Tecnologie della ristorazione

Tecnologie della ristorazione

Università degli studi di Milano - La Statale

Corso di laurea: Scienze e tecnologie della ristorazione

Gabriella Giovanelli

Carola Cappa

8 CFU

Definizioni

Tecnologia alimentare = studio dei processi di conservazione e di trasformazione dei prodotti alimentari, non ha limitazioni di scala ed inizia con la raccolta delle materie prime e termina con la vendita del prodotto finito.

Prodotto alimentare = termine generico per indicare i prodotti destinati al consumo alimentare come tali o previa conservazione/trasformazione.

Materie prime alimentari = prodotti ottenuti dalle attività di produzione primaria (agricoltura, allevamento, pesca…) e destinati a subire manipolazioni per diventare alimenti. In un’ottica aziendale sono tutti quei materiali che entrano nel processo aziendale dall’esterno per essere manipolati e trasformati.

Prodotti intermedi o semilavorati = prodotti derivati da manipolazioni o trasformazioni delle materie prime, ma non ancora diventati prodotti finiti destinati al consumatore finale.

Prodotti finiti o alimenti = ottenuti dalla conservazione o trasformazione delle materie prime e destinati come tali al commercio e al consumo.

Processo = (tecnologico) insieme di operazioni, materiali, attività e sistemi di controllo che vengono messi in atto per trasformare un input in output (materie prime in prodotti finiti).

Operazione = fase elementare di un processo tecnologico, il quale è costituito da una sequenza di operazioni.

Operazione unitaria = operazione tecnologica basata su principi unitari e descritta da opportune equazioni di bilancio e cinetiche. Il tutto dipende dal punto della filiera e dal contesto.

La filiera produttiva

È una sequenza tecnologica per la produzione di alimenti ed è spezzata.

Classificazione generica dei prodotti alimentari

• Prodotti freschi/semifreschi = non hanno subito trattamenti al di fuori della refrigerazione → carne, pesce, latte pastorizzato, uova.
• Conserve/semiconserve = prodotto trattato (apertizzati, fermentati, disidratati, surgelati, sott’olio-aceto-sale-zucchero) e sterilizzati → pomodori pelati, prugne essiccate, piselli surgelati.
• Prodotti di prima trasformazione = ottenuti dalle materie prime in un unico ciclo di elaborazione industriale (tecniche di separazione) → vino, formaggio, burro, the e caffè.
• Ingredienti = usati nei prodotti di seconda trasformazione, prodotti già lavorati → farina, oli, zucchero.
• Prodotti di seconda trasformazione = ottenuti dall’elaborazione di ingredienti ottenuti a loro volta da un processo industriale → pane, prodotti da forno, pasta, liquori.

Scopo delle tecnologie alimentari

• Garantire la sicurezza prerequisiti
• Garantire la qualità nutrizionale
• Migliorare l’appetibilità
• Aumentare la conservabilità
• Migliorare le comodità d’uso
• Assicurare l’economia

Classificazione delle tecnologie alimentari

Tecnologie di conservazione = scopo di conservare le caratteristiche geometriche, strutturali, meccaniche, fisiche, chimiche, microbiologiche, sensoriali e nutrizionali delle materie prime, semilavorati o prodotti finiti in via del loro consumo.

Tecnologie di trasformazione = scopo di modificare le caratteristiche geometriche, strutturali, meccaniche, fisiche, chimiche e microbiologiche delle materie prime e dei semilavorati in modo da ottenere prodotti con adeguate proprietà sensoriali, nutrizionali, di lavorabilità, di convenience e di conservabilità.

Conservazione

• A breve termine → refrigerazione e mild technologies
• A lungo termine → congelamento, sterilizzazione e disidratazione

Trasformazione

• Frazionamento → separazione meccanica, fisica e chimico-fisica
• Combinazione → miscelazione e miscelazione con testurizzazione
• Trasformazione chimica → reazioni termoindotte, chimiche, enzimatiche e microbiche

Flow sheet/diagramma di flusso

Rappresentazione grafica di un processo come una sequenza di operazioni unitarie, ordinato nel senso dei flussi materiali o temporali. Può essere disegnato seguendo diverse convenzioni grafiche, ma è meglio utilizzare una simbologia unificata.

Il decadimento qualitativo degli alimenti e il suo controllo

Tutti i prodotti perdono qualità e freschezza nel tempo. Il deperimento causa la perdita di:

• Qualità sensoriali: sapore, aroma, colore e struttura
• Valore nutrizionale
• Sicurezza igienica e tossicologica

Shelf-life

Shelf-life = vita da scaffale, vita commerciale del prodotto, ed è il tempo che intercorre tra la sua produzione e il suo consumo senza che ci siano rischi per la salute; tempo in cui il prodotto mantiene le sue caratteristiche sensoriali. Ovviamente dipende dal tipo di prodotto e la quantità di acqua gioca un ruolo fondamentale. Per esempio, a 21°C (temperatura ambiente), carne, pesce e pollame durano 1-2 giorni, mentre la carne secca e i legumi/cereali secchi ne durano più di 360.

Per questo è molto importante che in etichetta vengano riportati:

• Data di scadenza: “da consumarsi entro il…” = data netta → su alimenti deperibili: oltre quella data il prodotto può non essere sicuro igienicamente.
• Termine minimo di conservazione: “da consumarsi preferibilmente entro il…” = su alimenti stabili i quali oltre quella data potrebbero perdere qualità ma non sicurezza igienica.

Fattori di deperimento

• Biologici: enzimi, micro- e macroorganismi
• Chimici: ossigeno, umidità, contaminanti chimici e ambientali
• Fisici: calore, freddo, luce e radiazioni elettromagnetiche

Il deperimento è dato dalla flora microbica, dal metabolismo, dalla respirazione, da reazioni enzimatiche e dalla disidratazione.

Cause di deperimento

• Batteri (sporigeni o non, patogeni o non)
• Lieviti
• Muffe (tossinogene o non)

I microorganismi crescendo producono enzimi e utilizzano i costituenti degli alimenti (zucchero, amido, proteine, grassi, cellulosa). Inoltre, producono metaboliti di scarto come alcol, acidi e gas.

Controllo dei microorganismi

Attività enzimatica: tutti gli alimenti “vivi” contengono enzimi, questi possono essere rallentati o inattivati tramite trattamenti termici, chimici, disidratazione e irradiazione. Ma bisogna ricordare che alcune attività enzimatiche sono desiderate.

Ossigeno: non tutti i microorganismi sono aerobi, alcuni non tollerano l’ossigeno e sono detti anaerobi stretti, altri invece chiamati aerobi-anaerobi facoltativi sono in grado di sopravvivere in ambienti sia con ossigeno sia senza. L’ossigeno promuove la crescita di muffe e microorganismi aerobi e consente il metabolismo respiratorio dei tessuti. Compie un’azione ossidativa: distrugge vitamine, altera colore, odori anomali.

Temperatura: abbassando la temperatura aumenta la shelf-life dei prodotti perché diminuiscono l’attività enzimatica e le reazioni chimiche. L’effetto della temperatura sulla velocità delle reazioni di degradazione è descritto dall’equazione di Arrhenius k’= k *e (-Ea/RT).

La velocità della reazione aumenta con l’aumentare della temperatura. Tuttavia, alcuni prodotti possono essere danneggiati dalle basse temperature: scolorimento dei tessuti, modificazione consistenza, danni da raffreddamento.

Acqua e stabilità

L’acqua è il solvente necessario per la crescita delle specie microbiche e per molte reazioni chimiche ed enzimatiche e modificazioni fisiche. Ciò che è importante è la sua disponibilità definita attività dell’acqua (aw); si basa su un parametro fisico misurabile, che sia dipendente dalla disponibilità termodinamica dell’acqua presente in una matrice (temperatura di congelamento ed ebollizione), oppure misurando la tensione di vapore che è la pressione delle molecole di acqua in fase di vapore; più l’acqua è legata, meno tensione di vapore ci sarà.

aw = p/p’

p = pressione di vapore del prodotto

p’ = pressione di vapore dell’acqua pura

aw è un parametro compreso tra 0 e 1 (da 0 a 100 se in %)

aw=0 acqua totalmente legata; aw=1 acqua totalmente libera; aw=UR=(p/p’)*100

La reazione tra quantità di acqua in un prodotto e la sua attività dell’acqua è nota come igorscopicità. Un prodotto che si definisce igorscopico è un prodotto che trattiene acqua. Si esprime tramite isoterme di adsorbimento o isoterme di desorbimento a seconda che il fenomeno sia valutato idratando progressivamente un prodotto disidratato (adsorbimento) oppure disidratando progressivamente un prodotto umido (desorbimento).

• Zona delle umidità relative più basse (0-20%) → acqua fortemente legata non in grado di svolgere funzione di solvente (forte riduzione della pressione di vapore)
• Zona delle umidità relative intermedie (20-65%) → acqua ancora abbastanza fortemente legata, l’acqua è incongelabile
• Zona delle umidità relative elevate (65-100%) → le molecole non sono legate al prodotto da forze di natura chimico-fisica, ma sono libere e l’acqua è libera di condensare.

I semi di colza(1) contengono molta poca acqua che però ha un’attività dell’acqua molto alta.

Cosa rende gli alimenti instabili

• Attività enzimatiche hanno bisogno di tanta acqua (avvengono solitamente in soluzione/citosol)
• Reazioni non enzimatiche (reazioni di Maillard = imbrunimento) tra gruppo amminico e zuccheri riducenti ha bisogno di tanta acqua come solvente fino ad un picco, se c’è troppa acqua la reazione diminuisce perché viene inibita.
• Crescita dei batteri hanno bisogno di aw di almeno 0.8, sopra 0.9 aumenta esponenzialmente la loro crescita.
• Crescita di lieviti iniziano la loro crescita ad un valore di aw compreso tra 0.7-0.8.
• Crescita di muffe inizia già ad aw=0.7.
• Ossidazione dei lipidi velocità molto alta con aw molto basse; diminuisce e poi torna ad aumentare (prodotti liofilizzati).

Aw e sviluppo microbico

Il primo effetto della disidratazione di un prodotto alimentare è dapprima un rallentamento e poi al di sotto del 60-70% una totale inibizione dello sviluppo microbico. Su questo fatto si fonda la conservazione di prodotti alimentari ad umidità intermedia nei quali l’attività dell’acqua è stata ridotta per parziale disidratazione o per aggiunta di sostanze osmoticamente attive come zucchero/sale.

I microorganismi patogeni sono molto esigenti in termini di disponibilità di acqua e vengono, quindi, inibiti a valori di aw inferiori a 85-90%. In realtà molti altri fattori, come pH e temperatura, influiscono sul comportamento dei microorganismi, perciò è necessario compiere altri studi.

Aw e reazioni enzimatiche

Le reazioni enzimatiche sono inibite a livelli di umidità pari o inferiori allo strato monomolecolare (strato di acqua fortemente legata con forze di Van der Waals), ai quali l’acqua non può esercitare il suo ruolo di solvente. Alcune attività enzimatiche possono procedere a velocità ridotta anche in presenza di fasi solvente non acquose (ad esempio attività delle lipasi in fase lipidica).

Le attività enzimatiche sono progressivamente accelerate dall’aumento di attività dell’acqua, sino a che non prevale l’effetto di diluizione.

Aw e reazioni chimiche

Il deterioramento dei prodotti alimentari è causato da numerose e complesse reazioni chimiche. Molte reazioni chimiche avvengono anche a bassi livelli di umidità relativa, in particolare:

• Ossidazione dei lipidi
• Degradazione dei carotenoidi
• Ossidazione della mioglobina con decolorazione dei prodotti carnei
• Imbrunimento non enzimatico (reazione di Maillard)
• Ossidazione dell’acido ascorbico

L’ossidazione dei lipidi dipende fortemente dal livello di umidità relativa e tocca il suo livello minimo ad aw corrispondenti circa allo strato monomolecolare (strato di acqua fortemente legata con forze di Van der Waals): l’eliminazione di acqua spinta oltre questo livello favorisce l’alterazione. Sembra che lo strato monomolecolare eserciti un effetto protettivo nei confronti delle ossidazioni con diversi meccanismi. D’altra parte, livelli crescenti di acqua favoriscono le reazioni di ossidazione grazie all’azione solvente su catalizzatori di reazione e specie reagenti, riducendo la viscosità ed aumentando la mobilità delle molecole, rigonfiando i gel e rendendo dunque disponibili maggiori superfici di reazione.

Nei prodotti liofilizzati le ossidazioni sono particolarmente temibili, dato il bassissimo contenuto di umidità e le elevate superfici esposte; poiché le ossidazioni necessitano della presenza di ossigeno, i prodotti liofilizzati sono confezionati con materiali impermeabili ai gas e sottovuoto o in atmosfera modificata.

Le reazioni di imbrunimento non enzimatico (reazioni di Maillard) presentano la massima velocità a valori di attività dell’acqua intermedi (compresi tra 0.4 e 0.7); comportano modificazioni del colore e dell’aroma dei prodotti con conseguente perdita di accettabilità. Queste reazioni producono la liberazione di molecole di acqua, pertanto concentrazioni elevate di acqua spostano l’equilibrio di reazione a sinistra. L’imbrunimento non enzimatico è dunque da temere soprattutto nei prodotti ad umidità intermedia.

Aw e modificazioni fisiche e strutturali

Anche a livelli molto bassi di aw, la cristallizzazione degli zuccheri e dei sali presenti in forma amorfa produce profonde variazioni sia sulla struttura del prodotto sia sul livello di disponibilità dell’acqua e quindi sulla sua stabilità.

Zuccheri e sali possono cristallizzare in due forme:

• Forma amorfa: struttura poco ordinata con un’area interna disponibile all’adsorbimento di acqua → forma igorscopica e tende ad assorbire acqua quando esposti ad ambiente con umidità relativa superiore.
• Forma cristallina: struttura rigida e molto ordinata con scarsa tendenza all’adsorbimento di acqua → poco igorscopica.

Se un prodotto contenenti sali/zuccheri amorfi viene esposto ad umidità relative crescenti, esso assorbe acqua, con successiva cristallizzazione nella forma cristallina → liberazione di molecole d’acqua (fenomeno autoinnescante) con cambiamento strutturale di tutte le molecole. Il fenomeno è più rapido ad alti livelli di UR e ad alte temperature. Spesso si osserva nelle polveri (prodotti essiccati tramite spray-drier) la formazione di una massa compatta e dura = presa in massa o caking ed è causato dalla dissoluzione di composti a causa dell’aumento della disponibilità di acqua e del successivo essiccamento dovuto all’evaporazione dell’acqua. (Una polvere si idrata quando l’umidità dell’aria è maggiore di quella del prodotto)

Aw e temperatura

Se la temperatura aumenta, aw aumenta a parità di umidità → prodotti meno igorscopici all’aumentare della temperatura. Un aumento della temperatura provoca un aumento della pressione di vapore.

Determinazione delle isoterme

Bisogna conoscere due valori (aw; umidità):

• Umidità: in stufa facendo evaporare l’acqua.
• Aw: metodo indiretto → soluzione salina satura con aw nota, all’equilibrio (aw prodotto = aw ambiente) si determina l’umidità relativa.
• Metodo diretto → misura direttamente aw con l’igrometro: un’aliquota di prodotto viene posto nella cella di lettura dell’igrometro che determina in punto di rugiada → UR dell’aria in equilibrio con UR del prodotto.

Metodi di conservazione degli alimenti

Metodi fisici

• Basse temperature: refrigerazione, congelamento e surgelazione
• Alte temperature: pastorizzazione e sterilizzazione
• Disidratazione: concentrazione, essiccamento
• Radiazioni
• Atmosfera modificata

Metodi chimici

• Naturali: salagione, zucchero, olio e aceto
• Artificiali

Metodi chimico-fisici

• Affumicamento

Metodi biologici

• Fermentazioni

Il calore

• Quasi tutti i batteri vengono uccisi a 82-93°C (pastorizzazione), ma non le spore.
• Molte attività enzimatiche sono inattivate già a 60-70°C.
• Le spore vengono inattivate sopra i 100°C (sterilizzazione).
• Distruzione vitamine.
• Provoca modificazioni chimico fisiche che possono essere desiderati (cottura, aromi e flavor, texture, distruzione sostanze tossiche) o indesiderati (danni termici = imbrunimento, gusto cotto, perdita di consistenza, composti tossici, diminuzione del valore biologico delle proteine).

Pastorizzazione

È un trattamento termico a temperature sotto i 100°C il quale scopo è la distruzione dei microorganismi in forma vegetativa e patogeni non sporigeni e disattivare gli enzimi termosensibili. La durata e la temperatura del trattamento dipendono dall’alimento, dal suo grado di contaminazione e dagli obiettivi desiderati. Il prodotto rimane stabile per un certo periodo e in certe condizioni ambientali.

• Pastorizzazione bassa: 60-65°C per 30 secondi → vino, birra, latte per formaggio e altri prodotti destinati alla fermentazione.
• Pastorizzazione alta: 75-85°C per 2-3 minuti → latte alimentare e altri prodotti destinati al consumo diretto.
• Pastorizzazione rapida o HTST (high temperature short time): 75-85°C per 15-20 secondi → latte sfuso.

È un trattamento light e i prodotti hanno una data di scadenza. Questi prodotti, dopo la pastorizzazione, devono...