Appunti Tecnologie alimentari 1

Tecnologie alimentari

Introduzione

Tecnologia alimentare: disciplina scientifica che studia le procedure relative alla trasformazione delle materie prime in prodotti alimentari e che si occupa quindi dei processi di conservazione e di trasformazione dei prodotti alimentari. Noi come tecnologi non ci occupiamo di produzione primaria (prendiamo le olive e le trasformiamo in olio, prendiamo il latte e lo trasformiamo in formaggio, …), ovviamente però interagiamo con chi se ne occupa.

Gli obiettivi della tecnologia alimentare sono, quindi, 2:

• Aumentare la conservabilità delle materie prime commestibili per consentirne il trasferimento dai luoghi di produzione a quelli di consumo e per estenderne la disponibilità nel tempo. La materia prima è già edibile, i tecnologi devono conservarla per poterla trasferire nel tempo e/o nello spazio (c’è bisogno di poterla consumare da un’altra parte o in un altro momento. Materie prime prodotte in un certo periodo e consumate in un altro. Tecnologie di conservazione consistono nel conservare qualcosa che è già consumabile).
• Produrre degli alimenti complessi dalla combinazione e/o trasformazione di materie prime diverse o ingredienti alimentari e, da questi, prodotti finiti partendo anche da materie prime che come tali non sono commestibili o contengono addirittura fattori tossici ed antinutrizionali. Parto da materie prime e le vado a trasformare (quindi cambio le loro caratteristiche) oppure le vado a mescolare, le unisco ad altri ingredienti e faccio dei prodotti ancora diversi dalle materie prime (in questo caso posso addirittura iniziare da sostanze che non sono commestibili e le vado a trasformare in modo tale da renderle commestibili, come ad esempio patate, fave di cacao, chicchi di caffè, …). Tecnologie di trasformazione.

Tecnologie di conservazione

• Hanno lo scopo di prolungare la vita commerciale di un alimento limitando le modifiche a livello strutturale, compositivo, sensoriale, nutrizionale.
• Possono essere:
  • A breve termine
    • Refrigerazione: prendo, ad esempio, della carne e la metto in un frigorifero (3-4 gg, non può durare molto).
    • Combinazioni di tecnologie “soffici”.
  • A lungo termine: si opera sul prodotto con tecniche invasive che consentono di aumentare in modo significativo la sua shelf-life.
    • Congelamento
    • Essiccamento: è possibile essiccare la carne però sicuramente sarà diversa dalla bistecca.
    • Sterilizzazione
• Possiamo avere:
  • Quelle di conservazione dei prodotti “freschi” (carne, uova, pesce, frutta, verdure ecc.) così come si ottengono dalle attività primarie (agricoltura, allevamento, pesca).
  • Quelle di produzione di “conserve” che consentono una conservazione prolungata nel tempo con interventi che possono modificare, anche radicalmente, le caratteristiche originarie dei prodotti.

La tendenza/esigenza ultimamente è quella di aumentare la shelf-life di un prodotto, ovvero letteralmente la “vita di scaffale”. Perché? Il motivo principale è quello di aumentare la conservazione del prodotto per arrivare a vendere i prodotti più lontano. Più lunga è la shelf-life, più consumatori saranno interessati al prodotto. Si cerca di aumentare la shelf-life del prodotto limitando le modifiche a livello strutturale, compositivo, sensoriale e nutrizionale. Più l’allungo più devo pagare dal punto di vista nutrizionale, compositivo, strutturale (non è possibile aumentare la shelf-life senza intervenire sulle caratteristiche del prodotto). Il compito del tecnologo è quindi quello di allungare la shelf-life senza modificare le caratteristiche eccessivamente.

Una conserva di frutta (parola “conserva” è significativa) ha una shelf-life di anni però una di albicocche, ad esempio, è diversa dalle albicocche (non posso però fare diversamente perché le albicocche le posso conservare per poco tempo).

Tecnologie di trasformazione

• Hanno lo scopo di modificare le caratteristiche a livello strutturale, compositivo, sensoriale, nutrizionale delle materie prime e dei semilavorati al fine di ottenere prodotti con adeguate proprietà sensoriali, nutrizionali, di utilizzo, di conservabilità etc. Vengono modificate pesantemente le caratteristiche, ottenendo dei prodotti che hanno delle adeguate proprietà di tipo nutrizionale, sensoriale (adeguate al tipo di utilizzo, al tipo di consumatore).
• Si possono avere:
  • Tecnologie di frazionamento: un prodotto complesso, in genere una materia prima, formato da più costituenti viene frazionato nei suoi componenti; quindi vengono separati i componenti di una materia prima e prelevati quelli che servono (zucchero, olio, farina etc: dalle olive serve l’olio quindi si fa un frazionamento poiché serve un componente; dalle barbabietole si estrae un componente ovvero lo zucchero cioè quello che serve). In genere si utilizza per ottenere ingredienti alimentari (non si frazionano dei prodotti finiti, ma degli ingredienti).
  • Tecnologie di combinazione: molti ingredienti differenti (anche prodotti nelle tecnologie di frazionamento) vengono combinati per ottenere prodotti più complessi (pasta, gelati, bevande non fermentate etc.).
  • Tecnologie di trasformazione chimica: le materie prime o gli ingredienti sono trasformati per intervento chimico e/o enzimatico, quindi tramite reazioni chimiche e biologiche (vino, birra, formaggi, prodotti da forno etc.). Se non ci fossero nel pane delle reazioni chimiche che lo fanno lievitare, non sarebbe possibile mangiarlo.
• Si possono avere:
  • Tecnologie di prima trasformazione: operano su materie prime provenienti dalla produzione primaria (viene presa la materia prima e trasformata come, ad esempio, dal frumento si fa la farina, dalle mele si estrae il succo, vino, formaggi, salumi, caffè, tè).
  • Tecnologie di seconda trasformazione: operano su materie prime provenienti da una prima trasformazione (viene presa la materia già trasformata e si ritrasforma, si modifica ulteriormente come, ad esempio, dalla farina si aggiungono acqua e lievito e si fa il pane, liquori, birra, prodotti dolciari, bevande).

Classificazione di alcune classi di prodotto nelle categorie tecnologiche

• Prodotti freschi (latte, carne, uova, pesce, frutta, verdura, acque minerali).
• Conserve (vegetali, carnee, ittiche).
• Prodotti I° trasformazione (vino, formaggi, burro, salumi, succhi, caffè, tè).
• Ingredienti, intermedi, semilavorati (farine, oli, grassi animali, zucchero, malto, proteine e derivati del latte).
• Prodotti II° trasformazione (pane, prodotti dolciari, pasta, bevande analcoliche, liquori, birra).

N.B. I vegetali vengono classificati, quando vengono manipolati e conservati, in gamme:

• I gamma: ortaggi freschi nella loro caratteristiche di base (carote, teste di insalate).
• II gamma: conserve vegetali (pelati, fagiolini, piselli nel barattolo, piselli).
• III gamma: ortaggi congelati.
• IV gamma: ortaggi freschi, tagliati e puliti in contenitori sigillati, da consumarsi crudi senza ulteriori manipolazioni del consumatore (pronti per il consumo, insalate e macedonie confezionate).
• V gamma (gli ultimi che stanno uscendo): ortaggi precotti, grigliati o scottati a vapore senza l’aggiunta di conservanti e condimenti (pronti per il consumo).

La tecnologia alimentare prevede la presenza di

• Materie prime: tutti i materiali che entrano nel processo produttivo dall’esterno per subire una trasformazione (sono quelle che servono per realizzare il prodotto finito). Possono arrivare dalla produzione primaria (agricoltura, allevamento, pesca), dalle industrie di prima trasformazione, da altre industrie che forniscono additivi, coadiuvanti, imballaggi (nelle materie prime rientrano anche il barattolo, il tappo, il contenitore plastico, imballaggi, additivi, emulsionanti, ecc.).
• Prodotto alimentare: tutti i prodotti destinati al consumo alimentare come tali o previa conservazione e/o trasformazione.
• Processo: insieme di operazioni, materiali, attività, controlli che vengono utilizzati per trasformare delle materie prime in prodotti finiti (tutto ciò che c’è dalle materie prime al prodotto finito).

Il processo deve consentire di conservare e trasformare una materia prima con la massima efficienza ossia:

• Minime perdite di materiale: massimizzare le rese (non è pensabile avere delle rese del 30%).
• Minimi consumi energetici.
• Massima velocità di processo (il processo deve essere il più rapido possibile).
• Ottimizzando la qualità del prodotto finito (bisogna riuscire ad avere l’alta qualità risparmiando dove è possibile senza andare ad incidere sulla qualità e sulla shelf-life del prodotto. Tutto ciò perché è possibile avere dei danni e dei difetti) minimo danno tecnologico (mild technologies).

I processi discontinui si cercano di far diventare continui (discontinuo è quando si fa un’operazione, si aspetta, poi se ne fa un’altra - es: si prende il latte, lo si mette in caldaia dove coagula (dalla messa del latte in caldaia alla lavorazione del coagulo passano 30 min, quindi si cerca di fare coagulazione continua, ovvero entra latte ed esce formaggio).

I danni tecnologici possibili possono essere:

• Danno meccanico dovuto ad un’azione meccanica superiore ai limiti di resistenza del prodotto. Si hanno rotture, fessurazioni, perdite di succhi, formazioni di polveri (uno dei più grossi problemi che si hanno nell’industria alimentare è quello di usare dei contenitori di vetro, infatti se nel pallet si spacca una bottiglia, bisogna buttare via anche le altre perché avranno le etichette sporche).
• Danno termico dovuto agli effetti del calore, al riscaldamento eccessivo. Si hanno perdita di componenti, perdita di valore nutrizionale, formazione di off-colors ed off-flavours (difetti di colore e difetti di aroma). Può favorire il danno meccanico od il danno chimico.
• Danno chimico dovuto a reazioni chimiche e/o enzimatiche indesiderate.
• Contaminazioni inquinamento del prodotto da parte di agenti fisici, chimici o biologici provenienti dall’ambiente:
  • Contaminazioni dirette (ad esempio è andato a finire qualcosa dentro il prodotto – al fondo della linea di produzione c’è sempre un metal detector perché è sempre possibile che accidentalmente finisca un pezzo di metallo all’interno del prodotto, ad esempio bullone).
  • Contaminazioni crociate (ad esempio un alimento che “sporca” un altro alimento, ovvero ad esempio può portare degli allergeni come le nocciole, semi in guscio).

Ottimizzare la qualità del prodotto finito significa soddisfare i seguenti requisiti di qualità:

• Requisiti di sicurezza: assenza di contaminanti, inquinanti, allergeni etc. (il consumatore dà per scontato che un prodotto non gli faccia male, è un prerequisito fondamentale).
• Requisiti nutrizionali
• Requisiti sensoriali
• Requisiti funzionali e/o tecnologici
• Requisiti legali e merceologici
• Requisiti di stabilità
• Requisiti di costanza produttiva: il prodotto deve essere stabile, ovvero deve essere sempre lo stesso.

La shelf-life dei biscotti può essere tranquillamente di un anno, ma è possibile mettere anche 6 mesi. Probabilmente in questo secondo caso il prodotto avrà una qualità maggiore (uso la qualità come elemento distintivo, di valorizzazione).

Alcuni concetti

• Mild technologies: processi produttivi in cui si utilizzano trattamenti particolarmente rispettosi dell’alimento e/o si fa un ricorso molto limitato agli additivi.
• Additivi alimentari: “Qualsiasi sostanza, normalmente non consumata come alimento in quanto tale e non utilizzata come ingrediente tipico degli alimenti, indipendentemente dal fatto di avere un valore nutritivo, aggiunta intenzionalmente ai prodotti alimentari per un fine tecnologico nelle fasi di produzione, trasformazione, di preparazione, di trattamento, di imballaggio, di trasporto o immagazzinaggio degli alimenti, che si possa ragionevolmente presumere diventi, essa stessa o i suoi derivati, un componente di tali alimenti direttamente o indirettamente” (antimicrobici, antiossidanti, coloranti, aromatizzanti, emulsionanti, stabilizzanti, addensanti, gelificanti ecc.). Sostanze che vengono aggiunte all’alimento e che rimangono all’interno di esso, non è possibile toglierle. Sono indicati con la lettera E (hanno un codice a 3 cifre preceduto dalla lettera E) e possono essere coloranti, emulsionanti, stabilizzanti. Gli additivi devono essere indicati in etichetta, infatti se non vengono riportati e vengono individuati l’azienda deve chiudere (ciò perché sono sostanze chimiche potenzialmente pericolose se non utilizzate in opportune concentrazioni – esempio classico: anidride solforosa che è una sostanza tossica e viene usata nel vino, ma non è possibile usarla con una concentrazione sopra un determinato valore/nitrati e nitriti dei salumi sono tossici quindi devono essere usati con una determinata indicazione). Le concentrazioni massime degli additivi sono riportate, tranne che per alcuni dove è scritto “quanto basta” perché si ritiene che quella sostanza aggiunta non possa creare mai dei problemi al consumatore (esempio: acido citrico, acido ascorbico, vitamina C non fanno male però c’è una limitazione economica, infatti non posso metterne troppi perché i costi aumentano).
• Coadiuvanti tecnologici: “Una sostanza che non viene consumata come ingrediente alimentare in sé, che è volontariamente utilizzata nella trasformazione di materie prime, prodotti alimentari o loro ingredienti, per rispettare un determinato obiettivo tecnologico in fase di lavorazione o trasformazione che può dare luogo alla presenza, non intenzionale, ma tecnicamente inevitabile di residui di tale sostanza o di suoi derivati nel prodotto finito a condizione che questi residui non costituiscano un rischio per la salute e non abbiano effetti tecnologici sul prodotto finito” (chiarificanti, filtranti ecc.). Sostanze utilizzate per ottenere un risultato tecnologico, ma che vengono eliminate dal prodotto durante il processo produttivo (un coadiuvante non deve più essere presente nel prodotto finito né come tale né come prodotto derivato). Non viene riportato in etichetta (es: carbone decolorante che viene utilizzato per togliere colore al vino).

Processo

A ciascuna classe di prodotti corrisponde un “processo”, cioè un insieme di operazioni, materiali, attività, controlli che vengono messi in atto per trasformare le materie prime in prodotti finiti. Ogni processo è, quindi, formato da unità indivisibili: le operazioni unitarie. Le operazioni unitarie sono, perciò, le unità di un processo industriale e sono basate su leggi e principi generali validi indipendentemente dal materiale trattato. Il processo produttivo è quello che partendo dagli ingredienti arriva al prodotto finito (si parte dall’uva fino ad arrivare al vino: in mezzo c’è un processo). Ogni processo è formato da unità indivisibili, che sono delle sorte di mattoni costitutivi. Queste unità indivisibili sono quelle che si chiamano operazioni unitarie. Un processo produttivo è formato da tante operazioni unitarie. Le operazioni unitarie si effettuano indipendentemente dalle materie, ovvero si basano su un principio fisico che è uguale dappertutto (cambiano le macchine, ma il principio fisico rimane lo stesso). La centrifugazione, ad esempio, serve per separare 2 componenti di una miscela in funzione della densità - solido e liquido (insalata dall’acqua) - 2 liquidi (olio dall’acqua). Mettendo tante operazioni unitarie insieme si ottiene un processo produttivo.

Classificazione delle operazioni unitarie

Le operazioni unitarie si dividono in 6 grandi famiglie (ne esamineremo 5, non prenderemo in considerazione il condizionamento):

• Riduzione delle dimensioni: operazioni puramente meccaniche che determinano la rottura di un ingrediente sino alla frantumazione delle cellule con liberazione dei contenuti cellulari e la modificazione sostanziale della reologia del prodotto (tutto ciò che frantuma un ingrediente, ovvero che ne riduce le dimensioni).

Operazioni unitarie

• Taglio
• Molitura
• Laminazione

• Stabilizzazione: operazioni in cui si ha la distruzione o l’inibizione di fattori di degradazione quali microrganismi e/o enzimi. Si possono avere contemporaneamente modifiche delle caratteristiche chimiche, strutturali, nutrizionali e sensoriali dei prodotti ottenuti.

Operazioni unitarie

• Pastorizzazione
• Sterilizzazione
• Surgelazione
• Essiccamento
• Liofilizzazione
• Irraggiamento

• Miscelazione: operazioni in cui si ottiene una distribuzione omogenea dei componenti di una miscela con eventuale formazione di interfasi quali emulsioni o schiume.

Operazioni unitarie

• Agitazione
• Impastamento

Operazioni complesse

• Dissoluzione
• Omogeneizzazione
• Miscelazione
• Gasatura
• Emulsionamento
• Formazione di schiume

• Trasformazione: operazioni in cui si ha una modificazione della composizione chimica del prodotto con significative variazioni nelle caratteristiche chimiche, strutturali, sensoriali e nutrizionali.

Operazioni unitarie

• Fermentazioni

Operazioni complesse

• Reazioni enzimatiche
• Cottura
• Estrusione
• Reazioni chimiche
• Burrificazione
• Cottura
• Cottura in forno
• Gelificazione

• Separazione: operazioni in cui si ha la separazione dei componenti di...