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La ricerca
nell’industria alimentare
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La ricerca
nell’industria alimentare
Attraverso la simulazione è possibile studiare la sensibilità del processo ai parametri e alle variabili, al fine di controllare la produzione, la qualità del prodotto finale e di ottimizzare il processo
di Vittorio Romano, Dipartimento di Ingegneria Chimica e Alimentare,
Università degli Studi di Salerno, vromano@unisa.it
La ricerca attuale nell’industria alimentare per la trasformazione e la conservazione degli alimenti ha rivolto i propri sforzi a tecnologie alimentari in grado di fornire alimenti non solo microbiologicamente sicuri, ma anche di qualità superiore, con proprietà organolettiche e nutrizionali prossime a quelle dei prodotti freschi.
Queste proprietà vengono profondamente modificate durante i trattamenti termici tradizionalmente utilizzati, a causa dell'effetto della temperatura e dei tempi di trattamento richiesti per garantire la sicurezza microbiologica degli alimenti. In particolare, i nutrienti, come proteine, vitamine, zuccheri e lipidi, o gli aromi, sono termolabili e subiscono denaturazioni o reazioni con altri componenti che riducono nettamente il valore nutrizionale dell'alimento.
L'aspetto, ed in particolare il colore, può cambiare notevolmente, a causa della scomparsa di pigmenti o della formazione di sottoprodotti generati da altre reazioni. Infine, è possibile un danno meccanico dei prodotti trattati, rivelabile in una perdita di consistenza o, addirittura, nella rottura della struttura dell'alimento. Per tali motivi, la ricerca nel campo alimentare ha sviluppato tecnologie alternative, proponendo l’utilizzo di microonde e radio frequenze nei processi di trasformazione e conservazione che coinvolgono il trasporto di calore. In particolare, il riscaldamento mediante microonde è stato proposto per lo scongelamento e l'essiccamento di alimenti diversi, il riscaldamento di cibi precotti, la pastorizzazione e la sterilizzazione. Lo scongelamento e la cottura di carni sono stati studiati con l’uso delle radio-frequenze. Il riscaldamento mediante microonde, finalizzato alla pastorizzazione o la sterilizzazione di alimenti, può essere trattato come un problema di trasporto termico in cui bisogna tenere in conto anche i flussi indotti dalla sorgente elettromagnetica. Per completare la descrizione matematica del fenomeno, occorre definire opportune condizioni al contorno in cui bisogna considerare anche l’eventuale perdita di calore associata allo scambio di materia che avviene negli strati più esterni dell’alimento. Nell’applicazione delle microonde alla sterilizzazione, bisogna anche valutare il cosiddetto fattore di sterilità e i tempi di sterilizzazione, per confrontarli con quelli dei trattamenti tradizionali, praticati dalle industrie alimentari. Si ottiene in tal modo un modello matematico, cioè una semplice equazione o un sistema di equazioni, in grado di descrivere analiticamente e di simulare il fenomeno il fisico della sterilizzazione. La modellazione matematica è uno strumento fondamentale per progettare e gestire processi industriali, in quanto, attraverso la simulazione è possibile studiare la sensibilità del processo ai parametri e alle variabili, al fine di controllare la produzione, la qualità del prodotto finale e di ottimizzare il processo. Per le caratteristiche tipiche dei sistemi alimentari (proprietà termiche non lineari e non isotropiche, forme irregolari e contorni indefiniti) e per la particolarità dei fenomeni di trasporto coinvolti nei diversi processi di trasformazione, è necessaria una simulazione numerica del modello matematico con strumenti di analisi numerica avanzati. La tecnica numerica che ha riscosso il maggior successo è stato il Metodo degli Elementi Finiti (MEF), dovuto alla flessibilità e alla sua potenzialità di simulare processi a cui sono sottoposti alimenti non-omogenei, di forma irregolare e contorni non sempre definiti.
In tale contesto, è stata avviata una collaborazione con l’Azienda Alfonso Sellitto SpA., situata a Mercato San Severino in provincia di Salerno, (http://www.sellittospa.it/asp/index.asp), per valutare la convenienza del riscaldamento a microonde per il processo di pastorizzazione ed, eventualmente, di sterilizzazione di alcuni prodotti provenienti dalla lavorazione e trasformazione dei pomodori, che necessitano di essere conservati per essere commercializzati e, infine, consumati in tempi diversi da quelli in cui vengono prodotti. |
