In cantina le tecnologie moderne di filtrazione tangenziale e di concentrazione selettiva aiutano l’enologo a velocizzare e migliorare il processo di produzione

Filtrazione a membrane – Industria enologica

La separazione mediante filtrazione a membrane nasce nei primi anni '60 per diventare, circa venti anni dopo, una tecnologia utilizzata anche nell'ambito dell'industria enologica per un'ampia serie di applicazioni. Per quanto il principio applicativo sia concettualmente semplice, l'utilizzo della filtrazione a membrane implica aspetti complessi, quali:

• conoscenze tecnologiche inerenti sia il prodotto da sottoporre a trattamento sia le frazioni risultanti dalla separazione;
• soluzioni impiantistiche in grado di conseguire le prestazioni industriali attese, garantendo la qualità del prodotto risultante dal trattamento.

Le tecnologie di separazione a membrana hanno trovato negli ultimi anni sempre più spazio ed un incremento applicativo nel settore enologico, sia all'interno del ciclo produttivo sia nella gestione dei sottoprodotti.

SEPRA mette a disposizione una completa linea di elementi a membrana per applicazioni alimentari, che sono utilizzate per concentrare, separare e purificare in un vasto campo di applicazioni.

Applicazioni

I processi di separazione a membrana per mezzo di filtrazione tangenziale sono da più di 20 anni utilizzati per il trattamento di soluzioni alimentari di varia natura. I processi a membrana infatti presentano alcune caratteristiche peculiari che ben si adattano a questo tipo di prodotti:

• Elevata flessibilità, in ragione della possibilità di utilizzare membrane con pori di diversa dimensione ed elementi a diversa costruzione;
• Basso impegno energetico;
• Sanitarietà e buon controllo microbiologico;
• Modesta sollecitazione meccanica e termica del prodotto.

Il tipo di membrane utilizzate dipende ovviamente dagli obiettivi della specifica applicazione. Agendo sulla porosità della membrana è possibile intervenire selettivamente sulle diverse componenti: la tabella "Filtration Spectrum" allegata esemplifica queste possibilità.

Le tecnologie di separazione a membrana nel corso del tempo si sono prepotentemente inserite nel campo della produzione di vini e mosti. La capacità delle membrane di selezionare, entro certi limiti, passaggi e trattenimenti di elementi strutturali del mosto o del vino consente di operare in modo efficace sulla struttura del prodotto, con risultati sorprendenti.

Esistono quattro principali processi separativi a membrana, ognuno dei quali è specifico nel permettere la ritenzione o la permeazione di specifiche componenti nel corso del passaggio attraverso la membrana semipermeabile. Di seguito vengono elencate alcune applicazioni della tecnologia al settore enologico.

Membrane UF - MF pHT

Le membrane della serie pHT offrono eccezionale resistenza fisica e chimica conservando gli stessi range di MWCO degli elementi standard.

In particolare consentono:

• Sanitizzazione a caldo, eliminando di fatto la necessità della fase a base di cloro durante il CIP;
• Alta resistenza a pH estremi e alte temperature;
• Alta resistenza al fouling.

Concentrazione

Con le membrane di filtrazione tangenziale si può ottenere una concentrazione forzata che permette un aumento naturale del grado zuccherino, degli alcoli o di altri composti; si ottiene inoltre un incremento del corpo del colore nei vini giovani.

Dealcolazione parziale

Associando un sistema a filtrazione a membrana tangenziale con altre tecnologie è possibile ottenere una riduzione di alcool presente fino a raggiungere bassi livelli.

Chiarificazione

Con membrane di ultrafiltrazione è possibile filtrare il mosto prima della cisterna di fermentazione per eliminare le sostanze opacizzanti, tannini o lieviti, accelerando il processo di maturazione e migliorandone la qualità.

Decolorazione

Per motivi di aspetto a volte è richiesta una parziale o totale decolorazione, perseguibile con sistemi a membrana.

Deacidificazione

Consente l'eliminazione di una parte della sola acidità volatile, mantenendo la restante struttura del vino.

Filtrazione tradizionale nell'industria enologica

Prefiltrazione

Cartucce filtranti a membrana pieghettata con grado di filtrazione assoluto

Una filtrazione preliminare dopo la fase di fermentazione o tra varie fasi di lavorazione elimina eventuali impurità che possono inquinare le fasi successive, come ad esempio è il caso dei cristalli di tartrati provenienti dalla cisterna di maturazione.

0,2 µm	0,45 µm	1 µm	3 µm	5 µm	10 µm	20 µm	30 µm

Filtrazione finale

Cartucce filtranti sterilizzanti a membrana pieghettata con grado di filtrazione assoluto

Una filtrazione finale del vino prima dell'imbottigliamento con una cartuccia assoluta con diversi gradi di filtrazione (0,1–1,2 µm) per adattarsi alle caratteristiche del vino garantisce una rimozione dell'eventuale inquinamento microbiologico, aumentando la durabilità del vino.

0,1 µm	0,2 µm	0,45 µm	0,65 µm	0,80 µm	1,2 µm

Ozono nell'industria enologica

L'ozono (O₃, stato allotropico dell'ossigeno) è un gas instabile composto da tre atomi di ossigeno; esso si produce principalmente sottoponendo l'ossigeno a scariche elettriche, a radiazioni ultraviolette ed anche ad alcuni processi chimici.

L'ozono è un forte agente ossidante, capace di reagire con sostanze organiche dotate di doppio legame (insature), e questa sua caratteristica è stata prontamente utilizzata in molti processi di trattamento acqua ed aria. Il suo effetto battericida, funghicida e inattivante dei virus è noto da lungo tempo (Sonntag, 1890).

L'ozono non altera le caratteristiche dell'acqua, in particolare il sapore (Viebahn, 1977), e genera una minore quantità di sottoprodotti dannosi.

A convalida dell'assoluta compatibilità dell'ozono, nelle giuste misure, con le attività umane, dal 26 giugno 2001 la FDA ammette l'impiego di ozono anche nei processi produttivi dell'industria alimentare.

L'ozono in forma gassosa o in forma di acqua ozonizzata si presta ottimamente alla risoluzione di tutte le esigenze di sanificazione delle cantine.

Ozono in fase gassosa

• Sanificazione serbatoi inox e in cemento
• Sanificazione barrique
• Controllo della carica microbiologica nei locali di appassimento

Ozono in fase liquida

• Abbattimento della carica batterica di tutte le superfici di cantina
• Sanificazione negli impianti di imbottigliamento

Tra le caratteristiche principali della sanificazione con ozono troviamo:

• Assenza di residui: la molecola di ozono, cessata la sua azione, si degrada alla forma più stabile di ossigeno gassoso;
• Riduzione consumo idrico nei risciacqui: l'assenza di formazione di sottoprodotti fa sì che si riducano sensibilmente i quantitativi di acqua impiegati nei risciacqui;
• Riduzione del consumo di prodotti chimici e vapore;
• Miglioramento qualità acque reflue: la diminuzione dell'utilizzo di prodotti chimici migliora i parametri di COD (Chemical Oxygen Demand) e BOD (Biological Oxygen Demand) delle acque destinate alla depurazione.

ORP (Oxidation Reduction Potential)

Per generazioni gli enologi hanno utilizzato pompe e mixer per areare ed agitare il vino durante la fermentazione.

Ad oggi la tecnologia viene incontro a queste esigenze per ottimizzare e creare le condizioni per ottenere vini equilibrati e ricchi di colore senza la formazione di idrogeno solforato ed altri prodotti di reazioni riduttive.

Il sistema di pompaggio viene abbinato ad un venturi che, creando un vuoto, determina l'aspirazione di aria dall'ambiente esterno.

L'elevata efficienza di scambio consente di incrementare notevolmente i livelli di ossigeno nel vino.

Detersione dei filtri a membrana

Per la filtrazione a membrana nel settore enologico sono ben noti e documentati fenomeni di fouling dovuti all'accumulo di matrici proteiche e grasse sulla superficie e nella porosità della membrana, che vanno ad inibirne gradualmente la permeabilità.

Le caratteristiche chimico/fisiche del prodotto mandato in concentrazione, le condizioni operative da mantenere durante la lavorazione necessarie all'esigenza dell'utilizzatore e la sensibilità degli operatori che gestiscono l'impianto determinano sinergicamente la velocità di sporcamento delle membrane.

Detergenti

Traendo profitto dalla propria esperienza nell'impiego di membrane in impianti di filtrazione tangenziale, SEPRA ha sviluppato una linea di prodotti chimici mirati a risolvere gli specifici problemi che in essi si verificano, quali sporcamento, incrostazione, contaminazione batterica, sanitizzazione e conservazione.

Protocolli di lavaggio

SEPRA, attraverso procedure di identificazione degli sporcamenti presenti, è in grado di sviluppare le migliori procedure di lavaggio dedicate alla detergenza degli impianti di filtrazione a membrana da mettere in opera per garantirne la produttività ottimale.

• Ripristino delle portate;
• Mantenimento impianti performanti;
• Economico;
• Azione contro lo sviluppo di biofilm;
• Scelta responsabile.

Integrazione della fase enzimatica alla detergenza dei filtri a membrana

Un enzima viene definito come catalizzatore di un processo biologico; il suo ruolo consiste nel facilitare le reazioni attraverso l'interazione tra il substrato (la molecola o le molecole che partecipano alla reazione) e il proprio sito attivo (la parte di enzima in cui avvengono le reazioni), formando un complesso. Avvenuta la reazione, il prodotto viene allontanato dall'enzima, che rimane disponibile per iniziarne una nuova.

L'enzima quindi sostanzialmente trasforma in modo irreversibile la materia organica in residui di taglia minore, solubili in acqua, che vengono asportati con semplicità.

In funzione della tipologia di substrato sui quali essi vanno ad agire vengono raggruppati in diverse famiglie; ad esempio:

• Proteasi ⇒ Azione idrolitica sulla frazione proteica;
• Lipasi ⇒ Azione idrolitica sulla frazione grassa;
• Amilasi ⇒ Azione idrolitica sulla frazione zuccherina;
• Cellulasi ⇒ Azione idrolitica sulla frazione fibrosa.

È noto nell'ambiente quindi la necessità di integrare al protocollo dei lavaggi tradizionali con detergenti alcalini/acidi almeno una fase enzimatica più o meno intensiva e frequente a seconda di quanto appena descritto.

Trattamento acqua per utilizzo e riutilizzo in ambito enologico

L'attività produttiva di una cantina necessita di ingenti quantitativi di acqua, che viene utilizzata sia per la lavorazione del prodotto sia per il lavaggio e la disinfezione dei locali e delle attrezzature.

Rientrando nel novero delle industrie alimentari, l'azienda deve utilizzare, per il suo ciclo produttivo, acque destinate al consumo umano che, necessariamente, devono rispettare determinati requisiti di qualità.

In alternativa alla fornitura dalla rete pubblica, la risorsa idrica può essere approvvigionata mediante prelievo da corpi idrici superficiali o sotterranei.

Per garantire la potabilità dell'acqua attinta, SEPRA è in grado di formulare proposte di trattamenti specifici basati essenzialmente sull'utilizzo di:

• Sistemi di filtrazione tradizionali;
• Sistemi di filtrazione a membrana (ultrafiltrazione ed osmosi inversa);
• Sistemi di disinfezione e sanitizzazione tramite sterilizzatori a raggi UV e impiego di ozono.

• Acque di pozzo
• Acque superficiali

Depurazione delle acque in cantina

I bioreattori a membrana (MBR)

Le attività di trasformazione dell'uva generano ingenti quantitativi di liquidi residuali e acque reflue.

Le acque reflue di cantina sono del tutto prive di agenti tossici o inibitori dell'attività batterica, ma a causa del loro elevato contenuto organico non sono sempre semplici da trattare negli impianti di depurazione tradizionali. Tutto ciò determina difficoltà nella gestione delle acque reflue e spesso il non conseguimento dei limiti previsti dalla normativa per lo scarico.

Soluzioni promosse da SEPRA

Sepra propone, avvalendosi dell'esperienza maturata nel campo del trattamento acque reflue, di approcciare il problema della depurazione delle acque reflue con la tecnologia a membrana.

I reattori biologici derivano dall'accoppiamento dei tradizionali processi a biomassa sospesa con i processi di filtrazione su membrane porose.

Al contrario dei sistemi tradizionali, che basano il loro principio di funzionamento sulla capacità di determinati ceppi batterici di aggregarsi in fiocchi sedimentabili, l'impiego della tecnologia MBR consente di svincolarsi completamente dalle caratteristiche di sedimentabilità della biomassa. Questo significa una riduzione notevole dei volumi delle vasche e quindi dello spazio richiesto per il depuratore.

L'utilizzo delle membrane semipermeabili consente di eliminare l'unità di sedimentazione, garantendo una barriera fissa ed inviolabile in grado di trattenere i solidi sospesi oltre ai batteri ed alcuni virus, assicurando un effluente di qualità costantemente molto elevata.

Impianti pilota

SEPRA rende disponibile un servizio completo di supporto per la valutazione di fattibilità dei processi innovativi, garantendo la presenza di tecnici qualificati in tutte le fasi critiche del processo (avviamenti, lavaggi, cambiamento dei parametri operativi) con la definizione in particolare di:

• scale up definitivo;
• valutazione sporcamento e durata membrana;
• messa a punto cicli di lavaggio.

Impianto / Tecnologia	Processo
Impianto polimerico a spirale avvolta LP	MF, UF
Impianto polimerico a spirale avvolta HP	NF, RO
Impianto ceramico tubolare	MF, UF
Generatore di ozono	Processo
MBR	Acque reflue
Impianto polimerico a spirale avvolta	Acque di lavaggio
Digestore anaerobico + UF	Biogas

Componentistica

Avvalendosi della collaborazione con i principali produttori nazionali ed internazionali, Sepra è in grado di fornire tutta la componentistica necessaria alla realizzazione di nuovi impianti o al revamping di installazioni già esistenti.

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