Operazioni Unitarie

Effetti del danno termico sui prodotti alimentari

Le piccole quantità di prodotto che subiscono un forte danno termico possono determinare una forte degradazione complessiva dell'accettabilità del prodotto. È preferibile utilizzare un evaporatore a singolo passaggio, poiché la miscelazione continua del concentrato di riciclo con il prodotto alimentato determina la dispersione dei tempi di permanenza. Il danno termico dipende dalla temperatura: maggiore è la temperatura, maggiore è l'alterazione. La velocità di alterazione dipende dalla temperatura secondo l'equazione di Arrhenius. La temperatura è espressa in Kelvin.

Il coefficiente globale di scambio termico dipende dalla differenza di temperatura e dalla temperatura di ebollizione. Aumenta con la temperatura di ebollizione (la viscosità del prodotto diminuisce) e aumenta con la differenza di temperatura (migliore nucleazione del vapore). La valutazione della differenza di temperatura (tra il vapore e la temperatura di ebollizione) è importante per la qualità del prodotto: la temperatura sulla parete, dal lato del prodotto, è tanto più elevata quanto più alta è la temperatura del prodotto.

vaporecondensante e ciò può provocare effetti di danno termico intensi nel film che è a diretto contatto con la parete. Un aumento della superficie di scambio del termine un elemento di costo crescente. La vera ottimizzazione della qualità e dei costi, si ottiene migliorando disegno degli impianti e le condizioni di flusso, in modo da aumentare U e ridurre i volumi morti nell'impianto.

Perdita e recupero di aromi: durante l'evaporazione costituenti volatili dell'aroma tendono a distribuirsi e fra la fase liquida in ebollizione e la fase vapore, in funzione di un coefficiente di partizione α.

Tipi di evaporatori:

Evaporatore a bolla: semplice evaporatore, che può operare sottovuoto, costituito da un recipiente a una doppia camice per il vapore riscaldante con un agitatore interno. Ha dei coefficienti di trasmissione del calore modesti e quindi richiede dei lunghi tempi di concentrazione. Oggi usato

Principalmente per preparare prodotti molto viscosi come marmellate e puree.

Evaporatore a serpentino: anch'esso può operare sottovuoto, il vapore scorre nel serpentino e riscalda la massa.

Evaporatore a tubi verticali corti: il vapore riscaldante circola esternamente ai tubi mentre la soluzione da concentrare circola naturalmente all'interno dei tubi. Il prodotto all'interno dei tubi piccoli riceve calore dal vapore del riscaldamento, bolle e il vapore che si forma viene aspirato verso l'alto trascinando il prodotto in modo ascendente. Nel canale centrale, di sezione maggiore lo scambio di calore non è efficiente. Data la modesta velocità di circolazione del prodotto e la superficie specifica di scambio poco elevata, questo evaporatore non è efficiente e i tempi di permanenza sono relativamente lunghi.

Evaporatore a tubi lunghi: l'efficienza dello scambio termico è migliorata negli evaporatori a tubi lunghi (5-7 metri).

Perdite di carico (le velocità di scorrimento sono elevate grazie alla pompa). Il prodotto bolle in pratica nel separatore.

Evaporatori a superficie raschiata

Relazioni cinetiche: studiare una cinetica significa essere in grado di valutare e descrivere l'andamento di un determinato evento nel tempo. La conoscenza delle relazioni cinetiche ci consente di prevedere l'andamento di determinati fenomeni nel tempo, cioè di formulare dei modelli previsionali. I fenomeni oggetto di studio cinetico nelle tecnologie alimentari sono molteplici e diversi, e riguardano processi chimici, enzimatici e microbiologici.

Precisamente studieremo le reazioni di danno termico, ovvero reazioni degradative a carico di componenti nutrizionali, di caratteristiche chimico-fisiche o sensoriali degli alimenti, provocate da tecnologie che implicano l'uso di elevate temperature. Viene studiata in termini cinetici anche la distruzione dei microrganismi. Anche gli studi di shelf Life.

Riguardano le relazioni cinetiche vieni però infatti studiamo le modificazioni che avvengono carico di alcune caratteristiche degli alimenti nel corso della conservazione, in modo da definire le condizioni di stoccaggio ottimali e i tempi massimi di conservazione.

La relazione cinetica generale indica che la variazione del tempo del parametro considerato C, cioè la velocità della reazione, è proporzionale alla costante di velocità K. Tanto maggiore la costante di velocità, tanto maggiore la velocità della reazione. La relazione indica che la velocità di reazione dipende dal fattore C^n. Il valore dell'esponente n, che rappresenta l'ordine della reazione, definisce il tipo di cinetica della reazione. Noi analizzeremo solo l'ordine 0 e 1.

Reazione di ordine zero (n=0): se n=0, la relazione tra la concentrazione C e il tempo è lineare:

Reazioni di primo ordine o monomolecolari (n=1): in questo caso l'equazione si

scrive dC/dt = +/- K C. Per semplificare lo studio delle cinetiche di primo ordine si viene aRizza l'equazione passando ai logaritmi: Reazioni del secondo ordine o bimolecolari (n=2): in questo caso l'equazione si scrive: dC/dt = +/- K C^2. Rappresenta l'equazione di una iperbole, per la soluzione delle equazioni si utilizza la forma integrata.

Dipendenza della velocità di reazione della temperatura: la dipendenza della costante di velocità k dalla temperatura è espressa dalla relazione di Arrhenius: Per semplificare lo studio di questa relazione mi regala l'equazione di Arrhenius viene linea rizzata passando ai logaritmi. ln K = ln K0 - Ea/R x 1/TPastorizzazione e sterilizzazione termica: sono tipiche tecnologie di conservazione delle derrate alimentari. Hanno lo scopo di prevenire l'alterazione degli alimenti, che provoca modificazioni delle qualità sensoriali, nutrizionali e di sicurezza. Le alterazioni sono causate principalmente da

tecnologie di conservazione (come refrigerazione, uso di ATM, uso di conservanti chimici, acidificazione, eccetera)

La sterilizzazione: ha per scopo la distruzione di tutti i MO, comprese le spore, e degli enzimi e viene condotta a temperature superiori a 100°C fino a 150°C. Garantisce un tempo di conservazione lungo in quanto tutte le forme microbiche vengono distrutte e tutti gli enzimi inattivati. Per mantenere la conservabilità i prodotti sterilizzati devono essere perfettamente protetti e isolati dalle contaminazioni ambientali, mediante confezionamento in contenitori ermetici. La sterilizzazione è considerata un trattamento di conservazione a lungo termine e non necessita generalmente di altri trattamenti per garantire la stabilità dei prodotti.

Distruzione microbica: i MO presentano intervalli di temperatura ottimali per il loro sviluppo. A temperature basse i MO non sono in grado di svilupparsi, e a temperature elevate le cellule iniziano a morire. Ogni MO è caratterizzato da

Un valore ottimale di T per la crescita, da un valore minimo e un valore massimo, quando si trova in condizioni ideali di sviluppo relativamente ad altri fattori. Sulla base di queste caratteristiche distinguiamo i MO in mesofili (cui appartengono i patogeni per l'uomo), termofili e psicrofili, e più precisamente:

Differenza tra forme vegetative e spore:

Le forme vegetative rappresentano le cellule vitali con un regolare metabolismo, le forme vegetative sono relativamente termosensibili.

Le spore sono una forma di latenza delle cellule con un metabolismo ridotto al minimo, le spore sono termoresistenti, per ottenere la distruzione delle spore sono necessari trattamenti termici decisamente più drastici rispetto a quelli per la distruzione delle forme vegetative. Non tutti i MO sono in grado di produrre spore.