Strumenti per l'innovazione di processo nel settore dei formaggi a pasta cotta: image analysis delle dimensioni dei granuli di cagliata e predizione delle cinetiche di scambio termico per raffreddamento convettivo della forma tramite analisi FEM

Il settore lattiero caseario ricopre il 12 % dell’intero fatturato dell’industria alimentare italiana e vale quasi il 10 % dell’export alimentare italiano. Grana Padano e Parmigiano Reggiano hanno alti prezzi di vendita rispetto ad altri formaggi considerati ormai “commodities” del mercato alimentare; ciò dimostra le difficoltà che tali prodotti devono superare per operare nel mercato e, quindi, evidenzia la necessità di acquisire strumenti di conoscenza che possano tradursi in strumenti operativi utili per ridurre i costi di produzione, senza pagare un prezzo eccessivo in termini di qualità e nel rispetto dei dettami previsti dal regolamento CE 510/2006. Fra i diversi aspetti che girano attorno al binomio costi produttivi-qualità, due possono assumere un ruolo importante per tutto il comparto caseario: lo studio delle dimensioni dei granuli di cagliata, come condizione per ottimizzare le operazioni di taglio del coagulo, e la previsione delle cinetiche di raffreddamento della cagliata in fascera in funzione di dimensioni, forma e condizioni esterne. Per il primo obiettivo è stata impiegata l’image analysis bidimensionale per determinare le dimensioni dei granuli di cagliata, dopo le fasi di rottura e di cottura, provenienti da 3 caseifici di Parmigiano Reggiano e Grana Padano per un totale di 93 campioni. L'analisi ha permesso di evidenziare che l'area proiettata media dei granuli di cagliata risultanti dalla spinatura è pari a 2,80±4,10 mm2, e che la cottura riduce di circa il 38,6 % tale area, portandola a 1,72±2,12 mm2. L'analisi statistica descrittiva ha evidenziato una distribuzione non simmetrica delle dimensioni attorno al valore medio e valori importanti di differenza tra le dimensioni maggiori e minori dei granuli, differenze queste anche molto variabili a seconda dei caseifici. Inoltre lo studio della distribuzione delle dimensioni dei granuli (subito dopo rottura e cottura) in classi di frequenza progressivamente crescente da 0,1 a 24 mm2 ha evidenziato, come prevedibile, la maggiore numerosità dei granuli di ridotte dimensioni, ma anche come questi granuli ricoprano un valore ridotto dell'intera area proiettata. Considerando infine che il numero di granuli non dovrebbe cambiare in misura importante in seguito all'agitazione durante la cottura, la riduzione del valore di area proiettata potrebbe essere un indice della quantità di siero espulso. È stata, infatti, osservata una concordanza nel valore medio tra il rapporto di contenuto di solidi totali TS di CCG e FCG ed i valori di riduzione di area. L'approccio tramite analisi d'immagine ha dimostrato la fattibilità della misura e potrà consentire di razionalizzare il processo di taglio in modo da ridurre la variabilità delle dimensioni dei granuli. Per il secondo obiettivo l’approccio predittivo, anziché quello empirico di conoscenza delle temperature di raffreddamento, ha portato allo sviluppo di un modello matematico che, tramite l'analisi numerica, ha permesso di simulare gli effetti dello scambio termico (raffreddamento convettivo naturale) di forme cilindriche di formaggio in funzione delle variabili di interesse. Per aumentare la precisione della predizione, il modello ha incluso le funzioni temperatura-dipendenti (k e cp) dell'alimento, le caratteristiche termo-fisiche degli stampi di contenimento ed i parametri dell'aria circostante. Il confronto tra i risultati delle simulazioni ed i dati sperimentali è stato eseguito mediante il calcolo del valore di RMSE. I valori di RMSE ottenuti per i campioni di formaggio (valore medio massimo di 1,23 °C), caratterizzati da temperature iniziali, dimensioni e composizioni differenti, hanno consentito di validare l'attendibilità del modello proposto, quando le assunzioni che lo caratterizzano vengono rispettate. Nello stesso tempo hanno permesso anche di valutare, tramite la validazione delle curve predette riferite ai campioni di cagliata, quale potrebbe invece essere l'ordine di grandezza dell'errore nel caso in cui le assunzioni esposte non siano completamente rispettate. La validazione del modello ha, altre sì, permesso di valutare l'impatto che la scelta dei materiali costituenti lo stampo può avere sulla velocità di raffreddamento della cagliata. L'accuratezza del modello, soprattutto quando sono rispettati i principali assunti, ne potrà permettere l'applicazione in tutti quei settori in cui i fenomeni temperatura-dipendenti influenzano il raggiungimento e/o il mantenimento dei requisiti di qualità, riducendo la necessità di ripetere sperimentazioni onerose. L'integrazione di questo modello con i modelli di previsione della crescita microbica potrà rappresentare un passo avanti negli studi di previsione della crescita microbica stessa in matrici alimentari reali.