Processi di produzione degli alimenti

Processi di produzione alimentare

Cosa è un processo di produzione di un alimento?

Si può definire come processo la specifica sequenza di operazioni unitarie messa in atto per trasformare in senso lato le materie prime in prodotti finiti; ogni operazione unitaria raggruppa in forma organica materiali, attività e controlli, accomunati dalla capacità di svolgere una determinata funzione di conservazione o trasformazione delle materie prime. Tale sequenza è rappresentabile graficamente mediante un diagramma di flusso o flow-sheet. Le operazioni unitarie sono varie ed hanno una precisa sequenza. Noi le facciamo perché dobbiamo trasformare, modificare, manipolare una o più materie prime, facendole diventare il prodotto finito. Un processo quindi è fatto di materie prime che diventano dei prodotti finiti a seguito di tante operazioni unitarie. Se ci soffermiamo su ogni operazione, c’è un mondo di attrezzature, persone e azioni; un’operazione è sé stessa un processo. Un processo di produzione è fatto da una sequenza di operazioni unitarie messe lì per conservare o per trasformare.

Studio del processo di produzione

Parlare di operazioni unitarie è semplice; parlare di processi di produzione è più complicato perché di prodotti alimentari ce ne sono di tutti i tipi, ed ognuno è sostanzialmente diverso e ha un suo processo di produzione.

Metodi di studio del processo di produzione

• Tabella sinottica
• Diagramma di flusso
• Approccio più approfondito applicabile solo ad alcuni settori, che richiederà più tempo

Per studiare il processo di produzione degli alimenti, il metodo più semplice è quello di utilizzare la tabella sinottica. È una tabella in cui le colonne identificano processi di conservazione o di trasformazione, o meglio le classi di operazioni unitarie fondamentali. La colonna a breve termine include due classi: la refrigerazione e la pastorizzazione. La pastorizzazione non è soltanto un’operazione di natura termica ma ha un significato più ampio: permette di ridurre di un certo livello gli agenti che danno alterazione sia di natura microbiologica sia di natura enzimatica, e riduce le velocità di reazione.

La riga identifica la materia prima fondamentale di un certo settore produttivo. L’incrocio di una riga con una colonna dà uno spazio e in questo spazio troviamo dei prodotti alimentari. Questa tabella è interessante perché, se voglio capire di un prodotto alimentare gli elementi fondamentali del suo processo, basta guardare questa tabella. La panna ha due elementi fondamentali senza i quali non si ottiene: la materia prima e un’operazione unitaria fondamentale. Per alcuni prodotti è semplice capire la materia prima fondamentale e l’operazione unitaria, altre volte è più complicato e la tabella sinottica ci aiuta a capire se quel prodotto è un prodotto in cui l’elemento fondamentale è mantenere le caratteristiche e quindi conservarlo oppure è un prodotto che vogliamo trasformare.

Se il mio prodotto è collocato nella zona di conservazione, vediamo che il prodotto è vicino alla materia prima, ossia il processo di produzione per i prodotti conservati che si trovano vicino alla materia prima dipenderà dalla qualità della materia prima. I latti pastorizzati richiederanno uno sforzo nella scelta della materia prima; poi certo, si farà una pastorizzazione, ma dal punto di vista del processo il problema è nella scelta della materia prima. Chi fa conservazione cerca in tutti i modi di ottenere un prodotto simile alla materia prima di partenza. Man mano che ci si sposta dalla conservazione alla trasformazione, cambia radicalmente il nostro approccio al processo. Se ci collochiamo nella trasformazione del latte, per fare la panna è importante il latte di partenza ma è importante anche il processo di produzione, ossia come facciamo la panna, come separiamo la crema. Se facciamo un formaggio, è importante anche il processo con cui lo otteniamo. Quando facciamo la tabella sinottica abbiamo anche la visione complessiva di un settore produttivo. Spesso un’azienda che produce latte poi inizia a fare burro, panna ecc. In altri casi ci sono aziende che si sono specializzate ed espanse sulle colonne come la Findus che fa vari prodotti congelati, specializzandosi sulla tecnica del congelamento. La tabella ci insegna un primo utile metodo per riflettere su quel settore produttivo, sui prodotti che da quel settore, sulle operazioni e le materie prime fondamentali.

Diagramma di flusso

Per capire un processo è necessario anche un secondo approccio: cercare di definire per ogni processo il diagramma di flusso o flow-sheet. Nel diagramma di flusso si deve rappresentare il processo identificando in sequenza temporale le operazioni per l’ottenimento del prodotto. Ogni prodotto alimentare è frutto di una filiera, questa filiera è spezzettata in parte e ogni parte è sotto la diretta responsabilità di un’azienda. Allora il diagramma di flusso non è visto come un diagramma dell’intera filiera ma come il diagramma dell’organizzazione produttiva che consideriamo come produttrice di un determinato prodotto. Il formato deve essere standard:

• Lo stadio iniziale e finale è scritto all’interno di un’elisse, come materie prime e prodotto finito
• All’interno del rettangolo metterò l’attività, cosa si fa, ossia un’operazione sarà un’azione (es. centrifugazione)
• Con il triangolo indichiamo lo scarto, ciò che esce dal diagramma di flusso ma può essere qualcosa che l’azienda smaltisce o riutilizza
• Ogni tanto determinati diagrammi di flusso non sono continui, ci sono lavorazioni che richiedono delle soste e quindi nel momento in cui ho la sosta può nascere un semilavorato

Più un’azienda trasforma, più il diagramma di flusso sarà lungo. Una materia prima può essere aggiunta lungo il processo, come ad esempio il lievito compresso nella panificazione ma anche il materiale di confezionamento; un prodotto alimentare è l’insieme di contenuto e contenitore. Lungo questo percorso c’è un’operazione fondamentale, ma quello che vediamo è qualcosa di più. L’ordine è fondamentale e nel diagramma di flusso si vede bene. Le altre operazioni, oltre a quella fondamentale del processo, sono sempre fondamentali (nel senso di classificazione, sterilizzazione, centrifugazione ecc.) ma in quel processo sono di supporto a quella fondamentale, avranno dietro di sé una funzione o di conservare o di trasformare. Poi capiterà di incontrare delle operazioni complementari, non fondamentali, che aiutano, come la macinazione: in alcuni processi è utile ridurre le dimensioni.

Analisi approfondita del processo

Il terzo step è quello di fare una vera e propria analisi del processo andando a fondo e quando vado a fondo devo tornare indietro. Noi dobbiamo conoscere le caratteristiche qualitative del prodotto. Come tenere sotto controllo il processo. Quindi tre punti importanti sono:

• Conoscere il prodotto finito, cioè cosa si vuol ottenere dal processo
• Conoscere il processo, come ottenere il prodotto finito stabilito
• Conoscere come tenere sotto controllo il processo, cioè come verificare che tutto avvenga correttamente secondo il progetto stabilito

Lo effettueremo su olio e vino.

Frutta e vegetali

Questa tabella sinottica fa riferimento a frutta, ortaggi, legumi in generale. Nei congelati si hanno prodotti in scatola che possono essere o solidi in pezzi oppure puree i quali sono liquidi viscosi. Questa tabella è fatta in modo che il prodotto sia collocato nel quadratino dell’operazione unitaria senza la quale il prodotto non può essere fatto. Ad esempio, il succo di frutta concentrato si trova nella separazione meccanica poiché prima si crea il succo poi lo si concentra.

• I gamma: prodotti freschi
• II gamma: conserve/sterilizzati
• III gamma: congelati/surgelati
• IV gamma: prodotti freschi che sono stati porzionati, lavati, sbucciati
• V gamma: non sono prodotti freschi ma piatti pronti, es. la patata già cotta in confezioni sotto vuoto che è pronta per il consumo

Lo yogurt alla frutta si trova nella tabella sinottica del latte poiché l’operazione principale è la produzione di yogurt. La frutta e la verdura sono importanti perché contengono fibra, zuccheri, acidi organici e sali minerali. La fibra serve a regolarizzare il tratto intestinale, aumenta il senso di sazietà e riduce l’assorbimento di grassi e zuccheri. Se essi o alcuni di essi contengono molti zuccheri, posso anche fare prodotti a base di alcool. Essi sono anche importanti perché si ha una serie di prodotti minori al loro interno, e molto studiati, che però rappresentano una piccola percentuale, nell’ordine di mg/kg. Esse sono le vitamine e il potere antiossidante. Ma la particolarità interessante è la scoperta di una nuova classe di composti organici detti nutraceutici, dotati di sorprendenti proprietà benefiche. Queste molecole si trovano solo in frutta e verdura e sono responsabili dei loro caratteristici colori e svolgono una potente azione protettiva su vari organi e apparati. Ciascun vegetale contiene uno o più nutraceutici che, insieme a vitamine, oligo elemente e minerali, agiscono in modo sinergico potenziandone le virtù. In relazione al colore, posso dire che tipo di sostanza si ha all’interno del prodotto.

Prodotti e nutraceutici

Prodotto rosso: riducono il rischio di sviluppare tumori e malattie cardiovascolari, migliorano la memoria. Es. il pomodoro contiene licopene, un carotenoide solubile che contrasta l’azione dei radicali liberi. Poi ci sono anche le antocianine utili per contrastare la fragilità capillare nella prevenzione dell’aterosclerosi e per migliorare la vista. Nelle arance rosse troviamo anche la vitamina C.

Prodotti giallo-arancio: migliorano la capacità visiva e prevengono l’invecchiamento cellulare. Es. nelle carote si trovano i carotenoidi, assorbiti insieme ai grassi alimentari, proteggono le cellule dai radicali liberi e si accumulano nelle cellule epiteliali. Si trovano anche i flavonoidi che esercitano la loro attività antiossidante prevalentemente a livello intestinale, dove neutralizzano la formazione di radicali liberi.

Prodotti verdi: riducono il rischio di tumore, prevengono l’anemia e la trombosi. Tre sono i nutraceutici tipici rappresentati dalle clorofille, i carotenoidi e una percentuale minore di acido folico.

Prodotti bianchi: diminuiscono i livelli di colesterolo, rinforzano le ossa e i polmoni. Il nutraceutico tipico di questo gruppo è la quercitina, sostanza antiossidante attiva nella prevenzione dei tumori. Altre molecole interessanti sono gli isotiocianati, utili nella prevenzione dell’invecchiamento cellulare.

Prodotti blu/viola: attività protettiva delle vie urinarie e sui vasi, sono potenti antinfiammatori. Antocianine e resveratrolo.

Processo di produzione della IV gamma

Il primo processo che guardiamo è quello della IV gamma. Essi sono ortaggi e frutta confezionati come tali o in miscela con altri che hanno come impatto di processo quello di essere porzionati e lavati. Così riesco a coniugare tre indirizzi di qualità voluta nel prodotto:

• Avere prodotti che assomigliano al prodotto di partenza fresco
• Mantenere il valore nutrizionale
• Comodità ed uso in termini di conservabilità; esso resiste qualche giorno e si presenta pronto per essere consumato

Il problema dei prodotti dell’ortofrutta però è che temono l’ossidazione dovuta alla respirazione per via degli enzimi endogeni e temono anche il deterioramento da parte dei microrganismi (es. muffe). Se si lavora in modo errato si possono avere anche patogeni dannosi che liberano sulla matrice tossine o agenti dannosi per l’uomo. Come si evita? Con l’igiene dei prodotti, dello stabile e dei macchinari. Il ricevimento è il primo passaggio di qualsiasi diagramma di flusso. Per stoccaggio si indica la conservazione, la pulitura è una serie di tante operazioni, che si fanno convergere sotto un'unica voce. La porzionatura invece significa porzionare. La pareggiatura serve per stabilizzare la forma o le dimensioni di un prodotto e naturalmente si vengono a formare scarti. Il tratteggiare una fase di un processo significa che essa è facoltativa. I trattamenti superficiali migliorano il prodotto introducendo altre materie prime, cioè additivi. L’asciugatura può essere fatta con centrifuga o lasciando i prodotti per un certo tempo ad asciugare in modo naturale. Nel confezionamento entrano altre materie prime come gli imballaggi che spesso sono di natura plastica; questo ultimo stoccaggio è un’altra operazione di conservazione. Dobbiamo individuare il prodotto finale, le materie prime, ma dobbiamo cercare anche l’operazione fondamentale per il processo, che, in questo diagramma di flusso è lo stoccaggio finale, esso deve essere refrigerato, stando attenti all’umidità relativa. Il prodotto stoccato è già stato confezionato. Lo stoccaggio deve essere il più breve possibile per via della respirazione e dell’azione dei microrganismi. Esso deve anche avvenire in condizioni refrigerate. La preparazione è un’operazione di trasformazione, di separazione meccanica anche se lo scopo è aumentare la conservabilità. Il lavaggio è una tecnica di conservazione a breve termine. Stoccaggio, preparazione e lavaggio sono operazioni di elevata importanza ma non possono essere classificate come fondamentali. Il resto sono delle operazioni complementari che aiutano ma sono di minore importanza rispetto alle altre operazioni. La pulitura e l’asciugatura sono trasformazioni, nello specifico separazioni. Queste ultime operazioni conferiscono nel loro piccolo un po’ di trasformazione.

Ricevimento significa pesare, fare verifiche ispettive, controlli e scarto delle merci. I trattamenti superficiali servono per evitare i fenomeni ossidativi. Si distribuisce sul prodotto acido ascorbico o si introduce una pioggia di H₂O con acido citrico. Il CaCl₂ è un additivo che conferisce inspessimento, conferisce una maggiore durezza al prodotto soprattutto se tagliato. È anche essa una complementarietà, ha impatto sulla conservabilità. Quando si possono conservare i prodotti di IV gamma? Si deve stabilire un indicatore di conservabilità nel caso delle carote, l’indicatore o marker di processo sono tre: il primo (triangolo) è la contabatterica totale che aumenta quando il prodotto ha superato la data di scadenza. La seconda è la conta dei coliformi totali (tondo) che rappresentano un indice di come ho conservato ma anche di come ho lavorato il prodotto. Il terzo marker è una variazione di colore (rombo), che rappresenta un indice indiretto; se il colore supera una certa soglia, dalla carota percepisco un off-odor (puzza). Dai tre indicatori posso avere una valutazione sensoriale e la sicurezza microbiologica. Bisogna studiare questi fenomeni cineticamente, cioè misurare questi indici ad un certo binomio tempo-temperatura. Le cinetiche sono importanti sia per la sterilizzazione che per la pastorizzazione ma anche per una conservabilità in condizioni refrigerate.

Questo sopra è un grafico che riporta in scala semilogaritmica i binomi tempo-temperatura. Ogni punto di quelle rette corrisponde ad un binomio t-T. il triangolo fa riferimento a 3 cicli logaritmici, il tondo invece a due. Se conservo le carote a 4°C posso conservarle per oltre un giorno senza alterazioni; più mi sposto a destra della scala delle x, più la conservabilità diminuisce. Posso inoltre conservare le carote in atmosfera modificata. La combinazione della catena del freddo più atmosfera modificata aumenta la conservabilità (durata di 1 settimana). Se al confezionamento si applica atmosfera modificata, esso si considera come un’operazione importante e non un’operazione complementare poiché essa condiziona direttamente la qualità del prodotto, quindi il confezionamento in questo caso diventa una tecnica di conservazione.

Conservabilità dei prodotti di IV gamma

Come faccio ad aumentare la conservabilità di un prodotto di IV gamma per più di qualche giorno? Con la surgelazione. Hanno sempre come punto di debolezza quello degli enzimi e dei microrganismi finché essi non sono surgelati, infatti le reazioni di degradazione continuano fino a che non si abbassano le temperature. Se la congelazione non è fatta in maniera adeguata, si può avere anche un danno tecnologico di natura meccanica poiché si formano dei cristalli che rompono le cellule. Un altro problema si ha quando non si rispetta la stessa temperatura di refrigerazione e quindi il problema dei cristalli si presenta durante la shelf life.

Processo di produzione di frutta e ortaggi surgelati

L’operazione fondamentale è la surgelazione, la temperatura minima per la surgelazione è –18°C ma ancora meglio è –24°C. Per attuare la scottatura, la superficie del prodotto deve essere riscaldata tra gli 85-100°C, solitamente in H₂O. Essa è una tecnica di conservazione che usa il calore. La scottatura si attua per via dell’attività enzimatica che sono tenute da ortaggi, frutta e legumi. L’operazione fondamentale è la surgelazione. Le operazioni importanti ma non fondamentali sono lo stoccaggio. Le operazioni complementari sono la ricezione, lo stoccaggio, pulitura, preparazione, raffreddamento e confezionamento.

Processo di produzione di frutta e ortaggi in scatola

A questo diagramma va aggiunto nella fase di preparazione l’utilizzo dell’acqua pulita e lo scarto di acqua sporca. Il confezionamento si attua con contenitori, in vetro o in banda stagnata, e si aggiunge un liquido di governo che aiuta il trasporto di calore. Il liquido può essere H₂O più altri elementi.