Food Engineering: il ruolo chiave della simulazione multifisica

Grande partecipazione per il primo evento interamente dedicato alla simulazione multifisica nell’industria alimentare. Il COMSOL Day: Food Engineering si è svolto online il 6 ottobre ha contato più di 550 iscritti da tutto il mondo. Il programma della giornata ha offerto al pubblico numerose sessioni dedicate alle diverse fisiche e a svariate applicazioni nel mondo del food, dalla food science, al processing fino al packaging, anche attraverso l’intervento di tre guest speaker internazionali.

La giornata si è aperta con una breve introduzione di Daniele Panfiglio, managing director di COMSOL Italia, che ha presentato una panoramica sui trend di modellazione nel food engineering: le applicazioni legate all’industria alimentare coinvolgono diversi ambiti e beneficiano in modo particolare delle analisi multifisicche, che consentono di studiare nella stessa interfaccia le interazioni tra diversi fenomeni.

Si sono susseguite poi presentazioni tecniche alternate a keynote di esperti di settore. Tra i guest speaker:

• Thijs Defraeye (Empa, Laboratory for Biomimetic Membranes and Textiles) ha raccontato come venga utilizzata la simulazione, in combinazione con misurazioni e dati statistici, per l’essicazione convettiva degli alimenti vegetali tramite aria calda e per gestire le condizioni ambientali durante il trasporto di frutta fresca. Ogni tratta e ogni tipologia di frutto necessita di condizioni particolari e quindi di un’analisi dedicata, che viene portata a termine grazie anche alla creazione di digital twins relativi alla frutta effettivamente trasportata.
• Francesco Marra, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale all’Università di Salerno, nella sua presentazione ha passato in rassegna i vantaggi che gli strumenti digitali possono offrire all’industria alimentare, dalla riduzione del tempo necessario per lo sviluppo, la progettazione e la validazione dei processi, fino alla riduzione dei costi di sviluppo e all’abbassamento del time-to-market. Gli strumenti digitali come la simulazione sono affidabili e predittivi, e permettono – anche grazie a strumenti intuitivi come le app di simulazione – di esplorare gli scenari alternativi aperti da cambiamenti di condizioni o processi.
• Aberham Hailu Feyissa (Technical University of Denmark, DTU) ha parlato di come la simulazione possa aiutare a sviluppare processi di produzione alimentare sostenibili ed efficaci, sia attraverso l’ottimizzazione dei processi convenzionali (come pastorizzazione, cottura, essicazione, estrazione), sia sostenendo l’implementazione di processi innovativi come il riscaldamento ohmico. Attraverso la propria esperienza, ha mostrato come la simulazione consenta di prevedere variabili come temperatura, umidità e texture e addirittura i cambiamenti di colore causati dal calore; in generale, oltre all’ottimizzazione di processi, la simulazione aiuta la progettazione di attrezzature, consente di ridurre il numero di prove sperimentali (riducendo così tempi e costi) e, in ultima analisi, accelera l’innovazione.

Oltre agli interventi degli ospiti, le presentazioni degli speaker COMSOL hanno mostrato come la simulazione numerica possa essere un aiuto in tutte le fasi della catena di produzione, dal processing dei materiali fino al prodotto finito e al packaging, citando anche esperienze concrete nell’ambito dell’industria alimentare.

Annette Pahl, Application Engineer in COMSOL, ha raccontato quali strumenti vengono offerti nel campo della fluidodinamica, in particolare per il mixing, compresa l’analisi di fluidi non newtoniani, mentre una sessione è stata dedicata alle opportunità di studio dei fenomeni meccanici per il packaging nell’ambito del food.

Non è mancata una sessione specifica sul riscaldamento elettromagnetico, con particolare attenzione al riscaldamento induttivo e a microonde, che si dimostrano utili soprattutto per la velocità d’azione e per il fatto che non necessitano di contatto con gli alimenti. In particolare, alla cottura a induzione è stata dedicata una live demo, durante la quale i partecipanti hanno potuto vedere la creazione di un modello in diretta. In un’altra sessione è stato affrontato anche il tema del riscaldamento in generale, dei tre principali meccanismi del trasferimento di calore (conduzione, convezione, radiazione) nell’industria alimentare e degli accoppiamenti multifisici. Tra le applicazioni più utili nel settore del food, la crioessicazione, il danneggiamento termico, lo scioglimento del ghiaccio e l’evaporazione dell’acqua.

• Nancy Bannach, Development Manager di COMSOL, ha mostrato come molti alimenti possano essere efficacemente descritti come mezzi porosi, per esempio nel caso dell’essicazione della pasta o della cottura della pizza;
• Ed Fontes, Chief Technology Officer di COMSOL, si è concentrato sullo studio delle reazioni chimiche nel food processing: dall’ossidazione, utile nell’analisi della fermentazione, alla polimerizzazione (nel caso dell’amido, per esempio), fino a fenomeni come la distillazione, l’estrazione e i processi di membrana.

Sono stati illustrati anche gli strumenti disponibili in COMSOL Multiphysics^® per la creazione e la distribuzione di app di simulazione, la gestione di modelli e l’analisi di sensibilità e affidabilità.

Al tema della simulazione per l’industria alimentare è stato dedicato sul blog COMSOL anche un articolo di Rachel Keatley dal titolo “The Use of COMSOL Multiphysics^® in the Food Industry”.

www.comsol.it/blogs/the-use-of-comsol-multiphysics-in-the-food-industry/

www.comsol.it