Seminario: Valorizzazione di prodotti diversi dal Prosciutto - Univ Cattolica PC

LA DIFFUSIONE DEL SALE E DELL’UMIDITA’ NEI PROCESSI DI

ESSICCAZIONE DEI SALUMI

C. DIAFERIA

ESSICCAZIONENei prodotti alimentari l’acqua è presente in diverse forme:• L’acqua libera che costituisce la base dei liquidi biologici• L’acqua legata o di assorbimento indispensabile al

mantenimento delle strutture cellulariL’attività dell’acqua (aw) ne misura la disponibilità .Nel corso della stagionatura intervengono due meccanismi

principali responsabili della perdita di umidità (essiccazione) :trasporto di materiatrasporto di calore

Nel corso della presentazione saranno illustrati i principi che regolano il trasporto dell’umidità e del sale durante la stagionatura di alcuni prodotti tradizionali .

CURVA DI ESSICCAZIONE

tempo

Velocità di essiccazione

a b c

Contenuto d’acqua

bc

X

xc

xe

tempo

a

X=contenuto di umidità

ESSICCAZIONE

Principi che regolano l’essiccazione di un prodotto alimentare

• Trasferimento di calore tra l’ambiente e la superficie del prodotto• Diffusione del calore all’interno del prodotto• Evaporazione superficiale con assorbimento di calore• Trasferimento di umidità dalla superficie del prodotto

all’ambiente• Diffusione dell’umidità e dei soluti dalla zone più concentrate a

quelle meno concentrate

VELOCITA’ DI ESSICCAZIONEIl trasferimento di materia dalla superficie all’ambiente richiede una

forza spingente espressa come differenza di umidità relativa tra la superficie del prodotto (aw esterna) e l’aria nella cella di stagionatura. Nell’essiccazione la forza spingente è espressa in termini di contenuto di umidità.

Il flusso di materia può essere espresso dalla

φ = K ρdm ( X – Xeq)La scrittura di un modello matematico di essiccazione richiede la

conoscenza della distribuzione dell’acqua nelle diverse frazioni .La perdita di peso ottenuta dall’equazione del bilancio di materia

fornisce un’indicazione sulla velocità di essiccazione.

VELOCITA’ DI ESSICCAZIONE (superficie – ambiente)

Durante l’essiccazione lo sviluppo di un profilo di umidità nello strato più esterno è importante per evitare la formazione di un anello di essiccazione

Il trasferimento di massa superficiale per evaporazione può essere lo step di controllo durante la fase iniziale di essiccazione quando acqua libera è disponibile nello strato più esterno.Il calcolo della quantità di acqua evaporata dagli strati più esterni fornisce un’indicazione della velocità di essiccazione. I parametri che influenzano la velocità sono:

d) tipologia del budello e) condizioni termoigrometriche ambientalif) velocità dell’aria

VELOCITA’ DI ESSICCAZIONELa capacità di evaporazione dell’aria a contatto del prodotto è funzione dell’umidità relativa e della temperatura

2.95020

1.670201.87025

180202.36020

1.470151.170101705

CAPACITA’ EVAPORATIVA (g/kg aria secca)U.R.%T °C

TRASPORTO DI MASSALa migrazione dell’acqua dagli strati interni a quelli esterni è

basata su diversi meccanismi di trasporto di massa. Il modello adoperato da diversi autori è quello descritto dalla I

legge di Fick. Le condizioni termoigrometriche ambientali, il pH, il contenuto di grasso e non ultimo il gradiente di concentrazione salina che si determina nelle differenti zone influenzano il coefficiente di diffusione Dw presente nella I legge di Fick:

mw = -Dw dc/dxNei prodotti di salumeria è adoperato un coefficiente di

diffusione effettivo Deff.

DIFFUSIONEIl trasporto dall’interno alla superficie del prodotto può avvenire

in differenti modi :

a) flusso capillare b)diffusione

c)condensazione-evaporazione

La velocità di essiccazione diminuisce nel corso della stagionatura.

La diffusione interna dell’acqua controlla il processo.

MODELLO GEOMETRICO

•Il trasporto dell’acqua avviene nella direzione radiale•Il coefficiente di diffusione è funzione della T e del contenuto di acqua•La resistenza interna al trasporto di acqua è maggiore della resistenza esterna

∆r/٢

∆z=١ ()−DCr∂∂ ()−D

Cr∂∂

DIFFUSIONEMetodi per il calcolo dei coefficienti di diffusione dell’acqua

metodo dell’assorbimento/desorbimentometodo diretto (NMR)metodo dell’essiccazione

Il metodo utilizzato è stato quello dell’essiccazione come riportato da Diaferia (Industria Conserve,76, 2001)

CALCOLO DIFFUSIONE Il coefficiente di diffusione è stato calcolato secondo

Per tempi lunghi

Il valore di Deff è stato calcolato graficamente dalla pendenza

del in funzione del tempo

=

−−

٢lnatDf

WWWW eff

eo

et

٦.٠WWWW

eo

et <

−−

−−

eo

et

WWWWln

W= peso dei campioni. a =raggio t=tempo

Coefficienti di scambio e di diffusioneValori medi dei coefficienti di scambio superficiale e di diffusione calcolati a valori noti di T ed UR per salami a macinatura fine e budello collageno. (Diaferia)

4.63E-108.44E-0715°C,66%

4.29E-101.37E-0622°C,80%4.04E-108.05E-0710°C,70%

6.88E-11- - -15°C,94%

3.30E-106.42E-0715°C, 80%3.56E-105.09E-078°C, 80%

De (m2/s)K (m/s)T e UR

Coefficienti di scambio e di diffusioneValori medi dei coefficienti di scambio superficiale e di diffusione calcolati a valori noti di T ed UR per salami a macinatura grossa e budello naturale. (Diaferia)

2.55E-102.07E-0815°C,66%

2.87E-101.82E-0822°C,80%2.79E-102.27E-0810°C,70%

6.88E-11- - -15°C,94%

2.39E-101.60E-0815°C, 80%2.77E-107.38E-098°C, 80%

De (m2/s)K (m/s)T e UR

Coefficienti di scambio

• La tipologia di budello influenza il valore• A valori elevati di UR non c’è scambio• I valori più elevati sono stati determinati a T

più alta ed UR più bassaPertanto è confermata la dipendenza sia dalle

condizioni ambientali sia dalla tipologia dei salami (variabili tecnologiche)

INFLUENZA DELLE VARIABILI TECNOLOGICHE

Intrinseche Estrinseche- Tipologia dei tagli - Temperatura- Tipologia budello - U.R.- Rapporto magro/grasso - Velocità dell’aria

COEFFICIENTI DI DIFFUSIONE DELL’ACQUA

Intervallo Valori sperimentali :- Coppe : 5.4E-09 – 6.3E-09 m2/s- Culatelli : 3.1E-10 – 3.8E-10 m2/s- Salami : 5.5E-11 – 1.9E-10 m2/s- Carne suina :2.0E-11 – 8.0E-11 m2/s

DIFFUSIONE DEL SALE

• La penetrazione ha luogo attraverso la parte muscolare

• Il modello applicato è quello delle leggi di Fick• La quantità di grasso intra/intermuscolare rallenta la

velocità di penetrazione (ca 20 volte)• La misura dell’aw fornisce indicazioni sul processo

di essiccazione e sulla diffusione

Penetrazione del sale

M.semimembranoso

M.semitendinoso

M.bicipite femorale

Grasso intramuscolare

Grasso di copertura

Superficie di penetrazione del sale

Diffusione del sale

Andamento teorico dell’assorbimento del sale in funzione della distanza. Salagione satura

٠٢٤٦

٨١٠١٢

٠ ٠.٥ ١ ١.٥ ٢ ٢.٥ ٣ ٣.٥ ٤ ٤.٥ ٥distanza (cm)

sale

%

DISTRIBUZIONE DEL SALE IN FUNZIONE DELLA DISTANZA DALLA SUPERFICIE

٠

٢٤

٦٨

١٠١٢

١٤

٠ ٠.٥ ١ ١.٥ ٢ ٢.٥ ٣ ٣.٥ ٤ ٤.٥ ٥cm

NaC

l %

prova ١ prova ٢ prova ٣ prova ٤ prova ٥

Prova 4=salagione satura Prova 5=salagione Parma Prove 1-2-3= sperimentali

Prosciutti aw fine salagione

٠.٩٠٠.٩١٠.٩٢٠.٩٣٠.٩٤٠.٩٥٠.٩٦٠.٩٧٠.٩٨٠.٩٩١.٠٠

prova ١ prova ٢ prova ٣ prova ٤ prova ٥

aw

٠.٩٠٠.٩١٠.٩٢٠.٩٣٠.٩٤٠.٩٥٠.٩٦٠.٩٧٠.٩٨٠.٩٩١.٠٠

prova ١ prova ٢ prova ٣ prova ٤ prova ٥

aw

٠.٩٠٠.٩١٠.٩٢٠.٩٣٠.٩٤٠.٩٥٠.٩٦٠.٩٧٠.٩٨٠.٩٩١.٠٠

prova ١ prova ٢ prova ٣ prova ٤ prova ٥

awaw nel m.semitendinoso aw nel m.bicipite femorale

aw nel m. semimembranoso

Prove SSICA ( Diaferia et al)

Prove SSICA ( Diaferia et al)

Bibliografia• Baldini P., Castellani L., Diaferia C., Miccio M. and Okasha F (2001).

Issues and steps in modelling salami drying . ICheaP-5. Florence (I)• Diaferia C and Miccio M (2001). Mass transfer mechanism in meat

products: diffusion coefficient and surface exchange coefficient of water in salami. IcheaP-5 Florence (I).

• C.Diaferia and C. Busolli (2000). Determinazione delle isoterme di desorbimento in due insaccati della salumeria italiana. Industria Conserve, 75.

• Rockland and Beuchat . Water Activity: theory and application to food. Marcel Dekker, Inc.

• M.Miccio, C.Diaferia et al. (2004). Modellazione dell’essiccazione di salumi di bufalo in cella di stagionatura. Convegno Ingegneria Alimentare, Ischia.

• “Influenza delle condizioni termoigrometriche sulla distribuzione del sale e dell’umidità nel prosciutto crudo durante la stagionatura”. Tesi di laurea Facoltà di Agraria corso di laurea in Scienze e Tecnologie Alimentari. Parma a.a. 2002 – 2003.