Appunti processi della tecnologia alimentare con elementi di packaging

DEFINIZIONI E CLASSIFICAZIONE DEI PROCESSI

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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:

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- Massima efficienza massimo resa con il minimo costo;

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- Minimo danno tecnologico possono esserci sovra cottura o trattamento termico

troppo elevato che instaurano fenomeni negativi per la qualità del prodotto;

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- Ottimizzazione qualità attraverso buone pratiche di trasformazione e

conservazione.

Altri obiettivi:

- Garantire sicurezza igienico-sanitaria e qualità costante;

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- 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

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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:

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- 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:

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- 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;

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- Alterabilità qualità che diminuisce nel tempo per diversi fattori. Necessaria

stabilizzazione;

- Esigenze di preparazione, trasporto, ecc.

Problema Strategie Interventi

Vulnerabilità Difesa in campo Trattamenti chimici, fisici e colture

protette

Difesa post raccolta Disidratazione, refrigerazione, atmosfere

controllare e trattamenti chimici

Commestibilità Rimozione parti estranee e isolamento Processi di separazione

parti eduli

Alterabilità Distruzione cause (es. risanamento Scambi di calore + confezionamento

microbico)

Rimozione cause (es. filtrazione o Separazione + confezionamento

estrazione)

Neutralizzazione cause (es. ambiente Disidratazione, sottrazione calore, uso

sfavorevole) conservanti + confezionamento

Trasformazione delle materie prime o Fermentazione, cottura, cottura-

dei formulati estrusione, formulazione, frazionamento

e ricombinazione, scambi materia +

confezionamento

Presenza fattori di rischio Distruzione dei fattori di rischio Scambi di calore

Rimozione dei fattori di rischio Separazione

Riduzione dei fattori di rischio Alleggerimento

Rispondenza nutrizionale Denaturazione Scambi di calore

Correzione compositiva Fortificazione, alleggerimento e

sostituzione

Bilanciamento Formulazione

Qualità Prevenzione Analisi dei rischi

Controllo dei punti critici Controllo di processo e di prodotto

Convenienza Industrializzazione pratiche domestiche; Preparazione, precottura,

facilità d’impiego istantaneizzazione

Attribuzione contenuto di servizio Confezionamento e miniaturizzazione

Riduzione dei costi di produzione Economie di scala e nuove tecnologie

Contenimento dei prezzi Distribuzione

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

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- Blenching 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?

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- Fortificazione aggiunta di micronutrienti (vitamine e Sali minerali) ad un alimento

per far fronte a carenze nutrizionali;

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- 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 attutata 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)

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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;

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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.

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Coadiuvanti sostanze aggiunte ad un processo che non rimane nel prodotto finito (possono

non essere indicati in etichetta).

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Additivi sostanze aggiunte al processo che rimangono e fanno parte del prodotto finito e

quindi deve essere indicato in etichetta.

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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.

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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:

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- Animale carne, pesce, latte, altro (miele e uova);

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- Vegetale verdura, cereali, frutta, spezie, piante oleaginose;

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- 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.

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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).

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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.

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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.

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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.

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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 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 elle 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:

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- Danni meccanici dovuti ad un’azione meccanica che possono provocare rotture,

fessurazioni, perdite di succhi. Sono conseguenze di tagli, riduzioni;

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- 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;

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- 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;

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- 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.

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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.

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;

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-requisiti etici benessere animali.

2. Oggetto di commercio:

a. Requisiti di garanzia

-certificazioni di sistema e di prodotto;

-rintracciabilità di filiera;

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

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-comodità convenience;

-comunicazione;

-presentazione.

c. Requisiti del sistema prodotto \ mercato

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-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.

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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.

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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.

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Processi semicontinui hanno caratteristiche in come 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.

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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, sottoforma

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 riemesse nel processo nella fase di dosaggio \ miscelazione.

Per percorsi alternatici vengono utilizzati diagrammi paralleli, che hanno in comune il

materiale di partenza ed il prodotto finale.

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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;

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- Miscelazione 5 minuti; 80 giri al minuto;

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- Impastamen