Lezioni di Tecnologia e formulazione dei prodotti alimentari

Raffaele Petitti

TECNOLOGIA DELLA FORMULAZIONE DEI PRODOTTI ALIMENTARI (6 CFU)

(prof. Laura Piazza)

LEZIONE 1 (3/03/2021):

 Food Formulation Technology

Temi importanti negli ultimi due anni: Ecosostenibilità, Reycle, sostenibilità delle produzioni.

Il corso può essere seguito tranquillamente anche non seguendo le lezioni, le slide su ARIEL sono

esaustive. Iscriversi per poter accedere alle slide su Ariel.

Esame scritti in presenza, nel caso sarò orale in piattaforma Teams. Domande aperte 6/5 per quelle

scritte e 3 per quelle orali. Usare un linguaggio adeguato.

Questa curva ci dice che, come la richiesta di alimenti crescerà in modo importante nel corso dei

prossimi anni. Dal 2010 al 2050 sarà richiesto un incremento del 71% di alimenti prodotti

(fortissima richiesta di più cibo). Ci sono delle politiche alimentare che lavorano per garantire

questa richiesta, un incremento della produzione di alimenti. Ci sono alcuni punti fondamentali per

la sostenibilità da tenere in considerazione:

 Waste è lo scarto a fine vita (la maggior parte dei food waste avviene a livello domestico e

in parte nella grande disposizione). È importantissimo ridurre questo spreco alimentare.

Circa 1/3 degli alimenti prodotti per il consumo umano sono sprecati e persi. Lost (perdita),

di prodotti orticoli, non c’è un sistema opportuno, ad

ad esempio, nella fase di post-raccolta

esempio, di refrigerazione, perdo parte del raccolto.

 Earth (terra), rispetto della terra e riguarda tutta la produzione, dalla materia in campo fino

al consumo del consumatore. Ci sono problemi legati alla perdita di biodiversità delle

materie prime ecc.

 Nutrition bisogna istruire ad una nutrizione diversa con maggiore impatto salutistico e con

diete bilanciate, mangiare in modo più pulito e salutare (healthy)

 nel garantire il cibo e l’accesso al cibo,

Stabilità questa costanza deve essere garantita anche

in condizioni difficili esterne come i cambiamenti climatici, shocks, ecc.

3 riferimenti importanti da tenere sempre in considerazione:

-Healthy food (alimentazione con alto impatto salutistico)

-sistemi di produzione sostenibili (dalla produzione primaria in campo e di trasformazione)

-resilienza dei mercati (stabilità, garantire accesso a tutti) >> noi non ci occupiamo di questo

aspetto in questo corso.

La trasformazione (food processing) da materie prime in prodotto formulato è uno step

fondamentale nella catena di valore degli alimenti sulla quale ci sono stati negli anni delle

attenzioni di tipo diverso, che è cambiata nel corso degli anni. (Il plasma freddo che sta innaffiando

degli hamburger, vedi foto, perché il plasma freddo è una delle tecnologie nuove utilizzata per

sanificare le superfici).

FOOD TECHNOLOGY

Esempio: GELATO INDUSTRIALI

Il gelato è una emulsione complessa in cui abbiamo una fase aria in una fase solida /semi-solida

complessa che tiene al suo interno delle sotto-emulsioni.

Presenza di cristalli di ghiaccio che devono essere gestiti a livello di processo in modo tale dare al

consumatore finale in base alle preferenze. La struttura del gelato dal punto di vista fisico è

complessa. A livello di ingredienti è un prodotto molto ricco.

Es. gelato americano e gelato italiano

L’etichetta del gelato italiano presenta una tabella nutrizionale, gli ingredienti, luogo di smaltimento

ecc. Sono delle ETICHETTE LUNGHE costituita da tanti ingredienti. I prodotti formulati possono

essere catalogati in funzione di quanti ingredienti fanno parte nella formulazione. I consumatori

tendono a scegliere i prodotti con etichetta corta. Il gelato industriale è un prodotto ad etichetta

L’etichetta lunga caratterizza in negativo la scelta del consumatore.

lunga. La selezione degli

ingredienti è fondamentale per una finalità tecnologica del prodotto.

–

PROCESSO DEL GELATO (ICE CREAM)

È un processo vecchio (vedi foto). Tutte le formulazioni del passato sono state riviste.

Quali operazioni unitarie non sono così indispensabili?

c’è stata

Qualche anno fa una ingegnerizzazione, un miglioramento ingegneristico di quel blocco di

operazioni unitarie (innovazione), del blocco della maturazione, sostituito con un estrusore a

freddo, macchina in continuo che funge da mescolatore e da freezer e serve per fare la maturazione

dei cristalli di ghiaccio del gelato. Il vantaggio di lavorare con questo tipo di impianto rispetto ai tre

che l’aspetto fisico che sta alla base di questa innovazione, fa si che

impianti è la cristallizzazione

dell’acqua avvenga in maniera diversa e che il gelato abbia una palatabilità maggiore, morbidezza

percepita in bocca più alta. Tutte le formulazioni che avevamo precedentemente visto sono state

impianto nuovo c’è stata

riviste perché per lavorare al meglio con un la possibilità di lavorare con la

la microstrutturazione delle bolle d’aria nel gelato. L’obbiettivo di chi si è messo a costruire questo

impianto era non di tipo impiantistico, ma è partito dal gelato finale, osservando le sue

caratteristiche e poi ha costruito questo impianto. Le modificazioni che lui aveva in mente per

dell’aria all’interno di una matrice molto

ottimizzare era una modificata microstrutturazione

viscosa. Per ottenere questo obbiettivo di una sospensione aerata di cristalli di ghiaccio e di grassi in

una soluzione concentrata contenente zuccheri e idrocolloidi contenente micelle di caseine, ha

riformulare il prodotto e poi con una formulazione giusta ha lavorato sull’impianto.

dovuto

Migliorava la formulazione migliorando l’impianto. microstrutturate all’interno

Per strutturare in modo opportuno questo sistema con bolle di aria di

una soluzione ad alta viscosità molto complessa, quello che ha dovuto fare è studiare i fenomeni di

crescita dei cristalli nella prima miscela del gelato e poi formulare il prodotto. Il messaggio è che se

noi dobbiamo pensare alle formulazioni, non possiamo pensare alle formulazioni di un prodotto

pensare anche all’interazione di

solo come elenco delle proprietà degli ingredienti, ma bisogna

questa miscela di ingredienti con il processo (sistema PROCESSO-PRODOTTO). Slide che spiega

la differenza di come si sviluppa una matrice in assenza e in presenza di emulsionanti.

STAMPA 3D dei gelati

Realizzare dei gelati a disegno artistico.

La tecnologia della formulazione è a stretto contatto con la tecnologia di processo.

La tecnologia della trasformazione è una disciplina nuova per il settore alimentare. È una disciplina

multidisciplinare, prevede che ci sono delle figure tecniche diverse (tecnologo, chimico, fisico,

ingegnere) per arrivare ad una formulazione utile del prodotto finito. La parola formulazione è

simile alla parola ricetta (insieme di tutti gli ingredienti).

L’ingrediente è una sostanza che forma parte di una dispersione. all’interno di

Funzionalità fisica di un ingrediente, esso esprime la funzionalità fisica potenziale

una matrice alimentare. La lecitina è un additivo che ha una funzionalità specifica.

È un settore multidisciplinare dove lavorano diverse figure dal tecnologo alimentare,

dall’ingegnere, dal fisico e dal chimico.

LEZIONE 2

FOOD ADDITIVES

Il loro utilizzo è molto regolamentato, chi si occupa del loro utilizzo è l’EFSA (sede a PARMA).

Questa organizzazione valuta la sicurezza d’uso degli additivi. Gli additivi sono sostanze aggiunte

che hanno un ruolo importante nella struttura dell’alimento. Appaiano con la dicitura E, o la stesura

intera del nome.

L’EFSA ha pubblicato un riferimento legislativo sugli additivi pubblicato nel 2008, ma con

un’attività molto dinamica, svolta sempre, sugli additivi. Identifica la dose giornaliera ammessa

(ADI) per ogni sostanza. Ci sono altre sostanze in cui non è necessaria la dose giornaliera.

I consumatori non sanno che c’è una attenta condizione dell’uso di un additivo. Gli alimenti in cui

questi possono essere aggiunte in dose massime.

l’EFSA, FAO ecc. non fare riferimento a pagine web

Riferimenti a pagine ufficiali europei come

non autorizzate.

Claim = richiesta / Claims = reclami / Label = etichetta

Function = funzionalità di tipo fisico (riferimento in questo corso)

SUPERFOOD non è un termine scientifico, ma è un termine creato dal marketing che ci spinge a

consumare alimenti considerati SUPER per la salute (spinacio, salmone ecc.). Sono quegli alimenti

naturali, non fortificati, che se consumati in quantità superiori ad altri alimenti hanno un effetto

importante sulla salute.

FUCTIONAL INGREDIENTS: sono quegli alimenti funzionali nella struttura di un prodotto

finito e possono essere: perché l’associazione ci

Spesso per ottenere una certa texture occorre combinare più ingredienti,

permette di raggiungere le funzionalità che sono gli obbiettivi che noi vogliamo raggiungere.

Alcune funzionalità le vediamo a livello macroscopico come gli additivi agenti coloranti per

mantenere il colore.

Si parla di ARCHITETTURA DEGLI ALIMENTI.

Il FOOD DESIGN è le combinazioni di più ingredienti per ottenere uno specifico prodotto.

e c’è una grande attenzione sul

Esempio: la BIRRA è un sistema bifasico (schiuma e parte liquida),

sistema schiuma. Le caratteristiche della schiuma sono molo importanti, ed è richiesta in:

-QUANTITA’

-STABILITA’ della schiuma

(la schiuma in una birra deve essere tanta e stabile)

La schiuma deve avere altre proprietà di texture, palatabilità ecc.

dell’interfaccia che c’è tra aria e liquido.

Ci dobbiamo occupare Questa interfaccia ha delle

superficie che si collocano all’interfaccia che rendono stabile a livello

molecole con attività di

macroscopico la schiuma. un’interfaccia e si

Le proteine, sono stabilizzatori di un sistema disperso, interagiscono con

collocano e possono stabilizzarla. In alcune situazioni di prodotto è utile che ci siano solo proteine e

in altre situazioni che ci siano solo altri emulsionanti senza proteine.

Gli agenti antischiumogeni sono agenti che fanno il processo opposto.

HIERARCHY (gerarchica) OF FOOD STRUCTURE

Prof. ANQUILERA > in un diagramma cartesiano, sulle ordinate (tempo) e sulle ascisse

(lunghezza). Dalla macroscala scendendo fino alla microscala diminuiscono i tempi. Una struttura

formata da biopolimeri che possiamo inserire nella scala della MESOSCALA può essere un

aggregato di sieroproteine, oppure le micelle caseiniche.

Quando siamo a livello di MACROSCALA parliamo di fisica della produzione del cibo

Sapere che la struttura:

ANALISI DI TIPO FISICO (Role of Physical Analysis)

Sono analisi che possono essere utilizzate per capire e comprendere caratteristiche di ingredienti

presenti nell’alimento, per interessi:

-sensoriali

-effetti finali sul prodotto

-

Ci sono degli analizzatori biodisponibili che ci danno la possibilità di conoscere la struttura

dimensionale di una polvere (Sieving). Analisi che ci danno la possibilità di conoscere la struttura

dimensionale.

L’analisi reologica, la reologia è la disciplina che studia tutto ciò che scorre e ci fa conoscere come

si struttura la struttura a dei componenti a livello della MESOSCALA (dimensione di qualche

micron)

L’analisi di TEXTURE è un’analisi di un apparecchio che va a misurare le proprietà macroscopiche

di un alimento, ad esempio, possiamo fare delle compressioni, trazioni, in flessione

Analisi termica effettuata in calorimetri (Thermal analysis) e studia il comportamento del

gelatinizzazione dell’amido tramite

materiale alla temperatura. è possibile andare a studiare la T di

l’utilizzo di un calorimetro.

fase continua in cui è dispersa una seconda fase e l’elemento più importante per

Sistema disperso, l’interfaccia

gestire questa dispersione è è da strategica, possono confluire componenti che possono

sono agenti che si collocano all’interfaccia

stabilizzarla o distruggerla. Gli agenti antischiumogeni

per distruggerla.

Queste tre condizioni di dispersione di prodotto hanno alcune proprietà:

Le PROPRIETA’ COLLIGATIVE sono quelle che dipendono dai soluti.

COLLOIDI

Parlare la differenza tra solido, liquido e gas (definizioni) > è importante saperla.

Il pane è una schiuma rigida, così come la meringa ecc.

LEZIONE 3

Esempi dei principali sistemi dispersi:

I sistemi dispersi più utili per un corso della Tecnologia della formulazione sono sicuramente:

 Sistema colloidali: all’interno di questa classe:

-emulsioni / -schiume / -gel / -sol

In questo caso include anche le soluzioni e dispersioni che sono presenti in molti sistemi

colloidali.

Le DISPERSIONI ALIMENTARI sono dei sistemi complessi (molto instabili) ed è difficilissimo

trovare dei sistemi semplici. Presenza di ingredienti diversi con ruoli funzionali diversi sono

presenti in un unico sistema. Tante volte i sistemi vengono arricchiti di ingredienti funzionali, ad

esempio, con l’obbiettivo di rendere la sospensione più stabile nel tempo.

Esempio di sistemi complessi: maionese, salse, dressing tipo salad dressing, creme base formaggio,

margarine ecc. La complessità sta nel fatto che, ad esempio, componenti tipo olio, componenti

lipidiche solide, acqua, componenti additivi con carattere emulsificante, o ingredienti con ruolo di

disperdenti, spesso e volentieri convivono in queste dispersioni reali.

N.B. fare sempre riferimento a degli esempi di prodotti reali.

RIASSUNTO: è un sistema dove più componenti devono interagire (sistemi alimentari sono dei

sistemi complessi molto instabili) per rendere stabile la dispersione. Se in questo caso i componenti

principali sono l’olio, acqua e grassi in forma solida, i componenti minori sono gli emulsificanti e

addensanti che sono inseriti in queste formulazione = unico scopo di STABILIZZARLE.

1. EMULSIONI: sono dispersioni di un liquido in un secondo liquido, ampiamente non

miscibile con il primo. Nella descrizione di emulsioni alimentari, i liquidi a cui ci si riferisce

sono l’olio e l’acqua. Ci sono diversi tipi di emulsione, da quelle più semplici a quelle più

complesse.

Ad esempio, emulsioni più semplici Olio in acqua e nella seconda foto abbiamo delle emulsioni

prevalente è l’acqua

acqua in olio. Nel primo caso (olio in acqua) la fase disperdente (chiamata

anche fase continua), mentre la fase dispersa è l’olio che è presente in goccioline. Nel secondo

caso la fase continua, prevalente, è l’olio, mentre la fase dispersa è l’acqua. La predominanza in

massa di un liquido rispetto all’altro è fondamentale sceglieremo l’emulsionante adatto

quando

per le stabilizzazioni.

Le emulsioni olio in acqua chiederanno degli emulsionanti diversi rispetto alle emulsioni acqua

in olio (perché è diversa la natura della fase continua della emulsione).

Le emulsioni semplici sono molto rare, e molto più comunemente le emulsioni alimentari sono

complesse che hanno delle funzionalità complesse. Si chiama EMULSIONI STRUTTURATE e

sono progettate per svolgere certi specifici ruoli (di carattere tecnologico, qualche volta sono dei

ruoli che hanno delle finalità con degli aspetti legati alla digestione, altre volte sono delle emulsioni

progettate in modo opportuno per avere una funzionalità tecnologica superiore, ad esempio,

possono essere progettate per essere dei CARRIER (veicoli) di altre sostanze negli alimenti.

Esempio in cui abbiamo una massa in olio maggiore della massa in acqua. Primo step è

l’omogeneizzazione in cui creiamo delle emulsioni acqua in olio (fase continua, perché presente in

quantità maggiori). Per rendere stabile questa emulsione occorrerà introdurre un agente

EMULSIFICANTE, non tutti gli agenti emulsificanti saranno corretti, ma sceglieremo solo gli

agenti EMULSIFICANTI SOLUBILI IN OLIO (ovvero deve essere solubile nella fase liquida

in questo caso è l’olio).

prevalente,

Complichiamo l’emulsione semplice acqua in olio, in un’entità importante.

aggiungendo altra acqua

Operiamo una seconda omogeneizzazione, in questo caso abbiamo una predominanza del liquido

l’emulsionante

acqua e se noi vogliamo arrivare ad una emulsione doppia (acqua in olio in acqua),

che dobbiamo scegliere per stabilizzare questa emulsione complessa, sarà un emulsionante

SOLUBILE IN ACQUA (perché in questo caso la fase predominante è la fase acquosa).

N.B. L’emulsionante è un componente fondamentale per la stabilizzazione

L’emulsificante “sporcare

non deve essere inteso come additivo sintetico introdotto solo per

un’etichetta” (renderla più lunga e ricca di ingredienti), spesso e volentieri abbiamo degli

emulsionanti naturali che possono agire da emulsificante con ottimi risultati, ad esempio, la beta-

scelta dell’emulsionante:

lattoglobulina, la gomma arabica, la gomma di xantano. Ci sarà

 tipologia di emulsione

 dell’emulsione (ad esempio,

caratteristiche chimico-fisiche il ph, temperatura ecc.) saranno

sia additivi aggiunti per rendere stabile una emulsione o potranno essere dei polimeri

naturalmente presenti nel sistema.

2. SOL e GEL

Sia lo stato SOL (soluzione) e sia lo stato GEL sono classificati come COLLOIDI, e questi due

stadi sono interconnessi, perché per ottenere un GEL dobbiamo partire da una SOLUZIONE (SOL).

Abbiamo una serie di molecole che sono pronte per gelare, ovvero organizzarsi in un reticolo

(network) tridimensionale a partire da una soluzione.

Quindi per formare un GEL?

Devo partire da una soluzione contenente molecole con nota capacità gelante, in condizioni

opportune di temperatura, ph, agitazione meccanica, presenza di