Tecnologia di Produzione dei Succhi degli Agrumi

L'industria di trasformazione degli agrumi si è sviluppata in diverse parti del mondo con caratteristiche e strutture diverse a seconda delle tipologie di agrumi disponibili, delle quantità trasformabili industrialmente e degli sbocchi commerciali delle produzioni. Cionondimeno, ci sono alcune operazioni di base che sono comuni a tutte le Industrie di trasformazione indipendentemente dalle loro dimensioni e dalla loro collocazione geografica e cioè:

L'estrazione del succo e dell'olio essenziale degli agrumi possono essere ottenute con sistemi differenti ognuno dei quali ha un grado di diffusione differente. Il sistema più diffuso è quello degli estrattori "In-Line" della FMC. 

Circa il 50 % degli estrattori utilizzati negli USA sono FMC mentre in Brasile, in Argentina ed in Israele questo è , praticamente, l'unico sistema utilizzato. Gli In-line sono anche diffusi in Italia, in Spagna e nel resto del mondo. L'aspetto unico del sistema FMC è che è il solo ad operare senza un preventivo taglio in due metà degli agrumi. Si tratta di macchine che, a seconda del tipo, estraggono 3, 5 o 8 frutti per ogni ciclo; le coppe superiori sono montate su di una barra che le fa muovere su e giù attraverso un sistema di trasmissione a camme mentre le coppe inferiori sono rigidamente fissate al ponte della macchina. Entrambe le coppe sono formate da "dita" che si intersecano quando la coppa superiore scende verso quella inferiore. La macchina è dotato di una tramoggia di alimentazione a canali dove arrivano i frutti provenienti da un nastro di alimentazione inclinato; un sistema a camme lancia i frutti entro le coppe inferiori e, a quel punto, le coppe superiori cominciano a discendere; mentre questo avviene i frutti cominciano ad essere pressati contro dei coltelli circolari che si trovano in fondo alle coppe inferiori e sono montati in cima a degli "strainer tubes" che fungono da elementi preraffinatori del succo. L'azione discendente taglia un dischetto di scorza nel frutto (plug) e quando le dita delle coppe si intersecano tutta la parte interna del frutto è forzata verso il basso attraverso lo strainer tube e da lì il succo passa in un collettore (juice manifold); la scorza non viene in contatto con il succo per cui la contaminazione di questo con liquidi di scorza è realmente ridotta al minimo. La pressione della coppa superiore e la presenza di un restrictor nella parte inferiore non perforata dell'orifice tube forzano il succo ad uscire dalle pareti perforate dello strainer tube nel juice manifold che è completamente chiuso. Nello stesso tempo l'orifice tube dentro lo strainer si muove verso l'alto comprimendo i pezzetti di carpelli intrappolati e forzando il succo rimasto ad uscire attraverso lo strainer. La polpa,i semi e le membrane sono,quindi,espulsi dalla parte inferiore dell'orifice tube durante il suo movimento verso l'alto. Il ciclo di estrazione è completo quando l'orifice tube raggiunge il limite superiore del tubo prefinitore. Le rese in succo e le sue caratteristiche cambiano in funzione del diametro dei fori degli strainers, in funzione dei restrictor che cambiano la "clearance" nel passaggio della polpa, delle membrane e dei semi, e in funzione dell'altezza cui arriva l'orifice tube entro lo strainer. L'estrattore "In-Line", contestualmente all'estrazione del succo, esegue anche quella dell'olio essenziale; infatti le dita delle coppe, intersecandosi, tagliano la buccia in strisce e la premono provocando l'uscita dell'olio essenziale che è raccolto dall'acqua proveniente da uno "spray-ring"; l'emulsione che si forma viene fatta confluire attraverso un piano inclinato in una coclea insieme a pezzetti di buccia ed altre parti solide dei frutti; da qui viene trasferita in un finisher per la rimozione dei solidi insolubili ed inviato alle linee di separazione dell'essenza. Con il sistema FMC,in pratica, i frutti sono separati in quattro flussi: il succo, le scorze, le parti centrali con la polpa e i semi ed una emulsione oleosa. 

L'unico piccolo difetto del sistema è che l'olio contenuto nei plugs finisce dentro il succo, impoverendone la qualità; proprio per minimizzare questo problema la FMC ha disponibili dei set modificati per l'ottenimento di succo di più alta qualità attraverso un minor contenuto di olio essenziale nel succo. I cosiddetti "Premium Juice Components" presentano coppe con diverso profilo, strainers con fori a sezione tronco conica invece che cilindrica e coltelli di ridotta sezione. Il tutto lavora diminuendo, innanzitutto la dimensione del plug di scorza che finisce dentro lo strainer e, poi, attraverso la minor pressione totale esercitata entro lo strainer. Il Premium Juice ottenuto con queste attrezzature è di ottima qualità e ricorda molto da vicino la spremuta fatta in casa. Gli estrattori In-Line necessitano di una calibrazione preventiva della frutta per operare nel modo migliore.

Gli estrattori BROWN prodotti dalla Automatic Machinery Corporation lavorano su un principio completamente differente da quello degli estrattori FMC. I frutti sono, innanzitutto, tagliati in due meta. I mezzi frutti vengono piazzati e tenuti da coppe di gomma mentre birilli (reamers) di materiale plastico entrano e rimuovono il succo dalla frutta. Il tutto avviene mentre le coppe e i birilli ruotano su di un largo piatto su di un piano verticale. Il succo viene raccolto mentre le scorze vengono espulse. Durante l'estrazione del succo i reamers ruotano dapprima velocemente e, quindi, verso la fine del processo di estrazione, più lentamente. Anche questi estrattori necessitano di una calibrazione della frutta per lavorare in modo corretto. Con il sistema Brown l'olio essenziale è recuperato mediante dei "peel shavers" che automaticamente orientano e pelano il flavedo per liberare l'essenza che viene, anche in questo caso, recuperata in forma di emulsione. Le rese in succo sono alte e la qualità è eccellente.

Il sistema Pelatrice - Estrattore a rulli è diffuso soprattutto in Italia ed in Spagna. Con questo sistema non è necessaria una calibrazione della frutta prima dell'estrazione. Viene inizialmente recuperata l'essenza attraverso un sistema di pelatura costituito da rulli e coclee dotate di punte abradenti (il tutto ricorda una grattugia),quindi i frutti disoleati entrano nell'estrattore a rulli dove vengono inizialmente tagliati in due metà e quindi premuti da due cilindri controrotanti contro una forata fissa. Anche se la distanza tra la forata e i rulli è regolabile,cioè anche se è possibile regolare la pressione di estrazione, la qualità del succo estratto con questo sistema è nettamente inferiore a quello che si ottiene attraverso gli FMC o i Brown. Infatti,a causa della mancanza di un sistema di calibratura, i frutti piccoli vengono magari estratti molto poco mentre quelli grandi vengono estratti oltre il lecito. In questo caso si verifica l'inquinamento del succo con liquidi di pressatura delle scorze; inoltre,a causa della disomogeneità della pressione, le rese sono inferiore a quelle ottenibili con i Brown o con gli FMC.

Il sistema Tagliabirillatrice - Sfumatrice è un sistema tipicamente italiano che, di recente, è piuttosto passato di moda. In questo caso l'estrazione del succo precede quella dell'olio essenziale. I frutti arrivano alla tagliabirillatrice che è provvista di una tramoggia di alimentazione vibrante e vengono prelevati da delle "dita" che spingono i frutti contro un coltello fisso tagliandoli in due metà. I mezzi frutti finiscono entro delle coppe in materiale plastico e vengono estratti da dei birilli rotanti. Come si vede il sistema è simile come principio a quello Brown ma sono completamente diverse le soluzioni meccaniche adottate. In queste macchine si può regolare la pressione di estrazione, ma la velocità di rotazione dei birilli è fissa. La qualità del prodotto è eccellente, purtroppo le macchine hanno una capacità limitata. 

Le bucce espulse dalla macchina dopo l'estrazione del succo vengono inviate alla sfumatrice che provvede all'estrazione dell'olio essenziale. Nel caso del limone l'olio ha caratteristiche organolettiche eccellenti tali da farne il sistema di elezione per le applicazioni di profumeria. L'unico svantaggio è rappresentato dalla resa in olio che è mediamente di 100 gr/ql inferiore a quella che si ottiene con gli In-Line. Si ritiene che questa tecnica se opportunamente incrementata attraverso una calibrazione della frutta e l'installazione di macchine dal taglio dimensionale opportuno possa essere ancora valida per la produzione di succo di arancia e di limone di qualità; nel caso del limone è pure necessario recuperare l'olio perso dalle sfumatrici installando gli opportuni sistemi di recupero.Il succo grezzo dopo l'estrazione contenendo molta polpa e cellule deve essere raffinato. Sono disponibili diversi tipi di raffinatrici; alcune sono basate sul principio della vite e altre su quello delle pale. Più o meno tutte eliminano le cellule e riducono il contenuto di polpa del succo tra il 10 e il 12 % .

Una volta completata l'estrazione del succo e dell'olio essenziale i processi di lavorazione del succo differescono a seconda la collocazione geografica, della taglia e delle quote di mercato delle Aziende di trasformazione. E' indubbio che la maggior parte del succo di arancia, di limone, di mandarino e di pompelmo venga pastorizzato e concentrato, ma va considerato che soprattutto in Italia e in Israele il succo proveniente dalle raffinatrici prima di essere pastorizzato, da solo o insieme a liquidi di pressatura delle scorze viene sottoposto a procedimenti di ulteriore raffinazione che consentono di ridurre il contenuto di solidi sospesi fino , e talora al di sotto dello 0,5 % . Le linee di depolpazione sono normalmente costituite da dekanters e da chiarificatori centrifughi usati in serie. La depolpazione dei succhi viene effettuata per tutti i prodotti destinati al mercato delle bevande gassate. I consumatori di aranciate, limonate o bevande al gusto di pompelmo non gradiscono di vedere al fondo delle bottiglie depositi di polpa, quindi anche i produttori di bevande inseriscono nelle loro specifiche di acquisto valori limite per il contenuto di polpa e per il valore di sedimentazione. Nei prodotti destinati alla preparazione di bevande gassate è importante anche l'aspetto organolettico inteso soprattutto come caratteristiche di colore e della sua intensità e di torbidezza. Al contrario dei succhi, il sapore e la freschezza sono relativamente poco importanti vista la diluizione del succo nella bibita e la presenza in quest'ultima di aromi. La stabilizzazione dei derivati per il settore delle bevande gassate, il colore e la torbidezza vengono tutti ottenuti per via tecnologica includendo anche, in certi casi, dei liquidi di seconda pressione. Infatti è molto importante per le caratteristiche di stabilità che il contenuto di pectina del prodotto sia più alto rispetto a quello del puro succo, e che questa pectina sia, per quanto possibile di certe caratteristiche. Dopo la depolpazione il prodotto viene pastorizzato in apparecchi a piastre con recupero di calore.

I succhi di agrumi sono soggetti a degradazioni qualitative se mantenuti, oltre un breve periodo, a temperatura ambiente a causa di attività enzimatiche e microbiologiche. I problemi dei succhi non pastorizzati sono la perdita di torbidezza, la separazione, la gelatinizzazione dei concentrati e la fermentazione microbica. Tutti questi problemi possono essere evitati con la pastorizzazione termica che, però, data la termosensibilità dei succhi agrumari causa variazioni nell'aroma dei succhi e provoca reazioni di imbrunimento. Così la pastorizzazione è un problema di ottimizzazione dipendente dall'obiettivo del processo. I trattamenti termici normalmente utilizzati utilizzano temperature tra 90 e 95°C per 15-60 sec. 

Gli scambiatori di calore che si utilizzano devono essere disegnati in modo da non bloccarsi a causa del contenuto in polpa; si tratta di solito di apparecchi a tubi oppure a piastre con recupero di calore in cui il fluido riscaldante è vapore oppure, più spesso, acqua calda. In ogni caso, visto il pH dei succhi di agrumi, non c'è rischio che in essi si possano sviluppare microrganismi patogeni. I microrganismi capaci di svilupparsi nei succhi citrici sono, essenzialmente, lieviti, muffe e Lattobacilli. In particolare questi ultimi, se presenti, impartiscono al succo un pessimo aroma di burro a causa della produzione di diacetile come prodotto finale del metabolismo. I lieviti più comuni sono delle specie Saccharomyces e Candida. La termoresistenza dei lieviti e dei lattobacilli è normalmente inferiore a quella della pectinesterasi. L'inquinamento da muffe è dovuto, soprattutto a cause post-pastorizzazione.

Il succo, dopo la pastorizzazione, viene (fatta eccezione per quei casi dove si ritiene necessario provvedere ad un trattamento di deamarizzazione) inviato agli impianti di concentrazione. Questi impianti provvedono all'allontanamento fisico dell'acqua e consentono enormi risparmi nella conservazione e nel trasporto dei succhi. Il succo di arancia concentrato surgelato (FCOJ) è sicuramente una "commodity" mondiale. Il Brasile è il maggiore produttore con un quantitativo di trasformato superiore a 14 milioni di tonnellate ed un output di oltre 1 milione di tonnellate di FCOJ 65°Bx . Gli Stati Uniti sono il secondo maggior produttore mondiale con circa 740.000 Tons di succo concentrato; si deve, tuttavia, ricordare come in quel Paese ci sia una grossa produzione di succhi naturali freschi. Gli evaporatori per il succo sono sicuramente gli elementi dotati di maggiori contenuti tecnologici nell'industria di produzione. I moderni enormi evaporatori installati in Brasile e negli Stati Uniti sono gli eredi lontani delle macchine semplici che erano utilizzate agli inizi. I primi evaporatori per i succhi di agrumi erano dei "circolazione forzata" nei quali una pompa centrifuga pompava il liquido attraverso uno scambiatore di calore dove una parte dell'acqua veniva evaporata ad ogni passaggio. Il liquido ed i vapori venivano separati in larghe camere. Queste macchine lavoravano a temperature minime di circa 50°C ma con un enorme numero di ricicli prima di giungere al grado di concentrazione desiderato. In seguito furono sviluppati i primi evaporatori a "film cadente" che consentirono di migliorare notevolmente la qualità del prodotto. Le prime di queste macchine erano costituite da una serie di cilindri in acciaio inossidabile aventi un diametro di circa 90 cm, nei quali il succo veniva spruzzato contro la parete interna della parte superiore dei cilindri e veniva in contatto con l'acqua calda che si trovava nella camicia esterna. L'acqua che evaporava veniva trascinata verso l'alto da getti di vapore e veniva condensata in un condensatore barometrico. Il desiderio di ottenere prodotti aventi sempre migliori caratteristiche organolettiche fu l'elemento trainante dello sviluppo dei sistemi di concentrazione. Negli anni '40 i fratelli Mojonnier idearono il loro evaporatore a bassa temperatura. La macchina era del tipo a film cadente ed utilizzava come fluido riscaldante i gas caldi di un refrigerante in un ciclo di pompa di calore. In altre parole, i gas caldi fornivano calore ad uno scambiatore a film cadente mentre il liquido condensava il vapor d'acqua in scambiatori adiacenti. In queste macchine sia il film di succo che i vapori viaggiavano nella stessa direzione. Sempre nello stesso periodo furono realizzate le prime macchine multieffetto. Negli anni sessanta ci si rese conto che il lavorare a bassa temperatura per lungo tempo (le macchine di quel tempo avevano un "holding time" di un'ora o più) era qualitativamente meno conveniente che lavorare ad alta temperatura per un tempo molto più breve. 

Fu Ralph Cook ad ideare la prima macchina basata su questo principio e la battezzò con il nome di T.A.S.T.E. (Thermally Accelerated Short Time Evaporator). Queste macchine oltre che concentrare il succo sono capaci di pastorizzarlo e di provvedere all'inattivazione degli enzimi. Nei TASTE Evaporators il succo è pompato attraverso una serie di preriscaldatori interstadio nei quali la temperatura del succo è innalzata in modo incrementale a mezzo del trasferimento di calore dai vapori provenienti dall'effetto precedente. Il preheater iniziale usa vapore vivo e porta il succo alla temperatura prevista per l'ingresso nel primo effetto. Questo preheater è capace di fornire un profilo di temperatura/tempo adeguato per l'inattivazione della carica enzimatica e per la stabilizzazione microbiologica del succo. Ad ogni stadio l'alimentazione subisce un "Flash" attraverso il cono di distribuzione ed è evaporata nel fascio tubiero. Il liquido ed il vapore escono al fondo del fascio tubiero e sono separati da un separatore di vapore a ciclone connesso al corpo di evaporazione. I vapori passano all'effetto successivo e sono usati come fonte di calore per il prosieguo del processo di evaporazione. Ogni effetto è disegnato in modo da ottenere all'incirca lo stesso ammontare di evaporazione. Ovviamente, man mano che la concentrazione aumenta e la temperatura si abbassa, cresce anche la viscosità del prodotto; quindi la velocità di trasferimento di calore diminuisce da uno stadio al successivo. Questo richiede più superficie di scambio per bilanciare il flusso di calore dall'effetto precedente. Questa è la ragione per cui i primi effetti richiedono uno stadio mentre gli ultimi sono multistadio. 

Il succo concentrato proveniente dall'ultimo stadio viene inviato al "flash cooler" nel quale viene pompato attraverso un ugello in una camera che si trova ad una pressione assoluta molto bassa; il prodotto sottostà ad una evaporazione adiabatica incrementando il suo grado di concentrazione e contemporaneamente raffreddandosi fino a circa 5-10°. La maggior parte dei TASTE sono a 4 o 6 effetti; le macchine a 7 effetti e 7 stadi sono degli anni '80. Le capacità evaporative variano in un campo estremamente vasto: da 5.000 a 400.000 lbs/h di acqua evaporata. 

Altri evaporatori che meritano di essere ricordati sono gli apparecchi a piastre dell'APV caratterizzati dalle ridotte capacità evaporative, ma estremamente compatti, facili da usare ed idonei per prodotti altamente viscosi, e gli evaporatori TVR della Wiegand. TVR è l'acronimo inglese di termocompressione (Thermal Vapor Recompression).

 

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