stria lattiero casearia: settore dello yogurt

Applicazione di un viscosimetro on-line nell’industria lattiero casearia: settore dello yogurt
Gianluigi Maiocchi, Marco Antonini
l monitoraggio di tutte le fasi di produzione degli alimenti lattiero caseari, in
particolare yogurt, rappresenta un
aspetto fondamentale per il controllo dei
parametri tecnologici quali pH, acidità,
temperatura, tempi e viscosità, al fine di
ottenere prodotti rispondenti agli standard qualitativi definiti. Attualmente, la
maggior parte dei parametri viene controllata anche on line, mentre nel caso
della viscosità è possibile effettuare la
verifica unicamente sul prodotto finito
dopo la fase di raffreddamento.
La misurazione on line della viscosità
permetterebbe di verificare e ottimizzare
il processo di produzione e di ricercare il
migliore set-up di tutti i parametri produttivi, con lo scopo di ottenere un prodotto con la migliore viscosità e consistenza. La collaborazione YOMO-CBC
(Europe) Ltd nasce dall’esigenza di testa-
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re nel campo lattiero caseario l’utilizzo di
un viscosimetro in grado di effettuare
misurazioni on line. Questo strumento
permette di misurare la viscosità dello
yogurt durante il processo anziché, come
normalmente avviene, sul prodotto finito
a 4°C dopo 24 ore dalla produzione.
La sperimentazione è stata condotta
presso l’impianto pilota della direzione
centrale ricerche del gruppo YOMO, utilizzando il viscosimetro VISCOMATE
FVM 80A (CBC Materials Co) messo a
disposizione dalla CBC (Europe) Ltd.
sede di Milano.
Il centro pilota è dotato di un assetto
impiantistico, produttivo e tecnologico
flessibile ed è dimensionato in scala 1:10,
rispetto a quello produttivo, per conseguire un’ottima riproducibilità del processo su scala industriale (Fig. 1).
Fig. 1 – L’impianto pilota.
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Gianluigi Maiocchi, Marco Antonini
Nella produzione di yogurt e latti fermentati, gli elementi essenziali ai fini della
determinazione delle caratteristiche reologiche ed organolettiche dei prodotti
sono: la tecnologia impiegata, l’assetto impiantistico e la formulazione del prodotto. Tali elementi devono essere necessariamente ottimizzati e standardizzati al fine di migliorare in modo naturale la consistenza dello yogurt, di garantire un’alta
qualità del prodotto finito, di ridurre i costi di produzione, di mantenere il più possibile le caratteristiche reologiche, sensoriali e nutrizionali del prodotto originale
lungo tutta la fase di produzione e per
tutta la durata della vita commerciale.
In particolare, per quanto riguarda
uno yogurt/latte fermentato “a coagulo
liscio”, una struttura omogenea ed una
consistenza cremosa sono i requisiti
essenziali che possono essere ottenuti
con appropriate componenti impiantistiche e applicando condizioni ottimali di
processo.
Il processo di produzione è necessariamente complesso a causa dei numerosi fattori meccanici e dei parametri in
gioco tra cui la velocità di rotazione del
miscelatore all’interno del tank di fermentazione, le pompe meccaniche utilizzate per il trasferimento dello yogurt/latte fermentato, l’utilizzo di curve, valvole e
restringimenti dei tubi, il passaggio attraverso mixer dinamici o statici e piastre di
raffreddamento degli scambiatori, nonché
la velocità con cui si realizza il raffreddamento.
Lo studio, il controllo e la standardizzazione dei parametri operativi in gioco
possono essere realizzati utilizzando un
viscosimetro on line installabile in punti
diversi dell’impianto.
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Oltre ai parametri di processo, un
altro elemento che influenza la viscosità
dello yogurt è la formulazione del prodotto, che è legata alla composizione
(materie prime, ingredienti e additivi
aggiunti) e alle colture starter utilizzate
per la fermentazione.
Scopo delle prove
In linea di massima è possibile individuare
una serie di aspetti rilevanti da indagare
sperimentalmente:
• Sperimentare l’applicabilità on line
del viscosimetro VISCOMATE FVM 80A
nel settore lattiero caseario, in particolare su diverse tipologie di yogurt;
• Valutare la sensibilità dello strumento;
• Valutare i vantaggi tecnologici e produttivi derivanti dalla possibilità di poter
disporre di una misurazione on line della
viscosità;
• Disporre di risultati sperimentali statisticamente significativi, da utilizzare
anche nel gruppo di lavoro incaricato di
formulare nuove proposte nel settore
della reologia dei latti fermentati.
La sperimentazione è stata condotta
sulle seguenti tipologie di prodotto a
diverse temperature nell’intervallo compreso tra 20 e 40°C:
• yogurt intero
• yogurt intero zuccherato
• yogurt magro 0,1% di grasso
Le prove sono state effettuate su
quantitativi di yogurt significativi ai fini
della riproducibilità (maturatori di 300
litri).
Prove sperimentali
L’apparecchio è stato testato nelle condi-
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Viscosità on-line di yogurt
zioni e con gli assetti impiantistici esistenti nel centro pilota, ed installato, con
apposita flangia, ad una distanza di 50 cm
dal dispositivo di lisciatura, al fine di evitare interferenze nella lettura dei parametri
di processo.
Le variabili considerate per testare il
viscosimetro di processo sono:
1) il livello di apertura del dispositivo
meccanico di lisciatura (controllo della
contropressione esercitata sullo yogurt)
2) la portata della pompa volumetrica
per lo yogurt
3) la temperatura del prodotto in un
range compreso tra 20°C e 40°C.
Variazione del grado di apertura
del dispositivo meccanico di lisciatura del coagulo lattico
Il livello di apertura del dispositivo meccanico di lisciatura è stato modificato
dalla condizione tutto aperto, metà, fino a
tutto chiuso, mantenendo costante la
portata della pompa. Per ognuna delle
condizioni si è registrato il valore indicato
dal viscosimetro e si è prelevato un campione che è stato sottoposto all’analisi
della viscosità dopo sosta di 24 ore in
cella frigorifera (metodo Brookfield 4°C 30’’).
Variazione progressiva del numero
di giri della pompa volumetrica e
quindi della portata
La scelta appropriata e il dimensionamento della pompa sono di notevole
importanza per determinare il corretto
flusso dello yogurt attraverso i tubi. Una
pompa di dimensioni troppo piccole
lavorerebbe ad un numero di giri troppo
elevato e viceversa una pompa di dimen-
sioni elevate lavorerebbe in modo
discontinuo determinando sul prodotto
condizioni di stress disomogenee.
Entrambe le condizioni provocano stress
meccanico sul prodotto con perdita di
viscosità e consistenza.Tale inconveniente
può essere minimizzato modificando la
formulazione del prodotto, ma con conseguente aumento dei costi.
Per ridurre gli effetti dello stress meccanico sul prodotto, è invece consigliabile
operare ad un basso numero di giri di
rotazione della pompa limitando il danneggiamento della struttura dello yogurt.
Il flusso dello yogurt è stato aumentato, incrementando il numero di giri della
pompa volumetrica, ma mantenendo
costante il grado di apertura del dispositivo di lisciatura. Questa prova ha permesso di studiare la sensibilità dello strumento nei confronti della diminuzione
progressiva della viscosità causata dallo
stress meccanico indotto dalla pompa
volumetrica.
Raffreddamento dello yogurt in
maturatore e misurazione on line
della viscosità
L’esperienza ha dimostrato che la fase di
miscelazione dello yogurt con puree di
frutta o altri semilavorati, che in genere
avviene a temperature inferiori a 3035°C, gioca un ruolo fondamentale sulle
caratteristiche reologiche del prodotto
determinando perdite di viscosità pari al
20-30%.
Lo yogurt è stato progressivamente
raffreddato mediante acqua gelida, circolante nell’intercapedine del maturatore di
fermentazione, ed è stata misurata la
viscosità in linea del prodotto, mantenendo costanti la portata della pompa e l’a-
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Gianluigi Maiocchi, Marco Antonini
pertura del dispositivo di lisciatura.
Queste prove hanno permesso di studiare la sensibilità dello strumento nei confronti della variazione di viscosità dovuta
al processo di raffreddamento del prodotto prima del confezionamento.
Espressione dei risultati
Il viscosimetro VISCOMATE FVM 80A
fornisce valori di viscosità in tempo reale
ed espressi in mPa s. Sono state misurate
viscosità comprese tra 12,8 e 41,5 mPa s.
Il viscosimetro da laboratorio (metodo Brookfield) fornisce valori di viscosità
espressi in cPs (centipoise) misurati a 30’’
sul prodotto a 4°C. Sono state misurate
viscosità comprese tra 3920 e 14600 cPs.
Risultati - dispositivo di lisciatura
Riguardo la sensibilità dello strumento
alla variazione del grado di apertura del
dispositivo di lisciatura si è osservato una
diminuzione dei valori di viscosità con
l’aumento del livello di contropressione al
flusso dello yogurt. La progressiva chiusura del sistema meccanico di lisciatura
determina un maggiore stress meccanico
sul prodotto che fluisce nelle tubazioni.
L’attendibilità della misurazione è stata
verificata mediante analisi della viscosità
del prodotto a 4°C dopo 24 ore dalla
produzione mediante metodo Brookfield
misurato a 30’’.
È stata rilevata una corrispondenza
tra i valori di viscosità misurata on line e
quelli misurati sul prodotto freddo (Fig.
2a e Fig. 2b).
Risultati - pompa volumetrica
Le prove effettuate su tutti i prodotti
hanno evidenziato una buona sensibilità
dello strumento ed hanno confermato
che la viscosità diminuisce al crescere del
numero di giri della pompa (Fig. 3).
Risultati - temperatura
Le prove effettuate su tutti i prodotti
hanno evidenziato una buona sensibilità
dello strumento che ha confermato l’aumento della viscosità con la diminuzione
progressiva della temperatura dello
yogurt (Fig. 4).
Fig. 2a
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Viscosità on-line di yogurt
Fig. 2b
Fig. 3
Fig. 4
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Gianluigi Maiocchi, Marco Antonini
Conclusioni
L’utilizzo del viscosimetro on line, che fornisce valori di viscosità in tempo reale,
consente di intervenire sui parametri di
processo (temperatura, portata della
pompa, dispositivo di lisciatura, ecc.),
modificandoli e ottimizzandoli in modo
tale da ottenere uno yogurt con coagulo
lattico liscio e omogeneo, con buona
consistenza e viscosità, ottenuto con le
migliori prestazioni tecnologiche.
Il viscosimetro VISCOMATE FVM 80°
è risultato uno strumento preciso, affidabile e accurato nella misurazione della
viscosità on line; consente di controllare il
processo produttivo e di ottimizzare e
standardizzare i parametri tecnologici; è
di facile installazione e igienizzazione con
i normali lavaggi e sanifiche in C.I.P.
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Si ritiene interessante l’applicazione
dello strumento a livello industriale in
quanto consente l’ottimizzazione dei
parametri operativi nella fase di avviamento di ogni singola produzione; il controllo diretto dei dati in tempo reale con
la possibilità di modifiche nel corso della
produzione; una migliore standardizzazione del parametro viscosità per le diverse
tipologie di yogurt; la possibilità di collegamento ad un personal computer per la
registrazione e l’archiviazione dei dati
relativi a tutta la produzione.
Gianluigi Maiocchi, Marco Antonini
Ricerca e sviluppo Gruppo YOMO
Strada Provinciale 30
20080 Pasturago di Vernate, Milano, Italia
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