Processi della tecnologia alimentare - appunti lezioni e seminari

PROCESSI DELLA TECNOLOGIA

ALIMENTARE CON ELEMENTI DI

PACKAGING

MODULO 1:

PROCESSI

PROF ALAMPRESE CRISTINA 1

Gli obiettivi dei processi tecnologici sono trasformare e conservare

• Trasformare: significa produrre ingredienti da materie prime non commestibili o tossiche,

trasformandole e rendendole commestibili. Un esempio è il gossipolo, contenuto nell’olio di cotone

grezzo, che è tossico. Con la raffinazione viene reso innocuo l’olio e tolto il gossipolo. Un altro

esempio sono i composti anti-nutrizionali presenti nei legumi, come la lecitina, inattivati grazie a

trasformazioni (cottura)

• Conservare: significa superare la stagionalità degli alimenti e averli disponibili durante tutto l’anno

oppure poter commercializzare frutti tropicali.

In questo campo sono comprese diverse operazioni e processi e si cerca sempre:

• La massima efficienza

• Il minimo danno tecnologico

• Di ottimizzare la qualità

Altre funzioni sono:

• Sicurezza igienico-sanitaria e qualità costanti: anche in passato erano parametri importanti ma non

si riusciva a garantire la costanza nella produzione.

• Fornire convenience: ovvero la porzione comoda. Significa fornire una convenienza, una comodità

d’uso, che vada oltre al semplice nutrirsi, come ad esempio i piatti già pronti.

• Promuovere la salute attraverso i functional food

Da ieri a oggi sono cambiati gli obiettivi della tecnologia alimentare. Un tempo l’obiettivo principale era

produrre alimenti, oggi invece si progettano alimenti e si adattano le tecnologie in funzione di quello che si

ha progettato.

Ad esempio, la sterilizzazione è stato uno dei primi processi inventati. Al tempo della guerra c’era la

necessità di conservare il cibo per un lungo periodo per i soldati.

• Operazioni di separazione per aumentare l’edibilità

• Interventi basati su scambi di calore per rimuovere cause di alterazioni alimentari

• Fortificazione: aggiunta di alcune componenti/nutrienti/vitamine per migliorare un alimento

• Alleggerimento: rimozione di alcuni nutrienti (spesso grassi o zuccheri, ma anche proteine per

alimenti ipoproteici)

• Istantaneizzazione: serve a migliorare la comodità d’uso, le polveri istantaneizzate creano granuli

più porosi che assorbono più facilmente l’acqua senza formare grumi

Processo

è un insieme di operazioni che comprende materiali, attività e controlli. Tutto ciò permette di conservare le

materie prime e trasformare i prodotti.

Gli obiettivi dei processi sono di:

• Conservare (per il trasporto)

• Produrre ingredienti alimentari

• Produrre alimenti

Materie prime

Sono tutti i materiali che entrano nel processo aziendale e provengono da:

• produzione primaria (pesca, allevamento, agricoltura)

• Semilavorati 2

• Additivi (ingredienti che restano nell’alimento, indicati in etichetta), coadiuvanti (ingredienti che

svolgono una funzione in alcune fasi di processo ma non rimangono nel prodotto finito, non hanno

valore nutrizionale e non sono indicati in etichetta.

Produzione primaria

Tutto ciò che produce materie prime, animali o vegetali

Prodotti primari

Sono i prodotti derivanti dalla produzione primaria

Prodotti intermedi o semilavorati

Sono prodotti manipolati e trasformati ma non ancora prodotti finiti.

Ad esempio, preparati per gelaterie, cioccolata in polvere, preparati per prodotti da forno…

DEFINIZIONI

• Prodotti alimentari

Destinati al consumo, ottenuti dalla conservazione o dalla trasformazione di materie prime.

• Prodotti non trasformati

Prodotti alimentari non sottoposti a trattamento. non trasforma i prodotti l’azione del taglio, la

molitura, la macinazione, l’affettatura, il congelamento….

• Prodotti trasformati

Ottenuti da trasformazione di prodotti non trasformati, possono contenere additivi e coadiuvanti

• Processo tecnologico

Sequenza ordinata di operazioni unitarie, 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.

• Operazione unitaria

Fase del processo tecnologico basata su principi unitari e descrivibile mediante equazioni di bilancio

e cinetiche. I principi che regolano un’operazione unitaria non dipendono dall’applicazione e dal

materiale trattato ma possono essere definiti in maniera indifferenziata, qualunque sia il settore e il

materiale su cui si lavora.

→

Tecnologie di conservazione servono ad allungare la shelf-life alterando il meno possibile l’alimento

→

Tecnologie di trasformazione hanno lo scopo principale di modificare le caratteristiche dell’alimento

DANNI TECNOLOGICI:

• Meccanico: dovuto ad azione di pressione o stress oltre i limiti di resistenza, si manifesta con

rotture, fessurazioni, perdita di succhi…

• Termico: dovuto all’effetto del calore su alcuni componenti degli alimenti. Causa perdita di

vitamine, digeribilità diminuita, off-flavour, può favorire il danno meccanico

• Chimico: dovuto a reazioni chimiche in particolare ossidazione, reazioni dovute ad enzimi… l’entità

del danno dipende dalla concentrazione delle sostanze reagenti e dalle condizioni attorno che

favoriscono o inibiscono le reazioni.

• Contaminazioni: dovuto dall’inquinamento dei prodotti alimentari da parte di sostanze chimiche o

agenti biologici. L’intensità del danno dipende da concentrazione degli agenti contaminanti.

In generale l’entità di tutti i danni dipende sempre dall’intensità e dalla durata del trattamento. 3

Qualità alimentare

Processi alimentari tipologie:

• Continuo: trasformazioni continue di massa energia e quantità di moto, immissione continua di

materie prime all’inizio del processo, e produzione continua di prodotto finito, uniforme nel tempo

a prescindere dalla durata del periodo in cui il processo è attivo.

• Discontinui: batch, produzione di quantità finite di prodotto finale ottenuto da quantità finite di

materia prima. I prodotti lavorati in quantità non fissate a priori (lotti), dimensioni adattabili in

funzione degli ordini ad esempio, quantità prodotto finale non fissa. Fissa solo sequenza

lavorazione. Processo interrotto dopo lavorazione di un lotto e ripreso con quello successivo

• Semicontinui: applicazioni specifiche e ripetitive, una parte batch e una continua. Esempio nella

produzione di pasta fresca, l’impasto viene prodotto in batch e la laminazione e l’estrusione viene

fatta in continuo.

Es estrazione olio da un seme in maniera continua fino al riempimento del tank di stoccaggio, poi viene

interrotto per svuotare o sostituire serbatoio e ripartire. Alimentazione in continuo ma il processo a volte

viene interrotto.

Aziende grandi più facile processi continui, aziende piccole processi discontinui perché prepara più

preparazioni differenti.

RAPPRESENTAZIONI GRAFICHE

Flow-sheet, diagramma di flusso. Qualitativo, indica tutto ciò che entra, le operazioni in sequenza e finisce

con prodotto finito, indicati anche i materiali di scarti che escono dal processo. Possono essere anche più

complicati, aggiungendo anche ricicli di prodotti o materiali di scarto.

Ci sono percorsi alternativi rappresentati con diagrammi paralleli che partono da stessa materia prima e

finiscono con lo stesso prodotto finito.

Esistono anche diagrammi quantitativi, dove vengono rappresentati anche le quantità e si fanno bilanci

materiali.

Quantitativo riporta anche le condizioni operative di ciascuna operazione unitaria, come ad esempio tempi,

temperature, pressioni e tutte le informazioni necessarie per ciascuna operazione unitaria. Si possono

aggiungere anche i circuiti e i flussi dei sistemi di detergenza e sanificazione.

Si utilizzano simboli ellissi per indicare ingredienti e materie prime e prodotti finiti e rettangoli perle

operazioni unitarie. Queste definizioni non sono univoche e possono cambiare da diagramma a diagramma.

Si possono utilizzare anche schemi figurati, dove ogni macchinario è rappresentato da un simbolo preciso,

es la “farfallina” fatta da due triangoli sta a significare una valvola ecc.… 4

I simboli sono legati in sequenza da frecce, all’interno di una singola operazione possono esserci diversi

impianti e macchinari. Esempio immagine degommaggio olio oppure nell’operazione di standardizzazione

del latte, composta da più fasi: separazione latte e panna tramite centrifugazione, titolazione e rimmissione

della panna nel latte fino a percentuale di grassi voluta.

Es processo di produzione completo della mozzarella dalla materia prima, latte, al prodotto finito fino a

pallettizzazione.

LAYOUT

Diverso dal flow-sheet perché indica anche la distribuzione planimetrica dei diversi impianti, dove vengono

svolte fisicamente le azioni, progettazione di impianti spazi e prefabbricati dello stabilimento produttivo.

Importante che i prodotti sporchi non entrino in contatto con prodotti puliti. Utilizzato nei punti di

ristorazione nelle mense per capire gli spazi se sono sufficienti, è una piantina degli spazi. Serve a capire lo

spazio e utilizzarlo. 5

Esistono anche disposizioni

verticali, es nei mulini, più

facile spostare le polveri per

gravità che per pompaggio.

CLASSIFICAZIONE PRODUZIONI ALIMENTARI

• In base alla Materia prima: prodotti lattiero caseari, a base di cereali, frutta, pesce, carne…

• In base al processo tecnologico: surgelati, fermentati, da forno…

I processi possono essere di conservazione o trasformazione, a loro volta si dividono in diverse tipologie di

processi. Generalmente con i trattamenti di conservazione non si modifica il prodotto, con la

trasformazione sì.

Tecnologie di conservazione:

• A breve termine: basate sulla refrigerazione anche combinata con altri trattamenti che non

modificano il prodotto (pastorizzazione, irraggiamento, atmosfere modificate…)

• A lungo termine: trattamenti drastici per garantire conservabilità più elevata. (sterilizzazione,

surgelamento, disidratazione…)

Tecnologie di trasformazione:

• frazionamento: dalla materia prima complessa si ottengono diverse frazioni differenti (ad esempio

nella produzione di zucchero, farine…)

• combinazione: Miscelare diversi ingredienti, in modo più o meno complesso, per produrne un

nuovo prodotto più complesso (pasta, pane, bevande…)

• trasformazione chimica, biochimica, microbiologiche, biologiche: incide su struttura e

composizione dell’alimento a causa di questi meccanismi anche combinati tra loro. (vino, birra,

prodotti da forno, formaggi…)

Alimenti classificati anche tenendo conto sia di materie prime che di processo applicato. Classificazione

PERI (1990) si basa su tavola sinottica a due dimensioni con materie prime su righe e processi su colonne.

Agli incroci si ottengono le classificazioni

ANALISI E CONTROLLO DI PROCESSO

per fare le analisi serve rilevare e comprendere diversi elementi:

• Conoscenza delle materie prime e delle loro caratteristiche

• Sequenza delle operazioni (flow-sheet)

• Bilanci materiali e indici di resa 6

• Condizioni operative, parametri e procedure operative

• Planimetria dello stabilimento

• Impianti

• Strutture e materiali edilizi

• Flussi di materiali e di persone

• Condizioni operative per il condizionamento dei locali e per la prevenzione degli inquinamenti e

delle infestazioni

SCHEDA TECNICA

È il documento che raccoglie le informazioni sul prodotto. Spesso è il documento sul quale si basa il

rapporto tra fornitori e clienti. Serve a comunicare e per essere d’accordo sulle caratteristiche del prodotto

commercializzato

Le schede si fanno su tutti i materiali che entrano in azienda, anche i materiali per imballaggi, non solo gli

ingredienti.

Riporta specifiche chimiche, usi e applicazioni, nome commerciale, dati nutrizionali se è un alimento,

specifiche fisiche, descrizione del prodotto, specifiche microbiologiche. La Scheda è molto dettagliata e

tecnica. Sono indicati anche gli allergeni, devono essere sempre indicati anche sulle materie prime.

SCHEDA PRODOTTO

È un documento interno all’azienda per comunicare informazioni tra i diversi reparti aziendali. Oltre a tutte

le caratteristiche del prodotto, sono presenti anche indicazioni specifiche sulla produzione.

FATTORI CRITICI DI PROCESSO

Sono fattori che condizionano un processo di tecnologia alimentare, possono influenzare la qualità del

prodotto:

• Materie prime (ingredienti, coadiuvanti, imballaggi…)

• Condizioni operative, intese come parametri

• Procedure, di fabbricazione, sequenza delle azioni, approvvigionamento, detergenza, smaltimento

degli effluenti, gestione dei sottoprodotti di lavorazione

• Attività di controllo, verifiche, registrazioni, analisi…

• Impianti, disegno igienico, materiali, manutenzione…

• Edifici, planimetria, materiali edilizi…

• Personale, in termine di igiene, capacità, competenza…

• Rapporto con l’ambiente esterno, inteso come collocazione territoriale dell’impianto, aree di

accesso, carico scarico, impatto ambientale, dislocazione impianti di depurazione…

Nel manuale di qualità di un’azienda tutti questi fattori vanno presi in considerazione e vanno ottimizzati

CONTROLLO DI PROCESSO

Azioni necessarie per capire se la produzione va come programmata.

Inizialmente si verificava la qualità del prodotto finito che fosse conforme, strategia non efficiente, molta

perdita e scarto.

• Difficoltà di ottenimento di un campione rappresentativo da analizzare

• Solo i parametri realmente misurati possono essere assicurati

• Difficoltà associate ai metodi classici di analisi (tempistiche, risorse, natura distruttiva)

• Individuazione di non conformità solo a fine produzione 7

Si è passati ad un controllo statistico, controllando anche gli input oltre agli output. È un controllo più

efficiente di quello effettuato in precedenza ma non è ancora un controllo ottimale, manca il controllo

durante il processo. L’analisi delle materie prime si fa a campione e ci si affida a fornitori di fiducia.

Si va a controllare a livello statistico anche durante il processo e si deve essere in grado di riportare nella

norma il parametro sballato.

PAT process analytical technology, analisi e monitoraggio continuo del processo mediante la misurazione

continua e in tempo reale del processo. In grado di correggere in tempo reale in caso di non conformità.

QUALITY BY DESIGN

Sviluppo del prodotto e della sua produzione in base agli obiettivi e alla qualità predefiniti del prodotto.

Lo scopo è progettare un prodotto di qualità e il suo processo produttivo per fornire una maniera

riproducibile la desiderata performance del prodotto.

Necessario:

• Conoscenza del processo

• Feed-back in tempo reale (PAT)

• Continuo miglioramento

Vantaggi approccio QBD:

• Ottimizzazione e minore scarto

• Riduzione tempi processo

• Risparmio sui costi di analisi di laboratorio e tempi

• Continuo Miglioramento delle conoscenze

• Controllo e utilizzazione ottimizzata delle materie prime

• Meno variazioni nella qualità del prodotto finito

Fasi QDB:

• Identificare caratteristiche di prodotto che ne definiscono la qualità

• Identificare caratteristiche materie prime la cui variabilità influenza le caratteristiche del prodotto

• Individuare i Parametri di processo che influenzano caratteristiche del prodotto

• Applicare tecniche di gestione del rischio per individuare rischi di non conformità della qualità

• Strategia di controllo

• Monitoraggio e continuo aggiornamento del processo per assicurare una qualità riproducibile.

STRATEGIA DI CONTROLLO

• Assicurarsi che il processo sia sotto controllo, all’interno di un range di valori stabilito in precedenza

• Identificare punti di controllo, solitamente dove la variabilità può essere maggiore o dove è più

comodo il controllo.

PAT

Fasi principali:

• Analisi critica del processo, serve a individuare i parametri qualitativi fondamentali che possono

essere controllati dai fattori di processo.

• Comprendere gli effetti sul campionamento della relazione tra le dinamiche di processo e le

caratteristiche dell’analizzatore. 8

La figura indica l’influenza delle caratteristiche

dell’analizzatore che abbiamo scelto.

linea arancione: andamento reale del

parametro di processo controllato.

Linea mattone: andamento riscostruito in base

ai dati del controllo.

Punti blu controllo e analisi.

Figura 1 influenza dell’incertezza della misura

Figura 2 influenza della frequenza tra le

misurazioni, incertezza su asse del tempo, se

campionamenti troppo distanti nel tempo,

potrei perdere se succede qualcosa nel mezzo

Figura 3 linea mattone è spostata verso destra,

dipende dalla velocità di analisi e dalla velocità

del processo, se il processo va più veloce di me

ad analizzare. Ritardo nell’analisi che non è in

tempo reale. Tempo di risposta importante

Figura 4 effetti di trascinamento tra una misura

e l’altra (es nelle sonde di temperatura che

devono essere protette da un materiale che

può schermare la risposta in termini di tempo e valore)

Figura 5 relativo ai tempi morti tra campionamenti, (es manutenzione per i macchinari di analisi) e si ha un

ritardo dell’analisi.

• Scelta dello strumento analitico più adatto al processo per misure in linea (entra nel flusso di

prodotto) o sulla linea (devia il