comme les pâtes épicées au piment, sans qu’il soit nécessaire de modifier aucun composant matériel.
De quelle manière les systèmes servo-piston améliorent-ils la précision du remplissage ?
Ils utilisent ce qu’on appelle le dosage par déplacement positif, une méthode éprouvée pour une grande variété de viscosités et donc plus précise que les systèmes classiques à débitmètre.
Quels sont les avantages de la rétraction assistée par vide de la buse ?
Cela permet de minimiser les gouttes de produit, ce qui contribue à réduire les pertes et à éviter la contamination du produit, tout en assurant un meilleur joint et un meilleur ajustement du bouchon.
Comment la quantité appropriée de couple est-elle obtenue lors des opérations de bouchonnage ?
Cela est réalisé à l’aide de têtes de bouchonnage commandées par servo-moteur, ce qui signifie que la puissance de rotation peut être contrôlée afin d’obtenir le couple adéquat pour réaliser de bons joints sans déchirer les matériaux des sachets.