La produzione di formaggi freschi a pasta molle richiede una gestione precisa della saturazione durante la coagulazione del latte, poiché essa determina direttamente la struttura della caglio, la sineresi e, infine, la consistenza del prodotto finale. La saturazione, definita tecnicamente come la frazione volumetrica di fase liquida (siero) mantenuta nella matrice proteica del caglio, è un parametro critico che influisce su texture, umidità e stabilità microbiologica. Il monitoraggio automatizzato in tempo reale, integrato con algoritmi adattivi e sistemi di dosaggio sincronizzati, consente di ridurre la variabilità di processo, minimizzare gli scarti e garantire conformità ai requisiti di sicurezza igienico-sanitaria, in linea con gli standard ISO 22000 e HACCP.
La saturazione ideale per la fase iniziale di coagulazione si colloca tra il 78% e l’84% del volume totale della caglio, corrispondente a una pressione di saturazione dinamica che favorisce una reticolazione proteica omogenea senza eccessiva espulsione di siero. Oltre alla conducibilità elettrica, il parametro chiave è la conducibilità ionica, strettamente legata alla concentrazione di ioni Ca²⁺ e caseine in soluzione. Il controllo passivo tramite sensori di conducibilità risulta insufficiente per processi dinamici: richiede una logica di controllo attivo con compensazione in tempo reale per variazioni ambientali.
Fase 1: Progettazione del percorso sensoriale e selezione dei punti critici
Il primo passo consiste nel mappare il flusso del processo, identificando i punti di misura strategicamente posizionati lungo la linea di produzione: tipicamente, subito dopo l’omogeneizzazione e la pastorizzazione, prima della coagulazione, e durante la fase di formazione della caglio. Si installano sensori di conducibilità elettrica (modello HYDRA-CON 3000, precisione ±0.5 mS/cm) e sensori piezoelettrici per rilevare variazioni di densità legate alla distribuzione del siero. La scelta dei punti critici si basa su analisi termodinamica della coagulazione: si evitano zone di forte turbolenza o accumulo di sedimenti, dove i sensori rischiano di fornire dati distorti.
Consiglio pratico: Utilizzare un layout a griglia distribuita lungo la tanica, con intervalli di 30 cm, e integrare un sensore di temperatura locale (±0.1°C) per compensare effetti termodinamici. La distanza minima dai valvole di ingresso e scarico deve essere ≥ 60 cm per evitare interferenze locali.
Fase 2: Sviluppo dell’algoritmo PID adattativo per risposta dinamica
L’algoritmo di controllo PID tradizionale risulta inadeguato a gestire le rapide variazioni di saturazione durante la coagulazione, che possono verificarsi in meno di 15 secondi. Si adotta invece un PID adattivo con filtro di Kalman, capace di stimare lo stato interno del sistema (pressione di saturazione efficace) nonostante rumore e ritardi di misura.
Schema di funzionamento:
| Saturazione | 78–84% vol | Setpoint P | 82–86% | Setpoint H | 80–84% | Compensazione temperatura | -0.3%/°C | Ritardo sistema | 120–150 ms |
Il filtro di Kalman stima la saturazione “vera” integrando i dati dei sensori con un modello dinamico basato sulla cinetica di coagulazione (equazione di Avrami modificata), riducendo il rumore di misura fino al 42% in condizioni di processo instabile. La logica di controllo attiva la pompa dosatrice del caglio solo quando la saturazione si stabilizza entro ±0.5% rispetto al setpoint, prevenendo sovrasaturazioni che generano sineresi eccessiva.
Errore frequente: i sensori di conducibilità mostrano deriva positiva a causa di contaminazione da residui proteici. Soluzione: implementazione di un ciclo di auto-pulizia ciclico (filtrazione a membrana inerti, lavaggio con soluzione tampone acido citrico pH 6.5) ogni 90 minuti, con monitoraggio integrato del segnale di baseline.
Fase 3: Integrazione con sistema di dosaggio automatico e validazione
Il segnale di saturazione viene inviato in tempo reale a un PLC Siemens SIMATIC S7-1200, che coordina la pompa di caglio (modello CAG-800, precisione 0.1% di dosaggio) e il sistema salino. Un algoritmo di sincronizzazione ritarda l’aggiunta di salino di 1.5 secondi rispetto alla misura di saturazione, per evitare sovra-saturazione indotta da shock osmotico.
Esempio di configurazione HMI centralizzata:
- Dashboard con grafico a linee in tempo reale della saturazione (scala 0–85% vol)
- Allarme visivo e sonoro in caso di valori fuori range (es. >88% o <75%)
- Log dettagliato con timestamp, valori di setpoint, compensazioni applicate e azioni correttive
- Modulo di reportistica settimanale con indici di ripetibilità (CV <8%) e scarto
Dati storici di produzione (caso studio)
| Parametro | Valore iniziale | Valore finale (24h) | Scarto (%) | Indice ripetibilità (CV) |
|---|---|---|---|---|
| Saturazione media | 81.2% | 82.5% | 0.7% | 6.3% |
| Scarto volumetrico | ±0.8% | ±0.4% | 0.5% | 5.1% |
| Indice di ripetibilità | 86% | 91% | 1.2% | 9.4% |
