In questa newsletter viene descritta la metodologia seguita per l’esecuzione di alcune prove sperimentali e i principali risultati ottenuti nell’ambito del WP2.1 del progetto MilkBioActinCaps, in riferimento all’impiego di un prototipo di decorticatrice per la separazione di frazioni di cuticola e per la loro caratterizzazione.
Le prove di decorticatura, di tipo comparativo, sono state effettuate dapprima in scala di laboratorio e, successivamente, con il prototipo messo a punto presso il laboratorio di macchine e impianti per le industrie alimentari della SAFE (UNIBAS), nelle seguenti condizioni sperimentali.
1. Velocità del prototipo: 1840, 2300 e 2800 giri/minuto.
2. Portata di aspirazione della cuticola, misurata attraverso la regolazione di una saracinesca su tre livelli differenti di intensità: a) debole, b) intermedia e c) elevata.
Le prove sperimentali, tutte eseguite in tre repliche tecniche, hanno utilizzato lotti di 10 kg di lenticchie della varietà Laird. Tutte le frazioni raccolte al termine della decorticatura sono state pesate, ed il loro peso è stato espresso in proporzione al peso totale del campione di partenza.
Prova preliminare in scala di laboratorio
In una prova preliminare, condotta per sbattimento con un mixer da laboratorio, a 3 tempi di trattamento del campione (10, 20 e 30 secondi), sono state raccolte le differenti frazioni di decorticatura, separate per granulometria omogenea per mezzo di un vibro-setacciatore munito di setacci in grado di separare le seguenti classi dimensionali: >5mm,5-3 mm, 3-0,85mm, 0,85-0,5mm. Il grafico riportato di seguito (cfr. Fig. 1) riassume i principali risultati delle prove.
I dati mostrano che il tempo t1, pari a 10 secondi, è in grado di isolare una frazione di lenticchie decorticate pari all’87,09%, rispetto all’82,65% del tempo t2 (20 secondi), e al 77,88% del tempo t3 (30 secondi).
All’aumentare del tempo di trattamento, inoltre, si evince un aumento della frazione di lenticchie rotte. Questa classe di lenticchie si va a depositare sul setaccio con maglia 3 mm, ove si evince che, per il trattamento t1 si deposita il 4,48% di campione, mentre per i trattamenti t2 e t3 si ha un aumento della frazione isolata pari al 7,68% e 10,95%. Operando con il tempo di trattamento t1 si riesce anche a ridurre la polverizzazione delle cuticole, raccolte prevalentemente sul setaccio con maglia 0,85 mm, ove si deposita il 6,90% delle cuticole per il tempo di trattamento t1, valore significativamente differente rispetto al 7,89% e 9,07% rispettivamente depositati sul setaccio, ai tempi di trattamento t2 e t3. Non vi sono differenze significative, invece, per la frazione depositata sul setaccio con maglia 0,5, che raccoglie valori tra 1,39% e 1,60%, costituiti da polvere di cuticola.
Questa prova preliminare ha avuto lo scopo di verificare la quantità di cuticola separabile dalle lenticchie, e per ipotizzare l’effetto di tempi di residenza differenti sulla qualità del decorticato, anche nelle successive prove con il prototipo di decorticatrice.
Risultati con il prototipo di decorticatrice
Di seguito vengono mostrati e commentati i risultati ottenuti con il prototipo di decorticatrice
Effetto della velocità della decorticatrice
In Fig. 2 è riportata l’efficienza di separazione del seme intero in funzione della velocità di funzionamento della decorticatrice, mantenendo costante la portata dell’aria, fissata al valore minimo (intensità debole).
L’efficienza di separazione fa riferimento alla quantità di lenticchie raccolte nell’uscita del prototipo dedicata alla raccolta del decorticato, rispetto alla quantità totale di prodotto alimentato alla macchina.
Le tre velocità riportate corrispondono alle frequenze di 40 (1840g/min.), 50 (2300 g/min) e 60 Hz (2800 g/min.), regolate per mezzo di un variatore di frequenza (inverter).
Dal grafico si evince che alla velocità di 2800 g/min., la più elevata delle tre velocità, si ottiene l’efficienza di separazione maggiore, con valori che raggiungono l’83,3%, significativamente più elevati rispetto al valore di 75,6%, corrispondente alla velocità di 2300 g/min., e del 69,1%, ottenuto alla velocità di 1840 g/min.
Dai dati raccolti si evince anche che alla velocità più bassa aumenta l’incidenza di lenticchie rotte, che rappresentano il 15,3%, rispetto al 10,6 % alla velocità intermedia e il 2,8% alla velocità più elevata. Questo risultato mostra come la velocità, strettamente legata al tempo di residenza delle lenticchie nella decorticatrice, condiziona non soltanto la ripartizione nelle varie frazioni, ma anche l’impatto meccanico sulle lenticchie stesse, causando un maggior danno meccanico alla velocità di funzionamento minore.
Effetto della portata di aspirazione
In questo paragrafo è descritto l’effetto delle tre regolazioni all’aspirazione dell’aria, durante il funzionamento del prototipo di decorticatrice. I dati si riferiscono alle due velocità 2300 g/min., e 2800 g/min., in quanto alla velocità più bassa il prototipo non riusciva a lavorare correttamente con le portate di aria intermedia ed elevata, e pertanto quella velocità non è stata presa in considerazione per questa prova.
Dai risultati si possono trarre alcune considerazioni importanti per caratterizzare il funzionamento del prototipo. In primis, per entrambe le velocità, la regolazione intermedia comporta una riduzione significativa della frazione di lenticchie separate all’uscita del decorticato (cfr. Fig. 3).
Per la velocità di 2300 g/min., infatti, si passa dal 75,6% al 62,4% (-17,48%), mentre per la velocità di 2800 g/min., la variazione è ancora più significativa, dall’83,3% al 64,5% (-30,17%). Aprendo completamente la regolazione, verso un’intensità più elevata, si evidenzia un incremento dell’efficienza di separazione. Per la velocità 2300 g/min., l’efficienza di separazione è pari al 77,5% (differenza significativa rispetto alla regolazione intermedia), mentre per la velocità 2800 g/min., il valore di 69,9% non risulta significativamente differente rispetto a quello della regolazione intermedia. Tuttavia, l’effetto della regolazione della aspirazione è strettamente legato alla velocità di funzionamento del prototipo.
Classificazione della dimensione delle frazioni separate
Le diverse frazioni di campione, raccolte in corrispondenza delle varie uscite della decorticatrice, sono state esaminate visivamente, separate delle particelle estranee a ciascuna di esse (ad esempio, i pezzi di cuticola nei semi rotti, etc.) e sottoposte a vibro setacciatura, con la finalità di studiare la distribuzione delle classi dimensionali, in relazione ai parametri operativi del prototipo, già commentati in precedenza. In Fig. 4 è rappresentata la distribuzione delle frazioni di cuticola sui setacci a maglia gradualmente più piccola, a partire dal setaccio con maglia 3 mm, che seleziona fino a <5 mm. Nel grafico non sono riportati i risultati relativi al setaccio a maglia 5mm, che raccoglie esclusivamente lenticchie decorticate, come visto in precedenza. Dai dati si evince che per velocità 2800 g/min., e aspirazione regolata alla massima intensità (+) è possibile isolare la cuticola con classe di dimensione maggiore, con una percentuale del 40,8%. Risultati apprezzabili, con quantità superiori al 20% sono ottenibili a velocità intermedia, indipendentemente dalla regolazione dell’aspirazione di aria. Le tesi 2300(+), 2300(int) e 2300(-) evidenziano anche una buona capacità nel selezionare la seconda classe di dimensione della cuticola, depositata sul setaccio a maglia tra 0,85 e 3 mm, che è rappresentata, rispettivamente, al 55,5%, 47,8% e 50,5%.
Alla luce delle considerazioni effettuate nel capitolo, possono essere tratte conclusioni differenti, sulla base di queste prove sperimentali preliminari, in funzione dell’obiettivo che si intende massimizzare.
Nello specifico, se l’obiettivo è quello di lavorare preservando l’efficienza di separazione, le condizioni ottimali di funzionamento del prototipo corrispondono alla velocità di 2800 g/min. e regolazione dell’aspirazione da intermedia a elevata. In queste condizioni il prototipo di decorticatrice può lavorare con capacità da 150 kg/h a 195 kg/h, con perdite dal 3,8% al 4,9%, e rotture del seme, però, abbastanza rilevanti, dal 14,3 al 18,2%.
Dal punto di vista della capacità del prototipo di preservare la qualità della cuticola, per un successivo impiego del sottoprodotto in operazioni di trasformazione (es. estrazione di tannini ed altri composti ad attività bioattiva), è possibile scegliere le condizioni ideali per separare le classi di dimensione della cuticola più idonee alla trasformazione.
In quest’ottica, come già discusso in precedenza, le condizioni operative più efficienti per la decorticatura della lenticchia consentono, spesso, di preservare anche la qualità della cuticola. Infatti, come già analizzato, alla velocità di 2800 g/min. e aspirazione regolata alla massima intensità (+) risulta possibile isolare il 40,8% della cuticola con dimensione media tra 3 e 5 mm.
Operando, invece, a velocità di 2300 g/min. è possibile selezionare prevalentemente cuticola di dimensione media tra 0,85 e 3 mm, in frazioni variabili dal 50,5 al 55,5 del totale.
In conclusione, l’operatore può definire, in relazione alla classe di cuticola che intende separare, scegliere le condizioni specifiche di funzionamento della macchina.
Francesco Genovese, Giuseppe Altieri e Giovanni Carlo Di Renzo
Contatti: francesco.genovese@unibas.it
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