Seminario di presentazione del Progetto di ricerca
Nuovi prodotti dalla trasformazione agroindustriale di frutti da colture mediterranee e gestione sostenibile dei sottoprodotti – MedFruit
20 Novembre 2020
Relazione: L’evoluzione delle macchine per l’industria agrumaria e la qualità dei derivati Dott. Salvatore Vitale, Speciale F. & C. s.r.l.
La tecnologia da mettere in atto nell’industria di trasformazione degli agrumi dipende da molti fattori, quali:
- Ubicazione geografica, per la diversa tipologia dell’agrume;
- Quantità disponibile dell’agrume e quindi trasformabile;
- Introduzione commerciale del prodotto trasformato industrialmente.
Indipendentemente dalla tecnologia di trasformazione adottata, è comune lo schema di un diagramma di flusso di un impianto nell’industria agrumaria, senza vincoli per tipologia dell’agrume, qualità e dimensione.
- Nella prima parte avremo lo scarico della frutta;
- Nella seconda parte l’Estrazione del succo - Nella terza parte l’Estrazione dell'olio essenziale - Nella quarta parte la lavorazione del succo estratto
- Nella quinta parte il processo per l’ottenimento dell’olio essenziale dalle centrifughe - Nella sesta parte recupero e lavorazione dei sottoprodotti (quali membrane, scorze,
zuccheri, ecc)
- Nella settima parte scarico dei rifiuti solidi e liquidi.
Andiamo un po’ nei dettagli. Nella prima parte cioè lo scari co della frutta e prima che l’agrume venga convogliato nella vasca di ricezione con acqua, è possibile effettuare lo scarico in diversi sistemi :
- In maniera automatica con ribaltatore di bins, sistema utilizzato soprattutto per le arance per evitare lo schiacciamento;
- Immagazzinati in silos grigliati, utilizzato per agrumi ancora non molto maturi.
- Oppure direttamente dai camion nella vasca di ricezione.
Successivamente con processo di lavaggio, defogliazione, spazzolatura e selezione manuale, si farà in modo di eliminare tutti i corpi estranei visibili all’esterno dell’agrume e che potrebbero contaminare il succo e gli olii essenziali.
La seconda parte, riguarda l'estrazione del succo degli agrumi. Questo essere ottenuto con sistemi differenti, ognuno dei quali ha un grado di diffusione differente, secondo qualità dell’agrume, tipologia e quantità da trasformare. I sistemi più diffusi sono due:
- sistema "In-Line" della JBT (e da noi ripreso), sistema utilizzato soprattutto in Brasile dove si ha la più grande produzione mondiale di succo di arancia.
- sistema tradizionale e cioè Estrattore di olio essenziale “Pelatrice” - Estrattore a rulli diffuso soprattutto in Italia, in Spagna, in Argentina, in Bolivia, in Messico.
Differenze tra i due sistemi di estrazione succo e olio essenziale dagli agrumi
Sistema “In-Line”
Vantaggi
Con questo sistema si ottengono le più alte rese (yeald) e qualità (quality) del succo, ed è il miglior sistema per la produzione di succo NFC (Not From Concentrate).
La qualità dell’olio essenziale è leggermente più alta rispetto al Sistema Tradizionale.
Questo sistema è il più indicato per gli agrumi dove la quotazione dell’olio essenziale è bassa e c’è molta richiesta del succo (indicato soprattutto per le arance).
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Le rese di succo per le arance sono vicine al 50% (arance bionde) e in alcuni casi anche oltre. Questo sistema è indicato anche per limoni, mandarini, piccoli pompelmi.
Svantaggi
Le rese dell’olio essenziale sono leggermente più basse del 20-25% rispetto al Sistema Tradizionale.
Necessaria preventiva calibrazione dell’agrume.
Costo dell’impianto più alto.
Manutenzioni e regolazioni più complesse. (solo per un primo periodo di apprendistato).
Costi di mantenimento più alti.
Sistema Tradizionale Vantaggi
Questo sistema è particolarmente indicato negli agrumi dove le quotazione dell’olio essenziale sono più alte, perché si ottengono le più alte rese (yeald).
Costo dell’impianto più basso.
Facilità nella manutenzione e nelle regolazioni.
Svantaggi
Rese (yeald) e qualità (quality) del succo più basse. Per un succo di buona qualità di arance bionde, non si supera il 30% di resa.
La qualità dell’olio essenziale è leggermente più bassa rispetto al Speciale In-Line System.
Ora, esporremo in modo più dettagliato dei due sistemi:
SISTEMA TRADIZIONALE Descrizione
Nel Sistema Tradizionale, comune in molti paesi del Mediterraneo e anche in America Latina, l’olio essenziale viene recuperato attraverso un processo di pelatura (o raspatura);
quindi i frutti disoleati entrano nell'estrattore di succo a rulli, tagliati in due metà e spremuti a mezzo di rulli rotanti provvisti di punte contro una parete provvista di fori.
Questo sistema non richiede una preventiva calibratura e può lavorare qualsiasi
dimensione del frutto.
Estrazione dell’olio essenziale
Questa macchina, frutto di lunghissima esperienza e di continui perfezionamenti, è l'unica oggi esistente sul mercato internazionale, che consente un'estrazione pressoché totale dell'olio essenziale dai frutti interi di agrumi. Essa rappresenta la soluzione ideale quando è necessario estrarre tutto l'olio essenziale contenuto nei frutti per poter ottenere, nella successiva lavorazione, succhi assolutamente privi di olio essenziale, o, quando ugualmente si ha interesse ad avere una resa elevata in essenza, per l'alto costo del prodotto ottenuto.
L’olio essenziale viene recuperato attraverso un sistema di pelatura costituito da rulli e coclee dotate di punte abradenti (il tutto ricorda una grattugia).
Estrattore di olio essenziale degli agrumi “Pelatrice” mod. DS
Dettaglio di Estrattore di olio essenziale degli agrumi “Pelatrice” mod. DS
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L’olio essenziale viene recuperato attraverso un sistema di pelatura costituito da rulli e coclee dotate di punte abradenti (il tutto ricorda una grattugia).
L’essenza estratta assieme al “grattato”, vengono trasportati per mezzo di un flusso continuo di acqua. L'acqua arricchita con olio essenziale cade nel sottostante filtro-pressa, che filtra ed elimina i depositi solidi dopo averli pressati mediante un sistema di torchiatura a due eliche integrate.
Filtro-pressa mod. FS
Successivamente, la miscela di acqua e olio essenziale viene inviata per mezzo di una pompa ad un serbatoio di alimentazione, che alimenterà le stesse centrifughe. Le centrifughe si dividono in primaria e secondaria a scarico automatico. E' buona norma installare coppie di separatori disposti in serie, così da effettuare l'eliminazione della maggior parte dei fanghi e la separazione dell'acqua nel primo apparecchio (autopulitore) e completare poi la brillantatura dell'essenza, cioè la quasi totale eliminazione di ogni traccia di acqua e di fanghi, nel secondo apparecchio. Ottenuto l’olio essenziale puro, l'acqua invece inviata ad una vasca di decantazione a tre compartimenti (o a vasi fiorentini) e poi mediante una pompa torna in ricircolo all’Estrattore di olio essenziale pronta per un nuovo ciclo di estrazione.
Estrazione del succo
I frutti disoleati entrano nell'Estrattore di succo mod.RS dove vengono inizialmente tagliati
in due metà e quindi premuti da due cilindri controrotanti contro una forata fissa. La
distanza tra la forata e i rulli è regolabile, per favorire la resa e la qualità del succo a
seconda della tipologia dell’agrume, del grado di maturazione e dello spessore buccia.
Il succo estratto è raccolto in una vasca sottostante e per mezzo di una pompa a pistone, viene inviato ad una raffinatrice del succo che ne ridurrà il contenuto di polpa
.Inoltre, questo modello è dotato di uno speciale doppio dispositivo per la pulizia delle scorze da conservare per una successiva canditura, raggiungendo una contemporanea estrazione di succo e scorze. È possibile ottenere lo spessore delle scorze voluto.
Estrattore di succo e di scorze degli agrumi mod. RS
La raffinatrice del succo è impiegata per la prima depolpazione del succo prodotto dall’estrattore mod. RS, riducendo il contenuto di polpa contenuto nel succo non raffinato da 15-22% v/v, fino al 10-16% v/v (un ulteriore riduzione di polpa fino al 2-3% è ottenibile mediante la centrifugazione.
È costituita da quattro pale sagomate rotanti a velocità variabile (da circa 250 a circa 700 giri/min) che spingono per effetto della forza centrifuga, il succo contro le pareti di un cilindro costituito da una lamiera forata. Il cilindro di lamiera ha fori di diametro Ø mm 0,6 (oppure a richiesta mm 0,8 o mm 1), così da ottenere un succo con una quantità variabile di cellule secondo le varie esigenze richieste dal mercato.
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Raffinatrice per succo degli agrumi mod. PR20
Olio essenziale prodotto dal Sistema Tradizionale
L'olio essenziale prodotto dal nostro Sistema Tradizionale ha un rendimento superiore a quello degli altri sistemi attualmente sul mercato. Di conseguenza, quando la priorità assoluta è la produzione di olio essenziale su qualsiasi altro prodotto, il nostro sistema è di gran lunga il più adatto. Ciò è ulteriormente rafforzato che, per produrre uno dei più preziosi oli essenziali, l’olio essenziale di bergamotto, il 95% dei produttori utilizza esclusivamente la nostra «Pelatrice».
La resa di olio essenziale varia a seconda del tipo di agrume che deve essere lavorato. Le rese variano tra lo 0,009% all'inizio della stagione e lo 0,003% verso la fine della stagione.
La resa più alta si ha con il mandarino, il bergamotto e con il limone, mentre l’arancio (dolce o amaro) si hanno delle rese più basse.
Succo prodotto dal Sistema Tradizionale
Sia la qualità e la quantità di succo prodotto, variano a seconda della pressione esercitata sull’agrume, cioè dalla regolazione della distanza tra la lamiera forata ed i rulli.
Tuttavia nonostante una riduzione delle polpe (Finisher per succo degli agrumi) a circa il 15%, è consigliato effettuare una seconda estrazione mediante delle presse continue
.Illustriamo una rappresentazione grafica di un flow-chart del Sistema Tradizionale:
citrus fruit
feeding tank
brush washer
vertical bucket elevator
essential oil extractor mod. DS
screw conveyor
detritus, pulps and peels
peel silos
trucks screw
conveyor
tilted screw conveyor
detritus and leaves
filter-press mod. FS
feeding tank
centrifuge 1
centrifuge 2
citrus essential oil static filter
mod. RC
decantation tank
juice extractor mod. RS
refiner mod. PR
citrus juice
concentration conveyor
defoliator
SPECIALE TRADITIONAL SYSTEM
for citrus processing lines
feeding belt citrus fruit
citrus juice citrus essential oil detritus and leaves detritus, pulps and peels water
SISTEMA “IN-LINE”
Descrizione
Il Sistema “In-Line” oggi molto diffuso anche in Italia, in Spagna, oltre che Brasile, Argentina, Israele. Questo sistema non adotterà un taglio preventivo in due metà dell’agrume e come già scritto, richiede una calibrazione preventiva della frutta per operare nel modo migliore. Ma l'aspetto unico di questo sistema è che è il solo ad operare senza un preventivo taglio in due metà degli agrumi. La ragione principale della qualità superiore del succo ottenuto dagli estrattori In-Line rispetto a tutti gli altri sistemi di estrazione, è che il succo non entra in contatto con la buccia, né con le membrane di separazione, né con i semi.
Inoltre, per poter trattare efficacemente le diverse varietà commerciali di agrumi disponibili nelle diverse parti del mondo, il sistema in-line consente flessibilità nella regolazione dei componenti e dell'estrazione. Questo permette una massima resa mantenendo elevata la qualità.
In particolare, l’Estrattore di succo e olio essenziale mod. SP40 ha una resa di succo superiore rispetto ad ogni altro sistema di estrazione esistente oggi sul mercato. Questa speciale caratteristica è resa possibile dall'alimentazione positiva dell'estrattore SP40 e dalla capacità dell'estrattore di trattare diversi calibri e forme di agrumi.
Estrattore di succo e olio essenziale dagli agrumi mod. SP40
Grazie all’uso di un tubo prefinitore (strainer) montato nella macchina, il rapporto qualità- resa è migliore di qualunque altro metodo di estrazione. Il tubo prefinitore elimina infatti istantaneamente i semi, le membrane centrali e le membrane degli spicchi. E' essenziale che queste parti vengano separate dal succo al più presto possibile per evitare che vengano incorporati aromi e sostanze sgradevoli a detrimento della qualità. Il tubo pre- finitore, disponibile in differenti diametri di foratura, controlla inoltre il livello di polpa nel succo. A seguito dei processi preliminari di selezione, lavaggio, spazzolatura e calibratura, i frutti sono convogliati all’ingresso delle linee degli Estrattori mod. SP40.
Si tratta di macchine che estraggono normalmente 5 agrumi per ogni ciclo; in un minuto si hanno circa 100 cicli. Composto da coppe e coltelli superiori e inferiori, che con un sistema di trasmissione a camme movimenterà la parte superiore, invece quella inferiore rimarrà fissa. Le coppe sono formate da "dita" che si intersecano. La macchina è dotata di una tramoggia di alimentazione a canali; un sistema di trasmissione lancia i frutti entro le coppe inferiori e, a quel punto, le coppe superiori cominciano a discendere; mentre questo avviene i frutti cominciano ad essere pressati contro dei coltelli circolari che si trovano in fondo alle coppe inferiori e sono montati in cima a degli "strainer tubes" che fungono da elementi preraffinatori del succo e il succo passerà in un collettore; la scorza non viene in contatto con il succo per cui la contaminazione di questo con liquidi di scorza è quasi nulla. La polpa,i semi e le membrane sono, quindi, espulsi dalla parte inferiore dell'orifice tube durante il suo movimento verso l'alto. Il ciclo di estrazione è completo quando l'orifice tube raggiunge il limite superiore del tubo prefinitore. Le rese in succo e le sue caratteristiche cambiano in funzione del diametro dei fori degli strainers, in funzione dei restrictor che cambiano la "clearance" (cioè la distanza tra il coltello superiore e la coppa superiore) nel passaggio della polpa, delle membrane e dei semi. L'estrattore "In-Line", contestualmente all'estrazione del succo, esegue anche quella dell'olio essenziale; infatti le dita delle coppe, intersecandosi, tagliano la buccia in strisce e la premono provocando l'uscita dell'olio essenziale che è raccolto dall'acqua proveniente da uno "spray-ring";
otterremo una emulsione di acqua e olio essenziale, che viene fatta confluire.
In uscita agli estrattori avremo, in pratica, i frutti separati in tre flussi:
il succo che risulta di ottima qualità e ha un aspetto identico alla spremuta fatta in casa.
Questo succo potrà ancora essere raffinato nel Finitore mod. FF50.
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l’emulsione oleosa che, a seguito di una raffinazione con il Finitore mod. FF50E, passa nelle centrifughe, per produrre separatamente olio essenziale puro e acqua, destinata a essere riciclata dopo filtrazione e decantazione.
le scorze, le parti centrali con la polpa e i semi; anche questi sottoprodotti in uscita dagli estrattori potranno essere utilizzati (soprattutto per mangimi animali).
Un esempio di un Sistema In-Line con due linee di Estrattori mod. SP40
Qualità del succo
Il motivo principale della qualità superiore del succo ottenuto con gli estrattori di agrumi SP40 è dovuto al principio di separazione istantanea nell’estrazione dal frutto intero.
Nell’estrattore il succo è immediatamente separato da quegli elementi che, se lasciati a contatto con esso anche per brevissimo tempo, influenzerebbero negativamente la qualità del prodotto finale.
Resa del succo
Il sistema di estrazione di succo in-line ha una resa di succo, per unità di frutta, superiore
a quella di qualsiasi altro sistema. Questa eccellente prestazione é possibile grazie
all’efficienza di spremitura dell’estrattore SP40, indipendentemente dalla dimensione e
dalla forma dei frutti. Gli estrattori SP40 sono in grado di spremere gli agrumi di qualsiasi
dimensione e varietà essi siano, inclusi le limette persiane, i limoni, i mandarini, le arance,
i pompelmi e le clementine.
Versatilità
Attrezzando le macchine SP40 di alcuni pezzi in più (coppe, coltelli e strainer) é possibile trasformare la gran varietà di agrumi del mondo, nelle diverse pezzature. Questa
versatilità riduce al minimo il numero di estrattori necessari e si traduce in un risparmio di spazio e in una riduzione dei costi dei macchinari. La capacità di trasformazione dei frutti per singolo estrattore mod. SP40 varia da 2,5 t/h a 3,2 t/h.
Raffinazione del succo
Dopo l’estrazione, il succo è raccolto in una tubazione e avviato per gravità al finitore del succo per ridurre il contenuto di polpa. Il finitore per succo di agrumi mod. FF50 è
costituito da una vite elicoidale a passo variabile e da un setaccio a fori molto piccoli. Il diametro di foratura può essere variabile in modo da ottenere un succo con una quantità variabile di cellule secondo le varie esigenze richieste dal mercato. Il succo da raffinare è obbligato ad uscire per pressione dal setaccio a fori montato su un robusto telaio, costruito in due metà. Questo procedimento evita lo sbattimento del succo ed il suo
emulsionamento con l'aria. Lo scarico delle polpe avviene con regolazione automatica della pressione d'estrazione con pistone comandato ad aria compressa.
Finitore per succo mod. FF50
Dettaglio di Finitore per succo mod. FF50
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Qualità dell’olio essenziale
Nel sistema di estrazione in-line con macchine SP40 si riesce a recuperare sia il succo che l’olio essenziale. Questa caratteristica non soltanto minimizza lo spazio e l’energia necessari per il recupero dell’olio, in quanto non sono necessari ulteriori macchinari per l’estrazione dell’olio, ma assicura anche alte rese. I consumi d’acqua e la necessità di eliminazione dei liquami sono minimizzati grazie all’uso di sistemi di riciclo dell’acqua.
L’alta qualità dell’olio essenziale consente ai produttori di commercializzare il proprio prodotto come olio pressato a freddo.
Raffinazione dell’emulsione acqua-olio essenziale
Prima di passare alla separazione della acqua dall’olio essenziale con le centrifughe, la miscela di acqua e olio essenziale, in uscita dagli estrattori SP40, dovrà essere filtrata mediante il finitore per emulsione mod. FF50E. Questa macchina ha lo stesso principio di funzionamento del finitore per succo FF50, ma ha il telaio della lamiera forata opportunamente rinforzato ed una seconda lamiera forata per garantire un filtraggio molto più fine rispetto a quello del succo.
Recupero degli altri sotto-prodotti
La qualità e la quantità delle sacche di succo per il lavaggio delle polpe sono superiori nel sistema SP40 in quanto i componenti amari quali corpo fibroso, membrana, semi ecc.
sono separati istantaneamente dal succo e dalle sacche del succo tramite il tubo prefinitore, durante il ciclo di estrazione.
Le Polpe
Il sistema di estrazione SP40 offre una vasta gamma di metodi per il recupero delle polpe.
Le dimensioni delle sacche del succo possono essere adattate alle necessità dei produttori e della loro clientela. L’estrattore può essere configurato per ottenere delle sacche di succo di dimensioni normali, particolarmente utilizzate per i succhi da concentrato ed altri prodotti, oppure per ottenere polpe di alte qualità. Le sacche di succo ottenute con questo sistema, usate principalmente per la commercializzazione dei succhi non-da-concentrato, hanno dimensioni variabili tra 7 e 10 millimetri e sono praticamente prive di buccia, pezzi di semi e semi allo stato embrionale. Fino al 90% di queste sacche di succo mantengono il loro carattere flottante.
Scorza, fibra, membrana
Scorza, fibra, membrana ed altri prodotti ottenuti dall’estrazione sono anch’essi utilizzabili.
Oggi, questi sottoprodotti, oltre ad essere trasformati per la produzione di mangime animale, vengono utilizzati per ricavare le pectine ed altre sostanze destinate al miglioramento della qualità dei succhi o per usi farmacologici.
Scorza di agrume dopo estrazione con gli Estrattori mod. SP40
I benefici dei sottoprodotti degli Estrattori mod. SP40 sono rappresentati da un minore costo iniziale e da minori costi operativi. Ad esempio, sulla base di uno studio effettuato da uno dei più importanti costruttori mondiali di macchinari per la produzione di alimenti zootecnici di agrumi, i sottoprodotti ottenuti con estrattori tipo in-line richiedono minori capacità in termini di mulini, presse, essiccatoi ed evaporatori per ottenere la stessa quantità di prodotto rispetto ad altri sistemi.
Dettagli di Estrattore di succo e olio essenziale dagli agrumi mod. SP40
A conclusione, Illustriamo una rappresentazione grafica di un flow-chart del Sistema “In-Line”:
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citrus fruit
feeding tank
brush washer
vertical bucket elevator
Extractor for citrus juice and essential oil
mod. SP40
screw conveyor
detritus, pulps and peels
peel silos
trucks screw
conveyor
tilted screw conveyor
detritus and leaves
feeding tank
centrifuge 1
centrifuge 2
citrus essential oil static filter
mod. RC
decantation tank
Finisher for citrus juice mod. FF50
citrus juice
concentration conveyor
defoliator
SPECIALE IN-LINE SYSTEM
for citrus processing lines
sizing system
recycle belt
conveyor belt for fruit return Finisher for mixture of
water-citrus essential oil mod. FF50E
feeding tank citrus fruit
citrus juice citrus essential oil detritus and leaves detritus, pulps and peels water
Salvatore Vitale Technical Consultant
website : www.speciale.it e-mail: info@speciale.it
Sede operativa / amministrativa : Zona Artigianale, Strada 8 Malpassoti 95018 Carruba di Riposto, CT, Italia tel. +39095931124
Sede legale : Via Torrisi, 18
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