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SISTEMI CONSERVAZIONE ALIMENTI

Masseria Pascale

08/07/2014 08/07/2014

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Il problema della conservazione degli alimenti

La conservazione dei prodotti alimentari è legata al mantenimento da parte

dell’alimento stesso delle caratteristiche proprie di qualità igienico-sanitaria,

commerciale e organolettica.Il problema è di grande importanza per ragioni

economiche, geografiche, politiche, climatiche, per l'incremento demografico e per il continuo aumento

dell'urbanizzazione.

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La conservazione degli alimenti, cioè il complesso di tecniche che permettono di ottenere

l'inibizione delle cause di alterazione, precede l'individuazione delle cause stesse

(microrganismi, enzimi e agenti chimici e fisici)

Conservazione degli alimenti: storia e cronaca

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Il deterioramento degli alimenti

Con questo termine si intende qualunque modifica dell’aspetto, dell’odore o del modifica dell’aspetto, dell’odore o del sapore di un prodotto alimentaresapore di un prodotto alimentare che lo renda inaccettabile al consumatore.

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la moltiplicazione di batteri , funghi e lieviti

l’attività spontanea di enzimi presenti naturalmente negli alimenti

fattori fisici: luce, temperatura

fattori chimici: umidità, ossigeno

Tutto ciò determina la comparsa di irrancidimento, di fenomeni putrefattivi, sviluppo di gas e di odori anomali, modificazione

della consistenza ed inacidimento.

L’alterazione degli alimenti è L’alterazione degli alimenti è dovuta a diversi fattori:dovuta a diversi fattori:

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Il cibo deteriorato non è sempre Il cibo deteriorato non è sempre cibo pericoloso per il consumo, ma cibo pericoloso per il consumo, ma in alcuni casi la deperibilità degli in alcuni casi la deperibilità degli alimenti può essere causata da alimenti può essere causata da

microrganismi patogeni.microrganismi patogeni.

Le muffe buone Penicillium glaucumPenicillium roquefortiPenicillium camembert

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Rhizopus: muffa del pane

Le muffe cattive

Penicillium spp.

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La Botrytis cinerea è un fungo parassita che attacca molte varietà di piante, anche se fra i diversi ospiti quello economicamente più rilevante è la vite (in particolare aggredisce i grappoli d'uva).In viticoltura è comunemente nota come muffa grigia.A l centro la stessa muffa sulle fragole.

Le muffe cattive

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Penicillium italicum and Penicillium digitatum growing on an orange.by George Barron

Le muffe cattive

The name Penicillium comes frompenicillus = brush, and this is based onthe brush-like appearance of the fruitingstructures (above right) under themicroscope.

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Le caratteristiche fisicoLe caratteristiche fisico--chimiche chimiche degli alimenti determinano degli alimenti determinano

il loro grado di suscettibilità il loro grado di suscettibilità all’attività microbica.all’attività microbica.

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Alimenti deperibili,Alimenti deperibili, che comprendono molti cibi freschi (carne, pesce, frutta e verdura)

D.M. 16/12/93 aW=0,95 pH>5,2 Alimenti semideperibiliAlimenti semideperibili (patate e frutta

secca)

Alimenti non deperibili o stabiliAlimenti non deperibili o stabili (farina, zucchero, riso, legumi secchi) aW < 0,85

Classificazione degli alimenti rispetto Classificazione degli alimenti rispetto alla loro durata di conservazionealla loro durata di conservazione

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Deterioramento microbico di alimenti freschi

I cibi freschi sono deteriorati da numerosi I cibi freschi sono deteriorati da numerosi tipi di batteri e funghitipi di batteri e funghi

Dal momento che le proprietà chimiche variano ampiamente, i diversi alimenti sono colonizzati dagli i diversi alimenti sono colonizzati dagli

organismi indigeni più idonei a utilizzare i organismi indigeni più idonei a utilizzare i nutrienti disponibilinutrienti disponibili

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Deterioramento microbico di alimenti freschiDeterioramento microbico di alimenti freschi

Prodotto alimentare Tipo di microrganismo

Principali agenti deterioranti

Frutta e verdura Batteri Pseudomonas, Corynebacterium(principalmente patogeno per la verdura)

Funghi Aspergillus, Botrytis, Geotrichium, Rhizopus, Penicilllum, vari lieviti

Carni fresche, frutti di mare

Batteri Acinetobacter, Aeromonas , Micrococcus,Pseudomonas, Proteus, Salmonella, Escherichia, Campylobacter, Listeria

Funghi Sporotrichium, Candida, Geotrichium, Rhizopus, Penicilllum, Morula.

Latte Batteri Streptococcus, Pseudomonas,Leuconostoc, Lactobacillus, Lactococcus, Proteus, Clostridium, Bacillus,Flavobacterium

Alimenti con alto contenuto zuccherino

Batteri Clostridium, Bacillus, Flavobacterium

Funghi Saccharomyces, Torula, Penicillum

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ORIGINE DEI BATTERI ORIGINE DEI BATTERI CAUSA DI MALATTIE ALIMENTARICAUSA DI MALATTIE ALIMENTARI

Ambiente Animali UomoAeromonasAeromonas XX

B. cereusB. cereus XX

Cl. botulinumCl. botulinum XX XX

Cl. perfringensCl. perfringens XX XX XX

S. typhiS. typhi XX

S. non typhiS. non typhi XX XX

StafilococciStafilococci XX XX

L. monocitogenesL. monocitogenes XX XX

E. coliE. coli XX XX

Y. enterocoliticaY. enterocolitica XX XX

C. jejuniC. jejuni XX

ShigellaShigella XX

VibrioVibrio XX

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COME SI CONTAMINANO GLI ALIMENTI?

1. ALL’ORIGINE

2. DURANTE L’IMMAGAZZIMENTO: Depositi non idonei Scarsa pulizia delle celle frigo con promiscuità degli alimenti Temperature inadeguate

3. DURANTE LA MANIPOLAZIONE: Inosservanza delle norme igieniche personali Attrezzature e superfici di lavoro contaminate Tempi e temperature di cottura inadeguati Promiscuità cotto/crudo, sporco/pulito

4. DOPO LA PREPARAZIONE: Conservazione a temperatura non idonea Promiscuità cotto/crudo Confezionamento in condizioni igieniche inadeguate

IN TUTTE LE FASI E’ POSSIBILE LA CONTAMINAZIONE DA PARTE DI INSETTI, RODITORI, ECC.

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La crescita microbica negli alimentiLo sviluppo dei microrganismi negli alimenti segue il

modello standard della crescita microbica.

o La fase di latenza può essere di durata variabileo La velocità di crescita durante la fase esponenziale dipende dalla

temperatura, dal valore nutritivo dell’alimento e da altre condizionidi crescita.

Il tempo necessario affinché la popolazione raggiunga unadensità significativa per determinare il deterioramentodel prodotto alimentare dipende:

dall’inoculo iniziale

dalla velocità di crescita durante la faseesponenziale.

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FATTORI CHE INFLUENZANO LA CRESCITA DEI MICRORGANISMI

• Composizione chimica: (presenza di nutrienti come proteine, zuccheri, grassi, vitamine, etc.)

• Contenuto in acqua: (Aw: attività dell’acqua) (la maggior parte ha bisogno di una disponibilità di acqua superiore al 95%)

• pH: neutro e comunque superiore a 4.5 e inferiore a 9

• Atmosfera: gli aerobi hanno bisogno di ossigeno, gli anaerobi sono inattivati dall’ossigeno (Eh)

• Temperatura:1. 0-4°C FRIGO (i microrganismi non si riproducono ma rimangono vitali)2. 15-45°C Temperatura IDEALE per la moltiplicazione dei microrganismi3. > 60-100°C i microrganismi vengono uccisi ma le spore (Clostridi del botulismo) e alcune

tossine (Staphilococcus aureus) sono termoresistenti e conservano la loro attività

• Tempo trascorso tra preparazione e consumo: (alla temperatura ottimale 20-40°C si dividono ogni 20 minuti circa)

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La temperatura

In generale, una bassa temperatura di conservazione riduce la velocità di deterioramento

Tuttavia, un certo numero di microrganismi psicrotolleratipossono sopravvivere e crescere anche alle temperature direfrigerazione.

Per tanto è possibile conservare cibi deperibili per lungo temposolo a temperature inferiori a 0°C:-20°C-80°C (ghiaccio secco)

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TEMPERATURALa maggior parte dei microrganismi tossici che attaccanogli alimenti appartiene al gruppo dei microrganismi mesofilila cui temperatura ottimale di sviluppo è di 35-37°C (Salmonella,Cl. botulinum tipo A e B, Cl. perfringens, S. aureus, ecc.).Anche altre Enterobacteriaceae e la maggior parte dei batteriGram+, per es. Bacillus e Clostridium, Micrococcus e batteri lattici,crescono nell’intervallo mesofilo.

Solo pochi microrganismi appartengono al gruppo dei termofiliperché possiedono una temperatura minima di sviluppo >40°C. Viappartengono soprattutto le specie di Bacillus e Clostridium

Alcune muffe sono termotolleranti: possiedono l’optimum ditemperatura nell’intervallo mesofilo, ma possono ugualmentetollerare temperature di sviluppo elevate.

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Il pH

La maggior parte dei cibi ha un pH neutro o acido

• Un pH pari o inferiore a 5 inibisce la crescita della maggior partedei microrganismi in grado di alterare gli alimenti

Pertanto l’acido viene spesso usato nella conservazione degli alimenti

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Cibo fermentato

Nel cibo, in alcuni casi si può sviluppare acido per effetto dell’attività microbica: il prodotto in al caso viene definito cibo fermentato

Esempi: crauti, yogurt, panna acida, formaggi.

I microrganismi coinvolti nella fermentazione degli alimenti sono:

i batteri lattici, acetici e propionici.Questi batteri non crescono ad un pH inferiore a 4,

pertanto il processo è autolimitanteil processo è autolimitante

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Valori minimi e massimi di pH per lo sviluppo dei microrganismi

Microrganismi Minimo pH Massimo pH AcidoresistenzaMicrococcus sp.Pseudomonas aeruginosaBacillus stearothermophilus

5,65,65,2

8,18,09,2

Bassa acidoresistenzapH min > 5,0

Clostridium botulinum Tipo EClostridium sporogensBacillus cereusVibrio ParahaemolyticusClostridium botulinum Tipo A,BStafilococcus aureusSalmonelleEscherichia coliProteus vulgarisStreptococcus lactisBecillus cereus

5,0-5,25,04,94,84,5

4,04,0-4,5

4,44,4

4,3-4,84,3-4,9

9,09,311,08,5

9,88-9,69,09,29,2

Media acidoresistenzapH min 5,0-4,0

Batteri latticiLactobacillus spp.Batteri aceticiAcetobacter acidophilusLievitiSaccharomyes cerevisiaeFunghiPenicillium italicumAspergillus oryzae

3,8-4,4

2,6

2,3

1,91,6

7,2

4,3

8,6

9,39,3

Forte acidoresistenzapH min 4,0

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Attività dell’acquaL’aw è definita come la disponibilità di acqua per i

processi metabolici dei microrganismi.Poiché i microrganismi non crescono in condizioni di bassa

attività dell’acqua (scarsa disponibilità idrica)La crescita microbica può essere controllata

abbassando il contenuto idrico disponibile neglialimenti:

Essiccando Aggiungendo un soluto a concentrazione elevata come

sale o zucchero

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AwValori medi approssimativi di Aw per alcuni alimenti

Carni 0.95 – 0.97

Formaggi 0.87 – 0.93

Marmellate 0.82 – 0.93

Latte concentrato zuccherato

0.80 – 0.87

Frutta secca 0.72Uova in polvere 0.40Biscotti 0.30Latte in polvere 0.20

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Valori minimi approssimativi di Aw per la crescita dei microrganismi

BatteriLievitiMuffeBatteri alofiliMuffe xerofileLieviti osmofili

0.910.880.800.750.650.60

Aw

Xerofilo: capace di vivere a basse Aw e ad alte concentrazioni salineAlofilo: capace di vivere ad alte concentrazioni salineOsmofilo: capace di crescere su ampi intervalli di valori di Aw o di pressione osmotica; (Staphylococcus, Saccharomyces)

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CATEGORIE DI ALIMENTI

in relazione ad Aw , pH e Temperatura di conservazione

Categoria pH Aw Temperatura °CAltamente

deteriorabile>5.2 >0.95 <5

Deteriorabile 5.2 - 5 - <10Deteriorabile - 0.95-0.90 <10

Stabile <5.2 <0.95 T.AStabile <5 - T.A.Stabile - <0.90 T.A

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POTENZIALE DI OSSIDO-RIDUZIONE (Eh)Rappresenta il grado di ossidazione di un alimento

E’ funzione:• del pH• della composizione dell’alimento (presenza di sostanze riducenti come cisteina, acido ascorbico, ecc.)• della concentrazione di ossigeno

Sistemi in uso:• atmosfera controllata: aggiunta CO2 e CO2 + NO2• “sottovuoto”: eliminazione dell’aria dell’alimento con riduzione della concentrazione di O2

N.B.Il “sottovuoto”:• non elimina i patogeni• non ne inibisce totalmente la moltiplicazione (per es. le Salmonelle crescono bene se la temperatura di conservazione è di 15 – 18°C e gli anaerobi sono addirittura favoriti).

Eh (mV) MICRORGANISMI

+100 + 500 Aerobi obbligati

+200 -200 Anaerobi facoltativi

-300 + 125 Anaerobi obbligati

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La conservazione degli alimenti

E’ l'insieme delle tecniche che servono a rallentare iprocessi di alterazione a cui vanno incontro glialimenti sia per l'effetto del tempo che dell'ambienteesterno (luce e calore) mantenendone inalterate leproprietà nutritive ed organolettiche e la qualitàigienico-sanitaria.

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Metodi di conservazione degli alimenti

Sono disponibili vari metodi per la conservazione deglialimenti e la loro scelta dipende sia dal tipo di alimentoda fattori ambientali, economici ed igienici.

A livello industriale si usano diverse tecniche di conservazione.

I metodi di conservazione degli alimenti tendono ad evitare le alterazioni

rendendoli più stabili.

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PROCEDIMENTI DI CONSERVAZIONE DELI ALIMENTI

CONSERVAZIONE

Procedimenti chimici

Procedimenti fisici

Procedimenti biologici

Atmosferagassosa

Abbassamentodel valore aw

RiscaldamentoRaffreddamento

Irradiazione

•Aggiunta di conservanti•Salamoia•Affumicatura

•Sottrazione di acqua:•Essiccamento•Affumicatura•Congelamento•Salatura•Aggiunta di zucchero•Salamoia

•Pastorizzazione•Cottura•Sterilizzazione•Congelamento•Refrigerazione Radiazioni UV β e γ

Gas protettivo (CO2, N2)Confezionamento sotto vuoto

Fermentazione lattica

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Stabilizzazione

Operazioni in cui si ha la distruzione o l’inibizione di fattori di degradazione quali microrganismi e/o enzimi. Si possono avere contemporaneamente modifiche delle caratteristiche chimiche, strutturali, nutrizionali e sensoriali dei prodotti ottenuti.

Operazioni unitarieOperazioni unitariePastorizzazione e Sterilizzazione termicaSurgelazioneEssiccamento in corrente d’ariaEssiccamento per ebollizione a pressione atmosferica e

sotto vuotoLiofilizzazioneIrraggiamento UV e γ

Operazioni complesseDeidrosurgelazione

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Processi con calore

ApplicazioneRimozione

Vapore/Acqua Aria Olio Energiaradiante

Sterilizzazione Essiccamento Microonde

Liofilizzazione

Congelamento

Evaporazione

Cottura

Arrostimento Infrarossi

Raggi Y

Pastorizzazione

Cottura

Estrusione

Conc. freddo

Frittura

Scottatura

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Trattamento termico � ha lo scopo di cuocere e conservare gli alimenti

Effetti positivi Effetti negativi

Aumento tempo di conservazione

Sicurezza microbiologica

Riduzione o eliminazione fattori antinutrizionali

Perdita nutrienti

Formazione artefatti antinutrizionali o molecole potenzialmente tossiche

Formazione aromi e/o sapori sgraditiantinutrizionali

Maggiore appetibilità

Disponibilità costante (tempo e luogo)

Ampliamento varietà

Possibili interazioni contenitore/alimento

Qualità alimento

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Cambiamenti indotti dal trattamento termico

Proprietà Cambiamenti

Consistenza, stato fisico Riduzione della solubilità

Riduzione del potere di ritenzione di acqua

Aumento di consistenza

Agglomerazione di particelle

Aroma, sapore Formazione di rancidità

Formazione di odore di caramello, di cotto

Perdita di aromiPerdita di aromi

Formazione odori e/o aromi e/o sapori estranei

Colore Imbrunimento enzimatico e non

Formazione di off-colors

Perdita di colore

Valore nutrizionale Vitamine

Proteine

Lipidi

Componenti minerali

Carboidrati

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Sterilizzazione

Si definisce come la eliminazione “completa” dei microrganismi (MO) e degli enzimi (E) di una matrice

Si può ottenere con calore (vapore, fiamma ecc.); mezzi fisici (eliminazione cellule); radiazioni; agenti chimici

Il calore è in genere il più utilizzato

Si può ottenere una “distruzione” più contenuta con trattamenti più “delicati” come la pastorizzazione, la scottatura (blanching) e la termizzazione che operano a T più basse

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Sterilizzazione termica

• Definizione : trattamento termico (a temperature e tempi sufficienti) atto a distruggere i microrganismi ed inattivare gli enzimi in grado di danneggiare la salute dei consumatori e/o alterare i prodotti confezionati

• Si ha con una riduzione statistica di un microrganismo test � la sterilizzazione non è mai una distruzione totale ma una riduzione della probabilità di sopravvivenza

• Si può ottenere con calore secco o umido

• Calore secco � usato per vetreria, metallo ed oggetti che non fondono; 160 °C per 60 min – 180 °C per 30 min; si ottiene all’interno di stufe a secco con aria calda; poco usata perché lenta

• Calore umido � si usa vapore che penetra anche tra le fibre e nei corpi porosi; poco costosa e non tossica

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1°legge di Bigelow (cinetica con T cost)

log (N0 / N) = t / D

N0 - carica iniziale N - carica finalet - tempo trattamentoD – tempo di riduzione decimale ossia durata del trattamento termico a T cost per ridurre una popolazione microbica ad 1/10 termico a T cost per ridurre una popolazione microbica ad 1/10 del suo valoreInfatti se N0 = 10N � log N0/N = 1 �t = D

L’equazione rappresenta una retta in un grafico log(N) = f(t)

log (N0 / N) = t / Dlog N0 – log N = t / Dlog N = log N0 – (1/D)t

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4

6

8

10

12lo

g N 100 °C

80 °C

0

2

4

0 5 10 15

sec

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0123456789

1011

log

N

D

0

0 2 4 6 8 10 12 14 16

sec

Si ricava che:• il numero di MO finale dipende da quello iniziale• i MO si possono distruggere completamente teoricamente per t=∞• a Tcost > [MO] , > deve essere t di trattamento• >D > resistenza termica

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• Per le conserve sterilizzate a pH>4.5 si ammette che il trattamento è sicuro se consente di ottenere dodici riduzioni decimali di Cl. botulinum o cinque riduzioni decimali del Cl. sporogenes PA n. 3679 (è più termoresistente del Cl. botulinum)

• D misura la resistenza termica di un microrganismo e dipende da� specie e ceppo (i lieviti e le muffe sono – resistenti dei batteri; i bacilli sono + resistenti dei cocchi)sono + resistenti dei cocchi)� forma (le spore sono + resistenti)� pH � massima resistenza alla neutralità; diminuisce con pH acidi� umidità relativa � se diminuisce UR o aumenta la pressione osmotica aumenta la resistenza termica (il calore secco è meno attivo del calore umido)� composizione del mezzo (grassi, zuccheri e sali aumentano la resistenza)

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Temperatura (°C)

D (min)

Bacillus cereus (s) 100 5.5Bacillus coagulans (s) 121 0.01-0.07Bacillus subtilis (s) 121 0.3-0.7Clostridium butiricum (s) 85 12-23Clostridium sporogenes (s) 121 0.2-1.5Clostridium perfringens (s) 100 0.3-17.6Clostridium perfringens (s) 100 0.3-17.6Bacillus stearothermophilus (s) 121 4-5Clostridium botulinum (s) 121 0.13-0.25Escherichia coli (m) 70 0.006-0.04Listeria monocytogenes (m) 70 0.15-0.27Salmonella typhimurium (m) 70 0.03-815Staphylococcus aureus (m) 70 0.3Streptococcus faecium (m) 74 0.015-2.57

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Modalità di riscaldamento

• Conduzione : il trasferimento del calore avviene tra due superfici solide o all’interno di un solido passando dal corpo più caldo a quello più freddo per effetto dei movimenti oscillatori delle molecole;

• Convezione : il calore passa da una zona all’altra di un fluido per effetto dei moti delle molecole che si spostano dalle zone più calde a quelle più fredde moti delle molecole che si spostano dalle zone più calde a quelle più fredde (naturale o forzata);

• Irraggiamento : i corpi riscaldati emettono radiazioni elettromagnetiche che possono venire assorbite da altri corpi ed essere convertite in calore. La trasmissione può avvenire anche in assenza di materiale (vuoto). Le più assorbite sono le infrarosse, le micro-onde sono efficaci in sostanze con acqua o altre molecole polari

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Il trattamento termico si può effettuare• sul prodotto solido o liquido già in contenitori � sterilizzazione classica (appertizzazione)� discontinui - richiedono operazioni di carico e scarico manuali od automatiche� bagni aperti : sono grandi recipienti dove gli inscatolati vengono riscaldati

completamente immersi; ovviamente la temperatura non può essere superiore a 100 °C

� autoclavi

� continui - autoclavi in cui i recipienti da sterilizzare sono trasportati da dispositivi automatici; regolando la velocità e la lunghezza del percorso è possibile variare il tempo di sterilizzazione

• sul prodotto liquido sfuso che in seguito viene confezionato sterilmente caldo o freddo (metodi continui)� con scambiatore (metodo indiretto)� iniezione di vapore (uperizzazione)� infusione nel vapore

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Sterilizzazione classica o discontinua (appertizzazione)

• Nacque agli inizi del secolo XIX grazie ad un cuoco francese Francois Appertche scaldava gli alimenti racchiusi in contenitori di vetro per evitarne ildeterioramento• Il metodo venne poi perfezionato con l’introduzione dell’autoclave checonsente di raggiungere temperature superiori ai 100 °C e quindi lasterilizzazionesterilizzazione• Attualmente molto utilizzato per la conservazione di alimenti vegetali, animalie pietanze• La buona riuscita dipende da:

� qualità delle materie prime� igiene delle materie� igiene degli impianti� corretti trattamenti delle materie prime� perfetta sterilizzazione

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Sterilizzazione classica o discontinua (appertizzazione)

preparazione prodotto

pretrattamento

varie operazioni per i vegetali (lavaggio, cernita, sbucciatura, denocciolatura, calibratura, cubettatura, taglio ecc.) e per le carni (disossamento, eviscerazione,

confezionamento

trattamento termico

stoccaggio

carni (disossamento, eviscerazione, sfilettatura ecc.)

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Sterilizzazione classica o discontinua (appertizzazione)

preparazione prodotto

pretrattamento

Prima dell’inscatolamento gli alimenti subiscono un pretrattamento termico• precottura – se la sterilizzazione non è sufficiente alla cottura completa (carne, legumi)• concentrazione – per i prodotti troppo

confezionamento

trattamento termico

stoccaggio

• concentrazione – per i prodotti troppo acquosi• scottatura o blanching – viene utilizzato anche per il congelamento o l’essiccamento

� riduce la contaminazione microbica ed inattiva gli enzimi � intenerisce i tessuti facilitando il riempimento�allontana l’aria evitando ossidazioni dopo la chiusura� attenua odori e sapori forti� fissa il colore

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Sterilizzazione classica o discontinua (appertizzazione)

preparazione prodotto

pretrattamento

BlanchingIl tipo di trattamento dipende da• tipo di alimento• dimensioni• metodo di riscaldamento

confezionamento

trattamento termico

stoccaggio

Importante:• se troppo spinto si ha rammollimento e perdita di aroma• se troppo debole si può avere rottura delle cellule con liberazione di enzimi che non vengono disattivati

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Sterilizzazione classica o discontinua (appertizzazione)

preparazione prodotto

pretrattamento

BlanchingSi può effettuare con • vapore

� minori perdite di componenti idrosolubili� minori scarichi

confezionamento

trattamento termico

stoccaggio

� facile pulizia� pulizia limitata dell’alimento� maggiori costi di investimento� minore efficienza termica

• acqua calda� minori costi di investimento� maggiore efficienza termica� maggiore perdita di componenti idrosolubili� maggiori costi in acqua� maggiori costi di depurazione� maggiori possibilità di inquinamenti batterici

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Sterilizzazione classica o discontinua (appertizzazione)

preparazione prodotto

pretrattamento

BlanchingEffetti• si perdono minerali, vitamine e componenti idrosolubili in relazione a

� tipologia di vegetale, varietà maturità

confezionamento

trattamento termico

stoccaggio

� tipo di preparazione� dimensione� metodo di blanching e di raffreddamento� umidità alimento

• varia il colore per reazioni di Maillard, caramellizazione e scissione della emoglobina• varia il flavour• varia la struttura per solubilizzazione pectine e collagene, fluidificazione gelatina

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Sterilizzazione classica o discontinua (appertizzazione)

preparazione prodotto

pretrattamentoSi deve ottenere un vuoto parziale nel

confezionamento

trattamento termico

stoccaggio

Si deve ottenere un vuoto parziale nel contenitore• si inseriscono prodotti caldi• si scaldano aperti a 65-70 °C per 10-15 min

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Sterilizzazione classica o discontinua (appertizzazione)

preparazione prodotto

pretrattamento

confezionamento

trattamento termico

stoccaggio

Le condizioni dipendono da molti fattori:

• per alimenti con pH < 4.5 (frutta, pelati, passato ecc.) si usano 90-100 °C per tempi variabili in funzione delle dimensioni e dell’impianto

• per alimenti con pH > 4.5 (ortaggi, carne, pesce ecc.) si usano 100-120 °C per tempi variabili in funzione delle dimensioni e dell’impianto

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Impianti di sterilizzazione

discontinui – richiedono operazioni di carico e scarico manuali od automatiche� bagni aperti : sono grandi recipienti dove gli inscatolati vengono riscaldati completamente immersi; ovviamene la temperatura non può essere superiore a 100 °C

� autoclavi� autoclavi

continui – autoclavi in cui i recipienti da sterilizzare sono trasportati da dispositivi automatici; regolando la velocità e la lunghezza del percorso è possibile variare il tempo di sterilizzazione

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Bacinelle

AutoclaviAutoclavi

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“Retort pouch” �busta flessibile sterilizzabile

• Il prodotto è posto in una busta flessibile con tre strati� polipropilene interno � inerte e termostabile� alluminio � barriera a luce, aria ed umidità� poliestere esterno � resistenza meccanica e stampabile

• Riempimento, sigillatura sottovuoto, sterilizzazione• Riempimento, sigillatura sottovuoto, sterilizzazione• Tempi di sterilizzazione di 1/3 o 1/2 rispetto alla banda stagnata di uguale volume

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Vantaggi

• riduzione peso e volume � minimoingombro, riduzione spese di trasporto e confezioni più maneggevoli

• ampio numero di formati

• facilità apertura ed esposizione sui banchi di vendita

Svantaggi

• lo spessore della busta influenza i tempi di sterilizzazione

• possibile presenza di gas residui nello spazio di testa � imbrunimento

• dimensionamento della busta fondamentale •vendita

• eliminazione liquido di governo � ridotta diffusione dei nutrienti nel liquido

• possibilità di riscaldamento diretto del prodotto da parte del consumatore (piatti pronti, precotti)

• utilizzabile per grandi formati

• dimensionamento della busta fondamentale � rottura busta se eccessivo

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Sterilizzazione classica o discontinua (appertizzazione)

preparazione prodotto

pretrattamento

confezionamento

trattamento termico

stoccaggio

Le scatole vengono etichettate ed imballate.Può essere necessario un periodo di maturazione prima della commercializzazione (es. pesce sott’olio in cui sale ed olio devono penetrare nei tessuti)

Gli alimenti così prodotti hanno una lunga shelf-life (sino a 5 anni)

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Il prodotto liquido sfuso viene sterilizzato ed in seguito viene confezionato sterilmente caldo o freddo (metodi continui)

� con scambiatore (metodo indiretto)

� iniezione di vapore (uperizzazione)

Sterilizzazione su prodotto sfuso ���� Confezionamento asettico

� iniezione di vapore (uperizzazione)

� infusione nel vapore

� sistema ATAD

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ConcentrazioneLa concentrazione è definita come la parziale eliminazione del solvente (acqua

in genere) da una soluzione

Aumenta la conservabilità del prodotto e consente di preparare i prodotti per altri trattamenti (essiccamento, liofilizzazione o cristallizzazione)

E’ una tecnica molto utilizzata nelle IA (succhi concentrati, latte in polvere, zucchero )zucchero )

I vantaggi sono la riduzione del volume dei prodotti e quindi i minori costi di stoccaggio e trasporto

Gli svantaggi sono l’utilizzo di elevate temperature con perdita delle componenti volatili e delle componenti termolabili � utilizzo di basse pressioni

Tecniche di concentrazione sono:evaporazionecrioconcentrazioneosmosi inversa

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Evaporazione

E’ un sistema molto antico, utilizzato forse ancora prima della scoperta del fuoco e basato sul sole

Un sistema di evaporazione è formato dascambiatore � sistema di riscaldamento del prodotto separatore � area dove avviene la separazione del liquido concentrato dal

vaporecondensatore � scambiatore per la condensazione del vapore sia diretto (il

vapore è mescolato con l’acqua di raffreddamento) o indiretto (scambiatore a vapore è mescolato con l’acqua di raffreddamento) o indiretto (scambiatore a superficie)

Molto importate l’evaporatore il cui funzionamento dipende dalla sua struttura fisica, dal tipo di prodotto, dalle incrostazioni eventuali di superficie, dal movimento del prodotto ecc.

Esistono evaporatori senza riciclo (il prodotto passa un volta sola nell’evaporatore e nel separatore uscendo alla concentrazione voluta) o con riciclo (il prodotto passa più volte nell’evaporatore e nel separatore e riceve altro prodotto da trattare)

Un sistema di evaporazione può essere a singolo effetto od a multiplo effetto. Quest’ultimo può essere in equicorrente od in controcorrente

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condenseEvaporatore senza riciclo

vapore

acquafredda

scambiatore evaporatore condensatore

prodotto concentratoprodotto daconcentrare

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condenseEvaporatore con riciclo

prodotto concentrato

prodotto daconcentrare

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Evaporatore triplice effetto, equicorrente, senza riciclo condense

prodottoconcentrato

condenseprodotto daconcentrare

condense

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prodottoconcentrato

Evaporatore triplice effetto, equicorrente, con riciclo condense

concentrato

condenseprodotto daconcentrare

condense

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Evaporatore triplice effetto, controcorrente, con riciclo condense

prodottoconcentrato

condense

prodotto daconcentrare

condense

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Poco utilizzati se non in situazioni artigianali

Evaporatori

A fuoco diretto

Incamiciati

A tubi

Corti

Sommersi

Lunghi a film ascendente

Lunghi a film discendente

A piastreA piastre

A film agitato

Centrifughi

Wurling

A bolla

A pompa di calore

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Poco utilizzati se non per liquidi molto viscosi. Richiedono sempre un agitatore. Si utilizzano per piccole produzioni

Evaporatori

A fuoco diretto

Incamiciati

A tubi

Corti

Sommersi

Lunghi a film ascendente

Lunghi a film discendente

A piastreA piastre

A film agitato

Centrifughi

Wurling

A bolla

A pompa di calore

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I tubi sono corti (circa 2 m) con diametrogrande (circa 10 cm). L’evaporazione si hanei tubi con circolazione naturale attraversoil canale centrale di grande diametro. E’poco costoso, molto resistente e può essereutilizzato anche per soluzioni che lascianoincrostazioni o per soluzioni conconcentrazioni alquanto elevate

Evaporatori

A fuoco diretto

Incamiciati

A tubi

Corti

Sommersi

Lunghi a film ascendente

Lunghi a film discendente

A piastreA piastre

A film agitato

Centrifughi

Wurling

A bolla

A pompa di calore

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Evaporatori

A fuoco diretto

Incamiciati

A tubi

Corti

Sommersi

Lunghi a film ascendente

Lunghi a film discendente

A piastre

Si presentano in genere come cilindri verticali.Nella parte inferiore vi è una serie di tubiorizzontali nei quali passa il vapore diriscaldamento, il fascio tubiero è completamenteimmerso nella soluzione. Questo tipo dievaporatori si rivela adatto per soluzioni nontroppo viscose che non depositano cristalli.Presentano costi di produzione inferiori rispetto adaltri tipi.

A piastre

A film agitato

Centrifughi

Wurling

A bolla

A pompa di calore

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Evaporatori

A fuoco diretto

Incamiciati

A tubi

Corti

Sommersi

Lunghi a film ascendente

Lunghi a film discendente

A piastre

Negli evaporatori sommersi a circolazione forzatail movimento della soluzione evaporante avvienegrazie ad una pompa. Si utilizza se la viscosità èalta e, di conseguenza, la velocità di passaggio edil coefficiente di scambio risulterebbero troppobassi con una semplice convezione naturale. Loscambiatore di calore può essere posto all'interodel corpo evaporante, o all'esterno con maggioresemplicità di pulizia e sostituzione dei tubidanneggiati, nonché un minor ingombro.

A piastre

A film agitato

Centrifughi

Wurling

A bolla

A pompa di calore

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Evaporatori

A fuoco diretto

Incamiciati

A tubi

Corti

Sommersi

Lunghi a film ascendente

Lunghi a film discendente

A piastre

Gli evaporatori a tubi verticali lunghi, detti anchetipo Kestner, presentano un numero ridotto di tubilunghi (circa 6 ÷ 7 metri e circa 2 cm di φ ) neiquali circola la soluzione da concentrare. Ilmovimento del liquido all'interno dello scambiatoreè dovuto alla gravità, se discendente o cadenteod al trascinamento dovuto all'ebollizione, seascendente. All'esterno dei tubi, nel contenitorecilindrico che li racchiude, viene inviato vapore. Lasoluzione, alimentata dalla parte inferiore, vienemantenuta nei tubi a un livello piuttosto basso,circa un terzo della loro lunghezza.A piastre

A film agitato

Centrifughi

Wurling

A bolla

A pompa di calore

circa un terzo della loro lunghezza.In genere questi modelli consentono coefficienti discambio molto elevati grazie alla velocità delliquido a contatto dei tubi, piuttosto alta, ma sonomolto sensibili alla formazione di sporco dovutoalla precipitazione di solidi sulla superficie discambio, che diventa il punto di massimatemperatura e concentrazione. Sonoparticolarmente usati nell'industria del pomodoro,del siero e dei vini grazie al breve tempo distazionamento.

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Evaporatori

A fuoco diretto

Incamiciati

A tubi

Corti

Sommersi

Lunghi a film ascendente

Lunghi a film discendente

A piastre

Compatto ed economicamente efficiente,l'evaporatore/condensatore a piastresostituisce le unità a strato sottili, grandi ecostose. I canali profondi e le grandi boccheconsentono l'evaporazione e lacondensazione sotto vuoto e a bassapressione di sistemi a fasi acquose eorganiche. Questi evaporatori hannocaratteristiche di funzionamento analoghe aquelle dei verticali a tubi lunghi verticali.Diffusi nell’industria alimentare anche perconcentrazioni elevate su prodottiA piastre

A film agitato

Centrifughi

Wurling

A bolla

A pompa di calore

concentrazioni elevate su prodottitermosensibili (latte, succhi di frutta e divegetali)

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Evaporatori

A fuoco diretto

Incamiciati

A tubi

Corti

Sommersi

Lunghi a film ascendente

Lunghi a film discendente

A piastre

A film agitato

CentrifughiCentrifughi

Wurling

A bolla

A pompa di calore

Usati per liquidi molto viscosi. La turbolenza viene garantita dall’agitazione meccanica. E’ simile ad un evaporatore a film cadente con un solo tubo incamiciato di grande diametro con un agitatore interno. IL liquido entra dall’alto e viene distribuito dal moto turbolento delle lame verticali dell’agitatore. Il concentrato viene scaricato dal basso.

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Evaporatori

A fuoco diretto

Incamiciati

A tubi

Corti

Sommersi

Lunghi a film ascendente

Lunghi a film discendente

A piastre

A film agitato

Centrifughi

L’evaporatore centrifugo (Centritherm) è unevaporatore a singolo effetto che opera sottovuoto e utilizza vapore per il riscaldamento. Lasuperficie riscaldante è posta sotto a dei conirotanti. Il prodotto da concentrare entranell’evaporatore attraverso un tubo dialimentazione e degli iniettori (uno per ogni cono)e viene distribuito sulle superfici riscaldate. Laforza centrifuga distribuisce istantaneamente ilprodotto su di una superficie molto sottile (circa0.1 mm) ed il prodotto attraversa la superficie

Centrifughi

Wurling

A bolla

A pompa di calore

0.1 mm) ed il prodotto attraversa la superficieriscaldata in meno di 1 secondo. Il prodottoconcentrato viene raccolto alla fine dei coni etrasferito all’esterno da tubazioni.I vapori vengono raccolti al centro dei coni e trasferiti ad un condensatore esterno. Il Centritherm è un evaporatore di facile utilizzo e pulizia mediante un sistema CIP.

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Evaporatori

A fuoco diretto

Incamiciati

A tubi

Corti

Sommersi

Lunghi a film ascendente

Lunghi a film discendente

A piastre

Si tratta di un evaporatore con un serpentino riscaldante rotante.Vi è un serpentino sul fondo riscaldato a vapore, rotante nella vasca dove si trova il prodotto sotto vuoto in ebollizione. Efficienza elevata anche con prodotti viscosi ed incrostanti. Semplice da costruire viene usato per concentrazioni spinte di prodotti quali la purea di pomodoro

A piastre

A film agitato

Centrifughi

Wurling

A bolla

A pompa di calore

vapore

alim

enta

zion

e

vapore

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Le bolle sono degli evaporatori incamiciatichiusi, operanti sotto vuoto, molto utilizzatenelle industri alimentari. Un agitatore internoserve a evitare incrostazioni sulla superficieinterna della bolla e a facilitare la trasmissionedel calore. Sono generalmente utilizzate nelleindustrie di pomodoro, confetture esaccarifera.

Evaporatori

A fuoco diretto

Incamiciati

A tubi

Corti

Sommersi

Lunghi a film ascendente

Lunghi a film discendente

A piastre

A film agitato

Centrifughi

Wurling

A bolla

A pompa di calore

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Evaporatori

A fuoco diretto

Incamiciati

A tubi

Corti

Sommersi

Lunghi a film ascendente

Lunghi a film discendente

A piastre

Evaporatori che utilizzano una pompa di calore per generare l'energia termica necessaria ad evaporare ed utilizzano lo stesso gas frigotecnico per condensare i vapori. Dal punto di vista energetico equivalgono ai sistemi a 3-4 effetti ma consentono una riduzione dei costi di investimento in quanto l'evaporazione avviene in un unico effetto. La tecnica è più efficiente delle tradizionali ad acqua calda / vapore a singolo effetto, essendo competitivi con gli schemi a multiplo effetto; hanno comunque costi energetici 2 - 5 volte più alti di uno schema a A piastre

A film agitato

Centrifughi

Wurling

A bolla

A pompa di calore

2 - 5 volte più alti di uno schema a ricompressione meccanica del vapore

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La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta. Il loro ciclo termodinamico è assolutamente uguale a quello dei frigoriferi. La sostanziale differenza consiste nel fatto che nei frigoriferi ci interessa il calore sottratto alla sorgente fredda, mentre nelle pompe di calore interessa il calore ceduto alla sorgente calda.interessa il calore ceduto alla sorgente calda.

La pompa di calore è costituita da un circuito chiuso, percorso da uno speciale fluido (frigorigeno) che, a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione in cui si trova, assume lo stato di liquido o di vapore.Il circuito chiuso è costituito da:

- un compressore; - un condensatore; - una valvola di espansione; - un evaporatore.

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Il condensatore e l'evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, cioè tubi che sono a contatto con un fluido di servizio (acqua o aria) e nei quali scorre il fluido frigorigeno. Il fluido cede calore al condensatore e lo sottrae all'evaporatore.

I componenti del circuito possono essere raggruppati in un unico blocco oppure divisi in due parti (sistemi "SPLIT") raccordate dai in due parti (sistemi "SPLIT") raccordate dai tubi nei quali circola il fluido frigorigeno

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Essa si compone essenzialmente di un circuito sigillato all'interno, nel quale un gas, normalmente Freon R22, compie un intero ciclo termodinamico, detto di Carnot, che consiste in pratica in una compressione quasi adiabatica (a volume praticamente costante) avvenendo in un compressore volumetrico di tipo ermetico.Durante la prima fase del ciclo, detta compressione, il freon aumenta di pressione e di temperatura con un incremento del proprio contenuto entalpico; nella seconda fase il freon attraversa uno scambiatore, nella seconda fase il freon attraversa uno scambiatore, detto condensatore, nel quale viene a contatto con l'acqua o l'aria, cedendo loro in contro corrente il calore immagazzinato nelle due fasi precedenti. Nella terza fase del ciclo termodinamico, il freon attraversa una valvola di espansione ove subisce un processo di "laminazione" e una conseguente riduzione di pressione e quindi un calo della temperatura. Questo cambiamento di stato da gas a liquido è utilizzato nell'evaporazione (quarta fase) dove il freon si troverà a temperature molto basse, tali da permettergli di assorbire calore dal fluido vettore esterno apportatore di energia.

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Crioconcentrazione

Si congela una parte dell’acqua presente in un alimento, quindi si separano i cristalli dalla soluzione concentrata.E’ molto adatto per i prodotti termolabili e non si perdono sostanze volatili.

TA

T1Asoluzione

temperatura

concentrazioneCA

T1A

CB

soluz+crist solutosoluz+gh

ghiaccio

TB

PETE

CE

TE – temperatura eutetticaCE – concentrazione eutetticaPE – punto eutettico � la composizione del ghiaccio che si separa è uguale a quella del liquido che rimane

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Un eutettico, o miscela eutettica o azeotropo eterogeneo, (dal greco eu = buono, facile; tettico = da fondere) è una miscela di sostanze il cui punto di fusione è più basso di quello delle singole sostanze che la compongono (da cui il nome "facile da fondere"). Nel diagramma di fase viene identificato da un punto che corrisponde ad un equilibrio invariante. Una miscela eutettica, ad un determinato valore di pressione costante, è caratterizzata da un ben determinato rapporto in peso tra i suoi costituenti e da un ben determinato valore di temperatura eutettica.

Un esempio è una miscela di ghiaccio e sale (H2O allo stato solido e NaCl), il ghiaccio fonde a 0 °C, il sale a 804 °C, mentre la loro miscela eutettica fon de a -21,3 °C. Al punto eutettico sono contemporaneamente presenti le due fasi solide (ghiaccio e NaCl) e la fase liquida (la soluzione) in contemporaneo equilibrio.

Composizione

Soluto

Composizione

dell'eutettico

(soluto per 100 g

di solvente)

Temperatura

eutettica(°C)

KCl 24,5 -10,7

NH4NO3 60 -13,6

NH4Cl 20 -15,4

NaCl 35 -21,3

MgCl2 21 -33

CaCl2 48 -51

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CristallizzatoriA refrigerazione diretta � operano sotto vuoto, quindi si perdono aromi

A refrigerazione indiretta � la refrigerazione viene effettuata in uno scambiatore esterno

SeparatoriPressePresse

Filtri centrifughi

Colonne di lavaggio

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Osmosi inversaL’osmosi è quel fenomeno per cui si assiste al movimento di acqua da una soluzione meno concentrata a una soluzione più concentrata, attraverso una membrana semipermeabile.Per semipermeabile si intende una membrana che permette il passaggio del solvente (per esempio l’acqua) ma non di determinati soluti (per esempio zuccheri e proteine).

Applicando nel comparto della soluzione a maggior concentrazione una pressione superiore a quella una pressione superiore a quella osmotica, il processo si inverte dando luogo al fenomeno dell’ osmosi inversa. In questo caso le molecole di acqua passano attraverso la membrana, mentre le molecole dei sali vengono respinte. Vengono altresì respinte le molecole organiche e nella quasi totalità le cariche microbiche.

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Liofilizzazione

E’ un processo in cui si ha la disidratazione del prodotto per sublimazione dell’acqua in condizioni di alto vuoto

A 0 °C e 4.58 Torr si ha il punto triplo dove sono in equilibrio sol, liq e vap [1 Atm=760 Torr]

Le applicazioni sono numerose : caffè, the, succhi di Le applicazioni sono numerose : caffè, the, succhi di frutta, frutta esotica, prodotti dietetici e per l’infanzia, minestroni vari, prodotti vari di ristorazione

I liofilizzati hanno qualità simili a quelle dei prodotti trattati, si riduce molto il peso (stoccaggio e trasporto facilitati), si conservano per tempi molto lunghi (Aw bassa), reidratazione rapida ed ottimale che porta a prodotti simili a quelli freschi, è una mild technology

Costo però molto elevato !

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Liofilizzazione

Preparazione materiale

Congelamento

Vengono applicate tecniche analoghe a quelle utilizzate per l’essiccamento e la surgelazione. I prodotti liquidi vengono inizialmente concentrati e, a volte, pastorizzati. I prodotti solidi devono essere frantumati.

Si ha una raffreddamento rapido con congelamento centripeto dell’acqua.

Liofilizzazione

Confezionamento

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Liofilizzazione

Preparazione materiale

Congelamento

Liofilizzazione

Confezionamento

Si hanno in genere tre fasi:sublimazione sotto vuoto: si determina un vuoto

(sino a 10 -13 torr) a cui si ha la sublimazione dell’acqua

evaporazione sotto vuoto: per eliminare l’acqua legata si provoca un leggero riscaldamento (<30 °C) sino ad una UR < 5%

ripristino pressione: si riporta con attenzione la pressione ai valori normali

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Liofilizzazione

Preparazione materiale

Congelamento

Liofilizzazione

Confezionamento

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Liofilizzazione

Preparazione materiale

Congelamento

Liofilizzazione

Confezionamento

Importante evitare la reidratazione sia durante il confezionamento che in seguito.Il riempimento viene fatto sotto vuoto o con N2

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Essiccato LiofilizzatoUR > 15% UR < 5%

aspetto fibroso e grinzoso con forma modificata per i solidi

aspetto spugnoso, fragile, forma originaria

i caratteri organolettici dopo reidratazione possono essere

alterati

i caratteri organolettici dopo reidratazione sono simili ai

naturaliperdita componenti possibile nessun cambiamentoperdita componenti possibile nessun cambiamentopossibile formazione di croste

con reidratazione lentanessuna crosta, facile

reidratazionecontenitori anche non ermetici contenitori ermetici

impianti semplici, di costi contenuti

impianti complessi, di costi elevati

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Irradiazione

Sono definite ionizzanti quelle radiazioni, elettromagnetiche e corpuscolate, che

possiedono energia sufficiente per ionizzare, in modo diretto o indiretto, gli atomi del

materiale irradiato che incontrano, impartendo agli elettroni energia cinetica sufficiente a farli

allontanare, con formazione di ioni e radicali liberi

Si tratta di un trattamento ipotizzato già negli anni ’20 ed usato dagli anni ’40

Vengono utilizzate radiazione elettromagnetiche (raggi X, raggi γ) che forniscono una

elevata shelf-life ed una elevata sicurezza

La FAO/WHO ha evidenziato (1977, 1981) che “La dose media di irraggiamento di 10 kGy

non presenta effetti tossici ne problemi particolari negli alimenti dal punto di vista nutrizionale

o microbiologico”

Attualmente in Europa il trattamento con radiazioni ionizzanti è disciplinato dalle direttive

quadro 1999/2/CE e 1999/3/CE recepite nel nostro Paese dal DL.vo 30 gennaio 2001, n. 94.

Tali direttive stabiliscono, a maggior tutela della libera scelta del consumatore, che tutti gli

alimenti e/o ingredienti che vengono sottoposti al trattamento con radiazioni ionizzanti,

debbano riportare in etichetta la dicitura "irradiato" e che ogni stato membro debba effettuare

controlli sugli alimenti presenti sul mercato al fine di individuare la correttezza

dell'etichettatura.

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I controlli sugli alimenti e, laddove esistenti, sugli impianti di irraggiamento,

devono essere effettuati dalle Autorità sanitarie e assicurare la conformità dei

prodotti alle disposizioni vigenti. L’Istituto Superiore della Sanità ha il compito di

individuare i metodi di identificazione e fornire supporto tecnico scientifico ai

laboratori.

I prodotti attualmente ammessi al trattamento nella UE sono la categoria "erbe

aromatiche essiccate, spezie e condimenti vegetali", ad una dose massima di 10

kGy; in via transitoria ciascuno Stato membro può mantenere i trattamenti

precedentemente autorizzati.

In Italia è previsto un uso come antigermoglio per patate, aglio e cipolla, mentre

in altri Paesi (Francia, Belgio, Olanda, Regno Unito) esistono anche usi su: frutta,

cereali, carni di pollo, prodotti ittici.

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In Europa nel 2010 presenti 26 impianti in 13 Stati � trattate circa 9200 t di prodotto

Attualmente in Italia esiste solo un impianto in Emilia Romagna � Gammarad Italia SpA

che utilizza Cobalto-60 � da 6 anni non vengono effettuati trattamenti sugli alimenti

Il prodotto trattato deve riportare in etichetta, anche qualora presente come ingrediente, la

dicitura "irradiato".

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Il Rad (Radiation Absorbed Dose) è un'unità di misura della dose di radiazione assorbita,

pari a 100 erg per grammo. Il rad è stato sostituito dal Gray nel Sistema Internazionale di

unità di misura.1 Rad = 0,01 gray = 0,01 joule di energia assorbiti da un chilogrammo di

tessuto

Un erg è pari a 1 g·cm2·s-2 = 1 dyn·cm = 10-7 W·s.

6,24150975·1011 eV

10-7joule

10-7 N·m

2,39·10-8 calorie

9,48·10-11 British thermal unit

2,78·10-14 chilowattora

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Dose (kGy) Alimenti

Sterilizzazione 7 - 10 (sino a 50) Erbe, spezie

Materiali di confezionamento 10 25 Tappi enologici

Distruzione patogeni 2.5 - 10 Spezie, carne

Controllo funghi 2 - 5 Frutta

Controllo parassiti 0.1 - 6 Carne

Disinfezione 0.1 - 2 Frutta, cereali, farina

Inibizione germogliazione 0.1 - 0.2 Patata, aglio, cipolla

L’utilizzo delle radiazioni ha alcuni svantaggi

Impianti molto costosi

Problemi di sicurezza per gli operatori

La possibilità di sanitizzare alimenti altrimenti non utilizzabili

Se i batteri patogeni sopravvivono non esistono indicazioni

Possibile sviluppo di resistenza nei microrganismi

Perdite di valore nutrizionale

Scarsi metodi analitici per valutare i prodotti trattati

Resistenza psicologica dei consumatori verso l’industria nucleare

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Le radiazioni possono rompere i legami intra-molecolari

In alimenti ricchi di acqua l’acqua è ionizzata e gli elettroni liberati vanno a formare

molecole radicaliche

H20 � H2O+ + e- e- + H2O � H2O°

I radicali si ricombinano in nuove molecole disattivando il materiale genetico dei

microrganismi

I radicali hanno vita molto breve ma sufficiente per distruggere le cellule batteriche

I radicali hanno azione sugli enzimi, sui grassi e su vari composti � su alcuni alimenti

quindi non può essere utilizzata (latte)

La produzione di O2 reattivo da vari enzimi (perossidasi, xantina ossidasi) accelera le

ossidazioni � necessario l’irradiazione sotto vuoto (carne)

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Il generatore di raggi γ è costituito da una sorgente ad alta energia con cobalto-60 o cesio-

137

Il Co-60 emette raggi γ con 1.17 MeV e 1.33 MeV

Il tempo di trattamento dipende dalla dose necessaria e dalla potenza del generatore

Una dose di 5 Gy è sufficiente per uccidere un operatore e quindi è necessario operare

alle dosi più basse (0.1 KGy) ed utilizzare tecniche accurate di sicurezza

La penetrazione di raggi γ dipende dalla densità dell’alimento e dall’energia dei raggi

La radiazione è assorbita con l’attraversamento dell’alimento quindi la parte esterna riceve

una dose superiore di quella interna � è necessario definire per ogni alimento

la massima dose consentita per l’esterno del prodotto e legata a modificazioni

sensoriali

la dose minima che abbia attività antimicrobica

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La dose può essere controllata definendo lo spessore della confezione ed irradiando

entrambi i lati

Gli elettroni ad elevata energia hanno una minore penetrazione rispetto ai raggi γ e

vengono usati per confezioni fini o per trattamenti superficiali

La sensibilità dei microrganismi viene valutata con il D in analogia alla distruzione

termica

In genere i microrganismi piccoli e semplici sono più resistenti

I virus sono molto resistenti (non vengono disattivati con i trattamenti commerciali)

I batteri sporificanti e quelli in gradi di riparare il DNA (es Deinococcus radiodurans) sono

più resistenti degli altri

Insetti e parassiti sono più sensibili

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Il tipo di processo di irradiazione può essere

sterilizzazione � la dose necessaria supera i 10 kGy (servono 48 KGy per 12 di Cl.

Botulinum) quindi si hanno modificazioni inaccettabili � poco interessante la

sterilizzazione � usata solo per le erbe e le spezie con 8-10 kGy senza importanti perdite

� il principale vantaggio è la sostituzione della sterilizzazione chimica con ossido di

etilene

riduzione patogeni � i patogeni (S. typhimurium) sono meno resistenti del Cl.

Botulinum � bastano 3-10 kGy per distruggerli � carcasse di pollo irradiate con 2.5 kGy

risultano prive di Salmonella spp e la shelf-life è raddoppiata � dosi più elevate possono

essere applicate a carni congelate per Campilobacter, E. coli, vibrio ecc.

prolungare shelf-life � basse dosi distruggono funghi, batteri non sporigeni � quelli

che sopravvivono sono più sensibili ai trattamenti termici � aumenta la conservabilità

controllare la stagionatura � alcuni vegetali (mirtilli, pomodori) possono essere trattati

per allungare la shelf-life � devono essere maturi poiché il trattamento blocca la

maturazione � il trattamento blocca i processi biochimici � ottimo usare MAP in

abbinamento

disinfezione � cereali e frutti tropicali possono essere infestati da insetti e larve �

basse dosi, 1 kGy sono sufficienti � non si utilizzano bromuri

blocco germogliamento � utile per le patate, aglio, cipolla � 150 Gy sono sufficienti

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Conservazione con il freddo

Il freddo non ha azione risanante � prodotti perfetti

Refrigerati ( -1 ≤ T ≤ 10 °C) acqua allo stato liquido � usata in combinazione con altre

tecniche

Congelati

Congelati

Surgelati

Le basse temperature rallentano

le reazioni chimiche

le reazioni enzimatiche � gli enzimi però non si disattivano !

le reazioni metaboliche

lo sviluppo microbico � la resistenza dipende da :

tipologia microrganismo

fase di sviluppo

temperatura e tempo trattamento

temperatura e tempi di conservazione

mezzo

Aw

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I fattori principali che determinano la conservazione di un alimento

refrigerato/congelato:

tipo di alimento

parte della pianta/animale considerata

maturità e modalità di raccolta/taglio

modalità di conservazione preliminare

trattamento termico preliminare

trattamento di raffreddamento

tipo di confezionamento

temperature e tempi di conservazione e distribuzione

contaminazioni crociate

condizioni ambiente di conservazione

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Refrigerazione

Ortaggi : 0 °C / 95% UR

Patate : 4-10 °C / 85-90% UR

Frutta : 1-15 °C / 80-90% UR � climaterici (maturano anche dopo la raccolta �

banane, pesche, mele, kiwi, pere, meloni, pomodori, kaki, albicocche) e non

climaterici (non maturano dopo la raccolta � agrumi, uva)

La refrigerazione migliora modificando l’atmosfera della cella. In particolare

aumentando al CO2 e riducendo l’O2 si una riduzione delle crescita microbica,

della respirazione e delle reazioni enzimatiche

Tipologie di atmosfera modificata

Controlled-atmosphere storage (CAS) � le concentrazioni di O2, CO2 ed

etilene sono mantenute costanti in modo automatico; l’O2 è in genere

inferiore al 4%

Modified-atmosphere storage (MAS) � si modifica l’atmosfere all’inizio, poi

si lascia che cambi naturalmente � diminuisce O2 ed aumenta CO2

Modified-atmosphere packaging (MAP) � si modifica l’atmosfera a

contatto con l’alimento in fase di conservazione

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Congelamento

Si porta l’alimento a temperature molto basse che determinano cristallizzazione

dell’acqua e solidificazione del prodotto

Il punto di congelamento (punto di gelo o punto crioscopico) negli alimenti è

compreso fra -0.5 / -4°C per i diversi soluti

Acqua legata � legata a vari composti costituisce il 2-5%

Acqua libera � è liquida con soluti disciolti la cui concentrazione ne determina il

punto di congelamento

Consente lunghe conservazioni ma si hanno perdite per la bassa velocità di

penetrazione del freddo (< 1 cm/h) che determina spaccature dei tessuti

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Abbassando la temperatura, si separano il ghiaccio e le sostanze insolubili

dall’acqua liquida e dai sali in soluzione �aumenta la concentrazione, diminuisce

il punto di congelamento

Il totale congelamento in genere NON si verifica poiché l’acqua legata ha un

punto di congelamento molto inferiore a quello dell’acqua libera (<-40 °C)�

quindi negli alimenti congelata una parte dell’acqua (2-15%) è ancora liquida �

deterioramento anche se rallentato � un prodotto congelato ha una sua shelf-life

Si hanno due fasi � nucleazione (comparsa di nuclei di cristallizzazione) e

accrescimento (i nuclei crescono formando dei macrocristalli)

Congelamento lento � T > -20 °C � prevale la fase di accrescimento �

pochi cristalli di grandi dimensioni che distruggono le pareti cellulari con

danneggiamenti alla struttura, perdita di liquidi � congelazione casalinga

Congelamento rapido � T < -30 °C � prevale la fase di nucleazione � molti

cristalli di piccole dimensioni che non danneggiano l’alimento

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Tecniche di congelamento

Per contatto con piastre � prodotto posto fra due piastre fredde � usato per prodotti

regolari (cubi di spinaci)

Ad aria forzata � prodotto sfuso in un tunnel o in una cella con aria a -40 °C circa. In

alcuni casi per alimenti molti piccoli il getto d’aria tiene in sospensione il prodotto

(congelatori a letto fluido)

Immersione in liquidi incongelabili � il prodotto è sigillato ed immerso in liquidi

congelanti

Con uso diretto di agenti congelanti � il prodotto viene cosparso con azoto liquido

(-196 °C) o ghiaccio secco (-80 °C) che evaporano dopo il trattamento

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Effetti del congelamento

Variazioni di volume � congelando il volume dell’acqua aumenta del 9% � rottura

delle cellule ed aumento della alterazione con lo csongelamento

Cristallizzazione extra-intra cellulare � con il congelamento lento si cristallizza

prima l’acqua extra-cellulare in quanto meno ricca di soluti � si ha disidratazione

osmotica delle cellule a cui segue plasmolisi � con il congelamento rapido si forma

ghiaccio sia extra che intra-cellulare � nessun danneggiamento

Concentrazione dei soluti � variazioni di pH, forza ionica, pressione osmotica,

insolubilizzazione proteica (� aumento della consistenza), insolubilizzazione di gel,

amidi, pectine (� aumenta la viscosità), precipitazioni di sali e zuccheri

Danni meccanici � rottura delle cellule e liberazione di enzimi

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Surgelazione

E’ un congelamento molto rapido � velocità di penetrazione del freddo > 1 cm/h

Prodotto confezionato in piccole porzioni

Vantaggi

Struttura stabile

Processi biologici inattivati

Poche perdite di liquido allo scongelamento

Conservato, trasportato e distribuito a T<-18 °C

Preparazione prodotto

Confezionamento

Scongelamento

Conservazione

Surgelazione

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Preparazione prodotto

• Prodotti perfetti

• Varie fasi di lavaggio, sbucciatura, taglio, porzionatura ecc.

• Sui vegetali anche blanching per inattivare gli enzimi

• No conservanti, si additivi

Surgelazione

• Contatto con piastre

• Con aria forzata � a letto fluido

• Immersione in liquidi incongelabili

• Trattamento con agenti criogenici

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Confezionamento

• In alluminio, banda stagnata, materiali plastici vari

Conservazione

• Catena del freddo

Scongelamento

• Evitare la perdita di liquidi

• Industrialmente � celle a T 2÷10 °C; microonde

• A casa � T ambiente; in frigo; in forno a microonde

• Mai acqua calda o acqua fredda

• Completo per pesce, carne, piatti precucinati, frutta e verdura da consumo

crudo; parziale per ortaggi e frutta da cuocere; assente per prodotti impanati da

friggere

• Mai ricongelare un prodotto scongelato

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Testi di riferimento

Pompei C. – Operazioni unitarie delle tecnologia alimentare – Ed. Casa Editrice

Ambrosiana, 2009

Spagna G. – Operazioni Unitarie nell’industria alimentare – Ed. CULC, 2008

Peri C., Zanoni B. – Manuale di tecnologie alimentari – Ed. CUSL, Milano, 2008

Peri C. – Le operazioni fondamentali della tecnologia alimentare – Ed. CUSL, 1991

Sicheri G. – Tecnologie agrarie – Ed. Hoepli, 1999

Lerici C. R., Lercker G. – Principi di tecnologie alimentari – Ed. Clueb, Bologna, 1983

Porretta S., Porretta A. – L’industria delle conserve alimentari – Ed. Chiriotti, Pinerolo

(TO), 1999