Appunti processi della tecnologia alimentare con elementi di packaging

Definizioni e classificazione dei processi

Tecnologia alimentare → complesso di operazioni e processi volti alla conservazione o alla trasformazione di materie prime alimentari prodotte dall’agricoltura, dall’allevamento alla pesca.

Obiettivi

• Aumentare conservabilità, poter rendere disponibili tutto l’anno alcune materie prime → estendere la disponibilità del tempo e consentirne il trasferimento dai luoghi;
• Produrre ingredienti, e da questi, prodotti finiti partendo da materie prime che come tali non sono commestibili o addirittura contengono fattori tossici, processo tale da togliere questi fattori di rischio. Es. composto tossico dell’olio di cotone, che deve quindi essere sempre sottoposto a raffinazione, oppure fattori antinutrizionali dei legumi che infatti non possono essere consumati crudi.

Quindi gli obiettivi principali sono conservare e trasformare, ma con:

• Massima efficienza → massima resa con il minimo costo;
• Minimo danno tecnologico → possono esserci sovra cottura o trattamento termico troppo elevato che instaurano fenomeni negativi per la qualità del prodotto;
• Ottimizzazione qualità attraverso buone pratiche di trasformazione e conservazione.

Altri obiettivi

• Garantire sicurezza igienico-sanitaria e qualità costante;
• Fornire convenience ovvero praticità al consumatore, di cottura, di utilizzo, es. piatti pronti, confezioni con già forchetta e tovagliolo, ecc.;
• Promuovere lo stato di salute, anche attraverso functional food → alimenti per aumentare il benessere intestinale, prodotti probiotici come yogurt addizionato di microrganismi, alimento fortificato di antiossidanti, alimento iperproteico per atleti.

Si ha passaggio da ingegneria di processo a ingegneria di prodotto, disegnare il prodotto alimentare → l’evoluzione è avvenuta tramite focalizzazione dei processi per avere alta resa, bassi costi e conservabilità elevata. Questi processi, congelamento, ecc., sono stati sviluppati anche per garantire salute al consumatore e salubrità del prodotto.

Oggi, progettare un alimento, è basato sul:

• Gestire la qualità → progettare processi e alimenti con caratteristiche costanti e desiderate;
• Gestire la sicurezza e la qualità della filiera → fiducia del consumatore “from farm to fork”.

La tecnologia alimentare deve quindi risolvere quelli che possono essere caratteri critici di materie prime o prodotti alimentari, quali:

• Vulnerabilità materie prime → attacchi da parassiti o avversità climatiche;
• Parti non edibili e frazioni che necessitano di riscaldamento, per eliminazione fattori antinutrizionali ad esempio;
• Presenza fattori di rischio, come composti tossici e quindi l’alimento necessita di risanamento;
• Alterabilità qualità che diminuisce nel tempo per diversi fattori. Necessaria stabilizzazione;
• Esigenze di preparazione, trasporto, ecc.

Problemi, strategie e interventi

Operazioni di separazione e interventi

Che operazioni di separazione servono per aumentare la commestibilità delle materie prime animali o vegetali, quindi per eliminare le parti non edibili?

• Centrifugazione per eliminare residui non adatti da materia liquida;
• Mondatura per togliere tramite tagli le parti non edibili di vegetali di quarta gamma;
• Filtrazione;
• Estrazione con solvente;
• Pulitura;
• Defogliatura;
• Denocciolatura.

Quali interventi basati su scambi di calore possono rimuovere cause di alterazione degli alimenti? A quali cause ci si riferisce?

• Sterilizzazione e pastorizzazione che ci permettono di distruggere microrganismi alteranti e patogeni e enzimi;
• Blanching → scambio di calore per eliminare diverse tipologie di enzimi e aumentarne la conservazione.

Che cosa si intende per fortificazione o alleggerimento volti a migliorare la rispondenza nutrizionale di un alimento?

• Fortificazione → aggiunta di micronutrienti, vitamine e sali minerali, ad un alimento per far fronte a carenze nutrizionali;
• Alleggerimento → diminuzione di grassi e zuccheri per creare alimenti “light” ad esempio o diminuzione contenuto proteico per creare alimenti ipoproteici.

In cosa consiste l’istantaneizzazione attuata per migliorare la comodità d’uso? A quali alimenti può essere applicata?

• Creazione particelle più porose in modo da far entrare l’acqua all’interno di queste particelle più facilmente e si ha la reidratazione di esse. Un esempio sono le polveri, latte in polvere.

Processo e materie prime

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

Si parte da materie prime, che possono essere di diverso tipo, che subiscono operazioni e controlli di diverso tipo e ottengo il prodotto alimentare.

Obiettivi processo

• Aumentare conservabilità materie prime o alimenti non processati;
• Trasformare materie prime in prodotto finito.

Materie prime → materiali che entrano nel processo aziendali che possono provenire da settori tradizionali di produzione primaria, allevamento, pesca, agricoltura, da industrie di prima trasformazione, semi-lavorati, oppure da industrie produttrici di additivi, coadiuvanti, nutrienti e materiali di confezionamento.

Coadiuvanti → sostanze aggiunte ad un processo che non rimane nel prodotto finito, possono non essere indicati in etichetta.

Additivi → sostanze aggiunte al processo che rimangono e fanno parte del prodotto finito e quindi deve essere indicato in etichetta.

Produzione primaria → tutte le fasi della produzione, dell’allevamento o della coltivazione dei prodotti primari, compresi il raccolto, la mungitura e la produzione zootecnica precedente la macellazione e comprese la caccia e la pesca e la raccolta di prodotti selvatici.

Quindi i prodotti primari saranno i prodotti della produzione primaria compresi i prodotti della terra, dell’allevamento, della caccia e della pesca.

Prodotti intermedi o semilavorati → derivanti da manipolazioni o trasformazioni di materie prime, ma non ancora diventati prodotti finiti che sono oggetto di commercio. Un esempio sono le miscele gelato già pronte o inviate al punto di vendita dove sono poi trasformate in gelato.

Classificazione materie prime

• Animale → carne, pesce, latte, altro, miele e uova;
• Vegetale → verdura, cereali, frutta, spezie, piante oleaginose;
• Minerale → acqua e sale.

Quando parliamo di un processo o un prodotto dobbiamo sapere a quale gruppo appartengono le materie prime. Quando si usano più materie prime, di solito c’è un ingrediente predominante che fa parte di una determinata categoria.

Prodotti alimentari → prodotti destinati al consumo alimentare ottenuti da conservazione o trasformazione delle materie prime, semilavorato non considerato prodotto alimentare perché non può essere considerato come tale.

Codex Alimentarius → raccolta di norme ideata dalla FAO e WHO, validi a livello internazionale, che punta a raccogliere delle caratteristiche generale di alcune categorie di alimenti che poi servono come base per definire un prodotto alimentare. Es. per oli raffinati e vergini vi sono sottolineate le caratteristiche chimico-fisiche per poter chiamare questi oli come tali.

Prodotti non trasformati → non sottoposti a trattamento, compresi prodotti che siano stati divisi, separati, sezionati, affettati, disossati, tritati, scuoiati, frantumati, tagliati, puliti, rifilati, decorticati, macinati, refrigerati, congelati, surgelati o scongelati.

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

Processo tecnologico → sequenza ordinata di operazioni unitarie applicate in determinate condizioni operative a una o più materie prime. Il prodotto finito è il risultato di tutti i fenomeni che hanno luogo durante l’intero processo.

Operazione unitaria → fase elementare di un 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 e il materiale di applicazione dell’operazione.

Tabella classificazione operazioni slide. Operazioni che permettono di trasformare o conservare ingredienti del prodotto finito.

Classificazione operazioni fondamentali

• Refrigerazione;
• Congelamento;
• Sterilizzazione;
• Disidratazione;
• Frazionamento meccanico, setacciatura, sedimentazione, centrifugazione, filtrazione;
• Frazionamento fisico e fisico-chimico, estrazione con solvente;
• Miscelazione semplice, miscela gelato;
• Miscelazione con strutturazione, emulsione, schiuma;
• Trasformazioni chimiche indotte da trattamento termico;
• Trasformazioni chimiche indotte da reazioni chimiche o enzimatiche, raffinazione olio, delattosare il latte;
• Trasformazioni chimiche basate su azioni di microrganismi, produzione di alcol, lievito.

Classificazione operazioni senza finalità conservative o di trasformazione

Classificazione operazioni che non hanno né finalità conservative né di trasformazione:

• Taglio del prodotto;
• Formatura;
• Condizionamento termico;
• Condizionamento dello stato fisico, dissolvere, sciogliere, agglomerare;
• Condizionamento del contenuto di acqua, concentrazione, evaporazione;
• Separazione di componenti minori o impurità;
• Aggiunta di componenti minori, aggiunta di CO₂;
• Selezione, cernita, suddivisione in lotti omogenei per dimensione, colore;
• Condizionamento ovvero confezionamento con tutto il contorno al di là della confezione;
• Trasferimento, pompare dei liquidi, trasferire delle polveri.

Gli obiettivi principali erano conservare e trasformare, avremo quindi processi mirati alla conservazione e altri mirati a trasformazione.

Le tecnologie di conservazione hanno lo scopo di prolungare la vita commerciale di un alimento alterando nella minor misura possibile le caratteristiche geometriche, strutturali, meccaniche, fisiche, chimiche, microbiologiche e dunque sensoriali e nutrizionali delle materie prime o dei semilavorati o dei prodotti finiti, in vista della loro utilizzazione o del loro consumo finale.

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

Bisogna quindi conservare e trasformare con minimo danno tecnologico e ottimizzando la qualità.

Diverse tipologie di danni

• Danni meccanici → dovuti ad un’azione meccanica che possono provocare rotture, fessurazioni, perdite di succhi. Sono conseguenze di tagli, riduzioni;
• Danni termici → effetti in funzione del calore esercitato sui componenti degli alimenti. Si manifesta con perdita di vitamine, diminuzione digeribilità di alcuni nutrienti ecc. Il danno termico può favorire anche il danno meccanico, perché può rendere ad esempio i tessuti più fragili facendo aumentare la pressione interna del prodotto. Può favorire inoltre il danno chimico, perché le reazioni vengono accelerate con l’aumento della temperatura;
• Danno chimico → dovuto a reazioni chimiche, come ossidazioni o reazioni enzimatiche. Dipendono dalla concentrazione delle sostanze reagenti e dalle condizioni al contorno che favoriscono o inibiscono queste reazioni;
• Danni da contaminazioni → insetti o parassiti di altro tipo, sostanze chimiche utilizzate per il lavaggio che se non sciacquate adeguatamente entrano in contatto con il prodotto utilizzato. Altri esempi sono i pesticidi che possono residuare sul prodotto stesso. L’intensità di questo danno dipende dalla concentrazione delle sostanze contaminanti.

Questi danni dipendono da intensità e durata → quanti reattivi e quanto tempo conferisco per farli reagire tra di loro.

Ottimizzare la qualità significa saper definire i requisiti che devono caratterizzare il nostro alimento e sapere indirizzare il nostro processo alla massimizzazione di quelle caratteristiche.

Qualità del prodotto

La qualità di un prodotto può essere analizzata principalmente come:

1. Alimento in sé:

a. Requisiti del prodotto → i primi per avere la genuinità e i secondi la qualità biologica

• Requisiti di sicurezza;
• Requisiti merceologici, es. gusto del prodotto;
• Requisiti nutrizionali;
• Requisiti sensoriali.

b. Requisiti psicologici

• Requisiti del contesto produttivo;
• Requisiti etici → benessere animali.

2. Oggetto di commercio:

a. Requisiti di garanzia

• Certificazioni di sistema e di prodotto;
• Rintracciabilità di filiera.

b. Requisiti di servizi che indicano il binomio prodotto-confezione

• Comodità → convenience;
• Comunicazione;
• Presentazione.

c. Requisiti del sistema prodotto / mercato

• Disponibilità → poter sempre trovare disponibile il prodotto;
• Prezzo.

Dunque, la qualità non è definibile come una caratteristica assoluta del prodotto, poiché un prodotto è ritenuto di qualità quando soddisfa le esigenze del consumatore.

Classificazione dei processi

Processi continui → coinvolgono trasformazioni continue di massa, energia e quantità di moto su flussi continui di materiale. Immissione continua di materie prime e raccolta continua di prodotto finito. Obiettivo = ottenere un prodotto di qualità continuo nel tempo, a prescindere dalla durata del periodo in cui il processo è rimasto attivo.

Processi discontinui, a batch → produzione di quantità finite di prodotto finale ottenute da quantità finite di materie prime, processare secondo un insieme ordinato di attività e in un periodo di tempo finito. Caratteristiche:

• Prodotti lavorati in quantità, lotti, di dimensioni non fissate a priori, ma scalabili;
• La quantità di prodotto finale non è fissa, ma la sequenza di lavorazione sì;
• Il processo è interrotto dopo la lavorazione di un lotto e ripreso con quello successivo.

Processi semicontinui → hanno caratteristiche in comune sia con i processi continui e che con quelli discontinui. Sono processi che separano componenti in un flusso continuo. Il componente separato si accumula in un’unità di processo fino a riempimento, continuo e poi, a riempimento completato, il processo viene interrotto per svuotare e ripulire il serbatoio, discontinuo. Poi il processo viene riavviato.

La differenza sta anche nella dimensione dell’azienda → continui se si producono elevate quantità di un prodotto mentre discontinuo quando si preparano diverse tipologie di prodotto.

Flow-sheet e diagrammi di flusso

I processi vengono rappresentati tramite flow-sheet o diagramma di flusso → è qualitativo, non contiene informazioni di quantità, e indica tutto ciò che entra nel processo produttivo, tutte le operazioni di trasformazione o le macchine impiegate e tutto ciò che esce, sotto forma di prodotti, sottoprodotti, scarti, ecc., specificando i punti nei quali si verificano tali entrate e uscite.

Questi diagrammi possono essere anche più complicati possono essere evidenziati ricicli o recuperi di sottoprodotti e di scarti. Ad esempio, se all’uscita dell’estrusione nella produzione della pasta, abbiamo parti di impasto non formate correttamente o con forme non corrette, queste possono essere reimmesse nel processo nella fase di dosaggio / miscelazione.

Per percorsi alternativi vengono utilizzati diagrammi paralleli, che hanno in comune il materiale di partenza ed il prodotto finale.

Diagramma quantitativo → comprende, per ciascuna operazione unitaria, i bilanci materiali e anche le condizioni operative di una certa operazione unitaria. Ad esempio, per la produzione di pasta secca:

• Indico che l’acqua è stata aggiunta per nebulizzazione a 36°C;
• Miscelazione 5 minuti; 80 giri al minuto;
• Impastamen