Appunti dell'intero corso di "Processi delle tecnologie alimentari"

IMMERSIONE IN LIQUIDO

Il prodotto viene immerso in un liquido freddo raffreddato da un evaporatore. Stiamo parlando di congelamento quindi questo liquido non può essere acqua perché alle T di congelamento (-30 gradi) l'acqua è solida!! I liquidi comunemente impiegati sono salamoie e soluzioni zuccherine (aggiungendo zuccheri o Sali abbassiamo le temperature di congelamento). Queste salamoie possono andare in contatto con il prodotto tenendo conto però che parte del liquido viene assorbito. Le salamoie per i frutti di mare e le soluzioni zuccherine per i frutti, i quali ne giovano in miglior sapore zuccherino. Inoltre, la salamoia conferisce anche più consistenza al prodotto rispetto ad un prodotto congelato con un altro sistema. Insomma, ci sono anche dei risvolti sulle proprietà sensoriali del prodotto. Se invece trattiamo un prodotto confezionato possiamo usare soluzioni di cloruro di calcio, propilen glicole o glicerina ovvero soluzioni che non.possono andare a contatto con l'alimento ma possono andare a basse temperature. Il vantaggio di questo sistema è avere un elevato coefficiente di scambio termico perché il fluido può essere movimentato e quindi la turbolenza è favorevole. Di conseguenza tempi brevi e flessibilità di prodotti trattabili. Tali impianti sono costituiti essenzialmente da una vasca all'interno della quale si inserisce il liquido freddo ed il prodotto viene immerso con nastro trasportatore oppure con un sistema elicoidale e la sua vite senza fine che ruota all'interno della vasca. I vari elementi della vite sono forati per permettere un rimescolamento del liquido ed il suo passaggio da una sezione all'altra senza ristagni. Nell'ultima parte dell'impianto, dove il prodotto fuoriesce dalla vasca c'è un'inclinazione del nastro per sgrondare l'eccesso di liquido e ci devono essere delle paratie per sostenere il prodotto.

CONTATTO

Il prodotto è messo direttamente a contatto con l'evaporatore, l'elemento raffreddante del circuito frigorifero. Gli evaporatori sono delle piastre all'interno delle quali scorre il liquido refrigerante, così lo scambio termico avviene tra alimento e piastra congelata. Possiamo avere alimenti congelati con materiale di confezionamento oppure senza tenendo presente che lo stato di confezionamento rappresenta una resistenza allo scambio di calore.

I vantaggi rispetto i sistemi ad aria sono un'elevata intensità di scambio termico perché avviene per conduzione e non per convezione. Si hanno minori costi di installazione ed hanno una manutenzione più semplice perché sono impianti molto robusti e compatti.

I fattori da considerare quando si sceglie un impianto simile e si settano i parametri di funzionamento sono il tipo di piastre (dimensionamento e materiale) e di fluido refrigerante (il tipo di fluido determina

Le temperature raggiungibili), si deve considerare la presenza di materiale d'imballaggio ed infine che un minimo di convezione c'è sempre perché io devo mettere un alimento tra due piastre, una superiore ed una inferiore. Quella superiore non è sempre a stretto contatto per l'irregolarità superficiale del prodotto e pertanto vi sono minimi moti convettivi. Devo cercare di minimizzare questo straterello d'aria tra il prodotto e la piastra superiore perché l'aria è isolante. I sistemi a piastre orizzontali sono i più utilizzati. Con un impianto del genere non si possono avere processi continui perché si devono riempire e svuotare le piastre dell'impianto. Si può cercare di renderlo semicontinuo con dei sistemi automatici di caricamento delle piastre. Nel caso delle piastre verticali si deve imballare il prodotto con un imballo primario per sostenerlo. Quando le piastre si aprono al di sotto

carbonica) per congelare il prodotto. Il liquido criogenico viene spruzzato direttamente sul prodotto o immerso in una vasca contenente il prodotto. Il rapido raffreddamento del liquido criogenico permette di congelare il prodotto in modo molto veloce, preservando la sua qualità e freschezza. Questi sistemi sono particolarmente adatti per prodotti come gelati, dolci, carne e pesce. CONGELATORE A CONTATTO CONTINUO, A NASTRO. Il prodotto viene posizionato su un nastro trasportatore che scorre all'interno di una camera di congelamento. Il nastro è raffreddato da un sistema a camicia o da spruzzo diretto di aria fredda o liquido criogenico. Il prodotto si congela gradualmente mentre scorre lungo il nastro, garantendo un congelamento uniforme. Questi sistemi sono adatti per prodotti come verdure, frutta, carne e pesce. CONGELATORE AD IMMERSIONE. Il prodotto viene immerso direttamente in un liquido criogenico, come azoto liquido o anidride carbonica, per un breve periodo di tempo. Il rapido raffreddamento del liquido criogenico permette di congelare il prodotto in modo molto veloce. Questo tipo di congelatore è adatto per prodotti come gelati, dolci, carne e pesce. CONGELATORE AD ARIA FORZATA. Il prodotto viene posizionato all'interno di una camera di congelamento dove viene circolata aria fredda ad alta velocità. L'aria fredda permette di congelare il prodotto in modo uniforme e veloce. Questo tipo di congelatore è adatto per prodotti come verdure, frutta, carne e pesce. CONGELATORE A SPRUZZO. Il prodotto viene posizionato su un nastro trasportatore che scorre all'interno di una camera di congelamento. Durante il passaggio, il prodotto viene spruzzato con un liquido criogenico, come azoto liquido o anidride carbonica, che permette di congelare il prodotto in modo rapido e uniforme. Questo tipo di congelatore è adatto per prodotti come gelati, dolci, carne e pesce.carbonica) che evapora a diretto contatto con il prodotto, sottraendo calore latente di evaporazione. Il vantaggio è che mancando il circuito frigorifero si hanno bassi costi di investimento. Hanno un' elevata flessibilità perché adattabili a diverse tipologie di impianto. Hanno una elevatissima velocità di raffreddamento perché le temperature raggiunte sono molto più basse rispetto ai sistemi appena visti. Quando c'è un circuito frigorifero con un liquido refrigerante la temperatura più bassa raggiungibile è -40 gradi, con azoto liquido possiamo arrivare anche a -140 ed anidride carbonica -60. Delta di temperatura molto elevato, scambio di calore elevato, velocità di trattamento elevati. Si traduce tutto in una migliore qualità del prodotto perché l'importanza della velocità di raffreddamento sta nelle dimensioni dei cristalli di ghiaccio (+ piccole - danneggiamento) ed inoltre ci.

Sono minori perdite di umidità perché la superficie del prodotto si congela così velocemente da non permettere l'evaporazione dell'acqua. Non è detto che si raggiungano tali temperature perché non sempre è necessario, basta dosare la quantità dei refrigeranti da inserire per regolare la temperatura.

Hanno anche dei limiti: i costi operativi relativi ai liquidi criogenici nonostante siano in parte recuperati, a differenza di quanto accade nei sistemi refrigeranti dove il liquido viene recuperato e rigovernato. L'altro limite è il controllo dell'atmosfera del luogo di lavoro per non avere dei rischi sulla salute degli operatori.

Sempre presente il nastro trasportatore. Il tamburo viene chiuso ed il liquido criogenico viene iniettato andando ad investire il prodotto. Per via degli alti costi operativi questi impianti vengono usati come operazione criogenica quando si hanno delle produzioni temporalmente limitate (prodotti stagionali).

seguire il processo di confezionamento del prodotto.capire cosa succede al prodotto quando lo sottoponiamo a questo processo, perché conoscere i fenomeni permette di calibrare al meglio le condizioni operative.

Che cosa succede durante la surgelazione?

La surgelazione include due fenomeni successivi: la nucleazione (formazione di cristalli di ghiaccio) e la propagazione (accrescimento delle dimensioni). Questi due processi sono successivi ma la seconda non inizia propriamente appena finisce il primo, c'è un lasso temporale in cui avvengono contemporaneamente ma la seconda non può avvenire se non inizia la prima.

LA TRASFORMAZIONE DELL'ACQUA È GOVERNATA DA DUE FATTORI

Termodinamici: definiscono la posizione di equilibrio della reazione, se può avvenire ed in che condizioni.

Cinetici: determinano quanto velocemente può avvenire la surgelazione.

Durante il congelamento questi fattori sono importanti ed uno prevale sull'altro a seconda della fase di processo in cui ci si trova: i fattori

I termodinamici sono importanti all'inizio del processo perché determinano se il passaggio di fase in funzione delle condizioni termodinamiche del sistema può avvenire o no.

FATTORI TERMODINAMICI

• Rimozione di calore: per avere il passaggio di stato dobbiamo avere sottrazione di calore sensibile e di calore latente. Se ciò non avviene, il passaggio di stato non si verifica.
• Grado di sottoraffreddamento: Riducendo la temperatura sottozero non si traduce in un immediato cambiamento di stato, ma produce uno stato termodinamicamente instabile durante il quale iniziano a formarsi i nuclei, degli aggregati submicroscopici d'acqua necessari per la trasformazione da liquido a solido. L'abbassamento necessario perché si verifichi la formazione di nuclei si chiama grado di sottoraffreddamento.

Quando raggiungiamo questo grado di sottoraffreddamento inizia il fenomeno di nucleazione, formazione di microscopici cristalli sui quali poi si potranno aggregare.

• ulteriori molecole d'acqua perché sottraendo energia termica sottraiamo energia cinetica e di conseguenza le molecole d'acqua circostanti non avranno più forza per allontanarsi, facendone accrescere le dimensioni.
• Bisogna considerare però che quando le molecole che rimangono adese al nucleo rilasciano calore latente di cristallizzazione innalzando il grado di sottoraffreddamento.
• Sulla superficie di questi nuclei le molecole continuano ad aggregarsi-distaccarsi man mano che sottraiamo calore queste aderiscono al nucleo.
• Il fenomeno di nucleazione può essere omogeneo o eterogeneo.
• Nel primo caso nel nucleo avremo solo molecole d'acqua, pertanto può avvenire solo in acqua pura.
• Nel secondo caso nel nucleo vi sono altre molecole in soluzione, che nel caso degli alimenti possono essere zuccheri, sali, proteine o materiale di confezionamento.
• Nei sistemi complessi è più facile che avvenga quella eterogenea ed è un

leazione è il processo attraverso il quale le molecole d'acqua si uniscono per formare una struttura solida, come ad esempio un cristallo di ghiaccio. Quando le molecole d'acqua incontrano un substrato, come ad esempio una superficie fredda o una particella solida, possono aderirvi e iniziare a formare una struttura cristallina. Ci sono diversi vantaggi nel avere un substrato su cui le molecole d'acqua possono aggregarsi: 1. Accelerazione della nucleazione: La presenza di un substrato favorisce l'aggregazione delle molecole d'acqua, accelerando il processo di nucleazione. Questo significa che la formazione di cristalli di ghiaccio può avvenire più rapidamente rispetto a quando non c'è un substrato disponibile. 2. Maggiore efficienza: Un substrato fornisce un punto di ancoraggio per le molecole d'acqua, consentendo loro di organizzarsi in modo più ordinato e efficiente durante la nucleazione. Ciò può portare alla formazione di cristalli di ghiaccio di dimensioni più uniformi e di migliore qualità. 3. Controllo della forma: La presenza di un substrato può influenzare la forma dei cristalli di ghiaccio che si formano durante la nucleazione. Ad esempio, se il substrato ha una superficie rugosa o strutturata, può favorire la formazione di cristalli con forme particolari, come ad esempio i dendriti di ghiaccio. 4. Stabilità: Un substrato può fornire stabilità ai cristalli di ghiaccio formati durante la nucleazione. Questo può aiutare a prevenire la fusione o la dissoluzione dei cristalli, consentendo loro di persistere più a lungo. In conclusione, la presenza di un substrato su cui le molecole d'acqua possono aggregarsi offre diversi vantaggi durante il processo di nucleazione, tra cui una maggiore velocità, una maggiore efficienza, il controllo della forma e la stabilità dei cristalli di ghiaccio formati.