L'ozono è un gas presente in natura, incolore o con colorazione bluastra e caratterizzato dal tipico odore pungente o agliaceo che si manifesta dopo i temporali. Esso si forma infatti dall'attivazione radicalica dell'ossigeno atmosferico in presenza di scariche elettriche, come i fulmini, o per reazione fotochimica dovuta all'azione dei raggi ultravioletti.
Le molecole dell'ozono sono formate da tre atomi di ossigeno e la loro struttura chimica è rappresentata da quello che si dice un ibrido di risonanza, con le cariche delocalizzate tra i tre nuclei. Questo fa dell'ozono una molecola molto instabile, per la sua forte tendenza a sottrarre elettroni ad altre specie chimiche, ossidandole e tornando alla sua forma più stabile di ossigeno molecolare.
La proprietà di forte ossidante conferisce all'ozono un'alta attività germicida nei confronti di tutti i microrganismi ‒ lieviti, batteri, muffe, microalghe ‒ nei quali degrada le membrane cellulari, nonché la capacità di inattivare i virus.
Proprio per queste proprietà, da tempo l'uso dell'ozono viene proposto come alternativa ai sanificanti e disinfettanti chimici per la disinfezione ambientale, delle acque e degli impianti. La prima applicazione industriale dell'ozono risale al 1907, quando in Francia si cominciò ad utilizzarlo nella potabilizzazione delle acque.
Più recentemente il suo utilizzo è stato esteso alla sanificazione degli ambienti e delle attrezzature dell'industria alimentare e degli stabilimenti enologici.
Essendo molto instabile, l'ozono non può essere stoccato e trasportato e la produzione avviene sempre al momento dell'uso (on demand), grazie a dispositivi chiamati ozonizzatori, nei quali l'ossigeno atmosferico viene attivato da un generatore di corrente elettrica.
I generatori di ozono
Le apparecchiature utilizzate per produrre ozono differiscono per le dimensioni e per la sorgente con cui vengono prodotte le scariche elettriche necessarie per attivare le molecole di ossigeno.
Queste possono essere generate per reazione fotochimica da una luce UV con lunghezza d'onda di 185 nm negli impianti più piccoli oppure, come nella maggior parte degli impianti per usi industriali, da un generatore ad effetto corona, formato da una serie di elettrodi concentrici al centro dei quali passa il flusso d'aria o di ossigeno da trattare. Questi ultimi generatori presentano rispetto ai primi numerosi vantaggi, tra i quali quello di produrre concentrazioni di ozono da 10 a 100 volte superiori e di avere una vita operativa molto più lunga.
Negli impianti più recenti il generatore reagisce solo con ossigeno anziché con aria, allo scopo di garantire una maggiore precisione nel dosaggio. “Utilizzando ossigeno puro ottenuto con un cosiddetto setaccio molecolare che lo separa dagli altri gas presenti in atmosfera ‒ spiega Davide Zironi di Moving Fluid, l'azienda che ha realizzato l'ozonizzatore distribuito per il settore enologico dall’azienda Tebaldi ‒ non solo si ha una maggiore precisione nelle concentrazioni di ozono generate, e quindi un maggior controllo della dose erogata nelle diverse condizioni d'uso, ma non si generano sottoprodotti, come per esempio gli ossidi d’azoto e altre sostanzeche possono essere molto tossiche o dare origine a reazioni non controllate o non note”.
Gli impianti ozonizzatori sono realizzati per produrre ozono in forma gassosa o in forma di acqua ozonizzata, o in alcuni casi entrambe le forme, che possono essere poi utilizzate a seconda delle applicazioni.
“Attualmente esistono molti impianti sicuri ed efficienti ‒ continua Zironi ‒ il cui uso tuttavia deve necessariamente essere associato a una buona competenza, che permetta di definire le dosi e i tempi di applicazione, commisurati alle reali esigenze, che possono essere diverse in ogni situazione. A seconda dei volumi, dei materiali o della presenza di sostanza organica e di carica iniziale, le condizioni d'uso per ottenere buone performance nella sanitizzazione possono cambiare, ed è necessario che vengano valutate in modo approfondito e con mezzi e professionalità idonee”.
Versatilità d’impiego
In cantina l'uso dell'ozono è in grado di soddisfare molte esigenze di sanificazione: dalle vasche alle barrique, alle attrezzature, alle tubazioni e gli impianti di imbottigliamento con processi CIP (Clean in Place).
Rispetto ai prodotti utilizzati attualmente, la sanificazione con ozono presenta il vantaggio di non lasciare residui chimici e di produrre una quantità minore di acque reflue (in quanto i trattamenti non richiedono risciacquo e in alcuni casi utilizzano solo ozono gassoso, consentendo quindi anche il risparmio dell’acqua e dell’energia normalmente impiegata per la diffusione del disinfettante) di qualità migliore (ad es. in termini di BOD e COD), che potranno facilmente essere riutilizzate dopo un adeguato trattamento, in cantina o a fini irrigui (vedere approfondimento sul web).
L'uso del vapore è anch'esso una valida alternativa ai sanificanti chimici ma richiede costi energetici più elevati rispetto a quelli necessari per la produzione di ozono.
In alcune applicazioni, come la sanificazione dei fusti, delle barrique o delle vasche in acciaio, l'uso dell'ozono gassoso porta a risultati migliori, con consumi molto bassi, mentre per altri usi, come la sanificazione degli impianti e delle tubature con sistemi CIP, delle linee di imbottigliamento e nel risciacquo delle bottiglie, è più appropriato l'uso dell'acqua ozonizzata.
Vi sono poi applicazioni, non comuni in cantina per quanto molto utili, come l'uso di ozono gassoso negli ambienti prima del loro utilizzo, per esempio, per l'imbottigliamento, allo scopo di abbassare la carica microbica e le spore presenti in sospensione, obiettivo ottenibile soltanto con ozono gassoso.
Per favorire l’efficacia
In linea di principio il trattamento con ozono deve seguire un'adeguata procedura di pulizia, in quanto il contenuto in sostanza organica incide sulla sua efficacia sanificante. L'ozono infatti ossida i substrati che incontra, scaricando la sua capacità ossidante, per cui in presenza di superfici sporche la sanitizzazione sarà raggiungibile con trattamenti ripetuti e a concentrazioni superiori.
In alcune situazioni tuttavia, come nel caso della presenza di biofilm di origine organica difficilmente rimovibile con i normali detergenti e disinfettanti, l'uso di ozono ad elevate concentrazioni permette di raggiungere un adeguato abbattimento della carica microbica. Talora, per esempio in presenza di incrostazioni di natura inorganica, come i tartrati, la sanificazione con ozono esercita la stessa efficacia anche senza i trattamenti di disincrostazione delle superfici, effettuando una disinfezione della parte superiore dell’incrostazione e portando a una notevole riduzione del rischio di contaminazioni.
Nella definizione dell'efficacia dei trattamenti sanitizzanti, la grandezza da tenere in considerazione è il prodotto tra concentrazione di principio attivo (ozono disciolto in acqua o ozono gassoso presente in un metro cubo di aria) e il tempo di contatto.
Nella sanificazione delle vasche un buon risultato si può ottenere, dopo il lavaggio, riempiendo la vasca con ozono gassoso prodotto alimentando il generatore con la stessa aria contenuta nel volume della vasca, in modo da non aumentare il tenore in ossigeno presente al termine del processo. I tempi di contatto e le concentrazioni dipendono dal volume della vasca, dalla carica microbica iniziale e dal grado di pulizia.
I contenitori in legno
Un'applicazione particolarmente interessante è quella di pulizia e sanificazione delle barrique e dei contenitori in legno in generale. I microrganismi, tra i quali il più temuto è sicuramente Brettanomyces, responsabile dello sviluppo degli off-flavour di stalla o di cavallo legati alla produzione di etilfenoli, trovano nel legno un ambiente particolarmente favorevole, in quanto si sviluppano e si accrescono in profondità nello spessore delle doghe, da dove il vino viene difficilmente rimosso con le operazioni di pulizia.
La natura porosa del materiale è causa di alcune criticità difficilmente superabili nella rimozione dei microrganismi, come per esempio l'allontanamento di eventuali residui di prodotti chimici con le operazioni di risciacquo o la rimozione dal legno con il vapore di sostanze aromatiche desiderate.
In una sperimentazione svolta dai ricercatori della fondazione Edmund Mach, nella quale veniva valutata l'efficacia di diverse tecniche no residue di sanificazione delle barrique, l'uso dell'ozono in dosi di 2 mg/l in acqua e 20 ppm per metro cubo in forma gassosa, ha dimostrato un'efficacia paragonabile se non superiore a quella del vapore (avendo richiesto tuttavia un consumo energetico inferiore), mentre ha riportato percentuali di abbattimento molto superiori a quelle ottenibili con l'uso dell'UV che, data la scarsa capacità di penetrazione, non funziona negli strati profondi del legno.
Le dosi e i tempi di contatto necessari per la pulizia e la sanificazione di una barrique differiscono naturalmente con il suo grado di contaminazione e con l'età del legno. L'International Ozone Association indica una dose di 2,5 ppm per due minuti per barrique nuove dopo un lavaggio con acqua calda e un tempo di esposizione di cinque minuti per legni più seriamente contaminati.
L’ozono nei sistemi CIP
I sistemi di pulizia CIP vengono utilizzati nella pulizia e nella sanificazione delle superfici interne delle apparecchiature o dei sistemi chiusi, come i tank, le tubature, le pompe, i filtri ecc. Questi dispositivi dotati di diversi livelli di automazione prevedono normalmente il ricircolo di diverse soluzioni lavanti e disinfettanti e dei risciacqui necessari. L'acqua ozonizzata può essere utilizzata in alternativa all'acido peracetico o altri prodotti chimici (sali quaternari, prodotti a base cloro) nelle fasi di sanificazione dei sistemi CIP, con il vantaggio di ridurre i consumi di acqua e le necessità di trattamento delle acque reflue. Alcune prove realizzate nell'ambito del Progetto Europeo OzoneCip hanno dimostrato una migliore efficacia sanitizzante dell’acqua ozonizzata alla concentrazione di 1 ppm rispetto all'uso di acido peracetico da solo o utilizzato dopo un lavaggio con soda.
[box title= "Attenzione alle contaminazioni incrociate" color="#c00"]
Nell'industria enologica il rischio principale nella gestione dell'igiene consiste nella possibilità di contaminazioni incrociate tra vini inquinati da micro-organismi indesiderati, batteri e lieviti, in modo particolare del genere Brettanomyces. La carenza di corrette procedure di sanificazione dei contenitori (vasche in acciaio o barrique) o delle attrezzature porta alla contaminazione e allo sviluppo di difetti organolettici nei vini che vengono in contatto con le superfici dove i micro-organismi hanno trovato un substrato favorevole per il loro sviluppo.[/box]
[box title= "Anche per le linee di imbottigliamento" color="#c00"]
Anche nella sanificazione delle linee di imbottigliamento l'uso dell'ozono si sta diffondendo, in quanto esso, oltre all'efficacia nell'abbattimento della carica microbica, presenta il vantaggio di richiedere tempi più brevi, di non necessitare della preparazione di soluzioni disinfettanti da parte del personale, di avvenire a freddo ‒ con evidenti risparmi energetici ‒ e di non richiedere risciacquo.[/box]
[box title= "Sanificazioni a basso impatto per produzioni sostenibili" color="#c00"]
Nella produzione dei vini con basso contenuto in solfiti o addirittura ottenuti senza l'uso dell'anidride solforosa, le condizioni igieniche e il controllo assoluto delle possibili contaminazioni sono essenziali. E se ciò avviene nel rispetto della filosofia di sostenibilità che spinge a produrre questi vini tanto meglio, come spiega Marco Tebaldi: “Il progetto Freewine ci ha ulteriormente insegnato, se ancora ce ne fosse bisogno, che la cura dell’igiene in cantina, intesa in modo dettagliato ma anche facilmente praticabile, ha un ruolo fondamentale per realizzare vini che esaltino al massimo la combinazione vitigno+territorio, portando anche il valore aggiunto della salubrità. Per questo l’ozono appare oggi uno strumento di grande interesse, per l'efficacia elevata unita all’assenza di residui, a tutto vantaggio della sostenibilità ambientale”.[/box]
[box title= "Sulle uve in post raccolta" color="#c00"]
L'ozono si è rivelato efficace anche in post raccolta, per esempio per le uve destinate all'appassimento, nel controllo dei contaminanti come le muffe. Anche queste applicazioni, sebbene per il momento il loro sfruttamento non sia percorribile in quanto carente di normativa specifica, sono attualmente oggetto di numerose sperimentazioni e possono essere una valida applicazione per il futuro.[/box]
Articolo a firma di Alessandra Biondi Bartolini - Consulente R&S - Pescia (PT)
Approfondimenti a cura dell'Autore
PER APPROFONDIRE
L'ozono per il riutilizzo delle acque reflue
Le acque provenienti dalla sanificazione con ozono non presentano residui chimici e di conseguenza non hanno particolari esigenze di depurazione, se non per la presenza eventuale di sostanza organica rimossa con i lavaggi.
Alcune acque, come quelle provenienti dal risciacquo delle bottiglie, la cui carica in sostanza organica è molto bassa, potrebbero essere recuperate e trattate con ozono per essere re-immesse negli usi di cantina, con un elevato risparmio nei consumi.
Nelle acque comunque destinate alla depurazione, invece, la presenza di ossigeno disciolto in forma molecolare o di residui di ozono sono favorevoli alla degradazione della sostanza organica e facilitano il lavoro degli impianti, limitando inoltre la produzione di odori sgradevoli.
Il progetto H2OZONE di Veneto Agricoltura è stato realizzato in accordo con le direttive CE IPPC per la prevenzione e la rimozione dell'inquinamento, le quali promuovono l'innovazione per il riciclo e il riutilizzo delle acque di scarico. Obiettivo del progetto è stato quello di valutare l'uso dei reflui dell'industria casearia e vitivinicola trattati con ozono sia a fini irrigui, sia per il controllo dei funghi e delle micotossine sui cereali in post-raccolta, sia infine per il contenimento e la disinfestazione dei terreni agrari nei confronti dei nematodi, particolarmente dannosi per il settore vivaistico e il cui controllo con mezzi chimici è stato recentemente vietato.
Nelle prove svolte, il trattamento con ozono ha determinato un abbattimento del COD (Chemical Oxygen Demand) delle acque reflue di cantina dai valori iniziali di 5.120 mg/l a livelli di 1.490 mg/l, inferiori a quelli di 2490 mg/l ottenuti con un trattamento di ultrafiltrazione.
Un risultato interessante è legato all'arricchimento delle acque in azoto nitrico a seguito dei trattamenti con ozono, che ne fanno supporre un interesse nell'uso irriguo e nella fertirrigazione delle colture protette e di pieno campo.
Norme e principi di sicurezza
L'ozono è un gas tossico alle elevate concentrazioni e irritante delle mucose e delle vie respiratorie alle concentrazioni minori. I rischi presenti e legati al suo uso tuttavia non sono superiori a quelli legati alla manipolazione e all'uso di altre sostanze chimiche comuni.
Il limite di sicurezza fissato dall'OMS (WHO Air quality guidelines for particolar matter, ozone, nitrogen, dioxide and sulfur dioxide - 2005) per l'esposizione all'ozono nell'ambiente è di 0,1 µg/mc per un periodo continuativo di otto ore, mentre gli obiettivi di lungo termine fissati dalla Direttiva Europea 2008/50 CE del Parlamento Europeo stabiliscono per la protezione della salute umana un valore di 0,12 µg/mc come media massima giornaliera calcolata su otto ore nell'arco dell'anno.
Gli impianti di ozonizzazione, al fine di tutelare i lavoratori e di evitare l’immissione di ozono nell’ambiente, sono dotati di sensori per la rilevazione dell'ozono prodotto e rilasciato nell'ambiente e di dispositivi termocatalitici per la denaturazione dell'ozono in eccesso non utilizzato nei processi di sanificazione, per cui la presenza di residui nell'ambiente ove venga svolto un trattamento, al termine del trattamento medesimo, è da considerarsi praticamente nulla.
Dopo l’uso, l’ozono torna ad essere ossigeno molecolare, non lasciando quindi tracce residue che possano venire a contatto con gli alimenti Infatti, data la sua forte instabilità, l’ozono ha un'emivita molto breve, che varia in funzione di alcune condizioni ambientali, tra le quali la temperatura e la presenza di sostanza organica ossidabile.
Data l'assenza di residui tossici, dal 1997 l'ozono è stato approvato dalla FDA (Food and Drug Administration degli Stati Uniti d'America) per il trattamento degli alimenti e dei locali contenenti alimenti, mentre in Europa l'uso diretto sugli alimenti è limitato alla sterilizzazione e la disinfezione delle acque minerali durante il loro imbottigliamento (Dir 2003/40/CE).
Ricerca e Sperimentazione: prodotti innovativi in vigneto
La ricerca di nuovi prodotti a minor impatto ambientale in vigneto, finalizzata ad un miglior impiego di prodotti fitosanitari e ad un innalzamento degli standard qualitativi dei vini prodotti, è uno degli obiettivi di un progetto presentato presso la Regione Veneto che vede tra i vari partner coinvolti il Consorzio di Tutela Conegliano Valdobbiadene, il Consiglio Nazionale delle Ricerche, il Consorzio Tutela vini Soave e Recioto di Soave. Il progetto prevede la sperimentazione di due prototipi, uno per la produzione di acqua ozonizzata e uno per la produzione di acqua elettrolizzata, in grado di realizzare trattamenti innovativi in campagna. Per farci spiegare le finalità del progetto abbiamo contattato Cristian Carboni di De Nora NEXT, la business unit di Industrie De Nora spa che sviluppa sistemi e applicazioni per la realizzazione di prodotti disinfettanti che riducano l’impatto ambientale. “L'acqua elettrolizzata ‒ spiega Carboni ‒ viene prodotta in loco con processo elettrochimico utilizzando come reagenti di base acqua e cloruro di potassio; quel che si ottiene è una soluzione attiva a base di ipoclorito di potassio, termolabile e fotolabile, con azione di difesa fitosanitaria ed i cui residui sono lo ione cloruro e lo ione potassio ovvero il risultato del sale di partenza disciolto in soluzione acquosa. Ricerche condotte presso sedi universitarie dimostrano un effetto di miglior resistenza delle piante all’attacco di patogeni esterni grazie all’attività esplicata dalla soluzione nell’innalzare le naturali difese. L’obiettivo del progetto ‒ continua Carboni ‒ è quello di ricercare prodotti innovativi caratterizzati da un minor impatto ambientale e capaci di rispondere in modo più efficace ai bisogni che la difesa fitosanitaria moderna richiede. Questo si traduce nel ridurre la dispersione di molecole estranee nell’ambiente d’impiego, utilizzare sostanze meno impattanti sugli ecosistemi, diminuire l’uso di sostanze potenzialmente dannose in termini di esposizione degli operatori e residui per i consumatori”.
