ITVA930020A1

ITVA930020A1 - Carta contenente polpe di barbabietole da zucchero in forma integrale e procedimento per la sua produzione

Info

Publication number: ITVA930020A1
Application number: IT000020A
Authority: IT
Inventors: Giorgio Mantovani; Achille Monegato; Clemente Nicolucci; Giuseppe Vaccari
Original assignee: Favini S P A
Priority date: 1993-09-21
Filing date: 1993-09-21
Publication date: 1995-03-21
Also published as: IT1265988B1; ITVA930020A0; EP0644293A1; DE69408061T2; DE69408061D1; EP0644293B1; ATE162570T1

Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo: "Carta contenente polpe di barbabietole da zucchero in forma integrale e procedimento per la sua produzione . "

D E S C R I Z I O N E

La presente invenzione si riferisce ad un tipo di carta contenente polpe di barbabietola da zucchero in forma integrale e ad un procedimento per la sua produzione. La descrizione che segue fa particolare riferimento alla carta, ma quanto descritto ? ugualmente utile per la produzione di cartoncino e cartone, che sono quindi compresi nell'ambito della presente invenzione. La produzione di zucchero da barbabietole da zucchero comporta il passaggio delle bietole attraverso tagliatrici automatiche che le riducono in piccole scaglie (fettucce) di forma triangolare e di sottile spessore in modo da facilitare l'estrazione dello zucchero in esse contenuto. Le membrane delle cellule delle bietole sono praticamente impermeabili al succo cellulare, ma a 60?C si contraggono e lasciano diffondere il succo nell'acqua usata per la loro lisciviazione permettendo cos? di ottenere una soluzione grezza di zucchero (sugo) ed un residuo solido di fettucce esaurite (polpe). Le polpe vengono normalmente pressate, per eliminare l'eccesso di acqua che le rigonfia, trattate per evitarne la fermentazione, essiccate ed utilizzate, quando possibile, come integratori dei mangimi per uso zootecnico. Se si considera che il quantitativo di polpe prodotte ogni anno e nella sola Italia, ? di circa 1,5 milioni di tonnellate al secco, si comprende facilmente l'interesse di trovare altri usi delle polpe, che permettano una loro agevole eliminazione ed al tempo stesso una loro possibile valorizzazione economica. Tipicamente le polpe contengono dal 26 al 35% di carboidrati (polisaccaridi), dal 26 al 35% di sostanze peptiche, dal 22 al 33% di cellulosa, dal 4,5 al 5% di sostanze minerali, dal 3,5 al 6,5% di lignina e dal 5 al 5,5% di proteine (tutte le percentuali essendo in peso sul secco). Per quanto a conoscenza della Richiedente, nessuno ha mai proposto prima d'ora di utilizzare le polpe come possibile fonte di cellulosa per carta o direttamente nella produzione della carta in sostituzione della cellulosa o di altri componenti della carta, come ad esempio le cariche minerali. La Richiedente ha ora trovato, e questo costituisce un aspetto fondamentale della presente invenzione, che ? possibile utilizzare le polpe, nella loro forma integrale, nella produzione della carta. Di recente la Richiedente ha messo a punto un procedimento di fabbricazione della carta che prevede l'impiego di alghe marine in forma integrale, come descritto nella copendente domanda di brevetto europeo N. 93104829. Proseguendo nelle ricerche sul potenziale utilizzo di altre sostanze naturali e vegetali integrali nella produzione della carta ed utilizzando le tecniche acquisite in detta ricerca, in particolare di sostanze a basso costo in quanto scarto di altre produzioni, la Richiedente ha ora trovato che ? possibile utilizzare vantaggiosamente le polpe di barbabietola in sostituzione parziale o totale delle cariche minerali normalmente immesse nella carta ed anche di una parte della cellulosa stessa. La carta secondo l'invenzione 4 ha quindi la caratteristica fondamentale di contenere dall'1% al 50% in peso (base secca), preferibilmente dal 5% al 40% in peso (base secca), di polpe di barbabietola da zucchero. Secondo un aspetto fondamentale della presente invenzione, le polpe di barbabietola da zucchero vengono utilizzate per fare la carta dell'invenzione in forma integrale, senza cio? eliminare le sostanze diverse dalla cellulosa in esse contenute. Le polpe di barbabietola da zucchero sono di colore bianco-avorio che diviene tuttavia grigiastro per fenomeni enzimatici o di degradazione termica. La tirosina, in presenza dall'enzima tirosinasi abbondantemente diffuso nella barbabietola da zucchero, e in ambiente ossidante (aria), subisce una serie di reazioni enzimatiche che portano a una colorazione grigio/scura causata da composti non ben definiti e indicati con il nome generico di "me1amine ". Alcuni apparecchi in uso nell'essiccamento industriale delle polpe pressate, che facilitano la diffusione fra le polpe e l'aria, sembrano essere le cause principali del colore scuro delle polpe secche normalmente reperibili in commercio. La degradazione termica, che avviene a partire dai 150 ?C, degrada ulteriormente il materiale rendendolo sempre pi? scuro a seconda della tecnologia, del tempo di contatto e della temperatura dei fumi impiegati come agenti essiccanti. L'impiego di diffusori anaerobici che impediscono il contatto tra le polpe e l'aria, l'utilizzo di riducenti chimici come l'anidride solforosa e i bisolfiti, l'essiccazione a bassa temperatura (<100?C), come per esempio la tecnica a strato sottile, possono essere validamente impiegati per ottenere una materia prima per la produzione della carta di ottima qualit? e bianca. Secondo un aspetto fondamentale della presente invenzione, le polpe vengono quindi essiccate ad una temperatura non superiore ai 150?C fino ad un contenuto di acqua inferiore al 20% in peso, e successivamente ridotte in polvere (farina) mediante mulini micronizzatori e tecnologie del tipo comunemente utilizzato nella produzione di farine per uso alimentare. Si prevede anche, al fine di risparmi energetici e in particolare per utilizzazioni a breve termine ed a breve raggio anche come incidenza dei costi di trasporto, la macinazione di questo materiale sospeso in acqua e la sua conservazione sotto forma di sospensioni acquose (slurries) con un contenuto di secco compreso fra 1% ed 70% in peso. Per evitare la fermentazione e migliorare la conservazione di queste sospensioni acquose, si possono adoperare le tecniche della pastorizzazione in uso nel settore alimentare (ad es. nel campo dei succhi di frutta) e in quello lattiero caseario (latte a lunga conservazione), mediante riscaldamento a temperature fino a 125<? >per tempi compresi fra i 30 ed i 60 secondi o per irraggiamento con radiazioni penetranti. Quando messa nell'impasto cartario, parte della polpa pu? subire un processo di solubilizzazione, in particolare per quanto riguarda i sali inorganici, le sostanze pectiche ed i polisaccaridi. Per garantire la minima solubilizzazione in acqua, nelle forme di realizzazione preferite dall'invenzione, le polpe macinate vengono miscelate con quantitativi, tipicamente dall'1% al 30%, di sostanze (colloidi o agglomeranti) che riducono la solubilit? in acqua dei loro componenti. Particolarmente adatti allo scopo sono gli amidi, gli amidi parzialmente cationizzati, i sali di alluminio, in particolare il solfato e il policloruro, il solfato di ferro, le sostanze cationizzanti.

Tipicamente, se si disperde in acqua a temperatura ambiente l'l% in peso di una farina di polpa di barbabietola (ceneri a 525 ?C = 10% in peso, granulometria compresa fra 1 e 500 ???), e si misura la domanda di ossigeno chimica (COD) e la conducibilit? elettrica: si ottengono valori di conducibilit? della dispersione che vanno da 355 ? dopo un'ora a 430 ?? dopo 24 ore, mentre la domanda chimica di ossigeno va da 800 ppm dopo un'ora a 1400 ppm dopo 24 ore. La contenuta solubilizzazione di sostanze organiche e sali minerali durante la permanenza del materiale in sospensione acquosa viene ulteriormente ridotta dai trattamenti di ritenzione e chiarificazione delle acque in uso nel sistema cartario. La sostituzione delle cariche inorganiche con cariche vegetali provenienti dai residui della barbabietola da zucchero, compatibili con l'alimentazione animale, implica anche un possibile uso alternativo della carta cos? ottenuta che, dopo essere stata utilizzata, pu? essere convenientemente smaltita come alimento animale. Come alimento animale, il contenuto in carta consigliato per formulare dei prodotti alimentari per uso zootecnico ? compreso tra il 1% e l'80%. Secondo una sua caratteristica fondamentale, il procedimento di produzione di carta contenente polpe di barbabietola da zucchero in forma integrale comprende le seguenti fasi:

a) le polpe di barbabietola da zucchero, possibilmente essiccate, vengono micronizzate mediante sistemi micronizzatori per farine alimentari e vagliate in modo da ottenere dimensioni delle particelle comprese fra 0,1 e 500 ???, preferibilmente fra 1 e 100 ???;

b) dette polpe micronizzate vengono aggiunte, in quantit? da 1 a 50% in peso rispetto all'impasto, all'impasto di cellulosa per fare la carta e l'impasto cos? ottenuto viene trasformato in carta nella macchina continua per carta. Nel caso le polpe di barbabietola vengano essiccate prima di essere micronizzate, l'essiccamento viene condotto ad una temperatura inferiore a 150?C fino ad un contenuto di acqua residuo nella polpa inferiore al 20% in peso.

Qui di seguito riportiamo alcune forme di realizzazione tipiche del procedimento secondo l'invenzione e le caratteristiche della carta contenente polpe di barbabietola da zucchero in forma integrale ottenute.

Esempio 1

100 kg di polpe di barbabietola da zucchero, di colore marrone scuro e formate da fettucce lunghe 2-3 era, furono macinate su un mulino a martelli con setaccio da 500 ??? e ridotte a dimensioni medie di 50 ??? (con un intervallo compreso tra 1 e 500 ???), con un peso specifico apparente pari a 0.69 kg/dm3 e con un contenuto di ceneri (determinato a 525?C) del 10%.

La farina cos? ottenuta viene quindi impiegata per fare dei fogli a mano di carta (secondo le norme ATICELCA MC 218-79).

Le caratteristiche della carta ottenuta, avente una grammatura di circa 170 g/m2, composizione cellulosa chimica bianchita (70% fibra corta, 30% fibra lunga) e 4 % di CaC03, sono state confrontate con dei campioni di riferimento fatti nelle stesse condizioni e con le stesse materie prime, ma senza la farina di polpa di barbabietola nella seguente Tabella 1:

TABELLA 1

concentrazione % 0 5 10 20 40

grammatura g/m2 174 171 171 171 163

spessore ??? 256 251 253 265 259

bulk kg/dm3 1.47 1.47 1.48 1.55 1.59

lunghezza rottura Km 3.7 3.6 3.5 3.0 2.7

a1lungamen to % 1.7 1.9 1.7 1.9 1.9

scoppio kg/cm2 3.1 3.0 2.9 2.6 1.9

lacerazione Elmendorf kN 156 144 136 116 96

bianco (photovolt) % 87 73 66 56 45

ceneri (525?C) % 4.0 4.2 4.8 5.6 7.2 Esempio 2

Ad una macchina continua per fare carta della capacit? di circa 700 kg/ora di carta si aliment? un impasto costituito da 570 kg di carta riciclata bianca proveniente dagli sfridi di una cartotecnica e da 100 kg di polpe di barbabietole macinate come descritto nell'esempio 1.

All'impasto si aggiunse collante sintetico del tipo dichetenico per rendere la carta adatta alla scrittura con inchiostri acquosi ed amido cationico per aumentare il potere ritentivo della carta. La velocit? del nastro in uscita fu regolata a 60 m/min.

La macchina continua era controllata in automatico da una sistema Accuray 1180 Micro Plus per grammatura, umidit?, spessore, opacit? e grado di bianco.

La carta ottenuta (550 kg al netto degli scarti e dell'invio) aveva una grammatura di 90 g/m2 circa, un caratteristico aspetto scuro puntinato, ed era perfettamente scrivibile, fotocopiabile e stampabile.

Nella seguente Tabella 2 si riportano le principali caratteristiche della carta ottenuta, in confronto con una carta prodotta nelle stesse condizioni operative, con gli stessi additivi (collanti, ausiliari ed amido) ma senza polpe di barbabietola seccate e macinate.

TABELLA 2

riferimento polpa grammatura g/m2 90 90 spessore ?m 99 99 bulk dm3 /kg 1,10 1,10 bianco % 93 63 opacit? % 83 92 ceneri (525?C) % 20 19 galleggiamento

(Pelikan 4001) min >10 >10 Cobb (60 sec) g/m2 24 24 lisciatura

(Gurley 100ml) sec 200 170 porosit?

(Gurley 100ml) sec 80 150 cere Dennison N 18 20 scoppio kg/cm2 2.6 2.0 lunghezza di

rottura Km 6. 6-3.4 5.2-2. 7 allungamento % 2. 2-5.5 2.3-4. 2 energia rottura J/m2 95-120 70-80 indice di spolvero (400fogli) 1.0 1.1 umidit? assoluta % 5.2 5.7 umidit? relativa % 42 38 lacerazione kN 40-44 36-38 rigidit? Taber 2.1-1. 2 2.2-1. 4 Come si pu? facilmente constatare, la carta ottenuta negli esempi soprariportati ha ottime caratteristiche e pu? essere vantaggiosamente utilizzata per gli stessi usi ai quali viene destinata la carta analoga non contenente le polpe di barbabietola da zucchero.

Claims

R IV E N D I C A Z IO N I 1- Procedimento per la produzione di carta contenente polpe di barbabietola da zucchero in forma integrale comprendente le seguenti fasi: a) le polpe di barbabietola da zucchero, possibilmente essiccate, vengono micronizzate mediante sistemi microni zzatori per farine alimentari e vagliate fino ad ridurre le dimensioni delle particelle fra 0,1 e 500 ???; b) dette polpe micronizzate vengono aggiunte, in quantit? da 1 a 50% in peso rispetto all'impasto di cellulosa per fare la carta e l'impasto cos? ottenuto viene trasformato in carta nella macchina continua per carta.
2. Procedimento come rivendicato nella rivendicazione 1. caratterizzato dal fatto che, prima della micronizzazione, dette polpe vengono essiccate ad una temperatura inferiore a 150 ?C fino ad un contenuto residuo di acqua inferiore al 20%.
3. Procedimento come rivendicato nella rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che dette polpe sono micronizzate in acqua in modo da ottenere sospensioni con un contenuto da 1% a 70% di sostanza secca e dette sospensioni vengono pastorizzate o irradiate per evitarne la fermentazione.
4. Procedimento come rivendicato nella rivendicazione 1. caratterizzato dal fatto che dette polpe sono micronizzate fino a ridurre le dimensioni delle particelle fra 1 e 100 micrometri .
5. Procedimento come rivendicato nella rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che dette polpe vengono miscelate con quantitativi dall'1% al 30% di sostanze che riducono la solubilit? in acqua dei componenti di dette polpe.
6. Procedimento come rivendicato nella rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che dette sostanze sono scelte fra gli amidi, gli amidi parzialmente cationizzati , i sali di alluminio, in particolare il solfato e il policloruro, il solfato di ferro, le sostanze cationizzanti e loro miscele.
7. Carta contenente dall'1% al 50% in peso (base secca) di polpe di barbabietola da zucchero, in forma integrale, ridotte in particelle aventi dimensioni comprese fra 0,1 e 500 ???.
8. Carta come rivendicato nella rivendicazione 7 caratterizzata dal fatto di contenere dal 5 al 40% in peso (base secca) di dette polpe.
9. Carta come rivendicato nella rivendicazione 7 caratterizzata dal fatto che dette particelle hanno dimensioni comprese fra 1 e 100 ???.
10. Uso di carta contenente dall'1% al 50% di polpe di barbabietola da zucchero in forma integrale come additivo per mangimi per uso zootecnico.