Domande e risposte d'esame di processi della tecnologia alimentare (1º parziale)

Domande di processi della tecnologia alimentare

Domande

1) Criteri di classificazione delle tecnologie alimentari

2) Fattori critici di processo (facendo riferimento a un processo a scelta)

3) Definizione di lay-out

4) Definizione e rappresentazione dei processi mediante flow-sheet

5) Requisiti di qualità di un prodotto alimentare e fattori critici di processo

6) Definizione di tecnologia alimentare, di processo, di prodotto e di operazione unitaria

7) Industria saccarifera: la fase di solfitazione e il trattamento con resine del sugo grezzo

8) Industria saccarifera: cristallizzazione dello zucchero

9) Descrizione degli impianti di filtrazione illustrati nel processo di produzione dello zucchero

10) Fase preliminare all’estrazione

11) Fase di estrazione dello zucchero della barbabietola

12) Definizione di saccarosio (definizione di legge e definizione merceologica)

13) Epurazione del sugo grezzo

14) Fase di accettazione del frumento: controlli e ispezioni

15) Gli enzimi amilolitici

16) Il fenomeno della gelatinizzazione dell’amido

17) Criteri di classificazione delle proteine del frumento

18) Le proteine del frumento e la formazione del glutine

19) La fase di condizionamento del frumento

20) Composizione chimica della cariosside

21) Industria molitoria: separazione con semolatrici

22) Definizione di farina (di legge e merceologica)

23) La fase di rottura della cariosside del frumento

24) Principi di funzionamento delle macchine di pulitura del frumento

25) Regioni anatomiche della cariosside: struttura, funzioni e utilizzo

26) Valutazione degli impasti tramite e estensografo Brabender

27) Caratteristiche per la classificazione del frumento

28) L’impastamento e la formazione del glutine

29) Eliminazione di corpi estranei dal frumento mediante magneti e spietratrici

30) Valutazione degli impasti tramite farinografo Brabender

31) Classificazione con plansicter

32) Definizione degli impasti mediante alveografo di Chopin

33) Industria molitoria: eliminazione di corpi estranei mediante setacci

34) Valutazione degli sfarinati mediante Falling Number

35) Struttura e proprietà del glutine

36) Industria molitoria: eliminazione dei semi estranei mediante svecciatoi

37) Definizione di semola (di legge e merceologica)

38) Struttura e proprietà dell’amido

39) Valutazione degli sfarinati mediante viscoamilografo

40) Organizzazione strutturale dei granuli d’amido

41) Valutazione degli impasti mediante reofermentometro

42) Punti critici del processo di produzione della pasta secca

43) Industria pastaria: la pressa continua

44) Essiccamento della pasta

45) Punti critici del processo di produzione della pasta secca

46) Definizione di pasta fresca e tipologie

47) Impastamento e formatura della pasta

48) Tecnologia di produzione della pasta fresca

49) Definizione di pasta (di legge e merceologica)

50) Fenomeni coinvolti durante il processo di cottura della pasta

51) Definizione di pane (di legge e merceologica)

52) Principali obiettivi delle operazioni del processo di panificazione

53) Modificazioni a carico dell’amido durante il processo di produzione del pane

54) Modificazioni a carico delle proteine nel processo di produzione del pane

55) Principali metodi di panificazione

56) Criteri di classificazione dei prodotti da forno soffici

57) Fase di impastamento dei prodotti da forno

58) Diverse tipologie di impastatrici per prodotti da forno

59) Pane e prodotti da forno: fase di lievitazione

60) Fase di cottura di pane e prodotti da forno

61) Fenomeni che avvengono durante la cottura del pane

62) Fenomeni coinvolti nel processo di cottura dei prodotti da forno

63) Criteri di classificazione dei prodotti da forno soffici

64) Tecnologia di formatura dei biscotti

65) Lievitazione chimica e lievitazione fisica

Risposte

Principi generali

Criteri di classificazione delle tecnologie alimentari

Le tecnologie di processo che vengono adottate per la produzione di un prodotto alimentare possono essere classificate secondo tre livelli. Il primo livello distingue le tecnologie di conservazione dalle tecnologie di trasformazione. Le tecnologie di conservazione hanno l’obbiettivo di prolungare la vita commerciale del prodotto danneggiando nel minor modo possibile le caratteristiche dello stesso, mentre le tecnologie di trasformazione hanno lo scopo di modificare le caratteristiche dell’alimento al fine di ottenere prodotti con adeguate proprietà sensoriali, nutrizionali, di convenience e di conservabilità.

Al secondo livello possiamo fare una distinzione ulteriore tra le tecnologie di conservazione classificandole come tecnologie di conservazione a breve termine e tecnologie di conservazione a lungo termine. Inoltre, possiamo distinguere anche le tecnologie di trasformazione in tre sottogruppi: tecnologie di frazionamento, tecnologie di combinazione e tecnologie di trasformazione chimica. Al terzo livello, invece, possiamo distinguere una dettagliata classificazione secondo le procedure tecnologiche ordinate dall’alto verso il basso mediante l’impatto crescente che esse creano sulla composizione del prodotto. Questa classificazione su tre livelli permette di realizzare un ordine gerarchico nelle tecnologie.

Fattori critici di processo

Per individuare i fattori critici di un processo bisogna innanzitutto definire i limiti dello stesso, poiché esistono processi che sono composti da più operazioni unitarie. I fattori critici possono influire significativamente sulla qualità del prodotto. Tra i fattori condizionanti troviamo:

• Materie prime
• Procedure di fabbricazione
• Condizioni operative
• Attività di controllo
• Impianti
• Edifici
• Personale
• Rapporto con ambiente esterno

Effettuando un’attenta analisi su questi fattori, comprendente una lista di materie prime e la rilevazione di alcuni parametri (sequenza operazioni, bilanci materiale, condizioni operative, ecc.), si stabilisce il presupposto base per un sistema qualità.

Definizione di lay-out

Il layout riguarda la disposizione planimetrica di tutte le risorse necessarie allo svolgimento delle lavorazioni e comprende la progettazione e il posizionamento degli spazi, fabbricati, impianti, coerentemente con il sistema produttivo e il flusso dei materiali. Questo viene fatto con l’obiettivo di massimizzare la produttività del sistema, ottimizzare la distribuzione degli spazi, massimizzare l’utilizzazione di impianti e macchine, minimizzare la movimentazione dei materiali e massimizzare la flessibilità dei processi produttivi. Devono inoltre essere disponibili su diversi fogli i tracciati dei flussi di materiale, i tracciati con i movimenti del personale e la suddivisione delle differenti zone in base alle condizioni igieniche e di trasporto.

Definizione e rappresentazione dei processi tramite flow-sheet

Un processo viene solitamente rappresentato attraverso un flow-sheet che permette di esprimere al meglio le fasi di processo. Il diagramma di flusso è di tipo qualitativo quando indica tutto ciò che entra nel processo sotto forma di materie prime, tutte le operazioni di trasformazione e le macchine impiegate, tutto ciò che esce sotto forma di prodotti/sottoprodotti/scarti specificando in quali punti del processo si verificano tali entrate e uscite. Esiste anche la possibilità, oltre al diagramma qualitativo, di rappresentare tramite un diagramma quantitativo; esso permette per ciascuna operazione del processo di rappresentare le quantità di materia e i bilanci materiali in ingresso e in uscita indicando non solo le quantità iniziali e finali, ma anche le quantità di sottoprodotti o scarti uscenti durante le varie fasi del processo. Solitamente per fare ciò si utilizza una quantità standard di materiale (es. 100 kg di materia prima o di prodotto finito).

Requisiti di qualità di un prodotto alimentare e fattori critici di processo

I requisiti di qualità sono l’insieme delle proprietà e delle caratteristiche di un’entità che conferiscono ad essa la capacità di soddisfare esigenze espresse ed implicite. Esse si dividono in:

• Requisiti di sicurezza, come l’assenza di sostanze tossiche o parassiti, infestanti, patogeni o comunque elementi che causino un danno alla salute.
• Requisiti nutrizionali, come l’apporto calorico e l’apporto di macro e micro elementi.
• Requisiti sensoriali, come aspetto, colore aroma e consistenza.
• Requisiti funzionali e tecnologici relativi alle prestazioni del prodotto.
• Requisiti legali e merceologici, cioè in base a parametri di legge e di stabilità.
• Requisiti di stabilità, come la stabilità d’igiene e di sicurezza.
• Requisiti di costanza e standardizzazione della qualità, cioè la ripetibilità del processo.

Per i fattori critici vedi domanda precedente.

Definizione di tecnologia alimentare, di processo, di prodotto e di operazione unitaria

La tecnologia alimentare è una disciplina scientifica che studia le procedure relative alla trasformazione delle materie prime in prodotti alimentari. Essa quindi si occupa dei processi di conservazione e trasformazione dei prodotti alimentari.

Un processo è l’insieme delle operazioni, materiali, attività e controlli che vengono messi in atto per trasformare un input in un output, ovvero, nella logica aziendale, una materia prima in un prodotto finito.

Un prodotto alimentare viene considerato tale quando si intendono tutti quei prodotti destinati al consumo alimentare, che siano essi consumati come tali oppure previa conservazione o trasformazione.

Possiamo definire un’operazione unitaria come la fase elementare di un processo tecnologico basata su principi unitari, prescindendo dai prodotti ai quali si applica; essa è descrivibile attraverso opportune equazioni cinetiche.

Industria saccarifera

Industria saccarifera: la fase di solfitazione e il trattamento con resine del sugo grezzo

La fase di solfitazione ha il solo scopo di decolorare il sugo leggero derivante dai processi precedenti e evitare in un successivo momento che esso si possa imbrunire. Il sugo leggero, derivante dal processo di epurazione, è limpido ma ha un colore scuro dovuto alla percentuale di zucchero invertito degradato contenuto al suo interno. Viene effettuato un trattamento con SO₂ che ha come scopo la decolorazione del sugo leggero e la prevenzione di un suo successivo imbrunimento durante le fasi di concentrazione e cristallizzazione.

Questo processo viene realizzato insufflando SO₂ gassosa, allo scopo vengono utilizzati dei saturatori. L’anidride solforosa reagendo con l’acqua acidifica la soluzione e inoltre è necessario che alla fine del processo vi sia una piccola percentuale di zolfo residuo.

Il trattamento con resine viene effettuato poiché il processo di epurazione elimina la maggior parte dei composti melassigeni all’interno del sugo leggero, ma comunque residuano degli ioni metallici come il potassio, ed alcuni amminoacidi liberi che sono composti estremamente melassigeni. Per eliminare del tutto questi composti vengono addizionate resine cationiche ed anioniche; per questa operazione però sono richieste particolari attenzioni:

• Il trattamento deve essere effettuato a bassa T° poiché la prima resina (cationica) abbassa il pH e questo se avviene a T° elevate causa inversione dello zucchero.
• È importante eseguire correttamente il lavaggio e la rigenerazione delle resine altrimenti si rischia una diluizione del sugo.
• Il passaggio con resina anionica scambia gli anioni della soluzione con ioni ossidrile innalzando la purezza a più del 99%, con il rischio di causare inconvenienti, è quindi necessario trattare in modo più blando in sugo leggero, trattandone solo una parte e poi riunendola alla parte non trattata.

Questa operazione viene effettuata in maniera discontinua, anche se in pratica è di tipo semicontinuo.

Industria saccarifera: cristallizzazione dello zucchero

Il processo di cristallizzazione dello zucchero non è una operazione vera e propria del processo ma rientra nella fase della cottura. Questo processo consiste nell’evaporazione sottovuoto a circa 85° di parte dell’acqua contenuta nel sugo denso, facendone derivare una soluzione satura al 90-93% chiamata massacotta, che viene poi fatta cristallizzare in particolari apparecchiature chiamate bolle di cottura, ovvero grossi recipienti con sistema di riscaldamento a fascio tubiero. Durante questo processo vengono messi in feed alcuni cristalli di zucchero macinato per fornire i germi di cristallizzazione e in modo da avere il controllo sulla granulometria che si andrà a formare. Lo zucchero cristallizzato verrà poi separato per centrifugazione e lavato nella centrifuga con poca acqua o vapore.

Descrizione degli impianti di filtrazione illustrati nel processo di produzione dello zucchero

I primi filtri nel processo di estrazione dello zucchero si trovano nella fase di depolpatura, quando devo eliminare i piccoli frammenti di fettuccine rimasti in sospensione nel sugo grezzo. Questi filtri si trovano nel depolpatore, costituito da reti metalliche variamente assemblate attraverso i quali viene fatto passare il sugo di estrazione. Quando opero in continuo le reti vengono sottoposte a spazzolature in modo da raccogliere la polpa prima che faccia ostruzione.

Anche nella fase di epurazione, quella successiva, si trova un processo di filtrazione. Questa volta la filtrazione ha lo scopo, inizialmente, di separare la torbida di prima carbonatazione dal sugo zuccherino e, poi, in una seconda filtrazione di separare la torbida di seconda carbonatazione dal sugo leggero. Per svolgere ciò uso dei filtri a tamburo ruotante funzionanti in depressione e dei filtri pressa. Il filtro pressa è composto da una serie di piastre o piatti alternate a tele che aderendo una all’altra formano delle camere, nel quale si forma il pannello di torbida disidratata. Quindi la torbida viene pompata ad alte pressioni dentro il filtro; la fase solida viene trattenuta nelle intercapedini tra piatti e i tela e dalla filtropressa esce la fase liquida (il sugo leggero). La fase solida è recuperata successivamente con l’apertura del macchinario quando la torbida ha colmato l’intercapedine.

Anche nella fase di purificazione, la quale viene effettuata solo se devo eliminare eventuali colorazioni del sugo denso e separare le sostanze insolubilizzate, si fa uso della filtratura per eliminare tutte le sostanze rimaste in sospensione nel sugo.

Fase preliminare all’estrazione

Le prime fasi del processo di produzione dello zucchero sono la raccolta e il trasporto. Quando le barbabietole giungono in azienda vengono ricevute, insilate e lavate, questo tipo di operazioni però avvengono in maniera separata rispetto all’impianto principale per ragioni igieniche e per far in modo che lo sporco e i batteri non possano in nessun modo giungere nelle fasi principali di estrazione dello zucchero. Oltre alle ragioni igieniche, questo viene effettuato per far sì di separare il traffico di automezzi che arrivano in azienda.

Le barbabietole vengono mantenute per alcuni giorni in grossi cumuli oppure in grossi silos, dopodiché vengono trasportate all’interno dello zuccherificio attraverso dei nastri trasportatori o mediante canali d’acqua dove il materiale subisce un lavaggio preliminare. Per prima cosa si opera un lavaggio a secco realizzato attraverso il passaggio del prodotto su una superficie costituita da rulli separati dove il materiale transita e si staccano i corpi estranei e cadono per gravità verso il basso. Poi viene operato un lavaggio ad umido in macchine lavatrici dove le barbabietole vengono fatte avanzare attraverso delle pale in controcorrente con acqua per fare in modo che terriccio e sassi si stacchino dalla barbabietola. Viene operato inoltre un lavaggio per aspersione che sfrutta l’azione abrasiva dell’acqua, essa viene spruzzata ad alta pressione sulla superficie del vegetale. Finiti i processi di lavaggio si passa alla fase di taglio dove le barbabietole passano attraverso macchine tagliatrici aventi lame a forma di V rovesciata, questo perché in tal modo si ottengono delle fettucce lunghe e con un’ampia superficie e con uno spessore di 1-2 mm (ideale per estrazione per diffusione). Le tagliatrici possono essere di tipo verticale o orizzontale, in quelle verticali i coltelli sono montati sulle pareti laterali di un cilindro all’interno del quale ruota un albero a palette che spinge le barbabietole verso i coltelli, nelle tagliatrici orizzontali invece i coltelli sono montati su un disco ruotante al di sopra del quale viene inviato il materiale da tagliare. Una volta tagliate in fettucce il materiale viene inviato all’estrazione.

Fase di estrazione dello zucchero della barbabietola

Questa operazione comincia con un importante step, ovvero quello della miscelazione delle fettucce con acqua che funge da solvente. L’estrazione dello zucchero avviene per diffusione; si considera un tessuto vegetale nel quale sono state denaturate le proteine delle pareti cellulari. Il fenomeno della diffusione avviene tra la soluzione più concentrata interna al tessuto e la soluzione meno ricca di soluto esterna ad esso. La relazione che meglio esprime il fenomeno della diffusione è la legge di Fick: dm = -D x A x (dC/dX) x dt [con dm si intende la quantità di soluto in moli che diffonde nel tempo dt, con D si intende il coefficiente di diffusione, con A l’area attraversata e con dC/dX il gradiente di concentrazione] utilizzando il segno negativo indichiamo che il trasporto di soluto avviene dalle zone di maggiore concentrazione verso quelle di minore concentrazione determinando una diminuzione del gradiente di concentrazione.

È importante considerare che la quantità di soluto dm è funzione del coefficiente di diffusione D = KT / n, questo parametro è importante poiché l’influenza della T° è notevole su questo coefficiente perché determina il valore della viscosità.