Processi della tecnologia alimentare

Francesca Nasatti: processi della tecnologia alimentare

Tecnologia alimentare

La trasformazione è una modifica delle caratteristiche del prodotto di partenza. Altre funzioni nascono dalle esigenze dei consumatori. Convenience: comodità di uso. Un esempio sono le monoporzioni perché rispondono ad una comodità d'uso rispetto a una persona singola, oppure i piatti pronti, vegetali di quarta gamma (insalate pronte).

Functional food: non hanno solo funzione nutritiva ma anche prevenzione di patologie o favorire il benessere.

Ingegneria di processo: massimizzare l'efficienza e la quantità di cibo che si poteva produrre, alta resa a basso costo e conservabilità (permetteva di offrire una maggior quantità di cibo).

Ingegneria di prodotto: l'interesse è il binomio processo-prodotto. Fattori di rischio: sostanze tossiche contenute naturalmente o derivanti da contaminazioni esterne. L'alterabilità si riferisce alla natura alterabile del prodotto, legata alla sua composizione o struttura. Denaturare componenti non adatti a una fascia della popolazione. Bilanciamento per favorire l'equilibrio nutrizionale del prodotto finito. Prevenzione dei difetti di qualità controllando i punti critici.

Question time

• Olio di semi: separazione dell'olio per estrazione, eliminando la parte non edibile (panello di semi). Eliminazione delle ossa, della pelle, sezionamento della carcassa.
• Pastorizzazione e sterilizzazione. Si rimuovono i microrganismi patogeni e alteranti, enzimi. Refrigerazione o surgelazione (sottrazione di calore).
• Alleggerimento: ridurre quantità di grassi, zuccheri per ragioni nutrizionali (contrastare sovrappeso, diabete). Fortificazione: esempio alimenti proteici, si aggiunge un componente nutrizionale di interesse, anche vitamine, sali minerali, fibra alimentare.
• Istantaneizzazione: lo scopo è rendere più facile la reidratazione creando particelle più porose per facilitare l'ingresso del liquido. Es. latte in polvere, che deve sciogliersi in maniera omogenea per avere un prodotto di qualità e migliorare la comodità d'uso. Si riumidificano le particelle per avere degli aggregati in cui rimangono dei pori.

Processo

I materiali possono essere gli ingredienti, i materiali di confezionamento o i coadiuvanti tecnologici (aiutano una fase del processo ma non si trovano nel prodotto finito). Attività da parte di macchine o persone. Controlli per garantire la qualità e la sicurezza del prodotto finito.

Prodotti intermedi o semilavorati

Faranno parte della formulazione di un prodotto alimentare, derivano da processi di estrazione, filtrazione ecc. non vengono consumati come tali, sono ottenuti da un prodotto primario e hanno già subito un trattamento tecnologico (es. farina, che deriva dal grano).

Operazioni unitarie complementari

Servono per completare l'effetto del processo sul prodotto alimentare o facilitare le operazioni successive.

Danni tecnologici

I danni tecnologici a volte sono inevitabili, ma devono essere minimizzati. Intensità dell'esposizione al fattore di rischio e sua durata.

Qualità alimentare

La qualità non è una caratteristica oggettiva, ma dipende dalla persona che interagisce con l'alimento, dalle sue esigenze nutrizionali, i requisiti.

Tipologie di processi

Processi continui

Il processo è standardizzato e si lavorano grosse quantità di materiale.

Processi discontinui

Tipici di realtà produttive non estremamente elevate.

Processi semicontinui

Ad esempio prima si prepara l'impasto e poi si alimenta la linea di trafilatura e formatura (produzione pasta).

Diagramma di flusso

Se nella fase di impastamento alcune parti non sono state adeguatamente miscelate, l'impasto può essere rialimentato nella vasca di dosaggio e miscelazione per ottenere un impasto con le caratteristiche desiderate. Oppure mi accorgo che c'è un prodotto non idoneo al confezionamento: es. penne troppo corte possono essere macinate e reimmesse nella fase di dosaggio e miscelazione.

Layout

Considerare anche gli spazi per la movimentazione dei prodotti e delle persone. Ottimizzazione della disposizione delle diverse operazioni e delle persone.

Classificazione prodotti alimentari

In base al processo tecnologico. Classifico anche in base all'impatto del processo sulle caratteristiche del prodotto.

Analisi di processo

Quando si fa un'analisi di processo non bisogna guardare solo alla sequenza delle operazioni unitarie ma anche definire, rilevare tutti gli elementi elencati. Un impianto lavora in determinate condizioni operative. Flussi di materiali e di persone definiti in modo da evitare le contaminazioni. Anche l'aria veicola sostanze indesiderate (chimiche, infestanti).

Scheda tecnica

Documento che esce dalla azienda di produzione, accompagna il prodotto dal fornitore al cliente commerciale. Si parla di cliente commerciale. La scheda tecnica regola il rapporto tra fornitore e cliente. La scheda tecnica fa fede anche per i controlli per verificare l'adeguatezza del prodotto, della materia prima, in base alle caratteristiche accordate con il fornitore, specificate nella scheda tecnica. Composizione chimica, parametri microbiologici, tipo di confezionamento, condizioni di stoccaggio, shelf-life, allergeni.

Scheda prodotto

Si usa solo internamente all'azienda di produzione. Sono comprese le informazioni sui diversi step di produzione, accompagna il prodotto nei diversi reparti aziendali. Si trova anche il codice per l'identificazione del prodotto, interno all'azienda. L'azienda codifica i diversi allergeni in modo che il personale sappia come trattare il prodotto, evitare cross-contaminazioni con altri prodotti. Sono riportate le condizioni operative per fare in modo che il processo, ottimizzato per ciascun prodotto, venga attuato nelle condizioni stabilite e standardizzate.

Fattori critici di processo

Possono guidare l'andamento di un processo di tecnologia alimentare: possono fare in modo che il processo avvenga adeguatamente o che ci siano punti in cui la qualità del prodotto può essere compromessa se quel fattore non viene tenuto sotto controllo. Ci sono diversi fattori che possono condizionare la buona riuscita di un processo. Impianti: igiene per evitare contaminazioni, materiali adatti al contatto con gli alimenti.

Controllo di processo

Controllo finale

Il prodotto non adeguato viene spesso buttato via con perdite economiche per l'azienda. Si aumenta il numero di analisi per essere sicuri che il prodotto sia adeguato.

Controllo statistico

Anche analisi di materie prime in accettazione: se il latte ha una carica batterica più alta di quella che dovrebbe avere posso prevedere di fare un trattamento un po' più drastico, permette di calibrare le condizioni operative del processo per adeguarsi alle caratteristiche della materia prima in ingresso. Ad esempio si può anche valutare la composizione in grasso dopo la standardizzazione per essere sicuri di aver raggiunto il livello di grasso prestabilito --> se no si programmano delle azioni correttive che permettano di recuperare il prodotto prima di arrivare alla fine del processo. Il controllo finale viene effettuato in ogni caso, ma non è l'unico controllo.

Process Analytical Technology (PAT)

Strategia di controllo nata per le aziende farmaceutiche in cui ci sono delle regole restrittive sui parametri di sicurezza e compositivi del prodotto. Si sta espandendo in altri campi, tra cui quello alimentare. È molto efficiente: i parametri non vengono misurati a campione su una quantità finita di prodotto, ma in linea e in continuo. Il processo di produzione viene corretto in continuo. Questo processo è una parte del Quality By Design (QbD) (disegno della qualità di un alimento). Devo migliorare e controllare il processo per garantire la qualità. Si adattano le condizioni operative e i fattori critici alla qualità del prodotto che si vuole ottenere: per farlo nel modo migliore devo conoscere l'effetto di ciascun cambiamento all'interno del processo sulle caratteristiche del prodotto. Non scartare le materie prime non adeguate ma adattare il processo a queste materie prime (quando possibile).

Fasi principali della PAT

L'incertezza di misura dello strumento deve rientrare nell'intervallo di accettabilità stabilito per il parametro che sto misurando. Lo strumento deve avere un tempo di campionamento adeguato (tempo impiegato a dare una risposta e frequenza tra le varie misurazioni). Strumenti che misurano in-line (direttamente applicati al prodotto che passa nella linea di produzione, nel flusso operativo) o on-line (si trova sulla linea ma non dentro la linea, una parte di prodotto devia rispetto al flusso principale, in un tubo diverso, dove si trova l'analizzatore). La scelta spesso dipende dalle caratteristiche dell'analizzatore che, ad esempio, potrebbe non rilevare correttamente i parametri in un flusso turbolento, quindi si cerca di creare un flusso laminare in un tubo a parte.

Analisi multivariata

L'analizzatore o gli analizzatori usati restituiscono una serie di dati perché il monitoraggio avviene in tempo reale, c'è una quantità molto elevata di dati analitici --> bisogna essere in grado di estrarre altrettanto in tempo reale l'informazione che serve per guidare il processo, vedere se ci sono delle anomalie, bisogna elaborare i dati in tempo reale usando tecniche statistiche multivariate. Spettroscopia nel vicino infrarosso e

Shelf life e hurdle technology

Hurdle technology: tecnologia a ostacoli che si creano all'interno della matrice alimentare per contrastare i fenomeni di deterioramento degli alimenti. Il deterioramento non sempre si evidenzia, non sempre è visibile, ad esempio se il cambiamento è del valore nutrizionale o di alcune prestazioni sensoriali (me ne accorgo magari al consumo). In funzione dell'alimento bisogna identificare i fattori più pericolosi e capire come proteggere l'alimento dalle cause di deterioramento.

Equazione di Arrhenius

Relazione diretta tra k e T (il fattore con la T viene sottratto). Abbassando la T si allunga la shelf-life dell'alimento, ancora di più se si arriva a T negative.

Modificazioni chimiche

Nella parte negativa delle T c'è uno shift della retta verso l'alto. Effetto di concentrazione: cambia lo stato dell'acqua, una parte congela quindi si concentrano i soluti nell'acqua che rimane liquida, quindi si aumenta la velocità della reazione chimica (è aumentata la concentrazione dei reagenti). Poi ho comunque una discesa di T dovuta all'abbassamento della T. L'ossidazione avviene particolarmente nelle matrici ricche di lipidi soprattutto insaturi. Imbrunimento non enzimatico ad esempio reazioni di Maillard. Idrolisi chimica: formazione di sostanze indesiderate all'interno dell'alimento o effetti sulla struttura dell'alimento (es. diventa meno croccante).

Modificazioni fisiche

La pressione di vapore diminuisce al diminuire della T. L'evaporazione può portare al deterioramento ad esempio nella frutta e nella verdura (migrazione di acqua, traspirazione). Si arriva a un plateau perché la tendenza all'evaporazione diventa quasi zero a T molto basse. Retrogradazione dell'amido: ricristallizzazione dei granuli di amido. Questo processo è accelerato dalla diminuzione della T (es. mettendo il pane nel frigorifero). Anche i lipidi e gli zuccheri possono ricristallizzare portando a difetti sensoriali del prodotto. Separazione: ad esempio di fasi, come nel latte non omogeneizzato o nelle emulsioni, sineresi dello yogurt.

Processi biologici

Attività legate al metabolismo, anche della matrice stessa, dei tessuti. Respirazione: in queste reazioni si ha una dissipazione di energia sotto forma di calore. La respirazione consuma dei substrati zuccherini (frutta meno dolce) e si formano metaboliti che possono dare luogo a prodotti non gradevoli ---> abbassando la T si aumenta la conservabilità dell'alimento. Sotto zero gradi inizia la cristallizzazione dell'acqua ed è un punto a sfavore della qualità del prodotto ortofrutticolo fresco (non si parla di surgelazione), perché si possono danneggiare i tessuti e renderli più esposti a degradazione.

Danni da freddo o fisiopatie da freddo

Possono avvenire anche a T superiori agli zero gradi. Reazioni enzimatiche: dipendono, oltre che dalla temperatura, dalla concentrazione degli enzimi o del substrato sul quale gli enzimi agiscono, dall'ambiente in cui avvengono le reazioni. Fattori microbiologici: tra gli psicrofili ci sono anche patogeni emergenti, non è detto che solo la congelazione sia una buona tecnica di conservazione dell'alimento perché questi patogeni potrebbero svilupparsi (come L. monocytogenes).

Deterioramento chimico e fisico

Fattori di controllo

Intrinseci (dipendono dalla matrice alimentare). Composizione dell'alimento: es. se un alimento contiene già poca acqua l'evaporazione non è rilevante, oppure presenza di più o meno grassi saturi o insaturi. pH e acidità possono influenzare la velocità di una reazione o determinare se avviene o meno.

Estrinseci (riguardano l'ambiente in cui transita l'alimento)

Trattamenti tecnologici: es. la separazione di fase nel latte può essere evitata con il trattamento di omogeneizzazione, oppure il deterioramento chimico rallenta se si fa ultrafiltrazione per separare alcuni reattivi che potrebbero dare luogo a quella reazione (es. se allontano zuccheri non può avvenire imbrunimento non enzimatico).

Deterioramento biologico

Salubrità: se viene favorita proliferazione patogeni si innalza il rischio per il consumatore.

Fattori di controllo

Ingredienti e additivi: ad esempio succo di limone, olio, aceto, sale (ingredienti), anidride solforosa, lisozima (additivi).

Hurdle technology

Grazie a questo trattamento si può usare in misura ridotta l'intervento contro il fenomeno degradativo; se si utilizzasse un solo ostacolo dovrebbe essere molto alto, si creerebbe un danno tecnologico elevato. Composizione dell'alimento: se ci sono nutrienti favorevoli allo sviluppo di una certa categoria di microrganismi.

Tecnologie di conservazione a breve termine

Refrigerazione

Le percentuali di ossigeno e anidride carbonica nell'atmosfera modificata vengono calibrate a seconda dell'alimento che si sta trattando. Anche l'asportazione totale di aria (sottovuoto), quindi diminuendo l'ossigeno, blocca i microrganismi aerobi e le reazioni che hanno bisogno di ossigeno (respirazione, fenomeni ossidativi), inoltre si limitano anche fenomeni fisici perché, ad esempio, non possono avvenire scambi di umidità fra l'atmosfera all'interno della confezione e la superficie del prodotto (la traspirazione è bloccata). Negli affettati (prodotti refrigerati in atmosfera modificata), un altro ingrediente importante per la conservazione è il sale, o la disidratazione parziale dovuta al processo di stagionatura.

Alcune insalate già pronte o la frutta già tagliata sono refrigerate e confezionate in atmosfera modificata (è importante diminuire la quantità di ossigeno per evitare problemi di imbrunimento enzimatico del prodotto). Pasta fresca: refrigerazione e pastorizzazione (anche latte, succhi di frutta) spesso anche confezionata in atmosfera modificata. L'insalata di pesce è un prodotto che ha subito anche una marinatura con olio, che servono come conservanti.

Problematiche associate alla refrigerazione

Deterioramento

La refrigerazione rallenta i fenomeni di deterioramento, ma siccome la temperatura non è negativa, questo rallentamento non è totale. Anche una piccola variazione di T (2-3 gradi centigradi) può accelerare i fenomeni di deterioramento, bisogna fare attenzione che non ci siano oscillazioni importanti di T, soprattutto verso l'alto. FIFO (first in first out): il primo lotto di alimenti che si inserisce all'interno della cella è quello che deve uscire per primo, perché se non si opera una corretta rotazione della merce e si dimentica un lotto, questo nel frattempo deteriora e si rischia di commercializzare un prodotto già vicino alla data di scadenza, oppure si rischia di doverlo buttare.

Contaminazione crociata

Avviene soprattutto quando si conservano all'interno delle celle dei prodotti non confezionati di origine differente. Nella grande distribuzione, le celle sono separate per tipologia di materiale (es. carne fresca, formaggi, verdure).

Controllo della temperatura

Bisogna controllare che la T della cella sia idonea ai prodotti che sono stoccati all'interno di essa (spesso le celle sono separate per tipologia di prodotto). Ad esempio, se le patate vengono conservate al di sotto degli 8 gradi centigradi si ha un fenomeno di degradazione dell'amido che porta allo sviluppo di zuccheri riducenti --> cambiamento della struttura del prodotto e della sua composizione chimica, che potrebbe rovinare i risultati dell'utilizzo di questi prodotti come ingredienti negli alimenti (ad esempio le patate addolcite non sono adatte alla produzione di patatine fritte --> verrebbero molto scure e molli). Le patate vanno conservate in modo adeguato.