Processi e gestione qualità

Processi e gestione della qualità nell’industria alimentare

UNIPR III° anno

A.A. 2018/2019

Corso: Scienze e Tecnologie Alimentari

Indice

• Processi e gestione della qualità
• La water activity 3
• La tecnica degli ostacoli 7
• Tecnologia della pasta 9
• Carboidrati 11
• Proteine 12
• Lipidi 12
• Minerali e vitamine 13
• La conservazione dei cereali e la produzione degli sfarinati 13
• La produzione degli sfarinati (molitura) 14
• Requisiti legali e tecnologici delle semole 16
• L’impasto ed il glutine 17
• Reologia degli impasti 17
• La pastificazione 21
• Tecnologia delle paste fresche 25
• Enologia 28
• La vinificazione in rosso 30
• La vinificazione in bianco 32
• Modificazione della composizione del mosto 34
• Sfecciatura o defecazione 35
• Vini novelli 36
• Stabilizzazione ed imbottigliamento dei vini 39
• Invecchiamento 41
• Cenni di tecnologie delle conserve vegetali 43
• Cenni di tecnologia di produzione di conserve di pomodoro 54
• Igiene e sanificazione degli impianti alimentari 58
• Procedure di pulizia e sanificazione 58
• Lavaggi CIP 59

Processi e gestione della qualità nell’industria alimentare

La water activity

L’attività dell’acqua di un alimento è un indice qualitativo dell’acqua ed indica il rapporto tra la tensione di vapore dell’acqua presente nell’alimento e la tensione di vapore dell’acqua pura.

a_w = p/p_w o

L’attività dell’acqua è la misura dello stato energetico dell’acqua in un sistema. L’effetto colligativo delle specie dissolte (sale o zucchero) interagisce con l’acqua mediante legami dipolo-dipolo, ionici e ad idrogeno. L’effetto della capillarità, dei legami ad idrogeno tra le diverse molecole di acqua, l’interazione superficiale con gruppi chimici di molecole non dissolte (es: amido o proteine) attraverso forze dipolo-dipolo, legami ionici e forze di Van Der Waals. È la combinazione di questi differenti fattori nei prodotti alimentari a ridurre l’energia dell’acqua e a ridurre l’umidità relativa comparata con l’acqua pura.

L’attività dell’acqua è molto importante, in quanto è uno dei principali fattori critici determinanti la qualità e la sicurezza di un alimento.

L’attività dell’acqua influisce la shelf life, la sicurezza, la texture, il flavor e l’odore degli alimenti.

Mentre la temperatura, il pH e altri diversi fattori possono influenzare il “se” ed il “quanto velocemente” gli organismi si possono sviluppare in un prodotto, l’attività dell’acqua può essere il più importante fattore per il controllo della stabilità. La maggior parte dei batteri, ad esempio, non crescono ad attività dell’acqua che presenta valori inferiori a 0.91, e la maggior parte delle muffe cessano di svilupparsi a valori inferiori a 0,80.

Misurando l’attività dell’acqua, è possibile predire quali microorganismi potranno o potrebbero essere o meno fonte di alterazione o pericolo in un alimento.

L’attività dell’acqua (e non il contenuto in acqua), determina il più basso limite di acqua disponibile alla crescita microbica. Inoltre ad influenzare lo sviluppo microbico, l’attività dell’acqua può giocare un ruolo significativo nella determinazione dell’attività enzimatica e può avere un elevato impatto sul colore, l’aroma ed il sapore degli alimenti.

L’umidità totale, invece, è un indice quantitativo ed indica il contenuto in acqua totale di un alimento (quindi sia di acqua libera che di acqua legata).

La relazione tra umidità ed attività dell’acqua è data dall’isoterma di adsorbimento. Il rapporto dell’attività dell’acqua che va da 0 ad 1, risente della composizione dell’alimento, quindi l’acqua che va ad interagire con l’alimento sarà più o meno legata a seconda delle caratteristiche dei componenti dell’alimento stesso.

Globalmente parlando, quindi, la formula dell’a_w definisce quanto sono intensi i legami che l’acqua fa con i soluti presenti nell’alimento. I due estremi sono delimitati dal fatto che si ha un alimento completamente anidro, e misurando la tensione di vapore dell’acqua di quell’alimento si riscontrerà 0, viceversa se si prende un alimento ideale “acqua distillata”, si avrà un rapporto pari ad 1.

Quando si va a mettere in relazione il contenuto in acqua con la variazione dell’attività dell’acqua, in funzione della composizione e della struttura dell’alimento, l’acqua reagirà in modo imprevedibile e tali relazioni daranno origine a diversi valori di attività dell’acqua in funzione della tipologia dell’alimento. Quindi, non si può dire in assoluto come cambia l’attività dell’acqua in funzione dell’umidità, ma occorre definire la zona o regione alla quale si fa riferimento.

Ad esempio nella zona 1, si ha una relazione di tipo “Y=X”, quindi lineare a proporzionalità diretta. In zona 2, si assiste invece ad un elevato aumento di attività dell’acqua per piccoli incrementi di contenuto in acqua. In zona 3, invece, l’attività dell’acqua cambierà poco all’aumento di elevate quantità di acqua.

L’isoterma è in relazione con diverse caratteristiche del prodotto, come ad esempio la friabilità o la croccantezza. Ad esempio, un grissino appena prodotto, può rientrare in zona 1, ma in funzione del tempo può assorbire umidità spostandosi rispettivamente in regione 2 e 3, perdendo di conseguenza croccantezza: questo è correggibile andando a utilizzare packaging opportuni impermeabili al vapore d’acqua.

Dato un alimento sconosciuto, è possibile quindi immaginare l’isoterma corrispondente in funzione della composizione di tale alimento. Esistono manuali contenenti diverse isotermi costruite da ricercatori per diversi alimenti: infatti, per costruire un’isoterma, occorrerebbe andare a valutare la variazione in termini analitici dell’attività dell’acqua in funzione del contenuto in acqua.

Ad esempio, a destra, è rappresentata l’isoterma dei cornflakes. Questa isoterma è stata costruita andando a far asciugare il prodotto in una stufa, pesando il prodotto fino a quando il peso diventa costante (ovvero fino a quando l’acqua non evapora più) e quindi l’acqua non è più presente. A questo punto si hanno i cornflakes “secchi” e se ne misura l’attività dell’acqua, che sarà più o meno zero.

Il cornflakes secco viene umidificato (con un umidificatore, ad esempio), pesato, e viene misurata l’attività dell’acqua. Tra la nebulizzazione e la misurazione occorre far trascorrere un tempo necessario per il raggiungimento dell’equilibrio. Questo è l’unico modo per riuscire ad avere in modo chiaro una isoterma di un prodotto. Basta cambiare un minimo della composizione per far cambiare anche più o meno sensibilmente l’isoterma.

Se si fa il contrario, ovvero se si umidifica completamente il prodotto e si va a fare evaporare l’acqua misurando l’attività dell’acqua, si noterebbe un Δ tra l’assorbimento ed il desorbimento, mantenendo quindi una sorta di irreversibilità.

Una ulteriore considerazione da fare è la seguente equivalenza:

a_w = P/Po = ERH(%)/100

Dal momento in cui un alimento, o più in generale un materiale, è in equilibrio termico e materiale con l’atmosfera circostante, l’attività dell’acqua è equivalente all’umidità relativa dell’ambiente su 100. L’attività dell’acqua è un rapporto tra tensioni di vapore relative all’alimento, mentre l’umidità relativa (ERH) è il rapporto tra la quantità di acqua contenuta nell’atmosfera rispetto alla quantità di acqua totale.

Questa isoterma dimostra la capacità di crescita dei microorganismi e le cinetiche delle reazioni al variare dell’attività dell’acqua dell’alimento.

L’abbassamento dell’a_w è possibile ottenerlo sia togliendo acqua (essiccazione) sia aggiungendo soluti (ad esempio la salatura). Il processo di produzione di una marmellata consta di fatto in diverse operazioni di riduzione dell’attività dell’acqua, raggiungibile come goal mediante l’utilizzo di calore, per evaporazione, e per aggiunta di soluti, addizionando zucchero.

Sempre nel campo della frutta, è possibile diminuire ulteriormente l’attività dell’acqua senza utilizzo di calore, aggiungendo solamente i soluti, come ad esempio accade con il processo di canditura.

Attività dell’acqua e stabilità microbiologica

Qui sotto vengono riportate delle tabelle assolutamente indicative inerenti all’attività dell’acqua e la stabilità microbiologica degli alimenti:

La problematica dell’industria alimentare è inerente al controllo del valore di attività dell’acqua nell’alimento. Generalmente il controllo dell’attività dell’acqua negli alimenti avviene mediante:

• Raggiungimento dell’equilibrio con l’umidità relativa nota dell’atmosfera;
• Rimozione dell’acqua;
• Addizione di soluti (zuccheri, sale, alcoli poliidrati, glicole propilenico, …).

I metodi più classici per misurare l’attività dell’acqua sono:

• Igrometri elettrici: consiste in un potenziometro, un vano per il campione ed un sensore con un elettrolita immobilizzato (es: cloruro di litio). I cambiamenti in ERH sono riflessi nel cambiamento della conduttanza della corrente attraverso un sensore. È un sistema tipicamente lento e richiede una calibrazione di routine con gli standard.
• Misurazione del punto di rugiada: si usa uno specchio freddo con una superficie condensante. Lo specchio viene raffreddato, avviene la condensazione dell’acqua e la temperatura di condensazione è indicativa del punto di rugiada. Il valore di ERH deriva dalle carte psicometriche. È un metodo molto veloce e accurato ed inoltre non è richiesta una calibrazione.

La tecnica degli ostacoli

Questa tecnologia è un concetto che ha preso piede in molti prodotti, per la realizzazione di prodotti stabili sicuri nutrienti e buoni. Implica e coinvolge la combinazione intelligente di diversi fattori di conservazione o tecniche multi-target anche con trattamenti mild.

In pratica, tratta il raggiungimento della stabilità di un alimento con una combinazione di metodi differenti (pH, temperatura, attività dell’acqua, concentrazione di sale, …). Questo viene introdotto in contrasto all’utilizzo di un unico metodo di risanamento degli alimenti (tipicamente sterilizzazione). Tuttavia, non tutti gli alimenti si possono sottoporre a sterilizzazione senza perdere necessariamente qualità (ad esempio le carni, gli affettati, prodotti a base di frutta o comunque facilmente deperibili).

Oggigiorno, grazie all’aumento dei contenuti di servizio degli alimenti, si utilizzano tecniche combinate che riescono a salvaguardare il più possibile compatibilmente al tipo di prodotto l’aspetto organolettico-sensoriale relativo alla sicurezza. Giocando su una serie di interventi calibrati, è possibile mantenere al massimo le caratteristiche organolettiche e controllare tutti gli eventi avversi caratteristici di prodotti ad elevata attività dell’acqua (prodotti deperibili).

Ad esempio, un’insalata di pesce è un prodotto che per essere reso stabile viene acidificato con acidi deboli (acidificazione debole), viene confezionato in una vaschetta impermeabile all’ossigeno e viene sottoposto a trattamenti blandi di pastorizzazione mirata a certi tipi di microorganismi; successivamente un altro ostacolo imposto è la refrigerazione fino al consumo. In questo esempio sono stati applicati quattro ostacoli.

Tecnologia della pasta

Si parlerà di due tipologie di prodotti: le paste fresche e le paste secche. Questi due prodotti hanno tecnologie produttive completamente differenti.

In questa tecnologia si parlerà di grano, in particolare di frumento che assieme a miglio, mais, segale ed orzo sono alla base della dieta della popolazione mondiale. Si stima che le specie commestibili di cereali e legumi siano circa 30.000: tra queste c’è stato un processo selettivo (non OGM) per la selezione di cultivar più resistenti che ha fatto sì che quelle specie siano oggi circa poco meno di un migliaio.

Un aspetto di cui occorre tener conto è che si stima che dal 30 al 40% del prodotto coltivato viene perso e deteriorato da agenti microbiologici e biotici. Fatto quindi 100 ciò che si coltiva, quello che arriva sulle tavole delle persone è all’incirca il 60%. La mancanza di infrastrutture in paesi in via di sviluppo capaci di mantenere e preservare l’integrità di questi prodotti essenziali all’alimentazione delle persone è ciò che contribuisce a questa problematica. Questo dipende da diversi fattori, dal livello di sviluppo di molte società e da come è stata impostata una politica di aiuto da parte di molti paesi in via di sviluppo.

I cereali sono senza dubbio i vegetali più largamente coltivati al mondo: si stima che circa i due terzi della superficie coltivabile sulla terra siano dedicati alla loro produzione. I prodotti della trasformazione dei cereali costituiscono da sempre gli alimenti "di base" per l'uomo. I cereali rappresentano infatti un'ottima fonte energetica, una discreta risorsa di proteine, vitamine e sali minerali e possono essere trasformati in un'ampia gamma di prodotti, soddisfacendo le abitudini e le tradizioni alimentari più diverse.

Il termine "cereali" definisce le piante afferenti alla famiglia delle Gramineae, coltivate per i loro particolari frutti, botanicamente definiti “cariossidi", comunemente ma impropriamente chiamati semi.

I principali cereali coltivati sono i seguenti: frumento, riso, mais, orzo, avena, segale, miglio e sorgo.

La produzione cerealicola mondiale nel 1995 è stata globalmente di 1.900 milioni di tonnellate, di cui il 25% è rappresentato dal frumento.

Questa disponibilità, se equamente suddivisa tra la popolazione mondiale, potrebbe essere sufficiente a fornire circa 1 kg di cereali/procapite/die. Va tuttavia sottolineato che solo il 50% circa della produzione totale viene utilizzato per alimentazione umana, mentre un terzo del raccolto è destinato all'alimentazione animale e percentuali variabili vengono impiegate per altri scopi; infine non va dimenticato che una quota considerevole di materiale viene purtroppo persa per infestazioni di varia origine (microbiche, roditori, insetti, ecc.) o per condizioni di conservazione non appropriate.

La cariosside dei cereali è un frutto il cui corpo fruttifero è tutt'uno con il seme, di piccole dimensioni, variabili comunque a seconda della specie. La struttura anatomica della cariosside di tutti i cereali è sostanzialmente simile. Si riconoscono infatti tre regioni principali, corrispondenti a:

• Tegumenti (sia del frutto che del seme),
• L'embrione (comunemente definito germe),
• L’endosperma amilaceo o mandorla farinosa.

Ognuna di queste regioni è composta da più strati e possiede un'organizzazione strutturale ed una composizione chimica diversa e specifica per meglio rispondere alla propria funzione biologica. Una volta stoccata al 12-13% di umidità relativa, la cariosside, se conservata attorno ai 16-18°C possono avere una shelf life lunghissima. Se la stessa cariosside è esposta ad ambienti con umidità maggiori, la