Processi della tecnologia alimentare

Processi della tecnologia alimentare con elementi di packaging

Definizioni e classificazione dei processi

complesso di operazioni e processi volti alla

La TECNOLOGIA ALIMENTARE è un

conservazione o alla trasformazione di materie prime alimentari prodotte dall'agricoltura,

dall'allevamento e dalla pesca.

Gli OBIETTIVI ORIGINARI DELLA TECNOLOGIA ALIMENTARE sono:

Aumentare la conservabilità delle materie prime commestibili per consentire il trasferimento

• dai luoghi di produzione a quelli di consumo e per estenderne la disponibilità nel tempo;

Produrre ingredienti e, da questi, prodotti finiti partendo da materie prime che come tali non

• sono commestibili o addirittura contengono fattori tossici. Esempio: i chicchi di grano sono

edibili ma non sono piacevoli da mangiare, perciò sono trasformati in farine, amidi, attraverso la

tecnologia alimentare. conservare trasformare: con la massima

In sintesi gli obiettivi originari sono quelli di e

efficienza, con il minimo danno termico ottimizzando la qualità.

e

ALTRE FUNZIONI della tecnologia alimentare attuali sono:

Garantire sicurezza igienico-sanitaria (il prodotto non deve costituire un pericolo per il

• e qualità costante

consumatore) (standardizzazione);

Fornire convenience, cioè prodotti già pronti o che necessitano di poche operazioni di

• preparazione. Esempio: le mono-porzioni sono prodotti di convenience poiché si minimizzano

gli sprechi e si conserva il prodotto in modo migliore;

Promuovere lo stato di salute, functional food.

anche attraverso I functional food sono

• alimenti arricchiti in sostanze naturali (es. antiossidanti).

“Ieri” si producevano gli alimenti in quantità, in sicurezza e in qualità, mentre attualmente si

progettano gli alimenti della gestione della qualità

dal punto di vista: (progettare processi e

della gestione della sicurezza e della

alimenti con caratteristiche costanti e desiderate),

gestione della qualità di filiera from farm to fork).

(fiducia del consumatore passaggio

L’industria alimentare si è evoluta in termini di valore aggiunto ai prodotti e di

dall’ingegneria di processo all’ingegneria di

(alta portata, basso costo, conservazione)

prodotto (sicurezza e qualità degli alimenti, salute e benessere). Tale transizione ha richiesto una

modifica dei concetti e delle tecniche impiegate nella tecnologia alimentare.

La tecnologia alimentare deve affrontare caratteri critici delle materie prime e dei prodotti

alimentari:

Vulnerabilità, la finalità dell’intervento tecnologico è di difesa dalle avversità climatiche e dagli

• attacchi di altri organismi. Le strategie che si applicano sono la difesa in campo e la difesa post

difesa in campo

raccolta. La consiste in trattamenti chimici, interventi fisici, colture protette. La

difesa post raccolta consiste in disidratazione, refrigerazione, atmosfere controllate,

trattamenti chimici;

Commestibilità condizionata da parti non eduli o da frazioni che necessitano di riscaldamento,

• la finalità dell’intervento tecnologico è il conferimento di valore nutrizionale. Le strategie che si

rimozione di parti estranee,

applicano sono la tramite processi di separazione e l’isolamento

delle parti eduli, tramite processi di separazione;

Presenza di fattori di rischio, la finalità dell’intervento tecnologico è il risanamento. Le

• distruzione dei fattori di rischio,

strategie che si applicano sono la tramite scambi di calore, la

rimozione dei fattori di rischio, riduzione dei fattori di rischio,

tramite separazione e la

tramite alleggerimento;

Alterabilità, la finalità dell’intervento tecnologico è la stabilizzazione. Le strategie applicate sono

• la distruzione delle cause, la rimozione delle cause, la neutralizzazione delle cause e la

distruzione delle cause

trasformazione delle cause. La (es. risanamento microbico) avviene

rimozione delle cause

tramite scambi di calore combinati al confezionamento. La (es.

filtrazione sterile, estrazione di frazioni o singoli componenti) avviene tramite separazione

neutralizzazione delle cause

combinata al confezionamento. La (es. ambiente sfavorevole)

avviene tramite la disidratazione, la sottrazione di calore o l’uso di conservanti combinati al

trasformazione delle materie prime o dei formulati

confezionamento. La avviene tramite

fermentazione, cottura, cottura-estrusione, formulazione, frazionamento e ricombinazione o

scambi di materie, combinati al confezionamento;

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Esigenze di preparazione, trasporto, porzionatura, ecc., la finalità dell’intervento tecnologico

• è il conferimento di comodità d’uso e convenienza. Le strategie applicate sono

l’industrializzazione delle pratiche domestiche e la facilità di impiego, l’attribuzione di un

contenuto di servizio, la riduzione dei costi di produzione, il contenimento dei prezzi.

delle pratiche domestiche

L’industrializzazione avviene tramite la preparazione, la precottura

di un contenuto di servizio

e l’istantaneizzazione. L’attribuzione avviene tramite il

riduzione dei costi di produzione

confezionamento e la miniaturizzazione. La avviene tramite

contenimento dei prezzi

economie di scala e le nuove tecnologie. Il avviene tramite la

distribuzione;

Rispondenza nutrizionale, denaturazione,

le strategie che si applicano sono la tramite scambi

• correzione compositiva,

di calore, la tramite fortificazione, alleggerimento e sostituzione, e il

bilanciamento, tramite la formulazione. L’alimento comunque deve svolgere la sua funzione di

base cioè fornire macro-nutrienti e micronutrienti;

Qualità, prevenzione,

le strategie che si applicano sono la tramite l’analisi dei rischi e il

• controllo dei punti critici, tramite il controllo di processo e di prodotto.

l’insieme di operazioni, materiali, attività, controlli

Il PROCESSO della tecnologia alimentare è

che vengono messi in atto per conservare o trasformare le materie prime in prodotti finiti. Il

processo della tecnologia alimentare è ciò che trasforma le materie prime in prodotti alimentari.

Quindi un processo non è banalmente un insieme di operazioni unitarie in una sequenza ben

definita, poiché comprende anche altre attività collaterali come i controlli.

Gli OBIETTIVI DI UN PROCESSO della tecnologia alimentare sono:

Aumentare la conservabilità delle materie prime per consentirne il trasporto ed aumentarne

• la shelf-life (non è necessario quindi trasformare le materie prima, basta anche aumentarne la

conservabilità);

Produrre ingredienti alimentari;

• Produrre alimenti, dalla combinazione e trasformazione di materie prime e ingredienti.

• materiali che entrano nel processo aziendale e che provengono da:

Le MATERIE PRIME sono

Settori tradizionali di produzione primaria (agricoltura, allevamento, pesca);

• Industrie di prima trasformazione (semilavorati);

• Industrie produttrici di additivi, coadiuvanti, nutrienti, materiali di confezionamento.

• tutte le fasi della produzione,

La PRODUZIONE PRIMARIA è definita dal Reg. 178/2002 come

dell'allevamento o della coltivazione dei prodotti primari, compresi il raccolto, la mungitura

e la produzione zootecnica precedente la macellazione e comprese la caccia e la pesca e la

raccolta di prodotti selvatici. Non esiste una legge che definisce le materie prime poiché è un

argomento troppo vasto. i prodotti della produzione

I PRODOTTI PRIMARI sono definiti dal Reg. CE 852/2004 come

primaria compresi i prodotti della terra, dell'allevamento, della caccia e della pesca.

tutti i prodotti derivanti da manipolazioni e

I PRODOTTI INTERMEDI O SEMILAVORATI sono

trasformazioni delle materie prime, ma non ancora diventati prodotti finiti, che sono oggetto

di commercio.

La CLASSIFICAZIONE DELLE MATERIE PRIME è stata fatta da Peri nel 1990, che le divide in

animale, vegetale minerale

base all’origine in: e (acqua e sale). Successivamente le divide in

sottogruppi e poi ne specifica la specie, la razza e la varietà (Tabella 1 - Classificazione delle materie

.

prime) i prodotti destinati al consumo alimentare ottenuti dalla

I PRODOTTI ALIMENTARI sono

conservazione o trasformazione delle materie prime. I prodotti alimentari possono essere

consumati come tali (es. yogurt, insalata di IV gamma, ecc.) oppure richiedono trattamenti come

Codex Alimentarius

la cottura (es. pesce, carne, uova). Il (CA), una raccolta di norme creata dalla

un substrato

FAO e dall’organizzazione mondiale della sanità, definisce i prodotti alimentari come

che può essere processato, semi-processato o crudo, inteso per il consumo umano e

comprende le bevande, le cicche o ogni sostanza che è stata utilizzata nella fabbricazione,

preparazione o trattamento di un prodotto alimentare. Nella definizione del CA sono comprese

anche le materie prime e gli ingredienti. prodotti alimentari

I PRODOTTI NON TRASFORMATI sono definiti dal Reg. CE 852/2004 come

non sottoposti a trattamento, compresi prodotti che siano stati divisi, separati, sezionati,

affettati, disossati, tritati, scuoiati, frantumati, tagliati, puliti, rifilati, decorticati, macinati,

refrigerati, congelati, surgelati o scongelati. I prodotti non trasformati sono prodotti sottoposti

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a trattamenti di conservazione ma non di trasformazione (le caratteristiche fisiche e chimiche

devono essere invariate). prodotti alimentari

I PRODOTTI TRASFORMATI sono definiti dal Reg. CE 852/2004 come

ottenuti dalla trasformazione di prodotti non trasformati. Tali prodotti possono contenere

ingredienti necessari alla loro lavorazione o per conferire loro caratteristiche specifiche.

Esempio: il latte UHT, anche se composto da un solo ingrediente, non può essere considerato un

prodotto non trasformato poiché la sterilizzazione non è compresa nei trattamenti che possono

subire tali prodotti. costituito da una sequenza ordinata di operazioni unitarie

Un PROCESSO TECNOLOGICO è

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.

la fase elementare di un processo tecnologico basata su

Un’OPERAZIONE UNITARIA è

principi unitari e descrivibile mediante opportune equazioni di bilancio e cinetiche. I principi

che regolano l’andamento di una data operazione unitaria non dipendono dalla specifica

applicazione e dal materiale trattato, ma possono essere definiti in maniera indifferenziata

(unitaria) quale che sia il settore e il materiale di applicazione dell’operazione.

Le operazioni unitarie si possono suddividere: in operazioni unitarie fondamentali e operazioni

unitarie complementari. Le OPERAZIONI UNITARIE FONDAMENTALI svolgono un ruolo primario

in un processo di conservazione o trasformazione, definiscono il processo. Le OPERAZIONI

UNITARIE COMPLEMENTARI non hanno né finalità conservative né finalità di trasformazione,

generalmente servono per preparare il prodotto all’operazione fondamentale del processo o per

preparare il prodotto alla fase conservativa. (Tabella 2 - operazioni unitarie fondamentali) (Tabella 3 -

Operazioni unitarie complementari) scopo di prolungare la vita commerciale di un

Le TECNOLOGIE DI CONSERVAZIONE hanno lo

alimento alterando nella minor misura possibile le caratteristiche geometriche, strutturali,

meccaniche, fisiche, chimiche, microbiologiche e dunque sensoriali e nutrizionali delle

materie prime o dei semilavorati o dei prodotti finiti, in vista della loro utilizzazione o del

loro consumo finale. scopo di modificare le caratteristiche

Le TECNOLOGIE DI TRASFORMAZIONE hanno lo

geometriche, strutturali, meccaniche, fisiche, chimiche e microbiologiche delle materie

prime e dei semilavorati al fine di ottenere prodotti con adeguate proprietà sensoriali,

nutrizionali, di lavorabilità, di convenience e di conservabilità.

Tabella 1 - Classificazione delle materie prime

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Tabella 2 - Operazioni unitarie fondamentali

Tabella 3 - Operazioni unitarie complementari

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Danni tecnologici

Uno scopo della tecnologia alimentare è di conservare e trasformare il prodotto con il minimo

danno termico. Il DANNO TECNOLOGICO è tutto ciò che in un processo della tecnologia

alimentare può far scadere le proprietà sensoriali o nutrizionali del prodotto che si sta trattando.

Esistono diverse categorie di danni tecnologici:

è dovuto ad un’azione di pressione o di shear-stress oltre i limiti di

DANNO MECCANICO,

• resistenza dei prodotti. Si manifesta con una serie di inconvenienti: rotture, fessurazioni,

perdite di succhi, formazione di fini, ecc.;

è dovuto agli effetti del calore sui componenti degli alimenti.

DANNO TERMICO, Si

• manifesta con perdita di vitamine, diminuzione di digeribilità di alcuni nutrienti, formazione di

Il danno termico può provocare o favorire il danno meccanico

off-flavor, off-color. rendendo

i tessuti più fragili e le pareti cellulari meno elastiche, e facendo aumentare la pressione interna

Può anche favorire il danno chimico

del prodotto. per l’ovvio effetto di accelerazione

esercitato dall’aumento della temperatura su tutte le reazioni. L’entità di questo danno dipende

dalla combinazione temperatura-tempo di esposizione;

è dovuto a reazioni chimiche ed in particolare all’ossidazione, ma può

DANNO CHIMICO,

• comprendere anche altre reazioni indesiderabili - eventualmente catalizzate da enzimi - di

proteolisi o lipolisi, isomerizzazione, foto-degradazione, ecc. L’entità di questo danno dipende

dalla concentrazione delle sostanze reagenti e dalle condizioni al contorno che favoriscono o

inibiscono le reazioni. Esempio: le basse temperature possono aumentare la possibilità che non

si verifichi danno chimico; è dovuto all’inquinamento dei prodotti alimentari da parte di

DANNO DA CONTAMINAZIONI,

• sostanze chimiche o agenti biologici presenti negli ambienti o nei materiali che vengono a

contatto con gli alimenti. L’intensità di questo danno dipende dalla concentrazione degli agenti

contaminanti.

Qualità alimentare

Un altro scopo della tecnologia

alimentare è quello di ottimizzare la

qualità del prodotto. La qualità finale

del prodotto è il punto di riferimento

nella progettazione del processo e dei

controlli durante esso. La qualità del

prodotto si definisce sempre in

relazione tra il prodotto e il soggetto

che lo sta valutando.

Tipologie di processi

I processi della tecnologia alimentare possono essere:

coinvolgono trasformazioni continue di massa, energia e quantità di

PROCESSI CONTINUI,

• moto su flussi continui di materiale. ottenere un

Nel funzionamento a regime, l’obiettivo è

prodotto di qualità uniforme nel tempo, a prescindere dalla durata del periodo in cui il

processo è rimasto attivo; produzione di quantità finite di prodotto finale ottenute

PROCESSI DISCONTINUI (batch),

• da quantità finite di materie prime, processate secondo un insieme ordinato di attività e in un

caratteristiche

periodo di tempo finito. Le di un processo discontinuo sono:

Prodotti lavorati in quantità di dimensioni non fissate a priori (lotti), ma scalabili;

• Non è fissata la quantità di prodotto finale, ma solo la sequenza di lavorazione;

• Il processo è interrotto dopo la lavorazione di un lotto e ripreso con quello successivo;

• 5

PROCESSI SEMI-CONTINUI, hanno caratteristiche in comune sia con i processi continui sia

• Tipici di processi che

con quelli a lotti. Sono dedicati ad applicazioni specifiche e ripetitive.

separano componenti in un flusso continuo. Il componente separato si accumula in un’unità

di processo fino a riempimento (processo di tipo continuo) e poi, a riempimento completato, il

processo viene interrotto per svuotare e ripulire i serbatoi. Quindi il processo viene riavviato

(eventi di separazione). Rappresentazioni grafiche dei processi

diagramma di tipo qualitativo che indica

Il FLOW-SHEET O DIAGRAMMA DI FLUSSO è un

tutto ciò che entra nel processo produttivo, sotto forma di materie prime principali e

secondarie, tutte le operazioni di trasformazione o le macchine impiegate, tutto ciò che

esce sotto forma di prodotti, sottoprodotti, scarti, ecc. specificando i punti nei quali si

verificano tali entrate ed uscite. Possono essere evidenziati gli eventuali ricicli o recuperi di

sottoprodotti e di scarti. Per percorsi alternativi sono presentati diagrammi paralleli che hanno in

comune il materiale di partenza ed il prodotto finale (estrazione olio, può avvenire tramite

raffinazione chimica e raffinazione fisica).

Esempio: flow-sheet di produzione della pasta secca. Nel diagramma di flusso sono

rappresentate la semola e l’acqua come due

materie prime, che devono essere dosate e

mescolate in vasche. Susseguono le fasi di

impastamento, di estrusione (cioè di

formatura del prodotto), di essiccamento

(per stabilizzare il prodotto) e di

confezionamento. Nel diagramma di flusso

possono essere inseriti anche i recuperi, in

questo caso può essere recuperato

l’impasto nella fase di impastamento se non

presenta le caratteristiche adeguate per il

passaggio successivo; nella fase di

confezionamento la pasta può essere rotta e

non più vendibile, viene quindi rimacinata e

in parte recuperata nella formazione di

impasto iniziale come farina. comprende, per ciascuna operazione

Il FLOW-SHEET può essere QUANTITATIVO, cioè

unitaria, i bilanci materiali, riporta le condizioni operative di ciascuna operazione unitaria. È

possibile evidenziare anche i cir