Operazioni unitarie

IGROSCOPICITÀ DEI PRODOTTI ALIMENTARI

Nei gel entra l'acqua, se l'acqua si sposta si perde la struttura. Per misurare la quantità di acqua si misura l'umidità con il metodo gravimetrico. L'acqua si libera, diventa vapore quando è pura, libera. Negli alimenti ci sono soluti, macromolecole in sospensione, strutture cellulari, quindi l'acqua non è pura. Nei prodotti ricchi di acqua ci si aspetta un'aw alta, mentre nei prodotti disidratati ci si aspetta un'aw bassa. Nelle matrici ricche di sostanza grassa, l'acqua rimane disponibile perché l'olio non la trattiene, anzi la respinge. L'aw dipende molto dalla matrice. L'UR si esprime in percentuale. È un indice della disponibilità dell'acqua. UA è un indice della quantità dell'acqua. Le diverse matrici hanno comportamenti diversi, anche in zone di umidità differente. L'amido di frumento è una matrice.

idrofila. Se idrato la matrice, l'attività aumenta molto nel caso di sostanze grasse (es. Emmenthal). 19 Francesca Nasatti Mentre per lo stesso piccolo aumento di umidità, l'attività dell'acqua aumenta poco nel caso dell'amido, perché l'acqua si lega alla macromolecola. La stessa molecola di amido cambia comportamento man mano che aumenta la quantità di acqua: a un certo punto ne lega poca, poi cambia conformazione e torna a legarne tanta. Nelle soluzioni concentrate, anche se si aggiunge acqua l'attività cambia poco, è come se avesse un effetto tampone, le molecole sono molto idrofiliche quindi tamponano l'effetto dell'attività dell'acqua. Le matrici hanno un comportamento differente a seconda del loro grado di idratazione. Non esistono matrici alimentari totalmente disidratate (UR 0% è teorica). Ogni prodotto alimentare ha la sua isoterma che può essere modellata con i valori di nsm e.

c (i due parametri). Sono isoterme perché se cambia T cambia aw. L'aumento di p e p' non sono uguali all'aumentare di T (p' aumenta più di p). P' si legge nella tabella del vapore, devo avere uno strumento che misura p per ricavare l'attività dell'acqua e costruire l'isoterma. Metodo indiretto di valutazione dell'attività dell'acqua. Dopo un po' di tempo anche il prodotto ha l'aw delle soluzioni saline sature. Il prodotto va in equilibrio con l'atmosfera in cui si trova. Se l'atmosfera è più secca del prodotto il prodotto cede acqua all'atmosfera, viceversa si umidifica. Alla fine ho campioni con attività dell'acqua noti, così posso misurare l'umidità. Svantaggi: i tempi per raggiungere l'equilibrio non sono rapidi (alcuni giorni), se aw alta il prodotto va incontro a fenomeni di degradazione, si sviluppano microrganismi. Igrometro. Oggi si utilizzano metodi

La T di rugiada è la T a cui l'aria (in certe condizioni) diventa satura e inizia a formarsi la condensa. 20Francesca Nasatti

Si porta l'aria alla stesa UR del campione e si misura l'aw dell'aria grazie alla misura del punto di rugiada. Questo strumento ci mette 5-10 minuti. Però se devo costruire un'isoterma ho bisogno di tanti punti, allora disidrato un campione e nel corso di un essiccamento posso a stadi intermedi del processo misurare l'umidità e ricavare strumentalmente l'aw.

L'isoterma di adsorbimento e desorbimento non sono del tutto coincidenti perché disidratando avvengono modificazioni irreversibili alla matrice e quando si reidrata non ha la stessa affinità per l'acqua e lo stesso comportamento igroscopico, cambiamenti strutturali.

Diagramma di Karel

Se non c'è un certo livello di aw i microrganismi non crescono. I batteri sono più esigenti dei lieviti che sono più

esigenti delle muffe.Il parametro aw è un parametro di controllo, standard di prodotto alimentare,in base ad esso si esclude o meno lo sviluppo di classi microbiche specifiche, inparticolare dei patogeni.

Si controlla anche l'attività enzimatica. Perché un enzima lavori c'è necessità diacqua, lavora in soluzione (è lì che incontra i substrati e i cofattori).Le lipasi lavorano su substrati non acquosi quindi c'è poco bisogno di acqua.

Le reazioni di imbrunimento non enzimatico (Maillard) iniziano con lacondensazione tra zucchero e aa. Shelf-life si considerano gli imbrunimentinon durante la cottura, sono indesiderati.

Se l'aw è bassa la reazione è lenta perché i due substrati non si muovono.Essendo una serie di condensazioni, producono acqua: se aumenta troppol'equilibrio si sposta a sx. effetto di diluizione>: la concentrazione dei substratiè minore quindi la velocità.

è rallentata.L'ossidazione dei lipidi non è mediata da enzimi. C'è un valore minimo intornoa un valore di aw. Se si scende a valori di aw più bassi l'ossidazione lipidicauamenta. Uno strato diacqua (strato monomolecolare) esercita un effetto21Francesca Nasattischermo per la matrice ossidabile, se viene tolto il substrato è subitotogliere tropa acqua aumenta la probabilita di oxaccessibile all'ossigeno(succede nei prodotti liofilizzati)Se aum la disp di acqua la velcoita aumenta: favorita mobilità quindi incontrodei substrati. Poi diminuisce per effetto diluizione (c'è troppa acqua).I patogeni sono i più sensibili all'aw, non si sviluppano a aw inferiore a 0,95.Il trasporto di acqua è in funzione al gradiente di umidità relativa, per averel'equilibrio.Il raffermimento del pane: l'acqua si sposta dall'amido alla proteina, o dallamollica alla crosta (disidratata).I biscotti

secchi umidificano quando l'aria ha UR più alta. Farcitura e prodotto da forno devono avere aw simili se no c'è trasporto di umidità. ESSICCAMENTO
Nel trasporto dell'acqua il gradiente che conta è quello di attività dell'acqua, ossia di umidità relativa. Non si elimina tutta l'acqua, quella fortemente legata e che fa parte delle strutture molecolari resta. Si allontana quella necessaria per avere un prodotto stabile. Psicrometria
Ci interessa il trasporto fra il prodotto umido e l'aria secca. L'aria contiene anche, oltre agli elementi nell'elenco, il vapore acqueo. L'aria è una miscela di aria secca e vapore acqueo. L'aria secca non cambia mai, quello che cambia è la quantità di vapore presente. Calore specifico del vapore: calore necessario a scaldare di un grado un kg di vapore. Il trasporto di vapore avviene solo se l'attività dell'acqua (umidità relativa)delprodotto è maggiore dell'umidità dell'aria.
Francesca Nasatti
Saturazione adiabatica dell'aria
Contenitore adiabatico: no scambi di calore
Nel contenitore ho dell'acqua, sulla quale si fa circolare una corrente d'aria e si stabiliscono delle condizioni di equilibrio:
L'acqua si porta alla T di bulbo umido; a l'aria deve essere più calda e più secca rispetto all'acqua pura (per essere più secca basta che abbia UR minore del 100%).
Un po' di acqua evapora e va nell'aria. L'acqua, per evaporare, ha bisogno di calore latente: non siamo all'ebollizione (condizioni di cambiamento di stato), ma nelle condizioni del raffreddamento adiabatico dell'aria, quindi l'acqua evapora perché c'è un gradiente di umidità relativa. Per passare allo stato di vapore c'è bisogno del calore latente di evaporazione, che è ceduto dall'aria (l'aria deve essere

più calda, ci deve essere gradiente di T tra aria e acqua, quindi è più calda della T bulbo umido). L'aria si raffredda, cede calore sensibile, che viene acquistato dall'acqua. Si chiama saturazione adiabatica dell'aria perché l'aria non cambia la sua entalpia: cede calore sensibile e acquista calore latente, perché si umidifica (il calore sensibile ceduto dall'aria è recuperato con l'entalpia del vapore). Esce un'aria più umida, che ha una T inferiore e una umidità superiore.

Diagramma psicrometrico

Le linee oblique corrispondono al fenomeno di saturazione adiabatica dell'aria: non cambia la T di bulbo umido, l'entalpia (tanto cede, tanto recupera), l'aria si raffredda e si umidifica.

Essiccamento convettivo

L'aria è più calda e più secca del prodotto. Sulla superficie del prodotto c'è acqua, quindi qui si ha UR maggiore rispetto a quella dell'aria.

quindi parte del calore ceduto dall'aria viene assorbito dall'acqua che evapora. La velocità del trasporto convettivo dipende da h x A x deltaT. Francesca Nasatti Il coefficiente convettivo che descrive un trasporto di materia è la diffusività materiale. La diffusione avviene se ho gradiente di concentrazione. Il coefficiente che descrive il trasporto di materia contiene la diffusività materiale. I fenomeni di trasporto di calore e di materia sono interdipendenti, perché si può evaporare vapore in funzione di quanto calore viene ceduto (se non cedo calore non ho il calore latente di evaporazione). Dentro al prodotto, se se ne va acqua dalla superficie cambia la sua concentrazione tra la superficie e il cuore del prodotto: avviene diffusione (gradiente di concentrazione). Sulla superficie del prodotto, finché c'è acqua libera, si instaura la T di bulbo umido (se ho acqua libera ci sono gli stessi fenomeni che ci sarebbero in

unavaschetta d'acqua, ossia la saturazione adiabatica).Quindi, si porta alla T di bulbo umido ma se il cuore è più freddo si haconduzione dentro al prodotto.Man mano che il prodotto si disidrata non ho più acqua libera, quindi la T salefinché si raggiunge un nuovo equilibrio.Quando non ci sarà più acqua evaporabile, l'aria scalderà il prodotto: all'inizio,la T del prodotto è alla T di bulbo umido (non è calda); quando non c'è piùacqua libera la T sale e alla fine dell'essiccamento la T del prodotto tenderà allaT dell'aria.Bilanci materiali ed energetici negli essiccatoriLe portate di aria sono enormi, per cui si usa l'aria ambiente, che vieneriscaldata in uno scambiatore di calore (mentre la riscaldo dim UR). Poiincontra il prod