Fibra Solubile - Introduzione

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Cinzia Alimentari

Progetto Progetto

Us s ste ibi e dei s tt pr d tti pr ve ie ti da a av ra i e i dustria e deg i agru i Us s ste ibi e dei s tt pr d tti pr ve ie ti da a av ra i e i dustria e deg i agru i

c i patr ci i di

Progetto finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico Progetto finanziato dal Ministero dello Sviluppo Economico

Seminario divulgativo Seminario divulgativo

Catania, 11 Aprile 2017

Fibra Solubile di Arancia Fibra Solubile di Arancia

Rosario Timpone Citrech S c

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Dipartimento di Agricoltura, Alimentazione e Ambiente – Di3A

Dipartimento di Scienze Agrarie e Forestali – SAF

Dipartimento di Agraria

1

Fibra Solubile di Arancia Fibra Solubile di Arancia

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Fibra Solubile - Introduzione

Il cosiddetto “Pastazzo di Agrumi“ è costituito quelli delle operazioni successive, quali successive esauste di diverso grado secondo il tipo di

parte bianca e callosa del frutto), da membrane e, infine, da semi interi o rotti. Per quanto riguarda affermare che la caratteristica principale degli e, infine, da semi interi o rotti. Per quanto riguarda affermare che la caratteristica principale degli chimica in ogni parte del frutto ma con

funzione della sezione longitudinale; questo

succo dell’endocarpo sono gli stessi che troveremo interne ed esterne della buccia), ma in differente acidi, gli aminoacidi ed i minerali, comunque

e rapporti. Caratteristica del pastazzo è inoltre preponderante rispetto al succo di tutte quelle azione antiossidante e/o attività nutraceutica, sostanze pectiche in generale.

Introduzione

costituito dai residui dell’estrazione del succo e da successive pressioni delle scorze, quindi da bucce estrattori utilizzati, da frammenti di albedo (la membrane residuali di endocarpo, da rametti e foglie, riguarda la composizione analitica media, si può degli agrumi è di avere la stessa composizione riguarda la composizione analitica media, si può degli agrumi è di avere la stessa composizione un differente gradiente di concentrazione in questo significa che gli zuccheri che si trovano nel troveremo nell’albedo o nel flavedo (le parti differente quantità e rapporto reciproco, così gli comunque sempre presenti ma in diverse concentrazioni inoltre la presenza in quantità percentuale più quelle sostanze cui oggi è riconosciuta una forte nutraceutica, e cioè carotenoidi, flavonoidi, limonoidi e le

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Introduzione

Le sostanze pectiche sono il gruppo più importante di carboidrati poliuronici degli agrumi. Sebbene diffuse in tutto l’agrume, le pectine sono fondamentalmente presenti nella parte esterna del frutto e possono essere definite come il legante intracellulare di un gran numero di tessuti intracellulare di un gran numero di tessuti vegetali. Sono costituite da unità di acido α-D-galatturonico con legame 1-4 in catene estese; i gruppi carbossilici sono parzialmente o completamente salificati da cationi e alcuni possono essere esterificati con metanolo; essa è quindi dal punto di vista della reattività chimica un acido pectinico idrosolubile a vario grado di metossilazione e neutralizzazione capace di formare gelatine con zuccheri ed acidi.

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Introduzione

Le sostanze pectiche inoltre sono certamente quale viene definita come «il residuo di pareti enzimi digestivi dell'uomo”. Queste si dividono (fibre di avena, soia, pectine, gomme), e insolubili singola ma può essere una miscela estremamente cellulosa, emicellulosa, pectine, gomme,

cellulosa, emicellulosa, pectine, gomme, polisaccaridi di alghe (agar e carragenine)

fenilpropano. I componenti della fibra alimentare della solubilità in acqua: i componenti strutturali sono insolubili, mentre i componenti che gelificano emicellulose) sono solubili. Le fibre solubili

quindi delle calorie), riducono l'indice glicemico Infatti, se ingerite con abbondante acqua, esse acqua e formano un gel voluminoso e denso degli alimenti venga inglobata attenuando il

certamente assimilabili al concetto di fibra alimentare, la pareti cellulari resistenti all'idrolisi da parte degli dividono principalmente in due categorie: solubili insolubili. La fibra alimentare non è una sostanza estremamente complessa di polisaccaridi diversi, quali gomme, mucillagini, galattomannani, β-glucani, gomme, mucillagini, galattomannani, β-glucani, carragenine) e lignina, quest'ultima un polimero del alimentare possono essere classificati sulla base strutturali (cellulosa, lignina e alcune emicellulose) gelificano (pectine, gomme, mucillagini e altre inoltre diminuiscono l'assimilazione dei cibi (e glicemico degli alimenti e danno senso di sazietà.

esse nel giro di pochi minuti assorbono molta denso. Questo comportamento fa sì che una parte senso di fame in quanto "riempie" lo stomaco.

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Introduzione

L’introduzione di fibra con gli alimenti è stata per importanti malattie cronico degenerative, diabete e le malattie cardiovascolari (in parte colesterolo) (National Research Council, 1989 senz’altro annoverare le pectine di agrumi.

La pectina così com’è non è digeribile dagli La pectina così com’è non è digeribile dagli usando opportune variazioni di pH per accorciare frammenti di polisaccaridi più piccoli che possono corpo umano. Allo scopo abbiamo eseguito un’idrolisi produrre una pectina “naturale” meno degradata, molecolare e gruppi funzionali) a quella naturalmente partenza che è stata successivamente depolimerizzata ottenere le caratteristiche finali desiderate

fibre alimentari che per il contenuto di pectine

stata messa in relazione alla riduzione del rischio degenerative, in particolare i tumori al colon-retto, il parte per una riduzione dei livelli ematici di 1989). Fra le migliori fibre solubili possiamo dagli esseri umani; essa deve essere modificata dagli esseri umani; essa deve essere modificata accorciare le catene molecolari. Il processo produce possono essere facilmente assorbiti e utilizzati dal un’idrolisi acida iniziale non troppo drastica per degradata, molto simile (in termini di peso naturalmente presente nella matrice vegetale di depolimerizzata per via enzimatica cercando di desiderate sia per quanto riguarda la concentrazione di

pectine assorbibili dall’intestino umano.

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Studio e preparazione del substrato

In questa fase sono state eseguite le caratterizzazione delle pectine sulle cultivar particolare sono stati prelevati campioni di bucce

eseguite analisi sui liquidi ottenuti dopo triturazione standardizzate. Le attività sono state protratte

agrumaria seguendo la maturazione. A livello prove sperimentali effettuate nel corso della prove sperimentali effettuate nel corso della i grafici relativi alle determinazioni effettuate

Rapporto Acqua-Buccia

Resa (%)

Media 1,99 49,94

Dev. Standard 0,03 4,87

Studio e preparazione del substrato

le attività riguardanti la quantificazione e cultivar di arance trasformate industrialmente; in bucce dalle linee di trasformazione e sono state triturazione delle stesse con acqua in condizioni protratte per tutto lo svolgimento della campagna livello statistico, di seguito i dati riassuntivi delle della campagna 2014/15; nelle diapositive seguenti della campagna 2014/15; nelle diapositive seguenti effettuate.

°Bx Pectina Solubile (ppm)

Pectina Sol.

Unitaria (ppm/°Bx)

4,0 11.420 2.928

0,7 1.945 602

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Studio e preparazione del substrato

(8)

Studio e preparazione del substrato

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Studio e preparazione del substrato

Relativamente ai metodi di estrazione, abbiamo provato i seguenti:

• Estrazione con acqua a ebollizione (EAB)

• Estrazione con acqua a ebollizione in condizioni acide (IAC)

• Estrazione con acqua in condizioni alcaline (IAL)

• Estrazione alcolica (ESA)

• Estrazione con acqua a ebollizione in condizioni acide dopo trattamento enzimatico delle bucce (DEIAC)

Studio e preparazione del substrato

Relativamente ai metodi di estrazione, abbiamo provato i Estrazione con acqua a ebollizione (EAB)

Estrazione con acqua a ebollizione in condizioni acide (IAC) Estrazione con acqua a ebollizione in condizioni acide (IAC) Estrazione con acqua in condizioni alcaline (IAL)

Estrazione con acqua a ebollizione in condizioni acide dopo

trattamento enzimatico delle bucce (DEIAC)

(10)

Studio e preparazione del substrato

Procedura prove tipo “EAB”

• Pesare la buccia di arancia nel bicchiere di un frullatore

• Aggiungere un peso all’incirca doppio di acqua

• Frullare per 30 secondi

• Trasferire in un beaker e portare ad ebollizione

• Versare su un setaccio da 1 mm e sgrondare

• Trasferire il residuo dal setaccio in un torchietto da melanzane e pressare

• I liquidi provenienti dal setaccio e dal torchietto sono stati riuniti

Studio e preparazione del substrato

Pesare la buccia di arancia nel bicchiere di un frullatore Aggiungere un peso all’incirca doppio di acqua

e portare ad ebollizione Versare su un setaccio da 1 mm e sgrondare

Trasferire il residuo dal setaccio in un torchietto da melanzane e

I liquidi provenienti dal setaccio e dal torchietto sono stati riuniti

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Studio e preparazione del substrato

Procedura prove tipo “IAC”

• Pesare la buccia di arancia nel bicchiere di un frullatore

• Aggiungere un peso all’incirca doppio di acqua

• Frullare per 30 secondi

• Regolare il pH tra 1,0 e 2,0 con HNO

• Trasferire in un beaker e portare a ebollizione

• Versare su un setaccio da 1 mm e sgrondare

Studio e preparazione del substrato

Pesare la buccia di arancia nel bicchiere di un frullatore Aggiungere un peso all’incirca doppio di acqua

Aggiungere un peso all’incirca doppio di acqua tra 1,0 e 2,0 con HNO

₃

65%

e portare a ebollizione

Versare su un setaccio da 1 mm e sgrondare

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Studio e preparazione del substrato

Procedura prove tipo “IAL”

• Pesare la buccia di arancia nel bicchiere di un frullatore

• Aggiungere KOH 30% e acqua in modo da avere una miscela finale al 10% p/p in KOH

• Frullare per 30 secondi

• Mantenere in sosta la miscela per 60 min. agitando di quando in quando

• Versare su di un setaccio da 1 mm e sgrondare

• Regolare il pH a circa 5,5 con HNO

• Trasferire in un beaker e portare a ebollizione

Studio e preparazione del substrato

Pesare la buccia di arancia nel bicchiere di un frullatore

Aggiungere KOH 30% e acqua in modo da avere una miscela finale

Mantenere in sosta la miscela per 60 min. agitando di quando in Versare su di un setaccio da 1 mm e sgrondare

a circa 5,5 con HNO

₃

65%

e portare a ebollizione

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Studio e preparazione del substrato

Procedura prove tipo “ESA”

• Pesare la buccia di arancia nel bicchiere di un frullatore e frullare senza aggiunta di acqua

• Aggiungere Etanolo – Acqua 1:1 e frullare ulteriormente per 30 secondi

secondi

• Versare su di un setaccio da 1 mm e sgrondare

• Lavare il residuo con acqua

• Versare su di un setaccio da 1 mm e sgrondare

• Riunire i liquidi e distillare l’alcool etilico

• Aggiungere un volume d’acqua identico al volume di etanolo distillato

Studio e preparazione del substrato

Pesare la buccia di arancia nel bicchiere di un frullatore e frullare Acqua 1:1 e frullare ulteriormente per 30 Versare su di un setaccio da 1 mm e sgrondare

Versare su di un setaccio da 1 mm e sgrondare Riunire i liquidi e distillare l’alcool etilico

Aggiungere un volume d’acqua identico al volume di etanolo

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Studio e preparazione del substrato

I dati dimostrano che dal punto di vista efficiente è sicuramente quella “IAC”, temperatura in condizioni acide; rispetto degli estratti contiene circa l’11% di

dimostra più costante come dimostrato della deviazione standard. I sistemi “ESA”

della deviazione standard. I sistemi “ESA”

allo scopo. Il sistema “DEIAC” fornisce causa delle modificazioni enzimatiche

estrazione fornisce risultati assolutamente osservato che l’uso della semplice acqua

semplici da lavorare e sottoporre a successivi seguenti, un riepilogo dei dati ottenuti

Studio e preparazione del substrato

vista meramente estrattivo il sistema più

“IAC”, cioè il riscaldamento ad alta rispetto all’estrazione con acqua la media pectina solubile in più ma il sistema si dimostrato dal valore nettamente inferiore

“ESA” e “IAL” sono piuttosto inefficienti

fornisce risultati inferiori probabilmente a

enzimatiche apportate ma, in un’ottica generale di

assolutamente accettabili. In ogni caso, va

acqua fornisce estratti sicuramente più

successivi trattamenti. Nella diapositive

ottenuti.

(15)

Studio e preparazione del substrato

Tipo °Bx (media) °Bx (Dev. Std) Pectina (media)

EAB 3,5 0,4 9.585

IAC 5,9 0,5 17.833

IAL 16,7 3,6 9.640

DEIAC 5,3 0,3 10.738

ESA 7,1 7.730

Studio e preparazione del substrato

Pectina ppm (media)

Pectina ppm (Dev. Std)

Pectina ppm/°Bx (media)

Pectina ppm/°Bx (Dev. Std)

9.585 2.492 2.730 715

17.833 2.295 3.038 284

9.640 7.736 541 347

10.738 1.962 2.054 500

7.730 1.089

(16)

Studio e preparazione del substrato

2.500 3.000 3.500

PectWS/°Bx

0 500 1.000 1.500 2.000

EAB IAC IAL DEIAC ESA

Studio e preparazione del substrato

2.000 2.500

(PectWS/°Bx)xResa

0 500 1.000 1.500

EAB IAC IAL DEIAC ESA

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Prove di trattamento enzimatico

In uno stadio successivo abbiamo cominciato attacco enzimatico più conveniente

fibra solubile; il preparato enzimatico trattamenti a membrana con lo

componenti degli estratti grezzi mediante cut-off molecolare abbastanza elevato membrana per permetterne, di

membrana per permetterne, di

concentrazione mediante una membrana molecolare molto basso.

Il dosaggio utilizzato è stato di 3 grammi substrato (prodotto industrialmente con alla temperatura di 50°C e protratto stazionarie, cioè lasciando naturalmente mantenere la temperatura iniziale del

stato corretto a 3,2. Sono stati provati per semplicità, con delle lettere.

Prove di trattamento enzimatico

cominciato ad investigare sul sistema di

per trasformare le pectine estratte in

enzimatico dovrà permettere di effettuare

scopo di isolare le fibre dagli altri

mediante membrane da ultrafiltrazione con

elevato in modo che passino attraverso la

seguito, la deamarizzazione e la

membrana da nanofiltrazione con cut-off

grammi di enzima per chilogrammo di

con sistema misto EAB / IAC) effettuato

protratto per circa 22 ore, in condizioni

naturalmente raffreddare il prodotto senza

del trattamento. Il pH del substrato è

provati 16 enzimi commerciali individuati,

(18)

Prove di trattamento enzimatico

Al termine del trattamento enzimatico, i vari campioni sono stati centrifugati e il centrifugato è stato pastorizzato a 95°C per inattivare gli enzimi e raffreddato. Abbiamo registrato il valore dei solidi sospesi dopo il trattamento enzimatico, l’aspetto, la quantità di centrifugato rispetto al prodotto sottoposto al trattamento e abbiamo determinato il grado Brix, la pectina solubile e determinato il grado Brix, la pectina solubile e l’acido galatturonico monomero per determinare, in via approssimata, la quantità di oligomeri di pectina risultanti. Diciamo subito che l’enzima G ha comportato la gelificazione completa del prodotto. Accanto e di seguito riportiamo i dati concernenti la prova effettuata; Si noti che il contenuto di polpa iniziale era del 30 % V/V per cui tutti gli enzimi hanno provocato una modifica delle caratteristiche anche reologiche del prodotto, probabilmente anche a causa dell’elevato dosaggio.

Prove di trattamento enzimatico

vari è enzimi dei enzimatico, al abbiamo e

ID

P3000 dopo trattamento

Aspetto Centrifugato Volume (ml) centrifugato

Volume vs Feed

A 19 torbido 355 71,00%

B 14 limpido 392 78,40%

C 18 limpido 365 73,00%

D 14 limpido 400 80,00%

E 21 limpido 380 76,00%

F 17 limpido 400 80,00%

e determinare, di G del dati il per modifica del causa

H 18 limpido 370 74,00%

I 26 torbido 338 67,60%

J 21 quasi limpido 350 70,00%

K 20 limpido 330 66,00%

L 16 quasi limpido 386 77,20%

M 19 limpido 368 73,60%

N 14 limpido 400 80,00%

O 16 limpido 372 74,40%

P 16 limpido 400 80,00%

Q 18 limpido 390 78,00%

R 18 quasi limpido 400 80,00%

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Prove di trattamento enzimatico

ID °Bx

Pectina WS (ppm)

AGA (ppm)

Oligomeri (ppm)

Pectina WS (ppm/°Bx)

A 4,9 215 635 10.130 43,9

B 5,0 295 1.625 9.060 59,0

C 4,8 200 1.370 9.410 41,7

D 5,0 295 1.810 8.875 59,0

E 5,0 270 1.960 8.750 54,0

F 5,1 615 1.445 8.920 120,6

H 5,0 2.845 2.115 6.020 569,0

I 5,1 4.315 700 5.965 846,1

J 5,0 1.510 1.070 8.400 302,0

K 5,1 1.420 890 8.670 278,4

L 4,9 1.920 1.610 7.450 391,8

M 4,8 710 3.100 7.170 147,9

N 4,9 740 1.520 8.720 151,0

O 4,9 2.420 1.685 6.875 493,9

P 5,0 270 1.510 9.200 54,0

Q 4,8 740 1.290 8.950 154,2

R 4,8 835 1.455 8.690 174,0

Prove di trattamento enzimatico

rispetto all’alimento AGA

(ppm/°Bx)

Oligomeri (ppm/°Bx)

AGA (ppm/°Bx)

129,6 2.067,3 1,93% 110,39% 96,06%

325,0 1.812,0 2,60% 276,85% 84,19%

285,4 1.960,4 1,84% 243,13% 91,09%

362,0 1.775,0 2,60% 308,37% 82,47%

392,0 1.750,0 2,38% 333,93% 81,31%

283,3 1.749,0 5,31% 241,36% 81,27%

423,0 1.204,0 25,07% 360,33% 55,94%

137,3 1.169,6 37,28% 116,92% 54,35%

214,0 1.680,0 13,31% 182,30% 78,06%

174,5 1.700,0 12,27% 148,66% 78,99%

328,6 1.520,4 17,26% 279,89% 70,65%

645,8 1.493,8 6,52% 550,15% 69,41%

310,2 1.779,6 6,65% 264,25% 82,69%

343,9 1.403,1 21,76% 292,93% 65,19%

302,0 1.840,0 2,38% 257,26% 85,49%

268,8 1.864,6 6,79% 228,94% 86,64%

303,1 1.810,4 7,66% 258,22% 84,12%

(20)

Prove di trattamento enzimatico

K L M N O P Q R

0 1 2

A B C D E F H I J K

Oligomeri (ppm/°Bx) AGA (ppm/

Prove di trattamento enzimatico

3 4 5 6

AGA (ppm/°Bx) Pectina (ppm/°Bx)

(21)

Prove di trattamento enzimatico

Abbiamo,

quindi deciso di ripetere il trattamento con un

ID

P3000 dopo Trattamento

Aspetto Centrifugato

Volume (ml) Centrifugato

H 18 quasi limpido

J 26 quasi limpido

con un dosaggio inferiore, 1 g/Kg, usando gli enzimi H, J, K, L,M,N, O,Q e R.

K 26 torbido

L 19 quasi limpido

M 20 quasi limpido

N 16 quasi limpido

O 20 torbido

Q 20 torbido

R 19 poco torbido

Prove di trattamento enzimatico

Volume (ml) Centrifugato

Volume Centrif.

vs Feed

Sosta (h)

Complessiva °Bx

Pectina WS (ppm)

AGA (ppm)

376 75,20% 22,33 4,7 2.340 1800

367 73,40% 22,37 4,6 2.810 890

370 74,00% 23,00 4,7 1.670 600

394 78,80% 23,00 4,8 1.695 1520

385 77,00% 23,67 4,6 1.620 1300

387 77,40% 23,67 4,7 1.510 1650

375 75,00% 24,12 4,7 4.180 1050

389 77,80% 24,12 4,6 2.680 770

378 75,60% 24,33 4,7 1.330 1210

(22)

Prove di trattamento enzimatico

ID °Bx

Pectina WS (ppm)

AGA (ppm)

Oligomeri (ppm)

Pectina WS (ppm/°Bx

H 4,7 2.340 1800 6.840 497,9

J 4,6 2.810 890 7.280 610,9

K 4,7 1.670 600 8.710 355,3

L 4,8 1.695 1520 7.765 353,1

M 4,6 1.620 1300 8.060 352,2

N 4,7 1.510 1650 7.820 321,3

O 4,7 4.180 1050 5.750 889,4

Q 4,6 2.680 770 7.530 582,6

R 4,7 1.330 1210 8.440 283,0

Prove di trattamento enzimatico

Vs Feed

Pectina WS Bx)

AGA (ppm/°Bx)

497,9 383,0 1.455,3 21,94% 326,24% 67,62%

610,9 193,5 1.582,6 26,92% 164,81% 73,54%

355,3 127,7 1.853,2 15,66% 108,75% 86,11%

353,1 316,7 1.617,7 15,56% 269,75% 75,17%

352,2 282,6 1.752,2 15,52% 240,74% 81,41%

321,3 351,1 1.663,8 14,16% 299,05% 77,31%

889,4 223,4 1.223,4 39,19% 190,31% 56,85%

582,6 167,4 1.637,0 25,67% 142,59% 76,06%

283,0 257,4 1.795,7 12,47% 219,31% 83,44%

(23)

sviluppo precompetitivo

I dati ottenuti sono compatibili con la differenza attività enzimatica, infatti, per esempio, per

galatturonico sono più alti nella prova 1 mentre prova 2.

Di pari passo allo studio di laboratorio, si replicare in stabilimento le stesse condizioni replicare in stabilimento le stesse condizioni dei test industriali per valutare la dimensione conseguenza la dimensione della forata

proposito una forata con fori da circa

quest’applicazione. Con riferimento ai serbatoi

osservate particolari problematiche anche lavorando che si è rivelato il più complicato da gestire a

a questo proposito, non si sono notati problemi trasferimento in quanto le normali pompe

dimostrate idonee grazie alle alte e relativamente rispettivamente.

sviluppo precompetitivo

differenza di dosaggio in funzione della specifica per l’enzima H il valore di pectina solubile e acido mentre gli oligomeri di pectina sono più alti nella sono compiute diverse prove con lo scopo di condizioni operative. Sono stati di conseguenza eseguiti condizioni operative. Sono stati di conseguenza eseguiti dimensione ottimale delle particelle di buccia e di da utilizzare nei mulini frangitori; a questo 2 mm si è dimostrata valida anche per serbatoi e al sistema di agitazione non si sono lavorando in ambiente molto acido, ambiente a causa dell’aumento di viscosità che introduce;

problemi particolari anche con le pompe di centrifughe a girante aperta o mono si sono relativamente alte temperature di processo,

(24)

sviluppo precompetitivo

I sistemi di estrazione che sono stati provati alle modalità “EAB” e “IAC”. Le operazioni di sottoprodotti sono normalmente effettuate centrifughi orizzontali, particolarmente utili

dimensioni e, di seguito, chiarificatori centrifughi

minori dimensioni; queste operazioni sono fondamentali di ricerca immediatamente successive al recupero

di ricerca immediatamente successive al recupero abbiamo notato che l’uso dei dekanter è perfettamente

“IAC” mentre quello delle centrifughe è compatibile sistema “IAC”. In questo caso, infatti, la

prossime ai 95°C è talmente elevata che parametri operativi delle centrifughe. Ciò è mulino frangitore, dal pH (che è stato variato ambiente acido (che è stato variato tra 30 e 60 Per questi motivi, quando si è andati a eseguire abbiamo deciso di utilizzare un sistema misto,

sviluppo precompetitivo

provati industrialmente sono quelli che si riferiscono di raffinazione dei succhi degli agrumi e di altri in due stadi usando dei dekanter, chiarificatori utili per eliminare i solidi sospesi di maggiori centrifughi verticali a dischi per eliminare quelli di fondamentali per il proseguimento delle attività recupero degli estratti di fibre. In particolare, recupero degli estratti di fibre. In particolare, perfettamente confacente sia ai sistemi “EAB” che compatibile con il sistema “EAB” ma non con il viscosità del prodotto anche a temperature è stata sempre e comunque eccessiva per i è avvenuto indipendentemente dalla forata del variato da 1,0 a 2,0) e dal tempo di sosta a caldo in

60 minuti).

eseguire una prova industriale su quantità maggiori misto, quindi “EAB” + “IAC”

(25)

sviluppo precompetitivo

Le prove industriali sono state effettuate con la seguente Tk-1 (EAB)

Della buccia di arancia macinata a freddo con dell’acqua in un serbatoio dotato di serpentina riscaldata a vapore tramite la serpentina e trasferite in alimento su un calore tubolare che ha innalzato la temperatura a 95

L’uscita del dekanter è stata alimentata su un chiarificatore L’uscita del dekanter è stata alimentata su un chiarificatore stata posta in stand-by in un serbatoio in attesa della

Tk-2 (IAC)

Della buccia di arancia macinata a freddo con dell’acqua in un serbatoio dotato di serpentina riscaldata a vapore pH 2,0 con 75 Kg di HNO3 65% e portate a 60°C

alimento su un dekanter Westfalia CA365 e su un tubolare che ha innalzato la temperatura a 95°C.

Il prodotto in uscita dai dekanter era “spesso” e pastoso, non alimentabile sul chiarificatore, quindi è stato trasferito Tk-1 e insieme sono stati pastorizzati a 105°C e raffreddati

sviluppo precompetitivo

seguente modalità:

dell’acqua (il minimo per essere pompabile) è stata trasferita vapore. Circa 16 tons di macinato sono state portate a 60°C dekanter Westfalia CA365 tramite uno scambiatore di 95°C.

chiarificatore centrifugo Westfalia SB60 e depolpato; l’uscita è chiarificatore centrifugo Westfalia SB60 e depolpato; l’uscita è

della prova IAC.

dell’acqua (il minimo per essere pompabile) è stata trasferita vapore. Circa 16 tons di macinato sono state acidificate a tramite la serpentina. Il prodotto è stato trasferito in un Jumbo 2 Pieralisi tramite uno scambiatore di calore

pastoso, così come verificato nelle prove di laboratorio, e trasferito direttamente insieme a quello centrifugato del raffreddati.

(26)

sviluppo precompetitivo

Le fibre grezze prodotte come sopra descritto sono a membrana dopo essere state trattate, in condizioni Alcuni di questi enzimi erano quelli già individuati come tipo O che era nel frattempo uscito di produzione e state le seguenti:

1. Riscaldamento della fibra grezza a 50°C

2. Dosaggio dell’enzima (300/400 ppm per 3 ore) 2. Dosaggio dell’enzima (300/400 ppm per 3 ore) 3. Centrifugazione e pastorizzazione

4. Ultrafiltrazione su membrane tubolari Koch Membrane 100.000 Dalton

5. Nanofiltrazione del permeato dell’ultrafiltrazione System tipo SR-100 con cut-off molecolare da 200 Abbiamo verificato le variazioni di °Bx e pectine dopo membrane, i valori di solidi e pectine su permeato nanofiltrazione allo scopo di individuare i trattamenti

sviluppo precompetitivo

state utilizzate per una serie di prove pilota su impianti condizioni standardizzate, con 22 enzimi pectolitici.

come idonei nelle prove precedenti con l’eccezione del e ne sono stati provati altri; le modalità operative sono

Membrane System tipo HFM-180 con cut-off molecolare da

dell’ultrafiltrazione su membrane a spirale avvolta Koch Membrane 200 Dalton

dopo il trattamento enzimatico, i dati di permeabilità sulle permeato e ritentato sia dell’ultrafiltrazione che della trattamenti enzimatici più idonei per:

(27)

sviluppo precompetitivo

Ultrafiltrazione Tubolare

sviluppo precompetitivo

Nanofiltrazione a Spirale Avvolta

(28)

sviluppo precompetitivo

• Produrre un concentrato altamente per produrre bevande arricchite con

• Produrre una fibra solubile di arancia inferiore a quello del prodotto di partenza Nel primo caso, l’enzima non deve

Nel primo caso, l’enzima non deve

polimerica e concentrare le fibre sul permeato Nel secondo caso l’enzima deve

controllata delle catene permettendo

possano passare attraverso la membrana concentrati da quella da nanofiltrazione

Il tutto con un occhio a dati di permeabilità industriale. I dati ottenuti sono sintetizzati

sviluppo precompetitivo

altamente pectico e ricco di fibre da utilizzare con fibre

arancia caratterizzata da peso molecolare partenza

deve intaccare più di tanto la struttura deve intaccare più di tanto la struttura

permeato dell’ultrafiltrazione.

deve provocare una depolimerizzazione permettendo la formazione di oligomeri che membrana da ultrafiltrazione per essere nanofiltrazione.

permeabilità per una futura applicazione

sintetizzati dai grafici seguenti:

(29)

sviluppo precompetitivo

(30)

sviluppo precompetitivo

(31)

sviluppo precompetitivo

(32)

sviluppo precompetitivo

(33)

sviluppo precompetitivo

(34)

sviluppo precompetitivo

• Se ne deduce che per produrre pectico e ricco di fibre da

arricchite con fibre è indicato T1 e Y2 e, in seconda battuta gli

• Mentre per produrre una fibra

• Mentre per produrre una fibra da peso molecolare inferiore a è indicato usare, elettivamente, battuta gli enzimi K, M, Y4, J, W

• Tra questi ultimi, quelli che contenuto di fibre nel ritentato M, X3 e X4 anche se l’enzima pectina elevati.

sviluppo precompetitivo

produrre un concentrato altamente utilizzare per produrre bevande indicato usare, elettivamente, gli enzimi

gli enzimi H, X2, Y3, S1 e Y1.

fibra solubile di arancia caratterizzata fibra solubile di arancia caratterizzata a quello del prodotto di partenza elettivamente, gli enzimi R e X3 e, in seconda

W, X4 e S2.

che consentono di massimizzare il

ritentato della nanofiltrazione sono: R, J,

M non permette valori assoluti di

(35)

sviluppo precompetitivo

I prodotti ottenuti fino a questo inadatti ad essere consumati;

ripetere i trattamenti enzimatici provvedendo a deamarizzare

nanofiltrazione. I ritentati delle nanofiltrazione. I ritentati delle parzialmente diluiti e alimentati ciascuna 2,8 l di resina adsorbente l/h (pari a 1,8 BV/h). La portata

°Bx variabile tra 13 e 15.

liquidi deamarizzati sono stati

ed essiccati per mezzo di uno «Spray

sviluppo precompetitivo

questo punto erano tutti amari e abbiamo, quindi, provveduto a enzimatici con gli enzimi R, X3 e M su scala pilota i ritentati della delle tre prove sono stati riuniti, delle tre prove sono stati riuniti, alimentati su due colonne contenenti adsorbente con una velocità di flusso di 5 portata ciclica è stata di 11-12 BV ad un riconcentrati per nanofiltrazione

«Spray-Dryer» da laboratorio.

(36)

sviluppo precompetitivo

(37)

sviluppo precompetitivo

Analiticamente, sono stati determinati galatturonico e la distribuzione

contenute. Quest’ultima mediante tecniche dimensionale con l’uso di 4 detectors

rifrazione e viscosità, che, ricombinati, molecolare numerale e ponderale e molecolare numerale e ponderale e

riporta la distribuzione dei pesi molecolari enzimatici siano stati un po’ troppo energici

Picco 1 Picco 2

Peso Mol. (Dalton) 200.000 15.000

% p/p 1 17

sviluppo precompetitivo

determinati il contenuto di pectina, di acido del peso molecolare delle pectine tecniche di cromatografia di esclusione detectors: light scattering a 90° e 8°, indice di ricombinati, permettono di determinare il peso la polidispersione. La tabella seguente la polidispersione. La tabella seguente molecolari che indica come i trattamenti

energici.

Picco 2 Picco 3 Picco 4 Picco 5

15.000 1.500 800 200

17 56 14 11

(38)

sviluppo precompetitivo sviluppo precompetitivo

FIBRA SOLUBILE DI ARANCIA

Pectina (%) 9,17

Acido Galatturonico (%) 0,08 Acido Galatturonico (%) 0,08

(39)

Fibra di Arancia Essiccata Fibra di Arancia Essiccata

39

Fibra di Arancia Essiccata Fibra di Arancia Essiccata

(40)

Fibra Essiccata (insolubile)

Per recuperare le fibre insolubili dal

umana è necessario separare sia gli zuccheri zuccheri devono essere separati per evitare pectine contenute renderebbe il prodotto avrebbe un notevole impatto economico

zuccheri andrebbero incontro a fenomeni l’essiccazione provocando imbrunimenti

accettabile.

I micronutrienti (soprattutto flavonoidi e

sono sostanze notevolmente amare, specialmente fibre poco utilizzabili. L’eliminazione e

convenientemente effettuato mediante multistadio mentre si possono spostare i

(la fibra) mediante stadi coinvolgenti opportune

Fibra Essiccata (insolubile) - Introduzione

pastazzo e utilizzarle per l’alimentazione

zuccheri che i micronutrienti contenuti; gli

evitare la saponosità che di concerto con le

prodotto poco pressabile e, di conseguenza,

economico sui processi di essiccamento; inoltre, gli

fenomeni di caramellizzazione durante

imbrunimenti che renderebbero il prodotto finito poco

fenomeni di caramellizzazione durante

imbrunimenti che renderebbero il prodotto finito poco

e limonoidi) devono essere separati perché

specialmente la limonina, e renderebbero le

e il recupero degli zuccheri può essere

mediante tecniche di lavaggio controcorrente

i flavonoidi ed i limonoidi dalla parte solida

opportune variazioni di pH.

(41)

Fibra Essiccata

Nella fase iniziale del Progetto sono state quali si è simulato un sistema di lavaggio per tempi diversi (30, 60, 90, 120 min.) mentre tre stadi di lavaggio trasferivano contenuti (solidi = sostanze che danno °Bx flavonoidi e al 40 % dei limonoidi; il tempo importante in quanto, sia per i limonoidi

flavonoidi e al 40 % dei limonoidi; il tempo importante in quanto, sia per i limonoidi

differenze significative tra 30 e 120 min.

In ulteriori prove di laboratorio si sono

venivano sempre mantenute in agitazione separazione delle bucce dalla soluzione

torchio da melanzane. In queste condizioni, limonoidi contenuti veniva trasferito nei

parte restante trasferito nella soluzione risciacquo.

state effettuate delle prove di laboratorio nelle lavaggio a tre stadi e trattamenti alcalini protratti ); i risultati ottenuti hanno dimostrato che trasferivano nella fase liquida circa l’80 % dei solidi Bx) il trasferimento era limitato all’11 % dei tempo di contatto sembrava essere meno limonoidi che per i flavonoidi, non si sono verificate tempo di contatto sembrava essere meno limonoidi che per i flavonoidi, non si sono verificate . di contatto con la soluzione alcalinizzante.

sono ottenuti risultati migliori se le bucce

agitazione durante il trattamento e se la

soluzione alcalina veniva effettuata mediante un

condizioni, circa il 30 % sia dei flavonoidi che dei

liquidi di lavaggio e un ulteriore 60 % della

soluzione alcalinizzante e nei liquidi acidi di

(42)

Fibra Essiccata

In conseguenza dei risultati delle prove

produzione di bucce secche per l’estrazione aumentando il numero di stadi di

deamarizzazione costituito da un sistema serbatoi di sosta, un sistema di separazione di soluzione acidificante.

di soluzione acidificante.

Sono state, quindi, eseguite varie prove modificando le variabili di processo in particolare per ciò che riguarda:

•

rapporto bucce-acqua nelle fasi di lavaggio

•

pH finale della miscela bucce-soluzione alcalinizzante

•

tempo di contatto delle bucce con la soluzione alcalinizzante nei serbatoi polmone

•

aggiunta di acqua alla miscela bucce-soluzione alcalinizzante

prove di laboratorio, un impianto industriale di l’estrazione di pectina è stato modificato lavaggio e inserendo uno stadio di sistema di dosaggio di soluzione alcalinizzante, separazione solido liquido e un sistema di dosaggio Sono state, quindi, eseguite varie prove modificando le variabili di processo in

acqua nelle fasi di lavaggio

soluzione alcalinizzante

tempo di contatto delle bucce con la soluzione alcalinizzante nei serbatoi

soluzione alcalinizzante

(43)

Fibra Essiccata

•

riciclo di una parte del liquido alcalino di sgrondatura per risparmiare la soluzione alcalinizzante

•

variazione della portata d’acqua insieme alla soluzione acidificante prima dell’essiccazione delle bucce

•

variazione delle temperature di processo sia in fase di lavaggio che in quella di acidificazione

Durante il corso delle varie lavorazioni si Durante il corso delle varie lavorazioni si delle bucce in uscita dalla pressa prima

relative al prodotto essiccato; si sono sempre Capacity usando il metodo di Metcalf &

in quanto rende conto della capacità

impasto; quanto maggiore è questa capacità l’acqua permette una maggior shelf-life

alta capacità di legare l’acqua permette

nella miscela dell’impasto con evidenti vantaggi

riciclo di una parte del liquido alcalino di sgrondatura per risparmiare la variazione della portata d’acqua insieme alla soluzione acidificante prima

variazione delle temperature di processo sia in fase di lavaggio che in quella di

si sono controllati i valori di umidità relative

prima dell’essiccatore e, ovviamente quelli

sempre verificati i valori di Water Binding

Gillies. Questo dato è piuttosto importante

della fibra di legare l’acqua libera in un

capacità tanto migliore è la fibra infatti legare

life del prodotto da forno finito e avere una

di diminuire il quantitativo di grassi usato

vantaggi dal punto di vista dietetico.

(44)

Fibra Essiccata

(45)

Fibra Essiccata

Di seguito riportiamo in forma grafica i dati di processo relativi ad una lavorazione industriale durante la quale sono stati analizzati sia i solidi che i liquidi per

0 5 10 15 20 25 30

che i liquidi per verificare la distribuzione delle sostanze amare nei vari stadi.

Flav/°Bx Limonina/°Bx

0 10 20 30 40 50 60

30 35

0 5 10 15 20 25

Liq. Vasca B

Liq. Vasca C

Liq. Vasca D

Liq. Vasca E

Liq. Vasca F

Liq. Vasca G

(46)

Fibra Essiccata

80,00%

90,00%

100,00% 16,36%

10,88%

Torchi +Silos

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

FLAV/°Bx

8,91%

8,63%

9,94%

8,29%

8,72%

28,27% Sgrondato G

Sgrondato F Sgrondato E Sgrondato D Sgrondato C Sgrondato B Cloudy

80,00%

90,00%

100,00%

15,62%

16,71%

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

80,00%

Limonina/°Bx 8,67%

19,89%

17,86%

21,25%

Sgrondato G Sgrondato F Sgrondato E Sgrondato D Sgrondato C Sgrondato B

(47)

Fibra Essiccata

In condizioni opportune, il contenuto inferiore alla soglia di percezione pari a

come esperidina sono sempre inferiori assolutamente accettabile dal punto di vista Nelle medesime condizioni operative, la Water di 800 ± 40 %

Le analisi effettuate dimostrano che sia la limonina che i polifenoli si distribuiscono Le analisi effettuate dimostrano che sia la limonina che i polifenoli si distribuiscono tra fase solida e fase liquida conformemente al grado di lavaggio e,

contestualmente, i liquidi si arricchiscono in sostanze amaricanti conformemente allo stadio di lavaggio considerato.

La fase cruciale dell’intero processo è la di deamarizzazione che è complicata dalla uno strato gelatinoso all’esterno dei

l’efficienza della separazione solido – liquido nella fase finale del trattamento.

di limonina sulle fibre finali è sempre 2 mg/Kg mentre i polifenoli totali espressi inferiori a 100 mg/Kg (HPLC) un valore

vista organolettico.

Nelle medesime condizioni operative, la Water Binding Capacity è stabile su valori Le analisi effettuate dimostrano che sia la limonina che i polifenoli si distribuiscono Le analisi effettuate dimostrano che sia la limonina che i polifenoli si distribuiscono tra fase solida e fase liquida conformemente al grado di lavaggio e,

contestualmente, i liquidi si arricchiscono in sostanze amaricanti conformemente

la separazione solido-liquido dopo lo stadio

dalla presenza di pectine residue che formano

pezzetti di buccia che interferisce con

liquido e obbliga a usare molta acqua acida

(48)

Fibra Essiccata

Di seguito un’analisi tipo del prodotto ottenuto:

Parametro Valore

Umidità 7.85 ± 0.02

Ceneri 5.67 ± 0.15

Fibra alimentare 70.5 ± 1.0

Pectina 1.60 ± 0.10

Pectina ossalato solubile 0.65 ± 0.02 Pectina solubile in acqua 0.90 ± 0.02

Water Binding Capacity 800 ± 40 Attività dell’acqua (aw) 0.24 ± 0.01

Di seguito un’analisi tipo del prodotto ottenuto:

Unità di misura

g/100g g/100g g/100g

g/100g come acido galatturonico g/100g come acido galatturonico g/100g come acido galatturonico

%

(49)

Fibra Essiccata

Il sistema può includere uno stadio di ossidazione fibra prima dell’essiccazione…

ossidazione chimica per la decolorazione della

(50)

Fibra Essiccata

Oppure una decolorazione fotochimica direttamente sulla fibra essiccata; nelle prove

abbiamo utilizzato una lampada a fluorescenza a spettro solare completo avente potenza di 23 W (pari a 88 W a incandescenza) avente temperatura di 5500

LM; per l’esecuzione dei test abbiamo posto la fibra essiccata in strato sottile sotto la

lampada e abbiamo lasciato agire la luce mescolando il prodotto ogni 12 ore. Dopo 15 giorni di esposizione abbiamo avuto il risultato seguente:

INIZIO PROVA FINE PROVA

L a b L a b

punto 1 43 14 45 52 9 39

punto 2 65 13 56 59 8 39

punto 3 60 12 54 54 8 40

punto 4 57 12 54 61 5 37

punto 5 39 12 45 81 5 44

punto 6 68 10 56 68 5 33

punto 7 48 8 35 75 3 39

media 54,29 11,57 49,29 64,29 6,14 38,71

Dev. Std 11,13 1,99 7,91 10,83 2,19 3,30

Diff. L 10,00 Diff. A -5,43 Diff. b -10,57

Ricordiamo che nello spazio di colore Lab, L è la luminosità, l’indice a indica rosso/verde (+/-) e l’indice b indica giallo/blu (+/-).

Si deduce che a fine prova la fibra è più chiara (L=+10), meno rossa (a=-5,4) e meno gialla (b=-10,6).

Oppure una decolorazione fotochimica direttamente sulla fibra essiccata; nelle prove

abbiamo utilizzato una lampada a fluorescenza a spettro solare completo avente potenza di a incandescenza) avente temperatura di 5500°K e flusso luminoso di 1200 LM; per l’esecuzione dei test abbiamo posto la fibra essiccata in strato sottile sotto la

lampada e abbiamo lasciato agire la luce mescolando il prodotto ogni 12 ore. Dopo 15 giorni di esposizione abbiamo avuto il risultato seguente:

Ricordiamo che nello spazio di colore Lab, L è la luminosità, l’indice Si deduce che a fine prova la fibra è più chiara (L=+10), meno rossa

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Fibra Essiccata

La caratteristica più importante è la sua capacità sfruttata per prolungare la shelf-life dei

quantità di grassi nelle ricette; ecco un esempio

Fibra 1 Acqua 7 a caldo

capacità di trattenere l’acqua che può essere dei prodotti da forno e/o per diminuire la esempio di come la fibra ingloba l’acqua….

Fibra 1

Acqua 7

a freddo

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Basi per Bevande ad Alto Contenuto Pectico Basi per Bevande ad Alto Contenuto Pectico

52

Basi per Bevande ad Alto Contenuto Pectico Basi per Bevande ad Alto Contenuto Pectico

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