Appunti tecnologie delle conserve di origine vegetale

Tecnologia delle conserve di origine vegetale: esame opzionale

Professoressa Hidalgo Vidal Alyssa Mariel, corso di laurea in Scienze e tecnologie alimentari (G29) – Facoltà di Agraria Università degli studi di Milano. Aggiornato 2020/21.

Produzioni

• Crescita dei conservati che raggiungono quasi le conserve.
• Gli essiccati hanno una tecnologia molto semplice, diffusi anche in paesi in via di sviluppo.
• Alimenti di 4° gamma.

Aree di produzione

In USA specialmente California (50%) frutta è processata.

Nord Asia soprattutto per recente sviluppo in settore vegetali e frutta.

Esportatore di frutta e verdura processata è US e Europa mentre India non trasforma.

Commercializzazione al dettaglio o maggiori venditori: fattori che determinano la domanda.

• Livello di urbanizzazione.
• Reddito pro-capite.
• Preferenze.

Multinazionali

I principali prodotti esportati

Le incidenze puntuali.

Struttura e produzione dell’industria delle conserve e semiconserve alimentari

L’industria alimentare ha un basso valore aggiunto con un costo di personale che incide significativamente.

Produzione mondiale di pomodoro e derivati (t)

Un quarto della produzione mondiale è destinato all’industria di trasformazione.

Molti paesi hanno un’industria di trasformazione del pomodoro, ma la produzione è fortemente concentrata: 8 paesi rappresentano circa l’84% della produzione annua mondiale.

Consumi pro-capite annuo di derivati del pomodoro: 30 kg USA, 23 kg Italia, 19 kg Europa.

Principali derivati del pomodoro prodotti nell’UE (%)

Italia

Nord Italia: Sud Italia:

Ripartizione del pomodoro fresco consegnato per categoria merceologica di destinazione. Ripartizione del pomodoro fresco consegnato per categoria merceologica di destinazione.

Succhi e nettari di frutta

Succhi: 500.000 t/anno, agrumi, mele, uva. Prevalentemente concentrato. 120 aziende di cui 100 per gli agrumi.

Nettari: 400.000-450.000 t/anno, pera (35%), pesca (27%) ed albicocca (23%), mela, arancia e miscele di frutti.

Conserve di frutta allo sciroppo e al naturale

100.000 t/anno; più del 40% sono macedonie, seguite da pesche (ca. 26-29%) e pere (ca. 26-29%) allo sciroppo ed al naturale, albicocche, ciliegie, frutta tropicale, ecc. 50 aziende, molte in Veneto ed in Emilia.

Confetture, marmellate e gelatine

45.000 t/anno, per consumo diretto (75% per vendita al dettaglio, 25% per ristorazione) o sotto forma di semilavorato. Albicocche (ca. 27%), ciliegie ed amarene (17%), pesche (16%), fragole (13%), arance (5%), frutta mista, castagne ed altro.

Differenza conserve e semiconserve

Una conserva è un prodotto che ha subito un trattamento termico di sterilizzazione ed è confezionato in un contenitore ermetico. (quando perdo l’ermeticità aprendo il barattolo non è più conserva)

Le conserve possono essere: acide (pH < 4.5) o non acide (pH ≥ 4.5) determina efficienza trattamento termico (sporigeni non si presentano in conserve acide quindi minor temperatura utilizzata).

Batteriologicamente stabili fino a 30 °C o fino a 55 °C (per paesi tropicali o sub-tropicali).

In teoria la conservabilità di una conserva è infinita nel tempo e indipendente da fattori ambientali esterni e dalle condizioni di conservazione. (busta flessibile è più facilmente rovinabile - shelf life)

In pratica fattori ambientali sfavorevoli (es: umidità, calore, salsedine), talvolta combinati tra loro, possono accorciare la vita della conserva a causa della perdita di ermeticità del contenitore, oppure si possono verificare lentissime reazioni chimiche che producono modifiche sensoriali dell’alimento.

Semiconserve: tutti i prodotti che subiscono trattamenti diversi a quelli su citati. (no sterilizzazione)

Per definizione il tempo di conservazione delle semiconserve dipende dalle condizioni di conservazione.

Nel gruppo delle semiconserve rientrano ad esempio i prodotti pastorizzati e quelli la cui conservazione è ottenuta mediante l’uso di sostanze in grado di impedire/selezionare lo sviluppo microbico (sale, aceto, zucchero, alcol etilico, ecc.) Oppure mediante la formazione di condizioni ambientali sfavorevoli tramite fermentazione, affumicamento, essiccamento, congelamento, ecc.) Semiconserve con pH ≥ 4.5 pastorizzate: devono aver subito un trattamento di pastorizzazione e sono confezionate in contenitori ermetici. Devono riportare in etichetta la dicitura: “da conservare in frigorifero”.

Semiconserve a qualsiasi pH: sia mediante aggiunta di sostanze inibitrici dello sviluppo microbico sia mediante processi atti a conferire al prodotto particolari caratteristiche protettive: prodotti acidificati, salati, fermentati, affumicati, essiccati, liofilizzati, congelati, sotto alcool, ecc. Possono richiedere o meno confezione ermetica.

La conservazione degli alimenti mediante l’uso del calore

1749-1841 Châlons-sur-Marne (oggi Châlons-en-Champagne) Nicolas Appert.

Nel 1810 scrive “L’arte di conservare per diversi anni tutte le sostanze animali e vegetali”, nello stesso anno Peter Durand brevetta i contenitori metallici per alimenti.

John Hall e Bryan Donkin brevettarono un metodo per fabbricare conserve di alimenti, copiato da Appert, ma usando contenitori metallici.

Sterilizzazione

Il trattamento termico di sterilizzazione conduce alla completa distruzione dei microrganismi, incluse le spore, ed all’inattivazione degli enzimi.

Non esistono delle condizioni termiche valide indiscriminatamente. La scelta della temperatura e della durata del trattamento dipende infatti sia dalle caratteristiche chimico-fisiche del mezzo (pH, tenore d’acqua, presenza di lipidi), sia dalla necessità di distruggere microrganismi sporigeni.

Lo scopo della sterilizzazione (concetto moderno di sterilizzazione) è quello di rendere stabile l’alimento nel tempo, operando in modo tale da minimizzare le alterazioni del prodotto (sia di tipo sensoriale, sia nutrizionale) causate dal trattamento: ciò si ottiene ottimizzando il binomio tempo-temperatura.

Pastorizzazione

Il trattamento termico di pastorizzazione consente la distruzione dei microrganismi patogeni e la riduzione della carica microbica presente nell’alimento, oltre all’inattivazione di parte degli enzimi. Tale trattamento, che consente di prolungare la conservabilità dell’alimento rispetto al prodotto non pastorizzato, è utilizzato per la produzione di semiconserve.

Distruzione termica dei microrganismi

Prima equazione di Bigelow

Log N = log N - Ɵ/D0

Permette di conoscere, per un certo tipo di microrganismo, il numero di microrganismi sopravvissuti ad un trattamento termico effettuato ad una determinata temperatura costante.

Carica microbica in funzione del tempo a una determinata temperatura.

Microrganismo di riferimento dipende dal prodotto che si analizza.

• D = tempo di riduzione decimale (D maggiore = microrganismo resistente a quella temperatura). Tempo necessario per eliminare il 90% di un microrganismo.
• Il numero di microrganismi sopravvissuti non diventa mai zero.
• La steriltà commerciale si ottiene a seguito di un trattamento termico in grado di ridurre di un certo numero di ordini di grandezza una popolazione di spore di un microrganismo molto termoresistente.

Esempio: per le conserve un trattamento di sterilizzazione deve essere in grado di ridurre di 12 cicli logaritmici la popolazione di spore di Clostridium botulinum (anaerobico).

(1 grammo di tossina letale per 10 milioni di persone) Resistenza del microrganismo ad una determinata temperatura è direttamente proporzionale al valore di D ossia al tempo necessario per avere una riduzione del 90% della popolazione.

• A pH bassi non si sviluppano le spore dei microorganismi sporigeni.
• Liquidi hanno effetti protettivi sui microrganismi.

Seconda equazione di Bigelow

Log (D /D ) = (t – t )/z1 2 2 1

Mette in relazione il tempo di riduzione decimale e la temperatura di trattamento in determinate condizioni di pH ecc…

Permette di conoscere, per un certo tipo di microrganismo, il numero di microrganismi sopravvissuti ad un trattamento termico effettuato ad una determinata temperatura costante.

z = differenza di temperatura che determina una variazione di 10 volte di D, in altri termini rappresenta quell’aumento di temperatura che determina un’accelerazione di 10 volte della velocità di distruzione termica del microrganismo (posso determinare quale temperatura devo applicare per avere una determinata riduzione nel tempo).

Ottimizza e il trattamento termico significa, identificare le condizioni di tempo e temperatura che distruggono efficientemente i microrganismi e inattivano gli enzimi che possono alterare l’alimento senza modificare il prodotto dal punto di vista sensoriale e nutrizionale. Alta temperatura e tempi brevi sterilizzano ma non distruggono la vitamina.

Posso ottenere lo stesso livello di sterilizzazione utilizzando trattamenti diversi.

Z di processi (inattivazione ecc..) è molto più alto di quello per i microrganismi.

Profilo tempo – temperatura

Determino le riduzioni decimali della popolazione iniziale.

Area sotto la curva.

Si identifica il punto più sfavorevole termicamente cioè quello centrale.

Caso A

Flusso laminare.

Tempo di permanenza di ogni particella non è costante.

Velocità media è metà della velocità massima.

Velocità centro è maggiore di quella esterna.

Es:

• T percorrenza interno 6s.
• T percorrenza esterno 36s.

D=2 sec.

Quindi:

• 3 rid. decimali (non sterile).
• 18 rid. decimali (sterile ma probabilmente danneggiato).

Caso B

Flusso turbolento.

Velocità media 80% di quella massima.

Concetti di F0 e C0

Il parametro F0 di un trattamento termico qualsiasi rappresenta i minuti equivalenti di quel trattamento a 121°C. Di solito è riferito alla distruzione microbica in base allo z scelto. (x microrganismo, effetto sterilizzante)

Il parametro C0 di un trattamento termico qualsiasi indica l’effetto cottura e rappresenta i minuti equivalenti di quel trattamento a 100 °C. Di solito è riferito all’effetto chimico in base allo z scelto. (x reazione chimica, effetto cottura)

Effetto letale = area sottesa alla curva.

Sale

La conservazione degli alimenti mediante l’uso del sale.

Effetti del sale

(cloruro di sodio) in cristalli o in salamoia sui microrganismi:

• In soluzione acquosa esercita pressione osmotica. Essa dipende dal numero di molecole in soluzione (proprietà colligativa): NaCl (PM = 58.5) vs C12H22O11 (PM = 342).
• Il sale riduce la quantità di acqua disponibile per i microrganismi.
• Il sale possiede un certo grado di tossicità nei confronti dei microrganismi.
• Il sale riduce la solubilità dall’ossigeno nell’acqua.

Generalmente i microrganismi patogeni sono più sensibili al sale rispetto ai non patogeni.

In soluzione acquosa esercita pressione osmotica

La pressione osmotica dipende dal numero di molecole in soluzione (proprietà colligativa): NaCl (PM = 58.5) vs C12H22O11 (PM = 342).

Il sale riduce la quantità di acqua disponibile per i microrganismi

• P = pressione di vapore dell’acqua nel prodotto.
• P0 = pressione di vapore dell’acqua pura.
• ya = coefficiente di attività, tende a 1 con la diluizione.
• n0 = numero di moli di acqua.
• nt = numero di moli totali nel prodotto.
• ns = numero di moli di soluto.

Il sale possiede un certo grado di tossicità nei confronti dei microrganismi

Il sale può avere origine minerale (salgemma) o marina.

Il sale contiene ca 96 – 97% di NaCl e 1 – 3% di acqua.

Purezza 99.6 – 99.9%.

Impurezze: altri sali quali solfato di calcio, solfato di magnesio, cloruro di magnesio, tracce di metalli (Fe). Nel sale marino, rischio di impurità organiche.

Salamoie

Massimo 100 ppm di Ca e Mg.

Sale di magnesio conferisce sapore amaro.

Sale di calcio (se l’acqua è dura) può dare origine a precipitati che si depositano sul prodotto sotto forma di patine biancastre; il calcio può neutralizzare l’acido lattico che si forma a seguito della fermentazione lattica; forma ponti tra le molecole di acido poligalatturonico dando maggior consistenza ai vegetali.

Massimo 1.0 ppm di Cu e 1.5 ppm di Fe.

Metalli pesanti come Cu e Fe sono catalizzatori di ossidazione: ingiallimento per trasformazione della clorofilla in feofitina; il Fe produce imbrunimento per reazione con i tannini (tannato ferrico) e con le tracce di idrogeno solforato (solfuro di ferro, sostanza polverosa che può depositarsi sul fondo del contenitore).

PECTINE: omogalatturani (HG), polimeri di circa 200 residui di acido galatturonico legati da legami -1,4 e talvolta sostituiti da residui di xilosio xHG. I gruppi carbossilici possono legare Ca e acqua e formare graticciati stabili.

Preparazione delle salamoie a diversa concentrazione

Usi:

• Come liquido di governo.
• Come mezzo di fermentazione (lattica nelle olive).
• Come mezzo di salagione.
• Come mezzo di conservazione temporanea di un semilavorato.

Materiali resistenti all’effetto corrosivo delle salamoie

Nichel e le sue leghe:

• Acciaio inossidabile AISI 316 (Sigla UNI EN 10088-1: X5CrNiMo17-12-2): Cr = 16 – 18.5%, Ni = 11 – 14.5%, Mo = 2 – 2.5% ed il rimanente Fe.
• Monelmetal: Cu = 30%, Fe = 2.5%, Mn = 1% ed il resto Ni.
• Inconel: Cr = 13 – 15%. Mo = 0 – 4.5%, Co = 0 – 30%, Ti = 1 – 2.5%, Al = 0.8 – 6%, Fe = 2.5 - )% ed il resto Ni.
• VC ed altri materiali plastici.
• Cemento.

AISI = American Iron and Steel Institute.

UNI ISO = Ente Nazionale Italiano di Unificazione.

Valutazione del tenore in sale di una salamoia

Scale di densimetri graduati:

• Peso specifico o massa volumica.
• Gradi Salometrici (°S): 0 °S acqua pura; 100 °S soluzione satura di NaCl a 20°C (265 g/kg soluzione).
• Scala Baumé (Bé): 0 °Bé p.s. 1.0 (acqua pura a 4 °C); 66 °Bé p.s. 1.842 (acido solforico concentrato). Dove: m = 145, secondo la National Bureau of Standard (NBS) oggi National Institute of Standards and Technology (NIST).
• Scala Twaddell (°Tw).
• Scala Barkometrica (°Bk).

Gli impianti di depurazione funzionano sulla base della presenza di una complessa microflora; siccome il sale è nocivo per i microrganismi, le salamoie devono essere diluite.

Recupero delle salamoie

L’ultrafiltrazione rimuove le macromolecole quindi può prolungare l’uso della salamoia.

Alcalinizzazione della salamoia aggiungendo un polielettrolita anionico che provoca la flocculazione delle particelle solide e di alcune macromolecole, filtrazione su filtropressa in presenza di farina fossile e successiva acidificazione fino al pH desiderato.

Rigenerazione completa: concentrazione, incenerimento a 650 °C, dissoluzione del sale in acqua, correzione del pH e filtrazione.

La conservazione degli alimenti mediante acidificazione

Cause dell’effetto conservante:

• Concentrazione idrogenionica (pH).
• Tossicità della molecola.
• Tossicità dell’anione.

A parità di pH

Acidi organici > effetto batteriostatico degli acidi inorganici.

Acido acetico > acido citrico > acido lattico.

A parità di concentrazione

Acido lattico > acido acetico > acido citrico.

Per i lieviti a parità di pH e concentrazione

Acido acetico > acido lattico > acido citrico.

Acidificazione mediante l’aceto

L’aceto contiene 6% di acido acetico, pH 2.8 – 3.3.

Ha effetto batteriostatico e sensoriale, si usa aceto di vino bianco (meno polifenoli, meno imbrunimento).

Gli Acetobacter possono degradarlo in H20 e C02, va stabilizzato:

Sensibili a 2-3% di sale, filtrazione sterilizzante, trattamento termico, anidride solforosa 170 mg/L.

L’aceto viene chiarificato per ridurre tannini e sostanze azotate (meno imbrunimenti per ossidazione), può anche essere aromatizzato con erbe, spezie, oli essenziali (+emulsionanti), aromi naturali in polvere.

Sottaceti sono conserve o semiconserve?

Quantità minima (%) di acido acetico (Ac) per i prodotti non trattati termicamente (semiconserve): dove: CV = percentuale di costituenti volatili, espressa come perdita di peso %.

Denominazioni dei sottaceti:

• ….aromatizzati con aceto, per acidità dell’intero prodotto < 1.2%.
• ….all’aceto o con aceto, per acidità dell’intero prodotto > 1.2%.
• ….in aceto, per acidità dell’intero prodotto > 2.2%.

Acidificazione per fermentazione

I vegetali sottoposti a fermentazione lattica presentano la polpa traslucida e modificazioni di colore, sapore e aroma. Si cercano le condizioni ottimali per la crescita di fermenti lattici.

Siccome la microflora naturale è varia (Pseudomonas, Flavobacterium, Achromobacter, Aerobacter, Escherichia e Bacillus) e pochi sono i batteri lattici, bisogna inibire lo sviluppo delle specie aerobie indesiderabili. (in caso di limitata presenza di zucchero nell’alimento va aggiunto per la fermentazione)

Produzione di semilavorati con salamoie ad alta concentrazione seguita da desalatura.