Processi della tecnologia alimentare

Processi della tecnologia alimentare

Struttura dell'esame

Esame totale: 10 domande brevi (definizioni) + 2 domande aperte (illustrare processo di produzione o cosa succede in alcune operazioni del processo) -> Processi

• 4 domande brevi + 1 domanda aperta -> Packaging

Prove in itinere: 12 novembre 14.30-16.30 e 21 gennaio 13.30-15.30

• 5 domande brevi + 1 domanda aperta -> Processi
• 2 domande brevi 1 aperta -> Packaging

Definizioni e classificazione dei processi

La tecnologia alimentare è una disciplina scientifica che studia le procedure (le tecniche) relative alla trasformazione delle materie prime in prodotti alimentari. Essa si occupa quindi dei processi di conservazione e di trasformazione dei prodotti alimentari; il suo campo d'azione inizia ai cancelli dell'azienda agraria, dove vengono prodotte le materie prime vegetali e allevati gli animali, e termina con la consegna del prodotto finito ai dettaglianti, includendo anche tecniche di ristorazione collettiva.

Nella tecnologia alimentare, quindi, processi molto semplici coesistono con processi molto complessi, basati su numerose operazioni di tipo meccanico, chimico, biochimico e microbiologico. La tecnologia alimentare serve per ottenere e conservare alimenti ma anche per le materie prime che possono essere prodotte dall'allevamento, dalla pesca e dalla natura.

Le operazioni unitarie sono le singole operazioni che messe insieme costituiscono una sequenza di operazioni che rappresentano un processo della tecnologia alimentare. La tecnologia alimentare non è solo un processo ma è un complesso di operazioni e processi, quindi ci sono tanti fattori da tenere in considerazione ma tutti sono volti alla conservazione o alla trasformazione di alimenti e materie prime.

Obiettivi della tecnologia alimentare

Gli obiettivi originali della tecnologia alimentare sono quelli di aumentare la conservabilità delle materie prime commestibili, per superare la stagionalità e quindi consentire il trasferimento di queste dal confezionamento alla consumazione, ovvero dai luoghi di produzione a quelli di trasformazione. Un altro obiettivo originale è di produrre ingredienti e da questi prodotti finiti da materie prime che come tali non sono commestibili o che addirittura contengono composti tossici; ad esempio, i chicchi di grano sono edibili ma non sono piacevoli da mangiare, quindi la produzione di farine, amidi, è il frutto della tecnologia alimentare. Infine, si vuole produrre alimenti più complessi dalla combinazione e/o trasformazione di materie prime e ingredienti. Questi sono gli obiettivi basilari: conservare le materie prime o i prodotti e trasformare per renderle edibili o in prodotti.

Gli obiettivi attuali prevedono di evitare sprechi di prodotto e di energia, quindi si deve massimizzare l'aspetto economico. Evitare sprechi ha anche un risvolto etico e sociale importante, quindi si deve stare attenti a come si conduce il processo della tecnologia alimentare: si deve conservare e trasformare minimizzando il danno tecnologico. Le operazioni che si svolgono provocano danni inevitabili, quindi devono essere minimizzati per cercare di ottenere un prodotto trasformato e da conservare con la massima qualità.

Il terzo obiettivo è quello di massimizzare la qualità del prodotto conservato o trasformato. Si deve garantire la sicurezza igienico-sanitaria del prodotto e la sua qualità costante; il prodotto non deve costituire un pericolo per il consumatore. Il consumatore che compra il prodotto deve sapere che il prodotto tutte le volte è uguale. Un altro obiettivo è la convenience: i prodotti di convenience sono quelli già preparati, quindi quelli che si possono consumare subito o con poche operazioni di preparazione, quindi si fornisce al consumatore una comodità d'uso. Le monoporzioni sono i prodotti di convenience perché si evitano sprechi e si conserva il prodotto in modo migliore.

Vi è poi l'obiettivo di promuovere lo stato di salute attraverso i functional food, ovvero alimenti arricchiti in sostanze naturali che si è visto fare bene all'organismo, per esempio gli antiossidanti sono sostanze naturali che possono essere ottenuti da sottoprodotti della tecnologia alimentare.

Progettazione degli alimenti

Oggi si parla più frequentemente di progettare alimenti perché la qualità del prodotto può essere progettata dalla gestione delle materie prime fino alla gestione del prodotto finito: si deve garantire la qualità costante di un alimento. Si è avuta un'evoluzione dell'industria alimentare in termini di valore aggiunto ai prodotti alimentari, quindi si è passati dall'ingegneria di processo, dove il punto fondamentale era il processo, all'ingegneria di prodotto, quindi si progetta il prodotto per adattare il processo al prodotto che desidero. Questo ha modificato i concetti e le teorie alla base della tecnologia alimentare e anche delle tecnologie impiegate; lo scopo principale era di avere alta efficienza, bassi costi e una conservabilità adeguata del prodotto alimentare.

Per esempio, le tecniche di conservazione di ieri (lattine) sono cambiate da quelle di oggi (liofilizzazione). La tecnologia alimentare deve affrontare tanti aspetti diversi del prodotto alimentare; bisogna stabilire quali aspetti sono affrontati e come risolvere le criticità. Un aspetto critico è la vulnerabilità delle materie prime, quindi l'intervento tecnologico deve essere atto a proteggere la materia prima dalle avversità climatiche e dagli infestanti.

Un altro carattere chimico è la commestibilità: la natura non ci fornisce alcune volte la materia prima commestibile, quindi la finalità dell'intervento tecnologico è quello di migliorare la commestibilità migliorando il valore nutrizionale; si migliora andando a togliere le parti che non possono essere utilizzate dall'organismo.

Vi è poi la presenza di microrganismi patogeni, i quali devono essere eliminati, quindi le tecnologie alimentari devono agire per risanare la materia prima e renderla commestibile: questo può essere fatto tramite trattamenti termici o di microfiltrazione. Ci possono essere anche fattori di rischio chimici, fisici, che devono essere eliminati quindi si deve risanare l'alimento.

La materia prima è anche alterabile, è attaccabile da microrganismi e infestanti, quindi si deve proteggere gli alimenti da questi eventi di destabilizzazione e si deve stabilizzare il prodotto; ciò non significa solo trattare al calore per stabilizzare, ma ci sono anche approcci combinati per stabilizzare minimizzando il danno tecnologico.

Convenience e difesa del prodotto

Un'altra esigenza è quella di preparazione, trasporto, porzionatura, quindi il conferimento di convenience è uno dei punti fondamentali. Il prodotto è vulnerabile quindi si parla di difesa in campo ma anche di post raccolta. Per la difesa in campo si può intervenire con trattamenti chimici, come pesticidi, o interventi fisici, ad esempio l'utilizzo di reti per proteggere dalla grandine, oppure le colture vengono protette con l'utilizzo di serre o con tecniche di coltivazione un po' più biologiche con l'utilizzo di specie di insetti che possono controbattersi l'uno con l'altro.

La difesa post raccolta è più specifica per la tecnologia alimentare e si può avere con atmosfere controllate o con trattamenti chimici o con l'aggiunta di antiossidanti.

Per aumentare la commestibilità si rimuovono le parti non commestibili (come rimuovere la pelle di patate, ecc.) oppure si estrae solo parte edibile del prodotto.

Per proteggersi dall'alterabilità e per togliere i microrganismi si interviene con trattamenti termici; inoltre, si possono rimuovere le cause con un'affiltrazione sterile, oppure si ha anche la possibilità di neutralizzare le cause quindi rimangono presenti ma si crea un ambiente sfavorevole così che i microrganismi non possono agire, o di utilizzare conservanti, il freddo e la disidratazione.

Si possono avere la trasformazione materie prime o dei deformulati, ovvero mettere insieme materie prime per ottenere dei trasformati tramite fermentazione grazie a una microflora positiva che combatte gli alteranti e la cottura; si possono fare delle formulazioni per progettare un alimento inalterabile.

Bisogna sempre considerare la presenza di fattori di rischio, il quale può essere distrutto o minimizzato attraverso il calore, le tecniche di alleggerimento, quindi ridurre la loro presenza, ad esempio i grassi per produrre un prodotto light, oppure gli zuccheri. Vi deve poi essere una rispondenza nutrizionale come i functional food devono soddisfare l'esigenza del consumatore senza dimenticare però la finalità principale, cioè fornire macronutrienti e micronutrienti. Si può correggere la composizione di un alimento facendo per esempio una fortificazione con calcio, lo si può alleggerire dal punto di vista dei grassi, si può sostituire, sottraendo il saccarosio e mettendo il fruttosio. Alla fine, l'alimento deve essere completo, deve rispondere alle esigenze nutrizionali di base.

La qualità dell'alimento deve essere garantita, si possono prevenire delle non conformità attuando la strategia di analisi dei rischi controllando i punti critici nel processo e nel prodotto. Convenience significa fornire al consumatore alimenti che diminuiscano le pratiche domestiche, come ad esempio i prodotti instant come il caffè o latte in polvere. Convenience significa anche riduzione dei costi di produzione, il confezionamento singolo per i regali, il contenimento dei prezzi anche attraverso l'ottimizzazione logistica della distribuzione.

Processo alimentare

Un processo è un insieme di operazioni, materiali, attività, controlli che vengono messi in atto per conservare o trasformare le materie prime in prodotti finiti; tutto ciò che c'è tra materia e prodotto finito è un processo. Esso è un insieme di operazioni unitarie con una sequenza precisa ma è anche importante considerare i materiali con cui si ha a che fare una serie di attività collaterali alle operazioni unitarie che sono necessarie da svolgere, compresi i controlli per ottenere la qualità che si desidera nel prodotto finito.

Gli obiettivi di un processo alimentare sono: conservare o trasformare alimenti. Un processo è teso ad aumentare la conservabilità delle materie prime per il loro trasporto e la shelf-life senza trasformare in modo che siano disponibili più a lungo e commercializzate in maniera adeguata; oppure è teso a produrre ingredienti alimentari, ovvero materie prime che devono essere prodotte, come ad esempio la farina che deve essere creata con un processo di produzione. Si hanno poi i processi che portano alla produzione di alimento finito con la combinazione e la trasformazione di materie prime e ingredienti (già previamente lavorati per poterli estrarre dalla materia prima di partenza).

Le materie prime entrano nel processo aziendale e provengono da settori tradizionali di produzione primaria (agricoltura, allevamento, pesca) ma in senso lato in quanto comprendono anche gli ingredienti quindi che derivano da un'industria di prima trasformazione e sono detti semilavorati, oppure comprendono anche additivi, coadiuvanti, nutrienti e materiali di confezionamento. Tutti i materiali che entrano in un processo per la conservazione di un prodotto o la produzione di un nuovo alimento vengono considerate in senso lato materie prime.

Le materie prime possono provenire da settori di produzione primaria la cui definizione è regolamentata dalla legislazione reg. 178/2002 che è uno dei regolamenti fondamentali per il settore alimentare; per produzione primaria si intendono tutte le fasi della produzione, dell'allevamento o coltivazione dei prodotti primari compresi il raccolto, la mungitura, la produzione zootecnica precedente la macellazione e comprese la caccia, la pesca e la raccolta di prodotti selvatici; è tutto ciò che permette di ottenere materie prime utilizzabili già di per sé come ingrediente di un prodotto alimentare. Ad esempio, la coltivazione di grano per ottenere il grano che serve per produrre farina è una produzione primaria.

I prodotti primari sono i prodotti della produzione primaria compresi terra, allevamento, caccia, pesca, ortofrutticoli, cacciagione e sono definiti dal reg. 852/2004. I prodotti intermedi o semilavorati sono tutti i prodotti derivanti dalla manipolazione e trasformazione delle materie prime ma che non sono ancora prodotti finiti; sono oggetti di commercio, possono essere utilizzati poi nella produzione di un prodotto finito.

Le materie prime possono essere classificate in base all'origine: animale o vegetale o minerale (acqua e Sali); i prodotti animali sono la carne, il latte, i prodotti della pesca oppure altri come il miele e le uova. Tra le materie vegetali ci sono gruppi più ampi che possono essere riconosciuti che sono i cereali, i legumi, le piante oleaginose da cui si estraggono gli oli o i grassi, i frutti, i vegetali, le piante che possono portare alla produzione di zucchero (canna e barbabietola), tropicali (caffè, cacao) e le piante officinali o spezie che sono importanti perché la loro commercializzazione è sempre più elevata.

I prodotti alimentari sono destinati al consumo alimentare da parte dell'utente finale, cosa che non succede per le materie prime e i semilavorati; sono ottenuti dalla conservazione o trasformazione delle materie prime e sono pronti per essere consumati come tali oppure che prima devono essere cucinati. Il Codex Alimentarius è un codice alimentare, una raccolta di norme che è stata creata dalla FAO e dell'organizzazione mondiale della sanità che però è approvata da tantissimi paesi nel mondo; essendo però delle norme e non delle leggi sono facoltative, volontarie. La definizione contenuta nel codice dice che un alimento è un substrato che può essere processato, semi-processato o non processato inteso per il consumo umano comprese le bevande, i chew-gum e qualsiasi sostanza usata per la preparazione o il trattamento di un alimento; rientrano quindi le materie prime e gli ingredienti come prodotti alimentari.

Il reg. 852 contiene poi la definizione di prodotti non trasformati che vengono definiti a livello europeo come prodotti alimentari non sottoposti a trattamenti; sono compresi quelli divisi, porzionati, disossati, scuoiati, refrigerati, congelati, surgelati o scongelati quindi sottoposti a processi di conservazione ma che non devono essere stati sottoposti a un trattamento che ne ha cambiato la natura dal punto di vista chimico-fisico. Ci sono operazioni che servono per la preparazione del prodotto ma si ottiene comunque un prodotto non trasformato, ovvero che è stato estratto da ciò che offre la natura.

I prodotti trasformati sono ottenuti dalla trasformazione di prodotti non trasformati e possono contenere ingredienti necessari per la loro preparazione o per conferire caratteristiche specifiche; sono solitamente la combinazione di più ingredienti anche se per esempio il latte UHT non è un prodotto non trasformato perché subisce un trattamento termico ma è comunque costituito da un'unica materia prima che è stata modificata dal punto di vista chimico. In genere si ha l'unione di più ingredienti e materie prime.

Un processo è un insieme di attività diverse con tanti materiali e risorse ma il punto fondamentale è la sequenza di operazioni unitarie che determinano il susseguirsi delle sue fasi; un processo è una sequenza ordinata di operazioni unitarie che vengono applicate in determinate condizioni operative ad una o più materie prime. Il prodotto finito è il risultato di tutti i fenomeni che hanno luogo durante l'intero processo.

Un'operazione unitaria è riconducibile a una legge fisica sempre uguale (processo non scindibile da prodotto) si basa su principi unitari che possono essere descritti con equazioni di bilancio o cinetiche che non dipendono dalla specifica applicazione e dal materiale trattato. La grossa differenza tra processo e operazione sono le relazioni processo-prodotto; la legge di Bigelow è importante per capire quante riduzioni decimali si riescono a ottenere ma bisogna essere consapevoli che si hanno condizioni diverse se si tratta un latte o albume d'uovo. Bisogna tenere presente le relazioni ma devono essere poi adattate a ciascun prodotto e alla sequenza di operazioni necessarie per arrivare al prodotto finito.

Le operazioni possono essere fondamentali, ovvero quelle che svolgono il ruolo primario in un processo di conservazione o di trasformazione in quanto definiscono la tipologia di processo e possono essere operazioni di refrigerazione, combinate con tecnologie mild che mantengono le caratteristiche qualitative del prodotto, di congelamento o surgelazione, sterilizzazione, disidratazione, frazionamento meccanico (separazione con metodi fisici) o frazionamento attraverso metodi fisici o chimico-fisici o miscelazione semplice, miscelazione con strutturazione, trasformazione chimica indotta da trattamento termico, trasformazione chimica indotta da reazioni chimiche o enzimatiche o microbiche. Si parla di frazionamento semplice quando si applica ad esempio una centrifugazione, mentre una separazione chimico-fisica prevede ad esempio l'estrazione liquido-liquido o liquido-solido con un solvente.

La miscelazione con strutturazione è la formazione di emulsione, di schiume, l'omogeneizzazione, laminazione o estrusione (pasta); una trasformazione microbica è lo yogurt, salame, pane, formaggi. Le operazioni unitarie non fondamentali, secondarie e complementari non hanno finalità conservative né di trasformazione ma servono per preparare il prodotto alla trasformazione oppure per la fase conservativa; alcuni esempi sono la riduzione delle dimensioni (macinazione e taglio), la formazione (ingredienti miscelati e strutturati), la stabilizzazione termica (raffredamento).