Attività dell'acqua per il monitoraggio della qualità dei residui secchi della distillazione

Il distillato essiccato con solubili (DDGS) è un coprodotto del processo di produzione del bioetanolo da cereali. Viene creato attraverso un processo in più fasi. Innanzitutto, il materiale non fermentabile residuo dalla produzione di etanolo viene rimosso come residuo di distillazione. L'acqua in eccesso viene rimossa dalla vinaccia mediante centrifugazione e i cereali umidi vengono combinati con i solubili di distilleria condensati ed essiccati per creare il DDGS. Viene venduto principalmente come integratore alimentare di alta qualità, ma potrebbe avere molti altri usi, tra cui quello di integratore nutrizionale per l'uomo. La vendita del 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 del DDGS è di fondamentale importanza.

Metodi analitici raccomandati per DDGS

Il 1° febbraio 2007, l'American Feed Industry Association ha pubblicato uno studio intitolato "Valutazione dei metodi analitici per l'analisi dei residui secchi della distillazione con solubili". Questo studio ha esaminato l'efficacia dei metodi analitici per la valutazione dei DDGS. Gli obiettivi dello studio erano quelli di scegliere una serie di test che caratterizzassero al meglio le caratteristiche fisiche e chimiche dei DDGS e ne garantissero la sicurezza e la qualità. Le principali preoccupazioni relative alla durata di conservazione dei DDGS sono la suscettibilità alla degradazione microbica, il mantenimento delle proprietà di scorrimento e la migrazione dell'umidità.

L'acqua influenza tutte queste preoccupazioni

In questo studio, l'unico metodo di analisi dell'umidità elencato era il contenuto di umidità. Purtroppo, il contenuto di umidità non è il metodo di analisi dell'umidità più efficace per le questioni sopra elencate. L'attività dell'acqua è un indicatore più affidabile della sicurezza microbica, delle proprietà di scorrimento e della migrazione dell'umidità. I produttori di etanolo avranno più successo nel garantire la qualità del loro prodotto 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 data temperatura. Sebbene non sia scientificamente corretto, può essere utile immaginare l'attività dell'acqua come la quantità di acqua "disponibile" nel DDGS. Non è determinata dalla quantità di acqua presente nel DDGS, ma è un confronto tra quanto l'acqua nel DDGS assomiglia e si comporta come l'acqua pura.

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

Con la diminuzione dell'attività dell'acqua, l'acqua contenuta nei DDGS perde energia, diventa meno disponibile e si comporta sempre meno come acqua pura. Ad esempio, un'attività dell'acqua pari a 0,80 indicherebbe che l'acqua nel sistema ha energia sufficiente per favorire la crescita di muffe, mentre un'attività dell'acqua inferiore a 0,60 significa che l'acqua nel sistema non può favorire la crescita di alcun microrganismo. L'acqua diventa anche più mobile all'aumentare dell'attività dell'acqua, il che influenza la mobilità molecolare e aumenta la velocità delle reazioni chimiche ed enzimatiche. Ad esempio, la velocità delle reazioni di imbrunimento sarà minima con un'attività dell'acqua di 0,25, aumenterà costantemente all'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 utilizzato per decenni dai microbiologi e dai tecnologi alimentari ed è il criterio più comunemente utilizzato per la sicurezza e la qualità degli alimenti. I microrganismi hanno un'attività dell'acqua limite al di sotto della quale non possono crescere. È l'attività dell'acqua, e non il contenuto di umidità, a determinare il limite inferiore dell'acqua "disponibile" per la crescita microbica. Poiché i batteri, i lieviti e le 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 costituisce un mezzo efficace per controllare la crescita microbica. L'acqua può essere presente anche a livelli di contenuto superiori a 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 dormienti o muoiono. Il livello di attività dell'acqua che limita la crescita della stragrande maggioranza dei batteri patogeni è 0,90, un'attività dell'acqua di 0,70 è il limite per le muffe di deterioramento e il limite inferiore per tutti i microrganismi è 0,60.

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

L'attività dell'acqua può anche essere un indicatore della stabilità fisica dei DDGS durante lo stoccaggio. A causa del suo impatto sulla maneggevolezza, la scorrevolezza è una delle principali preoccupazioni relative alla stabilità fisica dei DDGS. Il controllo dell'attività dell'acqua nei DDGS mantiene la struttura, la consistenza, la stabilità e la densità adeguate. È possibile identificare un'attività dell'acqua critica al di sotto della quale i DDGS mantengono le loro proprietà di scorrevolezza. Al di sopra di tale attività dell'acqua critica, le particelle di DDGS si bagnano e iniziano ad aggregarsi. 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 il fenomeno dannoso dell'agglomerazione, della formazione di grumi, del collasso e della viscosità. L'attività dell'acqua è il test di garanzia della qualità più efficace disponibile per valutare la suscettibilità dei DDGS alla riduzione delle proprietà di scorrevolezza.

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

Poiché l'attività dell'acqua è una misura dello stato energetico dell'acqua, le differenze nell'attività dell'acqua sono la forza motrice della migrazione dell'umidità. Sapere se l'acqua verrà assorbita o desorbita da un carico di DDGS è essenziale per prevenire il degrado. Pertanto, l'attività dell'acqua è un parametro importante poiché può controllare la migrazione dell'acqua in lotti misti di DDGS. Carichi diversi di DDGS potrebbero avere attività dell'acqua diverse a causa della variazione delle condizioni di essiccazione e della quantità di solubili aggiunti. Per definizione, l'attività dell'acqua determina 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 dall'attività dell'acqua dei due carichi. Se l'attività dell'acqua dei due carichi è diversa, si verificherà uno scambio di umidità, anche se il loro contenuto di umidità è lo stesso. Questa migrazione di umidità potrebbe causare problemi di flusso o di crescita microbica.

L'attività dell'acqua è uno strumento efficace per garantire la qualità

L'attività dell'acqua è uno strumento efficace per il controllo dei processi e la garanzia della qualità, utile per mantenere la stabilità e la sicurezza dei DDGS, e dovrebbe essere inclusa come metodo analitico raccomandato per i DDGS. Oltre alle ragioni sopra esposte, l'attività dell'acqua è un'analisi dell'umidità più efficace rispetto al contenuto di umidità, poiché è più sensibile e accurata. Nella regione di umidità intermedia, che include i DDGS, le variazioni del contenuto di umidità che non sono rilevabili a causa della limitata accuratezza delle analisi del contenuto di umidità possono comportare grandi variazioni dell'attività dell'acqua e, di conseguenza, variazioni della stabilità. Ciò può essere sconcertante quando i DDGS vengono essiccati fino a raggiungere una specifica di contenuto di umidità e si verificano improvvisi cambiamenti di stabilità, anche se non viene rilevata alcuna 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 modo rapido, economico e accurato per garantire la qualità e la sicurezza dei DDGS. Può essere facilmente incorporata da qualsiasi impianto di etanolo. Per ulteriori informazioni sui test di attività dell'acqua e sui DDGS, contattare l'assistenza Aqualab.

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