Stagionare il formaggio in modo sostenibile: tecnologie intelligenti al servizio di prodotti DOP e IGP


Introduzione

Secondo studi archeologici, la produzione del formaggio risale al periodo compreso tra il 7000 e il 6500 a.C., quando la ceramica veniva utilizzata per la conservazione del latte e setacci in ceramica per la formatura del formaggio. Gli agronomi dell’antica Roma furono i primi a documentarne sistematicamente l’importanza, includendo una descrizione dettagliata delle tecniche di caseificazione, come quella riportata da Columella. Attualmente, nel mondo si contano oltre 500 tipologie commerciali di formaggi, caratterizzate da un’ampia varietà di sapori, consistenze, aromi, croste e forme, risultato delle differenti composizioni biochimiche, delle tecniche di produzione, dei processi di stagionatura e dei contesti culturali di riferimento.

Nell’Unione Europea, i regimi di qualità tutelano i formaggi legati a una specifica origine geografica e dotati di caratteristiche uniche, sostenute da un sapere produttivo consolidato nel tempo, attraverso le denominazioni di Denominazione di Origine Protetta (DOP) e Indicazione Geografica Protetta (IGP). In Portogallo sono riconosciuti 13 formaggi DOP e un formaggio IGP, per lo più prodotti in strutture di piccola scala e utilizzando latte di piccoli ruminanti, come nel caso del Queijo Serpa, ottenuto da latte crudo ovino.

La produzione di questo formaggio inizia con la filtrazione del latte, seguita dal riscaldamento fino a circa 30 °C nella vasca di coagulazione; successivamente viene aggiunta una soluzione acquosa di Cynara cardunculus per avviare la coagulazione enzimatica della caseina. Dopo circa un’ora, la cagliata viene tagliata, separata dal siero, modellata in forma cilindrica, salata e trasferita nella cella di stagionatura. Il periodo di stagionatura ha una durata minima di 30 giorni, durante i quali una serie di trasformazioni biochimiche, indotte dalla microflora autoctona, influenzano la struttura, l’aroma e il sapore del formaggio, aumentando la complessità sensoriale del prodotto. Tuttavia, affinché tali caratteristiche si sviluppino correttamente e siano rispettate le normative previste per i formaggi DOP, è necessario mantenere sotto controllo nel tempo le condizioni ambientali della cella, in particolare temperatura e umidità.

Il sistema più comunemente utilizzato per il controllo della temperatura nelle celle di stagionatura è la refrigerazione a compressione di vapore, generalmente alimentata dalla rete elettrica e basata su sistemi trifase, che può rappresentare fino al 40% del consumo energetico complessivo del processo produttivo.

L’esigenza di uno sviluppo sostenibile, inteso come un modello capace di soddisfare i bisogni del presente senza compromettere la capacità delle generazioni future di soddisfare i propri, ha portato alla definizione di impegni internazionali che, a partire dagli Obiettivi di Sviluppo del Millennio delle Nazioni Unite, sono evoluti negli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDGs) dell’Agenda 2030. Il raggiungimento di sistemi produttivi sostenibili rappresenta una sfida globale, in linea con diversi SDGs che promuovono la transizione verso industrie più efficienti dal punto di vista energetico: l’SDG 12 sulla produzione e il consumo responsabili, l’SDG 9 sulla promozione di un’industrializzazione sostenibile, l’SDG 7 sull’adozione di un’energia accessibile, affidabile e pulita e l’SDG 13 sulla lotta al cambiamento climatico. In questo contesto, migliorare l’efficienza energetica dei metodi di produzione tradizionali, preservandone il valore culturale ed economico, è fondamentale per rendere il settore lattiero-caseario più sostenibile e resiliente. Oltre all’introduzione di nuove tecnologie, tali obiettivi possono essere raggiunti anche attraverso interventi mirati, contenuti nei costi, su impianti già esistenti, come nel caso delle celle di stagionatura presenti negli stabilimenti produttivi.

La refrigerazione riveste un ruolo cruciale nell’industria lattiero-casearia, in particolare durante la fase di stagionatura dei formaggi tradizionali, che richiede un controllo rigoroso di temperatura, umidità e circolazione dell’aria. Tuttavia, i sistemi di refrigerazione convenzionali sono generalmente caratterizzati da un elevato consumo energetico, contribuendo in modo significativo sia alle emissioni di gas serra sia ai costi operativi. Negli ultimi anni, l’attenzione della ricerca si è quindi concentrata sullo sviluppo di tecnologie di refrigerazione più sostenibili, in grado di ridurre l’impatto ambientale senza compromettere gli elevati standard richiesti in termini di sicurezza alimentare e qualità del prodotto.

I sistemi tradizionali di refrigerazione per la stagionatura dei formaggi si basano prevalentemente su cicli a compressione di vapore alimentati elettricamente e utilizzano spesso refrigeranti fluorurati, caratterizzati da un elevato potenziale di riscaldamento globale. Studi precedenti hanno evidenziato come la refrigerazione possa rappresentare fino al 60% del consumo energetico totale negli impianti di trasformazione lattiero-casearia. La necessità di funzionamento continuo e di un controllo ambientale preciso contribuisce ad aumentare ulteriormente il carico energetico.

Per rispondere alle problematiche ambientali associate ai refrigeranti convenzionali, numerosi studi hanno promosso l’adozione di refrigeranti naturali, caratterizzati da un potenziale di riscaldamento globale nullo o trascurabile. In questo ambito, i sistemi transcritici a CO₂ hanno suscitato un crescente interesse nelle applicazioni di refrigerazione alimentare di media e grande scala, grazie alla loro efficienza termica e al profilo di sicurezza.

Parallelamente, l’integrazione di sistemi fotovoltaici con la refrigerazione è diventata sempre più praticabile, grazie alla riduzione dei costi dei pannelli solari e ai progressi nell’elettronica di potenza. I sistemi ibridi, che combinano l’energia solare con la rete elettrica convenzionale, consentono di ridurre i picchi di carico energetico nelle strutture di stagionatura dei formaggi. Diversi studi di caso riportano l’implementazione con successo di sistemi di raffrescamento assistiti da energia solare in aziende lattiero-casearie rurali, evidenziandone i benefici sia ambientali sia economici.

Nonostante questi progressi, l’adozione di tecnologie di refrigerazione sostenibili nella produzione di formaggi tradizionali rimane ancora limitata, soprattutto tra i piccoli e medi produttori. Barriere di natura culturale ed economica, unite alla complessità degli interventi di ammodernamento delle infrastrutture esistenti, hanno rallentato la transizione. Tuttavia, studi pilota hanno dimostrato che la riqualificazione di celle di stagionatura obsolete, attraverso l’introduzione di sistemi di controllo automatico, compressori a velocità variabile e materiali isolanti avanzati, può ridurre i consumi energetici fino al 30%, senza compromettere la qualità del formaggio.

L’Internet of Things (IoT) è una rete di dispositivi fisici interconnessi, dotati di capacità di sensorizzazione e/o attuazione, programmabili e in grado di elaborare e trasmettere dati attraverso diverse tecnologie di comunicazione, sempre connesse a Internet. Le architetture IoT presentano alcune caratteristiche comuni, tra cui l’uso di componenti elettronici a basso costo, come sensori, attuatori e moduli di comunicazione, e di sistemi di elaborazione a basso consumo energetico, quali microcontrollori e single-board computer.

L’applicazione delle tecnologie IoT nel settore lattiero-caseario, e in particolare nella produzione di formaggi, ha dimostrato un elevato potenziale nel migliorare la qualità del prodotto e l’efficienza operativa, contribuendo al contempo alla sostenibilità del settore. Le reti di sensori consentono un monitoraggio e un controllo accurati dei parametri critici, come temperatura e umidità, oltre che dei consumi di risorse. L’integrazione di tali reti in architetture IoT, supportate da sistemi di elaborazione locale e cloud, permette di ottimizzare i processi produttivi, riducendo i consumi energetici e l’impronta di carbonio. Rimangono tuttavia alcune criticità, tra cui la scalabilità dei sistemi, l’interoperabilità, la sicurezza dei dati e la sostenibilità economica.

In questo contesto è stato sviluppato e implementato, presso l’Istituto Politecnico di Beja, un prototipo innovativo di cella di stagionatura, che integra diverse fonti di energia rinnovabile (solare, eolica e biomassa) con l’obiettivo di migliorare l’efficienza energetica nella produzione artigianale di formaggi. A supporto del sistema è stato progettato un sistema IoT dedicato al monitoraggio in tempo reale delle variabili ambientali, in particolare temperatura e umidità, e dei consumi energetici, adattando tecnologie di sensorizzazione avanzate al processo tradizionale di stagionatura.

Lo studio ha infine condotto un’analisi comparativa approfondita tra la cella di stagionatura sostenibile e celle convenzionali nella produzione di formaggi di latte ovino, quantificando i consumi energetici dei due sistemi e valutando l’impatto sulla qualità del prodotto finale attraverso analisi sensoriali e colorimetriche. I risultati dimostrano la fattibilità tecnica ed economica di sistemi di refrigerazione sostenibili nel settore lattiero-caseario, nonché la possibilità di riqualificare celle di stagionatura convenzionali mediante architetture IoT, contribuendo agli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile legati all’energia pulita, all’industrializzazione sostenibile e alla mitigazione del cambiamento climatico.

Materiali e Metodo

Il sistema sviluppato è finalizzato alla produzione di formaggi attraverso l’impiego di fonti di energia rinnovabile, con l’obiettivo di ridurre la dipendenza dai combustibili fossili e migliorare la sostenibilità del processo di stagionatura. In particolare, lo studio si concentra sulla valutazione dell’impatto di tecnologie di refrigerazione più sostenibili, alimentate da energia fotovoltaica, applicate alla fase di maturazione del formaggio.

L’architettura del sistema comprende una cella di stagionatura prototipo, alimentata da energia rinnovabile e dotata di refrigerazione a CO₂, confrontata con una cella convenzionale basata su tecnologia tradizionale. Le prestazioni dei due sistemi sono state valutate attraverso il monitoraggio dei consumi energetici e l’analisi della qualità del prodotto finale.

A supporto dello studio è stato implementato un sistema di monitoraggio basato su tecnologie Internet of Things, in grado di acquisire in tempo reale i principali parametri ambientali ed energetici. L’approccio sperimentale ha incluso analisi energetiche, valutazioni colorimetriche e sensoriali, supportate da adeguati strumenti statistici.

Conclusioni

La stagionatura del formaggio è un processo ad alto consumo energetico che richiede un controllo preciso di temperatura e umidità, soprattutto per i formaggi a Denominazione di Origine Protetta, per i quali deviazioni dai parametri stabiliti possono comportare la perdita della certificazione e rilevanti danni economici. Le celle di stagionatura convenzionali aggravano ulteriormente il problema utilizzando refrigeranti ad elevato Potenziale di Riscaldamento Globale; ad esempio, l’R404A impiegato nella cella di riferimento di questo studio presenta un GWP quasi 4000 volte superiore a quello della CO₂ utilizzata nel sistema prototipo.

Sebbene il sistema prototipo abbia mostrato un consumo energetico totale superiore rispetto a quello convenzionale, a causa delle elevate pressioni operative richieste dal ciclo transcritico a CO₂, il consumo di energia dalla rete elettrica è risultato significativamente inferiore grazie all’alimentazione fotovoltaica.

Nel complesso, la cella di stagionatura alimentata da fonti rinnovabili ha mantenuto le principali caratteristiche sensoriali del formaggio, con lievi differenze nell’aspetto attribuibili alla regolazione dell’umidità e alla formazione della crosta. I risultati indicano che, pur essendo auspicabile un’ulteriore ottimizzazione del controllo ambientale, il prototipo consente di preservare la qualità del prodotto contribuendo al raggiungimento degli obiettivi di sostenibilità. Studi futuri dovrebbero includere anche l’analisi delle proprietà reologiche e fisico-chimiche del formaggio.

Inoltre, il sistema di monitoraggio basato su IoT si è dimostrato efficace ed economicamente accessibile, offrendo una soluzione scalabile per l’adeguamento delle celle di stagionatura esistenti nel rispetto degli standard qualitativi tradizionali. Questo approccio mostra un elevato potenziale di applicazione non solo nel settore lattiero-caseario, ma anche in altri alimenti fermentati, favorendo la transizione verso sistemi produttivi più sostenibili senza compromettere l’identità del prodotto e le aspettative dei consumatori.

Fonte:”Energy Sustainability in the Ripening of Traditional Cheese: Renewable Energy Sources and Internet of Things Based Energy Monitoring”, João M. Santos, Elsa M. Gonçalves, Manuela Lageiro, João M. Garcia, João Dias, João C. Martins, Daniela Freitas, Karina Silvério, Jaime Fernandes, Miguel Potes, José Jasnau Caeiro. Dairy, Vol. 6, 63, 30 October 2025. https://doi.org/10.3390/dairy6060063

Autore: Roberta Terrigno