Appunti e domande d'esame Processi della tecnologia alimentare

Appunti completi processi

Definizioni processi

Complesso di operazioni e processi volti alla conservazione o alla trasformazione di materie prime alimentari prodotte dall'agricoltura, allevamento o pesca.

Aumento della conservabilità delle materie prime commestibili per consentire il trasferimento dai luoghi di produzione a quelli di consumo e per estendere la disponibilità nel tempo.

Produrre ingredienti e da questi prodotti finiti partendo da materie prime che come tali non sono commestibili o addirittura contengono fattori tossici (es. estrazione olio dai semi di girasole, soia, ecc... contengono sostanze antinutrizionali come il gossipolo nell'olio di cotone).

Obiettivi originari

Conservare e trasformare.

• Con la massima efficienza per aumentare la resa di processo.
• Con il minimo danno tecnologico.
• Ottimizzare la qualità.

Altre funzioni

• Garantire sicurezza igienico-sanitaria e qualità costante (difficile mantenere qualità nel tempo, parametro recente).
• Fornire convenience (porzione comoda per evitare sprechi, fornire praticità e comodità al consumatore. Aspetto di convenienza che va al di là dell'aspetto nutrizionale).
• Promuovere lo stato di salute attraverso functional food (rivolto a persone sane che vogliono aumentare il proprio benessere tipo probiotici/prebiotici, fortificato).

Processo

Insieme di operazioni, materiali, attività, controlli che vengono messe in atto per conservare o trasformare le materie prime in prodotti finiti. La freccia contiene le operazioni e le attività complementari e i controlli per monitorare che il prodotto stia andando nella direzione corretta.

Obiettivi processo alimentare

• Aumentare la conservabilità delle materie prime per consentirne il trasporto ed aumentare la shelf-life.
• Produrre ingredienti alimentari.
• Produrre alimenti dalla combinazione e trasformazione di materie prime e ingredienti.

Materie prime

Materiali che entrano nel processo aziendale e che provengono da:

• Settori tradizionali di produzione primaria (agricoltura, pesca, allevamento).
• Industrie di prima trasformazione (semilavorati).
• Industrie produttrici di additivi, coadiuvanti, nutrienti, materiali di confezionamento.

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. Tutto ciò che ci permette di produrre materie prime animali e vegetali.

Prodotti primari

I prodotti della produzione primaria compresi i prodotti da terra, dell'allevamento, della caccia e della pesca.

Prodotti intermedi o semilavorati

Tutti i prodotti derivanti da manipolazioni e trasformazioni delle materie prime, ma non ancora diventati finiti, che sono oggetto di commercio (es. miscela gelato).

Classificazione delle materie prime

• Animali (carne, latte, pesce, altro).
• Vegetali (cereali, legumi, oleagginose, frutta, verdure, piante saccarifere, piante tropicali, piante aromatiche).
• Minerali (acqua e sali).

Prodotti alimentari

Prodotti destinati al consumo alimentare ottenuti dalla conservazione o trasformazione delle materie prime. Non essendoci un decreto legislativo, si fa riferimento al Codex Alimentarius (raccolta di norme dalla FAO e WHO): punta a raccogliere delle caratteristiche generali di alcuni alimenti che poi servono come basi per definire i prodotti alimentari. Il prodotto alimentare è un substrato processato, semi-processato o grezzo usato per il consumo umano e sono incluse bevande, gomme da masticare e ogni sostanza che è usata per la preparazione e nel trattamento del prodotto alimentare.

Prodotti non trasformati

Prodotti alimentari non sottoposti a trattamento, compresi prodotti che siano stati divisi, sezionati, separati, affettati, disossati, tritati, scuoiati, frantumati, tagliati, puliti, rifilati, decorticati, macinati, refrigerati, congelati, surgelati o scongelati (Reg 852/2004) (es. farina, filetto di pesce).

Prodotti trasformati

Prodotti alimentari ottenuti dalla trasformazione di prodotti non trasformati. Tali prodotti possono contenere ingredienti necessari alla loro lavorazione o per conferire loro caratteristiche specifiche (Reg 852/2004).

Processo tecnologico

È costituito da una 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.

Operazioni unitarie fondamentali

Permettono di conservare o trasformare degli ingredienti in un prodotto finito: refrigerazione combinata con altre mild technologies, congelamento, disidratazione, sterilizzazione, frazionamento meccanico, frazionamento fisico o chimico-fisico, miscelazione, miscelazione con strutturazione, trasformazioni chimiche indotte da trattamento o trasformazioni chimiche indotte da reazione chimiche o enzimatiche o trasformazione chimiche indotte da azione microbiologica (fermentazione).

Operazioni complementari

Non hanno finalità né conservativa né di trasformazione ma vengono usate come aiuto per ottenere le caratteristiche desiderate di un prodotto. Esempi: taglio, formatura, condizionamento dello stato fisico, condizionamento termico, condizionamento del contenuto d'acqua, separazione di componenti e impurità, aggiunta di componenti minori, selezione, condizionamento (confezionamento), trasferimento.

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.

Tecnologie di trasformazione

Hanno lo scopo di modificare caratteristiche geometriche, strutturali, meccaniche, fisiche, chimiche e microbiologiche delle materie prime e dei semilavorati al fine di ottenere prodotti con adeguate proprietà sensoriali, nutrizionali, di lavorabilità, di convenience e di conservabilità.

Conservare e trasformare

Con la massima efficienza, con il minimo danno tecnologico e con ottimizzazione della qualità.

Danno tecnologico

• Danno meccanico: dovuto all'azione di pressione o di shear-stress oltre i limiti di resistenza dei prodotti. Si manifesta con una serie di inconvenienti; rotture, fessurazioni, perdite di succhi, formazione di fini, ecc.
• Danno termico: dovuto agli effetti del calore sui componenti degli alimenti. Si manifesta con perdite di vitamine, diminuzioni di digeribilità di alcuni nutrienti, formazione di off-flavor, off-color. Il danno termico può provocare danno meccanico rendendo i tessuti più fragili e le pareti cellulari meno elastiche, e facendo aumentare la pressione interna del prodotto. Può anche favorire il danno chimico per l'ovvio effetto di accelerazione esercitato dall'aumento della temperatura su tutte le reazioni.
• Danno chimico: dovuto a reazioni chimiche e in particolare all'ossidazione, ma può comprendere anche altre reazioni indesiderabili, eventualmente catalizzate da enzimi, di proteolisi o lipolisi, isomerizzazione, fotodegradazione. L'entità di questo danno dipende dalla concentrazione delle sostanze reagenti e delle condizioni al contorno che favoriscono o inibiscono le reazioni.
• Danno da contaminazione: dovuto all'inquinamento dei prodotti alimentari da parte di sostanze chimiche o agenti biologici presenti negli ambienti o nei materiali che vengono a contatto con gli alimenti. L'intensità di questo dipende dalla concentrazione degli agenti contaminanti.

ENTITÀ = intensità x durata

Ottimizzare la qualità

Per qualità intendiamo:

• Qualità come alimento:
  • Requisiti di sicurezza
  • Merceologici (quello che dichiariamo in etichetta)
  • Nutrizionali
  • Sensoriali
  • Contesto produttivo
  • Etico (vegano, vegetariano)
• Qualità come oggetto di commercio:
  • Certificazioni, rintracciabilità
  • Comodità, comunicazione, presentazione
  • Disponibilità, prezzo

Tipologie di processi

Continui

Coinvolgono trasformazioni continue di massa, energia e quantità di moto su flussi continui di materiale. Immissione continua di materie prime all'ingresso del processo, una trasformazione/lavorazione e raccolta continua di prodotto finito. Nel funzionamento a regime, l'obiettivo è ottenere un prodotto di qualità uniforme nel tempo (garanzia di costanza di qualità guida l'ottimizzazione della tecnologia alimentare), a prescindere dalla durata del periodo in cui il processo è rimasto attivo.

Discontinui (Batch)

Produzione di quantità finite di prodotto finale ottenute da quantità finite di materie prime, processate secondo un insieme ordinato di attività e in un periodo di tempo finito.

• Prodotti lavorati in quantità (lotti) di dimensioni non fissate a priori.
• Quantità non fissa ma la sequenza di lavoro sì.
• Processo interrotto dopo la lavorazione di un lotto e ripreso con quello successivo.

Processi semicontinui

Hanno caratteristiche in comune sia con i processi continui sia con quelli a lotti, sono dedicati ad applicazioni specifiche e ripetitive. Tipici di 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 i serbatoi (discontinuo). Poi il processo viene riavviato.

Distinzione tra processi continui e discontinui dipende anche dalla dimensione dell'azienda: grande (continua), piccola realtà magari differenziata (discontinuo).

Rappresentazione dei processi

Flow sheet o diagramma di flusso

Diagramma qualitativo: indica tutto ciò che entra nel processo produttivo, sotto forma di materie prime principali, secondarie, tutte le operazioni di trasformazione o le macchine impiegate, tutto ciò che esce sotto forma di prodotti, sottoprodotti, scarti. Specificando i punti nei quali si verificano tali entrate ed uscite. Possono essere evidenziati anche eventuali ricicli o recuperi di sottoprodotti e scarti. Per percorsi alternativi sono presenti diagrammi paralleli che hanno in comune il materiale di partenza ed il prodotto finale con operazione o sequenze differenti.

Diagramma quantitativo: comprende i bilanci di materia per ciascuna operazione. Riporta le condizioni operative di ciascuna operazione unitaria. È possibile evidenziare anche i circuiti ed i flussi del sistema di detergenza e di sanificazione riportando in allegato tempi e condizioni. Si usano forme diverse per materie prime e prodotti finiti (ellissi) rispetto alle singole operazioni (rettangolo). Può fare uso anche di schemi figurati che rappresentano ciascuna operazione (farfalla = valvola).

Layout

Riporta la disposizione planimetrica o in elevazione delle risorse necessarie per svolgere un processo produttivo e comprendere la progettazione e il posizionamento degli spazi, dei fabbricati e degli impianti, coerentemente con il sistema produttivo e il flusso di materiali.

Classificazione

• Materia prima: prodotti lattiero caseari, cerealicoli, derivanti dalla frutta, prodotti carnei, ecc.
• Processo tecnologico: alimenti surgelati, bevande fermentate, prodotti da forno, ecc.

Processi di conservazione

• Conservazione a breve termine (refrigerazione o combinazione di tecnologie soft).
• Conservazione a lungo termine (congelamento, disidratazione, sterilizzazione).

Processi di trasformazione

• Frazionamento (meccanica, fisica o chimica-fisico).
• Combinazione (miscelazione o miscelazione con strutturazione).
• Trasformazione chimica (azione microbiologica, calore, reazione chimiche o enzimatiche).

Passando dai processi di conservazione a quelli di trasformazione cambia l'impatto sul prodotto.

Tecnologia di conservazione

• A breve termine: sono basate sulla semplice refrigerazione o sulla refrigerazione in combinazione con altre tecniche (pastorizzazione, irraggiamento, confezionamento in atmosfera modificata o altri trattamenti "mild").
• A lungo termine: si applicano al prodotto trattamenti più drastici garantendone una più lunga conservabilità (prodotti sterilizzati, surgelati, disidratati).
• Frazionamento: un prodotto complesso, generalmente una materia prima formata da più costituenti, è frazionata in diversi componimenti. Questa tecnologia è tipica nelle linee di produzione degli ingredienti alimentari (zucchero, oli, farine).
• Combinazione: molti ingredienti vengono combinati per produrre dei prodotti più complessi (pasta, bevanda non fermentate).
• Trasformazione chimica, biochimica, microbiologica: materie prime o ingredienti sono trasformati per modificazione chimica dovuta a trattamento termico o azione enzimatica o microbica (vino, birra, prodotti da forno, formaggi).

Si può sfruttare il criterio di classificazione sia basato sulle materie prime che sul processo: Classificazione (Peri, 1990): Si basa su una tavola sinottica a due dimensioni aventi le materie prime e i processi come coordinate. I prodotti sono classificati come prototipi di prodotti.

Analisi e controllo di processo

Comprendere la definizione e rilevazione dei seguenti elementi:

• Materie prime (ingredienti, coadiuvanti, additivi ecc.) con le relative caratteristiche.
• Sequenza delle operazioni.
• Bilanci materiali e indici di resa.
• Bilanci energetici.
• Condizioni operative intese sia come parametri che come procedure operative.
• Planimetria dello stabilimento.
• Impianti.
• Strutture e materiali edilizi.
• Flussi di materia e di persone.
• Condizioni operative per il condizionamento dei locali e per la prevenzione degli inquinamenti e delle infestazioni.

Scheda tecnica

Documentazione che raccoglie tutte le informazioni su un prodotto. Costituisce il tramite attraverso il quale due aziende, fornitore e cliente, comunicano in merito a qualità dei prodotti soggetti a compravendita. Riporta tutte le informazioni necessarie a identificare un prodotto dal punto di vista della commerciabilità:

• Descrizione del prodotto.
• Informazioni relative al confezionamento e alla logistica.
• Elenco degli ingredienti con i relativi allergeni, valori nutrizionali, caratteristiche sensoriali, fisiche, chimiche e microbiologiche.

Scheda prodotto

Carta d'identità in cui sono presenti tutti i dati e le informazioni che descrivono il prodotto in tutti i suoi particolari; nella scheda è infatti possibile trovare le varie informazioni indispensabili ai diversi reparti aziendali per la realizzazione del prodotto finito. È un documento che resta interno all'azienda.

Fattori critici di processo

Sono fattori che condizionano il processo di tecnologia alimentare:

• Materie prime.
• Procedure: procedure di approvvigionamento, detergenza; smaltimento effluenti.
• Condizioni operative.
• Attività di controllo: taratura, registrazioni, campionamento, intervento in caso di non conformità.
• Impianti; disegno igienico, materiali, manutenzione.
• Edifici; planimetria, materiali, condizionamento, distribuzione dei fluidi di servizio.
• Personale; igiene, capacità, competenze.
• Rapporto con l'ambiente esterno: collocazione territoriale, area di accesso, area di carico, scarico, impatto ambientale, dislocazione degli impianti di depurazione.

Strategie di controllo di processo

Attività che ci permettono di capire se il nostro processo va nella direzione programmata. Il primo passaggio è quello di guardare i fattori critici di controllo che condizionano il processo e ci permettono di indirizzarlo verso l'ottenimento della qualità desiderata e della garanzia di una qualità costante. Bisogna regolare questi fattori critici.

All'inizio si controllava che la qualità del prodotto finito fosse quella desiderata, ma non era efficiente perché se il lotto fosse stato sbagliato avrei buttato via l'intero lotto (feedback control), controllo solo il prodotto finito, questo non era efficace ed efficiente perché:

• Difficoltà di ottenimento di un campione significativo da analizzare.
• Solo i parametri realmente misurati possono essere assicurati.
• Difficoltà associate ai metodi classici di analisi.
• Individuazione di non-conformità solo a fine produzione.

Si è passati a fare un controllo statistico non solo dell'output ma anche dell'input, ossia delle materie prime e regolare i parametri critici di controllo in base alla materia prima di partenza. Ciò mi consente di adattare il processo. Rimane allo stesso il controllo finale del processo.

Controllo qualità in ingresso

Si applica sui materiali ricevuti da fornitori esterni in lotti. La qualità può variare e ha un impatto significativo sulla conformità della qualità dei prodotti finiti. I rischi associati a questo tipo di controllo sono legati ai costi e alla tipologia e durata del test. La questione chiave che bisogna affrontare è la progettazione del test da condurre in base allo storico dei dati aziendali, alla criticità del materiale, all'affidabilità del fornitore, ecc.

Controllo statistico di processo

Pianifica e controlla l'intero processo produttivo assicurando che la qualità desiderata sia mantenuta costante durante tutto il ciclo di produzione.