Impianti ad atmosfera controllata per la conservazione degli ortofrutticoli freschi

1. Impianti ad atmosfera controllata per la conservazione degli ortofrutticoli freschi RINALDO BOTONDIDISTAUNIVERSITA’ DELLA TUSCIA

2. DEFINIZIONE • Miscele di gas (essenzialmente CO2, O2, N2) con concentrazioni variabili dei suoi costituenti molecolari atte a prolungare la conservazione (shelf-life) degli alimenti in combinazione con la refrigerazione. • Per quanto riguarda gli ortofrutticoli occorre tenere conto del loro metabolismo respiratorio. • Normalmente le concentrazioni utilizzate per i frutti hanno dei valori intorno a 2% O2+ 5% CO2+ N2 oppure 1% O2 + N2 (definita U.L.O.)

3. Vantaggi dell’impiego della AC • Ritardo della senescenza • Ridotta sensibilità all’azione dell’etilene • Diminuzione delle fisiopatie • Diminuzione della crescita fungina • 5. Controllo degli insetti

4. Svantaggi dell’impiego della AC • Inizio o aggravamento di alcune fisiopatie • Maturazione irregolare • Insorgenza di aromi e odori sgradevoli • Aumento della suscettibilità al disfacimento • Alterazioni epidermiche • Induzione del germogliamento

5. TIPI DI ATMOSFERE CONTROLLATE REALIZZABILI PER GLI ORTOFRUTTICOLI • Le atmosfere controllate (A.C.) possono essere di tipo biologiche e di tipo abiologiche

6. A.C. BIOLOGICHE • Le A.C. biologiche, oramai non più utilizzate, prendono in considerazione la respirazione dei frutti in una cella chiusa impermeabile ai gas. • Tali A.C. possono essere areate quando, una volta raggiunto il giusto livello di CO2/O2 voluto, si apre una saracinesca per permettere di introdurre aria con il fine di fornire altro O2 e abbassarre la CO2 mantenendo così piuttosto stabile l’atmosfera desiderata.

7. A.C. BIOLOGICHE • L’altra A.C. è definita non areata. In questo caso vi è la necessità di abbassare il livello della CO2 per impedire un suo eccesso dovuto alla respirazione del frutto. A tal proposito sono stati utilizzati degli strumenti definiti decarbonicatori. • Risulta evidente che le A.C. biologiche sono dipendenti dal tipo di campione presente, dalla maturità dello stesso, dalla temperatura della cella di conservazione: nel complesso, quindi, dal metabolismo respiratorio dell’ortofrutticolo.

8. A.C. ABIOLOGICHE • Questo tipo di A.C. rappresenta il sistema di conservazione universalmente utilizzato in quanto ha il vantaggio di risultare indipendente dal metabolismo respiratorio dei frutti. • Inoltre è rapido perché si ottiene l’atmosfera voluta in poco tempo con un vantaggio per la qualità del prodotto

9. A.C. ABIOLOGICHE • Permette di mantenere la A.C. voluta anche nel caso di perdite causate da una impermeabilizzazione difettosa delle celle di conservazione • Permette la movimentazione del materiale posto in conservazione (scarico parziale delle celle) e risulta indipendente dal quantitativo di frutta posta in cella grazie alla rapidità di ritorno ai livelli impostati

10. CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE DELLE CELLE DI A.C. • Le celle più classiche sono realizzate in muratura con mattoni o forati, tetto in tegole e struttura portante in cemento armato. • Per ottenere un miglior isolamento ed impermeabilizzazione sono stati utilizzati pannelli in doppio strato di acciaio o cemento isolato con con fibre minerali o perlite oppure lastre (p. es. polistirolo o poliuretano) come isolanti con incollate sulle facce est. ed int. strati di poliuretano con rinforzi in lana di vetro

11. Magazzini per la conservazionead Atmosfera Controllata

12. CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE DELLE CELLE DI A.C. • Per l’isolamento termico si utilizzano sostanze poste all’interno o all’esterno delle strutture portanti delle celle disposte superficialmente intervallate da piccoli spazi interni con il fine di ridurre la conduttività ( che diminuisce in relazione alla densità del materiale). • Tra le sostanze più utilizzate si annoverano: il sughero, il polistirolo, il polivinile ed il poliuretano espanso, la vermiculite e la lana di vetro.

13. CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE DELLE CELLE DI A.C. • Per l’impermeabilizzazione ai gas dal punto di vista costruttivo si è operato ponendo strati impermeabili sul lato freddo (interno cella) o sul lato caldo (esterno cella). • Sul lato interno delle celle sono stati utilizzati per questo fine fogli di alluminio o piastre di resine poliestere con rinforzi in fibra di vetro oppure pareti trattate con polivinile plastificata rivestita da resina poliestere applicata su superfici di polistirolo, oppure intonaci flessibili del tipo emulsioni o mastici con risultati però, a lungo termine, piuttosto contrastanti.

14. CARATTERISTICHE COSTRUTTIVE DELLE CELLE DI A.C. • Non si è comunque ottenuto un miglioramento sostanziale realizzando impermeabilizzazioni sul lato caldo delle celle con fogli di alluminio o con lamine di sostanze plastiche, oppure con mastici o emulsioni applicate sul materiale isolante e la muratura. Lo strato impermeabile poteva muoversi in un caso o creare falle nell’altro caso.

15. Celle modulari in poliuretano

16. Porta isolante scorrevolemunita di ruote in acciaio

17. Apparecchiature per la realizzazione delle atmosfere controllate • Apparecchiature atte a ridurre il tasso di O2 • Apparecchiature atte a ridurre il tasso di CO2 • Generatori di atmosfere • Assorbitori di etilene • Apparecchiature per l’analisi ed il controllo delle atmosfere controllate

18. STRUMENTAZIONI PER LA RIDUZIONE DEL TASSO DI O2 • Convertitore O2Deoxo (Sulzer) C3H8 + 5 O2 = 3CO2 + 4H2O + CAL T=350°C (CICLO CHIUSO) t=48ore Dopo la reazione catalitica l’aria viene rinviata nella cella umidificata e raffreddata a circa 20°C. In circa 48h il livello di O2 passa da 21% al 3% • Convertitore Isogen Stesso funzionamento però a CICLO APERTO. L’aria aspirata dall’esterno passa nel convertitore catalitico e quindi, dopo raffreddamento, viene spinta in cella. All’interno della stessa si crea una sovra pressione che costringe il gas all’interno della cella ad uscire tramite le valvole di sicurezza.

19. STRUMENTAZIONI PER LA RIDUZIONE DEL TASSO DI O2 • Convertitore ad ammoniaca Il convertitore ad NH3 combina lo H2 della stessa con la O2 dell’aria della cella. In 48h circa avviene l’abbattimento dell’O2 La reazione avviene in due fasi: l’ammoniaca viene scaldata a 900°C formando N2 e 3H2 successivamente si ha la seguente reazione 2N2 + 6H2 +3 O2= 2N2 + 6H2O T=900°C t= meno di 48 ore

20. Apparecchiature atte a ridurre il tasso di CO2 • Per via fisica • Per via chimica: • - A rigenerazione • - Senza rigenerazione

21. STRUMENTAZIONI PER LA RIDUZIONE DEL TASSO DI CO2 • Decarbonicatori per via fisica: Funzionamento basato sulla capillarità, porosità, natura delle sostanze attivate A carboni attivi Adso tipo Sulzer assorbono da 15 a 500Kg di CO2/24h con un consumo energetico tra 0.3 e 0.5Kw/h L’aria della cella è inviata al decarbonicatore, la CO2 è assorbita e l’aria ritorna in cella. Successivamente avviene la rigenerazione attraverso il passaggio di aria fresca sui carboni saturi di CO2 • Fase assorbente tra 8 e 10 minuti • Fase rigenerante tra 10 e 15 minuti

22. Fasi di rigenerazione e di assorbimento

23. STRUMENTAZIONI PER LA RIDUZIONE DEL TASSO DI CO2 • A setaccio molecolare che utilizzano come adsorbente le zeoliti (silicati di allumina di metalli alcalino-terrosi). Fissano anche bassi livelli di CO2, anche se hanno l’inconveniente che assorbono acqua abbassando quindi il tasso di U.R. • Un decarbonicatore che utilizza questi sistemi è l’Arcasorb: formato da due torri, in una avviene l’assorbimento, nella seconda la rigenerazione con flusso di aria calda (80°C) e l’umidificazione

24. STRUMENTAZIONI PER LA RIDUZIONE DEL TASSO DI CO2 • Decarbonicatori per via chimica: Senza rigenerazionea gorgogliamento o a pioggia che utilizzano NaOH o Ca(OH)2 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O (idrato di sodio) Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O (idrato di calcio) L’aria della cella è convogliata dal basso in alto verso una torre di assorbimento attraversata da una pioggia di idrato

25. Schema di funzionamento di un decarbonicatore a pioggia a idrato alcalino

26. STRUMENTAZIONI PER LA RIDUZIONE DEL TASSO DI CO2 • Con rigenerazione a carbonato di potassio (tipo S1, S2, e S3 della Sulzer) che fissa la CO2 K2CO3 +CO2 + H2O = 2KHCO3 (carbonato)(bicarbonato) Il bicarbonato può essere decarbonatato mediante lavaggio con aria e ritrasformato in carbonato

27. STRUMENTAZIONI PER LA RIDUZIONE DEL TASSO DI CO2 • Con rigenerazione a gorgogliamento o a pioggia che utilizzano derivati dell’etanoloammina come la MEA, la DEA e la TEA in soluzioni al 30-40% 2R-NH2+ CO2 + H2O = (R-NH3) 2CO3+ cal (R-NH3) 2CO3+ CO2+ H2O = 2R-NH3HCO3 Possono essere del tipo a torre a rigenerazione continua La TEA dopo aver assorbito la CO2 nel serbatoio in alto è inviata al serbatoio in basso dove viene rigenerata a T=95°C. Poi, dopo la refrigerazione, torna nel primo serbatoio.

28. Decarbonicatore ad etalonammina rigenerazione continua La riattivazione avviene mediante riscaldamento a 95 °C attraverso resistenze elettriche Quando la trietanolammina è rigenerata passa attraverso un scambiatore di calore ed inviata di nuovo nel recipiente superiore Schema di funzionamento del decarbonicatore a rigenerazione continua Hall

29. STRUMENTAZIONI PER LA RIDUZIONE DEL TASSO DI CO2 • A rigenerazione discontinua: una soluzione di DEA è posta in un serbatoio attraversato da aria proveniente dalla cella. Quando la DEA è satura viene inviata in un altro serbatoio in cui avviene la rigenerazione a 110°C, quindi ritorna nel serbatoio di partenza. • Nel complesso questi sistemi ad ammine globalmente possiedono: • Alta capacità di assorbimento, facile rigenerazione • Inconvenienti: azione corrosiva, formazione di composti come zolfo e ferro, reazione di assorbimento fortemente esotermica.

30. Decarbonicatore ad etalonammina a rigenerazione discontinua L’apparecchiatura è costi-tuita da due sezioni distinte: una di decarbonicazione ed una di rigenerazione Le fasi sono indipendenti, ma possono essere simulta-nee Schema di funzionamento del decarbonicatore a rigenerazione continua Bonomi

31. GENERATORI DI ATMOSFERA • Sono decarbonicatori e convertitori di O2 in un unico strumento. Possiedono i seguenti vantaggi: • Messa a regime in 2 o 3 giorni dal caricamento • Rapido ristabilimento delle atmosfere in caso di movimentazioni delle merci • Possibilità di ovviare a piccole perdite di gas dagli ambienti di stoccaggio TECTROL G2 Ne-X (bruciatore di O2 a ciclo aperto con decarbonicatore a carboni attivi) In 70 ore si raggiunge la messa a regime N2 Separator: l’aria passa attraverso membrane a fibre cave e lo N2 viene separato. Sicuro ed economico

32. Schema di funzionamento del generatore di atmosfera TECTROL Consumo = 2,2 kg/h di propano; 650 l/h di H2O; 1,1 kw/h di energia elettrica

33. Generatori di atmosfera N2-Separator - 1/2 • Si basa sulla separazione molecolare dei gas atmosferici compressi che passano attraverso membrane polimeriche a fibre cave

34. 2) Generatori di atmosfera N2-Separator - 2/2 • Sistema semplice • Assenza di parti mobili • Produce azoto ad alta purezza • Non si generano gas indesiderati • Non sono coinvolti combustibili • L’azoto è meno costoso di quello in bombole • Non vi è necessità di rigenerazione

35. CONTROLLO DELLE A.C. • Vi sono apparecchiature per analisi e controllo delle atmosfere come p.es. l’Orsat per la determinazione di O2 e CO2 Il funzionamento prevede l’assorbimento di CO2 da parte di una soluzione di potassio idrato, mentre il potassio pirogallato in soluzione assorbe l’O2. Valutando, dopo assorbimento, la diminuzione del volume iniziale delle due soluzioni si determinano i valori dei gas. • Analizzatori a raggi infrarossi per CO2 • Analizzatori che si basano sulle proprietà paramagnetiche dell’O2

36. Apparecchiature accessorie • Depuratore di etilene DEOXYL • - Si basa su di un sistema di ricircolazione di aria forzata su un letto catalitico mantenuto a circa 250 °C • C2H4+3O2→2CO2+H2 • Analizzatori di O2 • Si basano sulle proprietà paramagnetiche dell’O2 • Analizzatori di CO2 • - Si basano sull’impiego di raggi infrarossi

37. Depuratore di etilene DEOXYL

38. Condizioni raccomandate per la conservazione di alcuni frutti in atmosfera controllata