Processi della tecnologia alimentare

Processi della tecnologia alimentare

Modulo 1, Processi

Flowsheets dei processi con disegni impianti

Lucisano

Prof. Mara

Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Alimentari (G29)

Facoltà di Agraria - Università degli Studi di Milano

Processi_Parziale 1 Prof.ssa Lucisano

Flow-sheet: industria saccarifera

Dalla raccolta alla concentrazione

Lavaggio

Presuppone un ad umido con un’azione che mira a rimuovere bietole, materiali estranei grossi e/o fini.

Tramite ventilazione con aria o con trasporto con uso di rulli rotanti posizionati ad una certa distanza.

Conservazione.

Inconveniente: perdita di zuccheri se le barbabietole non sono integre.

Il pre-lavorazione lavaggio vero e proprio può avvenire con sistemi di agitazione, sotto pressione nelle vasche, o per immersione dove il materiale estraneo può precipitare sul fondo se il peso specifico è maggiore o galleggiare se è inferiore.

H₂O di lavaggio.

Taglio

Bisogna estrarre la massima quantità di zucchero da materie prime di grandi dimensioni. È quindi necessario il taglio per facilitare l’estrazione.

Si procede preparando delle fettucce facilitando così la penetrazione del riscaldamento solvente a t° ideale per destabilizzare la struttura cellulare.

Diffusione

H₂O diffusione.

La diffusione è un’operazione fondamentale nell’estrazione dello zucchero da barbabietola, e consiste nel miscelare fettucce e acqua.

Legge di Fick: dm = D x A x (dC/dX) x dts.

Il gradiente di concentrazione: più è grande, > sarà la quantità di soluto che si diffonde.

Coefficiente di diffusione (D): dipende dalla t°, > è t° > sarà la diffusione e < sarà la viscosità.

Sugo grezzo. Fettucce esaurite.

Residui di depolpatura.

Diffusori: Bergè, dove abbiamo un pre-riscaldamento con l’uso di un sugo già caldo. All’interno un sistema di scivoli porta avanti le fettucce che sono sempre in avanzamento.

Un altro diffusore è la torre BMA, verticale. Le fettucce entrano dall’alto e portate sul fondo da una vite senza fine e poi riportate in alto dove entrano in contatto con il solvente, H₂O.

Ultimo impianto: DDS è orizzontale ed è formato da due viti che fanno avanzare le fettucce. All’interno le braker bars rompono le fettucce per renderle meno compatte.

Depolpatura

Sugo leggero. Residui di epurazione.

La depolpatura consiste nella separazione dalla polpa di piccoli frammenti di fettucce in sospensione nel sugo grezzo. L’eliminazione delle polpe e il loro ritorno alla fase di estrazione consente di elevare le rese, e inoltre la presenza di questi materiali in sospensione rende difficoltose le fasi successive.

L’operazione si effettua con depolpatori costituiti da reti metalliche attraverso le quali si fa passare il sugo. Il materiale solido raccolto da questa operazione viene quindi rimandato all’estrazione.

Epurazione

Ca(OH)₂ epurazione.

L’epurazione trasforma il sugo grezzo in sugo leggero. Presuppone l’uso di idrossido di Ca, che viene aggiunto per far precipitare dei composti che sono però solubili in H₂O e quindi bisogna renderli insolubili.

È un’operazione complessa che prevede: predefecazione, si aggiunge Ca(OH)₂, si fa un riscaldamento a 70°; si ha la defecazione, si aggiunge Ca(OH)₂. Si fa quindi una prima carbonatazione, si aggiunge CO₂; si esegue una filtrazione dalla quale si ottiene il prodotto di scarto: torbida di 1° carbonatazione. Si esegue quindi un riscaldamento a 85° e una seconda carbonatazione, si aggiunge CO₂, un’altra filtrazione dalla quale otteniamo la torbida di 2° carbonatazione. Prodotto finale è quindi il sugo leggero.

Solfitazione

SO₂ solfitazione.

La solfitazione è un processo con il quale aggiungo SO₂ per ottenere un sugo più chiaro.

Dal momento che il sugo leggero è una soluzione limpida ma scura, e quindi lo decoloriamo con SO₂ per evitare un suo eccessivo imbrunimento durante la concentrazione e cristallizzazione.

Trattamento con resine

Trattamento con resine.

Il trattamento con resine è un’operazione che non tutte le aziende eseguono. Dal momento che nel sugo leggero sono presenti ioni metallici, come il potassio, ed alcuni aa liberi, l’uso di resine che possono essere caricate + o -, rappresenta il trattamento elettivo per l’eliminazione di queste sostanze.

È importante effettuare queste operazioni a basse t° poiché a t° elevate si può causare l’inversione dello zucchero. È importante eseguire correttamente i lavaggi e le rigenerazioni delle resine poiché comporta diluizione del sugo.

Concentrazione

H₂O concentrazione.

Sugo denso.

©Toppi Simone – Vietata la Vendita, e la Riproduzione senza il consenso dell’autore

Processi_Parziale 1 Prof.ssa Lucisano

Dalla solfitazione allo zucchero finito

Purificazione

La purificazione è un’operazione non sempre necessaria, e serve per eliminare le eventuali colorazioni del sugo denso e separare quelle sostanze che potrebbero essersi insolubilizzate.

SO₂ solfitazione.

Trattamento con resine.

Cottura

La cottura è un’operazione con la quale porto il sugo denso dal 60% al 90-92% di sostanza secca in modo da poterlo cristallizzare.

Concentrazione H₂O.

Consiste sostanzialmente in un’evaporazione sottovuoto di parte dell’acqua del sugo denso, dal quale deriva la soluzione sovra-satura: massacotta che verrà cristallizzata.

Sugo denso.

Lo zucchero, separato per centrifugazione, viene lavato nella centrifuga stessa con poca acqua, o vapore. Le acqua di lavaggio, scolo bianco, si riciclano, mentre lo scolo verde subisce un secondo e terzo ciclo di cottura, raffreddamento e centrifugazione.

SO₂ purificazione. Farina fossile. Ca(OH)₂.

Il non zucchero, contenuto nel sugo denso iniziale, si va concentrando nello scolo verde. [Vedi flow-sheet pagina seguente]

Residui di purificazione.

Cristallizzazione

La cristallizzazione è un’operazione che prevede l’uso di una massa calda, ma l’operazione è effettuata a freddo. L’impianto quindi deve essere dotato di impianto di raffreddamento, che nel Blenchard è inglobato nel sistema di miscelazione.

Riscaldamento H₂O. Cottura.

Centrifugazione

La centrifugazione è l’operazione mediante la quale si separano i cristalli dal liquido. Viene usata una centrifuga a paniere, che può essere verticale o orizzontale, e sono discontinue.

Scoli di cristallizzazione.

I cristalli vanno verso la periferia e tramite il paniere esce lo scolo verde. Mentre i cristalli scendono vengono anche lavati per un riciclo.

Centrifugazione H₂O.

Per arrivare alla P = 99.9 bisogna rifare la raffinazione tramite dissoluzione > filtrazione > raffinazione con carbone attivo > filtrazione > cottura.

Zucchero cristallino grezzo. Melasso.

Raffinazione

Riscaldamento H₂O. Dissoluzione. Farina fossile. Ca(OH)₂.

Il trattamento di raffinazione consiste in una decolorazione della soluzione zuccherina per passaggio su carbone attivo.

Solitamente si usa un carbone vegetale che si è dimostrato più efficace di quello animale, anche se quello animale dà un prodotto di migliore qualità.

Residui filtrazione.

Il carbone vegetale viene miscelato con la soluzione zuccherina e successivamente separato per filtrazione.

Carbone attivo. Raffinazione.

Dalla raffinazione si ottiene un prodotto dall’altissimo grado di purezza.

Residui filtrazione.

Dopo la raffinazione, la soluzione zuccherina purificata, viene sottoposta a una serie di cotture > cristallizzazioni > centrifugazioni, solitamente 3, simile a quelle precedenti.

Da queste si ricava lo zucchero cristallino raffinato che tutti conosciamo.

H₂O cottura. Riscaldamento. Cristallizzazione. Ritorni di raffinazione. Centrifugazione. Zucchero raffinato.

©Toppi Simone – Vietata la Vendita, e la Riproduzione senza il consenso dell’autore

Processi_Parziale 1 Prof.ssa Lucisano

Flow-sheet cottura-cristallizzazione, dettaglio

Cottura. Raffreddamento. Centrifugazione.

Zucchero. Scolo verde. Cottura.

Lavaggio. Raffreddamento.

Scolo bianco di I getto. Zucchero. Centrifugazione.

Raffinazione. Zucchero. Scolo verde.

Zucchero. Cottura. Lavaggio. Raffreddamento.

Scolo bianco di II getto. Zucchero. Centrifugazione.

Raffinazione. Zucchero. Melasso.

Zucchero raffinato. Lavaggio.

Scolo bianco di III getto. Bergè.

Estratto. Feed. Solvente. Zucchero IN. Tamburo. Riscaldatore. Fettucce. Fettucce esaurite.

Sezione interna tamburo. Scivoli. H₂O IN. Feed OUT. Feed IN e finaenzs. Vite DDS. Juice OUT.

©Toppi Simone – Vietata la Vendita, e la Riproduzione senza il consenso dell’autore

Processi_Parziale 1 Prof.ssa Lucisano

Flow-sheet industria molitoria

Ricezione, prepulitura e insilaggio

Frumento. Prepulitura.

Semi estranei, metalli, terra e sassi.

Il grano arriva al molino in camion, treni o navi alla rinfusa, e scaricato in tramogge con aperture grigliate che eliminano i materiali estranei di grandi dimensioni.

Con la fase di prepulitura si eliminano con setaccio gli scarti grossolani, e con un’aspirazione anche la polvere.

Insilaggio.

Pulitura

La vera e propria pulitura del grano è effettuata immediatamente prima del processo di macinazione.

Miscelazione.

È una serie di operazioni con lo scopo di separare impurità. Corpi estranei e polveri, realizzate sfruttando la differenza in dimensione, forma e peso specifico del materiale che si deve rimuovere in paragone alla cariosside intera.

Bilancia, pesatura on-line.

Spietratura. Sassi.

I materiali da eliminare possono essere:

• Di origine vegetale.
• Di origine animale.
• Di origine minerale.
• Altre impurezze.

La pulitura si basa sull’abrasione e sull’attrito, quindi il cereale deve passare attraverso una serie di attrezzature in sequenza.

Spietratura

Con la spietratura si intende quel processo mediante il quale si eliminano pietre, sabbia e i frammenti di spago che sono impurezze. Per effettuare quest’operazione si usano dei separatori vibranti, oppure delle spietratrici formate da un piano vibrante da dove fluisce una corrente d’aria ascensionale, in questo modo le particelle più leggere rimangono in sospensione e a causa della forza di gravità, ed del piano inclinato proseguono il passaggio verso il basso, mentre quelle più pesanti vengono scaricate.

Separazione magnetica. Metalli.

Classificazione con tarara. Polveri, semi estranei.

Classificazione del piano inclinato con svecciatoi. Vecce, semi estranei.

Bilancia, pesatura on-line.

Separazione magnetica

La separazione magnetica è un processo con cui vengono rimossi i materiali metallici. Può essere effettuata mediante l’uso di magneti fissi o rotanti. A volte all’interno del magnete è presente anche un flusso d’aria ascensionale con il quale si eliminano, dopo il passaggio sul magnete, le cariossidi con un peso specifico inferiore.

H₂O condizionamento.

Polveri, strati tegumentali. Spazzolatura.

Bilancia, pesatura on-line.

Tarara

Con l’uso della tarara, solitamente dopo il passaggio in un separatore per dimensione formato da un doppio setaccio, si ha questo effetto: il materiale che esce dal vibrovaglio in continuo viene attraversato da una corrente d’aria forzata ascensionale che elimina il materiale leggero, vedi paglia e simili, e le particelle meno leggere cadono. A questo punto l’aria aspirata entra in una camera con minor forza aspirante che determina la caduta del materiale che è arrivato fin qui. È usata solitamente nella prima pulitura del grano.

Frumento.

Flow-sheet semplificato. Ricezione. Conservazione cariossidi. Pulitura. Condizionamento. Macinazione. Confezionamento. Stoccaggio farina. Spedizione.

Svecciatoi

L’uso degli svecciatoi consente di eliminare i grani rotti e semi tondi, vecce, oppure grani lunghi, avena, orzo. Sono due, uno più in alto e uno più in basso. All’interno in sezione, la superficie è ricoperta da alveoli tondi che contengono le vecce, ma non il frumento buono.

La velocità è tale da mantenere le vecce negli alveoli fino alla posizione superiore alla tramoggia, dove la forza peso sarà superiore a quella centrifuga e le vece cadranno nella tramoggia.

Un altro svecciatoio serve per l’eliminazione dei semi lunghi, e in questo caso gli alveoli non riusciranno a contenere i semi più lunghi e così verranno eliminati in un cilindro.

Lo scarto viene poi lavorato in svecciatoi di riserva, in quanto possono contenere del materiale buono. Molti mulini usano selezionatori ottici.

Condizionamento

Il condizionamento è l’operazione con la quale si alza il livello di umidità della cariosside fino al 4% in più e questo viene fatto per un comportamento ottimale della cariosside in macinazione.

Gli obiettivi di questa fase sono: ammorbidire i tegumenti per evitare un’eccessiva frammentazione durante le fasi successive; e ammorbidire l’endosperma per ottenere farina con granulometria fine. I tempi lunghi del condizionamento sono influenzati dalla durezza dell’endosperma. All’uscita del condizionamento il prodotto viene messo nei cassoni di riposo.

Frumento tenero: 12h condizionamento, sufficiente; frumento tenero hard: tempi più lunghi, 24-48h; frumento duro: endosperma compatto, prodotto finito sarà la semola, tempi 8-9h, creare sfarinati troppo fini vuol dire una resa inferiore rispetto a produrre semola.

©Toppi Simone – Vietata la Vendita, e la Riproduzione senza il consenso dell’autore

Processi_Parziale 1 Prof.ssa Lucisano

Dalla prima macinazione alla farina

Frumento. Rottura (B2). Cilindri rigati. Cilindri lisci.

Cilindri di rottura rigati (B1). Semolatrici. Svestimento (D).

Semole vestite. Plansifter. Semole nude. Rimacina (R o C). Farina.

Rimacina (R o C). Semolatrici. Svestimento (D).

Semole vestite. Farina. Semole nude. Rimacina (R o C). Farina.

Macinazione

L’obbiettivo è quello di separare l’endosperma amilaceo dalle parti tegumentali e dal germe, e di ridurre la granulometria dell’endosperma.

Rottura iniziale B1, è una rottura iniziale condotta in cilindri rigati, coppie di cilindri che ruotano in senso opposto, laminatoi, a velocità differenti, sono in ghisa e posti ad una certa distanza. Solitamente oltre alla prima rottura, ne seguono altre 4 o 5. Ha come funzione quella di aprire, tagliare e laminare i chicchi di grano, distaccare l’endosperma dei tegumenti e lasciare la crusca sotto forma di lamelle larghe e piatte per una loro più facile eliminazione. Viene fatta gradualmente per evitare un’eccessiva frantumazione.

Plansifter

Ogni passaggio di rottura è seguito da una classificazione per dimensioni effettuata con i plansifter, che sono macchine formate da armadi con più setacci piani posti uno sopra l’altro con maglie differenti. Il loro scopo è quello di dividere le particelle che provengono dai laminatoi in classi di diversi dimensioni. È continuamente sottoposto a vibrazione, e i setacci hanno maglie sempre più sottili man mano che si va verso il fondo dell’armadio. Il materiale di rifiuto viene convogliato in uscita e rimandato ad una seconda fase di rottura.

Secondo laminatoio (B2)

Dopo le rotture (B1), al secondo laminatoio (B2) arrivano il 70% del frumento entrato in B1. Vengono usati laminatoi di rottura con superficie rigata, e lavorano in coppia a velocità diverse. Le parti corticali in uscita dalle rotture si classificano in crusche e cruschelli a secondo delle dimensioni.

Le semole vegnono divise in vestite, formate dalla mandorla farinosa alla quale sono rimaste attaccate le parti cruscali; e nude.

Semolatrici

La loro separazione viene effettuata in semolatrici che operano la separazione in base al diametro. È un’attrezzatura a sviluppo orizzontale, formato da un trabatto sottoposto a movimento. Oltre all’azione di movimento, c’è anche l’azione dell’aria. Le particelle più leggere galleggiano sulla superficie delle altre e portate verso la parte finale in un letto fluido.

Le semole nude sono a contatto con il setaccio, mentre quelle vestite non sono mai a contatto e si spostano. Il materiale di dimensioni diverse viene diviso per dimensione attraverso le diverse luci di maglia dei setacci. La separazione per peso specifico funziona se il materiale che lo deve subire ha un range di granulometria limitato.

Dopo le semolatrici, le semole vestite vanno incontro allo svestimento condotto in cilindri finemente rigati e a una successiva classificazione con plansifter; mentre le semole nude, vanno alla rimacina condotta in cilindri lisci, che riducono le semole a farina.

Feed IN. OUT. Cilindri di rottura. Aria. Semolatrice.

©Toppi Simone – Vietata la Vendita, e la Riproduzione senza il consenso dell’autore

Processi_Parziale 1 Prof.ssa Lucisano

Flow-sheet produzione della pasta secca

L’impastamento, durante questa fase si procede ad unire acqua e sfarinati in un impasto omogeneo con umidità del 30% circa. Durata 15-20 minuti. È importante l’idratazione per evitare l’insorgenza di punti bianchi nel prodotto finito. Per evitare questo, si effettua un pre-impastamento in un’impastatrice ad alta velocità, centrifuga, alla quale seguono una o più impastatrici fino all’ultima fase con impastatrice che opera sottovuoto finito.

Semola. Acqua.

Dosaggio - Miscelazione.

Impastamento -

Una volta impastata viene formata nella seconda parte della pressa, dove viene favorita l’interazione delle proteine idratate a dare glutine.

L’impasto viene quindi spinto dalla vite di compressione verso la trafila che è di bronzo ricoperta di teflon se vogliamo ottenere una pasta liscia, oppure di solo bronzo se si vuo