Ricerca e innovazione tecnologica nella progettazione di linee di lavorazione per vegetali

Abstract

Il dottorato di ricerca della candidata ha avuto le seguenti tematiche di ricerca: 1) Innovazione tecnologica: studio di tecnologie sterilizzanti e di riempimento asettico innovative ed alternative alle tradizionali, per prodotti particolarmente sensibili al danno termo - meccanico. Sono stati studiati e testati su impianti pilota trattamenti di pastorizzazione e sterilizzazione non convenzionali, a freddo (biossido di carbonio supercritico) e a caldo (ohmico e radiofrequenze), per prodotti sia liquidi, che in pezzi con diversi liquidi di governo ed analizzata la qualità dei prodotti finali. E’ stata, inoltre, portata avanti la ricerca e lo sviluppo di una nuova riempitrice asettica prototipale per sacchi senza bocchello, presterilizzati con raggi , progettata per il riempimento di prodotti ad alta e bassa acidità, prevalentemente bifasici o particolati. E’ stato sviluppato un processo che permette di sterilizzare la superficie esterna della busta e, successivamente, di aprirla, riempirla e richiuderla ad ultrasuoni in condizioni asettiche. Sono stati ottimizzati i challenge test microbiologici per validare tutte le fasi operative che determinano l’asepsi della confezionatrice e per garantire sul prototipo dei metodi di analisi microbiologica per la validazione della asetticità della riempitrice: la presterilizzazione termica delle superfici a contatto diretto e indiretto con il prodotto della camera dove avviene la sterilizzazione della busta, della camera dove avviene il suo riempimento e della valvola di dosaggio del prodotto; la sterilizzazione chimica della superficie esterna della busta e il mantenimento della asetticità della camera di riempimento con sovrappressione di aria sterile. E’ stata inoltre effettuata una validazione diretta della riempitrice con polpa di pomodoro, prodotto ad alta acidità. 2) Ottimizzazione di processi industriali di vegetali: E’ stato studiato il processo di lavorazione della melograna a succo limpido con diversi test di laboratorio e su impianti pilota. Lo studio ha riguardato le fasi di separazione degli arili, di estrazione del succo, di enzimazione, di ultrafiltrazione, di evaporazione e di trattamento termico del concentrato; si è valutando l’effetto di ciascuna operazione alimentare sulle caratteristiche sensoriali e nutrizionali del prodotto finito. E’ stato effettuato uno studio sul processo di pelatura a vapore ed acqua surriscaldata del pomodoro destinato alla produzione di cubettato ad elevata qualità, al fine di ottimizzare la resa con il minimo residuo di pelli nel prodotto finito, anche in funzione della evoluzione della texture del cubettato nelle successive fasi di lavorazione. E’stato, inoltre, studiato il processo di estrazione di succo dallo sweet lime su un impianto pilota industriale con particolare attenzione alle operazioni unitarie di estrazione, con estrattori tipo citrus di fattura JBT e di deamarizzazione del succo con resine a scambio ionico di fattura Bucher Alimentech. Inoltre è stato studiato il processo di estrazione a freddo di frutta continentale per mele, pere, albicocche, pesche ed anche pomodoro con un gruppo di estrazione a freddo JBT industriale per ottimizzarne la performance operativa e ottenere la migliore qualità del prodotto finito, riducendo la quantità di acido ascorbico utilizzato come antiossidante. 3) Studi tecnologici per la progettazione di impianti: sono stati svolti diversi studi per l’approfondimento della reologia dei liquidi tipo succhi, puree, concentrati di frutta e prodotti bifasici tipo polpe di arancio. E’ stato utilizzato un reometro a cilindri coassiali concentrici in camicia termostatata per effettuare le analisi di viscosità. Utilizzando le costanti ricavate dall’analisi, caratteristiche di ogni tipo di prodotto, è stato possibile sviluppare un software per il calcolo predittivo delle perdite di carico negli impianti industriali, tipo sterilizzatori tubo in tubo, fascio tubiero e tubi bugnati, e tipo evaporatori tubi in shell, in modo da poter dimensionare correttamente le pressioni dei tubi e le pompe. Il software predice le perdite di carico negli impianti per ogni prodotto analizzato in relazione alle condizioni geometriche dell’impianto stesso, alla temperatura del prodotto, alla capacità dell’impianto e al gradiente di velocità che si crea all’interno dei tubi a seconda della geometria. Sono stati inoltre effettuati degli studi in collaborazione col Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Parma per simulazioni tramite strumenti CFD di prove sperimentali eseguite per la misura di perdite di carico di fluidi all’interno di scambiatori tubo in tubo alettati per applicazioni alimentari. Durante lo svolgimento del dottorato è stato inoltre possibile mettere a disposizione le proprie competenze tecnologiche per lo sviluppo all’interno dell’azienda di un impianto pilota di lavorazione di frutta, corredato di laboratorio chimico – analitico – tecnologico a supporto dei test effettuati. Il laboratorio è stato studiato per poter svolgere sia attività di ricerca di tipo ingegneristico a supporto della progettazione e del dimensionamento degli impianti, che di tipo tecnologico per la collaborazione con aziende alimentari per l’industrializzazione di un prodotto, l’ottimizzazione di un processo produttivo ed anche lo sviluppo di nuove bevande. L’impianto pilota – industriale della capacità oraria di 2000 kg/h è stato avviato per diversi giorni ad acqua per testare la sua funzionalità e il software di comando da PLC, assieme ai cicli di sterilizzazione, bilanciamento, passaggio in produzione e lavaggio. L’impianto è stato progettato per trattare prodotti liquidi con diverse caratteristiche tipo succhi, puree, concentrati e prodotti particolati. Grazie all’impianto pilota è stato, inoltre, possibile iniziare lo studio del processo di disaerazione di puree di frutta, in funzione del tipo di ugelli, della temperatura e della portata, per ottimizzare l’assetto e il dimensionamento degli impianti industriali in funzione del successivo trattamento termico e della sensibilità all’ossidazione del prodotto trattato. Inoltre sono state effettuate delle prime prove sul processo di disaerazione di cubetti di frutta di diversa geometria in condizioni di vuoto e temperatura differenti sia in presenza che in assenza di flash evaporativo.