PROCESS ANALYTICAL TECHNOLOGY APPROACHES FOR DAIRY INDUSTRY
Creators: name: STRANI, LORENZO
Publisher: name: Universit� degli Studi di Milano
Year: 2021

description: Questo lavoro di tesi risponde al bisogno dell?industria lattiero-casearia di incrementare la produttivit� e allo stesso tempo soddisfare la richiesta dei consumatori di prodotti di elevata qualit�. A tal fine, si possono proporre alle aziende lattiero-casearie nuovi metodi per migliorare la comprensione e il monitoraggio dei processi di produzione. La Process Analytical Technology (PAT) rappresenta uno strumento ideale per raggiungere questo scopo, grazie a sensori in grado di eseguire analisi rapide, green, non distruttive ed in tempo reale. Le tecniche pi� utilizzate in questo campo sono la spettroscopia del vicino e del medio infrarosso (NIR e MIR, rispettivamente), che forniscono informazioni chimico-fisiche sul prodotto grazie a sonde installate direttamente in punti critici del processo. Tuttavia, queste tecniche hanno lo svantaggio di fornire risultati (spettri) difficilmente interpretabili senza l?aiuto di un adeguato metodo statistico. In questo contesto, gli algoritmi Chemiometrici permettono l?estrazione di informazioni rilevanti dai dati spettroscopici, permettendo la comprensione del sistema studiato. La prima parte del presente lavoro � focalizzata sul monitoraggio del processo di coagulazione, uno dei momenti pi� critici della caseificazione. A tal fine, � stata utilizzata una sonda FT-NIR per acquisire spettri durante il processo di coagulazione. variando alcuni fattori tecnologici cruciali, come temperatura, contenuto di grasso e pH, secondo un disegno Box-Behnken. Attraverso l?algoritmo Multivariate Curve Resolution - Alternating Least Squares (MCR-ALS) � stato possibile ottenere sia una efficiente descrizione delle tre differenti fasi del processo di coagulazione, sia lo sviluppo di carte di controllo multivariate (Multivariate Statistical Process Control charts, MSPC), capaci di individuare possibili non-conformit� fin dai primi momenti del processo. Inoltre, il metodo ANOVA-Simultaneous Component Analysis (ASCA) � stato applicato ai dati spettrali al fine di ottenere una migliore comprensione della coagulazione, evidenziando in che modo ogni fattore sperimentale influenzi il processo. Nella seconda parte del lavoro, la spettroscopia FT-NIR � stata studiata come possibile strumento per sostituire le tecniche standard, come il Formagraph, per valutare l?attitudine alla coagulazione. Le prove di coagulazione sono state effettuate usando differenti campioni di latte in polvere. L?utilizzo dell?algoritmo MCR-ALS ha permesso la valutazione della miglior polvere in termini di attitudine alla coagulazione e, inoltre, ha evidenziato la non significativit� degli effetti della concentrazione di CaCl2 e del trattamento termico del latte ricostituito sul tempo di coagulazione. Infine, le prove sperimentali eseguite con miscele di latte scremato e percentuali pi� elevate di latte ricostituito hanno mostrato una coagulazione pi� lenta. L?ultima parte del lavoro ha riguardato l?utilizzo della spettroscopia MIR per monitorare la produzione di galattooligosaccaridi (GOS) dal siero di formaggio, allo scopo di valorizzare questo prodotto e di ottimizzare il processo. La regressione Partial Least Square (PLS) � stata utilizzata con l?obiettivo di predire le componenti specifiche derivanti dalle differenti reazioni enzimatiche studiate. In conclusione, l?applicazione dei metodi proposti permetter� un efficiente controllo del processo garantendo un modesto impatto ambientale e soddisfacendo allo stesso tempo requisiti di legge e esigenze dei consumatori. Infine, l?affidabilit� degli approcci PAT pu� essere rafforzata da future applicazioni industriali.