Le applicazioni di raffreddamento nell'industria alimentare rappresentano uno degli strati ingegneristici più invisibili, ma al tempo stesso più determinanti, dell'intero processo produttivo: il sapore, la consistenza, la durata di conservazione e la sicurezza alimentare di un prodotto dipendono infatti, quasi sempre, dal controllo della temperatura al momento giusto e al valore corretto. Quando si parla di raffreddamento di processo alimentare non si deve pensare soltanto alla refrigerazione dei magazzini: le soluzioni chiller per il settore alimentare intervengono nel cuore della linea produttiva, in punti critici come l'abbattimento rapido dopo la cottura, il mantenimento costante della temperatura di fermentazione, il raffreddamento successivo alla pastorizzazione e il condizionamento della linea di riempimento. In questo articolo affrontiamo il raffreddamento delle bevande e le applicazioni generali del chiller di processo alla luce delle specifiche esigenze di igiene, stabilità e continuità proprie della produzione alimentare e delle bevande.
Perché il raffreddamento di processo alimentare è così critico?
Nella produzione di alimenti e bevande la temperatura costituisce la prima linea di difesa della sicurezza microbiologica. Quanto più si riduce il tempo che un prodotto sottoposto a trattamento termico trascorre nell'intervallo di temperatura pericoloso, tanto minore è il rischio di proliferazione microbica; per questo il raffreddamento rapido dopo la cottura e la pastorizzazione non è un comfort, bensì un obbligo di qualità e sicurezza alimentare. Lo stesso controllo della temperatura determina anche le caratteristiche fisiche del prodotto: una salsa o una confettura raffreddata in modo rapido e controllato mantiene la consistenza desiderata, mentre in un prodotto raffreddato senza controllo possono comparire separazione di fase, cristallizzazione o alterazioni della struttura.
Sul fronte delle bevande il quadro è ancora più delicato. Poiché nelle bevande gassate la solubilità dell'anidride carbonica dipende direttamente dalla temperatura, mantenere il prodotto a una temperatura bassa e stabile prima del riempimento garantisce sia la ritenzione del gas nel prodotto sia un funzionamento regolare della linea di riempimento, senza formazione di schiuma. In questi punti il criterio da adottare non è la capacità, bensì la stabilità della temperatura.
Punti di processo critici: dove entra in gioco il chiller?
Negli impianti alimentari e delle bevande il carico del chiller non si concentra in un unico punto: esso è l'infrastruttura comune di processi dal carattere molto diverso tra loro. I punti di utilizzo tipici possono essere così elencati:
- Passaggio rapido del prodotto attraverso l'intervallo di temperatura pericoloso dopo cottura e scottatura
- Fase di raffreddamento controllato che segue la sezione di riscaldamento nella linea di pastorizzazione
- Raffreddamento a camicia dei serbatoi di fermentazione e lievitazione per mantenere la temperatura stabile entro una banda ristretta
- Condizionamento di prodotto e apparecchiature nelle linee di miscelazione, emulsionamento e riempimento
- Raffreddamento del condensatore e dell'acqua di processo nei processi di vuoto, estrazione e concentrazione
- Raffreddamento di serbatoi e serpentine in linee come confetture, cioccolato e prodotti lattiero-caseari
Il denominatore comune di carichi così diversi è, nella maggior parte dei casi, la richiesta di acqua refrigerata o di una miscela acqua-glicole a temperatura bassa ed estremamente stabile. Poiché in alcuni processi, come la fermentazione, anche uno scostamento di pochi gradi può modificare il profilo del prodotto, per il chiller è importante tanto soddisfare il carico quanto smorzare le oscillazioni.
Progettazione igienica e corretta scelta dei materiali
Nelle linee a contatto con gli alimenti o in prossimità di essi, il sistema chiller deve integrarsi con i principi della progettazione igienica. Sulle superfici di scambio termico a diretto contatto con il prodotto e nei circuiti dell'acqua refrigerata si preferiscono acciaio inossidabile e materiali idonei al contatto alimentare; è essenziale una concezione della linea che riduca al minimo i volumi morti, gli angoli non pulibili e le zone soggette ad accumulo. Un sistema di acqua refrigerata/glicole a circuito chiuso separa in modo sicuro il prodotto dal fluido refrigerante, abbassando il rischio di contaminazione incrociata e preservando al contempo la pulizia dell'acqua di processo.
La scelta dei materiali non è solo una questione di igiene, ma anche di continuità. I cicli CIP (pulizia in loco), frequenti negli impianti alimentari, operano con acqua calda, vapore e sostanze chimiche; il circuito di raffreddamento di processo deve quindi essere progettato in modo compatibile con questi cicli, resistente alla corrosione e tale da non ostacolare il programma di pulizia.
Stabilità della temperatura, tracciabilità e sicurezza alimentare
Nel raffreddamento di processo alimentare il successo non si misura dal raggiungimento di una singola temperatura di set point, bensì dalla capacità di mantenere quella temperatura entro una banda ristretta nel tempo. Un sistema che, quando il carico varia bruscamente, ripristina rapidamente la temperatura dell'acqua e opera con basse oscillazioni garantisce sia la ripetibilità della qualità del prodotto sia la sicurezza del processo. Per questo motivo, nelle applicazioni alimentari, temperature dell'acqua basse e stabili sono spesso più preziose di un'ampia capacità.
Nella produzione alimentare moderna la temperatura è anche una questione di registrazione. La misurazione continua, la registrazione e la possibilità di dimostrare a posteriori le temperature di raffreddamento nei punti critici di controllo costituiscono la base della tracciabilità, sia per i sistemi di qualità interni sia in vista degli audit. È quindi corretto concepire le soluzioni chiller di processo con un'infrastruttura di controllo in grado di esportare i dati di temperatura e di integrarsi con l'automazione dell'impianto.
Continuità, ridondanza ed energia in un sistema di raffreddamento per l'industria alimentare
La maggior parte degli impianti alimentari e delle bevande lavora senza interruzioni o su turni prolungati; un guasto al raffreddamento non ferma soltanto la produzione, ma può compromettere anche la sicurezza del prodotto finito e del lotto in lavorazione. Per questo, sulle linee critiche, invece di un'unica grande macchina si preferiscono architetture ridondanti, realizzate con più compressori o con più unità, capaci di sostenere la produzione, seppur a capacità ridotta, quando un componente va fuori servizio. Una simile configurazione consente inoltre di eseguire la manutenzione programmata senza arrestare la produzione.
Sul fronte energetico, gli impianti alimentari raffreddano generalmente tutto l'anno e con un elevato numero di ore di funzionamento; ciò rende economicamente determinanti il rendimento ai carichi parziali, la scelta del tipo di condensatore più adatto e la corretta configurazione in funzione delle condizioni ambientali. L'obiettivo è una progettazione equilibrata che mantenga ragionevoli i costi di esercizio senza scendere a compromessi sulla sicurezza alimentare.
Nella produzione di alimenti e bevande il raffreddamento è un ambito ingegneristico delicato in cui si incontrano la qualità del prodotto e la sicurezza alimentare; progettazione igienica, temperatura dell'acqua stabile e continuità ridondante devono essere concepite insieme. Per le soluzioni chiller ad aria, ad acqua e ibride, oltre ai raffreddatori a secco Planer dedicati al settore alimentare e delle bevande, potete rivolgervi al team di ingegneria e assistenza Planer per definire insieme una configurazione adatta ai punti di processo del vostro impianto.