In particolare, per i formaggi tradizionali rappresenta una delle fasi più energivore dell’intero processo produttivo, a causa della necessità di mantenere condizioni ambientali rigorosamente controllate di temperatura e umidità.
La stagionatura dei formaggi tradizionali rappresenta una fase tecnologicamente critica e fortemente energivora dell’intero processo produttivo. Il controllo rigoroso della temperatura e dell’umidità relativa è indispensabile per garantire la corretta evoluzione biochimica e microbiologica del prodotto e per il mantenimento delle caratteristiche tipiche richieste dai disciplinari dei formaggi a Denominazione di Origine Protetta. I sistemi di refrigerazione impiegati in questa fase sono normalmente basati su cicli a compressione di vapore alimentati dalla rete elettrica e contribuiscono in maniera significativa sia ai costi operativi sia all’impatto ambientale complessivo, soprattutto quando utilizzano refrigeranti sintetici a elevato potenziale di riscaldamento globale, come l’R404A.
Gli autori dello studio “Energy Sustainability in the Ripening of Traditional Cheese: Renewable Energy Sources and Internet of Things based Energy Monitoring” hanno sviluppato e testato un prototipo di cella di stagionatura che integra un sistema di refrigerazione con refrigerante naturale CO₂ in regime transcritico, alimentato prevalentemente da un impianto fotovoltaico, e un sistema di monitoraggio basato su architettura Internet of Things. L’obiettivo principale è stato quello di valutare la fattibilità tecnica ed energetica di una soluzione più sostenibile rispetto alle celle convenzionali, verificando al contempo il mantenimento della qualità del formaggio attraverso analisi strumentali e sensoriali.
Impianto e cella di stagionatura
Il sistema energetico è stato concepito secondo una struttura articolata in tre livelli funzionali: consumo, conversione e accumulo, generazione. Il livello di consumo comprende tutti i carichi elettrici associati alla cella di stagionatura, in particolare il compressore, il condensatore, l’evaporatore e l’unità di controllo del sistema frigorifero. Il processo di stagionatura è stato organizzato in due fasi, la prima caratterizzata da temperature più basse e umidità molto elevata, la seconda da temperature leggermente superiori e umidità progressivamente ridotta, condizioni ritenute fondamentali per lo sviluppo corretto delle proprietà organolettiche del formaggio.
Il livello di conversione e accumulo comprende il ciclo frigorifero con compressore transcritico a CO₂, un sistema di accumulo a batterie per lo stoccaggio dell’energia elettrica prodotta in eccesso e un inverter per la gestione dei flussi energetici. Il livello di generazione è costituito da un impianto fotovoltaico con potenza massima installata pari a 5,8 kW, realizzato con moduli ad alta efficienza basati su tecnologia TOPCon, caratterizzati da una resa del 22,5% e da buone prestazioni in condizioni climatiche calde.
Il prototipo di cella di stagionatura presenta una potenza elettrica richiesta di circa 2,2 kW, leggermente superiore a quella della cella convenzionale di riferimento, che utilizza un sistema con refrigerante R404A e richiede circa 1,8 kW. Tale differenza è attribuita principalmente alle elevate pressioni operative del ciclo transcritico a CO₂. Tuttavia, la maggiore richiesta energetica non si traduce in un incremento del consumo di energia di rete, poiché il sistema prototipale è alimentato quasi interamente dall’impianto fotovoltaico.
Un elemento centrale dello studio è stato lo sviluppo di un sistema di misura e monitoraggio basato su architettura IoT. Il sistema è stato progettato per acquisire in tempo reale i parametri ambientali interni alla cella, le condizioni meteorologiche esterne e i consumi elettrici dei singoli componenti dell’impianto frigorifero. L’architettura utilizza moduli di acquisizione dati basati su microcontrollori ESP32, sensori digitali di temperatura e umidità per l’ambiente interno, una stazione meteorologica per il rilevamento delle variabili esterne e dispositivi di misura elettrica trifase per il monitoraggio dettagliato dei carichi.
Tutti i dati confluiscono in un aggregatore locale basato su Raspberry Pi con sistema operativo Debian Linux, che integra un broker MQTT per la gestione delle comunicazioni. I dati vengono salvati localmente in un database SQLite e trasferiti a un server remoto con database PostgreSQL per l’archiviazione a lungo termine e per analisi avanzate. La visualizzazione in tempo reale è garantita da interfacce grafiche sviluppate in Node-RED, accessibili sia da remoto sia tramite un pannello touch installato in prossimità della cella, che consente anche la regolazione diretta dei parametri operativi, come il setpoint di umidità.
Metodologia e risultati
Per la valutazione sperimentale sono stati prodotti sessanta formaggi a base di latte ovino crudo, coagulato mediante estratto acquoso di Cynara cardunculus, secondo una tecnologia compatibile con i disciplinari DOP. I formaggi, del peso di circa 300 g ciascuno e con dimensioni standardizzate, sono stati suddivisi in due gruppi. Il primo gruppo è stato stagionato nella cella prototipale alimentata da energia fotovoltaica, mentre il secondo gruppo è stato stagionato nella cella convenzionale alimentata esclusivamente dalla rete elettrica. Il periodo di stagionatura è stato di quattro settimane.
Durante l’intero periodo di prova sono stati monitorati temperatura e umidità relativa all’interno delle due celle. I risultati mostrano che entrambe hanno mantenuto condizioni ambientali coerenti con quelle richieste per questo tipo di formaggio. Nei primi due periodi di stagionatura la temperatura è risultata compresa tra circa 10,6 e 10,8°C, mentre nelle ultime due settimane è aumentata progressivamente fino a valori compresi tra 11,3 e 13,0°C. L’umidità relativa è stata prossima al 99% nelle fasi iniziali e si è ridotta gradualmente fino a valori compresi tra circa 85% e 98% nelle fasi finali. Non sono state riscontrate differenze significative tra la cella convenzionale e quella prototipale in termini di temperatura, mentre leggere variazioni sono state osservate per l’umidità relativa, con una stabilità leggermente inferiore nel prototipo.
L’analisi dei consumi energetici giornalieri ha evidenziato che la cella convenzionale ha richiesto valori compresi tra circa 1,4 e 3,4 kWh al giorno, mentre la cella prototipale ha mostrato consumi più elevati, compresi tra circa 7,0 e 7,9 kWh al giorno. Questa differenza è attribuibile principalmente alle caratteristiche del ciclo frigorifero a CO₂. Tuttavia, l’impianto fotovoltaico ha coperto tra il 93,8% e il 97,5% del fabbisogno energetico del prototipo, rendendo marginale il prelievo di energia dalla rete. La produzione giornaliera di energia fotovoltaica ha mostrato una chiara correlazione con i dati di illuminanza registrati dalla stazione meteorologica, confermando l’affidabilità del sistema IoT anche per la stima indiretta della resa energetica.
La qualità del formaggio è stata valutata mediante analisi colorimetrica digitale e analisi sensoriale. L’analisi delle immagini della crosta e della pasta, espressa nei canali RGB, non ha evidenziato differenze significative tra i campioni stagionati nelle due celle. I valori riscontrati sono risultati compatibili con le caratteristiche tipiche del prodotto, con una colorazione giallastra della crosta e tonalità avorio della pasta.
L’analisi sensoriale è stata condotta da un panel di 54 valutatori, utilizzando una scala edonica a nove punti per la valutazione dell’aspetto, del colore della pasta, della consistenza, dell’aroma e sapore e del gradimento complessivo. I risultati mostrano che entrambi i gruppi di formaggi sono stati valutati positivamente, con punteggi medi superiori a sei in tutte le categorie. Non sono state osservate differenze statisticamente significative per colore della pasta, consistenza, aroma e gradimento globale. L’unica differenza significativa è stata riscontrata per l’aspetto, leggermente migliore nei formaggi stagionati nella cella convenzionale. Tale risultato è attribuito a una maggiore stabilità del controllo dell’umidità, che può aver favorito una formazione più uniforme della crosta.
Tradizione e sostenibilità sono conciliabili?
Nel complesso, i risultati dimostrano che l’impiego di un sistema di refrigerazione a CO₂ alimentato prevalentemente da energia fotovoltaica consente di ridurre drasticamente il consumo di energia di rete e di eliminare l’uso di refrigeranti a elevato impatto ambientale, senza compromettere la qualità del prodotto finale. Nonostante il maggiore fabbisogno energetico intrinseco del ciclo a CO₂, l’autoproduzione di energia rinnovabile rende il sistema globalmente più sostenibile.
Il sistema di monitoraggio basato su architettura IoT si è dimostrato efficace, affidabile e relativamente semplice da implementare, offrendo una soluzione concreta per il retrofit delle celle di stagionatura esistenti. La possibilità di monitorare in tempo reale i parametri ambientali e i consumi energetici, nonché di intervenire direttamente sui set point operativi, rappresenta uno strumento di grande utilità per i produttori, in particolare per le piccole e medie realtà artigianali.
In conclusione, lo studio dimostra che è possibile conciliare la tradizione della stagionatura dei formaggi DOP con l’innovazione tecnologica e la sostenibilità energetica. L’integrazione tra refrigerazione con refrigeranti naturali, fonti rinnovabili e sistemi IoT di monitoraggio consente di ridurre l’impatto ambientale, di migliorare l’efficienza energetica e di preservare la qualità sensoriale del prodotto, aprendo prospettive concrete per una modernizzazione sostenibile del settore lattiero-caseario.
di Diletta Gaggia
Abstract
DOI: 10.3390/dairy6060063
Migliorare l’efficienza energetica dei metodi di produzione tradizionali, preservandone al contempo il valore culturale ed economico, è una sfida in linea con gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell’Agenda 2030. La refrigerazione durante la stagionatura del formaggio è particolarmente dispendiosa in termini energetici, contribuendo in modo significativo alle emissioni di gas serra e ai costi operativi. È stato studiato un approccio per rendere la produzione casearia tradizionale più sostenibile, attraverso lo sviluppo di un prototipo di cella di stagionatura con un sistema di refrigerazione basato su refrigerante naturale alimentato da energia rinnovabile. È stato, inoltre, sviluppato un sistema dedicato basato su un’architettura Internet of Things, utilizzando sensori a basso costo, microcontrollori e computer a scheda singola per consentire la misurazione e il monitoraggio in tempo reale delle variabili ambientali e del consumo energetico durante tutto il processo di stagionatura. Per finire è stata condotta un’analisi comparativa utilizzando formaggio di latte di pecora, prodotto e stagionato in condizioni di Denominazione di Origine Protetta, sia nel prototipo che nelle celle convenzionali, per un periodo di quattro settimane, quantificando il consumo energetico e valutando la qualità del prodotto. I risultati dimostrano la fattibilità tecnica di sistemi di refrigerazione efficienti dal punto di vista energetico e sostenibili, nonché la possibilità di dotare le celle di stagionatura del formaggio installate di sistemi di monitoraggio IoT a prezzi accessibili, mantenendo al contempo i tradizionali standard qualitativi del formaggio.
