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FM-07022015-sacc-figura_1Firenze, 7 feb – Un team di ricercatori del Cnr ha sviluppato una tecnologia elettromeccanica per abbattere lieviti, batteri e microorganismi patogeni nei liquidi alimentari a basse temperature, consentendone una migliore conservazione del gusto e delle proprietà nutritive – in gergo, delle qualità organolettiche e nutrizionali – e allo stesso tempo di risparmiare energia.

Praticamente qualsiasi liquido alimentare, dal latte ai succhi di frutta, così come la birra, deve essere pastorizzato prima dell’immissione al consumo, in modo da renderlo sufficientemente sicuro sul piano sanitario. La pastorizzazione è tradizionalmente effettuata per via termica, scaldando il liquido fino a temperature variabili tra oltre 70°C e 140°C, secondo lo specifico liquido e il tempo stabilito per la sua conservazione. Così facendo, oltre ai notevoli costi energetici per il riscaldamento, sia il gusto dell’alimento sia le sue qualità nutrizionali si degradano notevolmente.

I ricercatori dell’Istituto di Biometeorologia di Firenze (Ibimet), tra cui lo scrivente, e dell’Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati di Palermo (Ismn), hanno portato per la prima volta alla scala pre-industriale l’applicazione di una tecnologia sempre più studiata negli ultimi due decenni, quella della cavitazione idrodinamica, per sanificare liquidi alimentari a temperature più basse rispetto alla classica pastorizzazione.

cavitazione-elicheLa cavitazione idrodinamica, fenomeno noto da tempo in campo nautico per essere particolarmente dannoso per le eliche dei natanti, consiste nella formazione di miriadi di micro-bolle di dimensione variabile tra pochi milionesimi di metro e alcuni centesimi di millimetro in corrispondenza della fortissima depressione dovuta all’accelerazione del liquido a valle di una strozzatura in un circuito, oppure in presenza di un corpo dotato di velocissima rotazione come le eliche delle navi, e del successivo collasso delle stesse micro-bolle entro pochi millesimi di secondo.

cavitazione-bollaNel corso del collasso delle micro-bolle sono raggiunte temperature localmente superiori a 5 mila gradi, e occasionalmente fino a 20 mila gradi e oltre, onde di pressione fino a 2 mila atmosfere e getti di liquido con velocità fino a centinaia di km all’ora, questi ultimi principali responsabili dei danni alle eliche.

In pratica, è possibile sfruttare il fenomeno della cavitazione come un “concentratore” di energia diffusa in aree microscopiche dove la densità energetica aumenta anche milioni di volte, accelerando reazioni chimiche e biochimiche e, come nel caso in oggetto, distruggendo i microorganismi indesiderati.

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Tubo Venturi

I ricercatori del Cnr sono stati in grado di controllare il fenomeno della cavitazione idrodinamica mediante l’apposizione in un circuito idraulico di una strozzatura in forma di piastra forata o di tubo Venturi, regolando quindi la circolazione del liquido alimentare da trattare, prodotta da una opportuna pompa centrifuga, in modo che fosse massimizzato l’effetto meccanico (onde di shock di pressione e getti idraulici), allo stesso tempo contenendo al minimo l’altro fenomeno tipico della cavitazione che è la produzione di sostanze ossidanti, tra cui in particolare lo ione idrossido OH, potenzialmente nocive alla qualità dei liquidi stessi. Il compito della distruzione dei microorganismi è stato quindi riservato direttamente agli shock meccanici e ai getti idraulici.

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Foto al microscopio dei lieviti Saccharomyces Cerevisiae

La ricerca è stata applicata alla inattivazione in soluzione acquosa dei lieviti Saccharomyces Cerevisiae, i più utilizzati nell’industria alimentare per la fermentazione del vino e della birra, così come responsabili delle alterazioni e del deterioramento dei succhi di frutta e del latte, nonché tra i  microorganismi più resistenti agli shock termici e meccanici.

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Risultati fondamentali: pastorizzazione a temperature più basse

Tra i risultati fondamentali, ottenuti per via sperimentale dopo un intenso lavoro teorico, la dimostrazione della pastorizzazione a temperature di almeno 10°C inferiori rispetto alle tecniche classiche, quindi il miglioramento deciso delle qualità dei prodotti, un risparmio di energia prossimo al 30% e la definizione rigorosa di tutti i parametri operativi necessari all’ottimizzazione del processo alla scala industriale.

Di particolare rilievo industriale è il fatto che la nuova tecnologia non impiega componenti proprietarie ma soltanto commerciali, economiche e ampiamente disponibili, né utilizza alcun componente chimico.

La scheda della ricerca

Chi: Istituto di biometeorologia e Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati del Cnr

birraChe cosa: sviluppata una nuova tecnologia alla scala industriale, in grado di pastorizzare liquidi alimentari a temperature molto più basse rispetto alle tecniche classiche, preservando migliori qualità organolettiche e nutrizionali dei liquidi alimentari e consentendo un notevole risparmio energetico. Lo studio è stato pubblicato sulla importante rivista Energy science & engineering: L. Albanese et al. “Energy efficient inactivation of Saccharomyces cerevisiae via controlled hydrodynamic cavitation”. http://dx.doi.org/10.1002/ese3.62

Altro: lo studio è stato parzialmente finanziato dalla Regione Toscana con il progetto T.I.L.A.

Francesco Meneguzzo

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