100°C T EBOLL. H2O PURA (1 ATM), COTTURA, EVAPORAZIONE, DISTILLAZIONE

-40°C CONGELAMENTO/ SURGELAZIONE-18° C STOCCAGGIO SURGELATI 0 °C T SOLIDIFICAZIONE ACQUA PURA+ 1-2 °C IPER-REFRIGERAZIONE20 °C TEMPERATURA AMBIENTE (convenzionale)40 °C EVAPORAZIONE A BASSA PRESSIONE60 °C DISTILLAZIONE80 °C BLANCHING, PASTORIZZAZIONE

LE TEMPERATURE E I PROCESSI DEGLI ALIMENTI

121 °C STERILIZZAZIONE (autoclave)

140 °C STERILIZZAZIONE (UHT), COTTURA IN FORNO, COTTURA-ESTRUSIONE

160 °C FRITTURA

180 °C TOSTATURA NOCCIOLE

200 °C TOSTATURA CAFFE’

220-240 TOSTATURA CAFFE’ (“italian style”)

L’uso di basse temperature: la refrigerazione ed il congelamento

Master VAPRAQ

Prof.ssa Paola Pittia

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

Alimenti

Florianopolis (Brasile), luglio 2010

TEMPERATURA

Influisce ogni tipo di reazione chimica.Il suo effetto su ogni processo degradativo di tipo chimico può essere espresso dall’equazione di Arrhenius:

K = A e -Ea/RT

in cui: K= costante di equilibrio della reazioneA = indice di qualità consideratoE = Energia di attivazioneR = costante dei gasT = Temperatura assoluta

Quando il ln K è rappresentato in funzione di 1/T, questa espressione dà origine ad una retta, la cui pendenza corrisponde all’Ea.

ln K = ln A - Ea RT

Diminuendo la T, si abbassa la velocità di ogni evento, processo chimico e biologico e fenomeno fisico

REFRIGERAZIONE CONGELAMENTO SURGELAZIONE

L’IMPIEGO DI BASSE TEMPERATURE NELLA CONSERVAZIONE DEGLI ALIMENTI

AZIONE FREDDO

Diminuzione energia cinetica delle molecole rallentamento di ogni tipo di reazione Ogni reazione degradativa risponde in maniera diversa alle variazioni di temperatura

Cause di alterazioni: velocità relativa/temperatura

0-30 -20-40 -10 10 20 30 40

Danni meccanici = formazione di

cristalli (aumento di volume)

Attività metabolica (es. ortofrutticoli vivi, respirazione,

CO2)

Temperatura (°C)

Cause di alterazioni: velocità relativa/temperatura

0-30 -20-40 -10 10 20 30 40

Reazioni ENZIMATICHE

(ox lipidi, EB)

Reazioni CHIMICHE

(ox lipidi, NEB)

Temperatura (°C)

Cause di alterazioni: velocità relativa/temperatura

0-30 -20-40 -10 10 20 30 40

MUFFELIEVITI

PSICROFILI MESOFILITERMOFILI

Temperatura (°C)

Storia

Preistoria : - Regioni artiche: mantenimento e conservazione animali cacciati a temperatura ambiente- neve conservata in grotte od anfratti anche durante la stagione calda

Storia

Storia:- stratificazione con paglia- aggiunta di sale (ca. -18 °C)

1834: Freddo artificiale (ciclo frigo) -Jacob Perkins (Londra)1860: Fabbrica ghiaccio artificiale - Harrison (Australia)1870: Compressore ad NH3 - Linde (Germania), Boyle (USA)1880: Frigo ad assorbimento (frigo campeggio) -Carrè1890: Freddo per trasporto carne e birra a bassa fermentazione1990: Congelamento frutta - Prime ricerche su effetti congelamento1915: Ghiaccio naturale = ghiaccio artificiale1920: Ideazione compressore rotativo1960: Ideazione compressore a vite1930: Italia: uso del freddo a livello industriale1935: Astucci di cartone parafinato1960: Atmosfera controllata1970: Settore surgelati industriali

RefrigerazioneRallentamento sviluppo microbico e reazioni chimiche ed

enzimaticheMantenimento caratteristiche sensoriali e limitate perdite qualità

nutrizionali

Temperatura conservazione: > 0°C (> -1.5 °C per carne e pesce)

Tempo di conservazione: limitato, ma vario in funzione del tipo di prodotto (da 24 ore a qualche settimana)

Finalità tecnologiche

• Per tutti gli alimenti: intervento tecnologico (“hurdle”) per aumentare la loro conservabilità (freschi, semiconserve o dopo apertura confezione). Non sufficiente a garantire da sé la conservabilità e deve essere abbinato ad altri interventi tecnologici (packaging, atmosfere protettive/controllate)

• Carne: fase tecnologica necessaria per la trasformazione muscolo-carne (evoluzione rigor mortis e frollatura): dopo macellazione stoccaggio in celle refrigerate

• Prodotti pesca: conservazione da pesca a consumo

Refrigerazione e post-raccolta di vegetali

La refrigerazione è un importante intervento tecnologico nella conservazione dei vegetali a partire dalle primissime fasi dopo la raccolta

In questo caso la bassa temperatura deve essere associata a specifiche combinazioni di Umidità relativa e composizione dell’atmosfera in cui i prodotti sono conservati

Cause di alterazione dei vegetali nella fase di post-raccolta

• Respirazione• Transpirazione• Maturazione e senescenza• Patologie (biotiche e abiotiche)• Cambiamenti nella composizione chimica

Cause di alterazione dei vegetali nella fase di post-raccolta

N.B. L’etilene (è un fitoormone che agisce sulla maturazione dei frutti ed invecchiamento della pianta) ed è prodotto da vegetali può causare: arrossamento nelle lattughe e radicchi, ingiallimento di spinaci e brassicacee; perdita di colore verde in cetrioli, broccoli e spinaci, aumento di consistenza di tuberi, asparagi; aumento amaro in carote e prezzemolo; rammollimento, ruvidità e sviluppo di off-flavor in peperoni, zucchine e melone e anguria; imbrunimento di melanzane; aumentata maturazione e rammollimento di pomodori verdi

N.B. La Respirazione (con utilizzo di esosi) C6H12O6 + 6O2 + 38 ADP + 38 Pi -> 6CO2 + 44H2O + 38ATP produzione di energia (ca. 42% di energia = calore), consuma O2 e produce CO2

La respirazione può essere aerobica and anaerobica (<1-3% O2) La velocità è influenzata da T, conc. ossigeno ed anidride carbonica ed etilene

Cause di alterazione dei vegetali nella fase di post-raccolta

Classificazione di vegetali in relazione alla velocità di respirazione:

Molto bassa: cipollaBassa: cavoli, cetrioli, melone, bietola, pomodoro, rape.Moderate: carote, sedano, cavolo cinese, peperoni, porro.Alta: chicory (roots), melanzane, indivia, lattuga,ravanello.Molto alta: zenzero, cavoletti di Brussels, funghi,spinaciEstremamente alta: broccoli, piselli, prezzemolo,mais.

Fattori che influenzano la stabilità dei vegetali freschi nella fase di post-raccolta

- temperatura

- Umidità Relativa (%)

- composizione gas dell’atmosfera

- Circolazione dell’aria nell’ambiente

Gajewski, 2007

La refrigerazione (basse T) nel post-raccolta dei vegetali

• Rallenta la respirazione• Rallenta/inibisce lo sviluppo microbico• Limita la disidratazione (se associata ad opportune

condizioni di Umidità Relativa)• riduce la produzione di etilene o minimizza la

reazione con l’etilene

La refrigerazione (basse T) nel post-raccolta dei vegetali

DANNI DA FREDDO

effetti sulle membrane cellulari

Sintomatologia• Lesioni superficiali – sup. ruvida, aree incavate• discolorazione• - rilascio di acqua dai tessuti• - discolorazione interna dei tessuti• - difficoltà dei frutti a maturare.• - accelerazione della senescenza• - aumentata tendenza alla degradazione• - modificazione nella composizione, specie in relazione ad aromi e

sapore

La refrigerazione (basse T) + modificazione dell’atmosfera

•Atmosfere controllate (in celle di stoccaggio)

•Atmosfere protettive (per prodotti destinati al consumatore finale)

Abbassamento del livello di CO2 ed aumento del livello di O2 nell’atmosfera per ridurre i processi metabolici

Composizione ideale di atmosfera per vegetali:0-5% CO2 + 1,5-3% O2 (dipendente dalla specie)

La refrigerazione (basse T) + modificazione dell’atmosfera

Gajewski, 2007

La refrigerazione (basse T) + modificazione dell’atmosfera

Kader, 2000

Packaging methods for prolonging shelf life

Modified atmospheric packaging

Mechanical gas flushing and sealing with fish fillets

Vacuum Packing

Effect of packaging on the shelf lifeType of Product Storage

temp. Shelf life (weeks)

Air VP MAP

Meat (beef, pork, poultry) 1.0 - 4.4°C 1 - 3 1 - 12 3 - 21

Lean fish (cod, pollock, rockfish, trevally)

0.0 - 4.0°C 1 - 2 1 - 2 1 - 3

Fatty fish (herring, salmon, trout)

0.0 - 4.0°C 1 - 2 1 - 2 1 - 3

Shellfish (crabs, scampi, scallops)

0.0 - 4.0°C ½ - 2 - ½ - 3

Warmwater fish (sheepshead, swordfish, tilapia)

2.0 - 4.0°C ½ - 2 - 2 - 4

Huss 1995

Sensory analysis (Torry scheme) Influence of different temperature during storage (0°C, 7°C

and 15°C) on the shelflife of haddock fillets

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

-1 1 3 5 7 9 11 13

Days

To

rry

sc

ore

Catch

Sensory rejectionTorry =5,5

Process

15°C

7°C 0°C

Adapted from: Olafsdottir et al., 2006

Chemical and microbial analysis Haddock fillets stored at 0°C, 7°C and 15°C

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12 14

Days of storage (haddock fillets)

TV

B-N

mg

N/1

00

g

15°C

7°C

0°C

TVB-N(Total volatile basic nitrogen)

TVC (total viable counts) and Photobacterium phosphoreum (Pp)

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6 8 10 12 14

Days of storage (haddock fillets)

Lo

g c

fu/g

TVC-0°C

Pp-0°C

TVC-7°C

Pp-7°C

TVC-15°C

Pp-15°C

0°C15°C 7°C

Adapted from: Olafsdottir et al., 2006

Congelamento/surgelazioneDetermina la transizione di stato (liquido/solido) dell’acqua con:

Blocco delle attività microbiche (ripresa allo scongelamento)Blocco attività metaboliche

Rallentamento/blocco attività enzimaticheRallentamento/inibizione reazioni chimiche

L’acqua non è più “libera” nella sua azione di:SolventeReagente

poiché si trova nello stato solido

Temperatura processo/conservazione: -5/-40 °C

Tempo di conservazione: anche alcuni anni

Fattori che influiscono sul processo di congelamento e sulla qualità del prodotto

congelato

-Velocità di raffreddamento (circolazione aria, meccanismo sottrazione calore)

- Contenuto d’acqua alimento

- Dimensioni/forma prodotto

- Confezione

Contenuto d’acqua e T congelamento di alcuni

alimenti

Alimento Contenuto d’acqua (%)

Temperatura di congelamento

(°C)

Vegetali 78-92 Da -0.8 a -2.8

Frutta 87-95 Da -0.9 a -2.7

Carne 55-70 Da -1.7 a -2.2

Pesce 65-81 Da -0.6 a -2.0

Latte 87 -0.5

Uova 74 -0.5

Curva di congelamento: effetto velocità di raffreddamento

Effetto della velocità di raffreddamento sulle cellule di tessuti vegetali:

A) Lento

B) veloce

EFFETTI DELLE BASSE TEMPERATURE SUI PRINCIPALI COMPONENTI DEGLI ALIMENTI

Proteine denaturazione: stesso valore nutritivo

digeribilità (10-40% dopo un anno)

Lipidi idrolisi ed ossidazione

qualità sensoriali

valore nutritivo (perdita ac. grassi essenziali)

Zuccheri idrolisi fino a mono-osi: stesso valore nutritivo

idrolisi delle pectine: perdita consistenza ed aumento digeribilità

EFFETTI DELLE BASSE TEMPERATURE SUI PRINCIPALI COMPONENTI DEGLI ALIMENTI

Sali minerali perdite nelle fasi preliminari (blanching) e in fase di scongelamento

Vitamine Tiamina:

- lievi perdite in prodotti di orig. animale

- 5-25% nei vegetali

Riboflavina: perdite dal 10 al 20%

Ac. Ascorbico: perdita in prodotti freschi (6-20%) e nei surgelati (25%)

Riduzione % contenuto vitaminico in alcuni alimenti (stoccaggio: 12 mesi, -18°C)

Vit. B1 Vit. B2 Niacina Vit B6 Ac. folico

Ac. Pantot

Carotene Vit K

Fagiolini verdi

0-32 0 0 0-21 6 53 0 16

Fagioli - 45 26 0 - - - -

Broccoli - - - - - - 6 -

Cavoli - - - 0 - - 0 -

Piselli 0-16 0-8 0-8 7 0 29 - 0

Spinaci - 0 - - - - 42 -

Vitello (bistecca)

0 0-1 0 22 - 0-10 - -

Maiale (braciola)

0 0-37 0 18 - 0-6 - -

Agnello (coscia)

0 - 0 - - - - -

Ostriche 33 19 3 59 - 17 - -

MODIFICAZIONE DELLE CARATTERISTICHE

DEGLI ALIMENTI

1. Ricristallizzazione migrante (T° contenitore< T° prodotto):

SublimazioneE’ consigliabile evitare:- sbalzi temperatura (diversa conducibilità)- Spazi vuoti in contenitori

2. Freeze-burn (= scottatura/essiccamento superficiale) in carne e vegetali determinata dalla sublimazione dell’acqua sulla superficie del prodotto cambiamenti di colore (imbrunimento o ingiallimenti ) favoriti da ossidazione lipidi

MODIFICAZIONE DELLE CARATTERISTICHE

DEGLI ALIMENTI

3. Imbrunimenti

4. Ossidazione lipidi (no blocco reazioni chimiche radicaliche, ne enzimi lipolitici)

5. Ossidazioni varie (proteine, vitamine)

6. Modificazioni sensoriali (aspetto, consistenza, gusto, aroma)

Ritenzione clorofilla

Shelf-life di carni (PSE, practical storage life) (mesi)

Temperatura (°C)

Prodotto -12 -18 -24

Carcassa bovina 8 15 24

Manzo, macinata 6 10 15

Carcassa vitello 6 12 15

Carcassa agnello 18 24 >24

Carcassa suino 6 10 15

Prosciutto a fette 12 12 12

Pollo (intero) 9 18 >24

Tacchino (intero) 8 15 >24

Oca (intera) 6 12 18

Fegato 4 12 18

Shelf-life di vegetali (HQL, High Quality Life) (mesi)

Temperatura (°C)

-7 -12 -18

Fagiolini 1 3,1 9,8

Cavolfiore 0,4 2 9,7

Piselli 1 3 10,1

spinaci 0,76 1,9 6,2

CATENA DEL FREDDO

CONDIZIONE INDISPENSABILE PER LA CONSERVAZIONE DEI PRODOTTI CONGELATI E SURGELATI E’ IL MANTENIMENTO SENZA

INTERRUZIONE A TEMPERATURE MINORI O UGUALI A -18°C FINO AL MOMENTO DEL CONSUMO ATTRAVERSO LA COSIDDETTA “CATENA DEL FREDDO” PER EVITARE CHE NELL’ALIMENTO SOTTOPOSTO A

SBALZI DI TEMPERATURA PARTE DELL’ACQUA SCONGELI TEMPORANEAMENTE

Produzione

(-30°C)

Grossista

(-20 °C)

Dettagliante

(-15 °C)

Freezer domestico

(-15/18 °C)

TRASPORTO

(-18 °C)

TRASPORTO

(-18 °C)

TRASPORTO

(-10 °C ???)

LA CATENA DEL FREDDO

Sistemi di congelamento

1. Circolazione d’aria forzata

2. Contatto indiretto con refrigerante

3. Contatto diretto con refrigerante

1. Circolazione d’aria forzata

1. Camere fredde con circolazione d’aria a velocità più o meno elevata.

- Per prodotti di grosse dimensioni (mezzene, quarti) o per prodotti semilavorati

2. Tunnel di congelamento

Carrelli o scaffali percorrono un tunnel refrigerato. Prodotto in confezioni o vassoi

3. Congelatori a nastro

Nastro trasportatore in rete metallica o nastro forato. Aria corrente con movimento o . Possibile stratificazione del prodotto. 1 o 2 stadi a T crescente (da -40 °C a -25°C) Ideale per piccola taglia Buono come IQF (Individual Quick Freezing)

1. Circolazione d’aria forzata

4. Letto fluido

Simile a B. Con movimentazione forzata del prodotto e corrente d’aria a velocità elevata.

Molto rapido. Ideale per pezzi di piccola taglia

Minima disidratazione

Minimi costi di esercizio

Perdita di peso e tempi di congelamento di alcuni

alimenti congelati con il sistema a fluidificazione

prodotto

Tempo congelamento

(min)

Perdita di peso (%)

Fragole 14 1,5

Funghi 22 1,2

Sogliole 18 0,8

carne 35 0,7

Da Astrom e Londahl, 1989)

2. Contatto indiretto con refrigerante

1. A piastre o su nastri

Per prodotti di forma regolare, con ampia superficie di appoggio e spessore ridotto (es. surgelati in pacchetti)

Congelatore con nastro a spirale

3. Contatto diretto con refrigerante

1. Immersione

In salamoie di sale o propilenglicole su prodotto sfuso o confezionato in materiali plastici

Congelamento finale in tunnel

2. Uso liquidi criogenici (a basso punto di ebollizione)

Azoto liquido (-196°C), Freon (-30°C)

Basso costo iniziale e di manutenzione

Alto costo liquido criogenico

Elevata efficienze di scambio termico

Lavorazione in continuo

Buona qualità prodotto ma con possibili stress termici per prodotti sensibili. Rischio di impurezze nel prodotto

Esempi di freezer-armadi presso i rivenditori

Scongelamento• Fase preliminare all’utilizzo (cottura/consumo): riporta il

prodotto alla T ambiente• Se non controllato può indurre alterazioni:

chimiche

fisiche

microbiche

e conseguenze su caratteristiche sensoriali

• Velocità: deve essere rapido (per limitare tempi di sosta)

lento (per favorire il riassorbimento dei liquidi)

Modalità di scongelamento

• In celle a bassa T, • In acqua fredda (??)• Microonde• Alte pressioni