Monitoraggio continuo della degradazione dell'olio di frittura nelle friggitrici industriali

La frittura è uno dei metodi di cottura più antichi e popolari. L'olio di frittura è costoso e il riscaldamento consuma molta energia, quindi l'economia della frittura richiede il riutilizzo dell'olio nella friggitrice per più lotti. L'uso ripetuto di olio di frittura si è dimostrato pericoloso a causa della degradazione chimica che degrada anche le prestazioni di frittura dell'olio (Liu, M. et al., 2016). La valutazione e la corretta gestione dell'olio di frittura usato è un argomento di grande preoccupazione per le agenzie sanitarie, i produttori di alimenti e i consumatori. Garantire prodotti fritti sani e sicuri controllando i costi è la strada per un business sostenibile per le aziende alimentari.

Perché l'olio di frittura si degrada?

Le reazioni chimiche più frequenti che si verificano nel processo di frittura sono idrolisi, polimerizzazione e ossidazione, alterazione termica. Queste reazioni producono un numero considerevole di composti nocivi come polimeri e chetoni, che modificano significativamente la qualità dell'olio di frittura. I composti della termoossidazione generati meritano attenzione poiché lo stress ossidativo è associato a vari processi e malattie degenerative, ad esempio mutagenesi, trasformazione cellulare e cancro, aterosclerosi, infarti e malattie infiammatorie croniche (Liu, M. et al., 2016).

Nella maggior parte dei casi il degrado dell'olio di frittura viene valutato sulla base di un'ispezione visiva. Ad esempio, gli chef/ingegneri di fabbrica usano la loro esperienza per decidere quando scartare l'olio in base a schiuma eccessiva, odore, fumo, cambiamenti di colore e assaggiando i prodotti alimentari. Tuttavia, questi metodi non sono affidabili a causa della loro natura soggettiva e questi parametri possono manifestarsi solo quando l'olio è già diventato pericoloso per essere riutilizzato.

In che modo le friggitrici industriali monitorano e gestiscono l'olio di frittura?

Nella frittura industriale, il personale addetto alla qualità può monitorare diversi parametri chimici durante l'operazione di frittura, al fine di mantenere una qualità ottimale. Infatti, il monitoraggio dell'olio di frittura è essenziale per evitare effetti sgradevoli sugli snack finiti, che possono compromettere non solo il gusto, ma anche la salute dei consumatori.

Gli impianti di produzione hanno solitamente un sistema di filtraggio progettato per prolungare la vita dell'olio, riducendo drasticamente i costi. Tuttavia, è ancora importante identificare i parametri che indicano una progressiva degradazione dell'olio, in conseguenza del fatto che le proprietà fisiche e chimiche dell'olio e del grasso fritti tendono a cambiare notevolmente dopo un uso estensivo.

Quale indice di qualità utilizzano le friggitrici per ottimizzare la frittura?

Agli ingegneri di questi impianti di trasformazione alimentare viene posta la domanda: qual è il miglior indice chimico per l'olio di frittura da utilizzare durante lo sviluppo e l'implementazione di un programma per garantire la qualità del cibo da friggere? Ci sono molti indici diversi che vengono utilizzati come:

• Acido grasso libero (valore di acidità)
• Materiali polari totali (TPM)
• Trigliceride polimerizzato
• Saponi
• Colore Lovibond
• Valore di anisidina
• Valore di perossido
• Indice di stabilità dell'olio (OSI)

Indicatori fisici come punto di fumo, colore, sapore, odore, persistenza della schiuma e viscosità vengono utilizzati per valutare la qualità dell'olio di frittura.

Fonte: “Sonda a sensore capacitivo per valutare la degradazione dell'olio di frittura” – https://doi.org/10.1016/j.inpa.2015.07.002

Grandi multinazionali della ristorazione e della frittura industriale hanno investito molto per stabilire un legame diretto tra i parametri chimici dell'olio nelle friggitrici e la qualità del cibo da friggere. Ciò significa che gli operatori non devono solo monitorare i diversi parametri dell'olio degradante, ma devono mettere in relazione tali parametri con la qualità sensoriale del cibo.

I produttori di apparecchiature lavorano con i loro clienti per stabilire gli endpoint per lo smaltimento del petrolio. Nel corso degli anni sono stati introdotti molti sistemi di test diversi, ma pochissimi hanno preso piede con la ristorazione e le friggitrici industriali, perché pochi potenziali utenti si impegnerebbero a determinare gli endpoint di qualità degli alimenti. Per fare ciò è necessario uno studio sulla frittura, che è costoso, richiede tempo e spesso necessita di competenze esterne per condurre studi sensoriali e analizzare correttamente i dati.

Il valore di iodio (IV) viene utilizzato per la valutazione dell'idoneità degli oli. Garba et al. ha riferito che l'olio con IV alto ha mostrato scarse prestazioni a causa delle reazioni di ossidazione dei lipidi e della formazione di idroperossido tra gli acidi grassi insaturi e l'ossigeno. Inoltre, l'acido grasso libero (FFA), i trigliceridi polimerici, il valore di anisidina (AV) e il materiale polimerizzato e ossidato (POM) sono ampiamente utilizzati come indicatori della qualità dell'olio di frittura, ma non sono di per sé conclusivi.

In particolare, l'aumento della viscosità durante le fritture ripetute è stato identificato da alcuni ricercatori come il fattore responsabile di un aumento dell'assorbimento di olio dei cibi fritti (Guillaumin, 1988; Moreira et al., 1997). Inoltre, ci si può aspettare che i cambiamenti nella viscosità e nella densità del mezzo di frittura durante la frittura ripetuta influenzino la rimozione delle bolle galleggianti dalla superficie del cibo e, di conseguenza, il trasferimento di calore convettivo dall'olio al cibo che subisce la frittura.

La viscosità si correla molto bene con altri indicatori chimici come FFA, POM, TPC, Lovibond Color Value come è stato dimostrato da vari studi, alcuni dei quali sono riportati di seguito.

Viscosità e TPC

Figura 1 - Mostra l'andamento delle misure di TPC e viscosità (anche misure capacitive) con aumento del tempo di riscaldamento. Fonte: “Sonda a sensore capacitivo per valutare la degradazione dell'olio di frittura” – https://doi.org/10.1016/j.inpa.2015.07.002

Viscosità e correlazione con il valore del colore Lovibond, acido grasso libero (FFA), materiale polimerizzato e ossidato (POM)

Figura 2 - Misure con (a) Colore rosso Valore Lovibond (b) FFA (c) POM (d) Viscosità (Bandwidth) con aumento del tempo di riscaldamento. Fonte: “Sviluppo e valutazione di un nuovo sensore per la valutazione in situ della qualità dell'olio di frittura” – https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z

Figura 3 - Tendenze Viscosità (Bandwidth) e Color Lovibond. Fonte: “Sviluppo e valutazione di un nuovo sensore per la valutazione in situ della qualità dell'olio di frittura” – https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z

Figura 4 - Viscosità (larghezza di banda) e tendenze FFA. Fonte: “Sviluppo e valutazione di un nuovo sensore per la valutazione in situ della qualità dell'olio di frittura” – https://doi.org/10.1016/0956-7135(90)90008-Z

Studi che mostrano come la viscosità si evolve con il tempo di riscaldamento

I ricercatori hanno eseguito analisi di regressione (https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.02.021) per esaminare la dipendenza della viscosità dal numero di lotti di frittura. L'analisi ha mostrato che, per l'alto carico di frittura, la viscosità era correlata al numero di lotto di frittura seguendo un'equazione polinomiale di secondo ordine.

L'analisi di regressione lineare per i tipi di olio (olio di palma e olio d'oliva) ha mostrato che la viscosità dell'olio durante la frittura e il riscaldamento è una funzione della viscosità dell'olio fresco e della concentrazione di diverse classi di composti polimerici generati durante il processo di frittura e riscaldamento. Questa equazione è valida anche per altri tipi di olio purché si generino le stesse classi di composto durante la frittura e il riscaldamento.

Figura 5 - L'evoluzione della viscosità con il tempo di riscaldamento, ha seguito una funzione polinomiale del secondo ordine come da studio. Fonte: "Effetto della frittura ripetuta sulla viscosità, densità e tensione interfacciale dinamica dell'olio di palma e di oliva" - https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2011.02.021

Viscosità e contenuto di trigliceridi

Studi e dati sperimentali (Olivares-Carrillo et al., 2014) rivelano che le principali reazioni chimiche che avvengono durante la frittura sono la rottura di alcuni trigliceridi e la polimerizzazione per addizione di trigliceridi contenenti catene di acidi grassi C18:2 e C18:3, quest'ultima reazione è responsabile del brusco incremento di viscosità osservato.

La viscosità fornisce un ottimo indice per seguire la perdita di contenuto di trigliceridi causata dai processi di frittura. I ricercatori hanno stabilito una relazione quantitativa tra il contenuto di trigliceridi e la viscosità (specifica) dell'olio di soia.

figura 6 - Evoluzione del contenuto di trigliceridi e viscosità zero-shear dell'olio di soia con tempo di cottura e stabilizzazione. Fonte: “Viscosità come misura delle variazioni della composizione dell'olio dovute alla degradazione termica, reologia applicata” – http://dx.doi.org/10.3933/APPLRHEOL-24-53667

figura 7 - Correlazione tra viscosità specifica e % in peso di trigliceridi. Fonte: “Viscosità come misura delle variazioni della composizione dell'olio dovute alla degradazione termica, reologia applicata” – http://dx.doi.org/10.3933/APPLRHEOL-24-53667

Viscosità specifica nsp = (n – n0)/n0, dove la viscosità di riferimento n0 è quella corrispondente al campione di olio originale a “tempo di cottura zero”. Peso di correlazione stabilito %(trigliceride) = 96.28 – 2.75 nsp

Ad oggi sono stati sviluppati e introdotti vari metodi per misurare i diversi parametri chimico-fisici dell'olio di frittura. Ad esempio, sistema chemiosensoriale per il controllo della qualità dell'olio nelle industrie alimentari, trasformata di Fourier a infrarossi (FTIR) per distinguere tra oli buoni e non ammissibili, cromatografia per misurare la costante dielettrica, punto di fumo e viscosità e analisi delle immagini per determinare il tasso di TPC nell'olio di frittura . Tuttavia, questi metodi si basano prevalentemente su campionamento e sono complicate, lunghe e costose. Pertanto, è necessario sviluppare un semplice sistema di rilevamento per aiutare a valutare la qualità dell'olio di frittura.

Esistono strumenti che misurano la qualità dell'olio di frittura testando i materiali polari totali (TPM) in base alle variazioni della costante dielettrica dell'olio. I kit di test FFA e TPC si basano sulla reazione cromatica dell'olio. Tuttavia, ci sono alcune limitazioni con questi dispositivi come requisiti di calibrazione complessi, idoneità per diversi tipi di olio e diverse dipendenze dalla temperatura.

Il sensore deve essere affidabile nelle condizioni di frittura "difficili"

Nell'applicazione dell'olio per friggere, c'è un fattore di fondamentale importanza: la pulizia. Gli oli per friggere sono un ambiente dinamico. I polimeri (accumulo marrone) iniziano a formarsi sulle superfici riscaldanti della friggitrice e si depositano in varie sezioni della friggitrice. Questi polimeri vengono rimossi utilizzando detergenti caustici forti e strofinando. Molti dei sensori stessi sono soggetti a depositi di polimeri, rendendo lo strumento meno sensibile, il che potrebbe influire negativamente sulle sue prestazioni.

Quindi, il sensore utilizzato per le misurazioni dovrebbe essere facilmente pulibile e deve essere in grado di produrre misurazioni in tali ambienti. Ancora meglio, se il sensore assiste nei cicli di pulizia e aiuta a rilevare i punti finali per la fase di pulizia.

Vari studi stabiliscono che la viscosità è un indicatore affidabile della qualità dell'olio nei processi di frittura. Mostra correlazioni ragionevoli con altri importanti indicatori chimici come POM, FFA, TPM, contenuto di trigliceridi e valori di colore.

La misurazione della viscosità dell'olio è un metodo rapido per determinare le condizioni dell'olio ed è considerato un parametro importante nella valutazione della disponibilità delle risorse. Il sensore di viscosità che può integrare la spettroscopia a infrarossi (IR) e altri sensori di proprietà di massa fornisce dati istantanei in linea di viscosità e temperatura, non ha parti mobili e un'ampia gamma operativa e offre connettività plug-and-play universale per l'integrazione con e in altri prodotti portatili.

Un viscosimetro in linea come l'SRV garantisce che gli ingegneri sul pavimento possano monitorare e agire sui dati di viscosità continui dal sensore. Oltre alle possibilità di automazione da questi dati, è anche estremamente efficiente rispetto ai metodi tradizionali che prevedono il campionamento e altri interventi manuali.

Figura 8 - (a) Dispositivo di misurazione TPM portatile (a sinistra) (b) Misurazione degli acidi grassi liberi utilizzando l'asta di prova (a destra) – entrambi richiedono misurazioni manuali regolari e periodiche da parte di ingegneri/operatori in fabbrica

Risonatore torsionale bilanciato – Il punto di svolta nella tecnologia del viscosimetro

Figura 9 - Rheonics SRV Viscosimetro – Per il monitoraggio continuo della degradazione dell'olio

Figura 10 - SensorOperating Principle, Leggi di più: https://rheonics.com/whitepapers/

• Rheonics La tecnologia della viscosità SRV si avvale di un materiale ultrastabile torsionally balancedmechanical risonatore (brevetto US 9,267,872) le cui oscillazioni sono smorzate dalla viscosità del of
• Più il fluido è viscoso, maggiore è lo smorzamento meccanico del risonatore. Misurando lo smorzamento, viene stimato il prodotto di viscosità e densità.
• Il risonatore viene eccitato e rilevato per mezzo di un trasduttore elettromagnetico montato nel corpo del sensore.
• Lo smorzamento è misurato da Rheonics tecnologia brevettata collaudata e brevettata con circuito ad aggancio di fase
• Basato su queste due tecnologie chiave, il sensore di viscosità SRV fornisce misurazioni stabili, ripetibili e altamente accurate della viscosità dell'olio pur essendo abbastanza piccolo da stare nel palmo della tua mano.

Rheonics SRV Sensor è un sensore di piccolo formato costruito per essere inserito direttamente nei contenitori per friggere l'olio. La precisione e la stabilità estremamente elevate della misurazione della viscosità consentono il rilevamento rapido delle variazioni più piccole e dell'accumulo di sostanze/composti indesiderati nell'olio di frittura.

Un viscosimetro in linea che effettua misurazioni continue consente agli ingegneri della fabbrica di ottenere quanto segue:

• Per il monitoraggio automatizzato, il dosaggio di olio fresco e modificatori per mantenere la qualità dell'olio desiderata
• Per controllare la periodicità del campionamento: determinare quando è necessario prelevare un campione di laboratorio per eseguire una misurazione approfondita di vari parametri
• Rileva eventuali anomalie o comportamenti imprevisti e intraprendi azioni correttive
• Agisci sull'olio o sul prodotto che viene fritto se il trend è spento
• Tieni traccia e traccia ogni lotto di prodotti fritti fino all'esatta confezione di patatine!

Figura 11 - Panoramica della Rheonics Interfaccia software

Rheonics viscosimetro in linea SRV, semplifica ulteriormente la vita all'operatore della friggitrice grazie alle sue caratteristiche che lo rendono adatto ai processi alimentari.

• Collegamenti sanitari e igienici
• Il sensore completo è compatibile con CIP (clean-in-place)
• Le misurazioni sono estremamente ripetibili e forniscono risultati accurati
• Con compensazione della temperatura a bordo
• Non richiede ricalibrazioni ma supporta la verifica rapida della calibrazione sul campo (conformità FDA)
• Avere riproducibilità inter-sensore che consente il riutilizzo della stessa correlazione su più impianti e l'interscambio/sostituzione delle sonde senza alcuna riprogrammazione
• Tecnologia di base operata su ampiezze di vibrazione inferiori al micron che non influiscono sulla struttura del fluido, fornendo misurazioni accurate del fluido stesso
• Consente una facile installazione direttamente nella linea di processo, nessuna necessità di by-pass, nessuna interruzione del flusso
• Un sensore robusto in acciaio inossidabile 316L con connessioni sigillate (IP69K) per supportare la pulizia ad alta temperatura, alta pressione, acida e alcalina
• Bassi costi operativi per tutta la vita con zero manutenzione
• ROI (ritorno sull'investimento) molto elevato

Garantisci la sicurezza della tua operazione di frittura deliziando i tuoi clienti!

Infine, un sensore dell'olio di frittura online veramente in linea che non richiede l'attenzione dell'operatore e aiuta gli operatori a concentrarsi sull'ottenimento della massima produttività attraverso le friggitrici.

1. Guillaumin, R., 1988. Cinetica della penetrazione dei grassi negli alimenti. In: Varela, G., Bender, AE, Morton, ID (a cura di), Frying of Food: Principles, Changes, New Approaches. Ellis Horwood Ltd., Chichester, pp. 82-90.
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