Tecnologia delle conserve di origine vegetale

Tecnologia delle conserve di origine vegetale

Il mercato delle conserve

Le conserve di origine vegetale costituiscono il 40% dei vegetali trasformati a livello mondiale, rappresentando una delle modalità di conservazione dei vegetali più importanti. Le conserve, in generale, hanno una fetta di mercato abbastanza stabile, il cui unico concorrente sono i prodotti surgelati, che sono però più difficili da produrre (catena del freddo, cottura ecc.).

Le principali aree di produzione di questi prodotti sono soprattutto i paesi sviluppati, le cui tecnologie richiedono molto investimento. La crescita maggiore della produzione di questi prodotti avviene nelle zone in via di sviluppo. Nei paesi industrializzati costa di più il prodotto fresco, piuttosto che il prodotto conservato nonostante tutte le tecnologie e le risorse utilizzate per produrli; l'industria delle conserve serve per stoccare tutta la produzione stagionale.

I fattori che determinano la domanda e il consumo di questi prodotti sono:

• Livello di urbanizzazione
• Reddito pro-capite
• Preferenze

Per unità di prodotto non c'è un gran guadagno; materie prime, imballaggi, risorse umane e investimenti sono un costo. L'Italia è il secondo produttore di derivati di pomodoro dopo gli Stati Uniti: concentrati e pelati, passata di pomodoro, polpe, cubetti, succhi bevibili, pomodoro essiccato, ketchup ecc. Molti paesi hanno produzioni di pomodoro molto elevate, ma trasformano poco, altri il contrario. L'Italia è il settimo produttore mondiale di pomodoro, ma il secondo per le trasformazioni di derivati, mentre l'India è al secondo posto nella produzione di pomodoro, ma è ultima nella quantità di prodotto trasformato. L'Italia è il principale esportatore di conserve di pomodoro.

Il trasformato più prodotto in Italia dal pomodoro è il concentrato (Tomato Paste, quella in tubetto), anche se il prodotto più consumato in Italia è la passata di pomodoro. Tra il nord e il sud Italia c'è molta differenza nel tipo di conserve che vengono prodotte a partire dal pomodoro; pomodori diversi, con forme, sapori e consistenze diverse creano conserve diverse. La Cina produce metà dei vegetali e della frutta fresca del mondo e solo una piccola parte è destinata alle conserve.

Tipologie di conserve e semiconserve

Gli ortaggi appertizzati al naturale: piselli, fagiolini, fagioli, ceci ecc. sono prodotti soprattutto nella Pianura Padana. Ortaggi sottaceto, sottolio e in salamoia come olive, giardiniera, carciofini, cipolline ecc. derivano da materia prima fresca, surgelata oppure da semilavorati in salamoia al 20%. Succhi e nettari di frutta sono prevalentemente concentrati. Le conserve di frutta allo sciroppo e al naturale includono macedonie, albicocche, pesche ecc. Confetture, marmellate e gelatine comprendono albicocche, fragole, frutta mista, pesche ecc.

Conserva = Prodotto che ha subito un trattamento termico di sterilizzazione ed è confezionato in un contenitore ermetico adatto; è una conserva finché il barattolo rimane chiuso e quindi la sua conservazione non dipende principalmente dalle condizioni ambientali. In teoria la conservabilità delle conserve è infinita e indipendente da fattori ambientali esterni e dalle condizioni di conservazione. In pratica fattori ambientali sfavorevoli (umidità, calore e salsedine) possono accorciare la loro vita a causa della perdita di ermeticità oppure a causa di reazioni chimiche che causano modifiche sensoriali dell'alimento.

• Acide (pH<4.5): le spore non germinano a pH acido; trattamento a 75°C
• Non acide (pH≥4.5): trattamento a 121°C

Semiconserve = Tutti i prodotti che subiscono trattamenti diversi da quelli citati per le conserve. Il loro tempo di conservazione dipende dalle condizioni di conservazione; prodotti pastorizzati e quei prodotti la cui conservazione è ottenuta grazie a sostanze che impediscono lo sviluppo microbico (sale, zucchero, aceto) oppure mediante la formazione di condizioni ambientali sfavorevoli (fermentazione, affumicamento, essiccamento).

• Semiconserve a pH≥4.5 e pastorizzate: devono essere state pastorizzate e conservate in contenitori ermetici; riportare la dicitura “da conservare in frigorifero”.
• Semiconserve a qualsiasi pH: sia mediante aggiunta di sostanze inibitrici dello sviluppo microbico, sia mediante processi atti a conferire al prodotto particolari caratteristiche protettive (prodotti acidificati, salati affumicati, liofilizzati, congelati ecc.) e possono richiedere o meno confezione ermetica.

Conservazione mediante calore

Lo scopritore dell'uso del calore per aumentare la vita dei prodotti alimentari è Nicolas Appert, che sottoponeva a trattamento termico in acqua bollente gli alimenti in contenitori di vetro e ha scoperto che, se il contenitore veniva chiuso ancora caldo, la vita del prodotto aumentava. Nel 1810 fu brevettato il metodo per creare conserve di alimenti, copiato da Appert, ma usando contenitori metallici. Il calore è il principale responsabile della conservabilità di una conserva.

Sterilizzazione: completa distruzione dei microorganismi, incluse le spore, e inattivazione degli enzimi. Non esistono delle condizioni termiche valide indiscriminatamente; la temperatura e la durata del trattamento dipendono dalle caratteristiche chimico-fisiche del prodotto e dalla necessità di distruggere microorganismi sporigeni. Il suo scopo, infatti, è quello di rendere stabile l'alimento nel tempo in modo da minimizzare le alterazioni del prodotto causate dal trattamento stesso, ottimizzando il binomio tempo-temperatura. In alcune conserve si vuole preservare la freschezza del prodotto, in altre si vuole rendere il prodotto pronto all'uso.

Pastorizzazione: distruzione dei microorganismi patogeni non sporigeni, riduzione della carica microbica e inattivazione parziale degli enzimi; prolunga la conservabilità dell'alimento e viene usata per le semiconserve.

Latte e limone a confronto

Il latte ha un pH tendente al neutro (6.7); se non viene trattato termicamente, la sua conservabilità è di pochi giorni a causa dell'elevata carica microbica. Il latte fresco pastorizzato è una semiconserva (contenitore ermetico e si conserva 4 giorni in frigorifero), mentre il latte a lunga conservazione è una conserva (trattamento di sterilizzazione, contenitore ermetico e conservabilità di alcuni mesi a temperatura ambiente).

Il succo di limone ha un pH acido (2.4); il succo fresco ha una conservabilità molto limitata, il succo pastorizzato si conserva nella confezione ermetica qualche giorno in frigorifero, mentre il succo sterilizzato si conserva a lungo nella confezione ermetica a temperatura ambiente.

Distruzione termica dei microorganismi

La prima equazione di Bigelow permette di conoscere, per un certo tipo di microorganismo, il numero di microorganismi sopravvissuti a un trattamento termico effettuato a una determinata temperatura costante; D rappresenta il tempo di riduzione decimale: il tempo necessario per ridurre di dieci volte il numero di microorganismi sopravvissuti. Il numero di microorganismi sopravvissuti non diventa mai zero; la sterilità assoluta non esiste.

La sterilità commerciale, invece, si ottiene a seguito di un trattamento termico in grado di ridurre di un certo numero di ordini di grandezza una popolazione di spore di un microorganismo molto resistente; è molto importante la carica microbica iniziale.

Nota bene: Per le conserve, un trattamento di sterilizzazione deve essere in grado di ridurre di 12 cicli logaritmici la popolazione di spore di Clostridium botulinum. La forma vegetativa viene indicata con "m" e le spore con "s"; i tempi di riduzione decimale sono maggiori per le spore.

Le condizioni di trattamento e D dipendono da:

• pH
• Tenore di acqua: più facile trattare prodotti ricchi in acqua
• Fase di crescita del microorganismo: il microorganismo è più resistente nella fase di crescita stazionaria perché la sua D è maggiore rispetto alla D della fase di crescita esponenziale
• Presenza di lipidi: maggiore è la quantità di lipidi, più i microorganismi sono resistenti al calore
• Tipo di microorganismo

Con la seconda equazione di Bigelow si mette in relazione la D alla temperatura; Z è la differenza di temperatura che determina una variazione di 10 volte di D, rappresenta quell'aumento di temperatura che determina un'accelerazione di 10 volte della velocità di distruzione termica del microorganismo.

Nota bene: Ottimizzare il trattamento termico significa identificare le condizioni di tempo e temperatura che distruggono efficientemente il microorganismo e inattivano gli enzimi che possono alterare l'alimento, senza modificare il prodotto dal punto di vista sensoriale e nutrizionale; lo Z dei microorganismi patogeni è minore dello Z di inattivazione/distruzione/formazione di altri composti; trattamenti a maggior temperatura, ma per minor tempo.

HMF (idrossimetilfurfurale) è un indicatore del danno termico negli stadi intermedi della reazione di Maillard.

Equazione di Arrhenius

Conoscendo l'energia d'attivazione (J/moli), la costante dei gas (8.314 J/mol*K) e la temperatura media delle temperature in Kelvin dell'intervallo considerato, si può calcolare Z.

Controllo di un processo di sterilizzazione

Il trattamento è stato efficace? Ha provocato le 12 riduzioni decimali? Questo viene controllato tramite software e profili di temperatura costruiti tramite dei termometri che registrano la temperatura (datalogger). La posizione dei sensori di temperatura dipende dalla natura del prodotto; nel posto più difficile da scaldare: in un prodotto solido, o in prodotti solidi immersi in un liquido, andrà inserito al cuore, mentre in prodotti liquidi viscosi non agitati, invece, è difficile determinare il punto migliore per la sonda; nei prodotti liquidi va al centro del prodotto.

Concetti F e C

F = minuti equivalenti di un trattamento a 121°C, riferito alla distruzione microbica in base alla Z scelta (se la F =10, come se il prodotto fosse stato sottoposto a 121°C per 10 minuti). C = indica l’effetto cottura e rappresenta i minuti equivalenti di quel trattamento a 100°C, riferito all’effetto chimico in base allo Z scelto.

Si usa la seconda legge di Bigelow: se la temperatura non è costante (tempo di riscaldamento e raffreddamento), per conoscere le effettive riduzioni decimali effettuate si deve risolvere un logaritmo in cui D varia.

La conservazione degli alimenti mediante l'uso del sale

Il sale esercita diversi effetti sui microorganismi. Il sale in cristalli o in salamoia esercita:

• Pressione osmotica, la quale dipende dal numero di molecole in soluzione (proprietà colligativa); esercitano maggior pressione osmotica gli elementi con basso peso molecolare a parità di massa: NaCl (PM=58.5) e il saccarosio (PM=342.3); esercita maggior pressione osmotica a parità di massa il cloruro di sodio.
• Riduce aw: riduce l’acqua libera utile per i microorganismi; una soluzione di NaCl a 2.83 di molalità avrà aw= 0.9.
• Possiede un certo grado di tossicità nei confronti dei microorganismi.
• Riduce la solubilità dell’ossigeno nell’acqua.

Con aw <0.9 la maggior parte dei batteri viene inibita. Come accade per il calore, i microorganismi patogeni sono più sensibili al sale rispetto ai microorganismi non patogeni; esistono però microorganismi alofili che sopportano concentrazioni molto elevate di sale (>25%), altri, invece, sale-tolleranti sono in grado di vivere sia in presenza di elevate sia di basse concentrazioni.

Salamoie a diversa concentrazione - usi

• Mezzo di fermentazione (lattica nelle olive): concentrazione intorno al 6-8%
• Mezzo di conservazione di semilavorati: concentrazione intorno al 15-20%
• Liquidi di governo: concentrazione intorno al 1-2% (piselli, fagioli ecc.)
• Mezzo di salagione: la concentrazione dipende dal prodotto

Queste concentrazioni vengono ottenute diluendo soluzioni sature con acqua; una salamoia è satura a concentrazioni di circa 26% (dipende dalla temperatura). Il sale può avere origine minerale (dalla salgemma) o marina e contiene circa il 96-97% di NaCl e 1-3% di acqua; purezza molto elevata (99.6-99.9%), ma può contenere piccole quantità di altri sali (solfato di calcio, solfato di magnesio), tracce di metalli (Fe) e nel sale marino anche impurità organiche.

Salamoie

Le salamoie vanno preparate con acque dolci o semidure (circa 8 gradi francesi). MASSIMO 100 PPM DI Ca e Mg; il sale di magnesio conferisce sapore amaro, mentre il sale di calcio può precipitare e depositarsi sul prodotto sotto forma di patine biancastre, può neutralizzare l’acido lattico che si forma dopo la fermentazione e formare ponti tra le catene di acido poligalatturonico (pectine) dando maggior consistenza ai vegetali.

MASSIMO 1.0 PPM DI Cu E 1.5 PPM DI Fe; metalli pesanti come rame e ferro ossidano: ingiallimento per trasformazione della clorofilla in feofitina, il Fe produce imbrunimenti per reazione con i tannini e con idrogeno solforato (creazione di solfuro di ferro).

Non tutti i materiali sono resistenti a salamoie molto concentrate, il Nichel e le sue leghe sono resistenti alla salamoia satura:

• Acciaio inossidabile AISI 316
• Monelmetal
• Inconel
• PVC e altri materiali plastici
• Cemento

Valutazione del tenore in sale di una salamoia

La concentrazione di sale si misura con il densimetro, il quale può avere diverse scale e unità di misura:

• Peso specifico o massa volumica
• Gradi Salometrici (°S):
• 0°S= acqua pura
• 100°S= soluzione satura di NaCl a 20°C
• Scala Baumé (Bé):
  • 0°Bé= peso specifico 1.0= acqua pura a 4°C
  • 66°Bé= p.s. 1842= acido solforico concentrato
• Scala Twaddell (°Tw)
• Scala Barkometrica (°Bk)

Recupero delle salamoie

1. Ultrafiltrazione: rimuove le macromolecole prolungando l’uso della salamoia
2. Alcalinizzazione
3. Rigenerazione completa: non conviene molto perché richiede una fase di incenerimento a 650°C (spreco di risorse)

La conservazione degli alimenti mediante acidificazione

Cause dell’effetto conservante:

• Concentrazione idrogenionica (pH)
• Tossicità della molecola
• Tossicità dell’anione

A parità di pH, gli acidi organici hanno un maggior effetto batteriostatico degli acidi inorganici. Acido acetico > acido citrico > acido lattico.

A parità di concentrazione, acido lattico > acido acetico > acido citrico.

Per i lieviti a parità di pH e concentrazione, acido acetico > acido lattico > acido citrico. Per la conservabilità si usa l’acido acetico o lattico, mentre l’acido citrico si usa per modificare il pH.

Acidificazione mediante acido acetico

L’aceto contiene 6% di acido acetico (pH 2.8-3.3), il quale ha un effetto batteriostatico e sensoriale (aceto di vino bianco ha meno composti ossidabili). Gli Acetobacter possono degradare l’aceto ad acqua e anidride carbonica; va stabilizzato. Inoltre, l’aceto va chiarificato per ridurre tannini e sostanze azotate e può anche essere aromatizzato con erbe, spezie, oli essenziali e aromi naturali.

I sottaceti sono conserve o semiconserve? Dipende dal trattamento termico; se sterilizzati sono conserve (a 75°C perché acidi).

Per produrre una semiconserva è necessaria una quantità minima (%) di acido acetico (Ac) per evitare il trattamento termico (CV= % di costituenti volatili, espressa come perdita di peso % solitamente acqua). Le conserve, quindi, possono avere una concentrazione minore di aceto rispetto alle semiconserve; diverse denominazioni di vendita in base al contenuto di acido acetico.

• Aromatizzati con aceto: acidità < 1.2%
• All’aceto/con aceto: acidità > 1.2%, ma < 2.2%
• In aceto: acidità > 2.2%

I microorganismi patogeni sono più suscettibili all’acido acetico rispetto ai non patogeni, ma le muffe e i lieviti sono meno sensibili all’acidità.

Acidificazione per fermentazione

Si provoca in maniera quasi spontanea la fermentazione lattica del vegetale, conferendo diverse caratteristiche sensoriali e organolettiche (polpa traslucida e modifica di colore, sapore e aroma). È necessario inibire lo sviluppo dei microorganismi aerobi indesiderabili creando anaerobiosi usando la corretta concentrazione di sale (5-8%), la corretta temperatura (18-22°C) e zucchero. È importante generare il primo batterio lattico che darà il via alla fermentazione.

La fermentazione viene fermata aumentando la concentrazione di sale (15-20%) o variando la temperatura, evitando però la formazione di altri microorganismi.

Ruolo dell’olio negli alimenti

L’olio non ha attività antimicrobica, ma conferisce caratteristiche sensoriali al prodotto e lo protegge dal contatto con l’aria e quindi dall’ossigeno; va abbinato ad altre tecniche di conservazione:

• Tonno e sardine sott’olio: sterilizzazione
• Carciofini e funghi sott’olio: bollitura in aceto
• Filetti di acciughe sott’olio