Appunti processi della tecnologia alimentare con elementi di packaging - Primo e secondo parziale

Tecnologia alimentare

Definizione e obiettivi

Tecnologia alimentare: complesso di operazioni e processi volti alla conservazione o alla trasformazione di materie prime alimentari prodotte dall'agricoltura, dall'allevamento e dalla pesca.

Obiettivi originari

• Aumentare la conservabilità delle materie prime commestibili per consentire il trasferimento dai luoghi di produzione a quelli di consumo e per estenderne la disponibilità nel tempo.
• Produrre ingredienti e, da questi, prodotti finiti partendo da materie prime che come tali non sono commestibili o contengono fattori tossici.

La conservazione e la trasformazione devono essere eseguite con la massima efficienza (evitare sprechi), fattore economico, etico e sociale, minimizzando il danno tecnologico e ottimizzando la qualità (è strettamente correlata al danno tecnologico).

Altre funzioni

• Garantire sicurezza igienico-sanitaria e qualità costante (deve essere sempre uguale).
• Fornire convenience (comodità al consumatore grazie a prodotti pronti al consumo o che devono subire poche operazioni prima di essere consumati) come insalata con tovagliolini e forchetta, prodotti per persone single.
• Promuovere lo stato di salute, anche attraverso functional food (alimenti fortificati e arricchiti con sostanze benefiche al nostro organismo: antiossidanti, vitamine).

Un tempo lo scopo principale era di produrre alimenti in modo da avere cibo per tutti, prodotti in sicurezza e garantire una certa qualità costante nel tempo. Oggi oltre a queste si parla di progettazione alimentare (gestendo le materie prime fino al prodotto finito), si parla di gestire la qualità, e di gestire la sicurezza e la qualità della filiera. Si è passati dall’ingegneria di processo (operazione unitarie, packaging, fenomeni di trasporto) a ingegneria di prodotto (organizzo il mio processo in base al prodotto: chimica colloidale, fisica degli alimenti, immagine tecnologica).

Intervento tecnologico

L’intervento tecnologico inizia già in campo e in allevamento con trattamenti chimici (pesticidi), fisici (teli), colture protette (serre). Difesa post raccolta: disidratazione, refrigerazione, atmosfere controllate, trattamenti chimici. Conferire il valore nutrizionale aumentando la commestibilità, rimuovere parti estranee (tegumento cereali, cespo insalata) o isolare le parti edibili tramite processi di separazione.

Alterabilità e risanamento microbico

Neutralizzare le cause (ambiente sfavorevole) tramite disidratazione, uso di conservanti, sottrazione di calore (seguiti da confezionamento). Trasformazione delle materie prime o dei formulati tramite fermentazione, cottura, cottura-estrusione, formulazione, frazionamento e ricombinazione, scambi di materia (seguiti da confezionamento).

Fattori di rischio

• Distruzione dei fattori di rischio tramite scambi di calore.
• Rimozione dei fattori di rischio tramite separazione.
• Riduzione dei fattori di rischio tramite alleggerimento (riduzione contenuto di grasso e zuccheri).
• Es di sostituzione: glucosio con fruttosio.

Processo alimentare

Processo: insieme di operazioni, materiali, attività e controlli che vengono messi in atto per conservare o trasformare le materie prime in prodotti finiti.

Obiettivi di un processo alimentare

• Aumentare la conservabilità delle materie prime per consentire il trasporto ed aumentarne la shelf-life.
• Produrre ingredienti alimentari (farina…).
• Produrre alimenti finiti, dalla combinazione e trasformazione di materie prime e ingredienti.

Materie prime

Materie prime: materiale che entrano nel processo aziendale e che provengono da:

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

Produzione primaria

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 compresa la caccia e la pesca e la raccolta di prodotti selvatici.

Es: coltivazione di grano, allevamento di bovini per ottenere carne e formaggio, raccolta prodotti ortofrutticoli.

Classificazione dei prodotti

Prodotti primari: prodotti della produzione primaria compresi i prodotti della terra, dell’allevamento, dalla caccia e dalla pesca.

Prodotti intermedi: prodotti derivanti da manipolazioni e trasformazioni delle materie prime ma non ancora diventati prodotti finiti, che sono oggetto di commercio.

Prodotti alimentari: prodotti destinati al consumo alimentare ottenuti dalla conservazione o trasformazione delle materie prime. (latte, insalata 4 gamma)

Norma e legge

• Norma: è facoltativa quindi è applicabile su base volontaria.
• Legge: è obbligatoria.

Codex alimentarius

Codex alimentarius: raccolta di norme emanato dalla FAO valido solo a livello volontario. Contiene standard e indici utili per ogni prodotto. Dice che l’alimento è un substrato che può essere processato, semiprocessato o crudo pronto ad essere consumato dal consumatore, comprende bevande, cicche e ogni sostanza utilizzata nella preparazione o nel trattamento di un alimento.

Prodotti non trasformati e trasformati

Prodotti non trasformati (a livello legale): a livello europeo sono prodotti alimentari 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. (il trattamento termico non è compreso)

Prodotti trasformati: ottenuti dalla trasformazione di prodotti non trasformati, possono contenere ingredienti necessari alla loro lavorazione o per conferire loro caratteristiche specifiche. (latte trattato termicamente)

Processo tecnologico e operazione unitaria

Processo tecnologico: è costituito da una sequenza ordinata di operazioni unitarie applicate in determinate condizioni operative ad una o più materie prime. Il prodotto finito è il risultato di tutti i fenomeni che hanno luogo durante l’intero processo. Non è scindibile dal prodotto.

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 quale che sia il settore e il materiale di applicazione dell’operazione.

Operazioni unitarie fondamentali e complementari

• Operazioni unitarie fondamentali: svolgono il ruolo primario in un processo di conservazione o trasformazione. (refrigerazione, congelamento, surgelazione, sterilizzazione, disidratazione, frazionamento meccanico, frazionamento con metodi fisici e chimico fisici (estrazione liquido-liquido, liquido-solido (olio)), miscelazione semplice, miscelazione con strutturazione (formazione schiume, pasta), trasformazione chimica indotta da trattamento termico, trasformazione chimica o chimico fisica da agenti chimici, microbici (formaggi, yogurt, pane) e enzimi)
• Operazioni unitarie complementari: non hanno finalità di trasformazione o conservative, possono preparare il prodotto alla fase conservativa o alla fase di trasformazione. (riduzione delle dimensioni, formazione (preparazione impasto pasta), stabilizzazione termica (riscaldamento o raffreddamento es: vegetali surgelati che subiscono la scottatura), condizionamento dello stato fisico (prima di miscelare devo sciogliere ad esempio cioccolatini), condizionamento del contenuto di acqua (evaporazione, osmosi inversa), separazione (composti minori, non edibili), addizione di composti minori, selezione (cernita), trasferimento (pompare un prodotto da una parte all’altra dell’impianto).

Conservazione

Ha lo scopo di prolungare la vita commerciale di un alimento alterando nella minor misura possibile le caratteristiche geometriche, strutturali, meccaniche, fisiche, chimiche, biologiche, sensoriali e nutrizionali delle materie prime dei semilavorati o dei prodotti finiti.

Trasformazione

Ha lo scopo di modificare le caratteristiche al fine di ottenere prodotti con adeguate proprietà sensoriali e nutrizionali.

Danno tecnologico

Tutto ciò che può avvenire durante il processo che porti a far scadere le caratteristiche del prodotto.

• Danno meccanico: dovuti ad un’azione di pressione o di shear-stress (sforzo di taglio) oltre i limiti di resistenza del prodotto.
• Danno termico: dovuto a effetti del calore, si manifesta con perdita di vitamine, alterazione del colore, del sapore e dell’odore, può provocare o favorire il danno meccanico e quello chimico.
• Danno chimico: dovuto a reazioni chimiche e in particolare all’ossidazione.
• Danno da contaminazione: da parte di sostanze chimiche, microbiologiche, fisiche presenti negli alimenti o nei materiali che vengono a contatto con essi.

Per qualsiasi tipo di danno, entità = intensità * durata. La qualità del prodotto finale deve essere l’obiettivo principale che bisogna tener conto durante tutto il processo.

Tipologia processi

• Processi continui: insieme concatenato di operazioni in cui il prodotto passa da una all’altra in modo continuo, l’obiettivo è ottenere un prodotto di qualità uniforme nel tempo. Ideale per aziende medio-grandi.
• Processi discontinui (batch): vengono prodotte quantità definite di un prodotto a partire da quantità definite di materie prime e si ha un periodo di tempo definito. Caratteristiche: prodotti lavorati in quantità di dimensioni non fissate a priori (lotti), ma scalabili. Non è fissata la quantità di prodotto finale, ma solo la sequenza di lavorazione. Il processo è interrotto dopo la lavorazione di un lotto e ripreso con quello successivo.
• Processi semicontinui: caratteristiche comuni sia con i processi continui sia con quello a lotti. Una parte può essere a batch e una in continuo. 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 (processo di tipo continuo) e poi, a riempimento completato, il processo viene interrotto per svuotare e ripulire i serbatoi. Quindi il processo viene riavviato (eventi di separazione).

Diagrammi di flusso

Per rappresentare i processi si utilizzano i flow-sheet o diagrammi di flusso, diagramma di tipo qualitativo che indica tutto ciò che entra nel processo produttivo sotto forma di materie prime principali e secondarie (cerchi) tutte le operazioni (rettangoli), macchine impiegate, tutto ciò che esce sotto forma di prodotti, sottoprodotti, scarti specificando i punti nei quali si verificano tali entrate ed uscite. Cerchi e rettangoli non sono restrittivi.

La produzione della pasta è una miscelazione, e segue una fase di strutturazione, il cuore del processo sta nell’impastamento e nell’essiccamento. Possono essere evidenziati eventuali ricicli o recuperi di sottoprodotti o scarti. Se la pasta a livello del confezionamento si sbriciola può essere macinata per ottenere un nuovo impasto. Se sono presenti dei percorsi alternativi per ottenere lo stesso prodotto finale a partire dallo stesso materiale di partenza sono presentati diagrammi paralleli. Ad esempio olio grezzo per ottenere olio raffinato, in base alle caratteristiche dell’olio grezzo si sceglie se fare raffinazione chimica o fisica.

Diagramma quantitativo: comprende, per ciascuna operazione unitaria i bilanci materiali 14% di acqua vuol dire che in 100kg 14 sono di acqua sommati ai 23kg fa 37kg. 100+23=123kg di cui 37 sono acqua ovvero il 30%. Se sono essiccamento vengono allontanati 25,3kg di acqua, si otterranno 97,7kg di pasta secca. 37-25,3= 11,7kg di acqua in 97,7kg di pasta ovvero il 12%. Riporta le condizioni operative di ciascuna operazione unitaria. 2ª fase di impastamento pochi minuti sottovuoto, per allontanare aria. In genere la temperatura di 40-45 gradi si ottiene già grazie ai processi meccanici di impastamento. Un prodotto ottenuto con essicamento lungo a bassa temperatura è indice di un prodotto di maggior qualità perché per farlo è necessaria una materia prima di elevata qualità. È possibile evidenziare anche i circuiti ed i flussi dei sistemi di detergenza e sanificazione. Un’operazione e o un processo possono anche essere descritti con schemi figuranti ricorrendo ad una simbologia che rappresenta le macchine ed i servizi.

Layout

Layout (altro tipo di rappresentazione grafica): riporta la disposizione planimetrica o in elevazione delle risorse necessarie per svolgere un processo produttivo e comprende la progettazione e il posizionamento degli spazi, dei fabbricati e degli impianti coerentemente con il sistema produttivo e il flusso dei materiali.

Classificazione prodotti alimentari

• In base alla materia prima: prodotti lattiero-caseari, prodotti a base di cereali, derivati dalla frutta, prodotti carnei…
• In base al processo tecnologico: alimenti surgelati, bevande fermentate, prodotti da forno…

Tecnologie di conservazione

• A breve termine: basate sulla semplice refrigerazione o refrigerazione combinata con (pastorizzazione, irraggiamento, confezionamento in atmosfera modificata o altri trattamenti mild) es latte pastorizzato.
• A lungo termine: si applicano al prodotto trattamenti più drastici garantendone una più lunga conservabilità (prodotti sterilizzati, surgelati, disidratati).

Tecnologie di trasformazione

• Frazionamento: un prodotto complesso, generalmente una materia prima formata da più costituenti, è frazionata in diversi componenti. Questa tecnologia è tipica nelle linee di produzione degli ingredienti alimentari (es. zucchero, oli, farine).
• Combinazione: molti ingredienti vengono combinati per produrre prodotti più complessi (pasta, bevande non fermentate).
• Trasformazione chimica, biochimica, microbiologica: le materie prime o gli ingredienti sono trasformati per modificazione chimica dovuta a trattamento termico o ad azione chimica, enzimatica o microbica (es. vino, birra, prodotti da forno, formaggi).

Tavola sinottica

Il posizionamento di un prototipo processo-prodotto in una tavola sinottica a due dimensioni è determinato dall’intersezione tra le materie prime e le attribuzioni tecnologiche.

Analisi e controllo di processo

Comprende la definizione e rilevazione dei seguenti elementi:

• Materie prime (ingredienti, coadiuvanti tecnologici, additivi, imballaggi…) con le relative caratteristiche di composizione e prestazione.
• Sequenza delle operazioni (flow-sheet).
• 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 materiali e di persone.
• Condizioni operative per il condizionamento dei locali e per la prevenzione degli inquinamenti e delle infestazioni.

Scheda tecnica

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

• La descrizione del prodotto.
• Le informazioni relative al confezionamento e alla logistica.
• L’elenco degli ingredienti con i relativi allergeni, i valori nutrizionali, le caratteristiche sensoriali, fisiche, chimiche e microbiologiche.

Scheda prodotto

La scheda prodotto è una sorta di carta d’identità in cui sono presenti tutti i dati e le informazioni che descrivono il prodotto in tutti i suoi particolari; nella scheda prodotto è infatti possibile trovare le varie informazioni indispensabili ai diversi reparti aziendali per la realizzazione del prodotto finito.

Fattori critici di processo

Fattori che condizionano un processo di tecnologia alimentare:

• Materie prime: ingredienti, coadiuvanti tecnologici, additivi, imballaggi.
• Procedure di fabbricazione, di approvvigionamento, di detergenza, di smaltimento degli effluenti, di gestione dei sottoprodotti di lavorazione.
• Condizioni operative.
• Attività di controllo: verifiche, registrazioni, metodi di campionamento e analisi (non solo biologici ma anche fisici e chimici), taratura della strumentazione e interventi in caso di non conformità di processo (spessore della pasta non corretto, devo ristabilire delle condizioni del processo per ottenere lo spessore giusto).
• Impianti: disegno igienico (devono essere puliti), materiali, manutenzione.
• Edifici: planimetria, materiali edilizi, condizionamento, distribuzione dei fluidi di servizio.
• Personale: in termini di igiene, capacità, competenza.
• Rapporto con l’ambiente esterno: collocazione territoriale dell’impianto, aree di accesso, aree di carico e scarico, impatto ambientale (gestione di scarti di lavorazione, polveri, vapori che possono entrare nell’aria), dislocazione degli impianti di depurazione.

Controllo di processo

Mettere in atto strategie per tenere sotto controllo i fattori critici e indirizzarli verso la buona riuscita del processo stesso. Input: ci sono alcuni parametri che devono essere tenuti di controllo e processo. Sono i fattori critici di controllo che possono essere identificati e con…