Tecnologia della formulazione dei prodotti alimentari

Tecnologia della formulazione dei prodotti alimentari

20/02

Lezione 1

Laura Piazza

No prova itinere. Scritto con 6 domande aperte. Tempo esame 75 minuti.

Giovedì 13.30-15.00

Mercoledì 10-11.30

Test di autovalutazione in itinere

Azienda con un certo capitale e che quindi puo permettersi una sezione di ricerca e sviluppo. Queste

aziende affrontano il tema della formulazione con un attenzione quasi a livello di ricerca. Sulla base

delle ricerche risolvono cosi le richieste dei clienti per particolari formulazioni che possono essere

nuove o modifiche di esistenti.

Ci possono essere che realtà di dimensioni piu piccole e con un capitale ristretto e quindi con minori

possibilità di investimento. Le aziende piccole hanno paura ad innovare perche hanno paura di

sbagliare. Banche tutti abbiano una grande sensibilità alla formulazione dei prodotti, nelle piccole

aziende si fa molto a rilento. I tecnologi assunti dalle aziende hanno dunque delle possibilità di

emergere quanto piu possono con le poche nozioni aiutare la piccola azienda a non prendere delle

cantonate.

Bisogna ovviamente pensare al processo perche le formulazioni sono pensate anche in funzione

della storia tecnologica che avviene durante un processo alimentare. Queste storie tecnologiche

sono molto varie. I materiali possono subire stress meccanici, termici, possono variare le condizioni

ambientali come il pH o la temperatura. Il formulatore alimentare ragiona sugli ingredienti ma deve

avere ben nota la conoscenza del processo.

Innovare con la formulazione vuol dire entrare in un gioco molto articolato di interazione tra

elementi tipici dell’azienda, tipici del prodotto e tipici del processo. Vediamo quindi che questa

grande disciplina in realtà ha al suo interno delle ramificazioni ben precise.

- Fattori che riguardano l’azienda: l’economia dell’unita produttiva, la gestione manageriale, i

sistemi di qualità e il marketing. La funzione di marketing è di importante interfaccia tra la

compagnia e chi studia il processo del prodotto.

- Studio del prodotto: è un ambito dove entrano tante componenti, la legislazione del cibo,

nutrizione, qualita sensoriale, chimica e biochimica…

- Processo: avere gli strumenti che ci possono far trattare i fenomeni di trasporto di calore e di

massa, le operazioni unitarie, il flow-sheet dei processi, le biotecnologie, il controllo e la gestione

del processo.

Una serie di passaggi ci conducono ad un prodotto con elevato valore aggiunto e nasce con una

storia che viene divisa in fasi consolidate. Dobbiamo arrivare alla realizzazione del prodotto. 1

Ready-to-sell

1. Il marketing identifica l’idea

2. Indagine sulla posizione dei consumatori e dei competitor: in tale fase si sviluppa e si disegna

una formulazione (recipe= ricetta, formulazione). Si inizia a delineare una ricetta

3. Fase creativa: abbiamo un idea di cio che vogliamo creare, abbiamo fatto uno studio che ci da

un range di ingredienti e condizioni nelle quali muoverci. Si mette a punto la formulazione ee si

disegna anche il processo o adattandone uno esistente alle nuove esigenze. C’è una grossa

attività dei formulatori che devono identificare ingredienti critici e particolari. Il tecnologo da

una serie di prove tecnologiche preliminari per vedere questa corrispondenza tra processo e

prodotto.

4. Rifinitura di ciò che si è fatto: abbiamo identificato una formulazione e un processo adatto per

lavorare. Si ha un prototipo da prodotto che va testato secondo i criteri di tecnologia che sono

ben noti.

5. Identificazione di una formulazione che viene valutata su scala di processo e bisogna fare le

analisi HACCP e le process-risk-analysis.

6. Predisposizione del prodotto alla vendita con etichettature, normative e ingresso sul mercato.

L’attività in cui si circoscrive il lavoro del tecnologo della formulazione parte dall’idea e arriva alla

commercializzazione del prodotto.

Gelato industriale

Prodotto complesso. Fase solida e tanta aria. 70% di aria in un cornetto algida. Questo prodotto

viene percepito in base al grado ci cristallinità che viene percepito in bocca a la cremosità. Sono i

due parametri che fanno si che il gelato viene posizionato a tanti livelli sul mercato. Interveniamo

sulla temperatura di transizione vetrosa. Dipende tutto da abbassamento della temperatura al di sotto

della temperatura di transizione vetrosa.

Etichette lunghe di prodotti alimentari presi in esame. Parlando di etichetta pulita, etichette corte…

le etichette lunghe contengono molti ingredienti addizionati ai prodotti di base. Il consumatore

richiede etichette corte perche intende un prodotto meno processato. In funzione dell’obiettivo

finale di proprietà macroscopica apprezzata e che detta la scelta del consumatore abbiamo degli

ingredienti nettamente diversi. Questi servono a gestire la quantità di aria inglobata nel sistema,

dimensione dei cristalli di ghiaccio e di conseguenza la texture del prodotto. Ognuno di questi

ingredienti ha un ruolo piu che specifico. Bisogna condurre in parallelo tecnologia e formulazione

del prodotto.

Il mercato dell’innovazione tecnologica del gelato è avvenuta con grandi innovazioni. Sostituzione

di maturatori classici con maturatori in continuo. Il maturatore continuo permette di passare ad

estrusori particolari, con una coibentazione che tiene il freddo e la miscela che passa nel

macchinario e porta poi alla maturazione del gelato. Puo avere poco successo per il gelato

artigianale. La stampa 3D da una grande possibilità di dare molta fantasia per realizzare il formato

finale. Lo sviluppo di stampanti 3D per formulazioni domestiche di gelato è un flop. Ha avuto

successo pero tale impiego a livello industriale. La stampante 3D per il gelato va effettuata tenendo

la temperatura bassa e il principio è quello di un estrusione con una trafila di estrusione che mi da

poi delle geometrie particolari. Quando i formulatori hanno dovuto affrontare la produzione di 2

gelato con la stampa 3D hanno dovuto cambiare la formulazione tipica del gelato. Le formulazioni

non valgono di per se, ma in funzione della tecnologia che li deve produrre. Le formulazioni che

noi vediamo per un prodotto gelato cambiano in funzione della tecnologia predisposta a produrre il

prodotto.

Prodotti liofilizzati:

Minestra liofilizzata di Knorr e Star. Istruzioni per la preparazione sono fornite in etichetta e sono

molto dettagliate e precise.

Prodotti liofilizzati —> processo basato su sublimazione dell’acqua che passa da liquido a vapore.

Dobbiamo considerare un diagramma di stato pressione-temperatura diviso in tre zone liquido,

solido e vapore. Nel prodotto liofilizzato acqua si porta senza variazioni di pressione allo stato

solido poi si abbassa la P e si alza la T in modo tale che la fase da solida diventa vapore. Nel

prodotto liofilizzato l’acqua abbandona il prodotto per sublimazione. Il macchinario ha una camera

di sublimazione e una camera di condensazione che applica mediante una pompa da vuoto il vuoto

ed è la parte che allontana l’acqua che libera il prodotto. I parametri in un impianto reale sono di

pressione e temperatura. L’acqua si porta allo stato solido con il freezing e poi si fa sublimazione.

Posso avere liofilizzatori di piccole dimensioni o di grandi.

- Congelamento

- Allontanato acqua per sublimazione el 70% acqua presente

- Acqua che rimane è non congelabile

- Va allontanata questa acqua e quindi si opera con allontanamento di acqua per evaporazione,

come avviene per i processi di essiccamento di vapore.

In un prodotto liofilizzato come una minestra rimane una quota di acqua del 5% (legami idrogeno,

ioni dipolo…)

Prima fase di congelamento a pressione costante per circa due ore e si arriva a temperature inferiori

ai -40º ed è un punto molto critico del sistema. Finita questa si ha essiccamento per sublimazione e

abbassiamo la pressione in modo drastico e da una atm si va a 10 alla -5 circa. Si abbassa la

pressione e si allontana per sublimazione l’acqua e la temperatura sale un po perche si applica

calore al prodotto. Nella terza fase, che dura 3-12h, il prodotto si riscalda e la pressione diminuisce

ancora a valori piu bassi. Le decisioni di formulazione sono legate non solo all’aspetto sensoriale.

La temperatura piu bassa è quella di completa solidificazione e si raggiunge con

sottoraffreddamento ed è la T alla quale devo arrivare per avere la massa completamente

solidificata. Se mettiamo additivi aumenta il punto eutettico e il processo cosi costa di meno. La

scelta di un prodotto è legata a requisiti che soddisfino una buona gestione della liofilizzazione. La

scelta è anche legata al processo.

L.0

Tema del corso è il prodotto alimentare: puo essere pensato come intersezione di due ambienti che

sono l’ambiente della azienda alimentare con i suoi obiettivi, necessità e modalità di gestione.

Dall’altra parte si ha il processo con obiettivi tecnologici predefiniti e necessità di una funzionalità

efficiente. L’intersezione tra il mondo aziendale e il processo con la sua gestione è il prodotto 3

alimentare. Non si pensa ad un prodotto alimentare come unita a se, ma questo è frutto di un sistema

che ha obiettivi e necessità specifiche. Il prodotto alimentare viene normalmente studiato e valutato

con una serie di competenze molto varie che vanno da chimica, biochimica, microbiologica,

tossicologia, studio delle qualità sensoriali, nutrizione, legislazione… tutti questi aspetti e

competenze sono generalmente tipiche della scienze e tecnologia degli alimenti. È importante la

tecnologia della formulazione, disciplina scientifica multi-task che si sviluppa attingendo

competenze conoscitive e modalità di operazione e di attuazione di soluzioni pratiche per la

produzione di un prodotto che corrono molte competenze. Il corso si concentra sulla fase di ricerca

e creazione e ottimizzazione dell’idea di prodotto. Questo non significa che il tecnologo della

formulazioni lavori in modo isolato, ma deve saper colloquiare con chi ha l’idea del prodotto e con

chi la realizza ovvero gli ingegneri di processo per poter soddisfare sia chi ha l’idea che chi deve

realizzarla. È una figura di connessione tra reparti aziendali. Abbiamo visto come esempio le

etichette del gelato e notato come le etichettature siano lunghe contenenti una lunga lista di co-

ingredienti. Le varie tipologie di gelato industriale si differenziano per gli ingredienti

complementari, che sono presenti in quantità ridotte ma che sono fondamentali per la stabilità del

prodotto. Quando si propone un innovazione di processo la formulazione deve adattarsi alle nuove

esigenze di processo. Un innovazione citata è la sostituzione del processo di sviluppo della fase

cristallina che segue il raffreddamento della miscela che una volta avveniva in maturatori e ora si fa

con un processo piu nuovo che ha dei vantaggi sulla qualità sensoriale del prodotto che prevede

utilizzo di una sorta di estrusore refrigerato che consente sviluppo della fase cristallina. Gli

ingredienti secondari come idro-colloidi, stabilizzanti ed emulsionanti sono presenti in quantità e

tipologie che possono variare in funzione della tecnologia adottata nella produzione. Con

l’innovazione di processo con estrusore a bassa temperatura si sono apportate modifiche nella

formulazione a livello di qualità e quantità di idro-colloidi e emulsionanti utilizzati. Questo serve

per adeguare la matrice gelato a nuovi stress meccanici e termici a cui va in contro il prodotto, ma

mantenendo una buona stabilizzazione della fase gas nella matrice in presenza di ghiaccio. Tale

stabilita va garantita con un adeguata presenza di emulsionanti e stabilizzanti quali idro-colloidi con

attivita gelante o addensante. Stessa valutazione si fa per la stampa 3D ovvero un processo di

estrusione che si sviluppa verticalmente, garantisce varietà sulla geometria finale del prodotto nel

senso che si possono creare solidi con disegni artistici particolari. Le caratteristiche della

formulazione che viene caricata in questa stampante 3D non è uguale a quella che i usa nella

preparazione convenzionale. Alle necessità nuove delle tecnologie di produzione devo

parallelamente sviluppare e utilizzare una tecnologia della formulazione adeguata. Devo sviluppare

ricette adeguate alla tecnologia di utilizzo per soddisfare i requisiti del consumatore.

Altro esempio che abbiamo fatto era quello delle creme di verdura e sul risotto liofilizzato.

Preparazioni con etichettatura piu corta e abbondante utilizzo di ingredienti secondari che

soddisfano esigenze funzionali del prodotto. Ci siamo chiesti se tutti quelli ingredienti avessero solo

una funzionalità finale di tipo sensoriale. È ovvio che se io modifico la viscosità di una crema a

base di verdure, ho una percezione sensoriale specifica. La presenza di alcuni additivi non è solo

legata a necessita sensoriali, ma anche a necessità di processo. Il controllo della cristallizzazione

dell’acqua che serve per poi sublimarla e allontanarla, controllata dalla presenza di ingredienti che

influenzano la T eutettica, ovvero la T piu bassa alla quale si completa la solidificazione. La

presenza di certi ingredienti non soddisfa solo necessita sensoriali, ma anche necessita tecnologiche

di controllo di fasi importanti nel processo.

La tecnologia della formulazione è una disciplina emergente, presente in tanti tipi di industrie e

applicazioni non solo nel settore alimentare ma anche per esempio in quello della cosmetica. È 4

multidisciplinare, approccio necessario per sviluppare nuove formulazioni e ingredienti con

funzionalità specifiche per sviluppare nuovi prodotti. È una disciplina molto tecnica ed è particolare

perche non vuole solo attenzione per la parte chimica o biochimica dei materiali, ma pone

attenzione alle parti in relazione al processo di trasformazione di questi materiali nel prodotto finito.

Si occupa pertanto di tutti i prodotti alimentari in tutte le svariate forme e preparazioni che

possiamo trovare sul mercato. Attenzione a creare un prodotto alimentare con attenzione verso la

funzione che il prodotto dovrà poi svolgere.

Un ingrediente si puo definire come una sostanza che forma parte di una dispersione.

Gli alimenti sono definiti come delle dispersioni dal punto di vista fisico. In funzione degli

ingredienti presenti in un prodotto sappiamo poi che a livello di presentazione al consumatore,

quindi a livello di etichettatura, gli alimenti possono essere distinti in generici (no claim) oppure

con finalità salutistiche e che possono avere in etichetta claim specifici. Possiamo avere claim di

funzionalità o nutrizionali. Ci sono alcuni prodotti che sono borderline con il food tra il food e i

prodotti farmaceutici. Questi prodotti di interfaccia sono i prodotti nutraceutici che non sono

alimenti, ma sono ottenuti isolando da matrici alimentari delle componenti con specifiche e

riconosciute valenze per la salute e sono commercializzati in una forma pura o abbastanza

purificata. Sono preparazioni, non prodotti alimentari, che hanno subito un processo di estrazione

dall’alimento e quindi non possono essere considerati alimenti.

L’ambito del corso saranno solamente gli alimenti, che possono essere generici, fortificati (10% o

piu di un particolare nutriente con finalità riconosciute diverse dal fornire energia). Le etichettature

sono molto specifiche nell’informare il consumatore sul vantaggio sulla salute di uno specifico

prodotto trasformato. La classe degli alimenti funzionali è definita come la classe di alimenti che

hanno documentati benefici di tipo salutistico e sono alimenti che hanno funzionalità di promuovere

benessere o di prevenire certe situazioni patologiche e sono una classe molto complessa di prodotti.

In tale classe troviamo degli alimenti naturali come le carote, queste sono alimento funzionale

perche contengono molto antiossidante come beta-carotene. Possiamo avere altrimenti alimenti

processati che sono integrati con aggiunta di componenti a buona finalità salutistica come yogurt e

succhi arricchiti in calcio. Possiamo avere inoltre alimenti le cui materie prime sono state prodotte

in modo tale da avere livelli particolarmente elevati di un componente con finalità salutistiche come

i pomodori che hanno un elevato contenuto di licopene. Ci sono componenti come isoflavoni dalla

soia, beta-glucani dall’orzo, che possono essere isolati e usati per essere integrati in altre

formulazioni alimentari.

Tutti questi esempi visti sono chiamati in generale ingredienti funzionali. Da non confondere gli

alimenti funzionali con gli ingredienti funzionali. Noi ci occupiamo di ingredienti funzionali, quegli

ingredienti che esprimono una funzionalità fisica all’interno di una matrice alimentare. Molti degli

alimenti contengono componenti naturali che hanno una gran de potenzialità funzionale fisica. Ad

esempio molti componenti naturali hanno capacita di agire da emulsificanti. Ci sono componenti

che legano importanti masse di acqua, che plasticizzano una matrice…. Tali proprietà fisiche

possono essere sviluppate da componenti naturali che sono presenti di per se in una formulazione

come ingredienti primari e parliamo pertanto di carboidrati, lipidi e proteine che possono svolgere

una funzione di tipo fisico all’interno di un prodotto. A tale patrimonio naturale di componenti che

hanno un ruolo funzionale, si utilizzano nelle formulazioni altre sostanze che coprano funzionalità

assolutamente necessarie nella classe alimenti come stabilità al colore, emulsione, proprietà gelanti,

modificatori della texture, sostanze che controllano Aw, stabilita al congelamento. Queste

funzionalità fisiche sono molto importanti, spesso non sono coperte dagli ingredienti naturali e 5

pertanto spesso bisogna aggiungere ingredienti secondari che sono presenti in quantità piu basse

rispetto agli ingredienti primari e spesso lavorano meglio se sono in collaborazione tra loro nel

senso che i componenti addizionali lavorano in sinergia e l’associazione di essi contribuisce alla

funzion