Concentrazione nel settore alimentare e delle bevande
La concentrazione degli alimenti consiste nella rimozione di parte del solvente dagli alimenti liquidi per migliorarne la produzione, la conservazione e il trasporto. Può essere suddivisa in concentrazione per evaporazione e concentrazione per congelamento.
Concentrazione per evaporazione
L'evaporazione si basa sulla differenza di volatilità tra soluto e solvente. Quando la volatilità del soluto nella soluzione è bassa e quella del solvente è elevata, il solvente viene vaporizzato dal riscaldamento per concentrare la soluzione. La soluzione alimentare da concentrare viene posta in un evaporatore e riscaldata da una fonte di calore esterna. Man mano che la temperatura aumenta, il solvente (acqua) presente nella soluzione si trasforma in vapore, poiché il punto di ebollizione dell'acqua è relativamente basso e vaporizza facilmente.
Durante il processo di evaporazione, il vapore del solvente fuoriesce continuamente, mentre il soluto (come zuccheri, proteine, minerali, vitamine, pigmenti e altri componenti non volatili o difficilmente volatili) rimane nella soluzione residua grazie al suo punto di ebollizione più elevato e alla sua minore volatilità. Il vapore del solvente evaporato viene quindi raccolto e raffreddato tramite un condensatore per riconvertirlo allo stato liquido. Questo processo consente di recuperare parte dell'energia e di ridurre il consumo energetico. L'acqua di condensa può essere riciclata o smaltita.
La soluzione originale viene concentrata in un volume minore dopo evaporazione e condensazione, a causa dell'aumento della concentrazione del soluto. La soluzione alimentare concentrata può essere utilizzata per successive lavorazioni, come ulteriore essiccazione, produzione di caramelle, marmellate, succhi di frutta, oppure come materia prima intermedia per la produzione alimentare.
I sistemi di evaporazione e concentrazione multistadio o multieffetto sono spesso utilizzati nella produzione industriale. A seconda delle esigenze dei singoli processi produttivi, la concentrazione degli alimenti deve essere misurata con precisione in tempo reale per garantire una qualità del prodotto stabile e migliorare l'efficienza di concentrazione. ContattoLonnmeter, un fornitore online di misuratori di concentrazione, per ulteriori informazionimisuratore di concentrazione onlinesoluzioni.
Caratteristiche principali dell'evaporazione e della concentrazione
Nella lavorazione di alimenti e bevande, la temperatura e il tempo di riscaldamento devono essere attentamente considerati. Una temperatura bassa e un tempo breve servono principalmente a garantire la massima qualità possibile degli alimenti, mentre una temperatura elevata e un tempo breve mirano principalmente a migliorare l'efficienza produttiva.
Un riscaldamento eccessivo provoca la degenerazione, la carbonizzazione e l'agglomerazione di proteine, zuccheri e pectina. Il materiale lavorato a stretto contatto con la superficie di scambio termico è soggetto alla formazione di incrostazioni alle temperature più elevate, rispetto alla temperatura del materiale circostante. Una volta formate, le incrostazioni compromettono seriamente l'efficienza dello scambio termico e possono persino causare problemi di sicurezza. Una soluzione efficace per risolvere il problema delle incrostazioni è aumentare la velocità del liquido. L'esperienza ha dimostrato che l'aumento della velocità del liquido può ridurre significativamente la formazione di incrostazioni. Inoltre, è possibile adottare metodi anticalcare elettromagnetici e chimici per prevenire la potenziale formazione di incrostazioni.
Viscosità
Molti alimenti sono ricchi di proteine, zuccheri, pectina e altri ingredienti ad alta viscosità. Durante il processo di evaporazione, la viscosità della soluzione aumenta con la concentrazione, mentre la fluidità diminuisce, ostacolando significativamente la conduzione del calore. Pertanto, per l'evaporazione di prodotti viscosi, si ricorre generalmente a metodi di circolazione o agitazione forzata da una forza esterna.
Schiumabilità
Gli alimenti con un maggiore contenuto proteico presentano una tensione superficiale più elevata. Durante l'evaporazione e l'ebollizione, si formano schiume sempre più stabili, che possono facilmente far entrare il liquido nel condensatore insieme al vapore, causando una perdita di liquido. La formazione di schiuma è correlata alla tensione interfacciale. La tensione interfacciale si verifica tra vapore, liquido surriscaldato e solidi sospesi, e i solidi svolgono un ruolo fondamentale nella formazione della schiuma. Generalmente, si possono utilizzare tensioattivi per controllare la formazione di schiuma, e si possono anche utilizzare vari dispositivi meccanici per eliminarla.
Corrosità
Alcuni alimenti acidi, come i succhi di verdura e di frutta, sono soggetti alla corrosione dell'evaporatore durante i processi di evaporazione e concentrazione. Nel caso degli alimenti, anche una lieve corrosione può causare contaminazioni che rendono il prodotto non idoneo. Pertanto, l'evaporatore utilizzato per alimenti acidi deve essere realizzato con materiali resistenti alla corrosione e termicamente conduttivi, e la sua struttura deve essere facilmente sostituibile. Ad esempio, per la concentrazione di soluzioni di acido citrico si possono utilizzare tubi riscaldanti in grafite impermeabile o evaporatori a sandwich in smalto resistente agli acidi.
Componenti volatili Molti alimenti liquidi contengono componenti aromatici e gustativi, che sono più volatili dell'acqua. Quando il liquido evapora, questi componenti si disperdono insieme al vapore, compromettendo la qualità del prodotto concentrato. Sebbene la concentrazione a bassa temperatura possa ridurre la perdita di componenti aromatici, un metodo più efficace consiste nell'adottare misure di recupero e quindi aggiungere tali componenti al prodotto dopo il recupero.
Concentrazione per congelamento
Quando un liquido derivato da una materia prima alimentare (come succhi di frutta, prodotti caseari o altre soluzioni contenenti un'elevata quantità di acqua) viene raffreddato a bassa temperatura, quando la temperatura scende al di sotto del punto di congelamento, le molecole d'acqua presenti nella soluzione precipitano sotto forma di cristalli di ghiaccio. Questo accade perché l'acqua raggiunge l'equilibrio solido-liquido a una specifica temperatura e pressione. Al di sotto di questa temperatura, l'acqua libera in eccesso congela per prima, mentre i soluti (come zuccheri, acidi organici, pigmenti, aromi, ecc.) non congelano facilmente con l'acqua a causa della loro diversa solubilità, rimanendo quindi allo stato concentrato non congelato.
Separazione dei cristalli di ghiaccio
I cristalli di ghiaccio formatisi vengono separati dal concentrato mediante centrifugazione, filtrazione o altri metodi fisici. Questo processo non comporta l'evaporazione dei soluti, pertanto può prevenire efficacemente la degradazione degli ingredienti termosensibili e la perdita di aroma. Il concentrato ottenuto dopo la separazione dei cristalli di ghiaccio è il prodotto concentrato congelato, che presenta una concentrazione di soluti significativamente più elevata rispetto alla soluzione originale, pur mantenendo in gran parte il colore, il gusto, il valore nutrizionale e l'aroma originali dell'alimento.
Controllo delle condizioni di congelamento
Durante il processo di concentrazione per congelamento, fattori quali velocità di congelamento, temperatura e tempo di congelamento devono essere controllati con precisione per ottimizzare le dimensioni, la morfologia e la separazione dei cristalli di ghiaccio dal concentrato, garantendo così la qualità del prodotto finale. La tecnologia di concentrazione per congelamento è particolarmente adatta per alimenti e bevande termosensibili, come succhi di frutta e verdura freschi, prodotti biologici, farmaceutici e condimenti di alta gamma. Permette di massimizzare la qualità naturale delle materie prime e offre vantaggi in termini di risparmio energetico ed elevata efficienza. Tuttavia, questo metodo presenta anche alcune limitazioni. Ad esempio, il processo di concentrazione non può essere sterilizzato efficacemente e potrebbe richiedere un trattamento di sterilizzazione aggiuntivo. Inoltre, per alcune soluzioni ad alta viscosità o contenenti ingredienti speciali, la difficoltà di separare i cristalli di ghiaccio dal concentrato può aumentare, con conseguente riduzione dell'efficienza di concentrazione e aumento dei costi.
Data di pubblicazione: 13 febbraio 2025
