Questo studio, che si inquadra nelle attività di Ricerca di Sistema, si propone di individuare e valutare i processi innovativi fondati sull’uso dell’energia elettrica che meritino attenzione sia per la loro superiore efficienza, sia per la capacità di contribuire a ridurre l’impatto ambientale. I tradizionali processi termici di pastorizzazione, per la distruzione dei microrganismi che presiedono al deterioramento dei cibi, assicurano adeguati criteri di sicurezza per la salute dei consumatori entro determinati periodi di conservazione. Tuttavia, anche a moderate temperature, il calore può degradare il prodotto, con perdite di sapore, aroma e nutrienti, alterandone così in parte le qualità naturali. Nell’ultimo decennio, un forte interesse è stato rivolto alle tecnologie non termiche di pastorizzazione in grado di assicurare, per tempi di conservazione adeguati, l’integrità delle qualità dell’alimento fresco, aprendo così la strada per nuovi mercati. In particolare l’elettrotecnologia PEF (Pulsed Electric Field), basata sull’applicazione al prodotto di impulsi di campo elettrico ad alta intensità, appare molto promettente e particolarmente adatta per processi di pastorizzazione in continua di liquidi e di sospensioni pompabili, per le sua elevata capacità di penetrazione e i tempi di trattamento ed i consumi estremamente ridotti. Un’indagine sullo stato dell’arte di questa tecnica innovativa di pastorizzazione, svolta nel corso del primo semestre e riportata in un precedente Rapporto Cesi(1) ha evidenziato che a partire dagli anni ’80, con il sostegno di enti governativi e dell’industria agro-alimentare, numerose Università e centri di ricerca, soprattutto negli USA e in Europa, hanno intrapreso studi di base sull’inattivazione microbica. In questa prospettiva, si è prevista la realizzazione di un apparato sperimentale da laboratorio, finalizzato allo studio e alla messa a punto delle condizioni operative di trattamento in continua di liquidi alimentari. Oggetto del presente Rapporto è lo sviluppo di metodologie per la simulazione del comportamento del dispositivo di applicazione degli impulsi di campo elettrico su liquidi alimentari e quindi lo sviluppo di sistemi ottimizzati per la sua progettazione. Il dispositivo in oggetto è costituito sostanzialmente da: • un generatore che costituisca la sorgente di alta tensione; • una rete di formazione dell’impulso, posta tra il generatore ed il carico, avente lo scopo di dare forma, durata richiesta all’andamento della tensione applicata al carico durante l’impulso; • un circuito idraulico in cui fluisce il liquido da sterilizzare; • una o più celle di forma e dimensioni opportune, disposte lungo il percorso del circuito idraulico, in cui avviene l’applicazione di elevati campi elettrici disposti , tali celle sono dette camere di trattamento e sono ottenute posizionando in modo opportuno elettrodi di forma adeguata lungo il circuito idraulico.

Quindi nel presente rapporto sono riportati i risultati degli studi eseguiti sui componenti critici di questo dispositivo. In particolare �� il comportamento del generatore di tensione e della rete la di formazione dell’impulso è stati analizzato con le seguenti attività: • Sviluppo di modelli matematici per il calcolo di tutte le grandezze elettriche durante transitori elettrici di scarica e carica per generatori di impulsi dotati di 3 tipologie diverse di rete di formazione dell’impulso • Implementazione dei modelli sviluppati in programmi di calcolo • Utilizzo dei programmi di calcolo per la valutazione dell’effetto di tutti i parametri fisici del generatore e della rete di formazione dell’impulso sugli andamenti di tutte le grandezze elettriche significative durante i transitori di applicazione della tensione agli elettrodi delle camere di trattamento e durante i transitori di ricarica degli elementi di accumulo di energia della rete di formazione �� La camera di applicazione del campo elettrico o camera di trattamento è stata analizzata con le seguenti attività: • sviluppo di modelli matematici per il calcolo della distribuzione spaziale di potenziale elettrico, campo elettrico, densità di corrente e potenza dissipata all’interno del materiale contenuto nella camera di trattamento al variare della configurazione; • sviluppo di un modello matematico a parametri concentrati per il calcolo dell’aumento di temperatura del prodotto a causa del trattamento ad impulsi di campo elettrico; • implementazione dei modelli matematici in programmi di calcolo • utilizzo dei programmi sviluppati per la valutazione dell’effetto della variazione dei parametri geometrici della cella e degli elettrodi e delle proprietà fisiche del materiale contenuto in essa sulle grandezze calcolate dai programmi sviluppati; �� la procedura per la progettazione del dispositivo è stata determinata con le seguenti attività: • sviluppo di una metodologia per la scelta di componenti ottimizzati per il dispositivo basata sui modelli matematici sviluppati che a partire dai valori dalle grandezze di ingresso necessarie consente di dimensionare tutti gli elementi che compongono il dispositivo in modo da soddisfare le prestazioni richieste • implementazione della metodologia in un programma di calcolo • utilizzo del programma di calcolo per il dimensionamento dei componenti del dispositivo su un elevato numero di casi di esempio

Successivamente si descrive il circuito idraulico di trasporto, degasaggio e pressurizzazione dell’alimento, oltre che per il raffreddamento del prodotto trattato, con alcune indicazioni costruttive e sui materiali più adeguati per la realizzazione della camera di trattamento. Si riportano le prime indicazioni, suggerite in letteratura, sulle procedure di prova per avviare gli studi di pastorizzazione.