Operazioni Unitarie

OPERAZIONI UNITARIE

DELLA TECNOLOGIA

ALIMENTARE

Prof. CLAUDIO RIPONI

Dipartimento di scienze e Tecnologie

Agro-Alimentari

ALIMENTO: Una qualunque sostanza che l'organismo introduce in stesso ed utilizza per produrre energia per

accrescere La sua massa, per ripristinare [e perdite e rinnovare (e strutture, per regolare le attività - metaboliche.

TECNOLOGIA ALIMENTARE : insieme di discipline che hanno come oggetto di studio tuti quegli interventi a carattere

fisico, chimico, biologico sulle materie prime grezze o sui semilavorati per una loro trasformazione in prodotti

alimentari e o una loro conservazione nel tempo.

Vi sono trattamenti fisici, sia caldi che fretti, che servono per la conservazione, trattamenti biologici. Vi sono

interventi fisici chimici e biologici che servono per o la trasformazione o la conservazione dell’ alimento, un esempio

il latte che grazie alla trasformazione otteniamo il formaggio un alimento diverso ... L’impatto della tecnologia può

essere utile quanto molto drastico, che trasforma del tutto l’alimento.

La cosa più importante è riuscire a conservare il prodotto. Il CONSUMARE PREFERIBILMENTE ENTRO dove se il

prodotto è conservato in un modo giusto e ottimale allora l’alimento non è variato, oltre non dice che non si può

mangiare ma cambia, non risponde più ai suoi requisiti. Un esempio sono le fette biscottate che cambiano il loro

aspetto, dopo giorni non sono più friabili se il pacchetto rimane aperto ciò non vuol dire che non si possono

mangiare. Deve rispondere ai requisiti.

La distribuzione deve rispondere ai requisiti per rispettare la SHELF LIFE. Attualmente, il numero di persone con

adeguato tenore di vita è più elevato dalla comparsa dell’uomo sulla terra, essi richiedono sempre cibi più adatti.

TECNOLOGIE DI CONSERVAZIONE, hanno lo scopo di prolungare la vita commerciale di un alimento alterando nella

minor misura possibile le caratteristiche geometriche, strutturali meccaniche-fisiche e meccaniche.

Vi sono tecnologie di conservazione a breve termine che sono basate sulla semplice refrigerazione o sulla

refrigerazione in combinazione con altre tecniche.

Le tecnologie di conservazione a lungo termine si applicano al prodotto trattamenti più drastici garantendone una

più lunga conservabilità ( prodotti sterilizzati, surgelati, liofilizzati e disidratati).

Le TECNOLOGIE DI TRASFORMAZIONE hanno lo scopo di modificare le caratteristiche geometriche, strutturali,

meccaniche, fisiche, chimiche e microbiologiche delle materie prime e dei semilavorati al fine di ottenere prodotti

con adeguate proprietà sensoriali, nutrizionali, di lavorabilità, di convenienza e di conservabilità.

TECNOLOGIE DI FRAZIONAMENTO: un prodotto complesso, generalmente materia prima formata da più costituenti,

è frazionaria in diversi componenti. È tipica della produzione di ingredienti alimentari come zucchero, olio, farine...

TECNOLOGIE DI COMBINAZIONE: molti ingredienti vengono combinati per produrre dei prodotti più complessi

TECNOLOGIE DI TRASFORMAZIONE CHIMICA: le materi prime o gli ingredienti trasformati per modificazione chimica

dovuta al trattamento termico ad azione chimica, enzimatica o microbica. Un esempio sono il vino, la birra...

Io mangio i cibi naturali perché sono sicuri (2 errori):

- tutte le piante coltivate dall’uomo per produrre cibo, mangimi per animali e prodotti di interesse industriale ,

non sono “ naturali” . Il pomodoro, il frumento il riso sono il risultato di incroci, mutazioni e selezioni operate

negli ultimi millennie nel secolo appena concluso.

- la correlazione cibo /assenza di rischi è scientificamente infondata, la maggior parte delle piante produce

veleni, tossine e sostanze cancerogene. Ciò ha un significato biologico ed evolutivo: la pianta produce questi

composti per difendersi dai parassiti.

Un paese in via di sviluppo non ha tecnologia, il cibo deriva dall’agricoltura, è

molto diffuso l’ autoconsumoquindi ciò che produco me lo consumo anche.

OBIETTIVI DELLA TECNOLOGIA ALIMENTARE:

- sanitizzazione ( negli impianti viene fatto una volta al

giorno)

- Eliminazione di parti non desiderate m non esibirli o di

contaminati

- Miglioramento delle caratteristiche nutrizionali

- Aumento della SHELF LIFE

- Diversificazione del prodotto

- Miglioramento della facilita d’uso

OPERAZIONE UNITARIA: elemento di base con cui si costruiscono i processi. I processi sono rappresentabili come

sequenze di operazioni unitarie attraverso schemi di flusso o flow sheet.

CLASSIFICAZIONE DI ALCUNE CLASSI DI PRODOTTO NELLE CATEGORIE TECNOLOGICHE:

- Prodotti freschi, come carne latte uova frutta pesce…

- Conserve, vegetali e carne

- Prodotti 1° trasformazione: vino formaggi salumi succhi caffè te

- Ingredienti, intermedi e semilavorati

- Prodotti di 2° trasformazione, pane prodotti dolciari, pasta…

OTTIMIZZAZIONE: ogni operazione tecnologica deve essere condotta in modo tale da conservare l’effetto voluto in

maniere o puntuale e selettiva, minimizzando gli effetti dannosi collaterali, NON VOLUTI, che fatalmente si

accompagnano all’operazione

- DANNO MECCANICO è dovuto ad una azione di pressione o di stress oltre i limiti di resistenza dei prodotti. Si

manifesta con una serie di inconvenienti: rotture, fessurazioni, per dire di succhi…

- DANNO TERMICO: è dovuto agli effetti del calore sui componenti degli alimenti. Si manifesta con perdite di

vitamine, diminuzione della digeribilità di alcuni nutrienti. Il danno termico può provocare o favorire il danno

meccanico rendendo i tessuti più fragili.

- DANNO CHIMICO: è dovuto a reazioni chimiche ma può compromettere altre reazioni indesiderate

eventualmente catalizzate da enzimi. L’entità di questo effetto dipende dalla concentrazione dei reagenti e

dalle condizioni al contorno che favoriscono o inibiscono le reazioni.

- CONTAMINAZIONI: è dovuto all’inquinamento da parte di sostanze chimiche o agenti biologici presenti negli

ambienti o nei materiali che vengono a contatto con gli alimenti. L’intensità di questo danno dipende dalla

concentrazione degli agenti contaminanti.

MILD TECHNOLOGIES: processi produttivi in cui si utilizzano trattamenti particolarmente rispettosi dell’alimento e o

si fa un ricorso molto limitato agli additivi

ADDITIVI ALIMENTARI: “Qualsiasi sostanza, normalmente non consumata come alimento in quanto tale e non

utilizzata come ingrediente tipico degli alimenti, indipendentemente dal fatto di avere un valore nutritivo, aggiunta

intenzionalmente ai prodotti alimentari per un fine tecnologico nelle fasi di produzione, trasformazione, di

preparazione, di trattamento, di imballaggio, di trasporto o immagazzinaggio degli alimenti, che si possa

ragionevolmente presumere diventi, essa stessa o i suoi derivati, un componente di tali alimenti direttamente o

indirettamente" (antimicrobici, antiossidanti, coloranti, aromatizzanti, emulsionanti, stabilizzanti, addensanti,

gelificanti ecc.)

COADIUVANTI TECNOLOGICI: "Una sostanza che non viene consumata come ingrediente alimentare in sé, che è

volontariamente utilizzata nella trasformazione di materie prime, prodotti alimentari o loro ingredienti, per

rispettare un determinato obiettivo tecnologico in fase di lavorazione o trasformazione che può dare luogo alla

presenza, non intenzionale ma tecnicamente inevitabile di residui di tale sostanza o di suoi derivati nel prodotto

finito a condizione che questi residui non costituiscono un rischio per la salute e non abbiano effetti tecnologici sul

prodotto finito" (chiarificanti, filtranti ecc.)

FILTRAZIONE:

separazione di una fase dispersa(particelle solide), da un fluido (liquido o gas) che

costituisce la fase continua

Limite filtrazione = 0,1µm (1µm 10 -6 m)

Ultrafiltrazione e O. I. < 0,1µm (dispersionicolloidali, molecole, ioni)

Efficienza di ritenzione = percentuale di particelle di una data dimensioneche un mezzo

filtrante riesce ad asportare dal fluido che lo attraversa.

Capacità di ritenzione = quantità di solidi sospesi che un mezzo filtrante può trattenere

prima che sia necessaria la sua sostituzione o rigenerazione acausa della riduzione di permeabilità sotto i limiti della

convenienza.

Le membrane hanno una bassa capacità di ritenzione.

EQUAZIONE di DARCY: - Q = Portata = dv/dt - p = Pressione

- K = Permeabilità specifica differenziale

- A = Superficie mezzo - l = Spessore mezzo

filtrante filtrante

- = Viscosità fluida

Equazione filtrazione con deposito: K= L/ k = resistenza specifica del Rd= resistenza specifica del

meteo filtrante deposito

Rd= varia nel tempo

aumentando con L’ aumentare

dello spessore del deposito

I telai hanno la funzione di sostenere. Il telaio è un materiale inerte

che ha uno spessore, non è uno spessore compatto di materiale

plastico, all'interno ha una camera vuota dove all'interno passa il

liquido. Come si fa a fare arrivare il liquido? Con gli anelli, emessi uno

affianco, si crea una condotta. Il torbido grazie alla condotta riempie

dentro. Gli anelli hanno ad alternanza un taglio, FERNITURA, e dove

si ha il taglio il liquido entra riempiendo la camera. Il liquido torbido

all'interno della camera esce dai fori passando per un telaio filtrante.

E così via a via, il liquido non è più torbido ma è limpido. la parte

rossa è il diavolo torbido e le camere gialle creano una condotta di

liquido limpido, viene poi raccolto per andare nella vasca di

stoccaggio

CLASSIFICAZIONE DEI FILTRI:

- FUNZIONAMENTO: continui o discontinui

- CARATTERISTICHE MEZZO FILTRANTE: massa filtrante,

cartoni filtranti, tela e membrana

Effetto TYNDALL:

particelle disperse in una soluzione, aventi iondice di

rifrazione diverso da quello del liquido, provocano la

diffusione della luce Il disco ha nella parte superiore un'apertura. Entra il liquido

coadiolante e esce, esce il liquido limpido che però lo faccio

passare nella vasca più volte.

Il liquido deposita il coadiolante, capisco che il materiale filtrante si

è depositato. Si ha quindi va filtrazione sia di superficie che di

profondità.

Mi da modo di utilizzarlo da più rispetto al feltro di cartone. Un

altro vantaggio è che nel primo tipo di feltro" a pressa" il liquido

comunque un pò esce, è un'operazione meno pulita.

Questo invece ha un coperchio in alto e si ha solo una guarnizione

perché al contrario del primo sen anche "meno" pulizia da fare.

NASTRO PRESSA:

E’ una apparecchiatura che lavora in continuo costituita da due bande di tela

filtrante messe in moto da una seri di rulli. La distanza tra le due serie di rulli,

relativamente grande nella zona di alimentazione si va sempre più riducendo, in

maniera da obbligare il liquido ad attraversare la tela filtrante.

Alla fine del percorso il solido cade, aiutato da una apposita lama che ne facilita il

distacco dalla tela. Quindi viene raccolto e successivamente smaltito.

VANTAGGI DEL FILTRO SOTTOVUOTO: funzionamento continuo, superficie

filtrante esterna e variazione della spessore del deposito in funzione della velocità di avanzamento

SVANTAGGI DEL FILTRO SOTTOVUOTO: costo per la produzione del vuoto, costruzione complessa e non è possibile

operare sotto battente di gas inerte

COADIUVANTI di FILTRAZIONE:

Materiali finemente suddivisi, chimicamente inerti, che rendono incomprimibile il deposito anche in presenza di un

parere e colmatanti.

L'uso dei coadiuvanti è limitato ai casi in cui ciò che interessa ottenere è il liquido limpido, mentre i solidi sospesi non

hanno alcun valore.

Requisiti sono:

- formare un deposito poroso

- superficie specifica del prodotto

- alta rigidità

- granulometria uniforme

Coadiuvanti di filtrazione:

- fauna fossile

- perdete

- cellulosa

- amianto

- vermiculite

- materiali plastici

Membrane Filtranti:

• tipici filtri di superficie, come ad esempio le membrane che però hanno una porosità ridotta e sono quindi in

grado di agire su determinati batteri. Sono fogli con microfori.

• Elevata efficienza di ritenzione alle più basse porosità

• adatte per filtrazioni sterilizzanti

• Foglio microporoso da gelificazione di polimeri

• La tecnica di fabbricazione permette la regolazione media di pori

• foratura mediante radiazioni di un film di policarbonato

Le membrane essendo riutilizzabili devono essere lavate e mantenute in modo corretto.

MICROPOROSE: i pori sono dovuti alla evaporazione del solvente per la fabbricazione del polimero

NUCLEOPOROSE: i pori sono ottenuti con l’impiego di radiazioni

MICROFIBROSE: ottenute da microfibre di materiali diversi, come polimeri, vetro... legate da resine inerti

1) micro filtrazione, i pori sono cosi piccoli che il materiale non passa se

non è una soluzione

2) ultrafrazione, possiamo agire sia sulle soluzioni che sulle sospensioni

3) osmosi inversa, il liquido fluisce e in teoria passa solamente la

soluzione... il fluido fluisce attraverso la struttura del polimero. Utilizzate

nelle acque marine per purificarle

4) elettrodialisi

Ultrafiltrazione→ separazione a livello

osmosi inversa → molecolare e ionico

Sono filtrazioni di superficie levitate da fenomeni di colmaggio superficiale.

OSMOSI DIRETTA:

L’osmosi è quel fenomeno per cui si assiste al movimento di acqua da una

soluzione meno concentrata a una soluzione più concentrata, attraverso

una membrana semipermeabile. Per semipermeabile si intende una

membrana che permette il passaggio del solvente (per esempio l’ acqua)

ma non di determinati soluti (per esempio zuccheri e proteine).

OSMOSI INVERSA:

Applicando nel comparto della soluzione a maggior concentrazione una

pressione superiore a quella osmotica, il processo si inverte dando luogo al

fenomeno dell’ osmosi inversa. In questo caso le molecole di acqua passano

attraverso la membrana, mentre le molecole dei sali vengono respinte.

Vengono altresì respinte le molecole organiche e nella quasi totalità le cariche

microbiche.

Nell'OSMOSI INVERSA l'elemento filtrante è la membrana semipermeabile.

- VANTAGGI: concentrazione su succhi, estratti e soluzioni a temperatura inversa

- PERMEABILITÀ: quantità di acqua separata nell'unità di tempo e per Unità di superficie

- RITENTO : ciò che ottieni è un concentrato

- ACQUA: permeato

SANITIZZAZIONE E STERILIZZAZIONE DI SISTEMI PER MICROFILTRAZIONE:

Vanno seguite le indicazioni del fornitore per ciascun tipo di sistema microfiltrante. Si possono usare:

- vapore: vapore fluente o sotto pressione

- acqua calda

- agenti chimici: ossidanti o denaturanti

ULTRA FILTRAZIONE: processo che è in grado di rinnovare

dall'acqua particelle con diametro fino a 5×10-3 µm con un

meccanismo a setaccio.

Le membrane per ultrafiltrazione possono essere di 2 tipi:

- membrane tubolari

- membrane a foglio

POLARIZZAZIONE in osmosi inversa e Tipologia di membrane

ultratrafiltrazione: sintetiche:

- Membrane da 1,2 µ m per la - Poliamide

ritenzione di lieviti - Polivinilidene

- Membrane da 0,65 ÷ 0,45 µm per - Polipropilene

ritenere lieviti e batteri - Fibra di vetro

- Resa teorica = 1.440 L/h per una - Minerali in ceramica

cartuccia di1,8 m2 (ø 30pollici) - Estere di cellulosa

- Per alimentare una imbottigliatrice

da 3.000 bott./ h occorrono tre

cartucce da 1,8 m2 ciascuna.

ELETTRODIALISI:

Tecnica di separazione che sfrutta quale driving-force un campo elettrico che opera all’interno di un sistema di

membrane. Le membrane utilizzate sono di tipo selettivo, non hanno dunque una vera funzione di filtrazione, ma

servono solamente per separare gli ioni contenuti e ad isolare gli elettrodi utilizzati per creare il campo magnetico.

Le membrane (semipermeabili) sono poli elettroliti e sono definite cationi che, se caricate negativamente, anioniche

se caricate positivamente. Le cationiche sono sulfonati di polistirene, le anioniche polistirene con ammina

quaternaria.

SEDIMENTAZIONE:

Ci si sente di separare il materiale in sospensione in base al diametro, differenza di densità e gravità delle particelle.

Per le particelle finissime il processo di sedimentazione è estremamente l