«Nuova tecnologia per il trattamento di liquidi alimentari»

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1 Tecnologia Sviluppata nell ambito del progetto T.I.L.A. Co-finanziato dalla Regione Toscana «Nuova tecnologia per il trattamento di liquidi alimentari» Produzione di birra Compattezza ( all-in-one ) Temperature inferiori Efficienza energetica Impiego di ingredienti in minore quantità Pastorizzazione di liquidi alimentari Pastorizzazione a temperature inferiori Superiori qualità organolettiche e nutrizionali Efficienza energetica

2 In poche parole: cos è? Un sistema esclusivamente fisico (cioè, senza additivi chimici), basato sul fenomeno della cavitazione idrodinamica, ideato e realizzato interamente in Italia in collaborazione con il Cnr e anche grazie a co-finanziamento della Regione Toscana, che consente di pastorizzare liquidi alimentari come latte, succhi di frutta, birra, ecc, così come di depurare l acqua da microorganismi e batteri, a temperature decisamente più basse rispetto ai normali processi termici, consentendo allo stesso tempo di risparmiare energia anche grazie a una speciale soluzione costruttiva che ne esalta l efficienza e di conservare migliori qualità organolettiche e nutrizionali dei prodotti. La tecnologia può essere predisposta e installata sia per un processo completo, sia come stadio finale di un processo di pastorizzazione in cui fino a circa 50 C il liquido viene scaldato con metodi convenzionali e/o già esistenti e funzionanti; la seconda soluzione può essere talvolta preferibile al fine di ridurre al minimo eventuali, sebbene comunque molto limitati, processi ossidativi.

3 Tecnologia già presentata a Conferenza internazionale e sottomesso come articolo scientifico Soluzione validata dalla comunità scientifica

4 Obiettivi fondamentali Investigare comparativamente l efficacia della letalità indotta su un lievito comune Saccharomyces cerevisiae (SC) da processi di Cavitazione Idrodinamica (HC) Sviluppare modelli più semplici possibili e riusabili per la valutazione indiretta (bulk) e diretta (microbiologica) della letalità Dimostrare la letalità sulla scala industriale Ottimizzare l efficienza energetica

5 Metodi principali Poiché i SC risiedono in più liquidi alimentari, per assicurare ai test la massima generalità è stata utilizzata l acqua La letalità indotta è stata valutata per mezzo di un metodo di facilissima accessibilità il consumo della loro principale risorsa, lo zucchero I modelli di letalità sono stati validati per mezzo di osservazioni microbiologiche dirette Sono state comparate le letalità indotte con processi puramente termici con quelle indotte da processi HC, inserendovi le considerazioni energetiche

6 Risultati principali (1 di 2) La letalità indotta sui SC da processi sinergici termici + HC raggiunge il livello di efficacia del 90% a temperature tra 6 C e 9 C inferiori rispetto a processi puramente termici Il risparmio energetico è al minimo del 3% per ogni C in meno rispetto a processi puramente termici Elevatissima efficienza di conversione da elettricità a calore nei processi HC

7 Risultati principali (2 di 2) Sia i modelli bulk sia quelli microbiologici sono stati validati Fortissimo incremento della letalità indotta dai processi HC tra 50 C e 52 C o Conseguentemente, il liquido può essere riscaldato fino a circa 50 C con qualsiasi altra tecnica alternativa e/o preesistente o La tecnologia può quindi essere utilizzata «da sola» oppure come «stadio finale» collocato in serie in impianti di pastorizzazione o La soluzione «ultimo stadio» può essere preferibile per minimizzare eventuali (comunque limitati) processi ossidativi Molto spazio per ulteriori miglioramenti: più reattori in serie, ottimizzazione dei regimi di cavitazione anche in funzione dello specifico liquido, ecc

8 Cavitazione idrodinamica nei liquidi CAVITAZIONE = fenomeno della formazione, crescita, e implosione di bolle di vapore (o vuote, semi-vuote, o piene di plasma tenue) in un mezzo liquido Nel corso della fase di collasso adiabatico, la temperatura e la pressione nella cavità crescono enormemente e si verificano alcune reazioni chimiche che coinvolgono specie radicali Metodo efficace per stimolare/velocizzare/incrementare processi chimici e fisici per mezzo della cessione locale di energia in densità molto elevate o estreme, dell aumento dei coefficienti di trasferimento e della generazione di specie ossidanti

9 Cavitazione idrodinamica nei liquidi Nelle numerose applicazioni proposte per l abbattimento di microorganismi, batteri, funghi e spore nei liquidi alimentari, è stato osservato un forte «effetto sinergico» termico + cavitazionale, che si incrementa molto rapidamente oltre una certa temperatura

10 Installazione sperimentale a scala industriale Per regolare la pressione e quindi il «regime di cavitazione» 5 m

11 Installazione sperimentale a scala industriale Pompa centrifuga = Lowara SHE /40 (potenza meccanica 4kW) Circuito principale = acciaio AISI 304 Volume del circuito principale = 90 litri Volume del circuito secondario (di raffreddamento) = 25 litri

12 Installazione sperimentale: un reattore a cavitazione

13 Installazione sperimentale: preparazione e misure 40 C Nutrienti = APA + vitamine + minerali Saccharomyces cerevisiae = lievito, sempre 50 grammi Zucchero = circa 20 kg Acqua normale a temperatura ambiente per riempire il circuito Zucchero Guyot (errore misurato = 5 g/litro) Blu di Metilene = per colorare le celle morte da poco Microscopio «biologico» = Semplice 600x con camera digitale 600x Camera di conteggio «Buerker» = per contare le celle vive (bianche) e morte (blu)

14 ID esperimento Sommario dei Risultati Temperatura per Letalità=90% ( C) Test TERMICO 62.8 Differenza di Temperatura rispetto al test TERMICO Risparmio energetico (**) (%) Test PIASTRA FORATA Test VENTURI # Test VENTURI #3_flash (*) % Test VENTURI # (*) Unico test senza raffreddamento controllato (quindi, circa «adiabatico»), per il quale è calcolato il risparmio energetico (**) Si tratta di una stima largamente cautelativa, avendo trascurato sia la particolare efficienza di conversione elettro-termica del sistema, sia le sue perdite di calore nell ambiente per insufficiente isolamento

15 Esperimento Flash : sinergia termico + cavitazionale Letalità = 55.9 cioè, 7.0 C inferiore rispetto al Test TERMICO