Dino MastrocolaDipartimento di Scienze degli Alimenti

Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie AlimentariFACOLTA’ DI AGRARIA

Università degli studi di Teramo

CONSERVAZIONE E TRASFORMAZIONE DEI PRODOTTI ALI MENTARI

DEFINIZIONE DI TECNOLOGIE ALIMENTARI

Le tecnologie alimentari rappresentano il complesso di operazioni e processi volti ad

ottenere alimenti finiti o semilavorati dalle materie prime alimentari prodotte dall'agricoltura, dall'allevamento e dalla

pesca e alla conservazione di questi prodotti

LE PREMESSE

Le fonti alimentari sono vulnerabili (avversità climatiche, erbe infestanti,

microrganismi, virus, insetti, roditori, altri animali).

Gli alimenti sono deperibili(senescenza, attività microbiche; reazioni chimiche)

Gli alimenti possono nascondere delle "insidie" per la salute dell'uomo.

Gli alimenti, così come si presentano in natura, non sempre sono commestibili o

comunque appetibili e richiedono quindi una qualche forma di "preparazione"

LE RISPOSTE

1) Produzioni più resistenti

Difesa "in campo"

2) Difesa del "post raccolta"; trasformazione

3) Eliminazione dei fattori di rischio; trasformazione

4) Trasformazione

CAMBIAMENTI A CARICO DEI PRODOTTI ALIMENTARI DURATE LA CONSERVAZIONE

Negativi Positivi

ALTERAZIONI MATURAZIONE

microbiologiche STAGIONATURA

enzimatiche INVECCHIAMENTO

chimiche (fermentazioni, sviluppo muffe

fisiche lipolisi, proteolisi,

…… polimerizzazioni,

disidratazione, …….)

VARIABILI AMBIENTALI

Temperatura

Velocità dei cambiamenti della temperatura

Umidità

Intensità radiazione “visibile”

Composizione della fase gassosa in equilibrio con il

prodotto (pressione parziale di O2)

ALTERAZIONI

DISTRUZIONE DERRATE

•INSETTI•PARASSITI•RODITORI

Responsabili della distruzione di elevate percentuali di derrate alimentari (in alcuni paesi fino al 50%)

L’attacco di insetti e roditori spesso precede processi di alterazione microbica

ALTERAZIONI MICROBICHE

Fattori dai quali dipende la flora di alterazione dei prodotti alimentari :

•Caratteristiche chimiche e fisiche dell’alimento

•Trattamenti a cui l’alimento è sottoposto

•Condizioni Ambientali

ALTERAZIONI CHIMICHE

ALTERAZIONI A CARICO DEI LIPIDI

IDROLISI O INACIDIMENTO IRRANCIDIMENTO OSSIDATIVO

IdrolisiFavorita da presenza di :

acqualuce

lipasi (solitamente di origine microbica):

Effetti : > acidità substrato

In : Burro, Margarina, Frutti oleosi

Rimedi : Antiossidanti inefficaci ; miglioramento condizioni igieniche, riparo dalla luce ; uso di antimicrobici (ac. Sorbico), disidratazione

burro

OSSIDAZIONE DEI LIPIDI (IRRANCIDIMENTO OSSIDATIVO)

Favorita da:

processi di rettificazione perdita di antioxdisidratazione spinta

In : oli e grassi; carni; pesci; latte e derivati; vegetali

Rimedi evitare: •contatto con acqua, aria, luce, metalli (Fe, Cu, Mn, Ni)•aumenti di temperatura•radiazioni ionizzanti

ANTIOSSIDANTI

Primari : Interrompono la catena radicalica (BHA, BHT, Tocoferoli)

Secondari : Complessano i metalli (Ac. Citrico, EDTA)

IMBRUNIMENTI

CHIMICO

Reazione di Maillard

Caramellizzazione zuccheri disidratazione HMF polimerizzazione, ..)

Imbrunimento acido ascorbico ac. ascorbico HMF polimerizzazione, ..)

Cambiamento colore clorofille temperatura ; pH formazione di feofitina)

Carni

ENZIMATICO

ALTERAZIONI ENZIMATICHE

S + E ES P + E

Catalizzatori biologici che consentono di aumentare la velocità di una reazione fino a 1020 volte

EFFETI DEGLI ENZIMI SUGLI ALIMENTI :

POSITIVI : utilizzati in numerosi processi di trasformazione in alternativa a metodi chimici (idrolisi amido, chiarificazione succhi, ....)

NEGATIVI : causano numerosi processi di alterazione in alimenti sia di origine animale che vegetale

ENZIMI CHE CAUSANO ALTERAZIONI

Endogeni  contenuti nelle strutture cellulari dell’alimento

Esogeni  contenuti in altre strutture cellulari (es. microorganismi)

MECCANISMI DI CONTROLLO ATTIVITA’ ENZIMATICHE INDESIDERATE

Inattivazione :

Calore blanching, past./ster.

Inibizione :

Refrigerazione

Congelamento

Riduzione aW

Acidificazione

Additivi

Interazione con il substrato :

Eliminazione o Blocco di uno dei reagenti es. eliminazione O2 (MA, SV, additivi, .....)

LA CONSERVAZIONE

Il luogo di produzione delle materie prime è spesso diverso dal luogo in cui vengono trasformate e consumateanche i tempi di realizzazione dei prodotti finiti sono spesso “dilatati”

SVILUPPO DELLE TECNICHE DI CONSERVAZIONEANCHE PER I PRODOTTI COSIDDETTI “FRESCHI”

Le tecniche di conservazione fondamentali fanno riferimento essenzialmente alsistema adottato per la stabilizzazione microbiologica

considerata prioritaria rispetto alle altre alterazioni.

STABILIZZAZIONE MICROBIOLOGICAPer ottenere un prodotto microbiologicamente stabile è necessario inibire o

distruggere tutte le forme microbiche capaci di accrescersi.

- Gli alimenti stabilizzati da un punto di vista microbiologico si possono distinguere in:

conserve: stabili sino a quando si mantengono le condizioni asepsi (ermeticità del contenitore) e/o di inibizione, anche se le caratteristiche nutrizionali e sensoriali

possono, con il passare del tempo, mutare anche notevolmente

semiconserve: stabilità microbiologica parziale, anche in refrigerazione

I MEZZI DI CONSERVAZIONE

1. La sterilizzazione i microorganismi vengono irreversibilmente resi incapaci di accrescersi e di riprodursi (vengono quindi distrutti).

- La sterilizzazione può essere realizzata attraverso:

1.A. MEZZI FISICI

1.A.1. uso del calore (sterilizzazione termica)

1.A.2. irraggiamento

1.B. MEZZI CHIMICI

1.B.1. aggiunta di sostanze naturali o sintetiche

(microbicidi)

2. L’inibizione microbica i microorganismi vengono in modo reversibile resi incapaci di accrescersi e di riprodursi (vengono quindi inibiti).

Questo effetto può essere realizzato attraverso:

2.A. MEZZI FISICI 2.A.1. sottrazione dell’acqua (essiccamento, liofilizzazione, ecc.) 2.A.2. indisponibilità dell’acqua

(congelamento,surgelazione) 2.A.3. abbassamento della temperatura

(refrigerazione) 2.A.4. bassa tensione di O2

(sotto vuoto, sotto gas inerte, sott’olio, ecc.)

2.B. MEZZI CHIMICO-FISICI

2.B.1 diminuzione di aw (aggiunta di sale/i, zucchero/i, umettanti - IMF)

2.C. MEZZI CHIMICI 2.C.1. controllo dell’acidità (aggiunta di ingredienti acidi, di acidi isolati, fermenta-zione acida) 2.C.2. uso di sostanze naturali e sintetiche (microbiostatiche)

2.D. MEZZI BIOLOGICI 2.D.1. fermentazione acida e alcolica

RUOLO DEL CONFEZIONAMENTO• materiali

• funzione barriera (acqua, luce, ossigeno, microrganismi..)

CONCETTO DI ATTIVITA DELL'ACQUA (aW)

rapporto tra la tensione di vapore dell'acqua nell'alimento e quelladell'acqua pura alla stessa temperatura

numero adimensionale che varia da 0 (prodotto privo di acqua) a1 (prodotto costituito di sola acqua)

Per valutare la stabilità di un alimento è importante definire lo "statodell'acqùa" quindi l' aW e non solo il "contenuto"

Lo stato dell'acqua (quindi l' aW) è influenzato da sostanze in grado di

"trattenere" l'acqua come il sale e lo zucchero Da ciò deriva la loro azione conservante

In definitiva l' aW può essere abbassata, aumentando così laconservabilità di un prodotto alimentare, sottraendo acqua

(essiccamento,liofilizzazione, concentrazione...) o bloccando l'acqua (salagione,

canditura, ...)

LA STABILIZZAZIONE MEDIANTE IL CALORE

L'APPERTIZZAZIONE

consiste nell’inserire gli alimenti in un recipiente chiuso ermeticamente, e nel sottoporli ad un riscaldamento che

assicuri la distruzione o l'inattivazione dei microorganismi e degli enzimi.

Per prodotti appertizzati quelle derrate alimentari deperibili la

cui conservazione è assicurata dall'impiego combinato del confezionamento in recipiente ermetico ai gas ed ai

microorganismi, e del successivo trattamento con calore.

IL CONFEZIONAMENTO ASETTICO

Tecnologia che prevede la sterilizzazione del prodotto e del contenitore separatamente e il confezionamento in condizioni tali da mantenere la sterilità commerciale di entrambi fino alla

chiusura ermetica del contenitore

CONFEZIONAMENTO ASETTICOVero e proprio

riempimento a freddo

dipendentemente dalle temperature utilizzate si distinguono (distinzione tecnica):

1. la pastorizzazione temperature 100°C

consente la distruzione di forme microbiche non sporigene e di enzimi termolabili

Porta ad una conservazione limitata nel tem po, nel caso di

prodotti non acidi (pH > 4.5); per prodotti acidi (pH < 4.5), nei quali non è possibile lo sviluppo di forme microbiche sporigene, la

conservabilità non si differenzia da quella di un prodotto sterilizzato .

2. La sterilizzazione temperature > di 100° C, fino a 150°C

ha per scopo la distruzione di tutti i microorganismi ed enzimi.

Un prodotto sterilizzato può essere conservato per tempi molto lunghi, anche anni, purché venga garantito il perfetto isolamento del

prodotto dalle contaminazioni dell’ambiente.

ESSICCAMENTO

Rimozione selettiva di gran parte dell’acqua di costituzione di un alimento per evaporazione in modo da consentirne una elevata

stabilità microbiologica e chimica

CARATTERISTICHE DEI PRODOTTI DISIDRATATI

stabilità chimica e microbiologica a temperatura ambiente facilità di dosaggio e di miscelazione con altri componenti

rigenerabilità modulabile a diversi livelli umidità e di attività dell’acqua finali

come ingrediente consente il controllo delle caratteristiche fisiche e reologiche del prodotto finito

peso e volume ridotti bassi costi di confezionamento, magazzinaggio e trasasporto

PROBLEMATICHE

danni sul prodottolavorabilità difficoltosa per alcuni prodotti

lunghi tempi di processoricostituzione incompleta

LIOFILIZZAZIONE

Rimozione selettiva di dell’acqua di costituzione di un alimento per SUBLIMAZIONE

in modo da consentirne una elevata stabilità microbiologica e chimica

e mantenere pressoché intatte le caratteristiche del prodotto

si realizza inserendo il prodotto congelato in un autoclave (sotto vuoto)

CARATTERISTICHE DEI PRODOTTI LIOFILIZZATI

le stesse (migliorate) degli essiccati mantenimento proprietà nutrizionali

PROBLEMATICHE

lunghi tempi di processocosti elevati

P(m

mH

g)

T (°C)

liquido

solido

vapore

A’

B’

760

0,001

4,8

0,098

SCHEMA LIOFILIZZATORE

050000

100000150000200000250000300000350000400000450000500000550000600000650000700000

19

82

19

83

19

84

19

85

19

86

19

87

19

88

19

89

19

90

19

91

19

92

19

93

19

94

19

95

19

96

19

97

19

98

19

99

20

00

Anno

To

nn

ella

teCONSUMI ALIMENTI SURGELATI IN ITALIA

CONGELAMENTO

Successo legato:

Contenuto di servizio

Immagine di freschezza

Qualità

Rapporto con il consumatore

I surgelati sono prodotti alimentari:

sottoposti ad un processo di congelamento ... che

permette di superare con la rapidità necessaria ... la zona di

cristallizzazione massima e di mantenere la temperatura del

prodotto in tutti i suoi punti … ininterrottamente a valori pari

o inferiori a - 18°C;

commercializzati come tali;

Le materie prime devono essere sane, in buone condizioni

igieniche, di adeguata qualità merceologica e devono avere

il necessario grado di freschezza

L’azione conservante del congelamento si basa:

sull’ abbassamento della temperatura

sul “blocco” dell’acqua libera nell’alimento attraverso il passaggio di questa dallo stato

liquido a quello solido

Temperatura raggiunta e velocità di surgelazione

essenziali per mantenere inalterate proprietà sensoriali e

nutrizionali dell'alimento

prevenzione alterazioni di tipo chimico, biochimico e microbiologico

Temperatura e velocità di raffreddamento

La quantità di acqua che passa allo stato solido dipende dalla temperatura raggiunta

PASSAGGIO DI STATO DISTINTO IN DUE FASI nucleazione

accrescimento dei cristalli di ghiaccio.

Il numero di nuclei di cristallizzazione è tanto più elevato quanto maggiore è la velocità di raffreddamento e il livello di

concentrazione dei soluti

Importanza della velocità di raffreddamento

Con raffreddamento lento formazione di cristalli molto grandi e di forma allungata situati

negli spazi extracellulari del tessuto vegetale

rotture delle pareti cellulari e disidratazione progressiva delle cellule come conseguenza di processi osmotici

Con velocità di raffreddamento elevate (surgelazione) si ha: formazione di molti cristalli

di piccole dimensioni distribuiti uniformemente nella matrice alimentare.

al momento dello scongelamento, l’acqua torna a far parte dei sistemi colloidali originari e l’alimento rimane integro

TECNOLOGIA

Possono essere individuate tre tipologie di surgelazione:

per contatto indiretto

con il fluido refrigerante

per circolazione forzata

di aria

per contatto diretto

con il fluido refrigerante

Scongelamento rapido Vantaggi :

Scongelamento lento Vantaggi :• parziale riassorbimento acqua scongelata ;

• < separazione liquido ;

• < differenza consistenza tessuti ;

• mantenimento viscosità ;

• < cambiamenti organolettici ;

•minori rischi microbiologici ;

A livello industriale e per piccole dimensioni :→dall’esterno con aria calda, piastra radiante, acqua calda (confezioni)→ dall’interno microonde

Praticamente meglio scongelamento lento a bassa temperatura (4-5°C)

Possibili cambiamenti durante lo stoccaggio dei surgelati

Ricristallizzazione migrante

Ossidazioni (chimiche ed enzimatiche)

Decolorazioni

LA COTTURA

Modalità di trasmissione del calore

•Conduzione•Convezione

•Irraggiamento

Modalità di cottura

•A calore secco•A calore umido

•Frittura•Microonde

LA COTTURA

Cottura a calore secco

•Arrostimento Forno•Grigliatura Grill

•A piastra• Carboni

•……

LA COTTURA

Cottura a calore umido

•Stufatura •Bollitura •A vapore

•……

A pressione atmosferica> 1 atm

LA COTTURA

Frittura

•Immersione •Contatto

•……

Microonde

DI AGRAMMA DI PRODUZI ONE SUCCHI DI FRUTTA

Materia prima

Operazioni preliminari

Estrazione trattamentiSucco libero specifici

Triturazione(purea)

blanching(85-90°C)

passatura(0.8 mm)

raffinazione raffinazione purea(0.2 mm) (0.4 mm)

Centrifugazione CentrifugazioneFiltrazione omogenizzazioneDisareazione Disareazione succo

FiltrazioneChiarificazione

+ 50% H2O Succo + zuccheri nettare

+ …..

pastorizzazione

confezionamentoraffreddamento

etichettaturamagazzinaggio

LO YOGURT