La modificazione della superficie con plasma freddo, l’utilizzo di sensori a fluorescenza in fibra ottica, di un sensore bayesiano in combinazione con gli ultrasuoni, di formulazioni a base di ozono e il recupero di agenti detergenti dalle acque reflue sono alcune soluzioni per migliorare il sistema di pulizia CIP.
Il clean-in-place (CIP) è un metodo ampiamente utilizzato nell’igiene dei prodotti lattiero-caseari. L’efficacia di questo metodo di sanificazione è influenzato da diverse condizioni, come le proprietà fisico-chimiche dello sporco (pH, umidità, composizione chimica), proprietà delle superfici (idrofobicità e rugosità), profilo di temperatura tra il fluido e la superficie dell’apparecchiatura, sostanze chimiche e la loro concentrazione e condizioni idrodinamiche, tra cui la velocità del flusso, lo sforzo di taglio medio e la sua oscillazione, la geometria delle apparecchiature e la presenza di zone di ristagno dei fluidi.
Allo studio ci sono diverse tecnologie per migliorare le operazioni di CIP, come la riduzione del consumo di energia, di prodotti chimici e di acqua di risciacquo, i tempi di fermo della produzione e la generazione di effluenti.
Un aiuto arriva anche dalle tecniche di fluidodinamica computazionale (CFD), utili per studiare gli effetti della geometria del sistema di tubazioni sulla fluidodinamica. Diventa così possibile prevedere il comportamento dei fluidi all’interno delle tubazioni e delle regioni a rischio con condizioni idrodinamiche sfavorevoli per la sanificazione, considerando lo sforzo di taglio e la variabilità del flusso. Inoltre, l’uso della simulazione CFD fornisce modelli matematici utilizzati per prevedere numericamente il comportamento del processo e migliorarlo.
Modificazioni della superficie con plasma freddo
Un approccio promettente per ridurre l’adesione microbica è la modificazione delle proprietà delle superfici, comunemente utilizzate nelle industrie alimentari, con plasma freddo. Così facendo è possibile non solo ridurre al minimo l’utilizzo di agenti chimici, come il cloro, nella fase di sanificazione, ma anche inibire la formazione di biofilm patogeni, riducendo il rischio di contaminazione degli alimenti, soprattutto in tratti di tubazione che presentano zone di ristagno e ricircolo del fluido.
L’articolo “Clean in place (CIP) process: Effects of geometry, microorganism, fluid dynamic and cold plasma”, pubblicato su Journal of Food Engineering (Volume 377, settembre 2024), ha dimostrato che la modificazione della superficie con plasma freddo ha ridotto la popolazione microbica iniziale, suggerendo che questa strategia potrebbe essere utile nel controllo dell’adesione e per la qualità microbiologica della superficie. In particolare, questo studio ha esaminato il comportamento di adesione di Listeria innocua e Pseudomonas fluorescens su varie geometrie di una tubazione in acciaio inossidabile impiegata nella lavorazione del latte.
È stata valutata l’efficacia del protocollo di sanificazione CIP in distinte configurazioni frequentemente riscontrate nell’industria alimentare. Inoltre, è stata esaminata la dinamica dei fluidi all’interno di ciascuna geometria, attraverso la rappresentazione 3D, utilizzando tecniche di fluidodinamica computazionale, valutando esplicitamente i modelli di turbolenza. La fluidodinamica computazionale ha identificato le regioni difficili da pulire e i punti più problematici nella disposizione del sistema di tubi.
Sensori a fluorescenza in fibra ottica
L’interesse economico nell’ottimizzazione dei processi CIP e in particolare nella riduzione della durata della pulizia per aumentare la produzione è enorme. Senza contare il risparmio di risorse come acqua, energia e detergenti. Poiché i processi CIP richiedono circa il 25% della quantità totale di acqua utilizzata nella lavorazione del latte, il potenziale di risparmio idrico è considerevole.
Finora, la maggior parte dei processi CIP presuppone uno scenario di incrostazione nel caso peggiore e utilizza schemi di pulizia basati sull’esperienza, perché è difficile conoscere le effettive condizioni di incrostazione delle apparecchiature durante il processo. Pertanto, la determinazione in linea dell’assenza di depositi di incrostazione, chiamata anche stato pulito, può evitare un uso eccessivo di risorse e tempo e rende il processo adattivo alla situazione reale.
A tale scopo è stato pensato un nuovo sensore a fluorescenza in fibra ottica in grado di rilevare le incrostazioni nei sistemi CIP e che può essere installato in impianti già esistenti, come spiega l’articolo “A fiber-optical fluorescence sensor for in-line determination of cleanliness during CIP processes”, pubblicato su Food and Bioproducts Processing nel gennaio 2023.
I ricercatori hanno sviluppato un sensore a fibra ottica che fornisce una valutazione in tempo reale della pulizia all’interno dei recipienti chiusi. Irradia i depositi di incrostazione con luce viola e registra l’emissione di fluorescenza. La punta del sensore può essere integrata in qualsiasi tubazione senza perturbare il sistema fluidico. Durante la produzione si accumulano depositi di sporco sia sulla parte superiore del sensore che sulle superfici circostanti.
È stata convalidata la tecnica in una serie di esperimenti, utilizzando depositi modello come proteine del siero di latte concentrate, yogurt, cagliata, senape, succo di mela e soda. I test sono stati eseguiti in un sistema di pulizia industriale su piccola scala, in cui la determinazione della condizione di incrostazione dell’apparecchiatura da parte del sensore è stata convalidata mediante ispezione visiva. Il sensore è stato in grado di rilevare la presenza/assenza di tutti i depositi del modello durante il processo di pulizia, fornendo misurazioni di fluorescenza in situ online.
A differenza, ad esempio, delle misurazioni del flusso di calore, si tratta di una misura diretta del deposito di incrostazioni. Poiché la maggior parte dei materiali organici sono fluorescenti a causa di grassi, proteine e vitamine, questo metodo di rilevamento è applicabile a una vasta gamma di prodotti alimentari. La testa del sensore in sé è invasiva, ma tecnicamente può essere installata in sistemi di tubazioni e serbatoi esistenti senza alcuna perturbazione della fluidica. A seguito dei risultati ottenuti, i ricercatori pensano che il sensore a fluorescenza in fibra ottica sia una soluzione promettente per monitorare il successo dei processi CIP nella produzione alimentare.
Stefania Milanello
Esperta in tecnologie alimentari e divulgatrice scientifica
