Appunti tecnologie delle applicazioni frigorifere

Tecnologie delle applicazioni frigorifere

Refrigerazione degli ortofrutticoli

Fisiologia post-raccolta

Le attività metaboliche degli ortofrutticoli che vanno tenute sotto controllo sono:

• Traspirazione: Perdita d’acqua allo stato di vapore da parte dei tessuti vegetali
• Respirazione: Processo di combustione nel quale i nutrienti vengono demoliti in molecole più semplici, ottenendo energia

Comportano un insieme di modificazioni chimico-fisiche che riguardano: colore, consistenza, sapore e valore alimentare.

Stati fisiologici degli ortofrutticoli

La vita degli ortofrutticoli può essere suddivisa in tre principali stati fisiologici:

• Crescita: Divisione e distensione delle cellule
• Maturazione: Diverse attività metaboliche
• Senescenza: Inizio dei processi catabolici

Durante maturazione e senescenza si hanno respirazione e produzione di etilene.

Prodotti vegetali e respirazione

I prodotti vegetali possono essere divisi in due gruppi in base all’andamento della respirazione:

• Climaterici: albicocche, pesche, pere, mele, pomodori, avocado, banane, meloni
• Aclimaterici: uva, ciliegie, fragole, fichi, ananas, ortaggi, alcuni legumi, la maggior parte degli agrumi

Produzione di etilene

I prodotti ortofrutticoli producono quantità piccolissime di etilene, causa reale dei fenomeni che avvengono durante il ripening.

• Climaterici: La concentrazione di etilene varia notevolmente a seconda dello stadio considerato; durante il ripening si verifica un sensibile aumento della produzione di etilene; la presenza di etilene, anche in piccole concentrazioni, affretta la maturazione.
• Aclimaterici: La concentrazione di etilene resta costante nei vari stadi fisiologici; la presenza di etilene aumenta la respirazione.

Effetti della temperatura

Tanto più è basso il livello termico, tanto più sono ridotti i processi vitali e pertanto minore è il consumo di sostanze di riserva. La fase di senescenza è procrastinata e per questo la vita post-raccolta del prodotto può risultare notevolmente allungata con evidenti benefici commerciali. L’attività metabolica risulta ridotta; è possibile mantenere un elevato valore alimentare dei prodotti ortofrutticoli a causa della limitata perdita di vitamine e di altre sostanze nutritive e delle altre ridotte trasformazioni indesiderate (ad es. ispessimenti cellulosici).

Diversi fattori pre- e post-raccolta possono influenzare notevolmente la risposta degli ortofrutticoli alla conservazione. Non esiste una temperatura di conservazione ideale per tutti gli ortofrutticoli. Ciascun prodotto reagisce in maniera differente alle basse temperature; bisogna inoltre tenere in considerazione anche altri fattori, quali la possibile comparsa di muffe, i danni da freddo e la durata della conservazione.

Conservazione degli ortofrutticoli

Non esiste un periodo di conservazione ideale per tutti gli ortofrutticoli. In genere tra il tempo di conservazione in magazzino e l’attività respiratoria vi è una correlazione inversa; inoltre bisogna considerare la diversa sensibilità agli attacchi fungini.

Il rallentamento dei processi metabolici e quindi della senescenza, per riduzione della temperatura, si ha fino ad un limite inferiore invalicabile (punto di congelamento), oltre il quale non si ha mantenimento dell’integrità dei tessuti. Il punto di congelamento è strettamente correlato alla percentuale di soluti presenti nei succhi cellulari e per questo varia da specie a specie, da cultivar a cultivar e in base ad altri fattori, quali l’andamento climatico preraccolta, il grado di maturità, ecc.

Non tutte le specie e, nell’ambito delle specie, non tutte le cultivar possono essere mantenute a temperature prossime a quelle del punto di congelamento, perché possono insorgere alterazioni di origine fisiologica denominate fisiopatie da raffreddamento o danni da freddo.

Danno da freddo

L’insorgenza di danni da freddo è strettamente correlata con il tempo di esposizione dei prodotti a temperature prossime alla soglia critica di danneggiamento.

Sintomi del danno da freddo:

• Lesioni superficiali (punteggiature, affossature): meloni, zucchine, cetrioli, peperoni, melanzane, pomodori
• Presenza di liquido sotto l’epidermide (zone traslucide)
• Imbrunimento della polpa e necrosi dei semi: pomodori, peperoni
• Disfacimento del tessuto
• Maturazione non completa: pomodori, banane
• Accelerazione del disfacimento fungino: papaia, mango, pomodori
• Imbrunimento vascolare
• Modificazioni sensoriali
• Incapacità nella crescita (germogliamento): cavolini di Bruxelles

Effetti dell'umidità

Contenuto idrico ortofrutticoli:

• 80-95% per la maggior parte (aw≈1)
• ≤ 10% aglio e frutta secca
• 40-60% fichi

Forte stress post raccolta:

• Cessa la fornitura di nutrienti essenziali e di acqua
• Aumenta l’intensità di traspirazione

Il livello igrometrico ambientale, al pari della temperatura, esplica una spiccata azione sul mantenimento delle caratteristiche qualitative degli ortofrutticoli freschi (avvizzimento). L’entità della traspirazione è correlata strettamente ed inversamente con l’umidità relativa e direttamente con la temperatura dell’ambiente. La traspirazione porta a perdita di acqua e quindi di peso; se la perdita di peso supera certi livelli, variabili da specie a specie e da cultivar a cultivar, è causa di avvizzimenti più o meno vistosi, ma sempre pregiudizievoli ai fini della valutazione commerciale del prodotto.

Controllo avvizzimento

Per impedire che insorga il pur minimo accenno di appassimento l’umidità relativa nelle celle di conservazione dovrebbe essere mantenuta a livelli molto elevati per evitare la comparsa di alterazioni fisiologiche o patologiche e la mancata acquisizione di sapore. Anche la velocità dell’aria nelle celle ha un’influenza: incrementandola si ha un effetto di diminuzione della tensione di vapore dell’aria vicina al frutto, che porta ad un aumento della traspirazione dei prodotti. Leggere perdite di peso possono essere considerate vantaggiose in quanto fanno aumentare la concentrazione zuccherina, riducono la possibilità degli attacchi fungini e le manifestazioni fisiologiche dannose (riscaldo e disfacimenti).

L’umidità relativa ottimale è attorno all’85-90%, con piccole variazioni in funzione del prodotto e anche del locale di conservazione (velocità dell’aria, tenuta della cella). Per alcuni prodotti (cipolle, aglio, noci, zucche) è opportuno non superare il 75% per impedire lo sviluppo del marciume e il germogliamento.

Metodi di controllo della traspirazione

Tre sono i metodi principali che consentono di controllare in modo efficace la traspirazione dei prodotti:

• Umidificare dell’aria: aumentare l’umidità relativa dell’aria delle celle per ridurre la differenza di pressione di vapore tra prodotto e aria
• Movimentazione dell’aria: compromesso tra movimentare l’aria per togliere calore dal prodotto e minimizzare la perdita di acqua
• Imballaggio: apporre una barriera fisica attorno al prodotto per ridurre il movimento dell’aria alla sua superficie

Refrigerazione

Prolungare il mantenimento delle prestazioni sensoriali e nutrizionali di un prodotto mediante la rimozione di calore. La riduzione della temperatura degli ortofrutticoli va applicata anche prima del trasporto e della conservazione.

Pre-refrigerazione

Il tempo intercorso tra raccolta e raffreddamento influenza in modo determinante la degradazione delle protopectine in pectine solubili (intenerimento della polpa), la senescenza e la degradazione della clorofilla.

Sistemi di pre-refrigerazione ortofrutticoli

Sistemi per rimuovere il calore di campo dei prodotti affinché le temperature si avvicinino a quelle idonee per il trasporto e la conservazione:

• Aria
• Aria forzata
• Idro refrigerazione: acqua refrigerata

È una delle tecniche più utilizzate perché molto rapida. È un sistema molto utilizzato per i prodotti globosi, per i quali gli altri sistemi richiedono tempi molto più lunghi, avendo rapporto superficie/volume sfavorevole. Le vasche utilizzate per la refrigerazione svolgono un’azione di trasporto del prodotto in maniera delicata, senza provocare danni da urti. In questi trattamenti è assente il calo peso dovuto alla perdita di umidità per traspirazione. In termini di risparmio energetico i tempi brevi portano ad importanti vantaggi. Lo spazio necessario per l’impianto è ridotto poiché non c’è necessità di spazi “vuoti” tra i vari prodotti.

Limiti della idro refrigerazione

Bisogna usare acqua sanitizzata. Se i prodotti vengono inseriti per aspersione con contenitori essi devono essere idrorepellenti. Non è applicabile in prodotti cavi poiché si genererebbe accumulo di acqua con insorgenza di idropatie. Favorisce idropatie e alterazioni fungine, limitabile con l’asciugatura del prodotto.

Raffreddamento per immersione

Il prodotto e l’acqua sono inseriti in delle vasche e movimentati con delle coclee. La temperatura dell’acqua deve essere più vicina possibile a 0,5 gradi.

Raffreddamento per aspersione

Ci sono dei tunnel in cui vengono inseriti i prodotti contenuti in cassette di materiale idrorepellente. Nel tunnel i prodotti vengono investiti da una doccia di acqua. Permette un risparmio d’acqua.

Sistemi misti

Spesso si utilizza l’aspersione come metodo di pre-refrigerazione e l’immersione per completare il trattamento e allo stesso tempo trasporta il prodotto.

Sotto vuoto

È una delle tecniche più recenti ma non viene utilizzata sia per il costo dell’impianto sia per la manodopera specializzata. Il raffreddamento avviene in autoclavi, faccio evaporare l’acqua dagli strati superficiali del prodotto. Il vuoto è necessario per evitare il danno termico. Se non operato correttamente il vuoto può danneggiare il prodotto.

Fattori importanti:

• Alto rapporto superficie/massa: i prodotti devono essere turgidi e compatti per resistere al vuoto

Vantaggi:

• È uno dei processi più rapidi che si può attuare, difficilmente superano i 40 min.
• Il processo è compatibile con i prodotti confezionati
• Si ottiene un prodotto con la superficie asciutta

Limiti del raffreddamento sotto vuoto

• Costo di impianto e di esercizio (mano d’opera) elevati con funzionamento discontinuo
• Vi è un calo peso dovuto all’evaporazione consistente tra l’1 e il 4%, può essere contrastato con l’aspersione del prodotto con acqua prima del trattamento

Con ghiaccio

Il ghiaccio può essere posizionato solo in superficie o inserito a strati. Non è un metodo molto utilizzato perché richiede molta manodopera e si rischia di danneggiare il prodotto se non è sufficientemente resistente. Il ghiaccio che si fonde può stagnare e diventare substrato per i mo. Se il contenitore permette la fuoriuscita dell’acqua abbiamo gocciolamento pericoloso per l’operatore. Si ha un notevole incremento del peso lordo per il trasporto, il ghiaccio pesa e non ha valore commerciale.

Controllo dell'umidità

Per favorire la conservazione delle caratteristiche bisogna garantire un’elevata umidità ambientale, abbiamo comunque dei limiti da non superare per il rischio di muffe e funghi posti circa al 90%.

Possiamo avere impianti che si basano su:

• Sistemi ad intercapedine: Si ha una cella in cui viene creata una controsoffittatura e delle contro pareti. Nelle intercapedini circola aria fredda che raffredda l’aria interna alle camere. Non ho movimentazione di aria attorno al prodotto, limitando le variazioni di umidità. L’umidità dell’aria interna sarà in equilibrio con l’umidità traspirata dal prodotto. Ci sono dei lag time quando riempio la cella e ci sono dei momenti di fuoriuscita dell’aria quando apro la cella, creo altri lag time.
• Con raffreddamento ad aria umida: È un sistema più complesso e prevede due metodi
  • Filacell system: La saturazione di umidità avviene per passaggio in controcorrente su una membrana di polipropilene aspersa di acqua
  • Wet air cooling: L’aria viene umidificata per passaggio in controcorrente su acqua gelata

Se i periodi di conservazione sono molto lunghi l’impiego di imballaggi non è funzionale.

Atmosfera controllata

Abbinata alle normali tecnologie di refrigerazione permette di allungare i tempi di conservazione. Può essere applicata alle confezioni singoli o all’intera cella.

Solitamente l’atmosfera generata vede:

• Riduzione del livello di ossigeno 20% a 2-10%. Sotto al 2% si ha il passaggio da respirazione a fermentazione
• Incremento del livello di anidride carbonica 0,3% a 2-10%. Oltre il 10% ha effetti tossici. Per le mele il limite è 5%.

Oltre ad inibire gli aerobi in questo modo si va ad inibire la respirazione limitando la quantità di calore durante i cicli di respirazione. Questa quantità di calore va considerata nel dimensionamento della cella. L’impedimento della respirazione va a rallentare i fenomeni alterativi. Il periodo di conservazione può essere allungato del 50% (per i fiori fino a 7 volte). Le perdite per malattie si riducono fino all’80%.

Metodi di controllo dell'atmosfera

Biologica: Viene raggiunta con la respirazione del prodotto che consuma ossigeno. Devono essere usati dei decarbonicatori per evitare livelli troppo elevati di anidride carbonica. Il processo è lento e varia in base all’attività metabolica del prodotto. Le pareti devono essere isolate dall’ossigeno. La cella non può subire scarichi parziali.

Abiologica: Si agisce indipendentemente dall’attività respiratoria inserendo aria a composizione modificata. Il processo è più veloce e non necessita di una cella totalmente impermeabile ai gas ma necessita di impianti specifici. Si ha la possibilità di uno scarico parziale delle celle.

Prodotti di IV gamma e V gamma

La diffusione è dovuta alla riduzione del tempo disponibile per la preparazione del pasto. Il consumatore richiede al prodotto:

• Sicurezza
• Freschezza
• Praticità
• Elevate sensazioni sensoriali

La IV gamma riduce i tempi di conservazione, sono necessarie quindi tecnologie conservative di supporto. La linea di produzione non deve incrociarsi, deve procedere solo “in avanti”. Lo stabilimento deve prevedere dei punti di separazione fisica, segmentazione, con muri.

Fasi di lavorazione

Le fasi di preparazione sono in comune con i prodotti surgelati.

Ricevimento materia prima

• Controlli da eseguire:
  • Temperatura del mezzo di trasporto
  • Documenti
  • Peso
  • Temperatura al cuore del prodotto
  • Caratteristiche qualitative
• Operazioni da effettuare:
  • Apposizione del foglio identificativo codificato
  • Stoccaggio in cella

Cernita

Operazione che serve ad asportare materiale estraneo o non idoneo alla trasformazione. Generalmente per queste gamme i volumi di prodotto non sono troppo elevati e la cernita può essere manuale.

Calibratura

Operazione svolta al fine di ottenere un prodotto diviso in lotti omogenei per dimensioni.

• Calibratore a cilindro: Utilizzato per prodotti globosi.
• Calibratore a rulli: Si ha un nastro trasportatore costituito da rulli adiacenti. La distanza tra i rulli determina la dimensione dei prodotti. Il prodotto verrà raccolto da un nastro trasportatore e portato alle fasi successive di lavorazione. Questo calibratore è più adattabile sia perché può suddividere prodotti con forme tonde o oblunghe sia perché si può variare il calibro.

Lavaggio

Può essere effettuato in unica fase o prevedere una fase di prelavaggio in caso di materia prima molto sporca. Esistono impianti con diversi meccanismi di contatto tra acqua e prodotto. Spesso viene effettuato dopo le operazioni di taglio, perché in questa fase vengono rilasciati succhi che possono influire sulla conservazione del prodotto. In caso di prodotti sottoposti a pelatura il lavaggio viene effettuato dopo, per eliminare sporco o tracce di buccia. Può però essere anche effettuato un prelavaggio per eliminare lo sporco presente sulla buccia ed evitare contaminazioni.

Si possono variare:

• Il tempo di permanenza in vasca
• La quantità di acqua
• La concentrazione dell’eventuale coadiuvante (principalmente ipoclorito di sodio)

I controlli in questa fase sono:

• Temperatura dell’acqua: deve rimanere intorno ai 12 gradi per non deteriorare il prodotto
• Concentrazione coadiuvante: Troppo poco, non ho abbattimento carica. Troppo, residui nel prodotto con odori e sapori alterati