“Igiene di processo nell’industria alimentare: l’attività chimica nei sistemi CIP”
Il sistema Clean In Place (CIP)
Il rispetto delle normative vigenti in materia di igiene è una prerogativa dell’industria alimentare moderna. In quest’ambito, il processo produttivo dev’essere sottoposto a rigide procedure di pulizia e sanificazione per garantire la qualità e la sicurezza del prodotto finito, caratteristiche di primaria importanza per il consumatore. Negli impianti moderni dell’industria alimentare le apparecchiature che trattano il prodotto e i vari intermedi di processo sono sottoposte ad operazioni di pulizia automatizzata tramite i cosiddetti sistemi clean-in-place (CIP). I sistemi CIP, nati inizialmente nel settore lattiero-caseario in risposta all’esigenza di effettuare operazioni di pulizia rapide e frequenti, sono stati progressivamente adottati in tutti i settori dell’industria alimentare, nonché in altri contesti particolarmente attenti all’igiene di processo come l’industria farmaceutica. Durante le operazioni di cleaning-in-place varie sostanze vengono fatte scorrere, seguendo procedure ben definite, lungo le superfici interne delle attrezzature a contatto con il prodotto, in particolare tubazioni, valvole e pompe. La pulizia delle attrezzature avviene dunque per azione fisica (combinazione dell’azione termica e meccanica) del fluido a contatto con le superfici e per azione chimica delle sostanze detergenti presenti in soluzione. Un sistema CIP completo è tipicamente costituito dai seguenti elementi: tubazioni per la distribuzione e il recupero dei detergenti, serbatoi per lo stoccaggio delle soluzioni detergenti, scambiatori di calore, testine di spruzzatura, dispositivi per la gestione del flusso (pompe, valvole, sensori e misuratori, ecc.), PLC e ausiliari.
Energia meccanica e attività chimica nella pulizia automatizzata
La pulizia dell’impianto, sia essa manuale o automatizzata, avviene sempre attraverso l’azione combinata e il controllo di 4 grandezze: velocità fluido di lavaggio, concentrazione sostanza detergente, temperatura del fluido e tempo della fase. Nelle operazioni di pulizia manuale l’azione meccanica, garantita da operazioni come la raschiatura e lo sfregamento delle superfici, riveste un uolo centrale. Nei sistemi CIP per la pulizia automatizzata l’energia meccanica, fornita dall’urto dei liquidi sulle superfici dei serbatoi o dal flusso turbolento dei liquidi nelle tubazioni, non è invece sufficiente per garantire una pulizia efficace delle attrezzature. Per sopperire ad un’azione meccanica insufficiente, le operazioni di cleaning-in-place fanno affidamento sulle altre grandezze chiave sopracitate, in particolare sull’attività chimica delle sostanze in soluzione. Nell’industria alimentare il trattamento chimico dei residui all’interno delle attrezzature varia a seconda della natura dei residui stessi e viene influenzato da molte variabili come la temperatura, il tempo di contatto, il pH della soluzione detergente e la qualità dell’acqua utilizzata come solvente. Per effettuare una pulizia efficace dell’impianto è necessario conoscere la natura dei residui da eliminare e comprendere come questi reagiscono con le sostanze impiegate nelle operazioni di pulizia.
Dall’analisi dei residui alle fasi di pulizia
La funzione dell’attività chimica è duplice: da un lato deve massimizzare la decomposizione e la rimozione dei residui presenti sulle attrezzature, dall’altro deve mantenere i residui rimossi in soluzione (tramite dissoluzione o emulsione), evitando che questi si depositino nuovamente in altre zone dell’impianto. Spesso le due funzioni vengono esercitate da sostanze diverse, le quali, opportunamente dosate in acqua o altri solventi, costituiscono la soluzione detergente. Le operazioni di cleaning-in-place vengono inoltre effettuate utilizzando in sequenza diverse soluzioni detergenti in modo da massimizzare la rimozione dei residui e minimizzare l’impiego di sostanze chimiche. Il pH della soluzione detergente, grandezza che misura l’acidità o la basicità (alcalinità) della soluzione, è determinante per garantire l’efficacia dei fenomeni di decomposizione, dissoluzione o emulsione dei residui. La maggior parte delle sequenze di pulizia si fonda sull’impiego alternato di soluzioni che sono necessarie per la neutralizzazione. Una tipica sequenza di pulizia completa impiegata nell’industria alimentare si articola secondo 8 fasi consequenziali:
- pre-risciacquo con acqua per rimuovere lo sporco grossolano;
- ricircolo di una soluzione alcalina per decomporre e disciogliere/emulsionare lo sporco residuo;
- risciacquo con acqua per rimuovere gli alcali residui, con eventuale recupero dell’acqua non contaminata;
- ricircolo di una soluzione acida per neutralizzare gli alcali residui e rimuovere i depositi minerali;
- risciacquo con acqua per rimuovere gli acidi residui;
- ricircolo sanitizzante per ridurre la carica microbica;
- risciacquo finale con acqua e con eventuale recupero dell’acqua non contaminata;
- flussaggio con aria per facilitare l’asciugatura.
Soluzioni specifiche per ogni tipologia di azione
L’azione più aggressiva viene esercitata dalla soluzione alcalina, tipicamente realizzata con idrossido di sodio o idrossido di potassio, la quale è in grado di decomporre la maggior parte dei residui organici. In ambiente alcalino i residui a base di carboidrati e proteine vengono rapidamente decomposti, mentre i residui a base di grassi (insolubili in acqua) vengono emulsionati con il contributo della temperatura elevata. L’azione della soluzione acida, tipicamente realizzata con acido fosforico o acido paracetico, è invece finalizzata alla rimozione dei depositi minerali (derivanti ad esempio dal riscaldamento di acqua dura, ossia ricca di ioni calcio e magnesio) e alla neutralizzazione dei residui di soluzione alcalina. Nell’industria alimentare è spesso necessario anche un trattamento con soluzione sanitizzante (es. ozono, diossido di cloro, perossido di idrogeno, ammonio quaternario, ecc.) finalizzato alla distruzione dei microorganismi pericolosi per la salute come batteri, virus o funghi. Tutte le fasi chimicamente attive vengono solitamente seguite da fasi di risciacquo con acqua per rimuovere la soluzione residua. Le caratteristiche dell’acqua utilizzata, e in particolare la sua durezza, sono determinanti per una progettazione efficace ed efficiente della sequenza di pulizia.
L’importanza delle caratteristiche di un impianto CIP
La progettazione delle sequenze di pulizia deve avvenire tenendo in considerazione la natura dei prodotti trattati e le caratteristiche dell’impianto. Anche una sequenza progettata in modo ottimale, però, non può compensare la presenza di attrezzature progettate e implementate in modo scadente. Nell’industria alimentare ogni componente, che sia o meno a diretto contatto con il prodotto trattato, dev’essere pensato e realizzato seguendo determinati protocolli con lo scopo di minimizzare le zone di ristagno del prodotto e la potenziale proliferazione di microorganismi dannosi. Diventano particolarmente importanti in quest’ambito i materiali utilizzati, le finiture e i trattamenti superficiali operati sulle attrezzature e la qualità delle saldature realizzate.
G-CLEAN: il sistema CIP customizzato di Granzotto
Il team di Granzotto, consapevole delle problematiche associate alla pulizia degli impianti nell’industria alimentare, realizza sistemi customizzati per garantire l’affidabilità e l’efficienza delle operazioni di pulizia e sanitizzazione. I sistemi CIP realizzati da Granzotto prendono il nome di “G-CLEAN” e vengono sviluppati per garantire la massima pulizia in tutte le zone di contatto con il liquido, come tubazioni, valvole, pompe, serbatoi e macchine riempitrici. Nelle versioni skid, i sistemi CIP vengono realizzati con particolare attenzione alle finiture e alle saldature degli elementi strutturali. I sistemi G-CLEAN consentono di effettuare le operazioni di pulizia degli impianti in modo efficace e nel minor tempo possibile.
