Test ammissione Alimentazione - Parte C (conservazione e trasformazione alimenti)

Test di ammissione alla magistrale in alimentazione e nutrizione umana

Parte D: contenuti richiesti nell'ambito dei principi della conservazione e trasformazione degli alimenti

1. Principali cause di instabilità dei prodotti alimentari

Fisici: Temperatura: maggiore è la t, maggiore è la v delle reazioni biochimiche. La legge che descrive la relazione tra v di reazione e t è quella di Arrhenius. Il controllo di Δt (refrigerazione, congelamento) consente di rallentare o fermare le reazioni degradative. Ossigeno/luce e radiazioni elettromagnetiche.

Chimici: Ossigeno: necessario per le reazioni di ossidazione, enzimatiche o non. Queste reazioni possono alterare la colorazione, generare odori anormali (irrancidimento grassi), promuovere la crescita delle muffe e dei microrganismi aerobi. Umidità e reazioni chimiche.

Biologici: Sono la causa principale di degradazione di prodotti freschi, simil freschi o semiconserve. Enzimi: tutti gli alimenti “vivi” contengono enzimi, che catalizzano reazioni di tipo idrolitico o ossidativo. Il controllo delle attività enzimatiche avviene tramite calore, disidratazione, trattamenti chimici, irradiazione. Microrganismi: batteri, lieviti, muffe. Batteri e lieviti sono unicellulari e possono produrre spore. Le muffe sono più grandi e producono sempre spore. I microrganismi per crescere utilizzano i costituenti degli alimenti (zuccheri ecc) e possono produrre alcool, gas, tossine. I microrganismi alimentari possono provocare infezioni (E. coli, Salmonella, Listeria), intossicazioni (C. Botulinum, S. Aureus producono tossine preformate sugli alimenti), tossinfezioni (C. Perfrigens, B. Cereus producono tossine dopo essere stati ingeriti). Le muffe producono micotossine (es. aflatossina B1).

I microrganismi possono essere psicrofili (<16°C), psicrotrofi (0-20°C), mesofili (0-38°C) o termofili (>38°C). Possono inoltre essere aerobi (alcuni batteri, tutte le muffe) o anaerobi (alcuni batteri, tutti i lieviti) facoltativi o obbligati.

Macrorganismi: Insetti, parassiti. Causano danni ridotti ma predispongono i tessuti allo sviluppo microbico.

2. Principi e tecnologie di stabilizzazione degli alimenti

• Trattamenti termici di stabilizzazione (blanching, pastorizzazione, sterilizzazione). Il calore, oltre alla distruzione dei batteri, provoca denaturazione delle proteine, gelificazione dell'amido, fusione dei grassi che possono alterare le caratteristiche sensoriali del prodotto.
• Pastorizzazione: Trattamento termico che distrugge tutti i patogeni non sporigeni e i batteri saprofiti e disattiva gli enzimi termolabili. Può essere bassa, alta o HTST (high temperature short time, 75-85°C per 15-20 secondi), seguita da un rapido raffreddamento per limitare lo sviluppo dei microrganismi residui. La t rimane inferiore ai 100°C. Gli alimenti pastorizzati sono definiti semiconserve e la loro conservazione richiede la catena del freddo.
• Sterilizzazione: Distrugge tutte (sterilizzazione commerciale: 12 riduzioni decimali di spore di C. Botulinum) le forme microbiche, comprese le spore, e inattiva gli enzimi. Di solito si effettua a t superiori a 100°C (per alimenti acidi si possono usare t più basse). Può essere effettuata sull’alimento all’interno del contenitore o sull’alimento sfuso, che viene poi confezionato con atmosfera adatta e non necessita della catena del freddo. La sterilizzazione può essere classica, UHT (ultra high temperature) diretto (150°C con iniezione di vapore) o UHT indiretto (150°C con scambiatori di calore). Si può effettuare su alimenti confezionati (la scatola dopo il raffreddamento avrà il fondo un po’ concavo. Quelle bombate vanno eliminate). Si può sennò effettuare sull’alimento sfuso e confezionare in asettico (TetraPak), mantiene caratteristiche sensoriali migliori ma ha durata inferiore perché rimangono delle attività enzimatiche. La sterilizzazione può portare anche a reazioni di danno termico (distruzione di vitamine, imbrunimento, formazione di composti tossici). Per questo bisogna scegliere condizioni in cui le reazioni utili avvengano più velocemente di quelle indesiderate (di solito alte t per tempi brevi).
• Blanching: Trattamento termico blando usato soprattutto per frutta e verdura, con lo scopo di disattivare l’attività enzimatica in modo da stabilizzare il prodotto e ridurne il decadimento qualitativo (soprattutto in termini di colore).

Significato del parametro attività dell'acqua aw: L’acqua presente negli alimenti è coinvolta in sviluppo microbico, reazioni chimiche ed enzimatiche. La velocità di questi dipende dall’attività dell’acqua, ovvero l’acqua disponibile. Essa corrisponde al rapporto tra la pressione di vapore dell’acqua nel prodotto (p) rispetto alla pressione di vapore nell’acqua pura (p’) alla stessa t. Essa può variare quindi da 0 a 1, con aw 0 = fortemente legata e aw 1 = totalmente libera. L’attività dell’acqua è utilizzata per aumentare la conservabilità dei prodotti alimentari: diminuendola infatti viene rallentata la crescita microbica, fino a un minimo di 60-70% in cui si ha totale inibizione dello sviluppo microbico. L’aw si può diminuire per disidratazione o per aggiunta di sale o zucchero. Zuccheri e sali possono cristallizzare in forma amorfa (più igroscopici) o cristallina (poco igroscopica). Le reazioni di Maillard hanno massima velocità a valori di aw intermedi (0,4 – 0,7). Un aumento di t produce nei prodotti un valore di aw maggiore (quindi meno igroscopicità).

• Trattamenti basati sulla rimozione di acqua (concentrazione, essiccamento, liofilizzazione). L’attività degli enzimi e la vita dei microrganismi necessitano di H₂O allo stato liquido. L’eliminazione dell’H₂O disponibile è quindi utile per la conservazione. Si può ridurre l’acqua totale (concentrazione, essiccamento, liofilizzazione) o agire solo sull’aw (sale, zucchero). La disidratazione causa l’arresto delle attività metaboliche e l’uccisione di alcune specie di microrganismi (non le spore). Meno è l’umidità rimasta, più l’alimento si conserva.
• Concentrazione: Riduce solo parzialmente l’acqua presente.
  • Per evaporazione: metodo più diffuso, l’alimento viene riscaldato per farla evaporare. A livello industriale è fatta sotto vuoto relativo (abbassa t eb). Tempi lunghi, quindi altera le caratteristiche (perdita componenti volatili).
  • Crioconcentrazione: rimozione di H₂O sotto forma di cristalli di ghiaccio (punto di gelo delle soluzioni è più basso di quello delle sostanze pure). Mantiene le caratteristiche degli alimenti sensibili.
  • Osmosi inversa: prodotto inviato contro membrana che fa passare solo acqua.
• Essiccamento: Rimuove quasi tutta l’acqua (fino 10-15% residuo). Quello naturale è lungo e altera le caratteristiche. Oggi si usano essiccatori con aria calda, gas, infrarossi, microonde o contatto diretto con superfici calde.
• Liofilizzazione: Disidratazione per sublimazione del ghiaccio (passaggio diretto da solido a gas, scendendo sotto il punto triplo e poi vuoto). Conserva le caratteristiche; i prodotti sono facili da reidratare.

• Trattamenti fisici e chimico-fisici (affumicamento, acidificazione, salagione, aggiunta di zucchero, uso di additivi e conservanti, atmosfere modificate/controllate).
• Affumicamento: Alimento esposto all’azione di calore e fumo sprigionati da combustione incompleta di legni particolari (faggio, quercia, castagno). Azione conservante dovuta a t, disidratazione, ambiente povero di O₂, azione antibatterica di alcune sostanze (formaldeide). Meglio lento e a bassa t.
• Acidificazione: Abbassamento del pH inibisce lo sviluppo dei patogeni (anche sporigeni). Gli acidi possono essere prodotti per fermentazione (da glucosio ad acido lattico ad opera di batteri lattici) o aggiunti artificialmente (aceto negli ortaggi).
• Salagione: Il sale riduce l’attività dell’acqua, aumenta la pressione osmotica (il microrganismo cerca di diluire la soluzione, disidratandosi), riduce la solubilità dell’ossigeno. La salagione può essere fatta a secco (sfregamento con sale grosso) o a umido (salamoia).
• Zucchero: Attenzione: in piccole quantità fa da substrato per la crescita microbica! Deve essere almeno al 50% per ridurre l’attività dell’acqua ed esercitare pressione osmotica.
• Atmosfera controllata: Usata per frutta e verdura, tenore di ossigeno mantenuto sotto al fabbisogno respiratorio del prodotto e sostituito con azoto e anidride carbonica.
• Atmosfera modificata: La composizione dell’aria è modificata dalla respirazione del prodotto (si riduce O₂ e aumenta CO₂ e azoto che inibisce lo sviluppo di muffe, lieviti, batteri e l’alterazione dei lipidi). Può avvenire anche sottovuoto, senza l’aggiunta di gas (elimina sempre l’ossigeno).

Conservanti e additivi: I conservanti sono sostanze naturali o di sintesi che prolungano la durabilità dei prodotti, aggiunte ai prodotti per fini tecnologici. Additivi in UE hanno sigla preceduta da “E” e sono antiossidanti, conservanti, coloranti, emulsionanti, stabilizzanti, addensanti, gelificanti. I principali conservanti sono nitrati e nitriti (E249,50,51,52), usati negli insaccati. Svolgono azione antimicrobica, favoriscono l’aroma e mantengono il colore rosso. I nitriti nello stomaco possono trasformarsi in nitrosammine, cancerogene. Nitrati innocui ma possono diventare nitriti (saliva). I principali antiossidanti naturali sono acido ascorbico (vitamina C) e tocoferoli (vitamina E). Quelli artificiali sono gallati, BHA e BHT.

Trattamenti basati sull’uso delle basse t: refrigerazione e congelamento/surgelazione.

Refrigerazione

Sotto i 10°C, rallentano la crescita microbica e le attività enzimatiche (gli psicrotrofi continuano a crescere lentamente, vedi Listeria). L’acqua nell’alimento rimane allo stato liquido.

Congelamento e surgelamento

Avviene la solidificazione dell’acqua presente nell’alimento, con blocco della crescita dei microrganismi (impossibile il totale congelamento, quindi le reazioni di degradazione sono molto rallentate ma continuano). La conducibilità termica del ghiaccio è molto superiore a quella dell’acqua!

Il processo si svolge in due fasi:

• Nucleazione: Si formano i cristalli, appena si sorpassa il punto di gelo.
• Accrescimento: Dei cristalli formati.

Il congelamento può essere lento (-20°C, si formano pochi cristalli grandi extracellulari che rovinano il tessuto) o veloce (-30/-50°C, si formano tanti cristalli piccoli intra ed extracellulari che non danneggiano le cellule). Con lo scongelamento si possono verificare danni meccanici, soprattutto nei tessuti vegetali (sono più rigidi per la parete). Può capitare inoltre che durante lo scongelamento l’acqua non riesca a tornare nelle posizioni originarie e fuoriesca come essudato. I surgelati hanno particolari normative a riguardo: Decreto legislativo 110/92, poi ministeriale 493/95. Surgelato: - congelamento rapido, mantenuto sempre a -18°C (o meno) fino alla vendita, confezionato dal produttore.