Domande Processi Parte 1

Domande (prima parte) processi della tecnologia alimentare

Industria saccarifera: fase di estrazione dello zucchero dalla barbabietola

La fase di estrazione dello zucchero dalla barbabietola consiste nel miscelare le fettucce con acqua (solvente). La diffusione avviene tra la soluzione più concentrata interna al tessuto e la soluzione meno ricca di soluto esterna ad esso.

Legge di Fick: dm = -D x A x (dC/dX) x dt, [dove D = KT/η]: la quantità di soluto (dm), trasportata tra due zone a differente concentrazione, è funzione della superficie di separazione (A), del coefficiente di diffusione (D), del gradiente di concentrazione (dC/dX) e del tempo di contatto (dt). La temperatura è direttamente proporzionale al coefficiente di diffusione e determina, inoltre, il valore della viscosità (η). Aumentando la temperatura ho un aumento più che lineare del coefficiente di diffusione.

Gli estrattori utilizzati sono di tipo ad immersione: le fettucce vengono mantenute immerse nel succo di estrazione; realizzano un processo in controcorrente, nel quale l’acqua viene alimentata dall’estremità opposta a quella di ingresso delle fettucce fresche.

Diffusore a torre B.M.A e estrattore D.d.s

Nel diffusore a torre B.M.A, le fettucce vengono caricate alla base dell’estrattore (involucro cilindrico all’interno del quale ruota una vite senza fine) e trasportate sul fondo di una seconda vite senza fine situata all’interno dell’albero della prima vite. L’acqua viene alimentata alla cima, un po’ più in basso rispetto all’uscita delle fettucce esaurite.

Nell’estrattore D.d.s, le fettucce vengono alimentate all’estremità bassa del diffusore (involucro cilindrico, inclinato, all’interno del quale ruotano due viti senza fine parallele), dalla quale si recupera poi il succo di estrazione. L’acqua fredda entra nel diffusore dall’estremità alta subito dopo la sezione di scarico delle fettucce esaurite, e defluisce verso il basso. La superficie esterna del corpo cilindrico è costituita da una doppia parete, nel quale circola vapore di riscaldamento.

Eliminazione dei corpi estranei dal frumento mediante magneti e spietratrici

Per quanto riguarda la separazione delle pietre vengono utilizzate le spietratrici, costituite da un piano vibrante attraverso il quale fluisce una corrente d’aria ascensionale; si forma così un cuscinetto d’aria che permette di separare i prodotti in funzione del loro peso specifico. L’inclinazione del setaccio indirizza le particelle leggere, che vengono a trovarsi in sospensione, verso il basso mentre le parti pesanti vengono trascinate verso l’alto da dove vengono poi scaricate. Mentre per quanto riguarda la separazione di oggetti metallici indesiderati, vengono usati separatori magnetici.

Valutazione degli impasti mediante farinografo Brabender

È un dinamometro in grado di misurare la resistenza che l’impasto oppone a sollecitazioni meccaniche in condizioni operative controllate. Questo macchinario è costituito da un’impastatrice da 300g con due pale giranti in sensi opposti con velocità differenti (differiscono di pochissimi RPM). L’analisi è eseguita mediante la quantificazione della resistenza offerta dall’impasto nel processo di impastamento in condizioni di umidità e temperatura controllate. L’esecuzione del test farinografico consta di due prove:

• Prova di assorbimento: si esegue un impastamento di 300g di farina con acqua aggiunta con buretta fino al 45% e poi goccia a goccia fino a raggiungimento consistenza ottimale (500UB). L’acqua utilizzata, espressa in termini percentuali, rappresenta il risultato di questo primo test, ovvero la capacità di assorbimento d’acqua da parte della farina. Questa proprietà è correlata alla quantità di proteine e di amido danneggiato presenti e può fornire indicazioni sulla resa di impasto della farina.
• Registrazione: si esegue un impastamento di 300g di farina con il quantitativo d’acqua determinato dalla prova di assorbimento aggiunto in una sola volta. La lavorazione dura un tempo prefissato dai 20 ai 30 minuti. In questo modo è possibile valutare l’intensità dell’azione enzimatica durante il riposo dell’impasto.

Definizione di saccarosio

Il saccarosio è un disaccaride formato da glucosio e fruttosio (C₁₂H₂₂O₁₁); può esistere in forma:

• Cristallina: è un’organizzazione regolare di molecole nelle tre direzioni dello spazio; il saccarosio cristallizza senza acqua di cristallizzazione ed è trasparente e privo di colore.
• Amorfa: è una struttura con le stesse proprietà molecolari della forma cristallina, ma non ha una struttura tridimensionale; si forma durante la macinazione dello zucchero nella produzione di zucchero a velo e quando le soluzioni di zucchero vengono raffreddate così velocemente da inibire la cristallizzazione.

Il saccarosio può essere scisso nei suoi costituenti, glucosio e fruttosio, per idrolisi acida o enzimatica ad opera della invertasi; questo fenomeno è comunemente chiamato inversione dello zucchero. Il saccarosio non è uno zucchero riducente, quindi non è dosabile con il liquido di Fehling, se non previa idrolisi acida od enzimatica.

Dal punto di vista merceologico, lo zucchero viene classificato in:

• Zucchero di fabbrica: saccarosio depurato e cristallizzato, grado di polarizzazione ≥ 99.5°Z, grado di zucchero invertito ≤ 0.1% in peso, perdita all’essiccamento < 0.1%.
• Zucchero bianco: saccarosio depurato e cristallizzato, gradi di polarizzazione ≥ 99.7°Z, grado di zucchero invertito ≤ 0.04% in peso, perdita all’essiccamento < 0.06%.
• Zucchero bianco raffinato: uguale allo zucchero bianco ma con un colore di grado inferiore a 8 punti.

Tecnologia di produzione della pasta fresca

Il processo tecnologico di formatura dell’impasto in una sfoglia è condotto per laminazione attraverso cilindri: questa tecnologia è l’equivalente dell’estrusione nella pasta secca e consente di strutturare al meglio il reticolo proteico del glutine.

Modificazioni a carico dell'amido nel processo di produzione del pane

Nel corso della produzione del pane, l’amido subisce alcune modificazioni:

• Durante l’impastamento degli ingredienti, l’amido non subisce modificazioni.
• Durante la lievitazione viene idrolizzato dalle amilasi, in quanto costituisce il substrato ideale per i lieviti.
• Durante la cottura, invece, subisce il processo di gelatinizzazione e durante la conservazione si assiste ad una ri-cristallizzazione delle diverse frazioni, specialmente amilosio, con conseguente assorbimento di acqua (raffermimento del pane).

Industria molitoria: classificazione con plansifter

È una classificazione per dimensioni (setacciatura) effettuata con macchine costituite da una serie di setacci piani posti uno sull’altro, aventi un’apertura delle maglie adeguate alla granulometria del materiale alimentato. Lo scopo è dividere le particelle provenienti dal laminatoio in classi di diverse dimensioni; si tratta di grandi armadi divisi in settori all’interno dei quali sono alloggiati delle batterie di buratti; tutta la macchina è sottoposta a vibrazioni. Verso l’alto della macchina vi sono setacci con le aperture più grossolane, in basso quelli con aperture sempre più fini; i buratti sono costituiti da reti in acciaio (alto) e da teli di nylon (basso). I setacci sono sollecitati dall’azione di rimbalzo dei prodotti e dallo strofinio che su di essi esercitano gli elementi di pulitura; il tessuto setacciante viene caratterizzato dalla “luce di maglia” che rappresenta l’apertura dello spazio usufruibile. Il materiale grossolano che non attraversa il setaccio (rifiuto) viene convogliato ad un’uscita del plansifter e mandato ad una seconda fase di rottura.

Industria saccarifera: epurazione del sugo grezzo

È l’operazione che trasforma il sugo grezzo in sugo leggero; lo scopo è eliminare la maggior parte del non zucchero, soprattutto i composti melassigeni. Consiste nell’addizione graduale al sugo grezzo di latte di calce (CaO + H₂O), operazione detta predefecazione, che determina la precipitazione di anioni che formano i Sali di Ca insolubili, che determinano la precipitazione di proteine e polipeptidi, già parzialmente denaturati dal calore, di parte degli amminoacidi e portano ad una parziale precipitazione delle pectine. L’operazione di predefecazione, inoltre, induce la precipitazione di idrossidi di Fe e Al e la decomposizione dei Sali ammonici, ad opera del pH alcalino; inoltre si verifica anche la decomposizione dello zucchero invertito (sempre a causa dell’innalzamento di pH).

È necessario ricorrere ad un coadiuvante di filtrazione, che trascini il precipitato verso il fondo e che costituisca un deposito poroso che consenta il drenaggio della soluzione (CaCO₃). Dopo la predefecazione, si riscalda il sugo grezzo a 70°C e si addiziona con altro latte di calce, fino ad una concentrazione in eccesso dell’1-1,5% (defecazione); quindi viene fatta gorgogliare CO₂ (prima carbonatazione), che porta alla formazione del carbonato insolubile. Di seguito viene eliminato il precipitato per filtrazione ed il sugo zuccherino viene quindi addizionato con altra CO₂ (seconda carbonatazione) allo scopo di eliminare la quasi totalità di Ca residuo. Dopodiché viene nuovamente filtrato.

Modificazioni a carico delle proteine nel processo di produzione del pane

Durante il processo di produzione del pane le proteine subiscono delle modificazioni:

• Durante la fase di impastamento si assiste alla formazione del reticolo glutinico (interazione tra gliadine e glutenine, grazie a legami covalenti); si ottiene così un impasto deformabile che viene sottoposto al processo di lievitazione, nel quale la sua struttura aerata si sviluppa grazie alle maglie deformabili ed estensibili appunto del glutine.
• Questo reticolo viscoelastico si distende ed è in grado di trattenere la CO₂ che si sviluppa durante questa fase; per quanto riguarda il processo di cottura, il reticolo proteico diventa più rigido e le proteine coagulano.

Definizione di pasta

La pasta è il prodotto ottenuto dalla miscelazione di acqua con semola, semolato o semola integrale di grano duro, dalla trafilazione, laminazione e conseguente essiccamento dell’impasto. Deve avere un tenore di umidità inferiore al 12.5%, deve avere un contenuto minimo di proteine intorno all’11%. È consentita l’aggiunta di farina di grano tenero, ma in misura inferiore al 3%.

Per pasta fresca si intende il prodotto ottenuto dalla miscelazione di acqua con semola di grano duro e uova, dalla laminazione e dall’eventuale pastorizzazione e stabilizzazione. Le paste alimentari vendute allo stato sfuso devono essere conservate a 4°C per 5 giorni, le paste che hanno subito pastorizzazione devono avere umidità > 24%, a_w=0.92-0.97 e conservate a 4°C. Per quanto riguarda le paste stabilizzate devono avere umidità > 20%, a_w < 0.92 e possono essere conservate a temperatura ambiente. Anche per le paste fresche è consentita una piccola aggiunta di farina di grano tenero.

Valutazione degli impasti mediante alveografo Chopin

È uno strumento in grado di valutare la resistenza opposta da un impasto ad una sollecitazione costante esercitata da un circuito pneumatico. Questo apparecchio utilizza impasti a umidità costante del 48%, molto inferiore rispetto agli impasti prodotti da un farinografo; un parametro di umidità così basso può provocare un irrigidimento delle farine forti dovuto solamente a scarsa idratazione. Inoltre l’apparecchio non dà spesso risultati confrontabili in quanto è presente un’importante componente manuale (differenze tra operatore e operatore).

Posizionare 250g di farina a umidità nota in impastatrice a 24°C aggiungendo una soluzione di NaCl al 2,5% in quantità proporzionali all’umidità della farina. Impastare per 1 min, recuperare le particelle sulle pareti, riavviare l’impastamento per 6 min. Dividere in 5 porzioni rettangolari per estrusione l’impasto e posizionare nella camera di riposo a 25°C per 20 min. Pressare e insufflare aria in un cilindretto fino a rottura della bolla che si viene a formare (ottenimento della prima registrazione sul tracciato). Si ripete ottenendo le altre 4 registrazioni.

Industria molitoria: eliminazione dei corpi estranei mediante setacci e tarare

L’operazione di separazione è compiuta con dei separatori vibranti costituiti da due setacci in serie sovrapposti ed inclinati, con fori aventi dimensione opportuna: il primo setaccio presenta fori con diametro maggiore di quello delle cariossidi e consente di separare i rifiuti più grossolani, mentre il secondo presenta fori con diametro superiore rispetto a quello delle cariossidi e consente il passaggio della sabbia e dei materiali di minor dimensione. Rimane però tutto quel materiale con dimensione uguale a quella delle cariossidi; viene quindi realizzata una separazione per gravità specifica sul materiale che lascia il vibrovaglio (rifiuto del secondo setaccio), abbinando al doppio setaccio la tarata. Il materiale che esce viene attraversato da un flusso ascensionale di aria forzata che trascina con sé il materiale più leggero, mentre le particelle meno leggere cadono. L’aria aspirata entra in una camera di espansione dove la minor forza aspirante determina la caduta del materiale fin qui trascinato.

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

• Requisiti di sicurezza: il prodotto deve essere salubre e sicuro sotto il punto di vista microbiologico e sanitario.
• Requisiti nutrizionali: il prodotto deve contenere tutti i nutrienti necessari.
• Requisiti sensoriali: colore, odore, sapore…
• Requisiti strutturali: il prodotto deve avere una certa struttura.
• Requisiti funzionali e tecnologici: il prodotto deve avere determinate prestazioni (montabilità, solubilità…).
• Requisiti legali e merceologici: il prodotto deve rispettare i parametri dettati dalle norme ISO.
• Requisiti di stabilità di tutti i precedenti.
• Requisiti di costanza.

Per applicare un sistema di qualità ad un processo alimentare è necessario individuare i fattori critici che possono influire in misura significativa sulla qualità del prodotto e quindi condizionare un processo della tecnologia alimentare. I fattori possono essere: materie prime, procedure di fabbricazione, attività di controllo, impianti, edifici, personale e rapporto con l’ambiente esterno.

L’analisi comprende una prima fase di rilevamento dei dati realizzata su un sistema reale che prevede la lista di materie prime e la rilevazione di altri elementi e la loro eventuale rappresentazione (bilanci e rese, condizioni operative, impianti, flussi di materiali e persone, condizionamento e prevenzione di inquinanti e infestanti...).

Valutazione degli sfarinati mediante Falling Number

È un test semplice che consente la valutazione del contenuto di amilasi in una farina. Il campione viene messo in una provetta con acqua (sospensione diluita), e termostatata (tramite una camicia esterna nella quale scorre vapore o acqua a circa 80°C). Viene quindi inserito un pistone e si misura il tempo necessario perché questo percorra un tratto ben definito. Si tratta di un metodo standardizzato e approvato dall’ISO.

• Se l’attività amilasica è elevata, la viscosità del mezzo sarà minore e il tempo di caduta sarà basso (≤ 250).
• Se l’attività amilasica è bassa o assente, l'amido è pressoché allo stato nativo e va incontro a gelatinizzazione: la viscosità del mezzo sarà maggiore e quindi il tempo di caduta sarà elevato (≥ 250).

Fenomeni coinvolti nel processo di cottura dei prodotti della pasta

Nella pasta secca l’amido si trova ancora sotto forma di granuli integri e le proteine, disposte tra granulo e granulo in maniera più o meno uniforme e regolare, sono per la maggior parte interagite a formare il complesso del glutine. Durante la cottura i granuli d’amido e le proteine hanno un comportamento completamente diverso: i granuli si rigonfiano rapidamente e tendono a disperdersi ed in parte a solubilizzarsi; le proteine, invece, diventano completamente insolubili e coagulano creando il reticolo. Più le proteine formano rapidamente, durante la cottura, un reticolo compatto, più il rigonfiamento dell’amido sarà contenuto ed i componenti amilacei resteranno intrappolati nella maglia proteica, assicurando un buon “nerbo” ed assenza di collosità. HT-HM: la maglia glutinica non è di qualità, quindi, durante la cottura, l’amido fuoriesce (qualità scadente). LT: l’impasto non ha subito danno termico, si è formato il glutine e l’amido non è gelatinizzato; durante la cottura, se la qualità proteica è scadente, si andrà incontro alla fuoriuscita di amido. HT-LM: l’amido non gelatinizza a causa della bassa umidità, e le proteine coagulano e formano un ottimo reticolo; durante la cottura l’amido non fuoriesce dalla maglia glutinica (ottima qualità).

Struttura e proprietà del glutine

Il glutine è una sostanza lipoproteica composta dall’interazione tra gliadine e glutenine, le prime in grado di donare viscosità ed elasticità all’impasto, mentre le seconde solo elasticità. Queste due proteine risultano essere presenti nell’endosperma delle cariossidi di diversi cereali in diverse concentrazioni. L’insieme dei costituenti risultano essere interlinked in una struttura tenace e resistente capace di grande elasticità e la struttura ultima risulta essere influenzata dalle variazioni di concentrazione dei diversi costituenti, piuttosto che dal livello di umidità o dal tempo di riposo e dalla temperatura. Da un punto di vista spaziale, l’instaurazione delle attrazioni coesive di gliadine e glutenine, si osserva che le glutenine sviluppano una rete tridimensionale elastica e forte.