Caratterizzazione fisica di flat-cake ed impostazione di un modello matematico del processo di cottura in forno

Il processo di cottura dei prodotti da forno è una fase determinante la qualità del prodotto finale. Grazie ai trasferimenti di calore ed umidità, un impasto liquido si trasforma in solido poroso e sviluppa gli attributi di qualità caratteristici. Determinare il tempo di cottura ottimale è un aspetto fondamentale nello studio del processo di cottura. Il problema deve essere impostato in funzione della tipologia di prodotto e di forno. Sperimentalmente lo studio risulta essere complicato e dispendioso. In alternativa possono essere utilizzati i metodi numerici che permettono di comprendere i fenomeni di trasferimento all’interno del prodotto ed anche di ottimizzarli tramite la gestione dei parametri di processo e il design del forno. In tale ottica, lo scopo dell’elaborato è stato quello di definire un modello matematico in grado di descrivere il trasferimento di calore ed umidità all’interno di un flat-cake durante la cottura in forno. Inoltre sono stati determinati i parametri termo-fisici (densità, conducibilità termica e calore specifico) del flat-cake ed utili alla risoluzione delle equazioni. Il modello sviluppato descrive il processo di cottura come caratterizzato da tre differenti regioni del prodotto (crosta, fronte di evaporazione ed interno) in cui l’andamento della temperatura e dell’umidità hanno comportamenti differenti. La posizione del fronte di evaporazione non è costante durante la cottura, per tale motivo, il fenomeno è stato definito come un moving boundary problem. L’introduzione del concetto di calore specifico apparente è stato utilizzato per descrivere il calore specifico del prodotto e il calore latente rilasciato durante l’evaporazione. I risultati delle misure sperimentali hanno messo in luce che la crosta e la parte interna hanno un differente comportamento termico associato alla diversa porosità della struttura e contenuto di umidità. I dati ottenuti sono in ottimo accordo con quelli presenti in letteratura per prodotti da forno simili.