I trattamenti di stabilizzazione termica e non termica

Master VAPRAQ

Prof.ssa Paola Pittia

ppittia@unite.itFacoltà di Agraria – Dipartimento di Scienze degli

Alimenti

Florianopolis (Brasile), luglio 2010

bassa: refrigerazione congelamento surgelazione

Temperatura alta: pastorizzazione sterilizzazione

Pressione Processi iperbarici

METODI “FISICI”

riduzione umidità

(essiccamento o disidratazione

concentrazioneessiccamento

radiazioni irraggiamentoantigermogliamento

confezionamento imballaggiosottovuotoatmosfera protettiva

affumicamento

TECNOLOGIE DI CONSERVAZIONE/TRASFORMAZIONE DEGLI ALIMENTI

conservanti naturali

Convenzionali : sale, umettanti (zucchero), acidi, spezieInnovativi/emergenti: enzimi, proteine, batteriocine

METODI “CHIMICI”

conservanti artificiali

Additivi ad attività antimicrobica ed antiossidante

TECNOLOGIE DI CONSERVAZIONE/TRASFORMAZIONE DEGLI ALIMENTI

METODI BIOLOGICI

fermentazione Microflora autoctona

Starter

TECNOLOGIE DI CONSERVAZIONE/TRASFORMAZIONE DEGLI ALIMENTI

Impiego del calore nell’industria alimentare

• Stabilizzazione microbica ed enzimatica• Cottura, blanching• Pastorizzazione e sterilizzazione • Essiccamento

• Trasformazione delle caratteristiche qualitative

• Cottura• Tostatura

• Separazione di componenti • Distillazione

50 100 150 250200

tostatura3

6

15

12

21

18

24

9

30

27

cottura

pastorizzazione

sterilizzazione

Tem

po

(m

inu

ti)

Temperatura (°C)

La stabilizzazione termica degli alimenti

• Distruzione dei microrganismi (cellule vegetative e spore) e delle loro tossine

• Distruzione di insetti e parassiti• Distruzione (denaturazione irreversibile) degli enzimi • Distruzione fattori antinutrizionali e tossine naturalmente

presenti negli alimenti

Aspetti indiretti positivi/desiderati dei trattamenti termici

• Modificazioni delle caratteristiche sensoriali (odore, sapore) per sviluppo di componenti volatili gradevoli

• Modificazione della consistenza (intenerimento/indurimento)

• Modificazione del colore (es. imbrunimento pane, carne)• Miglioramento biodisponibilità di nutrienti (aumento

digeribilità proteine, gelatinizzazione amido)

Aspetti indiretti negativi/indesiderati dei trattamenti termici

• Modificazioni delle caratteristiche sensoriali (odore, sapore) per sviluppo di componenti volatili sgradevoli (es. odore di cotto latte)

• Modificazione della consistenza per degradazione componenti pareti cellulari (intenerimento)

• Distruzione di nutrienti (vitamine)• Riduzione biodisponibilità (es. aminoacidi essenziali)• Innesco reazioni chimiche (ossidazione lipidi, reazioni di

imbrunimento non enzimatico)

DANNO TERMICO

Stabilizzazione termica degli alimentiStabilizzazione termica degli alimenti

Trattamenti:• blanching• pastorizzazione• sterilizzazione

Mezzi di riscaldamento convenzionali:• scambio termico diretto e indiretto, per

conduzione e convezione

Sistemi di riscaldamento non convenzionali• Microonde• Radio frequenze• Riscaldamento ohmico

1. Blanching (scottatura)1. Blanching (scottatura)

Pretrattamento di scottatura in acqua o a vapore (70-105°C) destinato a vegetali da sottoporre a successive trasformazioni

(essiccamento, congelamento, sterilizzazione

OBIETTIVO PRINCIPALE: inattivazione enzimatica

Essiccamento e congelamento: processi che non inattivano gli enzimi

cambiamenti indesiderati delle proprietà sensoriali e nutrizionali dei prodotti

Sterilizzazione: processo che inattiva gli enzimi, ma….

durante le operazioni preliminari e prima del raggiungimento delle temperature di inattivazione gli enzimi sono attivi

Obiettivi del blanching

• Inattivazione enzimatica• Stabilizzazione colore (contenimento E.B. + mantenimento pigmenti

naturali• Prevenzione formazione off-flavour durante stoccaggio (es. odore

fieno in vegetali congelati)• Stabilizzazione della “texture”

• Riduzione carica microbica totale• (congelati ed essiccati) cellule vegetative, lieviti, muffe

• Rimozione aria dei tessuti• Facilitazione operazioni di inscatolamento• Riduzione rischio ossidazioni

• Ammorbidimento tessuti• Coagulazione proteine (peso netto)• Gelatinizzazione amido (intorbidimento liquido di

governo)

• Rimozione flavour indesiderato • (dopo I° trattamento termico)

• Aumento efficacia cernita • (molti vegetali assumono una colorazione più chiara)

• Riduzione tempo di cottura • (es. convenience ortaggi surgelati)

Obiettivi del blanching

Enzimi coinvolti nella degradazione qualitativa dei vegetali

Azione Enzimi

Modificazione COLORE Polifenolossidasi

Clorofillasi

Perossidasi

Modificazione componenti di interesse nutrizionale

Aminoacido-ossidasi

Tiaminasi

Sviluppo off-flavours Proteasi

Lipasi

Lipossigenasi

Modificazione TEXTURE Enzimi pectolitici

Cellulasi

Interventi tecnologici alternativi per la prevenzione dell’imbrunimento enzimatico

• Anidride solforosa • Es. dipping 2-5’ in sol. acquosa contenente 2000-4000 ppm SO2

• Acidificazione• Es. dipping 2-5’ in sol. acquosa 1-2 % ac. citrico

• Antiossidanti• Ac. ascorbico: riduce i chinoni a fenoli limitandone la conversione in

composti bruni.

• Zuccheri• Inibiscono l’ossidazione escludendo l’aria dai tessuti

Temperatura aw

• Radiazioni ionizzanti, alte pressioni, campi elettrici pulsati

• Etanolo, MRP, aminoacidi, Cloruro di sodio

Vegetale Tempo di scottatura (minuti)

Carciofi 7

Asparagi Gambo piccolo Gambo grande

24

Broccoli a vapore 5

Cavolini di Bruxelles Piccolo Grande

35

Cavolo 1,5

CarotePiccole

52

Cavolfiore 3

Fagioli di soia 3

Mais Spighe piccole Spighe larghe

711

Melanzane 4

Funghi (a vapore) Interi Fette

53

Cipolle Intere Anelli

3-710-15 sec

Piselli 2

Peperoni 1.5

Patate irlandesi 2

Rape a cubetti 2

Sedano 3

Zucca 3-5

2. Pastorizzazione 2. Pastorizzazione

Trattamento termico relativamente blando (T 100°C) finalizzato alla distruzione dei microrganismi patogeni e delle

forme vegetative dei microrganismi di alterazione (bassa termoresistenza).

E’ in grado inoltre di inattivare numerosi enzimi alterativi

OBIETTIVO PRINCIPALE:

sicurezza igienico-sanitaria

inattivazione enzimatica

Limitata modificazione proprietà sensoriali e nutrizionali

Caratteristiche dell’alimento e condizioni di processo

pH alimento Obiettivo principale

Note

> 4.5 Distruzione microrganismi patogeni

Inattivazione enzimatica

La stabilità dipende anche da altri interventi tecnologici (refrigerazione, aw, confezionamento, ….)

La stabilità microbica è LIMITATA

< 4.5 Distruzione microrganismi alterativi

Inattivazione enzimatica

Prodotti stabili anche a T ambiente

La stabilità microbica è ILLIMITATA

pH: fattore discriminante. PERCHE?

• La termoresistenza dei microrganismi diminuisce al diminuire del pH• pH limite di sviluppo C. Botulinum (e di molti batteri e degli sporigeni):

4.5

pH limite Microrganismo

5

4.6

4.5

Termofili sporigeni

Bacilli, Salmonella

Cl. Botulinum

4.2

3.9

1.5

Cl. butirrici, E. coliM.o. non sporigeni

Lattobacilli

PATOGENI termoresistenti

PATOGENI poco termoresistenti

• pH alimento > 4.5: necessità distruzione Cl. botulinum e spore

inattivazione a T>100 °C

trattamenti termici > 100 °C (sterilizzazione)

• pH alimento < 4.5: necessità distruzione cellule vegetative

distruzione spore non rilevante

inattivazione a T<100 °C

trattamenti termici < 100°C (pastorizzazione)

Matrice alimentare Temperatura (°C)

D (min) Riferimento

Carne maiale macinata

Prosciutto

Cook-chill roastbeef

Cook-chill sugo

Manzo cotto SV

Merluzzo cotto SV

Salmone cotto SV

Cozze

Salamoia

60

60

65

70

64

65

65

62

60

1.14-1.7

0.97-0.98

0.56-0.88

0.37

1.40-1.7

0.27

1.18

1.85

0.72-3.1

Ollinger-Snyder et al., 1995Carlier et al., 1996Grant & Patterson, 1995

Hansen & Knochel, 1996Embarek & Huss, 1993

Bremer & Osborne, 1995Sorquist, 1994

Tabella: parametri di termoresistenza di L. monocytogenes in diversi substrati alimentari

3. Sterilizzazione 3. Sterilizzazione

Trattamento termico intenso (T > 100°C) finalizzato alla distruzione di tutti i microrganismi patogeni ed alterativi (cellule

vegetative e spore).

E’ in grado inoltre di determinare l’inattivazione enzimatica

OBIETTIVO PRINCIPALE:

stabilità e sicurezza igienico-sanitaria

inattivazione enzimatica

Rilevante modificazione proprietà sensoriali e nutrizionali

CONSERVA– Prodotto sterilizzato– Prodotto pastorizzato con pH < 4.5

STABILITA’ MICROBIOLOGICA A TEMPERATURA AMBIENTE ILLIMITATA

SEMICONSERVA- Prodotto pastorizzato con pH > 4.5

STABILITA’ MICROBIOLOGICA A TEMPERATURA AMBIENTE LIMITATA E DIPENDENTE DA ALTRI INTERVENTI TECNOLOGICI

Trattamenti termici di stabilizzazione

• Sul prodotto dopo confezionamento• Sul prodotto sfuso prima del confezionamento

(confezionamento asettico)

Trattamenti termici di stabilizzazione

• Sul prodotto dopo confezionamento

PRODOTTO IMBALLAGGIO

CONFEZIONAMENTO

TRATTAMENTO TERMICO

(sterilizzazione, pastorizzazione)

Vetro

Banda stagnata

Buste flessibili

Trattamenti termici di stabilizzazione• Sul prodotto sfuso prima del confezionamento (processi HTST, UHT)

PRODOTTO

CONFEZIONAMENTO Asettico

TRATTAMENTO TERMICO

(sterilizzazione, pastorizzazione)

IMBALLAGGIO

STERILIZZAZIONE NON TERMICA

Camera asettica

Definizioni HTST ed UHT

HTST: High Temperature Short Time (pastorizzazione)

UHT: Ultra high Temperature (sterilizzazione)

Le linee rappresentano simili effetti letali (distruzione microbica) o effetti di degradazione su componenti nutrizionali (es. vitamine, proteine) derivanti da combinazioni diverse di tempo e temperatura

tempo

Temperatura (°C)

Velocità di distruzione microbica

Velocità di distruzione nutrienti

120 140

All’aumentare della temperatura la velocità di morte termica dei microrganismi aumenta più velocemente della velocità di distruzione dei nutrienti o di inattivazione di alcuni enzimi

z (m.o.): 5-10 °C

z (reazioni chimiche): 27-32 °C

Vantaggi dei trattamenti HTST ed UHT

• Minori perdite nutrienti (i trattamenti sono condotti a temperature più elevate, ma per tempi più brevi e uguale F)

• Migliore ritenzione proprietà nutrizionali• Condizioni di processo non condizionate dalle

caratteristiche del contenitore (materiale, dimensioni, forma, …)

• Ultilizzo di moderni materiali di confezionamento non resistenti alle alte temperature

• Maggiore costanza qualità• Possibilità di aggiunta di componenti termolabili sul

prodotto dopo trattamento termico e prima confezionamento

Svantaggi dei trattamenti HTST ed UHT

• Costi elevati e complessità degli impianti• Scarsa flessibilità degli impianti• Staff tecnico qualificato• Minore sfruttamento volume (trasporto, stoccaggio).

PASTORIZZAZIONE LATTE

Condizioni di processoTradizionale, (in disuso) 62-66°C x 10-30 minuti- discontinuo

Condotto generalmente sul prodotto già confezionato in bottiglie di vetro

HTST (High Temperature Short Time) (basato sull’ottimizzazione del trattamento termico):

71,7°C x 15 secondi (MINIMO)Trattamento termico in continuo associato, generalmente, ad un confezionamento in asettico

STERILIZZAZIONE LATTE

Condizioni di processoTradizionale, (in disuso) 115-120°C x 30 minuti

discontinuo Condotto generalmente sul prodotto già confezionato in bottiglie di vetro

UHT (Ultra-High-Temperature) (basato sull’ottimizzazione del trattamento termico):

140-145°C x 3-4 secondi (MINIMO)Trattamento termico in continuo associato, generalmente, ad un confezionamento in asettico

Variazione del valore nutrizionale di latte sottoposto a trattamenti di sterilizzazione UHT ed in bottiglia

Perdita (%)

Nutriente UHT In bottigliaTiamina 10 35

Ac. ascorbico 25 90

Vitamina B12 10 90

Ac. folico 10 50

Piridoxina 10 50

Vitamina D 0 0

B-carotene 0 0

Proteine del siero (denaturazione)*

12-40 87

*: indice valutazione intensità trattamento termico nel latte

Impianti di trattamento termico: classificazione

• Continui/discontinui• Mezzo di riscaldamento (vapore, acqua, miscela acqua-

vapore)• Orizzontali/verticali• Statici/agitazione forzata

Impianti di trattamento termico: criteri di scelta

• Continui– Possibilità di lavorare una maggiore quantità di

prodotto– Scarsa versatilità– Idonei per produzioni standardizzate– Costi investimento elevati

• Discontnui– Minori costi iniziali– Produzioni modeste

Impianti di trattamento termico: criteri di scelta

• Mezzi di riscaldamento– Vapore– Acqua – Vapore saturo e sovrasaturo

La scelta si basa su:

- tipo di contenitore

- coefficiente di scambio termico (vapore<acqua, ma vapore> aria calda)

Sistemi di trattamento termico degli alimenti

• DIRETTI: iniezione o infusione di vapore • INDIRETTI: scambiatori di calore a piastre, tubolari, a

superficie raschiata• ALTRI (innovativi): microonde, ohmico, radiofrequenze

TRATTAMENTO TERMICO DIRETTO LATTE

Riscaldamento per iniezioneIniezione di vapore ad alta P nel latte durante il suo flusso

attraverso una camera.Raffreddamento e concentrazione: passaggio attraverso

una camera di espansione dove, per caduta di P, si determina l’evaporazione della stessa quantità di acqua condensata + contemporaneo raffreddamento a 80°C.

Riscaldamento per infusionePassaggio del latte ridotto in un sottile film attraverso una

camera satura di vapore surriscaldato. Al raggiungimento del fondo della camera viene convogliato nella camera di espansione, senza venire mai a contatto con pareti metalliche surriscaldate.

T raggiunte ≤ 142 °C per 2-3 s Riscaldamento latte istantaneo ed uniforme.

TRATTAMENTO TERMICO DIRETTO LATTE

TRATTAMENTO TERMICO DIRETTO LATTE

Modello di iniettore/miscelatore diretto di vapore in latte

TRATTAMENTO TERMICO INDIRETTO LIQUIDI

TRATTAMENTO TERMICO INDIRETTO LIQUIDI

Tubolare

TRATTAMENTO TERMICO INDIRETTO LIQUIDI

A superficie raschiata (anche per prodotti liquidi viscosi o con pezzi

Trattamenti termici e confezionamento asettico: i materiali di confezionamento

• Polimerici (Polietilentereftalato-PET, Policloruro di vinile-PVC, polipropilene-PP)

• Metallo• Vetro• Compositi/multistrato (brevetto Tetrapack)

– PE/cartone/PE/Al/carta/PE

Trattamenti termici e confezionamento asettico: i sistemi di sanitizzazione degli

imballaggi

MEZZO Materiale da imballaggio

CALORE Vapore/aria calda

Calore di estrusione

Raggi IR

Metallo, plastica, vetro, compositi

GERMICIDI CHIMICI H2O2

Etanolo

Iododfori

Plastica metallizzata, vetro, composito

RADIAZIONI FREDDE UV

Raggi , plastica

CARNE BOVINA IN SCATOLALamelle di carne bovina immerse in gelatina agarizzata,

confezionate ermeticamente in scatole metalliche e stabilizzate mediante un processo di sterilizzazione.

Prodotto tipicamente italianoConserva

Principi di conservazione– doppia cottura delle carni

• I° cottura carni (eliminazione acqua che ostacolerebbe la lavorazione + eliminazione aria intramuscolare)

• II° cottura= sterilizzazione– chiusura ermetica in scatola metallica

CARNE BOVINA IN SCATOLA

Preparazione carni

Preparazione brodo

Inscatolamento volumetrico a caldo

Sterilizzazione

Carne con osso (quarti anteriori) congelata

Pani di carne (muscoli del collo, pance, spolpi di testa,

guanciali e muscoli diaframmatici) congelati

Scongelamento

Carni fresche

Mondatura

Taglio in pezzi

Cottura

continua Discontinua

continua Discontinua

brodo Sgocciolamento su piani inclinati e forati

Brodo

Toelettatura

Condizionamento (0°C) - 8 ore

affettatura

Preparazione brodo

Cottura discontinua• Dopo una precottura di carne seguono altre 3 partite di

carne, oppure 2 di carne + 1 di ossa• Da 600 kg carne = 100 kg brodo• Addizione a caldo di sali, aromi, additivi (a norma di

legge) + agar gelatina• Stoccaggio a caldo (80-90°C) prima

dell’insactolamento

Preparazione brodo: continuo

Brodo (130 kg)

Evaporazione (100 kg)

Filtrazione

Ebollizione (10-15’) Coagulazione e precipitazione

proteine insolubili

I° centrifugazione Grassi e proteine insolubili

II° centrifugazione Componenti insolubili

Filtrazione (su filtro di diatomee)

Addensanti, additivi, gelatina

gelatina

Dal cuocitore si ricavano 130 kg di brodo (da ca. 100 kg carne)

Aspettative moderne dei consumatori nei confronti degli alimenti

Ridotto intervento/danno tecnologicoaumento “fresh-like values”ridotto o assente impiego di additiviconvenienceshelf-life

Miglioramento caratteristiche qualitative:proprietà sensoriali

nutrizionalisicurezza igienico-sanitaria sicurezza chimica (contaminanti, allergeni)

Limiti delle tecnologie di conservazione convenzionali

• Alto impatto termico • Significative modificazioni sensoriali (es. essiccamento,

concentrazione)• Necessità di combinare interventi (es. blanching+

sterilizzazione)• Impatto “chimico”• …

Classificazione delle tecnologie di conservazione convenzionali in funzione della

finalità• Distruzione dei fattori causa di scadimento qualitativo

(calore, composti antimicrobici)• Inibizione delle reazioni e dei processi causa di

scadimento qualitativo (es. acidificazione, riduzione aw, sale, ..)

• Protezione da contaminazione (confezionamento)

Tecnologie di conservazione innovative in studio / con applicazioni

• Distruzione dei fattori causa di scadimento qualitativo– Riscaldamento non convenzionale (ohmico, microonde, RF)– Alte pressioni– Ultrasuoni– Campi elettrici pulsati– Luce pulsata– Trattamenti con CO2

• Inibizione delle reazioni e dei processi causa di scadimento qualitativo– Uso di composti ad attività antimicrobica e antiossidante naturali – Uso di colture microbiche– Vacuum impregnation

• Protezione da contaminazione (confezionamento)– Atmosfere modificate– Imballaggi attivi

Sanitizzazione a freddo

• Irraggiamento• Campi elettrici pulsati• Alte Pressioni

Sterilizzazione ionizzante: IRRAGGIAMENTO

Radiazioni Ionizzanti (1017MHz<λ<108m - rompono il legame covalente)• Raggi γ sorgente Co60• Raggi x cannone elettronico• Raggi UV lampade ad alta potenza

RESISTENZA: animali superiori– << insetti– << microorganismi– << spore microbiche

Usi consentiti da OMS su prodotti alimentari:– radiopastorizzazione, radiosterilizzazione di matrici secche– disinfestazione granaglie– trattamento antigerminante per tuberi

Impieghi effettivi per distruzione microbica:• sterilizzazione imballaggi asettici e spezie (γ)• sanitizzazione aria, superfici e acqua (UV-C)

Sterilizzazione elettrica: CAMPI ELETTRICI PULSANTI AD ALTA INTENSITA’ (PFE)

∆E = ∆V : dE = intensità media del campo elettricoV = potenziale elettricod = distanza tra gli elettrodi (piani o coassiali)

prodotto = dielettrico

Tecnologia e processo• Generatore di impulsi ad alto voltaggio• Camera di trattamento a flusso continuo (15-30 kV/cm per µ-ms)• Confezionamento asettico

Limitazioni:• applicabile solo a prodotti liquidi ( particelle <<< d)∅• efficace solo per cellule vegetative (membrana)• non efficace per enzimi

I trattamenti iperbarici degli alimenti

Trattamenti tecnologici che prevedono l’utilizzo di pressioni (P) superiori a quella ambiente in grado di causare

modificazioni (struttura, attività, funzionalità) sui sistemi cellulari e sui suoi componenti macromolecolari

idrostatiche (HHP) (fino a 1000 MPa)

“dinamiche” (omogeneizzazione ad alta pressione: 0-40 MPa)

LA STORIA

19001898, Hite, effetto HP sulla conservazione del latte

1920

1940

1960

1980

2000

1914, Bridgnam, denaturazione proteica

1949, Johnson, inibizione crescita microrganismi 30-60 MPa1949, produzione di diamanti, 8000 MPa

1970, Zo Bell, condizioni di trattaamento, P e tempo, 100-300 MPa

1990, Hayashi, applicazione in campo alimentare;

Cheftel, studi su prodotti e prime produzioni

OGGI, prodotti trattati con HHP in commercioin Giappone e Spagna

1965, estrusione idrostatica, 1200 Mpa, trattamento alimenti da 400 a 1400 MPa

PRINCIPI TEORICI

Principio di Le Chatelier: “ogni fenomeno (transizione di fase, modificazione molecolare, reazione chimica) accompagnata da una diminuzione di volume è favorita da un aumento di pressione”

Principio di Pascal: in un prodotto immerso in un fluido, la pressione si trasmette in maniera uniforme ed istantanea attraverso di esso, indipendentemente dalla forma, dal volume del prodotto e della confezione

Proprietà fisiche e chimico-fisiche

Cinetiche reazioni chimiche

Legami chimici

(ionici, idrofobici e idrogeno)

Struttura

La Pressione è un importante variabile termodinamica e può influenzare

Le HHP e le cinetiche delle reazioni chimicheA temperatura costante, la variazione della costante cinetica di una reazione (k) in funzione della P dipende dal volume di attivazione della reazione (V*) (Eq. di Plank)

ln k

P

V*

RT= -

P= pressione

R = costante dei gas (8.314 cm3·MPa · K-1 · mol-1)

T= temperatura (°K)

Effetto su k ad unincremento di P

Esempi

V*>0 k < (rallentamento) Reazione di Maillard

V*<0 k> (accellerazione) Ossidazione lipidi Reazione di auto-

ionizzazionedell’acqua (< pH)

Idrolisi acidaproteine

Effetto P sui legami chimici

Tipo di legame Effetto Esempio

Covalente No effetto

Idrogeno Stabilizzazione Stabilità struttura secondaria proteine Stabilità acidi nucleici

Idrofobico Destabilizzazione Strutture III e IV proteine – interazione tra proteine Denaturazione

Ionico Destabilizzazione

Ritenzione di vitamine, composti aromatici

Effetti macroscopici dell’impiego delle HHP sugli alimenti

Modificazione strutturale e funzionale di biopolimeri

• proteine

• enzimi

• polisaccaridi

Inattivazione e morte microrganismi

Effetto intensità’ HHP

PRESSIONE EFFETTO

> 200 MPa Disintegrazione membrane cellulari Influenza cinetiche enzimatiche Modificazione struttura terziaria e

quaternaria proteine (reversibile-irreversibile)

> 300 MPa Inattivazione reversibile enzimi Distruzione cellule vegetative

microbiche

> 400 MPa Alterazione struttura proteica(denaturazione-aggregazione)

Gelatinizzazione amido

> 500 MPa Distruzione spore batteriche Inattivazione irreversibile enzimi

Fenomeno Temperatura Pressione MPa °C tempo(min)

- Denaturazione proteica si si >200 25 >10- Coagulazione si si >600 20-90 >10- Gelificazione amido si si >500 25-30 5- Inattivazione enzimatica si si >600 25-60 >10 -Inattivazione microbica si si >350 20-90 1-10-Morte di insetti e parassiti si si >50 - 5-Reazioni chimiche* si nessuna -

* reazioni di Maillard, formazione aromi estranei, e distruzione vitamine

Effetti ottenibili con un trattamento termico e con le alte pressioni

MICRORGANISMI

Le HHP causano sui microrganismi

•modificazioni morfologiche (compressione gas vacuolari, deformazione/allungamento)

•alterazione metabolismo e reazioni biochimiche

•cambiamenti a livello della membrana cellulare (alterazione permeabilità)

La causa della morte dei microrganismi sottoposti alle HP è la permeabilizzazione delle membrane cellulari che influenzano gli scambi salini e respiratori dovuta probabilmente alla cristallizzazione dei fosfolipidi di membrana

Tipo di microrganismo :

(baroresistenza): muffe e lieviti < Gram - <Gram +

virus: molto resistenti alle HHP

spore: elevata baroresistenza

La resistenza dei microrganismi alle HHP dipende da:

•tipo microrganismo

•stadio di sviluppo

•condizioni di processo (tempo, P, T)

•natura del substrato (pH, aw, presenza di sostanze protettive o inibenti)

In particolare:

inattiva microrganismi patogeni non sporigeni (Salmonella, L. monocytogenes, St. aureus, etc)

Temperatura

effetto sinergico sulla distruzione microbica

P (kbar)

Effetto generalizzato della inattivazione mediante HHP di spore (tratta da Gould, 1995)

Applicazioni

Pastorizzazione HHP: è possibile ridurre la carica microbica di una matrice alimentare mediante l’applicazione di blande HHP (<600 Mpa)

Necessità refrigerazione durante la successiva conservazione

Sterilizzazione HHP: necessita di estreme condizioni di processo (P> 1000 Mpa, tempi lunghi)

Possibile mediante la combinazione P/T (T= 50-60°C; P=500-600 Mpa)

Pesce:

-Riduzione carica batterica totale (1-2 cicli log) in calamari (450MPa/15 min, 25 °C)

-Distruzione batteri (Vibrio paraemoliticus, colerae, mimicus) in uova di riccio di mare (500MPa/10 min, 25 °C)

-Ostriche: aumento shelf-life: 41 gg a 2°C (400 MPa, 5’)

-Gamberetti: aumento shelf-life

IMPIANTI AD ALTA PRESSIONESono costituiti da:•una camera di trattamento a tenuta di pressione costituita da un cilindro in acciaio o talvolta da più cilindri; il rapporto altezza-diametro interno del cilindro è di solito pari a 5

• un sistema di generazione di pressione: fondato sul principio del torchio idraulico (differenza di sezione dei cilindri tra la pompa e la camera di pressurizzazione). E’ definito “intensificatore”

F2 = F1· S1/S2

•un fluido di trasmissione della pressione (acqua o miscele acqua olio, poco comprimibili)

•un sistema di riscaldamento autonomo o che riscalda il fluido di trasmissione

IL PROCESSO

CONFEZIONAMENTO Materiale flessibile che trasmette la P

CARICAMENTO E CHIUSURA CAMERA

AUMENTO PRESSIONE

MANTENIMENTO PRESSIONE

DECOMPRESSIONE E SCARICO

ASCIUGATURA

liquido di trasmissione P

Processo discontinuo (su prodotto confezionato)

Processo semi-continuo (il prodotto HHP-trattato deve confluire ad un sistema di confezionamento asettico)

Arrangemento a stadi multipli del impianto giapponese Wakayama (Moreau, 1995)

Pressure vessel design (Avure)

WW Frame

WW Cylinder

Closures 2x

Press plates 2x

Cylinder & frame support

Closure manipulator 2x

Water collection tanks

High pressure system

All stainless design

Applicazioni HHP agli alimenti: possibilità e realtà

Stabilizzazione microbica di prodotti alimentari acidi

Stabilizzazione microbica di alimenti termosenssibili

Sanitizzazione di prodotti non acidi per ottenere un miglioramento della shelf-life

Modificazione della funzionalità tecnologica di ingredienti

Miglioramento della qualità sensoriale e nutrizionale di alimenti trasformati

Ottenimento di prodotti alimentari innovativi

Prodotto AumentoShelf-life

sanitizzazione Riduzionefattoriantinutriz./allergenicità

Svilupponuoviprodotti

Produzionesemilavorati

latte salse formaggi Prodottidolciari

Proteinesoia

Riso,amidi

Uova Carne pesce vegetali

: larga applicabilità; : possibile applicazione

Alcuni prodotti trattaticon HHP in commercio

Palou et al.,1999

Applicazioni di HP su prodotti vegetali e cereali (www.nchyperbaric.com)

Applicazioni di HP su succhi di frutta (www.nchyperbaric.com)

Vantaggi e limiti del trattamento ad HHP di alimenti confezionati

Vantaggi

- applicazione a prodotti solidi e liquidi

- minimi rischi di contaminazione post-processo

- limitata necessità di ottimizzazione del processo

- facilità pulizia

Svataggi

- Complessa manipolazione prodotto

- Limitata flessibilità nella scelta del contenitore

- Tempi lunghi di carico/scarico

- Costi investimento ed ammortamento

Vantaggi e limiti del trattamento ad HHP di alimenti non confezionati

Vantaggi

- Facile manipolazione alimenti

- Elevata flessibilità scelta contenitore

-Massima efficienza nell’utilizzo dell’impianto

- Minimi tempi morti durante il processo (no tempo carico-scarico

Svataggi

- Solo per prodotti liquidi o semiliquidi

- Necessità di connessione con impianto di confez. Asettico

- Elevati costi investimento ed ammortamento