Processi di Packaging - totale ed esempi di domande

Processi della tecnologia alimentare

La tecnologia alimentare è un complesso di processi volti alla conservazione o alla trasformazione di materie prime alimentari prodotte dall'agricoltura, dall'allevamento e dalla pesca.

Obiettivi originari

• 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.

  Esempio: Frutta esotica, senza la tecnologia non potremmo consumarla poiché il processo di trasporto sarebbe talmente lungo che arriverebbe già deteriorata.

• Produrre ingredienti e, da questi, prodotti finiti partendo da materie prime che come tali non sono commestibili o addirittura contengono fattori tossici.

  Esempio: Estrazione olio grezzo, ovvero non raffinato, contiene delle sostanze non benefiche per il nostro organismo, come il Gossipolo nell'olio di cotone; o ancora i legumi crudi che contengono fattori anti-nutrizionali che non permettono l'adeguato assorbimento delle proteine, perciò non sono consumabili crudi ma vanno trattati termicamente.

Bisogna conservare e trasformare:

• Con la massima efficienza, quindi massima resa e minor costo possibile
• Con il minimo danno tecnologico
• Ottimizzando la qualità

Richieste del consumatore

Con il tempo la tecnologia alimentare ha soddisfatto altre richieste da parte del consumatore:

• Garantire sicurezza igienico-sanitaria e qualità costante, infatti in passato questo secondo punto non sempre era verificato
• Fornire convenience (piatti pronti, vegetali di IV gamma, insalate già pronte con forchetta e condimento), ovvero fornire comodità al consumatore
• Promuovere lo stato di salute, anche attraverso functional food (rivolto verso persone sane che vogliono aumentare il proprio benessere) come, ad esempio, yogurt con fermenti lattici per la nostra flora batterica, alimenti iperproteici per atleti o, ancora, alimenti fortificati con antiossidanti

Si ha il passaggio da ingegneria di processo a ingegneria di prodotto (disegnare il prodotto alimentare): l'evoluzione è avvenuta tramite focalizzazione dei processi per avere alta resa, bassi costi e conservabilità elevata. Questi processi (congelamento, etc.) sono stati sviluppati anche per garantire salute al consumatore e salubrità del prodotto.

Progettare un alimento

Oggi, progettare un alimento è basato sul:

• Gestire la qualità: progettare processi e alimenti con caratteristiche costanti e desiderate →
• Gestire la sicurezza e la qualità della filiera: fiducia del consumatore “from farm to fork” →

Finalità dell'intervento tecnologico

I caratteri critici delle materie prime e dei prodotti alimentari includono:

• Vulnerabilità: Difesa da avversità climatiche e da attacchi di altri organismi
• Commestibilità: Condizionata da parti non eduli o da frazioni che necessitano di riscaldamento
• Presenza di fattori di rischio: Risanamento
• Alterabilità: Stabilizzazione
• Esigenze di preparazione, trasporto, porzionatura: Conferimento di comodità d’uso e convenience

Strategie e interventi

Domande lezioni

1. Che operazioni di separazione si possono effettuare per eliminare parti non edibili di materie prime vegetali o animali e aumentarne quindi la commestibilità?
   • Centrifugazione
   • Filtrazione
   • Estrazione con solvente più complessa →
   • Pulitura, sfogliatura, snocciolatura, depicciolatura
2. Quali sono i possibili interventi basati su scambi di calore che possono rimuovere cause di alterazione degli alimenti? A quali cause ci si riferisce?
   • Pastorizzazione e sterilizzazione: eliminazione microrganismi patogeni →
   • Alterazione microbiologiche enzimatiche o Blenching: scambio di calore per eliminare diverse tipologie di enzimi e aumentarne la conservazione
3. Che cosa si intende per "fortificazione" o "alleggerimento" volti a migliorare la rispondenza nutrizionale di un alimento?
   • Fortificati: aggiunta di sostanze nutritive in particolare micronutrienti (proteine)
   • Alleggeriti: diminuzione di un componente nutrizionale per ottenere alimenti light (grassi o grassi) o ipoproteici (proteine)
4. In cosa consiste l'istantaneizzazione attuata per migliorare la comodità d'uso? A quali alimenti può essere applicata?
   • Un esempio sono le polveri, come nel caso del latte in polvere.

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 (materie prime prodotto alimentare) → Esso ha come obiettivi: aumentare la conservabilità delle materie prime per consentirne il trasporto ed aumentarne la shelf life. Produrre alimenti che si ottengono da combinazione e trasformazione di materie prime e/o ingredienti.

Materie prime: materiali che entrano nel processo aziendale e che provengono da:

• Settori tradizionali di produzione primaria
• Industrie di prima trasformazione
• Industrie produttrici di additivi (hanno funzionalità differenti da quella nutrizionale, ad esempio come antiossidante, colorante e rimangono nel prodotto finito), coadiuvanti (sostanze impiegate per migliorare un processo che non lasciano tracce all'interno del prodotto finito e possono non essere indicati nell'etichetta), materiali di confezionamento

Produzione primaria: tutte le fasi della produzione, dell'allevamento o della coltivazione dei prodotti primari (raccolto, mungitura, produzione zootecnica precedente la macellazione e comprese la caccia, la pesca e la raccolta dei prodotti selvatici). Prodotti primari comprendono i prodotti della terra, dell'allevamento, della caccia e della pesca.

Prodotti intermedi o semilavorati: derivati da manipolazioni e trasformazioni delle materie prime ma non ancora diventati finiti, che sono oggetto di commercio (preparati di miscele da gelato, succhi concentrati).

Classificazione materie prime di origine

• Animale: Carne, Pesce, Latte, Altro (miele, uova)
• Vegetale: Verdura, Cereali, Frutta, Spezie, Piante oleaginose
• Minerale: Acqua e Sale

Prodotti alimentari: destinati al consumo alimentare ottenuti dalla conservazione e dalla trasformazione delle materie prime. Prodotti non trasformati: non sottoposti a trattamento, compresi prodotti che siano stati divisi, sezionati, affettati, disossati, tritati, scuoiati, frantumati, puliti, rifilati, surgelati, scongelati.

Prodotti trasformati: ottenuti dalla trasformazione di prodotti non trasformati e possono contenere ingredienti necessari alla loro lavorazione o per conferire caratteristiche specifiche.

Processo tecnologico

Un processo tecnologico è una sequenza ordinata di operazioni unitarie applicate in determinate condizioni operative a 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 elementare di un processo tecnologico basato su principi elementari e descrivibili 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 fondamentali sono:

• Refrigerazione
• Congelamento
• Sterilizzazione
• Disidratazione
• Frazionamento meccanico (setacciatura, sedimentazione, centrifugazione, filtrazione)
• Frazionamento fisico e fisico-chimico (estrazione con solvente)
• Miscelazione semplice (miscela gelato)
• Miscelazione con strutturazione (emulsione, schiuma)
• Trasformazioni chimiche indotte da trattamento termico
• Trasformazioni chimiche indotte da reazioni chimiche o enzimatiche (raffinazione olio, delattosare il latte)
• Trasformazioni chimiche basate su azioni di microrganismi (produzione di alcol, lievito)

Le operazioni unitarie complementari (non fondamentali) sono:

• Taglio del prodotto
• Formatura
• Condizionamento termico
• Condizionamento dello stato fisico (dissolvere, sciogliere, agglomerare)
• Condizionamento del contenuto di acqua (concentrazione, evaporazione)
• Separazione di componenti minori o impurità
• Aggiunta di componenti minori (aggiunta di CO₂)
• Selezione (cernita, suddivisione in lotti omogenei per dimensione, colore)
• Condizionamento ovvero confezionamento con tutto il contorno al di là della confezione
• Trasferimento (pompare dei liquidi, trasferire delle polveri)

Le tecnologie di conservazione hanno lo scopo di prolungare la vita commerciale di un alimento alterando nella minor misura possibile le caratteristiche geometriche, 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.

Le tecnologie di trasformazione hanno lo scopo di modificare le caratteristiche geometriche, fisiche, chimiche, microbiologiche delle materie prime o dei semilavorati al fine di ottenere prodotti con adeguate proprietà sensoriali, nutrizionali, di lavorabilità, convenience e di conservabilità.

In entrambi i casi si deve avere:

1. Il minimo danno tecnologico, che può essere:
   • Meccanico: dovuto ad un'azione di pressione o di share-stress oltre i limiti di resistenza dei prodotti (rotture, fessurazioni, perdite di succhi)
   • Termico: dovuto agli effetti del calore sui componenti degli alimenti; si ha perdita di vitamine, diminuzione di digeribilità di alcuni nutrienti, formazione di off-flavour o off-color. Esso può favorire il danno meccanico (tessuto più fragile) e anche quello chimico (accelerazione esercitato dall’aumento della T su tutte le reazioni)
   • Chimico: dovuto a reazioni chimiche, come ossidazione e catalizzate da enzimi; la sua entità dipende dalla concentrazione delle sostanze reagenti e dalle condizioni al contorno che favoriscono o inibiscono le reazioni
   • Da contaminazioni: inquinamento dei prodotti alimentari da parte di sostanze chimiche e agenti biologici presenti negli ambienti o nei materiali che vengono a contatto con gli alimenti; la sua intensità dipende dalla concentrazione degli agenti contaminanti
2. Ottimizzare la qualità significa saper definire i requisiti che devono caratterizzare il nostro alimento e sapere indirizzare il nostro processo alla massimizzazione di quelle caratteristiche.

La qualità di un prodotto può essere analizzata principalmente come:

• Alimento in sé:
  • Requisiti del prodotto: i primi die per avere la genuinità e i secondi la qualità biologica
  • Requisiti di sicurezza:
  • Requisiti merceologici (ex. gusto del prodotto)
  • Requisiti nutrizionali
  • Requisiti sensoriali
  • Requisiti psicologici:
  • Requisiti del contesto produttivo:
  • Requisiti etici: allevamenti intensivi e benessere degli animali →
• Oggetto di commercio:
  • Requisiti di garanzia:
  • Certificazioni di sistema e di prodotto
  • Rintracciabilità di filiera
  • Requisiti di servizi: che indicano tutto il binomio prodotto-confezione →
    • Comodità convenience
    • Comunicazione
    • Presentazione
  • Requisiti del sistema prodotto/mercato →
    • Disponibilità
    • Prezzo

Dunque, la qualità NON è definibile come una caratteristica assoluta del prodotto, poiché un prodotto è ritenuto di qualità quando soddisfa le esigenze del consumatore.

Tipi di processi

I processi possono essere:

1. Continui: si hanno trasformazioni continue di massa, energia e quantità di moto su flussi continui di materiale. Vi è quindi immissione continua di materie prime e raccolta continua di prodotto finito. L'obbiettivo è ottenere un prodotto di qualità uniforme nel tempo, a prescindere dalla durata del periodo in cui il processo è rimasto attivo.
2. Discontinui o a Batch: produzione di quantità finite di prodotto finale ottenute da quantità finite di materie prime, processate secondo un insieme ordinato di attività e in un periodo di tempo finito. Tipico per aziende che devono preparare diverse tipologie di prodotti. Prodotti lavorati in quantità di dimensione non fissate a priori ma scalabili. La quantità di prodotto finale non sarà fissa. La sequenza di lavorazione è fissa. Il processo è interrotto dopo la lavorazione di un lotto e ripreso con quello successivo.
3. Semicontinui: caratteristiche in comune; sono dedicati ad applicazioni specifiche e ripetitive. Essi sono tipici per processi che separano componenti in flusso continuo. Il componente separato si accumula in un'unità di processo fino a riempimento (continuo) e poi il processo viene interrotto per svuotare e ripulire i serbatoi (discontinuo). Esempio è l'estrazione di olio da un seme.

I processi si rappresentano tramite flow-sheet o diagramma di flusso: di tipo qualitativo (non contiene indicazioni quantitative) ovvero che indica 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 o scarti, specificano i punti nei quali si verificano queste entrate ed uscite.

Esempio: Produzione pasta secca: semola + acqua → dosaggio/miscelazione → impastamento → estrusione → essiccamento + fuori uscita di acqua → confezionamento pasta secca.

Si hanno anche diagrammi con percorsi alternativi quindi presentati parallelamente. Esempio: olio grezzo raffinato per via chimica o fisica, rispettivamente:

• Degommaggio → neutralizzazione → decolorazione → deodorazione → olio raffinato
• Degommaggio → decolorazione → deodorazione/de-acidificazione → olio raffinato

Da diagramma qualitativi si può passare anche a quantitativi: comprende per ciascuna operazione unitaria, i bilanci materiali. Esempio: Produzione pasta secca: Semola (100 kg con 14% umidità) + acqua (23 kg) → dosaggio/miscelazione (123kg con 30% umidità) → impastamento → estrusione → essiccamento + fuori uscita di acqua (25.3kg) → confezionamento pasta secca (97,7kg con 11,9% umidità).

Si possono evidenziare anche i circuiti ed i flussi del sistema di detergenza e di sanificazione riportando in allegato tempi e condizioni. Esempio: Produzione pasta secca: Semola + acqua (nebulizzazione T=36°C) → dosaggio/miscelazione (5 min, 80 giri/min) → impastamento (1° fase: 15 min e 2° pochi minuti sottovuoto) → estrusione (T=40-45°C e pressione=90-130 atm) → essiccamento (T=50 per 24h) + fuori uscita di acqua → confezionamento pasta secca.

Un'operazione e/o un processo possono essere descritti con schemi figurati ricorrendo ad una simbologia che rappresenta le macchine ed i servizi. Esempio: Standardizzazione del latte (calcolo del tenore in grassi dopo centrifugazione che separa il siero dalla parte grassa).

Il layout riporta la disposizione planimetrica o in elevazione delle risorse necessarie per svolgere un processo produttivo e comprende progettazione e posizionamento di spazi, fabbricati, impianti coerentemente con il sistema produttivo e il flusso dei materiali. Esempio: Per la produzione del riso (in elevazione).

Classificazione dei prodotti alimentari

• Materia prima: Prodotti lattiero-caseari, a base di cereali, derivati della frutta
• Processo tecnologico: Surgelati, bevande fermentate, da forno
• Conservazione:
  • A breve tempo: Non invasive (irradiazioni). Sono basate sulla semplice refrigerazione o su quella combinata con tecnologie soft (irraggiamento, pastorizzazione, trattamenti “mild”).
  • A lungo termine: Congelamento, disidratazione e sterilizzazione. Basate su trattamenti più drastici così da garantire una più lunga conservabilità.
• Trasformazione:
  • Frazionamento: Meccanica, basata su