Appunti di Processi delle Tecnologie Alimentari Sanitizzazione e Conservazione

Processi delle tecnologie alimentari – Sanitizzazione e conservazione

Classificazione degli alimenti

Un alimento è una qualsiasi sostanza, o miscela di sostanze, in qualsiasi stato di aggregazione della materia la cui ingestione è volta al sostentamento energetico dell’essere umano. La “nuova gamma” è una classificazione degli alimenti. Gli alimenti di nuova gamma si classificano in base al “grado di lavorazione”, ovvero tutti i trattamenti volti a favorire la conservabilità degli stessi e, dunque, a ridurne la deperibilità generale. La classificazione è effettuata come segue:

• Prima gamma
  Gli alimenti di “prima gamma” sono prodotti che non hanno subito alcuna lavorazione da parte dell’uomo, immessi in commercio subito dopo la raccolta e, di conseguenza, soggetti a forte deperibilità.
• Seconda gamma
  Gli alimenti di “seconda gamma” sono alimenti sottoposti a stabilizzazione termica con il calore o sono conservati mediante additivi chimici naturali come sott’olio e sott’aceto. Presentano una shelf-life di mesi o anni, ma sono soggetti a un forte deperimento delle proprietà nutritive, in particolare delle vitamine. Appartengono a questa categoria gli alimenti noti come conserve e semi-conserve.
• Terza gamma
  Gli alimenti di “terza gamma” sono alimenti che hanno subito un trattamento termico con il freddo, quindi alimenti congelati o surgelati. Questa tipologia di alimenti, attraverso il rapido congelamento, gode di una lunga shelf-life e di un lieve deperimento nutritivo.
• Quarta gamma
  Gli alimenti di “quarta gamma” sono alimenti che non hanno subito alcun trattamento termico, ma sono puliti, lavati e confezionati in appositi contenitori, solitamente plastici. La loro shelf-life è di pochi giorni e vanno conservati necessariamente a temperature tra gli 0°C e 9°C durante tutto il processo di lavorazione e conservazione. Le lavorazioni subite dagli alimenti quarta gamma aumentano la deperibilità, per questo motivo si è soliti utilizzare metodi di bio-conservazione come l’impiego di batteri lattici o atmosfere protettive.
• Quinta gamma
  Gli alimenti di “quinta gamma” sono i prodotti semilavorati, ovvero tutti quegli alimenti che sono stati cotti e, successivamente, confezionati sottovuoto o in atmosfera controllata. Solitamente sono conservati a temperatura di refrigerazione e sono caratterizzati da una shelf-life piuttosto lunga con un buon mantenimento delle proprietà organolettiche.

Alterazione degli alimenti

Gli alimenti sono particolarmente esposti ad alterazioni che ne possono compromettere le caratteristiche strutturali e nutrizionali. Queste alterazioni possono avere carattere diverso:

Alterazioni alimenti

Carattere biologico

• Microorganismi
• Enzimi
• Macro-parassiti

Carattere chimico-fisico

• Ossigeno
• Temperatura
• Luce
• Umidità
• pH

Allo stesso modo, anche la “fonte” delle alterazioni può essere di vario tipo:

• Intrinseca all’alimento;
• Dall’ambiente;
• Dai metodi di lavorazione.

È importante sottolineare come sia importante distinguere l’incidenza delle diverse alterazioni anche a seconda che si tratti di alimenti di origine animale o di origine vegetale. In particolare, questi ultimi, presentano la problematica di continuare a svolgere le loro attività metabolica anche in seguito alla raccolta; ciò comporta il sopraggiungere di ulteriori alterazioni anche una volta terminata la lavorazione.

Contaminazioni microbiologiche

Per quanto riguarda le contaminazioni microbiologiche, esse causano principalmente problemi di:

• Proliferazione batterica;
• Emissione di cattivo odore;
• Produzione di sostanze tossiche.

I microorganismi alterativi causano, all’interno degli alimenti, modificazioni tali da renderlo inaccettabile per il consumo umano. In genere soltanto una parte della popolazione batterica partecipa all’alterazione: solitamente funghi, batteri e protozoi. Per proliferare, i batteri necessitano di particolari condizioni:

• Temperature comprese tra i 4°C e 60°C;
• Tempo;
• Umidità > 0.85;
• Presenza o assenza di ossigeno a seconda della tipologia;
• Nutrimento;
• Acidità (4.6 < pH < 7);

L’attività dell’acqua assume valori compresi tra 0 ed 1 e può essere espressa come segue:

aw = P/Po = (p/p0) × RH

Per quanto riguarda i batteri, è possibile effettuare una distinzione in base ad una caratteristica della parete cellulare. Tale distinzione divide i batteri in Gram-positivi e Gram-negativi; i primi, caratterizzati dalla presenza all’interno della parete cellulare di peptidoglicano per il 90% circa, i secondi per il 10%. Di seguito sono riportati i più rilevanti di ogni categoria:

Batteri Gram-negativi

• Xanthomonas che attaccano frutta e verdura;
• Shewanella Putrefaciens che attaccano carne e pesce;
• Enterobacteriaceae (Escherichia Coli e Salmonella) che provocano infezioni intestinali;
• Staphylococcus Aureus;
• Helicobacter Pylori;
• Campylobacter.

Batteri Gram-positivi

• Batteri lattici: talvolta desiderati, come nel caso di yogurt e salumi, ma piuttosto indesiderati nel caso di prodotti vinicoli per la possibile fermentazione malo-lattica con la degradazione dell’acido malico e la formazione di prodotti quali acido acetico e diacetile.
• Brochotrix thermosphacta: contamina la carne anche se refrigerata producendo diacetile e creando sapori acidi simili al burro.
• Clostridium botulinum: anaerobio, gli altri ceppi pericolosi sono Perfigens e Tetani. Le tossine da loro prodotte resistono fino a temperature superiori a 100°C; sono resistenti anche a temperature basse e soltanto pH acidi limitano la proliferazione di alcuni ceppi. Qualora siano in stato sporigeno, i batteri vanno dapprima risvegliati e, successivamente, distrutti.

I batteri alterativi possono essere classificati anche in base alle temperature ottimali di sviluppo:

• Psicrofili: temperature ottimali 15/20°C;
• Mesofili: temperature ottimali 25/40°C;
• Termofili: temperature ottimali 45/60°C.

Questi dati fanno riferimento alle temperature ottimali di proliferazione per batteri nello stato non sporigeno, temperature e tempi di eliminazione allo stato di spore sono:

• 121°C per 10-20’;
• 110°C per 60-80’.

Esiste anche una flora batterica benefica per l’organismo ospite; fanno parte di quest’ultima i cosiddetti microorganismi “probiotici”, a loro volta favoriti dalla presenza di sostanze, anche non digeribili dall’organismo, chiamate “prebiotiche”.

Degradazioni enzimatiche

Per quanto riguarda le contaminazioni enzimatiche, esse causano principalmente problemi di:

• Imbrunimento;
• Variazione di colore;
• Emissione di cattivo odore.

Le reazioni di degradazione enzimatiche sono le più diffuse; in generale, l’attività degli enzimi scinde le molecole nei suoi costituenti: glucidi complessi in glucidi semplici, proteine in amminoacidi, trigliceridi in acidi grassi e glicerolo. Gli enzimi sono particolari proteine in grado di catalizzare una reazione chimica e, quindi, permettono di metabolizzare diversi nutrienti. Per funzionare necessitano di ulteriori sostanze chiamate “coenzimi” principalmente costituiti dalle vitamine del gruppo A, B, C e K e di alcuni minerali come zinco, calcio, selenio, magnesio e rame. Queste sostanze sono contenute in maniera sufficiente all’interno degli stessi alimenti da azionare fenomeni di degradazione. Possiamo effettuare una distinzione in due categorie:

Enzimi idrolitici

• Lipasi, che separa gli acidi grassi dai trigliceridi;
• Amilasi, che scinde i polisaccaridi in monosaccaridi;
• Invertasi, che scinde il saccarosio in glucosio e fruttosio;
• Proteasi, che in un primo momento promuove la maturazione dell’alimento e, successivamente, ne causa la marcescenza.

Enzimi ossidativi

• Catalasi, che scinde l’acqua ossigenata in acqua e ossigeno;
• Perossidasi, che reagisce in ambiente acido con l’ossigeno;
• Polifenol-ossidasi; che è la causa dell’imbrunimento enzimatico, trasforma i fenoli in o-chinoni; causa, in primo luogo, alterazioni sensoriali e, successivamente, anche alterazioni nutrizionali.

Alterazioni chimico-fisiche

Per quanto riguarda le contaminazioni chimiche, esse causano principalmente problemi di:

• Perdita della colorazione;
• Perdita di profumo;
• Perdita di nutrienti;
• Ossidazione ed irrancidimento;

Per quanto riguarda le contaminazioni fisiche e meccaniche, esse causano principalmente problemi di:

• Rottura;
• Danni dovuti ad eccessiva pressione.

Protezione degli alimenti

Per proteggere adeguatamente gli alimenti, è necessario:

• Conoscere la cinetica di respirazione dell’alimento;
• Controllo delle temperature;
• Avere il controllo del pH e dell’attività dell’acqua;
• Effettuare una sanitizzazione termica o non termica a seconda dell’alimento;
• Utilizzare un opportuno confezionamento;
• Impiego di additivi e coadiuvanti, se necessario;
• Effettuare una previsione della shelf-life.

Composizione chimica degli alimenti

I costituenti degli alimenti sono, principalmente, i seguenti:

• Acqua;
• Zuccheri;
• Proteine;
• Lipidi;
• Vitamine e sali;
• Enzimi;
• Microorganismi;

Acqua

L’acqua è il composto più diffuso in natura ed è il principale costituente degli organismi viventi di cui rappresenta, in media, il 70% del peso. Negli alimenti, la sua struttura è costituita da una configurazione a tetraedro regolare. Allo stato liquido è caratterizzata dalla continua formazione e disfacimento di legami a idrogeno tra le molecole che la costituiscono. La presenza dell’acqua all’interno degli alimenti è importante per:

• La struttura degli alimenti;
• Le caratteristiche organolettiche e nutrizionali;
• La conservazione.

Individuiamo la presenza di acqua all’interno di un alimento attraverso la determinazione dell’umidità: si pone un campione pesato all’interno di un ambiente a 105°C per un tempo prolungato e, in seguito, si effettua una nuova pesata, la differenza di peso indica il contenuto di acqua nell’alimento. La misurazione viene effettuata in due modi differenti:

• Base secca
• Base umida

Dal momento che la scelta del metodo comporta un risultato numerico differente è necessario indicare sempre quale dei due si utilizza. L’acqua contenuta in un alimento è soggetta a continui scambi con l’ambiente che lo circonda; la tendenza a scambiare più o meno acqua con l’ambiente è dettata da come l’acqua è posizionata all’interno dell’alimento. Il parametro che dà indicazioni in questo senso è l’attività dell’acqua che, come definito in precedenza, può essere espressa in due modi:

aw = P/Po = RH

L’attività dell’acqua dà informazioni sul rapporto tra acqua libera ed acqua legata. La prima costituisce quella parte di acqua non legata ad altre molecole e tenuta all’interno dell’alimento da forze fisiche come la tensione superficiale; la presenza più o meno abbondante di quest’ultima rappresenta una discriminante per la proliferazione batterica. La seconda richiede maggiore energia per essere espulsa dall’alimento e non prende parte ai fenomeni di proliferazione batterica.

La proliferazione dei microorganismi è più o meno favorita dall’attività dell’acqua:

• 0.95-0.91: cocchi, lactobacilli e muffe;
• 0.91-0.87: lieviti;
• 0.87-0.8: muffe;
• 0.8-0.75: batteri alofili;
• 0.75-0.65: muffe xerofile;
• 0.65-0.6: lieviti osmofili;
• 0.2: assenza di microorganismi.

A temperatura costante, l’umidità dell’alimento cambia fino ad equilibrarsi con l’umidità dell’ambiente. Raggiunto l’equilibrio con l’ambiente, quindi, l’attività dell’acqua risulta uguale all’umidità relativa dell’ambiente:

aw = RH

Equilibrando un campione a temperatura costante con ambienti a diversa umidità possiamo costruire le isoterme di adsorbimento e desorbimento su un diagramma attività dell’acqua contro contenuto di acqua all’equilibrio. Le prime vengono ricavate partendo da un campione secco lasciato equilibrare con ambiente ad umidità relativa crescente, viceversa per le seconde. Per la maggior parte degli alimenti le due isoterme non coincidono, ma danno origine al fenomeno di isteresi. In base al valore di attività dell’acqua, gli alimenti possono essere classificati in:

• HMF (High Moisture Foods)
  Alimenti ad elevata umidità con attività dell’acqua compresa nell’intervallo 1-0.9, come ad esempio frutta e carne fresche.
• IMF (Intermediate Moisture Foods)
  Alimenti ad umidità media con attività dell’acqua compresa nell’intervallo 0.9-0.6, come ad esempio marmellate e gelatine.
• LMF (Low Moisture Foods)
  Alimenti a bassa umidità con attività dell’acqua compresa nell’intervallo 0.6-0.0, come gli alimenti essiccati.

Lipidi

I lipidi sono sostanze organiche insolubili in acqua, presenti all’interno dell’organismo umano per assolvere ad importanti funzioni, quali:

• Fungere da riserva energetica;
• Costituire la membrana cellulare in diversi tessuti;
• Veicolare nutrienti;
• Sono precursori di importanti sostanze regolatrici dell’organismo.

La classificazione dei lipidi può essere effettuata secondo due criteri:

Classificazione funzionale

• Lipidi di deposito;
• Lipidi strutturali.

Classificazione chimica

• Lipidi complessi o saponificabili;
• Lipidi semplici o insaponificabili.

I lipidi sono composti principalmente da acidi grassi. È possibile effettuare una distinzione in due categorie di acidi grassi:

• Acidi grassi saturi;
• Acidi grassi insaturi.

I primi sono contenuti perlopiù in grassi di origine animale come formaggio, burro e salumi. I secondi sono perlopiù di origine vegetale e si differenziano dai primi per la presenza di uno o più doppi legami. Gli acidi grassi naturali possono essere individuati in base a particolari caratteristiche quali:

• Numero pari di atomi di carbonio; l’eventuale presenza di un numero dispari di atomi di carbonio è sintomo di sofisticazione.
• Doppi legami non coniugati;
• Isomeria CIS e non TRANS che, tendenzialmente, comporterebbe un diverso stato di aggregazione a temperatura ambiente.
• Gli acidi grassi insaturi occupano preferibilmente la posizione 2 nella molecola di glicerolo; la presenza di grassi saturi in quella posizione è sintomo di trattamenti che impiegano esterificanti sintetici, il ché consiste in una frode alimentare.

Per quanto riguarda gli oli, non possiamo parlare di un punto di ebollizione, bensì di un intervallo di ebollizione. Gli oli più pregiati sono caratterizzati da un ampio intervallo di ebollizione che rende meno facile la degradazione della materia lipidica a seguito del surriscaldamento.

Trigliceridi

Le caratteristiche principali dei trigliceridi sono:

• Dipendenza della temperatura di fusione dal numero di carboni e di doppi legami; aumenta all’aumentare del numero di carboni e diminuisce all’aumentare dei doppi legami.
• Polimorfismo; i trigliceridi possono cristallizzare in più forme:
  • α → sistema esagonale con punto di fusione basso;
  • β' → sistema ortorombico con punto di fusione intermedio;
  • β → sistema triclino con punto di fusione alto.

I trigliceridi possono essere soggetti ad alterazioni del tipo:

• Irrancidimento idrolitico: Avviene ad opera di enzimi detti “lipasi” che provocano un aumento dell’acidità libera; agiscono principalmente a livello dei frutti e la loro attività aumenta quando i frutti sono caduti a terra o ammassati. Esso viene misurato attraverso l’analisi dell’acidità che fornisce una misura dell’acidità.