Attività dell'acqua per il monitoraggio della qualità del grano distillato secco

Il Dried Distillers Grain with Solubles (DDGS) è un coprodotto del processo di produzione del bioetanolo da cereali. Viene creato attraverso un processo a più fasi. In primo luogo, il materiale non fermentabile che rimane dalla produzione di etanolo viene rimosso sotto forma di foraggio. L'acqua in eccesso viene rimossa dalla lettiera mediante centrifugazione e i grani umidi vengono combinati con i solubili distillatori condensati ed essiccati per creare il DDGS. Il DDGS viene venduto principalmente come integratore alimentare di alta qualità, ma potrebbe avere molti usi, tra cui quello di integratore alimentare per gli esseri umani. La vendita di DDGS contribuisce in modo sostanziale alla redditività economica di un impianto di produzione di etanolo. Di conseguenza, l'ottimizzazione della qualità e della durata di conservazione dei DDGS è di estrema importanza.

Metodi analitici raccomandati per i DDGS

Il 1° febbraio 2007, l'American Feed Industry Association ha pubblicato uno studio intitolato "Evaluation of Analytical Methods for Analysis of Dried Distillers Grains with Solubles". Questo studio ha esaminato l'efficacia dei metodi analitici per la valutazione dei DDGS. L'obiettivo dello studio era quello di scegliere una serie di test in grado di caratterizzare al meglio le caratteristiche fisiche e chimiche dei DDGS e di garantirne la sicurezza e la qualità. Le principali preoccupazioni per la conservabilità dei DDGS sono la suscettibilità alla degradazione microbica, il mantenimento delle proprietà di flusso e la migrazione dell'umidità.

L'acqua influisce su tutti questi aspetti

In questo studio, l'unico metodo di analisi dell'umidità elencato è il contenuto di umidità. Purtroppo, il contenuto di umidità non è il metodo di analisi dell'umidità più efficace per i problemi sopra elencati. L'attività dell'acqua è un miglior predittore della sicurezza microbica, delle proprietà di flusso e della migrazione dell'umidità. I produttori di etanolo avranno più successo nel garantire la qualità dei loro prodotti DDGS, risparmiando tempo e denaro, se utilizzeranno l'attività dell'acqua come uno dei loro test di garanzia della qualità.

Che cos'è l'attività dell'acqua?

L'attività dell'acqua rappresenta lo stato energetico dell'acqua nel sistema ed è pari all'umidità relativa dell'aria in equilibrio con un campione in una camera sigillata. Si basa sulla termodinamica ed è definita come la pressione di vapore dell'acqua (p) su un campione divisa per la pressione di vapore dell'acqua pura (_po) a una determinata temperatura. Anche se non è scientificamente corretto, può essere utile immaginare l'attività dell'acqua come la quantità di acqua "disponibile" nei DDGS. Non è determinata dalla quantità di acqua presente nei DDGS, ma è un confronto di quanto l'acqua presente nei DDGS assomiglia e si comporta come l'acqua pura.

I valori dell'attività dell'acqua rappresentano una scala che va da 0 (acqua secca) a 1,0 (acqua pura).

Al diminuire dell'attività dell'acqua, l'acqua contenuta nei DDGS diminuisce di energia, è meno disponibile e si comporta sempre meno come acqua pura. Ad esempio, un'attività dell'acqua di 0,80 indica che l'acqua nel sistema ha energia sufficiente per sostenere la crescita delle muffe, mentre un'attività dell'acqua inferiore a 0,60 significa che l'acqua nel sistema non può sostenere la crescita di alcun microrganismo. L'acqua diventa anche più mobile con l'aumento dell'attività dell'acqua, che influenza la mobilità molecolare e aumenta i tassi di reazione chimica ed enzimatica. Ad esempio, la velocità delle reazioni di imbrunimento sarà minima con un'attività dell'acqua di 0,25, aumenterà costantemente con l'aumentare dell'attività dell'acqua e raggiungerà il massimo a circa 0,80_aw.

L'attività dell'acqua controlla la crescita microbica

Il concetto di attività dell'acqua è stato al servizio di microbiologi e tecnologi alimentari per decenni ed è il criterio più comunemente utilizzato per la sicurezza e la qualità degli alimenti. I microrganismi hanno un'attività idrica limitante al di sotto della quale non possono crescere. L'attività dell'acqua, non il contenuto di umidità, determina il limite inferiore di acqua "disponibile" per la crescita microbica. Poiché batteri, lieviti e muffe richiedono una certa disponibilità di acqua per sostenere la crescita, l'essiccazione dei DDGS al di sotto di un livello critico di attività dell'acqua rappresenta un mezzo efficace per controllare la crescita microbica. L'acqua può essere presente anche a livelli di contenuto più elevati di quelli normalmente accettabili nei DDGS, ma se il suo livello energetico è sufficientemente basso, i microrganismi non possono utilizzarla per sostenere la loro crescita. Questa condizione "desertica" crea uno squilibrio osmotico tra i microrganismi e l'ambiente locale. Di conseguenza, i microbi diventano inattivi o muoiono. Il livello di attività dell'acqua che limita la crescita della maggior parte dei batteri patogeni è di 0,90, un'attività dell'acqua di 0,70 è il limite per le muffe deteriorabili e il limite inferiore per tutti i microrganismi è di 0,60.

L'attività dell'acqua aiuta a controllare la formazione di grumi, il collasso e l'appiccicosità.

L'attività dell'acqua può anche essere un indicatore della stabilità fisica dei DDGS durante lo stoccaggio. A causa del suo impatto sulla facilità di manipolazione, la fluidità è uno dei principali problemi di stabilità fisica dei DDGS. Il controllo dell'attività dell'acqua nei DDGS ne mantiene la struttura, la consistenza, la stabilità e la densità. È possibile identificare un'attività idrica critica al di sotto della quale i DDGS mantengono le loro proprietà di flusso. Al di sopra di questa attività critica dell'acqua, le particelle di DDGS si bagnano e iniziano ad aderire tra loro. Di conseguenza, la conoscenza dell'attività dell'acqua dei DDGS in funzione del contenuto di umidità e della temperatura è essenziale durante la lavorazione, la manipolazione, il confezionamento e lo stoccaggio per prevenire i deleteri fenomeni di caking, clumping, collasso e appiccicosità. L'attività dell'acqua è il test di garanzia della qualità più efficace disponibile per valutare la suscettibilità dei DDGS a ridurre le proprietà di scorrimento.

L'attività dell'acqua controlla la migrazione dell'umidità

Poiché l'attività dell'acqua è una misura dello stato energetico dell'acqua, le differenze di attività dell'acqua sono la forza trainante della migrazione dell'umidità. La conoscenza della capacità dell'acqua di assorbire o desorbire da un carico di DDGS è essenziale per prevenire la degradazione. Pertanto, l'attività dell'acqua è un parametro importante in quanto può controllare la migrazione dell'acqua in lotti misti di DDGS. Carichi diversi di DDGS possono avere attività idriche diverse a causa della variazione delle condizioni di essiccazione e della quantità di solubili aggiunti. Per definizione, l'attività dell'acqua indica che l'umidità migrerà da una regione ad alta attività dell'acqua a una regione a bassa attività dell'acqua, ma la velocità di migrazione dipende da molti fattori.

La risposta dipende dalle attività idriche dei due carichi. Se le attività dell'acqua dei due carichi sono diverse, si verifica uno scambio di umidità, anche se il contenuto di umidità è lo stesso. Questa migrazione di umidità potrebbe causare problemi di flusso o di crescita microbica.

L'attività dell'acqua è un efficace strumento di garanzia della qualità

L'attività dell'acqua è un efficace strumento di controllo del processo e di garanzia della qualità per mantenere la stabilità e la sicurezza dei DDGS e dovrebbe essere inclusa tra i metodi analitici raccomandati per i DDGS. Oltre alle ragioni sopra descritte, l'attività dell'acqua è un'analisi dell'umidità più efficace del contenuto di umidità, perché è più sensibile e accurata. Nella regione di umidità intermedia, che comprende i DDGS, le variazioni del contenuto di umidità che non sono rilevabili a causa della limitata accuratezza delle analisi del contenuto di umidità possono risultare in grandi variazioni dell'attività dell'acqua e, di conseguenza, in variazioni della stabilità. Questo può essere sconcertante quando i DDGS vengono essiccati secondo le specifiche del contenuto di umidità e improvvisamente si verificano cambiamenti di stabilità, anche se non viene rilevata una variazione del contenuto di umidità. Questi cambiamenti di stabilità possono essere previsti se si utilizza una specifica di attività dell'acqua. L'attività dell'acqua è un metodo rapido, economico e accurato per garantire la qualità e la sicurezza dei DDGS. Può essere facilmente incorporato da qualsiasi impianto di etanolo. Per saperne di più sui test di attività dell'acqua e sui DDGS, contattate l'assistenza Aqualab.