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NUOVE TECNOLOGIE NELLA FRIGOCONSERVAZIONE
DEI PRODOTTI ORTOFRUTTICOLI

 

Amirante Paolo – Dipartimento PROGESA – Universita' di Bari

Colelli Giancarlo – Dipartimento PRIME. – Universita' di Foggia

Romani Emilio – Frigosistem srl, – Monopoli (BA)

1. INTRODUZIONE

L’evoluzione del settore della distribuzione e commercializzazione dei prodotti agricoli richiede una serie di operazioni che tendano a salvaguardare non solo l’aspetto esteriore del prodotto, ma soprattutto le sue caratteristiche organolettiche, nutrizionali e igienicosanitarie.

In passato i produttori tendevano ad effettuare tutte le operazioni di preparazione del prodotto in campo, al fine di contenere i costi di gestione e quelli di manodopera. Allo stato attuale, la preparazione in campo e' limitata al confezionamento di frutti con struttura particolarmente delicata, ad esempio fragole, mentre e' cresciuta l’esigenza di creare centri di raccolta, prima lavorazione (pulizia, selezione, cernita, ecc.), frigoconservazione e commercializzazione del prodotto, ove vengano realizzate tutte le operazioni idonee a garantire le caratteristiche qualitative dei prodotti.

Va precisato che i prodotti, nel periodo che intercorre fra la raccolta e il consumo, possono subire danni meccanici, attacchi di parassiti, nonche' un decadimento qualitativo che e' correlato con la sua fase fisiologica di maturazione [1]. A ci va aggiunto la crescente importanza assunta dalle produzioni di tipo fresh-cut (a base di frutta o ortaggi), che, a fronte di un maggior contenuto in servizio, sono caratterizzati da un accentuato grado di deperibilita' che quindi impone un piu' accurato controllo delle condizioni relative alle operazioni postraccolta.

Gli attuali orientamenti nella gestione della catena del freddo hanno i seguenti obiettivi prioritari:

• valutare le esigenze specifiche dei singoli prodotti per rallentarne il metabolismo al fine di migliorarne la qualita' finale anche attraverso la pianificazione di opportuni cicli di condizionamento caratterizzati da operazioni elementari adatte a ciascun prodotto;
• predisporre opportuni lay-out delle centrali ortofrutticola in modo da ottimizzare i tempi di utilizzazione dei diversi impianti e ridurre i costi di gestione;
• introdurre tecnologie impiantistiche di refrigerazione indiretta e mista che garantiscano la qualita' finale del prodotto contenendone i costi di gestione;
• utilizzare in maniera generalizzata la pratica della preregrigerazione con tecnologie piu' adeguate alle singole esigenze dei prodotti;
• applicare nuove tecnologie per l’atmosfera controllata in modo da ridurne i costi di gestione ed accelerare i tempi di regimazione anche in funzione dei tempi di conservazione;
• estendere ad un numero crescente di prodotti la tecnica dell’imballaggio in atmosfera modificata, anche alla luce della disponibilita' di diverse tipologie di imballaggi innovativi;
• sviluppare linee di preparazione per il mercato sempre piu' automatizzate con controlli in linea per la selezione e lo scarto di prodotti indesiderati;
• implementare sistemi di automazione e controlli nella gestione della centrali ortofrutticole, sia per consentire la tracciabilita' e quindi la provenienza ed il percorso dei singoli prodotti, sia per il controllo anche a distanza della funzionalita' dei singoli apparati impiantistici.

2. LA QUALITA’ DEI PRODOTTI

Il metabolismo del prodotto durante la fase di maturazione e/o senescenza si manifesta con fenomeni di aumento della respirazione, della traspirazione e della produzione di etilene, e, in maniera macroscopica, attraverso modificazioni nel colore, nella struttura, e nella composizione che comportano una rapida degradazione delle caratteristiche di accettabilita' del prodotto. Tale degradazione e' strettamente correlata con la temperatura a cui il prodotto viene conservato e con il tempo che intercorre tra la raccolta e il consumo. Essa, inoltre, puo' essere accellerata da danni meccanici e da alterazioni di tipo fisiologico e/o patologico.

Pertanto, la conoscenza e la corretta analisi di tali esigenze relative al podotto rivestono una fondamentale importanza nella progettazione, realizzazione e gestione delle centrali ortofrutticole [2].

Il controllo dell’umidita' dell’ambiente di conservazione rappresenta un aspetto di primaria importanza in quanto, eccessivi deficita' della pressione di vapore, accelerando i processi di traspirazione, determinano un eccessivo calo in peso con possibili sintomatologie irreversibili di avvizzimento e disidratazione sul prodotto [3].

La composizione dell’atmosfera di conservazione puo' incidere in modo determinante sulla durata di conservazione e sulla qualita' finale del prodotto commercializzato [4]. Infatti, la riduzione dell’ossigeno e/o l’aumento dell’anidiride carbonica (atmosfera modificata o controllata con idonee attrezzature) puo' migliorare la qualita' ed allungare il tempo di conservazione di molti prodotti ortofrutticoli, sia interi che allo stato fresh-cut (Figura 1).

Figura 1. Effetto della modificazione dell’atmosfera su alcuni attributi qualitativi di funghi Pleurotus eryngii di tipo fresh-cut [5].

Recentemente l’attenzione degli studiosi si e' andata concentrando verso l’applicazione di una tipologia di atmosfera modificata caratterizzata da altissimi valori della concentrazione in ossigeno (>70%) che appare molto promettente in termini di riduzione degli imbrunimenti ed inibizione della crescita microbica su numerosi prodotti ortofrutticoli [6].

Infine, il controllo dell’etilene, l’ormone vegetale che coordina i processi di maturazione e senescenza, deve essere ottenuto con ricambi frequenti di aria nelle celle frigorifere o, per prodotti particolarmente sensibili, con la sua completa eliminazione attraverso l’uso di attrezzature specifiche. Tra le strategie di controllo dell’etilene, alle gia' utilizzate tecnologie di depurazione per via fisica e per via chimica, si aggiunge la possibilita' dell’uso di sostanze inibitrici, tra cui l’1-metilciclopropene (1-MCP) di recente introduzione in molti Paesi, e di prossima registrazione anche nell’Unione Europea, che sono in grado di ridurre al minimo l’effetto deleterio di tale ormone su diversi prodotti ortofrutticoli (Figura 2).

Figura 2. Effetti dell’esposizione all’1-MCP (1 ppm per 24 h a 15 C) su alcuni parametri fisiologici e di maturit di pomodori da mensa. [7].

L’esigenza di una puntuale regolazione delle condizioni ambientali in relazione alle caratteristiche biologiche del prodotto cresce alla luce delle innovazioni relative alle linee di selezione e calibratura dei prodotti ortofrutticoli. Sono allo studio, infatti, ed in alcuni casi in fase di avanzata introduzione commerciale, sistemi che ai criteri di selezione utilizzati dalle linee tradizionali basati su caratteristiche esterne (dimensioni, forma, colore), sono in grado di associare criteri basati su caratteristiche interne (composizione, consistenza) determinate in maniera non distruttiva, su ogni singolo prodotto. Diversi sensori a differente grado di sofisticazione vengono utilizzati allo scopo [8]. Fra questi, interessanti applicazioni, a costi contenuti, possono derivare dall’implementazione di algoritmi basati su sofisticate tecniche di analisi ed elaborazione delle immagini ottenute dalle convenzionali selezionatrici ottiche, e che si basano sulla correlazione esistente per alcune specie (pesche, nettarine, albicocche) tra colore esterno e grado di maturazione. Diventa possibile in tal modo classificare i prodotti per caratteristiche qualitative legate alla maturazione (tra cui la consistenza), effettuando una semplice lettura del colore esterno (Tabella 1).

In generale, l’uso di tecniche non distruttive per la selezione dei prodotti ortofrutticoli per caratteristiche interne comporta da un lato il risultato di avere per la stessa specie lotti omogenei per grado di maturazione che, quindi, presentano peculiari esigenze per ci che riguarda le condizioni di stoccaggio/trasporto, dall’altro un maggior valore aggiunto del prodotto stesso, che quindi rende ancora piu' importante minimizzare le perdite.

Tabella 1. Percentuale di corretta classificazione di 3 variet di pesche in classi a diversa consistenza in base ad una lettura del colore di fondo dell’epidermide utilizzando una linear discriminant analysis [9].

3. Tecnologie di refrigerazione

La sala macchine e le relative tecnologie di trasferimento del freddo dai fluidi frigorigeni agli impianti di prerefrigerazione e alle celle e, quindi, ai prodotti, hanno subito notevoli innovazioni in questi ultimi anni.

La determinazione del carico termico dei magazzini frigoriferi destinati alla conservazione dei prodotti ortofrutticoli non risulta sempre immediato, in quanto i diversi prodotti esigono una ben determinata temperatura di conservazione, una modalita' di raffreddamento rapida ed eseguita possibilmente subito dopo il distacco dalla pianta, un certo grado di rinnovo d'aria dell’ambiente che ne riduca il contenuto in volatili, assicurando comunque un opportuno tenore di umidit, ed inoltre, condizioni di conservazione ed imballaggio differenziati.

In modo sintetico e semplificativo pu, tuttavia, essere valutato, come ordine di grandezza, il carico termico di un magazzino frigorifero, per una durata di conservazione di 10 giorni, fra 200 e 400 kJ/h/m³, cosi' suddiviso:

• circa il 60-70% per il raffreddamento dei prodotti;
• circa il 5-10% per allontanare il calore trasmesso attraverso le pareti;
• l’8-12% per il calore prodotto dai frutti con l’attivita' metabolica;
• l’8-12% per raffreddare l’aria in seguito ai ricambi;
• circa il 6-10% per varie immissioni termiche in cella ed altre perdite.

Appare chiaro, pertanto, che, distinguendo l’operazione di raffreddamento rapido da quella di stoccaggio a bassa temperatura, e, quindi, utilizzando in modo generalizzato gli impianti di prerefrigerazione, si modificano in modo sensibili i bilanci termici delle celle, e, di conseguenza, i criteri di progettazione delle macchine frigorifere e dei relativi sistemi di distribuzione del freddo.

L’esigenza di mantenere elevata l’umidita' dell’aria all’interno dei locali di stoccaggio delle centrali ortofrutticole, ha generalizzato l’uso della espansione indiretta attraverso refrigerazione con fluido intermedio. Ci comporta la necessita' di utilizzare maggiori superfici di scambio a parit di potenza richiesta, in quanto si cerca di limitare la differenza di temperatura tra lo scambiatore e l’aria circolante sul prodotto. Tale esigenza, peraltro, non esiste nel caso della prerefrigerazione, dove anzi la possibilita' di mantenere l’espansione diretta contribuisce a ridurre i costi di realizzazione degli impianti ed a contenere gli ingombri. Da ci sorge l’esigenza di utilizzare impianti con modalita' miste di distribuzione del freddo, con refrigerazione indiretta, per quanto riguarda gli ambienti in cui e' ncessario mantenere alti livelli igrometrici (celle di stoccaggio, corridoi di carico, sale di lavorazione, etc.), ed espansione diretta negli impianti di prerefrigerazione (Figura 3).

Per ci che riguarda i container ed i vettori destinati al trasporto dei prodotti ortofrutticoli, l’innovazione tecnologica si muove verso una forma di refrigerazione di tipo passivo, con l’uso di fluidi che assorbono calore attraverso un cambiamento di stato, con l’obiettivo di assicurare una maggiore continuit dell’apporto di freddo ed un maggiore livello igrometrico.

Figura 3. Schema di impianto frigorifero con modalita' mista di distribuzione del freddo con espansione diretta per quanto riguarda gli impianti di prerefrigerazione(15) e gli scambiatori per il raffreddamento di acqua gli colata (13) (parte superiore), e la refrigerazine indiretta per ci che riguarda gli ambienti ad alto livello igrometrico (in basso).

Infine, per quanto riguarda gli impianti di prerefrigerazione, pur attraverso l’uso di tecnologie tradizionali, si stanno diffondendo soluzioni costruttive innovative, come ad esempio la costruzione di tunnel ad aria forzata in aspirazione a pallet singolo, che rappresentano una soluzione ottimizzata della tipologia a "parete fredda" [10], con indubi vantaggi per i prodotti gia' confezionati in termini di velocita' di raffreddamento.

4. Automazione e controllo nella gestione delle centrali frigorifere

Per gestire in modo efficiente l’automazione degli impianti frigoriferi in forma computerizzata, e' opportuno predisporre il sistema di controllo con un microprocessore a logica programmabile (PLC), al quale collegabile un terminale - operatore, anch’esso programmabile secondo le diverse esigenze che di volta in volta bisogna soddisfare [11].

In tal modo e' possibile prevedere che la Cpuo' del controllore acquisisca le grandezze analogiche da controllare, quali pressioni, temperature, ecc., oltre che segnali in forma di impulsi che indichino per esempio lo stato di on, di off e di blocco delle macchine.

I suddetti dati possono cosi' essere elaborati in base ai parametri impostati dallo operatore (set point, soglie di allarme, utenze da privilegiare, ecc.), in modo da governare il sistema con un sistema integrato e flessibile, secondo la logica di funzionamento definita dal software sviluppato in fase di progettazione.

Il terminale operatore, connesso al controllore,puo' cosi' consentire un monitoraggio completo con la rilevazione di anomalie, con la impostazione dei livelli dei parametri da controllare, nonche' con la individuazione e il relativo intervento sullo stato di ON o di OFF delle macchine.

Il sistema di gestione computerizzato in linea di massima rappresentato da un PLC che si compone di:

• Cpuo' programmabile;
• schede di ingresso digitale necessarie per acquisire gli stati di blocco causati dagli interruttori magneto-termici-differenziali a protezione dei motori (compressori, ventilatori degli aerorefrigeranti, pompe presenti nell’impianto, ventilatori del condensatore); inoltre, e' possibile rilevare gli stati di funzionamento di ogni aerorefrigerante, lo stato di ON e quello di OFF dei compressori e lo sbrinamento degli evaporatori;
• schede di uscita a rele', necessarie per porre in marcia o in arresto i dispositivi dell’impianto;
• schede di acquisizione analogica 4-20mA per rilevate le grandezze analogiche (temperatura e pressione) che caratterizzano l’impianto;
• terminale operatore per effettuare il monitoraggio delle grandezze in gioco, controllare l’impianto, fissare set-point di lavoro e soglie di allarme, e porre cosi' in moto o in arresto motori ed utenze, stabilendo andamenti preferenziali di intervento, con la possibile registrazione della temperatura;
• personal computer dotato di scheda di rete da installare nel punto di controllo (sala macchine e uffici).

Tale sistema caratterizzato da grande flessibilita' di funzionamento e di interfaccia, poiche' sia la Cpuo' che i terminali operatori sono programmati con software che tengono conto delle esigenze che l’applicazione specifica richiede e che possono essere variati in ogni momento per soddisfare particolari richieste e necessit. Caratteristiche importanti del sistema sono l’essere espandibile inserendo nuovi moduli di acquisizione e/o di uscite e l’essere flessibile a nuove esigenze di funzionamento variando semplicemente il software implementato.

Al sistema di automazione, possono, poi, essere connessi mezzi di comunicazione software, compatibili con le applicazioni piu' comuni per una gestione facile e continua dei dati storici provenienti dalla Cpuo' del PLC.

L’intero sistema di gestione computerizzata, puo' essere completato da un modem di comunicazione per una tempestiva assistenza e diagnosi dell’impianto.

5. CONCLUSIONI

La razionalizzazione del settore della distribuzione e commercializzazione dei prodotti ortofrutticoli non puo' prescindere da un miglioramento della loro qualita' in uscita dalle aziende, soprattutto attraverso l'adeguamento delle strutture di conservazione e di tutta la fase postraccolta. A tal fine e' importante che i diversi operatori della filiera, dalla produzione alla commercializzazione, possano, sempre di piu' e meglio, accedere alle informazioni relative alle diverse tecnologie disponibili. Inoltre, l’introduzione delle innovazioni tecnologiche deve avere alla base la conoscenza dei fenomeni che influenzano i processi fisiologici della maturazione e della senescenza dei prodotti ortofrutticoli. Alla luce della estrema variabilita' ed eterogeneit di comportamento che caratterizzano le diverse specie e, talvolta, le diverse variet, le scelte tecnologiche dovrebbero essere particolarmente focalizzate sulla tipologia di prodotto su cui tali tecnologie verranno impiegate.

[1] AMIRANTE P, COLELLI G. 1994. Criteri costruttivi degli impianti di frigoconservazione in relazione alle esigenze post-raccolta dei prodotti. Atti Conv. "Scelte Varietali e Aspetti Qualitativi della Frigoconservazione", Firenze, Italy. pp. 129-169.

[2] Colelli G. 2001. Il condizionamento dei prodotti ortofrutticoli per il consumo fresco e per la IV gamma. In: G. Colelli (editor) "Linee guida per il condizionamento e la trasformazione dei prodotti ortofrutticoli", Edizioni GAL "Terra dei Messapi", Mesagne, Italy. ISBN 88-7427-000-3. pp. 9-37.

[3] WOODS J.L. 1990. Moisture loss from fruits and vegetables. Postharvest News and Information 1:195-199.

[4] Kader A.A. 1986. Biochemical and physiological basis for effects of controlled and modified atmospheres on fruits and vegetables. Food Technol. 40:99-100,102-104.

[5] Amodio M.L., Colelli G., De Cillis F.M., Lovino R., Massignan L. 2003. Controlled-atmosphere storage of fresh-cut ‘Cardoncello’ mushrooms (Pleurotus eryngii). Acta Horticulturae 599:731-735.

[6] Kader A.A., Ben-Yehoshua S. 2000. Effects of superatmospheric oxygen levels on postharvest physiology and quality of fresh fruits and vegetables. Postharvest Biol. Technol. 20:1–13.

[7] Colelli G., Snchez M.T., Torralbo F.J. 2003. Effects of treatment with 1-methylcyclopropene (1-MCP) on tomato. Alimentaria n. 342:67-70.

[8] Chen P., Sun Z. 1991. A review of non-destructive methods for quality evaluation and sorting of agricultural products. J. Agric. Engineering Res. 49(2):85-98.

[9] Peri G., Montel G.L., Colelli G. 2003. Discrimination of peaches for firmness using color image analysis. Acta Horticulturae 599:309-314.

[10] Mitchell F.G. 1992. Cooling methods. In: AA Kader (ed), Postharvest technology of horticultural crops. Univ. Calif. DANR Publ. 3311, Oakland, CA. Pp. 56-63.

[11] AMIRANTE R., CATALANO P., FUCCI F., LA FIANZA G. 2000, Planning and automated management of a horticultural station Energy convertion and management, pp 1237-1246.