Appunti di Processi della tecnologia alimentare

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Appunti di lezioni di: Processi della tecnologia alimentare

Processi

Processi della tecnologia alimentare con elementi di packaging - Processi

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Definizioni

Tecnologia alimentare serve per ottenere e conservare alimenti e materie prime che possono essere prodotte da allevamento, agricoltura o pesca. Non è soltanto processo ma un complesso di operazioni e processi, tanti fattori da tenere presente volti all’ottenimento del prodotto alimentare.

Obiettivi della tecnologia alimentare

Conservare. Aumentare la conservabilità delle materie prime commestibili, anche per superare la stagionalità e quindi estendere il consumo in luoghi e tempi diversi.

Trasformare. Produrre ingredienti e quindi prodotti finiti da materie prime non commestibili o che contengono fattori tossici. Infatti prodotti devono essere isolati e trasformati per essere commestibili, come se si volesse massimizzare la produzione. (ES: farine dal chicco di grano per trasformazione in prodotti finiti.)

Produrre. Produrre alimenti più complessi dalla combinazione e/o trasformazione di materie prime e ingredienti.

Queste operazioni devono essere effettuate con la massima efficienza per evitare sprechi di prodotto e di energia per massimizzare l’aspetto economico con risvolto anche etico e sociale e con il minimo il danno tecnologico quindi ottimizzando la qualità del prodotto lavorato e trasformato.

Funzioni

Garantire la sicurezza igienico-sanitaria e la qualità costante. Sul mercato il conservatore deve avere sempre lo stesso prodotto e deve essere innocuo.

Fornire convenience (= prodotti già preparati) cioè fornire i prodotti pronti all’uso che devono subire poco o nessuna trasformazione al consumatore. (ES: monoporzioni, RTE)

Promuovere lo stato di salute con functional food.

Evoluzione dei processi

Evoluzione dei processi di conservazione e trasformazione degli alimenti.

Evoluzione dell’industria alimentare in termini di valore aggiunto ai prodotti e passaggio dall’ingegneria di processo all’ingegneria di prodotto. Tale transizione ha richiesto una modifica dei concetti e delle tecniche impiegate nella tecnologia alimentare.

Produrre alimenti Progettare alimenti

Ingegneria di processo ingegneria di prodotto 1

Processi

Caratteri critici delle materie prime e dei prodotti alimentari e finalità dell’intervento

Vulnerabilità. L’intervento tecnologico inizia difendendo i prodotti dalle avversità climatiche e da attacchi di altri organismi.

• Difesa in campo: trattamenti chimici, interventi fisici, colture protette
• Difesa post-raccolta: disidratazione, refrigerazione, atmosfere controllate, trattamenti chimici.

Commestibilità da parte non eduli o da frazioni che necessitano di riscaldamento. L’intervento tecnologico migliora la commestibilità per conferire il valore nutrizionale

• Rimozione parti estranee: processi di separazione
• Isolamento parti eduli: processi di separazione

Presenza di fattori di rischio, patogeni, chimici, fisici. L’intervento tecnologico agisce per risanare la materia prima rendendola commestibile.

• Distruzione fattore di rischio: scambio di calore
• Rimozione fattore di rischio: separazione
• Minimizzazione fattore di rischio: alleggerimento

Alterabile. L’intervento tecnologico si pone a stabilizzare il prodotto trattandolo e conservandolo.

• Distruzione delle cause (rischio mo): con confezionamento e trattamento termico.
• Rimozione delle cause (frazionamento)
• Neutralizzazione cause (ambiente sfavorevole): disidratazione, raffreddamento, conservanti.
• Trasformazione delle materie prime o dei formulati: fermentazione, cottura, scambi di materia.

Esigenze si preparazione, trasporto, porzionatura. L’intervento tecnologico si pone a comodità d’uso e convenienza.

• Industrializzazione pratiche domestiche: preparazione, precottura, instantaneizzazione
• Attribuzione del contenuto di servizio: confezionamento, miniaturizzazione
• Riduzione dei costi di produzione: economie di scala, nuove tecnologie
• Contenimento dei prezzi: distribuzione

Rispondenza nutrizionale

• Denaturazione: scambi di calore
• Correzione compositiva: fortificazione, alleggerimento, sostituzione
• Bilanciamento: formulazione

Qualità

• Prevenzione delle non conformità: analisi dei rischi
• Controllo dei punti critici: controllo di processo e di prodotto

Convenienza

• Industrializzazione pratiche domestiche; facilità d’impiego: Preparazione - Precottura - Istantaneizzazione
• Attribuzione contenuto di servizio Confezionamento - Miniaturizzazione
• Riduzione dei costi di produzione: Economie di scala - Nuove tecnologie 2

Processi

Contenimento dei prezzi: Distribuzione

01/10/19

Processo = insieme di operazioni, materiali, attività, controlli che vengono messi in atto per conservare o trasformare le materie prime in prodotti finiti.

Insieme di operazioni unitarie correlato da varie attività di controllo etc che entrano a far parte del processo.

Materia prima prodotto alimentare

Da materia prima a prodotto alimentare abbiamo molte azioni correlate

Obiettivi dei processi produttivi

Aumentare la conservabilità delle materie prime per consentirne il trasporto ed aumentare la shelf life

Produrre ingredienti alimentari (nel prodotto alimentare, intendiamo anche gli ingredienti per altre preparazioni)

Produzione di alimenti, dalla combinazione e trasformazione dalla materia prima di partenza

Materia prima = materiali che entrano nel processo aziendale e che provengono da vari settori tradizionali di produzione primaria o altri prodotti (semilavorati) quindi degli ingredienti che derivano già da un processo produttivo (che hanno già svolto il processo materia prima —> prodotto). Anche prodotti come coadiuvanti, additivi, materiale di conservazione etc vengono considerate materie prime.

Produzione primaria - regolamentata dalla legislazione (Reg. 178/2002) = Tutte le fasi della produzione, dell’allevamento, della coltivazione dei prodotti primari, compresi il raccolto, la mungitura e la produzione zootecnica precedente la macellazione comprese la caccia e la pesca e la raccolta di prodotti selvatici.

Settore della produzione primaria es. allevamento di bovini per macellazione

es. coltivazione di campi di grano

Prodotti primari. (Reg. CEE 852/2004) = Prodotti della produzione primaria compresi tutto ciò che viene dalla cacciagione, pesce, allevamento, coltivazione.

Prodotti intermedi - semilavorati = tutti i prodotti derivati dalla manipolazione delle materie prime che però non ancora diventati prodotti finiti. Quindi prodotti che possiamo utilizzare nella produzione di un prodotto finito. 3

Processi

Classificazione materie prime

Classificazione Materie Prime In base all’origine. Materie prime di origine animale o vegetale o minerale.

• Prodotti di origine animale divisi in: carne - pesce - latte - altri (miele, uova..)
• Prodotti di origine vegetale divisi in: Cereali - legumi - piante da olio - frutta - vegetali - piante da zucchero - piante tropicali (prodotti nervini) - piante officinali e spezie.
• Prodotti di origine minerale: acqua - sale

Prodotto alimentare = prodotto destinato al consumo alimentare, ottenuti dalla conservazione o trasformazione delle materie prime. Tutto ciò che può essere subito consumato. Si possono indicare con questo termine sia i prodotti freschi, come la carne, il pesce, la frutta, la verdura così come si ottengono dalle attività di produzione primaria (agricoltura, allevamento, pesca), che i semilavorati (ingredienti) ed i prodotti finiti. Spesso lo stesso prodotto può essere considerato sia una materia prima, che un semilavorato od un prodotto finito. Se consideriamo per esempio una farina di frumento possiamo dire che si tratta di un semilavorato, ossia un intermedio di lavorazione tra la materia prima (frumento) ed il prodotto finito (es. biscotto); allo stesso tempo, la farina è un prodotto finito per un molino ed una materia prima per un'industria che produce prodotti da forno.

Codex Alimentarius

Codex Alimentarius. Codice alimentare. Raccolta di norme che è stata creata dalla FAO e dall’OMS approvata da molti paesi del mondo. Sono norme quindi applicabile in base volontaria, non obbligatoriamente deve essere attuata. Insieme di linee guida, raccomandazioni ma non punibili.

Dovrebbero essere alla base di leggi dei singoli stati ma non obbligatoriamente da perseguire.

Contiene anche degli standard per alcuni prodotti, quindi degli indici chimici raccomandati per la conformità del prodotto. Quindi sono anche valori chimici da tenere come linea guida che volendo possono essere adattabili alla propria legislazione.

“food is a substrate whether processed, semi-processed or raw, that is intended for human consumption and includes drink, chewing gum and any substance that has been used in the manufacture, preparation or treatment of food”

Prodotti non trasformati = Reg. CE 852/2004 definiti a livello europeo come prodotti alimentari non sottoposti a trattamento. Compresi i prodotti: divisi, separati, sezionati, affettati, disossati, tritati, scuoiati, frantumati, tagliati.. quindi prodotto originali che dal punto di vista chimico-fisico mantengano le stesse caratteristiche ma magari conservate in modo particolare (congelato) o ripuliti da qualcosa (disossato). 4

Processi

Prodotti trasformati = prodotti alimentari che derivano dalla trasformazione di prodotti non trasformati. Tali prodotti possono contenere ingredienti necessari alla lavorazione o per conferire loro caratteristiche specifiche.

Processo tecnologico e operazioni unitarie

Processo tecnologico è costituito da una sequenza di operazioni unitarie che determinano un susseguirsi di fasi di un processo. È una sequenza ordinata di operazioni unitarie applicate in determinate condizione operative ad una o più materie prime. Il prodotto finito è il risultato di tutti i fenomeni che hanno luogo durante l’intero processo.

Mentre l’operazione unitarie è la fase elementare del processo tecnologico basata su principi unitari e descrivibile mediante opportune equazioni di bilancio e cinetiche.

I principi che regolano l'andamento di una data operazione unitaria non dipendono dalla specifica applicazione e dal materiale trattato, ma possono essere definiti in maniera indifferenziata (unitaria) quale che sia il settore ed il materiale di applicazione dell’operazione.

La grande differenza è la relazione processo prodotto. Mentre l’operazione unitaria è applicabile a vari prodotti diversi con accorgimenti diversi, il processo è unitario per ogni prodotto ma le condizioni sono le stesse. La sequenza delle operazioni è differente e il processo sarà differente in condizioni diversi del prodotto specifico.

Le operazioni unitarie possono essere divise in Fondamentali e Secondarie. Quelle fondamentali sono quelle che svolgono le azioni fondamentali sul prodotto.

(Es. pastorizzazione del latte si hanno OU che richiedono il trattamento termico + la filtrazione +…)

OU Fondamentali OU Complementari

Possono essere varie operazioni singole che combinate tra loro, possono dare il processo, sono fondamentali. 5

Processi

Alcune operazioni unitarie Fondamentali sono: refrigerazione - congelamento - sterilizzazione - miscelazione con strutturazione - miscelazione semplice - trasformazione chimica fisica per trattamento termico - trasformazione chimica fisica indotta da reazioni chimiche o enzimatiche - trasformazione chimica fisica indotta da mo - frazione meccanica o fisica - idratazione - disidratazione.

Le operazioni unitarie secondarie o complementari sono operazioni che non hanno finalità né conservative ne di trasformazione. Servono magari per preparare il prodotto che andrà processato o per preparare il prodotto che andrà a conservazione.

Alcune operazioni unitarie Complementari sono: Riduzione di misura - formazione - stabilizzazione termica (raffreddamento / raffreddamento ma che non definisce il destino della produzione es. raffreddamento di verdure congelate che sono state sbollentate) - condizionamento dello stato fisico (es. per miscelare bisogna sciogliere) - scongelamento - condizionamento acqua - separazione di componenti non edibili o minori - addizioni di componenti minori (es. CO2 o immersione) - selezione (cernita di un prodotto) - condizionamento e pack - trasferimento

Finalità delle tecnologie alimentari

Finalità delle tecnologie alimentari: conservare, trasformare minimizzando il danno tecnologico per ottimizzare la qualità del prodotto finito

Tecnologie di conservazione. Hanno lo scopo di allungare la vita commerciale di un alimento, quindi mantenere più inalterate possibili le condizioni degli alimenti (condizioni meccaniche, fisiche, chimiche, microbiologiche, sensoriali..). Ne aumenta la durata e ne mantiene le caratteristiche originali del prodotto.

Tecnologie di trasformazione. hanno lo scopo di modificare le caratteristiche geometriche, strutturali, meccaniche, fisiche, chimiche e microbiologiche delle materie prime e dei semilavorati al fine di ottenere prodotti con adeguate proprietà sensoriali.

Il danno tecnologico è ciò che nel processo può variare le condizioni stabili del prodotto.

Il danno può essere:

• Meccanico, quindi strutturale del prodotto (rottura, fuoriuscita, fessurazioni). Danni dati dalla pressione o shear-stress oltre i limiti della resistenza dei prodotti.
• Termico. quindi il danno è dato dagli effetti del calore eccessivo sul prodotto o surgelazione. Si manifesta con la diminuzione di digeribilità, di vitamine, off-flavours.. Questo può anche determinare un danno meccanico (perchè potrebbe diventare più fragile il prodotto) o chimico (perchè potrebbe accelerare delle reazioni chimiche / fisiche..).
• Chimico è dato da reazioni chimiche ed in particolare all’ossidazione, fotodegradazione.. sia tramite enzimi sia no. Questo dipende dalla composizione dell’alimento e dalle sostanze con cui viene a contatto con la produzione ma anche tramite le condizioni operative.
• Contaminazioni. dovuto all’inquinamento dei prodotti alimentari da parte di sostanze chimiche o agenti biologici presenti negli ambienti o nei materiali che vengono a contatto con gli alimenti. contaminazioni di tipologia fisica e l’entità dipende dalla concentrazione degli 6 Processi agenti contaminanti e quantità di fattori di rischio che possono essere presenti nell’ambiene, nell’impianto del prodotto stesso.

Entità del danno = densità × durata dell’esposizione del prodotto

La qualità del prodotto deve essere ciò che guida la progettazione del processo e i controlli che si possono effettuare durante il processo. Inoltre deve essere diversa in relazione con la finalità del consumatore.

Qualità come alimento. La qualità è definita in genuinità quindi: requisiti di sicurezza e merceologici - qualità biologica quindi: nutrizionali e sensoriali - qualità psicologici quindi: requisiti etici e del contesto produttivo.

Qualità come oggetto di commercio. Qualità definita come requisito di garanzia quindi: certificazione di sistema e di prodotto e rintracciabilità di filiera - requisiti di servizio quindi: comodità, comunicazione e presentazione - requisiti del sistema prodotto mercato quindi: disponibilità e prezzo.

Tipologie di processi

• Processi continui. Un ingresso delle materie prime all’ingresso della catena produttiva e in massa continua e il prodotto continua a scorrere con un processo produttivo continuo fino alla fine in cui si ha il prodotto finito. La produzione quindi può essere in continuo con flussi di materiale continuo. Questo indica anche le condizioni operative uguali, stabili e con qualità più costante nel tempo.
• Processi discontinui o batch. Che danno quantità finite di prodotti e che quindi partono da quantità finite di materie prime e in un tempo definito. in realtà più piccole. I prodotti non sono a priori ma a lotti e quindi scalabili. Il prodotto si può processare a scelta, non è fisso nel tempo ma variabile. Non fissa la quantità di prodotto finito ma la sequenza di produzione è fissa. Il processo viene interrotto con la lavorazione di lotto e ripreso successivamente a fine filiera.
• Processi semicontinui. Applicati ad azioni specifiche e ripetitive e definite così perché possono essere per metà continui e per metà semicontinui. Quindi magari la preparazione di ingredienti in batch e poi nella seconda linea produttiva si ha una continua produzione di prodotto con il primo lotto di prodotto fabbricato in processo produttivo discontinuo. 7

Processi

02/10/19

Rappresentazioni grafiche

1. Flow - sheet o diagramma di flusso

Diagramma di tipo qualitativo che indica tutti i processi in ricorrenza, sottoforma di materie prime e secondarie. Si identificano le entrate e le uscite fino al prodotto finito, inoltre è possibile mostrare anche le fuoriuscite parziali o in itinere, quindi mostra anche i sottoprodotti o gli scarti.

Quindi vengono mostrate le materie prime o semilavorati che entrano, le varie fasi produttive (i vari processi unitari), le eventuali fuoriuscite parziali (scarti o ricicli o recuperi di produzione) e il prodotto lavorato finito e completo.

es. impastamento per la produzione di pasta secca.

es. produzione di olio raffinato con flow-sheet con diagrammi in parallelo. stessa materia prima (olio grezzo) diverso processo (uno con raffinazione fisica, uno con raffinazione chimica), stesso prodotto finito (olio raffinato)

È un diagramma quantitativo, quindi per ogni operazione unitaria, viene relazionato un bilancio materiale.

Ciascuna operazione del flow - sheet viene specificata, quindi sono presenti indicazioni delle condizioni operative.

È possibile anche sottolineare i circuiti di sanificazione e detergenza.

2. Schemi figurati.

Inoltre ogni singolo processo, può essere descritto tramite un simbolo grafico che semplifica