Appunti tecnologia della formulazione

TECNOLOGIA DELLA FORMULAZIONE DEI PRODOTTI ALIMENTARI

L0.

Il tema del corso è il prodotto alimentare, pensato come l’intersezione di due ambienti

apparentemente distinti, quello dell’azienda alimentare con i suoi obiettivi e necessità

e dall’altra parte il processo che ha obiettivi tecnologici e specifiche modalità di

gestione e ha necessità di una funzionalità efficiente. L’intersezione è il prodotto

alimentare pertanto non è un’unità a sestante ma frutto di un sistema con obiettivi

specifici. Il prodotto viene normalmente studiato e valutato con una serie di

competenze varie che vanno dalla chimica, biochimica, igiene,tossicologia etc… Nella

visione tradizionale manca tuttavia la tecnologia della formulazione che è un

approccio multidisciplinare che si sviluppa attingendo competenze conoscitive e

modalità operative di soluzioni pratiche per la produzione di prodotto in varie

competenze. Il processo di produzione parte dallo sviluppo di un idea verso la

produzione e commercializzazione finale del prodotto. Sono fasi che richiedono varie

competenze e un’interrelazione tra funzionalità aziendali differenti. Si parla di fasi ben

codificate, dalla ricerca alla fase di creazione , di rifinitura dell’idea fino alla

realizzazione, promozione e valutazione del mercato. Sono necessarie per arrivare alla

produzione di un alimento.

La formulazione del prodotto si basa sempre su un triangolo : processo-formulazione-

proprietà prodotto che si vogliono raggiungere. (es gelato, esso è un alimento

complesso che necessita il superamento di varie sfide dal punto di vista fisico per

ottenere un prodotto finito gradevole e idoneo alla richiesta del consumatore, ciò è

spiegato ad esempio dall’ingredientistica che sta dietro la sua produzione). Il cambio

anche delle tecniche di lavorazione incidono sui co ingredienti e sulla formulazione

che devono essere introdotti ,in funzione, con concentrazioni differenti. Medesimo

discorso può essere fatto ad esempio sulla formulazione della stampa 3d del prodotto

in questo il gelato. Quindi alle necessità nuove della tecnologia di produzione deve

sempre essere affiancato lo sviluppo della tecnologia di formulazione adeguata in

modo sempre da soddisfare il consumatore.

Un altro esempio possono essere le creme liofilizzate , dove si indicano con

etichettature più corte, troviamo un abbondante utilizzo di additivi e ingredienti

secondari che soddisfanno le esigenze funzionali del prodotto. Da uno studio accurato

partendo dalla liofilizzazione come processo al suo studio in termini di T e p nel tempo

si è arrivati a definire che gli ingredienti secondari aggiunti non hanno solo

un’incisione sensoriale ma sono legati proprio a controllare il processo (soddisfazione

tecnologica e non solo sensoriale)e renderlo possibile. (Liofilizzazione: processo che

prevede sublimazione dell’acqua e che prevede un congelamento seguito da due

essiccamenti primario e secondario).il mondo della tecnologia alimentare si presenta

come un triangolo partendo dalle base più importante che è la fascia della tecnologia

della produzione, rispetto al vertice più piccolo che è la fase della competenza della

formulazione. In mezzo vi è la fascia degli analisti che analizzano prodotti finiti e allo

stesso tempo con il processo.

La tecnologia della formulazione è una disciplina emergente presente in molte

industrie non solo alimentari, è una disciplina che segue un approccio multidisciplinare

necessario per sviluppare nuovi ingredienti specifici e nuovi prodotti. Pone particolare

attenzione sull’aspetto chimico e biochimico in relazione al processo di trasformazione

di materiali nel prodotto finito. Quindi si occupa di tutti gli alimenti indipendentemente

dalla loro natura e nello specifico da attenzione a ciò che essi poi andranno a svolgere

e in che modo.

Ingrediente = è una sostanza che forma parte di una dispersione. Quindi gli alimenti

possono essere definiti dal punto di vista fisico come dispersioni. In funzione degli

ingredienti a livello di presentazione finale ed etichettatura , si distinguono tra generici

oppure con finalità salutistiche e che quindi possono presentare in etichetta claim

specifici di funzionalità o nutrizionali. Esistono prodotti borderline che si interfacciano

con l’ambiente farmaceutico come i prodotti nutraceutici, una categoria di sostanze e

non alimenti ottenuti per isolamento da matrici alimentari che sono commercializzati

in forma pura o abbastanza purificata. Si tratta di preparazioni che hanno subito

estrazioni. Gli alimenti presi in studio in questo corso possono essere generici,

fortificati nel caso in cui sia presente il 10% o più di un particolare nutriente con

finalità riconosciute diverse dal fornire semplicemente energia. La classe degli alimenti

funzionali è definita come alimenti che hanno documentati benefici dal punto di vista

salutistico e che quindi o promuovono benessere o prevengono situazioni patologiche

e pertanto rappresentano una classe complessa di prodotti in cui troviamo alimenti

naturali come carote (b carotene) oppure possiamo avere alimenti processati integrati

con qualche aggiunta di componente a buona finalità salutistica come gli yogurt

arricchiti in calcio oppure ancora alimenti che hanno materie prime prodotte tali da

essere ricche di un componente con elevate capacità salutistiche come i pomodori con

un alto livello di licopene. Sono tutti chiamati ingredienti funzionali da non confondere

con gli alimenti funzionali o superfood ma ci occuperemo di ingredienti funzionali

ovvero ingredienti che esprimono funzionalità fisiche all’interno di una matrice

alimentare. Molti degli alimenti contengono componenti naturali che hanno una

grande potenzialità funzionale- fisica ad esempi molti componenti naturali che

agiscono come emulsificanti altri in grado di plasticizzare una matrice etc.. Queste

proprietà possono essere sviluppate da componenti naturali che sono presenti di per

sé nella formulazione come ingredienti primari come proteine,lipidi etc… che svolgono

un azione fisica all’interno del prodotto. Quindi a questo patrimonio naturale di

componenti con ruolo funzionale si utilizzano altre sostanze nella formulazione che

coprano funzionalità necessarie nella classe alimenti ad esempio per dare stabilità al

colore , proprietà gelanti, modificatori della texture , che controllano stabilità allo

scongelamento e congelamento etc… Ovviamente sono presenti in quantità

decisamente più basse che lavorano in sinergia . Si parla di additivi alimentari. Gli

additivi alimentari sono sostanze che sono aggiunte intenzionalmente ad un alimento

al fine di compiere specifici ruoli tecnologici, tali ruoli possono essere legati a proprietà

percepite sensorialmente come colore, texture etc.. oppure possono servire per

funzioni non direttamente visibili come il prevenire la degradazione quindi per

conservare il prodotto. Sostanze in concentrazioni basse con ruoli funzionali specifici.

Sono ammessi dalla comunità europea e sono valutati attentamente prima di essere

ammessi nel libero utilizzo e sono identificati con 2 modalità : E seguito da un numero

che identifica la classe tecnologica oppure sono presenti col loro nome specifico (es:

gomma di xantano che è un idrocolloide o la troviamo scritta tale o con E415). I

produttori giocano spesso su questa duplice identificazione in quanto delle volte è

meno impattante sul consumatore la dicitura E415 ad esempio piuttosto che il nome

stesso del prodotto. Ingrediente funzionale: la schiuma della birra, la schiuma è una

dispersione di aria in liquido ed è gradito al consumatore avere una schiuma

persistente quindi l’obiettivo è mantenere una schiuma stabile e di grande massa. La

schiuma pertanto si può osservare a diversi livelli. Attraverso la microscopia ottica e

quindi ingrandendo si osserva la struttura e spingendo alla scala nanoscopica si può

notare che due pareti di bolle d’aria sono separate da un liquido intermedio (un film di

interfaccia). Ancor + nel dettaglio si osserva tale film e la sua struttura che ospita

molecole che hanno un ruolo specifico ovvero di stabilizzare i due liquidi a contatto,

per cui la molecola che è qui presente è una molecola che ha una stabilità

termodinamica tale da mettere in contatto la fase gassosa con quella liquida. Quindi

per ottenere birre dalla schiuma persistente è necessario lavorare sulla stabilità

dell’interfaccia e fare in modo che essa si arricchisca di un agente di interfaccia ovvero

l’emulsionante. La birra non contiene additivi quindi i ruolo per stabilizzare la schiuma

è data da molecole naturalmente presenti tra gli ingredienti della birra, in questo caso

sono le proteine che agiscono stabilizzando la schiuma. Si parla di proteine che

interagiscono con i lipidi polari presenti nel sistema stabilizzando quel film

nanodimensionato che è la parete di bolla d’aria. Quindi le proteine hanno ruolo anche

funzionale. Il caso opposto è quello di additivi veri e propri che hanno un ruolo non di

stabilizzazione dell’interfaccia ma anzi di rottura di questa interfaccia ovvero di

molecole che vengono assorbite da questa superficie di interfaccia e che annullano il

ruolo delle molecole con attività di superficie che causerebbero di per sé una stabilità

della schiuma quindi vanno a distruggere queste strutture di stabilizzazione del film

interfacciale. Sono agenti antifuming ovvero antischiuma e tali agenti sono agenti che

indeboliscono la membrana e la connettività e ciò è necessario in molti passaggi

tecnologici quando un insorgere naturale di schiuma può dar fastidio alla gestione di

una fase dell’impianto di trasformazione. Quindi ci sono preparazioni in cui le attività

schiumogene vengono bloccate. (questi sono ingredienti con funzionalità di tipo fisico).

Ogni additivo ha la sua specifica funzionalità. Inoltre aiutano a mantenere il prodotto in

uno stato qualitativo richiesto dal consumatore. Ovviamente sono componenti

altamente controllate e devono rispettare regolamenti molto rigidi, che indicano i

criteri per l’utilizzo e lo scopo e anche una modalità di utilizzo che non metta in

pericolo la sicurezza del consumatore. Chi si occupa a livello europeo di valutare gli

additivi è L’EFSA che sta a Parma. Ha un suo iter di valutazione e in caso positivo

assegna il codice E… per poi essere messo in commercio. L’EFSA oltre a valutare la

sicurezza dei nuovi tiene monitorata anche la funzione di quelli già messi in

commercio da tempo rivalutandoli in base alle tecniche e innovazioni scientifiche

scoperte col passare degli anni. Si va così a formare l’ADI ovvero quella dose

giornaliera ammessa espressa in mg/kg corporeo/die e la dose massima può essere

rivalutata in base a dossier specifici aggiornati che l’EFSA poi valuterà. Questi additivi

sono normati da una legge comune raggiunta negli anni, l’EFSA infatti attualmente

lavora stabilendo 3 direttive: la lista degli additivi che possono essere impiegati, gli

alimenti in cui gli additivi possono essere utilizzati e i livelli max ammessi e la

sicurezza e purezza richiesta per ciascuno. L’EFSA ha dei competenti specifici che

valutano tutti questi aspetti ma si avvale anche di competenti indipendenti a supporto

come università etc.. che grazie alla ricerca possono supportare certi dati e certe

modalità di utilizzo. L’obiettivo è quello di fare un’analisi di rischio per far si che

l’additivo non possa ingannare il consumatore. Dall’inizio fino alla fine possono

intercorrere nel processo di valutazione di un additivo circa 10 anni, i primi per fare

test , poi la valutazione e infine un’approvazione nei singoli paesi delle indicazioni

stabilite per l’utilizzo. Gli additivi possono poi essere classificati in 2 grandi famiglie, da

una parte quelli che mantengono la freschezza e prevengono il deterioramento e

dall’altra quelli che amplificano e promuovono gli attributi di qualità di un prodotto.

Purtroppo l’allarmismo ingiustificato agli additivi che nasce dall’ignoranza del non

conoscere la natura di questi additivi e la loro specifica funzione. L’uso degli additivi

deve essere sicuramente l’ultima spiaggia , ovvero prima si cercano tutti i metodi

tecnologici possibili per raggiungere un dato risultato ma certo non vanno

demonizzati. Secondo un sondaggio l’intolleranza che può portare ad allergie nei

confronti di additivi (che vengono dalle penicilline) di rapporto 150:2 . Quindi sono da

monitorare e fare uso con criterio ma l’allarmismo è esagerato rispetto agli effetti che

possono provocare sull’uomo. Nanocellulosa batterica = potenziale nuovo additivo che

viene sintetizzata come b-glucano extracellulare impiegato dai glucanobatteri, è un

polimero con grandi potenzialità tecnologiche come alta idrofobicità, cristallinità,

resistenza meccanica elevata etc… Impiegata specialmente come materiale di

packaging ma anche come agente ispessente , gelante etc… oppure anche nei dessert

come ingrediente nei prodotti carnei anche. Ciò che è importante ricordare è l’iter di

approvazione ovvero un prodotto di cui già scientificamente si prova che è ottimo

all’utilizzo prima che si impiega sul mercato da che viene concepita l’idea, passano

oltre 5 anni. Novel Food= cibi e ingredienti introdotti dopo il 15 maggio 1997 o

ottenuto da nuove tecnologie o come ingrediente isolato e applicato in determinate

situazioni. Per poterli impiegare devono anch’essi essere accompagnati da prove

scientifiche che dimostrano l’efficacia e l’efficienza del loro impiego stabilite dall’EFSA.

Ovviamente si tratta di alimenti sani e sicuri nell’utilizzo. Esiste poi una scala di TRL

ovvero technology ridlness level , va da 1 a 9 ed indica il grado di avanzamento di una

tecnologia nuova dove 1 è solo poco + di un’idea teorica, il 2 è una prima valutazione

di fattibilità tecnologica, il 3 rappresenta livelli di ricerca di laboratori che sviluppano il

concetto e via dicendo crescendo fino a livelli superiori a 5, l’ 8 è la definizione di

fattibilità economica e il via libera dal punto di vista regolatorio e il 9 finale è quello di

fine processo per cui la tecnologia è completamente commercializzabile sul mercato.

Esempi: tecnologie ad alte pressioni che consentono di superare i vecchi sistemi di

trattamento termico sono molto avanzate (livello 8) e ci sono già soluzioni molto

impiegate. Le radiofrequenze o di campi alternati sono una tecnologia nuova (5,6) e

così via. Si classificano quindi 3 grandi classi di queste tecnologie emergenti con TRL

altissime, quelle non termiche emergenti come ultravioletto e infine quelli emergenti

che sta uscendo ora dai laboratori come plasma freddo, ultrasuoni etc… Gli alimenti

prodotti che vorranno impiegare tali tecnologie devono sottoporsi ad un iter di

approvazione dall’EFSA.

L1 INIZIO CORSO

Si parla in tal corso di scienza del materiale dai quali si nota che le proprietà

macroscopiche del prodotto dipendono da tutte le organizzazioni che il prodotto ha a

livelli non visibili ovvero al di sotto della macroscala. Questa organizzazione prosegue

al di sotto con microscala, mesoscala,scala molecolare e scala nanometrica. Esiste

difatti una gerarchia in termini dimensionali delle particelle che compongono la

materia di studio, si parte con dimensioni molto piccole che interessano

l’organizzazione molecolare come proteine, carboidrati , nanoemulsioni etc… che sono

nell’ordine di 1-100 nm seguiti da emulsioni e alimenti schiumogeni nell’ordine dei

micrometri per infine arrivare alle strutture alimentari + complessi originatesi al

termine come risultato di processi di trasformazioni come le polveri o gli alimenti

stessi finiti che raggiungono la scala dei mm-cm. Tutto questo approccio fa molto

riferimento all’analisi fisica dei materiali che può essere dimensionale (granulometria

delle polveri ad esempio) , la reologia che caratterizza il comportamento funzionale

dei componenti alimentari). Segue l’analisi termica che serve a simulare il

comportamento del materiale sottoposto a stress termici ove grazie ad uno specifico

strumento è possibile quantificare in termini fisici la quantità di energia necessaria per

fare avvenire determinati fenomeni dipendenti da T. Molti sistemi alimentari sono visti

come sistemi dispersi, ovvero un sistema dove si ha la co presenza di una fase

dispersa distribuita come unità concrete all’interno di una seconda sostanza che

rappresenta la fase continua della dispersione. L’elemento critico e + importante da

controllare in una dispersione è l’interfaccia che esiste tra le due fasi in quanto avente

ruolo strategico molto importante. Difatti molte proprietà tecnologiche si vanno a

controllare direttamente esercitando a sua volta una forma di controllo su tale

interfaccia. Le soluzioni hanno dimensioni <1nm sono sistemi omogenei di Sali,acidi e

basi, tramite condensazione o aggregazioni possono dare origine alle dispersioni

colloidali di dimensioni tra 1 e 500 o 1000 nm e sono sistemi microeterogenei

composti di plasma e soluzioni macromoleoclari. Attraverso coagulazione danno

origine alle dispersioni eterogenee (viceversa per dare le precedenti di prosegue per

dispersione) con dimensioni >500 o 1000 nm e sono sistemi eterogenei come il

sangue o il latte. Ciascuna di esse ha caratteristiche fisiche ben specifiche. Ad

esempio a livello di passaggio attraverso membrana lo possono compiere solo le

soluzioni mentre le dispersioni colloidali solo in alcuni casi ove non si hanno barriera

semipermeabili e le dispersioni eterogene invece no. Così come la sedimentazione che

interessa le dispersioni eterogene e non le soluzioni e