Conserve alimentari

Conserve

Le conserve possono essere suddivise in base al pH. Ci sono le conserve ipoacide (pH ≥ 4,5) e conserve iperacide (pH < 4,5).

Conserve ipoacide

Nel caso delle conserve ipoacide è importante differenziare due tipologie di trattamenti termici:

• Sterilizzazione, attraverso la quale viene distrutta sia la microflora sporigena che non sporigena, le forme patogene e la microflora banale. L’obiettivo della sterilizzazione è individuare una coppia tempo-temperatura (T > 110°C) attraverso la quale bisogna realizzare una sterilità commerciale. Per sterilità commerciale si intende un trattamento termico che consente di avere almeno 12 riduzioni decimali del microrganismo più patogeno e più termoresistente (Clostridium Botulinum), che in conserve ipoacide ha la possibilità di moltiplicarsi e generare non conformità e può portare addirittura alla morte del consumatore. Attraverso trattamenti di sterilizzazione è possibile conservare il prodotto a una temperatura ambiente; quindi, non sono necessarie delle condizioni al contorno in fase di conservazione.
• Pastorizzazione, attraverso la quale vengono distrutte le forme patogene vegetative, le muffe e i lieviti, e gli enzimi, così come nella sterilizzazione. È un trattamento più blando, che porta ad avere una carica batterica residua (psicrofila e termofila) che potrebbe svilupparsi, e quindi il prodotto deve essere conservato a temperature di refrigerazione; quindi, sono necessarie delle condizioni al contorno. (La conserva si ottiene attraverso due tecnologie: chiusura del prodotto in contenitore ermetico ai liquidi, ai gas e ai microrganismi e trattamento termico adeguato capace di distruggere la microflora patogena e disattivare gli enzimi).

Conserve iperacide

Nel caso delle conserve iperacide (succhi di frutta, bevande con pH < a 4,5 o conserve che si possono portare a tale pH, come le conserve sotto aceto, sott’olio), invece, si prevede un trattamento termico di stabilizzazione, corrispondente alla pastorizzazione (T < 100°C), sempre con una coppia tempo-temperatura capace di distruggere la microflora patogena e disattivare gli enzimi; le forme sporigene non vengono distrutte, perché la temperatura è blanda, ma la cosa importante è che il pH consente una non germinazione delle forme sporigene.

Anche nelle conserve iperacide, se c’è una contaminazione forte, potrebbero esserci sporigeni che potrebbero crescere, quindi come riferimento si considera Clostridium pasteurianum, che è uno sporigeno che può crescere in ambiente acido, non è patogeno ma è alterativo e quindi se viene distrutto significa che vengono distrutti tutti gli altri microrganismi, sia forme vegetative banali e sia forme patogene.

La filiera

Con il trattamento termico è necessario realizzare le 12 RD per quanto riguarda le conserve ipoacide sterilizzate, 6 RD per quanto riguarda le conserve ipoacide conservate mediante refrigerazione, e le 6 RD per quanto riguarda le conserve iperacide.

Leggi che governano la stabilizzazione e il trattamento termico

L’industria delle conserve è importante perché mette a disposizione dei consumatori prodotti che potrebbero essere stagionati (frutta, conserve vegetali). Si preparano questi prodotti in un particolare periodo dell’anno e poi sono disponibili nel tempo e nello spazio durante l’arco dell’anno e lontano dai luoghi di produzione. Con l’industria conserviera si permette una maggiore regolazione di approvvigionamento di questi prodotti alimentari sui diversi mercati, e si offre al consumatore un prodotto pronto all’uso che può essere disponibile per lunghi periodi.

Un alimento conservabile è un prodotto sia di origine animale che vegetale che, attraverso un trattamento termico di stabilizzazione, consente di ottenere un prodotto dal punto di vista sensoriale e nutrizionale adeguato al consumo. Se esiste questo prerequisito significa che è stato raggiunto un obiettivo fondamentale. Una conserva è un prodotto alimentare confezionato in un recipiente ermetico ai gas, ai liquidi e ai microrganismi nelle normali condizioni d’uso. È un prodotto alimentare che ha subito un trattamento termico, o altro trattamento autorizzato analogo negli scopi, in grado di inattivare in modo irreversibile gli enzimi e di distruggere i microrganismi che possono alterare l’alimento o renderlo comunque non adatto all’alimentazione umana. Esistono le conserve acide (pH ≤ 4,5) e non acide (pH ≥ 4,5).

Semiconserve

Una semiconserva è un prodotto alimentare conservato, la cui stabilità, oltre che dal processo di conservazione adottato, è limitata dalle condizioni ambientali (basse temperature, mantenimento in atmosfera controllata). Anch’essi si dividono in due categorie:

• Semiconserva ipoacide con pH ≥ 4,5 pastorizzata: prodotto alimentare confezionato in un recipiente ermetico ai gas, ai liquidi e ai microrganismi nelle normali condizioni d’uso. Subisce un trattamento termico, o altro trattamento autorizzato analogo negli scopi, in grado di distruggere la maggior parte dei microrganismi (e comunque tutti i patogeni) e inattivare la maggior parte degli enzimi la cui presenza o proliferazione potrebbe rendere il prodotto improprio all’alimentazione. Devono avere in etichetta la dicitura (da conservare in frigorifero” o “a temperatura di 4-5°C”.
• Semiconserva a qualsiasi valore di pH: prodotto alimentare reso conservabile per effetto di un trattamento tecnologico o dell’aggiunta di sostanze (consentite dalla legge) che siano in grado di inibire o rallentare la proliferazione microbica e l’attività di enzimi in grado di renderlo improprio all’alimentazione (zucchero, sale). Tali semiconserve possono essere poste in contenitori o involucri più o meno ermetici. Appartengono a questa categoria: prodotto surgelati o congelati, prodotti essiccati, liofilizzati, salati, acidificati per aggiunta di acidi o a seguito di fermentazioni, prodotti sotto alcol, affumicati.

La conservabilità delle conserve è indipendente dalle condizioni ambientali, purché esse siano normali, mentre la conservabilità delle semiconserve dipende dalle condizioni ambientali. Ad esempio, un prodotto surgelato è conservabile fintanto che viene mantenuto allo stato surgelato.

Trattamenti termici e valori di F

Una classificazione importante, soprattutto per i prodotti di origine animale, è rappresentata dai prodotti che hanno subito un trattamento termico più o meno blando con valore di F₀ variabili.

Il valore di F₀ ha le dimensioni di tempo e rappresenta l’effetto termico (sterilizzante) totale; rappresenta il tempo necessario a una determinata temperatura di riferimento (F₀ 121°C), in corrispondenza della quale si hanno almeno 12 riduzioni decimali del Cl. Botulinum.

Se il Cl. Botulinum ha un D a 121 pari a 15’’ si ha un effetto sterilizzante pari a 3’, perché quando si realizza la sterilità commerciale viene identificato un trattamento termico con un tempo tale da avere 12 riduzioni decimali del Cl. Botulinum. Non tutti i trattamenti termici vengono fatti a temperatura di 121°C, si possono usare altre coppie tempo-temperatura, ed in quel caso bisogna calcolare l’F₀ equivalente e capire è maggiore, minore o uguale a 3’:

• Se F = 3’ si è raggiunta la sterilità commerciale
• Se F < 3’ non si è raggiunta la sterilità commerciale
• Se F > 3’ la sterilità commerciale è stata superata.

Crescita e distruzione dei microrganismi

Ogni microrganismo ha una temperatura ottimale di crescita. Il microrganismo ha un optimum di temperatura in corrispondenza della quale si ha la massima velocità di crescita, e se questo optimum viene portato avanti per un periodo lungo si ha un’alterazione forte a carico del prodotto alimentare. Per la distruzione termica dei microrganismi abbiamo le due equazioni di Bigelow.

Se si mette su un asse il numero delle cellule iniziali in un prodotto alimentare rispetto al tempo, e si mantiene costante la temperatura di trattamento termico, si osserva che al tempo t₀ c’è una certa carica batterica dovuta ad N₀, dopo un tempo di trattamento a temperatura costante la carica batterica residua sarà di un certo valore. Si tratta di un’equazione esponenziale e quindi non si ha una sterilità assoluta, si ha un tempo infinito per avere una carica batterica residua prossima a zero che tecnologicamente ed economicamente non è proponibile, e quindi bisogna realizzare una sterilità commerciale.

Da questa legge esponenziale si passa alla variazione nel tempo della carica batterica, che segue una cinetica di primo ordine che è direttamente proporzionale al numero di microrganismi presenti al tempo t.

Se si pone che N₀ = 1000 UFC/kg in un prodotto, e dopo un trattamento termico fatto a una certa temperatura si ha che N = 100 UFC/Kg, andando a sostituire si ha: log1000/100 = t/D log10 = t/D t = D.

D è il tempo a una certa temperatura di trattamento capace di ridurre di 10 volte la carica batterica iniziale. Cambia a seconda del microrganismo (se per esempio si tratta di un microrganismo sporigeno, la spora presenta un D maggiore della forma vegetativa), del mezzo in cui si trova (dipende dal pH del mezzo, più è basso il pH più D è basso. Anche i grassi influenzano il parametro D; i grassi sono dei protettori nei confronti dei microrganismi. Maggiore è la presenza di vapore acqueo e più facile sarà sterilizzare il prodotto) e a seconda della fase di sviluppo in cui si trova il microrganismo (se il microrganismo si trova nella fase logaritmica di crescita è più sensibile al trattamento termico ed è più facile distruggerlo nella fase di crescita, questo perché con l’aumento della temperatura si formano delle molecole di vapore acqueo che bombardano la membrana cellulare del microrganismo, e questo bombardamento porta alla distruzione della membrana e quindi alla morte del microrganismo).

Equazioni di Bigelow

La prima legge di Bigelow vale se la temperatura resta costante e consente di conoscere la popolazione residua dopo un trattamento termico effettuato a una certa temperatura costante per un certo tempo. Nota la carica batterica iniziale attraverso D si può calcolare la carica batterica finale. L’obiettivo di sicurezza alimentare è quello di ottenere 12 riduzioni decimali del Cl.Botulinum, F₀ 121 pari a 3’ per le conserve ipoacide. Bisogna ottenere, oltre alla sicurezza igienico-sanitaria, la garanzia di conservabilità del prodotto e quindi c’è una microflora alterativa non patogena.

In base al substrato che si considera si sceglie come microrganismo di riferimento quello che è più patogeno e più termoresistente (ad esempio nel caso del latte si sceglie Micobacterium tuberculosis, nel caso delle uova si prende come riferimento Salmonella typhimurium, nel caso di derivati del latte si sceglie Listeria monocytogenes). Nel caso delle conserve iperacide c’è un microrganismo alterativo non patogeno, che può crescere in un ambiente fortemente acido, ed è il Clostridium pasteurianum, che può creare, insieme ad altri clostridi, dei fenomeni alterativi con produzione di gas (bombaggio). In questo caso non si considera più l’F o 121°C = 3’ ma l’F 100°C = 6’.

Se si riporta su un diagramma semi-logaritmico la concentrazione microbica nel tempo, si osserva che il D rappresenta il valore di tempo che consente di ridurre di 10 volte la carica batterica iniziale. Il valore di D dipende dalla temperatura:

Resistenza termica

Esempio di trattamento che distrugge Clostridium botulinum: se per le spore di Cl. Botulinum D = 15’’ e l’obiettivo è la riduzione del microrganismo di 12 volte (log N₀/N = 12) il trattamento dovrebbe essere t = D · log N₀/N = 15’’ · 12 = 180’’ = 3’ = F 121°C.

La resistenza del microrganismo è influenzata, oltre che dalla temperatura, anche dal tipo di ceppo, dalla composizione chimica del mezzo (dalla presenza di acqua libera, dal pH, dalla presenza di grasso), dall’età delle cellule e dallo stato della crescita.

Resistenza al calore

La resistenza al calore di muffe e lieviti, che possono essere anche sporigeni, è simile a quella delle forme vegetative: D = 0,5-3’.

All’aumentare della temperatura diminuisce esponenzialmente il valore di D, o il tempo di morte termica t.

Z può cambiare in funzione del tipo di microrganismo ma anche in funzione alle reazioni chimiche, le quali seguono una legge di primo ordine.

Valori Z dei microrganismi

Reazioni chimiche e valori Z

Esempio: Se D₁ = 100 e D₂ = 10, T è di riferimento e solitamente è 121. Log D₁/D₂ = log 100/10 = Z = T₂ – T₁. Z rappresenta, quindi, l’incremento di temperatura in corrispondenza del quale si ha una riduzione di D di 10 volte, ossia di un ciclo logaritmico.

La resistenza relativa dei microrganismi alle differenti temperature varia:

• Il valore Z per le spore batteriche è intorno a 10°C (18°F)
• Il valore Z per la maggior parte delle cellule vegetative è intorno a 5°C.

Trattamento termico ideale

In un trattamento termico di un prodotto alimentare, in condizioni ideali, si prevede di raggiungere immediatamente la temperatura di pastorizzazione o di sterilizzazione, poi una sosta a quella temperatura, e in questo intervallo di tempo e temperatura si prevede una riduzione batterica e delle sostanze chimiche di interesse alimentare. Invece nella realtà si assiste ad un profilo termico che consente di stabilire cosa succede all’interno del sistema.

Considerando un contenitore tipo, dove è presente un prodotto solido in presenza di un liquido (che rappresenta il prodotto più difficile da stabilizzare da un punto di vista microbiologico), nel punto più freddo si osserva come prima cosa una zona di preriscaldamento, una zona di sosta alla temperatura del trattamento termico, una zona di preraffreddamento e la zona di sosta a temperatura ambiente. Questo profilo termico ha un effetto letale quando si supera la temperatura minima di distruzione dei microrganismi. Nel momento in cui si superano questi valori si può calcolare quanto vale l’effetto termico totale (F = 3’ = L · dT).

L ^{Letal rate} (velocità di distruzione, che collega le temperature con i valori di Z). Il valore di F viene definito come il numero di minuti necessari, ad una determinata temperatura, per distruggere un numero determinato di cellule vitale aventi valore Z specifico. Per confrontare diversi trattamenti termici è necessario calcolare il trattamento equivalente ad una temperatura di riferimento (121°C oppure 250°F).

Esempi di trattamenti termici equivalenti

• Se Z = 10°C 1’ a 111°C equivale a 0,1’ a 121°C (il tempo di sosta si riduce di 10 volte)
• Se Z = 5°C 1’ a 111°C equivale a 0,01’ a 121°C (il tempo di sosta si riduce di 100 volte)

A 121°C e per Z = 10°C F è designato come valore F di riferimento (F₀), che è definito “valore di sterilizzazione” ed è il numero di minuti a 121°C (250°F) richiesti per distruggere un determinato numero di cellule il cui valore Z è di 10°C (18°F).

Dalla prima legge di Bigelow: log N/N₀ = t/D₁₂₁ ^121°F. Inoltre, log N/N₀ = t = D · log F = D · log rif _121°F. Se si fa un trattamento termico ad una temperatura diversa cambia D₁₂₁. Dalla seconda legge di Bigelow: log (N₁/N) = (T₁ – T₂) / Z = 10.