Domande operazioni unitarie

ES LATTE IN CORRENTE DI VAPORE

Il latte (45°C) viene preriscaldato con recupero di calore intorno ai 70°C, segue riscaldamento per

scambio contro vapore e riscaldamento istantaneo per iniezione di vapore fino a 150°C. Sosta da 1

a 5min e segue raffreddamento flash fino a 80°C dove il vapore viene fatto condensare e scaricato,

il latte continuerà a raffreddarsi fino a 55°C. Viene omogeneizzato in modo asettico, raffreddato

ancora fino a 20° e poi confezionato in modo asettico.

LATTE TRAMITE METODO INDIRETTO

Viene riscaldato da 45 a 60°C, omogeneizzazione, scaldato fino a 120°C, scaldato fino a 142°C per

scambio con H O surriscaldata o vapore, sosta di qualche minuto, raffreddamento ed eliminazione

2

di incondensabili e cattivi odori. Raffreddamento fino a 20°C e poi confezionamento asettico.

14. A : come cambia in funzione della temperatura

w

Essa si ottiene tramite la misura della tensione di vapore, ovvero la pressione esercitata dalle

molecole di h20 liberatesi in fase di vapore dal prodotto. Il suo valore dipende dalla temperatura

per cui Aw si esprime come il rapporto adimensionale tra la pressione di vapore dell’acqua nel

prodotto rispetto alla pressione di vapore dell’acqua pura alla stessa temperatura. A =p/p’= UR

w

(umidità relativa). Può essere espressa in % moltiplicando per 100.

“p” dipende dall’affinità del prodotto per l’acqua, dal suo contenuto di umidità e dalla sua

temperatura mentre p’ è funzione della temperatura ed è tabulato.

Varia da 0 ad 1: se vale 0 l’acqua è così legata da non presentare pressione di vapore; se vale 1 (p=p’)

l’acqua nel prodotto ha la stessa pressione dell’acqua pura, quindi non è per niente legata.

Questo parametro può essere studiato tramite l’uso di isoterme di adsorbimento o desorbimento,

l’andamento delle isoterme dipende appunto dalla temperatura. Per tutti i prodotti, un aumento di

temperatura a parità di UA produce un valore di A maggiore (> temp; >aw). Ne segue che i prodotti

w

sono meno igroscopici all’aumentare della temperatura. L’A dipende dalla temperatura secondo

w

la legge di Arrhenius.

15. Centrifuga orizzontale (decanter)

È una centrifuga continua ad asse orizzontale dalla forma cilindro conica. È munito di una coclea

all’interno che ruota a velocita variabile. Si usa per separare solidi da sospensioni molto cariche,

trova una sua grande applicazione nella separazione del prodotto della schiacciatura delle olive. La

sospensione è alimentata da un canale centrale per poi subire la centrifugazione, i solidi si

depositano sulle pareti del bolo mentre la fase liquida è scaricata di continuo da diaframmi posti

sulla parte distale cilindrica. I solidi finiscono invece nella parte conica e la loro zona di esaurimento

è detta spiaggia.

La velocita di rotazione è modesta, non riescono a separare particelle fini ma lavorano bene su

particelle grossolane. Usate spesso per le trebbie di birra oltre che per la sansa di olive.

16. Tecniche di separazione per membrana e applicazioni

Può avvenire per:

- Osmosi inversa (RO): concentrazione per rimozione di acqua.

- Nanofiltrazione (NF): concentrazione per rimozione si ioni sodio e cloruro

(demineralizzazione parziale).

- Ultrafiltrazione (UF): concentrazione di macromolecole.

- Microfiltrazione (MF): rimozione di MO, separazione di macromolecole e micelle.

- Diafiltrazione (DF): aggiunta continua di solvente puro al feed per facilitare la separazione di

ioni, mono e disaccaridi, acidi organici attraverso la membrana.

Le membrane filtranti sono molto sottili e poco porose e i materiali tipici sono polimeri sintetici,

materiale ceramico, acetato di cellulosa. La pressione qui funge da forza direttrice dell’operazione,

quindi è elevata e crea un flusso tangenziale al mezzo filtrante (serve un sistema chiuso).

17. Osmosi inversa

La pressione osmotica è dovuta alla presenza di molecole di soluto nella soluzione ed è deducibile



dalla relazione di Van’t Hoff: = CRT (C=molarità; R=costante dei gas; T=temp assoluta). A parità

di concentrazione (peso/vol), la pressione osmotica è tanto maggiore quanto minore è il PM del

soluto. avviene un meccanismo di permeazione del solvente (generalmente acqua) attraverso la

membrana semipermeabile: il solvente infatti è affine alla membrana e, a causa delle elevate

pressioni, si solubilizza in essa attraversandola; al contrario, i soluti hanno caratteristiche chimico-

fisiche poco affini alla membrana e non la attraversano.

18. Criteri di ottimizzazione dei trattamenti termici

L’ottimizzazione dei processi di sterilizzazione consiste nella massimizzazione dell’effetto di

distruzione dei microrganismi e degli enzimi e nella minimizzazione del danno termico.

Ottimizzare il trattamento significa renderlo più selettivo.

È necessario stabilire quali siano le condizioni di trattamento più opportune per ottenere gli effetti

desiderati minimizzando quelli indesiderati.

Poiché le reazioni che hanno un elevato valore di Energia di attivazione (E ) vengono accelerate da

a

un aumento di temperatura più delle reazioni che hanno un basso valore di Ea, i criteri generali di

ottimizzazione dei trattamenti di sterilizzazione possono essere così sintetizzati:

‐ se le reazioni desiderate hanno un’E più elevata di quelle indesiderate, l’ottimizzazione si ottiene

a

con trattamenti ad alte temperature per tempi brevi.

‐ se le reazioni desiderate hanno un’E più bassa di quelle indesiderate, l’ottimizzazione si ha con

a

trattamenti a basse temperature per tempi lunghi.

19. Essiccatori continui a nastro

Sono gli essiccatori attualmente più diffusi per l’essiccamento di prodotti solidi. Sono essiccatori

continui e possono funzionare con aria sia a circolazione normale che a circolazione tangenziale.

Possono avere uno sviluppo verticale con nastri sovrapposti, o uno sviluppo orizzontale con sezioni

successive, in serie. Questi ultimi sono caratterizzati da una grande flessibilità di funzionamento e

di impiego; le sezioni possono infatti funzionare con caratteristiche dell’aria diverse.

20. Come l’attività dell’acqua influenza la conservabilità del prodotto dal punto di vista dei

microrganismi ed enzimatico

Dal contenuto e dal grado di disponibilità dell’acqua dipendono le caratteristiche di struttura e

consistenza dei prodotti, la possibilità che svolgano reazioni chimiche ed enzimatiche di

deterioramento e che il prodotto sia sede dello sviluppo di microrganismi.

In seguito alla disidratazione il primo effetto che si verifica (dal punto di vista microbico) è

inizialmente un rallentamento e successivamente, al di sotto di umidità relativa del 60-70%, una

totale inibizione dello sviluppo microbico.

Su questo fatto si fonda la conservazione di un gran numero di prodotti alimentari, che sono detti

ad umidità intermedia nei quali l’attività dell’acqua è stata ridotta o per parziale disidratazione o

per aggiunta di sostanze osmoticamente attive come lo zucchero o il sale. I microrganismi patogeni

sono molto esigenti in termini di disponibilità di acqua e sono inibiti a valori di aw inferiori a 85-90%.

Molti altri fattori intervengono sul comportamento dei microrganismi, (ad es. composizione del

mezzo, pH, temperatura, pressione parziale dell’ossigeno, ecc.), pertanto le indicazioni ed i valori

che si trovano sono generali ed ogni prodotto necessita di uno studio particolare. Inoltre, all’interno

dello stesso prodotto ci possono essere zone diverse, che consentono o non consentono lo sviluppo

microbico.

Le reazioni enzimatiche sono inibite a livelli di umidità pari o inferiori allo strato monomolecolare,

ai quali l’acqua non può esercitare il suo ruolo di solvente. Alcune attività enzimatiche possono

procedere a velocità ridotta anche in presenza di fasi solvente non acquose (ad esempio attività

delle lipasi in fase lipidica). Le attività enzimatiche sono progressivamente accelerate dall’aumento

di attività dell’acqua, sino a che non prevale l’effetto di diluizione.

21. Principi di ultrafiltrazione e osmosi inversa

PRINCIPI DELL’OSMOSI INVERSA

La pressione osmotica è determinata dalla presenza nella soluzione di molecole di soluto, ed è

determinabile dalla relazione di Van’t’ Hoff Δπ=Crt/M



m

dove C = concentrazione molare (mol/ 3)

R = costante dei gas (8,314 J/mol K)

T = temperatura assoluta (K)

A parità di concentrazione peso/vol, la pressione osmotica è tanto maggiore quanto inferiore è il

peso molecolare del soluto.

La pressione osmotica diventa importante per soluti a basso PM, mentre nelle soluzioni di

macromolecole il valore è trascurabile.

L’equazione della permeabilità in osmosi inversa è:

dV/dt = KA (Δp – Δπ)

k = coeff. permeabilità

A = superficie di filtrazione

Mentre nell’UF il meccanismo di ritenzione è per esclusione, in funzione del peso molecolare del

soluto, ovvero del cut-off della membrana, nell’osmosi inversa si osserva un meccanismo di

permeazione del solvente (acqua) attraverso la membrana semipermeabile. Il solvente ha affinità

con la membrana, e a causa delle elevate pressioni applicate si solubilizza in essa e la attraversa. Al

contrario i soluti, che presentano caratteristiche chimico-fisiche poco compatibili con la membrana,

non riescono ad attraversarla.

Molecole con caratteristiche simili a quelle dell’acqua (ad esempio metanolo, etanolo, acido

acetico) tendono ad attraversare la membrana, cioè sono poco ritenute.

Ritenzione in osmosi inversa

Si definisce ritenzione il valore:

R = 1 – C / C dove

p s

C = concentrazione della specie molecolare nella soluzione

s

C = concentrazione della specie molecolare nel permeato.

p

Spesso la ritenzione è espressa in valore percentuale.

Il valore della ritenzione è una costante per ciascun soluto e ciascuna membrana e non dipende

dalla pressione.

Se la ritenzione è 1 (o 100%), significa che C vale zero, cioè la molecola non passa nel permeato; se

p

la ritenzione ha valore inferiore a 1 (o al 100%), significa che una parte delle molecole passa nel

permeato.

Separazione per membrana nell’industria lattiero-casearia

OSMOSI INVERSA: usata per la concentrazione del siero, del permeato e del concentrato da UF

UF: tipicamente impiegata per concentrare le proteine del latte e del siero e per standardizzare il

latte destinato alla produzione di formaggio e yogurt.

22. Attività dell’a