IT201900000448A1 - Apparecchiatura e metodo di controllo dello stato di conservazione di derrate alimentari - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:
"APPARECCHIATURA E METODO DI CONTROLLO DELLO STATO DI CONSERVAZIONE DI DERRATE ALIMENTARI"
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un'apparecchiatura e metodo di controllo dello stato di conservazione di derrate alimentari.
La conservazione di lungo periodo della maggior parte delle varietà di frutta fresca e di alcune varietà di verdura, viene effettuata in celle frigorifere operanti al di sopra della temperatura di congelamento delle varietà da conservare, chiamate nel gergo tecnico "celle a 0°C", locuzione che vuole indicare che non si tratta di celle frigorifere in bassa temperatura {< 0°C) per la conservazione dei surgelati.
Tipicamente queste celle frigorifere, oltre ad essere equipaggiate con un impianto frigorifero dimensionato appropriatamente, sono anche equipaggiate con un impianto di controllo dell'atmosfera interna, che nel gergo tecnico viene indicato come "impianto A.C.".
L'impianto A.C. serve a prolungare la conservazione della frutta e verdura fresca per periodi anche di tre volte superiori rispetto ad una conservazione tradizionale in una normale cella frigorifera.
Questo risultato si ottiene controllando e mantenendo i valori specifici ottimali, per ogni varietà da conservare, di ossigeno, anidride carbonica, umidità relativa, ed in alcuni casi specifici anche di etilene, durante tutto il periodo di conservazione in cella frigorifera .
Il più recente e sofisticato metodo di controllo e regolazione di questi valori atmosferici di conservazione, che è stato sviluppato ed ha preso piede in questi ultimi anni, viene chiamato "atmosfera dinamica", o per usare 1'acronimo inglese "DCA" che sta per "Dynamic Controlled Atmosphere".
L'utilizzo della DCA ha permesso un ulteriore significativo miglioramento di qualità nella conservazione della frutta e verdura fresca, aumentando da un lato i limiti temporali di conservabilità delle varietà conservate con questo metodo e migliorando dall'altro i risultati stessi della conservazione di lungo periodo.
Attualmente esistono tre metodi applicativi della DCA, tutti e tre caratterizzati da una fase inziale in cui nella cella di conservazione viene abbassato il livello di ossigeno sotto al livello fisiologicamente tollerabile dalla varietà ortofrutticola in conservazione, chiamato in gergo tecnico "livello di stress", dal mantenimento di questo livello di stress per un ben determinato periodo di tempo e dal ripristino del livello di ossigeno ad un valore tollerabile e compatibile con la vita della suddetta varietà.
In sostanza tutti e tre i metodi richiedono di instaurare nella cella AC condizioni asfittiche, non tollerabili o letali per la varietà ortofrutticola in conservazione, di misurare il progressivo aumento di stress indotto da queste condizioni e di interrompere ad un appropriato momento nel tempo questa condizione di stress.
Le differenze tra i tre sistemi consistono nei metodi di monitoraggio e di valutazione del livello di stress raggiunto dalla varietà in conservazione e del periodo di stress da mantenere.
Il primo, più anziano e meno raffinato, dei tre metodi è chiamato ILOS (acronimo di Initial Low Oxygen Stress).
La ILOS misura il livello di stress misurando la quantità di etanolo, un particolare alcool che viene ad essere creato all'interno della polpa, durante questa fase. Questa misurazione di etanolo viene effettuata mediante misurazioni chimiche distruttive.
Di fatto questa misurazione viene effettuata prelevando dei campioni di frutta-verdura da analizzare dalla cella, che poi dovranno essere portati in un sito-laboratorio, attrezzato per misurare le quantità di etanolo/alcool presenti nella varietà, dove verrà effettuata appunto questo tipo di analisi.
Dei tre metodi è sicuramente il meno raffinato e più approssimativo, perché oltre ad essere l'unico ad impiegare metodi di misurazione distruttivi, è anche quello con la risoluzione di analisi minore e che, richiedendo il prelievo e l'elaborazione manuale di gran parte della procedura di analisi, è anche quello con la frequenza di campionamento minore fra una misurazione e l'altra.
Si evince chiaramente che in tale metodo gli intervalli fra le varie analisi sui campioni sono necessariamente abbastanza ampi, in quanto il metodo, off-line, prevede appunto che ogni volta che si voglia fare l'analisi dell' etanolo nella varietà sotto stress, si debbano prelevare dei campioni dalla cella frigorifera, portarli al sito attrezzato per l'analisi e poi effettuare l'analisi.
Il secondo e terzo metodo prevedono invece analisi on-line, in tempo reale e completamente automatizzate, effettuate direttamente nella cella di conservazione.
Il secondo metodo è chiamato "analisi del quoziente respiratorio" ed è basato sulla premessa o dato di fatto, che la varietà sotto stress cambia il suo "modo di respirare".
Di fatto, durante la propria vita e durante una normale conservazione in cella frigorifera o in atmosfera controllata, i vegetali consumano ossigeno e producono una sostanzialmente proporzionale ed equivalente quantità di anidride carbonica.
Quando invece vengono sottoposti a stress, diminuiscono drasticamente il loro consumo di ossigeno ed aumentano fortemente la quantità di anidride carbonica emessa.
Tale metodo si basa sulla misurazione e verifica della tendenza dei valori di ossigeno e di anidride carbonica presenti in cella. Viene effettuata in continuo ed è quindi in grado di rilevare in maniera più fine la variazione dello stress indotto.
Il principale problema di tale metodo risiede nel requisito di perfetta ermeticità richiesto alla cella di conservazione. Infatti ogni minimo ingresso di aria dall'esterno è potenzialmente in grado di diluire le concentrazioni della miscela gassosa in cella e di conseguenza la bontà dell'analisi del quoziente respiratorio.
Purtroppo il requisito di perfetta ermeticità risulta di difficilissima attuazione, a causa delle grandi dimensioni degli impianti e delle celle frigorifere in cui viene conservata la frutta fresca. Questo è il motivo per cui questa tecnica ad oggi viene utilizzata solamente in laboratorio e non trova applicazione nei magazzini frigoriferi di conservazione che sono di fatto grosse realtà industriali.
La terza analisi si basa sul dato di fatto che lo stress indotto sui vegetali induce anche un cambiamento nell'attività di fotosintesi degli stessi.
L'attività di fotosintesi viene misurata attualmente tramite sensori ottici, che misurano la risposta di luminescenza indotta nella frutta da un irraggiamento luminoso sulla stessa.
Questo metodo è attualmente quello più avanzato dei tre qui precedentemente presentati ed è anche l'unico ad essere attualmente automatizzato e ad essere impiegato a livello mondiale, anche al di fuori dei laboratori, nei grandi magazzini di conservazione in AC.
Nonostante gli innegabili vantaggi che il metodo DCA ha portato nel settore della conservazione della frutta e verdura fresca, non esiste ad oggi un sistema completamente automatizzato e funzionante di continuo in campo in grado di monitorare in tempo reale lo stato di conservazione della frutta e verdura immagazzinata e di fornire informazioni che permettano di gestire ed ottimizzare il processo stesso di conservazione e di immissione sul mercato del prodotto immagazzinato .
Compito della presente invenzione è quello di realizzare un'apparecchiatura che superi gli inconvenienti della tecnica nota citata .
Nell'ambito di questo compito, uno scopo particolare dell'invenzione è quello di realizzare un'apparecchiatura che permetta di effettuare il controllo dello stato di conservazione di frutta e verdura in modo ottimale e che sia adatta all'uso industriale .
Un altro importante scopo dell'invenzione è quello di realizzare un'apparecchiatura che permetta di effettuare il controllo dello stato di conservazione di frutta e verdura in modo completamente automatizzato .
Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un'apparecchiatura che, per le sue peculiari caratteristiche realizzative, sia in grado di assicurare le più ampie garanzie di affidabilità e di sicurezza nell'uso.
Questi scopi ed altri che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un'apparecchiatura di controllo dello stato di conservazione di derrate alimentari, caratterizzata dal fatto di comprendere un'unità centrale di elaborazione dati che raccoglie, conserva, e visualizza informazioni generate da una pluralità di schede periferiche e comunicate a detta unità centrale tramite bus di campo; dette schede periferiche essendo disposte in un ambiente ad atmosfera controllata contenente derrate alimentari; ciascuna scheda periferica comprendendo un array di sensori ed effettuando misurazioni in continuo di svariati parametri caratteristici di dette derrate alimentari.
Gli scopi suddetti ed altri che meglio appariranno in seguito, sono inoltre raggiunti da un metodo di controllo dello stato di conservazione di derrate alimentari, caratterizzato dal fatto di comprendere la raccolta, conservazione e visualizzazione di informazioni comunicate da schede periferiche disposte in un ambiente ad atmosfera controllata contenente una derrata alimentare; ciascuna di dette schede periferiche monitorando in continuo ed in maniera automatica svariati parametri di detta derrata comprendenti uno o più tra i seguenti parametri: il valore attuale dell'attività e capacità di fotosintesi della derrata; il colore attuale della derrata; la misura del turgore e di conseguenza della quantità di acqua della derrata; la misura della temperatura del corpo della derrata e della scheda periferica; la misura dell'umidità assoluta e relativa dì detta scheda.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, dell'invenzione, illustrate a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui:
la figura 1 è uno schema a blocchi dell'apparecchiatura oggetto della presente invenzione;
la figura 2 è una vista in pianta la quale illustra schematicamente una forma di realizzazione pratica dì una scheda periferica dell'apparecchiatura secondo l'invenzione;
la figura 3 è una vista laterale schematica della scheda periferica della figura precedente.
Con particolare riferimento alla figura 1, l'apparecchiatura secondo l'invenzione, indicata globalmente con il numero di riferimento 1, comprende un'unità centrale di elaborazione dati, indicata con il numero di riferimento 2, preposta a raccogliere, conservare e visualizzare le informazioni, comunicate tramite bus di campo 3, da schede periferiche 4 disposte nell'ambiente contenente derrate alimentari, quali frutta o verdura 5.
Ciascuna scheda periferica 4, per semplicità in seguito indicata con il nome "sensore DCA", è costituita da circuiti elettronici realizzanti un array di sensori e trasduttori.
Ogni sensore DCA 4, realizzante un array di sensori e trasduttori, è pilotato da un microcontrollore dedicato e monitorizza in tempo reale e di continuo vari parametri caratteristici del vegetale in conservazione.
Un esempio realizzativo di una scheda periferica 4, sensore DCA, realizzante l'array di sensori viene mostrato nelle figure 2 e 3.
L'array di sensori che costituiscono il cuore di ognuna delle schede periferiche 4 è in grado di monitorare in tempo reale l'attività fotosintetica della frutta e verdura in conservazione, il processo di maturazione della stessa, la quantità di acqua (succosità) presente e di conseguenza anche il turgore, oltreché la temperatura del corpo della varietà conservata.
Tramite queste informazioni fornite dall'array di sensori ricavate di continuo in maniera automatica ed in tempo reale le persone preposte alla gestione dell'impianto di conservazione possono sia attuare ottimizzazioni dei parametri di conservazione, sia effettuare scelte sul momento migliore di interruzione del processo di conservazione di lungo periodo e di immissione sul mercato dei prodotti conservati.
Parimenti, tramite queste informazioni, si riescono ad evidenziare precocemente l'insorgere di problemi nel processo di conservazione e/o le possibili patologie che dovessero insorgere nelle varietà conservate per i più svariati motivi.
Infatti, la deviazione dei parametri di colore, succosità, turgore e attività fotosintetica della varietà in conservazione da quelle che dovrebbero essere le curve standard di maturazione nel periodo di conservazione permette di diagnosticare precocemente ogni anche minima problematica.
Vantaggiosamente, l'unità centrale di elaborazione 2 dell'apparecchiatura oggetto della presente invenzione, comunica con le schede periferiche di analisi 4, cioè i sensori DCA, tramite bus di campo 3 costituiti, ad esempio, da RS-485, CAN bus, LIN bus.
Lo stesso cavo formato da più fili che funge da bus di campo e di comunicazione, fornisce anche l'alimentazione ai vari sensori DCA 4 compresi nel sistema/impianto di monitoraggio e controllo 1.
Il sistema di controllo centrale 2 raccoglie le informazioni da ogni sensore DCA 4, che a sua volta comprende un array di sensori.
Il sistema di controllo centrale 2 permette di visualizzare, sia in forma numerica tabellare che in forma grafica, lo stato attuale e l'evoluzione nel tempo di ogni parametro misurato da ogni sensore DCA 4.
Il sistema di controllo 2 può anche essere messo in comunicazione con un web-server che permette di verificare, anche tramite internet, i risultati e lo stato delle analisi di ogni sensore DCA 4.
Il sistema di controllo centrale 2 è realizzato tramite l'insieme di un hardware dedicato al calcolo e di un programma software che, a titolo di esempio non esaustivo, possono essere realizzati nella parte hardware attraverso un personal computer munito di apposito sistema operativo (ad esempio Microsoft Windows, Apple MacOS oppure Linux) oppure attraverso un hardware proprietario appositamente concepito e sviluppato.
Secondo una forma realizzativa pratica dell'invenzione, i parametri misurati da ogni sensore DCA 4, cioè da ogni array di sensori, sono i seguenti:
A) valore attuale dell'attività e capacità di fotosintesi della varietà in conservazione;
B) colore attuale della varietà in conservazione;
C) misura del turgore e di conseguenza della quantità di acqua della varietà in conservazione;
D) misura della temperatura del corpo della varietà in conservazione e dell'involucro del circuito stampato dell'array di sensori;
E) misura dell'umidità assoluta e relativa all'interno dell'involucro dell'array di sensori.
Ogni sensore DCA 4 ha al suo interno un doppio e quindi ridondante array di sensori, ognuno realizzato su ognuna delle due facce di un circuito stampato, come esemplificato nelle figure 2 e 3.
Ogni sensore DCA 4 è munito di un microcontrollore 44 che gestisce i sensori e trasduttori, esegue una prima elaborazione delle informazioni ricavate dall'array di sensori e provvede alla comunicazione dei dati all'unità centrale di controllo.
Ogni scheda periferica potenzialmente esposta nelle celle AC a valori di temperatura che potrebbero variare fra -5°C e 40°C e valori di umidità relativa potenzialmente prossimi al 100% viene ad essere protetta da un involucro protettivo stagno 10, preferibilmente realizzato in materiale plastico trasparente.
All'interno di ogni involucro protettivo stagno 10 di ogni scheda periferica 4 viene misurata e monitorata la temperatura dell'ambiente oltreché il contenuto di umidità relativa ed assoluta per allertare il sistema centrale sulla potenziale incombenza di fenomeni di condensa sul circuito stampato, che potenzialmente potrebbero compromettere il funzionamento dei sensori e dei circuiti elettronici.
A titolo di esempio non esaustivo, l'apparecchiatura secondo l'invenzione effettua le seguenti misurazioni tramite ciascun sensore DCA 4:
una misurazione dell'attività fotosintetica attraverso l'utilizzo di un opportuno sistema di illuminazione, realizzato attraverso led o lampadine 45 e di un fotodiodo 46 corredato di opportuno filtro bassa-banda;
una misurazione della quantità d'acqua e del turgore, attraverso l'emissione di opportuni suoni di va tonalità/frequenza tramite un buzzer, oppure in alternativa un micro alto parlante, indicato con il numero di riferimento 48, e la successiva misurazione dell'attenuazione nel tempo degli stessi suoni emessi, effettuata tramite un microfono 49 di opportuna sensibilità;
- una misurazione del colore e le variazioni di colore nel tempo delle varietà conservate attraverso l'illuminazione, realizzata con lampadine ad ampio spettro 42, o diodi ad ampio CRI, e la misurazione del colore attraverso un opportuno sensore di colore 43;
una misurazione di temperatura attraverso un sensore di temperatura 47;
- una misurazione di umidità assoluta e relativa, attraverso un sensore di umidità relativa ed assoluta 47.
Si è in pratica constatato come l'invenzione raggiunga il compito e gli scopi prefissati avendo realizzato un'apparecchiatura di controllo dello stato di conservazione di derrate alimentari, in particolare di frutta e verdura fresca, che fornisce un sistema completamente automatizzato e funzionante di continuo in campo, permettendo di monitorare in tempo reale lo stato di conservazione della frutta e verdura immagazzinata e di fornire informazioni che permettono di gestire ed ottimizzare il processo stesso di conservazione e di immissione sul mercato del prodotto immagazzinato .
L'apparecchiatura ed il metodo secondo l'invenzione sono suscettibili di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti.
Naturalmente i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura di controllo dello stato di conservazione di derrate alimentari, caratterizzata dal fatto di comprendere un'unità centrale di elaborazione dati che raccoglie, conserva, e visualizza informazioni generate da una pluralità di schede periferiche e comunicate a detta unità centrale tramite bus di campo; dette schede periferiche essendo disposte in un ambiente ad atmosfera controllata contenente derrate alimentari; ciascuna scheda periferica comprendendo un array di sensori ed effettuando misurazioni in continuo di svariati parametri caratteristici di dette derrate alimentari.
  2. 2. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascuna detta scheda periferica comprende una serie di sensori comprendenti uno o più sensori scelti tra i seguenti: un sensore atto a misurare il valore attuale dell'attività e capacità di fotosintesi di una derrata; un sensore atto a misurare il colore attuale di detta derrata; un sensore atto a misurare il turgore e la quantità di acqua di detta derrata; un sensore atto a misurare la temperatura di detta derrata e di detta scheda periferica; un sensore atto a misurare l'umidità assoluta e relativa di detta scheda periferica.
  3. 3. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che ciascuna detta scheda periferica comprende un doppio e quindi ridondante array di sensori, ognuno realizzato su ciascuna faccia di un circuito stampato.
  4. 4. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che ciascuna detta scheda periferica è contenuta in un involucro protettivo stagno.
  5. 5. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascuna detta scheda periferica comprende almeno un sensore di misurazione dell'attività fotosintetica comprendente un sistema di illuminazione costituito da un led o lampadine e da un fotodiodo corredato di filtro bassa-banda.
  6. 6. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascuna detta scheda periferica comprende almeno un sensore di misurazione della quantità d'acqua e del turgore dì detta derrata, detto sensore comprendendo un buzzer o altoparlante emittente suoni di varia tonalità/frequenza ed un microfono, detto sensore misurando l'attenuazione nel tempo degli stessi suoni emessi.
  7. 7. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascuna detta scheda periferica comprende almeno un sensore di misurazione del colore e delle variazioni di colore nel tempo di detta derrata; detto sensore comprendendo lampadine ad ampio spettro, o diodi ad ampio CRI, che effettuano l'illuminazione ed un sensore di colore che effettua la misurazione del colore.
  8. 8. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascuna detta scheda periferica comprende almeno un sensore di temperatura.
  9. 9. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che ciascuna detta scheda periferica comprende almeno un sensore di misurazione di umidità assoluta e relativa.
  10. 10. Metodo di controllo dello stato di conservazione di derrate alimentari, caratterizzato dal fatto di comprendere la raccolta, conservazione e visualizzazione di informazioni comunicate da schede periferiche disposte in un ambiente ad atmosfera controllata contenente una derrata alimentare; ciascuna di dette schede periferiche monitorando in continuo, ad una adeguata frequenza ed in maniera automatica, svariati parametri di detta derrata comprendenti uno o più tra i seguenti parametri; il valore attuale dell'attività e capacità di fotosintesi della derrata; il colore attuale della derrata; la misura del turgore e di conseguenza della quantità di acqua della derrata; la misura della temperatura del corpo della derrata e della scheda periferica; la misura dell'umidità assoluta e relativa di detta scheda.
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