Embed Size (px)
Citation preview
0
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SASSARI Dipartimento di Agraria Corso: Tecniche di allevamento animale
Sicurezza e qualità alimentare:
Il confezionamento
Professor: Gianfranco Greppi Relazione di: Enrica Cuccui
Anno accademico 2012/2013
1
Indice
Introduzione 2
1) Il Confezionamento alimentare 5
2) La Conservazione Ipobarica 6
3) Il confezionamento sotto vuoto 6
Il confezionamento in Atmosfera modificata 10
1) Gas comunemente usati 13
2) Effetti sugli alimenti 17
3) Principali effetti della CO2 sui microrganismi; 18
4) Principali applicazioni; 23
Il confezionamento in Atmosfera Controllata 28
1) Applicazione sui prodotti ortofrutticoli 30
Applicazione delle nanotecnologie nel settore alimentare 31
1) Applicazione delle nanoscienze alle sostanze
nutritive e alimenti 32
2) Micro e nanotecnologie per il controllo del processo e
la valutazione della qualità 35
3) Utilizzo di nanomateriali per migliorare la qualità e
la sicurezza alimentare 37
Bibliografia 39
2
Introduzione
La qualità di un prodotto al imentare si può definire come la rispondenza d i un
prodotto o di un bene a dei precisi standard che devono essere in grado di
soddisfare le esigenze del consumatore; egl i è infatti i l principale protagonista in
grado di determinare i fattori del la qualità al imentare.
Nella maggior parte dei casi, per verificare la conformità di un prodotto a degli standard ben
precisi, è necessario valutarne le sue caratteristiche analitiche : fisiche , chimiche,
microbiologiche e sensoriali.
Questi parametri rappresentano i controlli che devono essere effettuati sui prodotti alimentari per
valutarne la qualità tecnologica , commerciale e il consumo.
Chi intende produrre “qualità” deve conoscere le esigenze esp l icite ed implicite
del consumatore, trasferirle in contenuti effett ivi di prodotto e trasmetterl i
real izzando pertanto un aspetto vantaggioso per la competitività di un’azienda.
I l principale fattore per ottenere quella che poi sarà definita “ottima qualità” è la
sicurezza al imentare, elemento basi lare per assicurare l ’ integrità del prodotto e
la sua salubrità.
Da quando l’uomo ha cominciato a considerare gli alimenti non solo come fonte primaria di
sussistenza ma come merce, ha dovuto affrontare i problemi connessi con il trasporto del cibo dal
luogo di produzione al luogo di vendita;conseguentemente è nata l ’esigenza di
regolamentare dettagl iatamente la materia, predisponendo un corposo insieme di
disposizioni che prevedono parametri di sicurezza.
Di qui in avanti, idee e materiali hanno fornito alle scienze tecnologiche la materia prima per la
realizzazione di nuovi sistemi di conservazione degli alimenti attraverso numerosi metodi tra i
quali quello del confezionamento alimentare o packaging .
Quest’ultimo ha assunto in tempi recenti il ruolo di fattore chiave nella conservazione degli
alimenti ponendosi i seguenti obiettivi :
soddisfare i requisiti di sicurezza alimentare, per la tutela della salute del consumatore;
essere una protezione efficace contro la contaminazione chimica e microbiologica;
essere il mezzo per fornire al consumatore le informazioni sulla qualità e la storia del suo
contenuto;
Ottimizzazione della Shelf Life ;
3
Oggi il packaging rappresenta quindi una delle fasi di maggior importanza nella
commercializzazione di un prodotto.
I materiali utilizzati devono essere esenti da sostanze che possano in alcun modo interferire a
livello chimico con l’alimento confezionato, alterandone gusto, forma od odore.
A questo proposito è importante il legame tra packaging e Shelf Life anche in considerazione del
fatto che attualmente, il consumatore, richiede al mercato alimentare standard di qualità e di
sicurezza sempre più elevati; di conseguenza, l’intera filiera di produzione, rivolge molto impegno
a tutto il ciclo di preparazione e commercializzazione, conferendo un ruolo centrale alle modalità
di condizionamento dei prodotti.
Per shelf life si intende quel periodo di tempo in cui un prodotto alimentare conserva, entro livelli
ritenuti accettabili, la composizione chimico-fisica, il valore nutritivo, la microflora, la sicurezza
igienico sanitaria, le caratteristiche di sapore, colore, odore/aroma, consistenza.
Tali parametri possono essere influenzati da diversi fattori, quali l’esposizione alla luce, la
temperatura, le sollecitazioni meccaniche, la contaminazione microbica, i gas, l’umidità e
l’imballaggio.
Distinguiamo tra:
Shelf life primaria: Periodo di tempo nel quale un prodotto alimentare, in specifiche condizioni di confezionamento, stoccaggio e distribuzione, mantiene caratteristiche igienico-sanitarie, nutrizionali e/o sensoriali accettabili; Shelf life secondaria: Periodo di tempo nel quale un prodotto alimentare, in specifiche condizioni di conservazione,mantiene caratteristiche igienico sanitarie,nutrizionali e/o sensoriali accettabili dopo l’apertura della confezione.
Il rapporto tra Shelf life primaria e Shelf life secondaria rappresenta l’estensione di vita dovuta al
packaging e quindi la minima vita di scaffale che un prodotto deve avere per restare competitivo
sul mercato.
4
La shelf life è determinata prevalentemente da considerazioni di marketing, legate ai
comportamenti dei consumatori, alle esigenze della distribuzione ed è sempre opportuno
progettare i prodotti e i loro imballaggi affinché raggiungano o superino la shelf life attesa, ma è
altrettanto opportuno evitare eccessive protezioni (overpackaging) e inutili aggravi di costo nelle
operazioni di packaging prestazioni dell’imballaggio condizionano la Shelf Life sia in termini
quantitativi (quanto lunga è la durabilità), sia in termini qualitativi (quale è il meccanismo di
degradazione predominante).
L’operazione di confezionamento assume un ruolo “attivo” nel controllare i fenomeni di
deperimento.
Non una semplice protezione dagli agenti della degradazione come avviene nel confezionamento
tradizionale, né il ruolo “passivo” dell’evacuazione dell’aria dalla confezione, bensì la possibilità di
intervenire nel controllare alcuni fenomeni degradativi.
5
Confezionamento alimentare
Il confezionamento degli alimenti è l'operazione con cui
viene applicata ad un prodotto alimentare una protezione
fisica , chiamata imballaggio, che annulla o minimizza
l'influenza dell'ambiente esterno.
Il confezionamento degli alimenti ha una importanza
fondamentale in riferimento ad almeno quattro aspetti
della vita di un prodotto alimentare industriale: il contenimento, la conservazione, la
commercializzazione ed il trasporto.
Contenimento: se il prodotto è liquido (latte) o comunque fluido (budino), oppure in polvere
(farina) o composto di piccole parti che devono necessariamente essere tenute assieme (biscotti),
se non ha una struttura rigida (bistecca), l'imballaggio è indispensabile per contenere e sostenere
la quantità di prodotto che costituisce l'unità di vendita.
Conservazione: si può considerare il confezionamento come un metodo di conservazione,
finalizzato quindi ad un prolungamento della vita del prodotto ai fini della commercializzazione,
anche se solo in casi particolari è una condizione sufficiente.
Nella grande generalità dei casi un idoneo confezionamento è sussidiario ad una tecnica
(congelamento, surgelazione, disidratazione, pastorizzazione, sterilizzazione, ecc.) che rende
inefficaci eventuali processi di alterazione del prodotto: in questi casi l'imballaggio serve da
barriera per garantire la permanenza della situazione virtuosa ottenuta con il processo applicato.
Commercializzazione: l'imballaggio determina l'unità di vendita (oltre alle eventuali sub-unità),
accoglie tutte le informazioni necessarie ad una corretta identificazione merceologica del
prodotto, ad una conoscenza delle sue caratteristiche fisiche e nutrizionali, delle modalità di
conservazione e di utilizzo, dei termini di scadenza, all'individuazione del produttore e di colui che
lo commercia, oltre ad ospitare immagini e colori suggestivi per l'acquisto.
Trasporto: i prodotti finiti presenti nel magazzino-spedizioni dell'industria di produzione, così
come le materie prime in entrata, devono avere un allestimento tale da poter essere gestiti/e
(carico, scarico, stivaggio) con la massima efficienza, e l'imballaggio finale, costituito di unità di
grandi dimensioni e forme regolari, consente l'utilizzo economico degli opportuni mezzi meccanici
(carrelli, nastri, containers, ecc.)
6
Conservazione Ipobarica
La conservazione ipobarica è una tecnica che prevede la conservazione degli alimenti in aria in condizioni di
bassa pressione , bassa temperatura ed elevata umidità : questi parametri sono controllati con precisione
insieme alla ventilazione.
Lo stato ipobarico determina ridotte concentrazioni di ossigeno, che , a loro volta, risultano in una riduzione
del’ossidazione dei grassi.
Atmosfere di circa 10 mmHg si sono dimostrate efficaci per le carni e i prodotti ittici, 10-80 mmHg per frutta
e verdure e 10-50 mmHg per i fiori recisi.
In uno studio su Lonza di maiale , una pressione di 10mmhg associata a circa – 18° C (0°F) e al 95% di
umidità relativa è risultata sei volte più efficace della conservazione in aria per prolungare la shelf life.
Questo metodo è stato descritto per la prima volta intorno al 1960 da Stanley Burg ed un contenitore
ipobarico commerciale è stato sviluppato nel 1976.
Il confezionamento sottovuoto
Il confezionamento sottovuoto è una moderna tecnica di confezionamento dei prodotti
alimentari che prevede l’estrazione dell’aria contenuta nella confezione e successivamente
la sua chiusura ermetica.
In questo modo l’ossigeno e tutti i contaminanti chimici e batteriologici normalmente presenti
nell’aria , come composti inquinanti, batteri e muffe, non possono entrare in contatto diretto
con il prodotto.
Livelli diversi di vuoto possono essere usati, regolando la macchina confezionatrice, in funzione
delle caratteristiche del prodotto da confezionare sino ad arrivare alla pressoché completa
estrazione dell’aria ed ad un valore di residuo d’ossigeno pari ad un centesimo del valore iniziale.
Qualsiasi prodotto alimentare conservato a bassa temperatura in una confezione rarefatta e
purificata, mantiene più a lungo le sue caratteristiche di colore, aroma e valore nutrizionale. In
breve, tutte le sue qualità e tutto il suo valore economico.
7
Non sono necessari grandi impianti per ottenere questo tipo di risultati, si possono utilizzare
piccole unità, semplici e facili all’uso e realizzate con coperchi trasparenti per permettere di
seguire tutte le fasi del confezionamento.
I principali nemici della qualità del prodotto sono :
- L’ossigeno contenuto nell’aria;
- I microrganismi (batteri e muffe);
Questi ultimi sono presenti ovunque nell’ambiente e possono essere trovati negli stampi, nelle
macchine, sulle mani degli operatori, ecc.
L’ossigeno è un elemento indispensabile per l’esistenza umana, è un gas molto reattivo ed è in
grado di combinarsi con diverse sostanze contenute nei prodotti alimentari.
Quando reagisce con gli ingredienti del prodotto alimentare l’ossigeno può causare cambiamenti
negativi a livello di colore, gusto ed odore, compromettendo qualità ed accettabilità del prodotto.
Molti dei microrganismi che si possono moltiplicare nel cibo sono di tipo aerobico, questo significa
che essi necessitano di un’adeguata quantità d’aria per vivere.
Senza di essa la loro proliferazione è bloccata ed è fortemente inibita la loro attività di
fermentazione e di degenerazione del prodotto alimentare.
In condizioni di sottovuoto ed a bassa temperatura si possono sviluppare solo poche specie
microbiche ed esse, per la maggior parte, non sono negative ma possono essere perfino
considerate positive per la qualità del gusto di molti cibi (lactobacillus).
L’immediata evacuazione dell’aria da una confezione (perciò dell’ossigeno contenuto) assicura una
più lunga conservazione d’ogni prodotto alimentare degradabile.
Inoltre assicura una buona presentazione ed una protezione reale contro un’eventuale
contaminazione accidentale.
Confezionare sottovuoto un prodotto alimentare immediatamente dopo il suo processo di
produzione è il mezzo migliore di proteggere la sua qualità e mantenere il suo valore.
Prima che l’aria cominci a deteriorare il prodotto alimentare direttamente (essiccando, ossidando,
variando il profumo) od indirettamente (favorendo lo sviluppo di batteri, lieviti, muffe ed i loro
metaboliti), il confezionamento sottovuoto può "congelare" la qualità del prodotto al livello
raggiunto nella fase di produzione e mantenerlo intatto sino al momento del consumo.
Unità di vendita
8
Una macchina in grado di confezionare sottovuoto qualsiasi prodotto alimentare in pratiche buste
o vaschette può essere la chiave di successo di un’unità di vendita per I seguenti motivi:
1*Offrendo un servizio aggiuntivo al cliente
2*Aggiungendo valore al prodotto
3*Salvaguardando la conservabilità del prodotto durante le ore di chiusura
4*Offrendo un prodotto self-service
Estrarre l’aria dalla confezione e mettere il prodotto nelle migliori condizioni di conservazione è
facile, veloce ed aumenta la "vita di scaffale" dei prodotti deperibili.
Il confezionamento sotto vuoto è uno strumento importantissimo ed indispensabile per
conformarsi all'HACCP e consente di ottenere ottimi risultati in termini di igienicità e qualità
dell'alimento, senza peraltro dimenticare il risparmio economico e di tempo che ne deriva.
L'HACCP è una metodologia di analisi del processo per individuare i punti critici che
compromettono l 'igiene degli alimenti.
La macchina sottovuoto, tramite una pompa d’aspirazione, regolata e comandata da una scheda di
comando, estrae aria dall’apposita buste riducendo e inibendo la carica batterica presente
nell’aria, causa della contaminazione e dell’invecchiamento dei cibi.
9
Il confezionamento sotto vuoto influenza numerosi aspetti , tra i quali:
1. Igiene
2. Qualità
3. Freschezza
4. Aspetto
5. Migliore organizzazione del lavoro.
Igiene:
Un qualsiasi prodotto confezionato sottovuoto, è isolato dall’ambiente esterno ed è quindi protetto da
contaminazioni che alterano l’aspetto, riducono la durata ed inquinano gli aromi naturali del prodotto.
Confezionando sottovuoto i cibi, si è certi di presentare prodotti igienicamente sicuri..
Qualità:
Confezionando un prodotto sottovuoto, vengono mantenute inalterate nel tempo, le caratteristiche iniziali
del prodotto stesso aumentando il gradimento del prodotto.
Freschezza:
All’apertura della busta ,i prodotti confezionati sottovuoto hanno conservato la freschezza originale.
Aspetto:
Il mantenimento della colorazione naturale del prodotto è fondamentale agli occhi del consumatore.
Togliere dal frigorifero dopo 30 giorni una bistecca che abbia mantenuto la sua colorazione rossa, oppure
servire un formaggio che non sia ingiallito in superficie o dell’insalata che abbia mantenuto inalterato il suo
aspetto è importante.
Migliore organizzazione del lavoro in cucina:
Attraverso il confezionamento sottovuoto si può organizzare al meglio un’attività produttiva, riducendo i
tempi morti , gli sprechi e i tempi di lavorazione.
10
Capitolo 1. Il confezionamento in Atmosfera Modificata
Il confezionamento in atmosfera modificata MAP (Modified atmosfere pakaging) rappresenta un
metodo impiegato per cambiare l’ambiente gassoso sopra e intorno all’alimento allo scopo di
estendere la shelf life.
Complessivamente consiste delle diverse modalità con cui l’anidride carbonica (CO2) è utilizzata
come gas preservante.
È noto dal 1882 che aumentare concentrazioni di CO2 prolungano la shel- life delle carni fresche e
l’applicazione pratica di questo gas per estendere la schelf life delle carni rosse è stata praticata
per molti decenni; l’effetto della CO2 su alcuni prodotti vegetali fu osservato già nel 1921.
Negli stati uniti circa il 90% delle carni confezionate e sotto vuoto /MAP e circa il 90/95 % della
pasta fresca in Inghilterra è confezionata in MAP.
Il confezionamento in Atmosfera Modificata (MAP) o Atmosfera Protettiva è stato numerose volte
descritto erroneamente come sinonimo di Confezionamento in Atmosfera Controllata (CAP) o
Stoccaggio (CAS).
MAP è definite come "il confezionamento di un prodotto deperibile in una atmosfera che è stata
modificata in modo che la sua composizione è diversa da quella dell’aria".
Questo è in contrasto con il CAS che include il mantenimento di una precisa e definita atmosfera
nella camera di stoccaggio ed il confezionamento sottovuoto che è il confezionamento di un
prodotto in una confezione alta barriera da cui è stata rimossa l’aria.
Il CAP può essere considerato come simile al MAP, in quanto è tecnicamente impossibile od
irrealizzabile mantenere l’atmosfera originale intorno al prodotto una volta che esso è sigillato
all’interno di una confezione.
Questo è particolarmente vero con prodotti freschi e non sterili, a causa della loro dinamica
natura chimica e microbiologica ed alle caratteristiche fisiche della confezione e del materiale
usato per il confezionamento.
La potenzialità dell’uso dei gas per aumentare la conservabilità degli alimenti è stata riconosciuta
più di mezzo secolo fa, tuttavia la scienza e la tecnologia sull’uso dei gas si è evoluta lentamente.
11
Negli ultimi vent’anni, con l’aumento del costo della materiali prima, del lavoro e dell’energia e lo
stretto controllo dell’uso d’alcuni conservanti ed additivi, ha preso nuovo vigore l’interesse
nell’uso dei gas quali mezzi per conservare i prodotti alimentari deperibili.
La disponibilità di film per il confezionamento con un ampio range di caratteristiche fisiche e la
versatilità delle macchine per il confezionamento hanno reso possibile l’uso delle tecniche di
Confezionamento in Atmosfera Modificata o Protettiva anche in piccole unità di produzione.
Con la tecnica MAP è eliminato l’ingombrante costoso e poco agevole monitoraggio continuo
dell’atmosfera intorno al prodotto, questo rende la tecnica più semplice per un’applicazione su
vasta scala e praticabile ed accessibile anche a piccole produzioni.
Il profumo, l’igiene e la qualità nutrizionale di un prodotto alimentare ha tre principali nemici:
l’ossigeno contenuto nell’aria che può ossidare il prodotto danneggiando il suo profumo o
determinare odore sgradevole a causa della riproduzione e crescita di microrganismi degradativi
(batteri e muffe); i microrganismi normalmente presenti nell’ambiente, nelle macchine, negli
stampi, sulle mani degli operatori, etc. che, con la loro proliferazione possono rendere il prodotto
inaccettabile al consumo o perfino dannoso per la salute del consumatore; l’attività enzimatica
e/o fisiologica del prodotto alimentare stesso che contribuisce ad accelerarne l’invecchiamento.
E’ possibile intervenire su tutte queste tre principali cause del deterioramento della qualità del
prodotto con un’adeguata modificazione dell’atmosfera allo scopo di mantenere più a lungo il
colore, il gusto ed il potere nutrizionale del prodotto. In breve, tutta la sua qualità ed il suo valore
economico.
La tecnica MAP presenta molte importanti prerogative in confronto al confezionamento
sottovuoto.
In primo luogo può essere considerate una tecnologia più delicata in quanto il prodotto
alimentare non è stressato dall’evacuazione dell’aria. Una veloce e violenta estrazione
dell’atmosfera può rimuovere dal prodotto alimentare utili sostanze volatili che sono importanti
per il suo profumo.
Essa può anche causare l’evaporazione di parte dell’umidità propria del prodotto e spostarne il
contenuto di grassi sulla superficie.
12
13
Conservabilità di alcuni prodotti alimentari mantenuti in aria e confezionati in MAP
Alimento Shel-life in aria (giorni) Shelf-life in MAP (giorni)
Caffè 60-90 90-150
Fiocchi di patate 60 120
Prodotti di panetteria 10 60
Emmental 3-5 30-60
Pizza 6 15-21
Paste farcite fresche 6 21
Preparazioni di carni
rosse 4-5 10-15
Carni bianche fresche 5 10-15
Snacks e merendine 15 21
Gas usati più comunemente usati
Il Confezionamento in Atmosfera Protettiva può essere considerato come una tecnologia più
incisiva , in questo caso non è solo eliminata dalla confezione l’aria che può essere causa di
deterioramento, ma vengono anche introdotti elementi (i gas) che possono combattere
attivamente la decadenza qualitativa del prodotto.
Le possibilità di formulazione delle atmosfere sono inoltre così ampie che è possibile definire "a
misura" una specifica ed effettiva miscela di gas per tutti I sistemi prodotto/confezione.
14
Gas di confezionamento utilizzati��Cod. CEE
�Cod. CEE
Cod. CEE
Denominazione chimica
E 290
Anidride carbonica
Inibisce l'attività di batteri, muffe, e la respirazione dei vegetali;
rallenta la maturazione dei vegetali;
non è adatta ai prodotti lattiero-caseari e alte concentrazioni possono risultare dannose.
Una elevata quantità di questo gas può portare ad alterazioni del colore delle carni e può dare un gusto
pungente agli alimenti con un alto contenuto di acqua.
E 938
Argon
E 939
Elio
E 941
Azoto
E' un gas inerte, insolubile in acqua e privo di gusto. Previene lo sviluppo di muffe e lieviti, l'irrancidimento
dei grassi e l'attacco di insetti.
E 942
Protossido d'azoto
E 948
Ossigeno
Viene impiegato sopratutto per inibire lo sviluppo dei microrganismi anaerobi, mantenere inalterato il colore
della carne e permettere ai vegetali la respirazione cellulare.
15
16
17
Effetti dei gas usati più comunemente
Ossigeno
L’ossigeno è usato quasi esclusivamente per il confezionamento della carne fresca.
In alte percentuali, più alte della percentuale presente in aria, permette di mantenere il colore
della carne appena tagliata, nel modo più naturale, per un più lungo periodo di tempo.
Infatti contribuisce a mantenere stabile il colore rosso di mioglobina ed emoglobina evitando
l’inscurimento del prodotto per formazione di metamioglobina.
Per ottenere risultati apprezzabili, però, bisogna che il gas sia presente nella confezione in
quantità superiore al 20% (ci sono casi sin cui si arriva anche all’80% o al 100% di O2). Favorisce i
processi di lipoossidazione ed irrancidimento dei grassi.
Sul mercato esistono ormai molte aziende che fra le altre apparecchiature forniscono anche
appositi rilevatori della tensione parziale di ossigeno.
Questi ultimi possono rivelarsi molto utili nel valutare la concentrazione del gas all’interno del le
confezioni appena prodotte;servono per controllare il corretto funzionamento del
miscelatore/dosatore dei gas.
In alcuni casi l’ossigeno può essere aggiunto alla miscela di confezionamento allo scopo di evitare
lo sviluppo di batteri anaerobi che possono rappresentare un serio rischio igienico per alcuni
prodotti.
Generalmente la presenza dell’ossigeno all’interno della confezione deve essere evitata quanto più
possibile in modo da evitare I cambiamenti qualitativi che sono associati alla sua grande reattività.
Anidride carbonica
Sono molti gli effetti dell’anidride carbonica ed essi interessano gli aspetti microbiologico, chimico
ed enzimatico della conservazione alimentare, difatti questo gas ha un’alta azione batterio statica.
Questo significa che, in presenza di percentuali d’anidride carbonica che può variare dal 15 al 40%,
la moltiplicazione dei batteri e delle muffe è fortemente inibita. L’anidride carbonica non agisce
come un battericida (se non a percentuali molto alte) ma è in grado di fermare la crescita e la
proliferazione dei principali agenti biologici che possono alterare I prodotti alimentari.
18
L’effetto dell’anidride carbonica è anche a livello chimico, infatti, dissolvendosi nel prodotto, il gas
sviluppa una blanda azione acida in grado di denaturare quegli enzimi la cui azione nel tempo può
cambiare il profumo del prodotto alimentare ed interagisce con altri ingredienti, vegetali od
animali, riducendo l’insorgere di modificazioni spontanee.
La solubilità dell’anidride carbonica è elevata sia in acqua che nei grassi e quindi coinvolge tutti i
componenti di qualsiasi prodotti alimentare. Come per qualsiasi altro gas, basse temperature
favoriscono la solubilità dell’anidride carbonica, infatti, prodotti confezionati in atmosfera e
refrigerati mostrano I migliori risultati.
Una volta dissolto, il gas si combina con differenti sostanze contenute nel prodotto alimentare in
modo lento ma irreversibile. Questo significa che, una volta aperta la confezione all’aria, gli effetti
conservativi dell’anidride carbonica sono mantenuti per un po’ di tempo.
L’alta solubilità dell’anidride carbonica presenta anche alcuni problemi. Il volume dl gas dissolto
nel prodotto è rimosso dalla confezione (che è stata saldata ermeticamente) e questo può causare
una contrazione e relativa deformazione del contenitore. Per risolvere questa problematica le
macchine sono dotate di un’opzione tale da permettere una confezione ad una pressione
superiore di quella atmosferica (sovra-pressione).
Principali effetti della CO2 sui microrganismi
Esponendo per tempi prolungati i microrganismi a concentrazioni non inferiori al 10% di anidride carbonica,
si verificano i fenomeni descritti di seguito.
1. L’attività inibitoria aumenta al diminuire della temperatura di incubazione o conservazione .
Ciò è dovuto sia alla maggiore solubilità in acqua della CO2 alle basse temperature sia all’effetto
additivo di una temperatura di crescita inferiore a quella ottimale.
A 1 atm, 100 mL di acqua assorbono 88mL di co2 a 20°C e solo 36 mL a 60°C.
2. Sebbene siano state impiegate concentrazioni di co2 comprese tra 5 e 100% , sembrano ottimali
livelli del 20_30% poiché valori più elevati non apportano ulteriori benefici.
Ciò vale soprattutto per le carni fresche,per le quali è considerato ideale il 20% circa. Livelli maggiori
possono essere usati per prodotti ittici.
19
Per mantenere il colore rosso ,le carni possono essere esposte prima a monossido di carbonio CO e
poi all’atmosfera arricchita di CO2 oppure possono essere conservate in atmosfera di Co2 e O2 in
rapporto 20:80.
3. L’effetto inibitorio aumenta quando il valore di ph diminuisce fino al range di acidità : per tale
motivo, la CO2 è più efficace per carni rosse con pH>6.0 non è efficace.
La shelf life del pesce confezionato sotto vuoto è ridotta dalla crescita di photobacterium
phosphoreum e di shewanella putregìfaciens.
4. In generale, i batteri Gram – negativi sono più sensibili dei gram-positivi all’inibizione da Co2;
pseudomonas spp sono tra le specie più sensibili e Clostridium spp tra quelle più resistenti.
Durante la conservazione prolungata delle carni, la Co2 determina una variazione sostanziale nella
popolazione microbica presente : da una ampiamente rappresentata da batteri Gram-negativi-tipica
del prodotto fresco- a una rappresentata per lo più o quasi esclusivamente , da batteri Gram-positivi.
5. L’esposizione della Co2 determina un rallentamento sia della fase lag sia quella esponenziale del
ciclo di crescita microbica.
6. La Co2 sotto pressione, rispetto a quella pressione atmosferica , risulta considerevolmente più
efficace verso i microrganismi :pressioni comprese tra 6 e 30 megapascal (MPa) possono distruggere
batteri e funghi in diverse condizioni.
Si ritiene che l’azione distruttiva si verifichi quando la pressione viene rilasciata improvvisamente.
Modalità d’azione
Sono state proposte 2 differenti spiegazioni del meccanismo di inibizione microbica della CO2.
Secondo King e Nagel la CO2 blocca il metabolismo di Pseudimonas aeruginosa e sembra
esercitare un’azione di massa sulla decarbossilazione enzimatica.
Sear e Eisenberg hanno osservato che la Co2 influenzava la permeabilità della membrana
cellulare; Enfors e Molin, nei loro studi sulla germinazione delle endospore di Clostridium
sporogenes e C. perfringens , hanno trovato evidenze a supporto di tali ipotesi.
Alla pressione di 1 Atm veniva stimolata la germinazione delle spore di queste 2 specie , mentre
quella delle spore di Bacillus cereus era inibita;come dimostrato da altri ricercatori, tale azione
stimolante della Co2 è maggiore a valori più bassi di pH.
A una pressione di Co2 di 55 atm era in grado di germinare solo il 4% delle spore di C. sporigenes ;
la stessa percentuale di germinazione si osserva per C. perfringens a pressione di 50 atm di Co2 .
20
Gli autori di questa ricerca hanno ipotizzato che l’inibizione della Co2 fosse dovuta al suo
accumulo nel doppio strato lipidico della membrana cellulare , che determinerebbe un aumento
della fluidità della membrana stessa. Un effetto negativo sulla permeabilità di membrana è stato
suggerito anche da altri studiosi.
Quando la Co2 disciolta è presente anche come acido carbonico (HCO3) , uno dei prodotti della
sua dissociazione ), può causare variazioni della permeabilità cellulare.
Lo spettro antimicrobico della Co2 è molto simile a quello del diacetile ; sebbene di per sé ciò non
significhi che i due composti possiedono lo stesso meccanismo d’azione, le straordinarie
somiglianze sono degne di nota.
Il diacetile è un antagonista dell’arginina ; la sua modalità di azione è stata discussa insieme a
quella di altri composti α- di carbonilici.
La maggiore sensibilità dei batteri Gram-negativi agli inibitori α-dicarbonilici sembra essere dovuta
alla loro capacità di inattivare le proteine leganti amminoacidi – in particolare quelle in grado di
legare arginina - presenti nel periplasma cellulare.
Pertanto , sembra ragionevole ipotizzare che il sito di azione di Co2 sia il periplasma , dove
interferisce con il normale funzionamento delle proteine leganti amminoacidi.
Tra i primi a dimostrare l’efficacia di elevati livelli di Co2 nella conservazione di carni tagliate si
ricordano : in Inghilterra , J. Brooks , che nel 1933 ne studiò l’effetto su carne magra, E. Callow ,
che lo studiò su carne di maiale e becon , e R.B. Haines , che dimostrò l’azione di Co2 sui
microrganismi alteranti ; in Australia , W.A. Empey , che nel 1933 impiegò Co2 per la
conservazione di carni bovine.
In generale la shelf life delle carni rosse può essere estesa fino a 2 mesi, se confezionata in
atmosfera di O2 75% + Co2 25% e conservata a – 1 °C .
L’elevato livello di ossigeno assicura il mantenimento del colore rosso .
E’ stato dimostrato che è necessario almeno il 15% di Co2 per ritardare la crescita microbica su
bistecche di bovino e che una miscela costituita di Co2 15% + O2 75% + N2 10% è più efficace del
vuoto sia per il mantenimento del colore rosso sia per la qualità microbiologica nelle carni.
L’importanza della temperatura di stoccaggio per le carni MAP è stata inizialmente dimostrata da
Jaye e colleghi , che hanno osservato notevoli differenze di qualità nella carne bovina macinata a
seconda che fosse conservata a 30 o a 38°C .
21
L’importanza della temperatura di conservazione è stata dimostrata in n altro studio usando il
metodo Captech, che combina procedure di lavorazione igieniche , conservazione a – 1 °C , livelli
elevati di CO2 e bassi di O2 e imballaggio impermeabile ai gas.
Il processo era applicato in lonze di maiale in condizioni che simulavano quelle dell’esposizione
negli esercizi di vendita al dettaglio , nei quali la temperatura può arrivare anche a 8°C .
I batteri lattici crescevano senza diminuzione apprezzabile della fase lag, raggiungendo cariche di
10 ^7 /cm^2 entro 9 settimane.
Com’è tipico delle carni MAP , la microflora , inizialmente eterogenea , diventa omogenea nel
corso della conservazione prolungata sotto vuoto o MAP , durante la quale il pH diminuisce per la
predominanza dei batteri lattici.
L’efficacia relativa del confezionamento MAP e del sotto vuoto delle carni rosse può essere
valutata determinando le variazioni della capacità di idratazione.
I batteri Gram – negativi aumentavano di circa 6 unità log nelle carni mantenute in condizioni
aerobiche e di soli 3 unità log in quelle conservate in sacchetti a elevata barriera.
Risultati analoghi possono essere ottenuti impiegando il metodo con carta da filtro per misurare la
capacità di idratazione .
L’aumentata idratazione era determinata dalla crescita preferenziale di batteri Gram - negativi
associata all’aumento del pH verso valori alcalini.
Nei loro studi condotti su fegati di bovino e di suino e su reni di bovino confezionati in sacchetti a
elevata barriera , Hanna e colleghi hanno osservato che il pH diminuiva nei prodotti mantenuti a
2°C fino a 28 giorni.
Il valore di ERV è stato utilizzato per valutare l’alterazione di carni confezionate sotto vuoto.
In uno studio condotto su carni bovine macinate normali e DFD , conservate fino a 11 giorni a 3°C
in atmosfera al 100% di CO2 , la shelf life aumentava di circa 3-4 giorni , con sviluppo
preferenziale della flora batterica lattica e Brochothrix thermosphacta ; nei campioni conservati in
aria predominavano invece le Pseudomonadaceae .
Dopo conservazione di 11 giorni, il lattato risultava aumentato nelle carni normali con pH basso
confezionate sotto Co2 e diminuito nei campioni conservati in aria.
In salsiccia greca conservata sotto vuoto e in atmosfera contenente 100% di Co2 a 4 e a 10°C,
Lactobacillus sakei/curvatus dominava dopo 30 giorni.
22
La concentrazione di D- lattato aumentava in misura maggiore nei prodotti conservati in atmosfera
di Co2 e sotto vuoto rispetto a quelli conservati in condizioni aerobiche.
Secondo gli autori di questa ricerca la Co2 non aveva un effetto significativo sul prolungamento
della shelf life di salsiccia greca.
Complessivamente , lo stoccaggio a basse temperature delle carni fresche vengono conservate a
bassa temperatura in atmosfera con livelli bassi di ossigeno e alti di Co2 , la normale microflora
previene la crescita dei microrganismi patogeni grazie alla diminuzione del pH , alla competizione
per l’O2 , alla possibile produzione di sostanze antimicrobiche e altri fattori.
Azoto
L’azoto è una delle più inerti sostanze conosciute. Per renderlo reattivo chimicamente sono
necessarie altissime pressioni e temperature. A causa di queste caratteristiche il suo uso è molto
importante nella formulazione di miscele di gas. L’azoto permette la corretta proporzione degli
altri gas che fanno parte della miscela, esclude la presenza d’ossigeno e rallenta i cambiamenti
negativi determinati da attività enzimatica o microbiologica.
Un’altra importante caratteristica dell’azoto è che è il gas meno permeabile attraverso i film
utilizzati per il confezionamento alimentare, perciò una atmosfera con azoto è più stabile di una
con alte percentuali d’ossigeno o anidride carbonica.
Molti alimenti esposti sugli scaffali dei supermercati mantengono caratteristiche nutritive,
freschezza e aspetto grazie alle particolari atmosfere protettive con cui vengono confezionati:
un’atmosfera di azoto per prodotti secchi come noccioline, patatine, fiocchi di patate;
una miscela di azoto e anidride carbonica per i prodotti da forno, per i salumi affettati e per i
piatti pronti;
una miscela speciale per la carne;
le mele vengono immagazzinate in celle frigorifere ad atmosfera controllata: un abbassamento
del tenore di ossigeno frena la respirazione e rallenta l’invecchiamento della frutta, che può così
essere consumata tutto l’anno;
cereali, spezie, frutta secca, erbe officinali sono disinfestati con anidride carbonica;
23
bevande come soda, birra, acqua gassata e alcuni vini vengono addizionate con un processo di
carbonatazione: l'anidride carbonica, a contatto con il liquido, si fraziona nelle caratteristiche
bollicine che tutti conoscono;
una goccia di azoto liquido versato nella lattina, al momento del confezionamento delle bevande
non gassate come il the, conferisce al contenitore una resistenza meccanica;
miscele inerti contenenti azoto o argon proteggono il vino dall’ossidazione durante tutto il
processo di produzione;
azoto e anidride carbonica vengono regolarmente utilizzati nei bar e nei ristoranti per la
spillatura delle bevande, come acqua, vino, birra, soft drinks, ecc.
Principali applicazioni
Il successo dell’uso dei metodi di confezionamento sotto vuoto , MAP e Cas per estendere le
shelf life di una grande varietà di alimenti è ben documentato .
Carni fresche
Le cause per cui la carne fresca si deteriora durante
la conservazione sono diverse:
- Moltiplicazione dei batteri aerobi
- Il colore rosso della carne diventa marrone
- Deterioramento delle parti grasse
- De-idratazione della superficie o essiccamento
L’eliminazione dell’aria in una confezione sottovuoto permette il rallentamento di tutte le forme di
degradazione qualitativa.
In una confezione sottovuoto con un’atmosfera rarefatta e poco ossigeno, i batteri dannosi non si
possono moltiplicare e si permette ai batteri lattici di prendere il sopravvento e migliorare il
sapore e la consistenza della carne. La componente grassa non si deteriora ed il prodotto non si
deidrata per evaporazione o per la perdita d’essudato (sangue).
24
In assenza d’ossigeno la carne si scurisce ma questo fenomeno è transitorio, non permanente ed
avviene quando la carne è confezionata immediatamente dopo il taglio. Appena la carne viene di
nuovo esposta all’aria, il suo colore assume un aspetto invitante per il cliente.
Prodotti cotti
Nei prodotti cotti (carnei o vegetali) la microflora originale è cambiata a causa del trattamento
termico, gli enzimi naturalmente presenti sono stati denaturati ed I grassi sono più esposti al
deterioramento. Per queste ragioni, cambiamenti in colore, gusto ed odore possono avvenire
molto velocemente.
Il confezionamento sottovuoto è particolarmente valido per rallentare ogni fenomeno
degenerativo eliminando l’ossigeno ed isolando il prodotto in una confezione ermetica. In questo
modo il prodotto non assume nessun odore indesiderato o contaminanti pericolosi.
La conservazione della carne, anche a temperature basse atmosfera (per esempio 70% ossigeno,
20% anidride carbonica e 10% azoto) è possibile mantenerne il colore, il profumo e la consistenza
per 7-10 giorni ad una temperatura di 2-4°C.
Sebbene in questo caso l’estensione della conservazione è limitata rispetto a metodi più
tradizionali, la tecnica di confezionamento in MAP permette una più razionale distribuzione
(riducendo il numero delle consegne) e permettere una presentazione superiore del prodotto
finito.
Carni trasformate
Il processo deteriorativo delle carni trasformate avviene in modi diversi: fenomeni putrefattivi,
crescita di muffe ed inverdimento possono danneggiare la conservazione delle carni trasformate.
Tutti questi fenomeni, siano essi chimici o biologici, possono essere combattuti con efficacia
attraverso il confezionamento in sottovuoto che permette l’eliminazione dell’aria.
Le caratteristiche più importanti di questi prodotti sono il loro colore (rosa o rosso), l’odore ed il
profumo. Queste peculiarità sono fortemente condizionate dal livello d’ossigeno presente
all’interno della confezione. Perciò, escludere l’aria dalla confezione sottovuoto, rappresenta la
migliore garanzia per mantenere la qualità del prodotto. Confezionare sottovuoto le carni
trasformate è una tecnica di confezionamento usata, da tempo, con successo da tutti i maggiori
produttori.
I segreti del mestiere
Molti formaggi durante la loro maturazione e conservazione determinano una fisiologica
produzione d’anidride carbonica ed un moderato consumo d’ossigeno, come se respirassero.
Perciò, una atmosfera adeguata (10-30% d’anidride carbonica ed il rimanente in azoto) non
danneggia I prodotti caseari e non presenta un rischio per il consumatore in quanto sono un
prodotto naturale della loro maturazione. Confezionare in MAP protegge numerosi prodotti
caseari dall’ammuffimento e da altre modificazioni d’odore e sapore.
25
Pollame
L’efficacia della MaP per la conservazione di pollame fresco è stata dimostrata agli inizi degli anni
Cinquanta ; da allora sono stati riportati numerosi studi.
Hotchkiss ha utilizzato dal 60% all’80% di Co2 su pollame crudo in contenitori di vetro ,
osservando un’estensione della shelf life di almeno 35 giorni a 2°C.
In un altro studio , condotto su polo intero o in pezzi mantenuto a 5°C, i campioni confezionati
con film a elevata barriera presentavano una carica batterica inferiore e si conservano più a lungo
di quelli avvolti con film estensibile con OTR di 6500 mL/m2/24h.
Dopo 16 giorni a 10°C , conservando il pollame in aria il valore conta aerobia su piastra
dell’essudato era 9,40 log 10 , mentre in atmosfera al 20% di Co2 era 6,14 log 10 ^ 92.
Il valore di pH iniziale generalmente più alto è la regione principale per la quale il pollame fresco
MAP ha una shelf life inferiore a quella della carne bovina fresca confezionata con lo stesso
metodo.
Formaggi
Tutti i formaggi, a pasta dura o molle, sono facilmente
soggetti a contaminazioni fungine. Spore di muffe sono
spesso presenti nell’aria dell’ambiente e possono
agevolmente proliferare sulla superficie del formaggio
a causa dell’alto contenuto d’umidità di questi prodotti.
Il confezionamento sottovuoto permette di evitare
quest’inconveniente che può danneggiare l’aspetto ed
il profumo di questi prodotti attraverso la pressoché completa eliminazione dell’ossigeno che è
indispensabile per la crescita di questi microrganismi. Il confezionamento sottovuoto impedisce
l’essiccamento della superficie del formaggio ed i cambiamenti ossidativi che possono
compromettere il profumo e l’aroma dei formaggi derivati.
Il confezionamento sottovuoto e la conservazione a temperature di refrigerazione sono in grado di
prolungare la conservazione dei formaggi permettendone la distribuzione di forme intere o
porzionate.
26
Prodotti da forno
Pane, prodotti lievitati, snack, dolci e molti altri prodotti da forno sono tutti soggetti al fenomeno
dell’ammuffimento (in rispetto al loro livello d’umidità), a cambiamenti della parte grassa
(irrancidimento) e variazioni della consistenza (raffermimento). Per questo motivo la loro qualità
può diminuire velocemente. Il confezionamento in atmosfera (da 100% azoto a 100% anidride
carbonica in accordo al prodotto specifico) è funzionale contro queste possibili modificazioni
qualitative e raddoppia o triplica la conservabilità a temperatura ambiente di questi prodotti
alimentari.
Pasta fresca
Qualunque sia il metodo di produzione utilizzato per la pasta fresca (manuale o industriale,
pastorizzato o sterilizzato, confezionato o sfuso) un confezionamento in MAP con un contenuto
medio-basso d’anidride carbonica (10-30%) rispetto all’azoto, permette di fermare la
moltiplicazione dei possibili microrganismi contaminanti, evitando lo sviluppo indesiderato di
muffe ed aumentando la conservabilità del prodotto a temperature di refrigerazione.
Questo permette una più grande flessibilità in produzione ed
a livello di distribuzione.
Questa è certamente la scelta più difficile che bisogna fare
quando si decide di confezionare prodotti alimentari deperibili
in Atmosfera Protettiva.
In questo campo della tecnologia alimentare le applicazioni
sono numerose ed è sempre consigliabile intraprendere un’adeguata sperimentazione.
La sperimentazione è necessaria per potere definire, provando diverse miscele di gas, le variazioni
del profumo e delle caratteristiche igieniche di uno specifico prodotto alimentare nel tempo. Un
approccio utile potrebbe essere quello di cominciare con miscele contenenti alte percentuali
d’anidride carbonica (50-60%) e procedere fino ad un minimo di 10-15% facendo prove
sistematiche e rigorose in modo da trovare la migliore soluzione per ogni sistema
prodotto/confezione/atmosfera.
Scelta dei materiali e delle tecniche
Il successo del confezionamento di un prodotto alimentare deperibile in Atmosfera Protettiva non
dipende, ovviamente, solo dalla definizione della corretta miscela di gas da utilizzare. Sono anche
estremamente importanti la selezione del materiale e della tecnica di confezionamento. Tutti i
materiali flessibili utilizzati nel confezionamento sono permeabili, in maniera diversa, ai gas. Il
mantenimento dell’Atmosfera Protettiva all’interno della confezione è perciò subordinato alle
caratteristiche del materiale ed alla resistenza della confezione e quindi della sua saldatura.
27
Da questo punto di vista è assolutamente prioritario utilizzare adeguate macchine confezionatrici
che assicurino la completa sostituzione dell’aria con la scelta ed accuratamente dosata, miscela di
gas minimizzando in questo modo l’ossigeno residuo all’interno della confezione.
Tempi di conservazione
E’ difficile fornire una risposta precisa a questa frequente domanda in quanto ci sono numerosi
fattori che possono influenzare l’aumento o la riduzione dei tempi di conservazione. I principali
fattori sono di seguito sommariamente descritti:
1*La natura del prodotto, freschezza e temperatura al confezionamento;
2*Il livello d’igiene nell’impianto di produzione e la strumentazione usata nel processo;
3*I passaggi tenuti per mantenere il prodotto refrigerato sino al momento del consumo
(confezionamento e stoccaggio nell’impianto di produzione, trasporto, scaffali nelle unità
di vendita, etc.);
4*La qualità dei materiali usati per il confezionamento (buste, vaschette e film);
5*La precisione delle macchine confezionatrici a raggiungere il livello di vuoto e la quantità
d’atmosfera necessaria per tutti i tipi di prodotto e confezione;
1*La qualità della sigillatura della confezione;
Variazioni dei fattori esposti portano ad ottenere risultati differenti da punto di vista del tempo di
conservazione raggiunta.
28
Capitolo 2 . Conservazione in Atmosfera controllata (ATM)
L’Atmosfera Controllata è oggi un metodo di conservazione specifico per evitare che l’ossigeno
entri in contatto con gli alimenti, quindi l’aria all’interno delle celle frigorifere viene espulsa e
sostituita con gas miscelati che variano in base al tipo di prodotto da conservare. I gas miscelati
vengono “controllati” e tenuti costanti per mezzo d'impianti specifici, mentre la temperatura non
deve essere superiore i 3-4° C. L’aria all’interno delle celle è privata della maggior parte di ossigeno
ed arricchita con: azoto, anidride carbonica o loro miscele. L’anidride carbonica è adatta per
impedire il formarsi di muffe e\o batteri, mentre l’azoto blocca lo sviluppo delle muffe e il
deteriorarsi dei grassi.
Con questa tecnica il prodotto viene conservato in confezioni chiuse ermeticamente, all'interno
dei quali l'aria è sostituita con alcuni gas miscelati in proporzioni variabili a seconda dell'alimento.
Questo metodo viene chiamato con questo nome perché alla miscela gassosa viene appunto
controllata e mantenuta costante con opportuni interventi. La temperatura, mantenuta a 3-4 °C,
permette di conservare i prodotti fino a sei - otto mesi.
Attraverso l’atmosfera controllata si deve garantire che l’atmosfera immessa a ridosso
dell’alimento resti sempre costante per tutta la durata della conservazione del prodotto. In pratica,
un simile controllo può essere ottenuto soltanto su grandi ambienti di stoccaggio (celle frigorifere,
container). Tali ambienti devono essere dotati di appositi sensori per monitorare le variazioni di
pressione dei gas all’interno della cella e di bombole di scorta che provvedono ad immettere
sempre nuova miscela gassosa all’interno del deposito mano a mano che quella presente viene
consumata.
29
30
L’Atmosfera Controllata applicata sui prodotti ortofrutticoli
Anche dopo la raccolta, i prodotti ortofrutticoli “respirano” e producono calore, vapore acqueo,
anidride carbonica e composti aromatici. Tutti questi fattori portano all’invecchiamento del
prodotto. per una buona e duratura conservazione dei suddetti beni alimentari, non è sufficiente
solo il freddo, ma occorre ridurre anche il livello di ossigeno e aumentare l’anidride carbonica al
fine di abbassarne la velocità di “maturazione”. L’Atmosfera Controllata abbinata al freddo agisce
in modo tale da evitare il degrado dell’aspetto esteriore (buccia, colore, ecc…) e interiore (polpa,
vitamine, acidi, consistenza, ecc…) del prodotto stivato all’interno delle celle frigorifere.
Ogni prodotto vegetale ha un metabolismo. Così ogni frutto è vivo e respira consumando
ossigeno, non solo durante la fase di crescita in campo, ma anche dopo la raccolta. Il processo di
respirazione è contraddistinto dalla demolizione ed ossidazione di carboidrati quali zuccheri ed
acidi, immagazzinati nei tessuti vegetali. I prodotti finali della respirazione sono: calore, anidride
carbonica, vapore acqueo ed alcuni composti aromatici. Più intensa è l'attività respiratoria di un
frutto e più rapido risulta essere il suo "invecchiamento" e di conseguenza più ridotta la sua
conservabilità.
Sia la riduzione del livello di ossigeno nell'ambiente di conservazione che l'innalzamento
dell'anidride carbonica, abbassano significativamente l'intensità respiratoria. L'Atmosfera
Confezionata, abbinata all'abbassamento della temperatura, agisce più in "profondità" sul
metabolismo dei vegetali, riducendo ad esempio la produzione di etilene da parte del frutto,
bloccando la degradazione della clorofilla (colore verde), ritardando l'idrolisi della pectina
(durezza della polpa), rallentando la demolizione delle vitamine e degli acidi.
L'atmosfera modificata si differenzia da quella controllata a causa della permeabilità del
contenitore ma anche dal fatto che l'alimento "respira" e la miscela originaria di gas cambia a
contatto dell'alimento durante la sua conservazione.
I prodotti trattati in questo modo devono comunque portare la dicitura "confezionati in atmosfera
controllata" oppure "confezionati in atmosfera modificata (o protetta)". I gas utilizzati per queste
pratiche sono gas presenti nell'aria che respiriamo e quindi non sono gas tossici.
31
Capitolo 3. Applicazione delle nanotecnologie nel settore alimentare
Numerosi ricercatori , prendendo in considerazione argomentazioni differenti , spiegano il ruolo
assunto dalle nanotecnologie nel settore alimentare ; tre in particolar modo, definiscono tale
ruolo.
- José Miguel Aguilera De l’ Universidad Católica de Chile, Santiago, spiega come le
nanotecnologie, forniscano nuovi modi di controllo degli alimenti dal momento che , molte
strutture alimentari, esistono naturalmente in scala nanometrica.
- Frans Kampers di Wageningen UR, Wageningen, Paesi Bassi, sostiene che le
nanotecnologie trovano applicazione nella formulazione di nuovi tipi di ingredienti
alimentari ma anche di nuovi tipi di confezionamento alimentare tra i quali : strumenti di
rilevazione della qualità alimentare e altri tipi di sistemi di misura e identificazione
(rilevazione di microrganismi,etichettatura degli alimenti).
- Jochen Weiss della University of Massachusetts, Amherst, ha fornito una panoramica su
come le nanotecnologie si stanno sviluppando per aggiungere nuove funzionalità ai
prodotti alimentari.
Egli ha descritto vari nanomateriali , attualmente in fase di studio , interessanti per le loro
potenziali applicazioni nei prodotti alimentari, tra cui microemulsioni, liposomi, nano
particelle lipidiche solide (SLNs) e nano fibre , sottolineando la varietà di modi con cui si
possono costruire materiali nanostrutturati con potenti capacità antimicrobiche di lunga
durata.
Gli scienziati , utilizzando nanomateriali, hanno iniziato a realizzare diversi tipi di strutture
microscopiche con funzionalità diverse ;ciò che gli scienziati non hanno ancora compreso appieno,
tuttavia, è come queste strutture funzioneranno una volta dentro sistemi alimentari attuali.
32
Applicazione delle nanoscienze alle sostanze nutritive e alimenti
Aguilera, partendo dall’attuale strutturazione degli alimenti , spiega come potrebbero essere
strutturati in futuro, riducendo la portata di intervento e le implicazioni di questi ultimi attraverso
l'aggiunta di un “valore unico” per gli alimenti in relazione a :
I. alla nutrizione;
II. alla salute;
III. alla gastronomia;
I.L'industria alimentare e il ruolo delle nano scienze
L'industria alimentare è il settore manifatturiero più grande al mondo; l'introduzione di nuove
tecnologie di trasformazione è stato impegnativo considerando che, fatta eccezione per le grandi
multinazionali, la maggior parte delle aziende alimentari sono piccole o medie imprese (PMI), in
cui le tecnologie tradizionali sono orientate ai gusti e alle tradizioni locali.
Secondo Aguilera, l’industria alimentare si poggia su due assi:
- La "catena alimentare" , che si estende dalla produzione al confezionamento e alla
distribuzione;
- L'asse "consumatore", che si estende dal cervello alla bocca da un lato (e comprende cose
come la percezione del cibo e il piacere) e dalla bocca al corpo (che interessano cose come
la biodisponibilità dei nutrienti, il controllo del peso e la sazietà).
Quest’ultimo ha trovato spazio nel settore alimentare solo gli ultimi 10-15 anni ma tenderà ad
assumere un ruolo ancora più importante in futuro considerando che gli alimenti saranno costruiti
per soddisfare le esigenze dei consumatori anche dal punto di vista dell’ appetibilità/palatabilità.
Gli alimenti , anche naturali (ad esempio, frutta fresca), sono costruiti da molecole che durante la
digestione si scompongono.
Queste molecole formano strutture ordinate come le cellule, le fibre, gel, emulsioni, schiume, e
liquidi.
Per far si che le persone comprendano , Aguilera spiega la differenze tra:
- le dimensioni coinvolte nel "microcosmo" ovvero Microstrutture alimentari: cellule
vegetali, granuli di amido, fibre a base di carne, e cloroplasti;
- e il "nanomondo" ovvero Nanostrutture alimentari: molecole di amilo-pectina e gruppi di
molecole di clorofilla incorporati nei doppi strati lipidici (che servono come blocchi di
costruzione per cloroplasti).
A tal proposito , Aguilera , ha identificato la ghiandola mammaria di una vacca da latte come la più
interessante Microstruttura "naturale"; una cellula mammaria produce micelle di caseina e di
globuli di grasso.
Tutti i prodotti caseari strutturati (ad esempio, burro, panna, gelato, latte, formaggio, yogurt) sono
composti da questi due ingredienti più un ingrediente ancora più piccolo, le proteine del siero di
latte, che varia in dimensioni 0,001-0,01 micron.
33
Aguilera sottolinea che tutti gli alimenti, in uno stadio o in un altro, diventano dispersioni di questi
componenti multipli interagenti non solo tra di loro ma anche con acqua e aria.
Per esempio, le proteine interagiscono con i polisaccaridi a formare gel polisaccaridici misti , amidi
e proteine interagiscono per formare complessi amido-proteine e le emulsioni e schiume per
formare bio polimeri o anche piccole particelle.
La tecnologia casearia non è solo un microtecnologia ma anche una nanotecnologia, ed esiste da
lungo tempo.
Oggi, gli alimenti sono strutturati utilizzando una formulazione, o ricetta, con la formazione della
struttura e la sua stabilizzazione che si effettuano contemporaneamente; il risultato finale è una
struttura metastabile.
In futuro, con la nanotecnologia, invece di utilizzare una ricetta, si useranno molecole come
materiale di partenza, modificando tali molecole e costruendo interazioni al fine di ottenere le
proprietà desiderate.
Gli elementi microstrutturali saranno progettati separatamente e poi dispersi in una matrice di
precursore, che sono stati sviluppati in modo indipendente; il prodotto finale sarà un prodotto più
funzionale.
II. Microstruttura e l'interfaccia Salute
Dati epidemiologici e prove scientifiche mostrano un'associazione tra la dieta e l'incidenza delle
malattie legate alla nutrizione; Aguilera ha identificato tre tipi di effetti che contribuiscono a
questa associazione:
1) Alcuni nutrienti e composti bioattivi hanno dimostrato di avere in vitro benefici specifici;
Aguilera chiama questi effetti in vitro "effetti specifici."
2) I cibi con la stessa composizione di base possono avere diversi effetti metabolici in vivo a
seconda della struttura del cibo. In altre parole, i componenti bioattivi si comportano in
modo diverso nelle diverse matrici ; Aguilera chiama tale effetto in vivo "effetto matrice".
3) Effetti di interazione che si verificano all'interno del sistema digestivo.
Gli alimenti non-nutritivi, sono la chiave per comprendere la relazione nutrizione-salute;
Aguilera chiama tali effetti , "effetti di interazione."
Sono diverse le opportunità di progettare nuovi prodotti alimentari o di modificare quelli esistenti
per accogliere questi tre diversi tipi di effetti con l'obiettivo del mantenimento della salute e del
benessere.
Per esempio, la biodisponibilità dei composti carotenoidi varia a seconda della matrice alimentare.
34
Gli spinaci crudi hanno una biodisponibilità dei carotenoidi bassa che può essere ricondotta a
molte ragioni;può essere dovuto ad un effetto matrice (ad esempio, il nutriente può essere
intrappolato nella matrice o complessato con macromolecole), o ad un effetto di interazione
quando il cibo raggiunge l'intestino (es., il nutriente può essere sia trasformato in una forma più o
meno attiva una volta dentro l'intestino, o può interagire con altri componenti alimentari, una
volta all'interno dell'intestino).
III.Microstruttura e Gastronomia
Circa un terzo del totale dell'industria alimentare comprende cibo consumato fuori casa e la
maggior parte dei 10 migliori chef del mondo di oggi hanno laboratori di gastronomia in cui
applicano le nanotecnologie alimentari.
Molti chef infatti sperimentano nuove strutture alimentari e tecniche collaborando con gli
scienziati in quanto vi sono molte opportunità per l'innovazione.
Le applicazioni delle nanoscienze per la trasformazione dei prodotti alimentari da parte
dell'industria ha un impatto positivo sui consumatori rispetto alle modifiche nella lavorazione degli
alimenti.
Applicazioni di nuove micro e nanotecnologie per la strutturazione del cibo apportano grandi
benefici all'industria alimentare attraverso lo sviluppo di nuovi microprocessi , la creazione di
nuove texture e sapori e la progettazione di cibi ipocalorici con un maggiore valore nutrizionale e
la nutrizione mirata per i diversi stili di vita e le condizioni (ad esempio, l'obesità).
Per fare questo, è necessario migliorare la conoscenza delle strutture alimentari esistenti, la loro
struttura, la loro digeribilità e capacità di assorbimento attraverso la creazione di opportunità
specifiche per la nanoscienze e le nanotecnologie.
35
Micro e nanotecnologie per il controllo del processo e la valutazione della qualità.
Kampers sostiene che le micro e nanotecnologie offrono enormi benefici non solo nell’ambito dei
prodotti alimentari (ad esempio, fornendo nuove tipologie di strutture alimentari), ma anche a ciò
che ruota intorno ai prodotti alimentari (ad esempio, attraverso il miglioramento del controllo del
processo e la valutazione della qualità).
In particolare, egli parla di micro e nanotecnologie in fase di sviluppo per :
1. Rilevamento di sostanze volatili;
2. Ricerca ed identificazione dei microrganismi;
3. Miglioramento dell'informazione e del confezionamento del prodotto.
Kampers sostiene che i temi sopra riportati potrebbero fornire un "trampolino di lancio” per il
grande pubblico portandolo ad apprezzare quello che le nanotecnologie possono offrire per
l'industria alimentare e i benefici che ne possono derivare .
1. Il rilevamento di sostanze volatili: costruzione di un naso elettronico
Le tecnologie in grado di rilevare sostanze volatili si basano
sull'uso di sistemi recettoriali in grado di assorbire molecole
di piccole dimensioni rilasciatein determinati processi;
l’assorbimento di queste molecole è reso possibile da
"nasi elettronici" sensibili a determinate sostanze volatili.
I nasi elettronici sono in cristallo di silicio coperto con un
mono strato organico a cui i recettori sono legati ;
nella forma più semplice, hanno un singolo recettore e segnale.
Gli scienziati Wageningen vorrebbero progettare un naso
costituito da tanti recettori quanti ne percepisce il naso umano.
Infatti quando percepiamo uno stimolo, vengono attivati circa 350 recettori diversi, che generano
segnali i quali vengono interpretati dal nostro cervello; l’obiettivo è quello di realizzare un "naso
elettronico" in grado di fare lo stesso.
Sono numerose le possibili applicazioni del naso elettronico:
La diagnosi precoce dei parassiti (ad esempio, la localizzazione precoce di parassiti
nell'ambiente) che aiuterebbe la produzione agricola.
Monitoraggio e controllo (ad esempio, misura diretta di specifiche fasi di un processo,
come un forno).
Garanzia di qualità
La tracciabilità;
La sicurezza degli alimenti (ad esempio, rilevare il numero di microrganismi alteranti e
prevedere la durata di conservazione di frutta fresca).
36
2.Ricerca ed identificazione dei Microrganismi
Kampers descrive le potenziali applicazioni delle nanotecnologie nel settore della rilevazione e
identificazione di microrganismi , dal momento che dai 2 ai 4 milioni di bambini nei paesi in via di
sviluppo muoiono ogni anno di malattie contratte attraverso il cibo.
L'industria alimentare è alla ricerca di piccoli dispositivi portatili che possono essere gestiti da
persone non qualificate presso il sito di produzione da cui ricavare informazioni circa la quantità di
agenti patogeni o organismi che possono deteriorare il cibo in pochi minuti.
Kampers cita un dispositivo in grado di rilevare il DNA specifico e di elaborare dei risultati in pochi
minuti permettendo di rilevare anche derrate geneticamente modificate (OGM).
Oltre al rilevamento degli OGM, le applicazioni di questa tecnologia sono:
• diagnosi precoce della malattia;
• la tracciabilità;
• la sicurezza degli alimenti (ad esempio, rilevare il numero di microrganismi alteranti e prevedere
la durata di conservazione di frutta fresca), e
• il controllo di qualità.
3. Miglioramento dell'informazione e del confezionamento del prodotto.
La nanotecnologia trova applicazione nel packaging offrendo a tal proposito dispositivi che
rilevano la temperatura e il tempo di conservazione degli alimenti .
Per esempio, esistono adesivi che cambiano colore a seconda del periodo e della temperatura alla
quale il prodotto è stato conservato, offrendo ai consumatori più informazioni sulla qualità di un
prodotto da "vendere entro" e altre date.
Etichette simili potrebbero essere utilizzate per rilevare gli agenti patogeni e i microrganismi
(Listeria, Salmonella, Escherichia coli, e Campylobacter) e quelle cangianti potrebbero essere
utilizzate anche per rilevare il grado di maturazione.
L’ identificazione tramite radiofrequenza (RFID) potrebbe essere utilizzata per scopi simili, con il
vantaggio che le informazioni sul prodotto possono essere trasferite elettronicamente dal
prodotto ai dispositivi nel sistema logistico, nel negozio, o addirittura nel frigorifero.
37
Utilizzo di nanomateriali per migliorare la qualità e la sicurezza alimentare
Le nanostrutture nel packaging alimentare trovano impiego anche attraverso l'uso di argilla a
matrice polimerica disposta in singoli strati ripiegati in un sistema polimerico per creare una
nuova struttura.
Queste strutture esfoliate cosiddette o nano composti, impediscono il passaggio di ossigeno e
acqua e si sono dimostrate molto stabili alla degradazione.
Esistono diversi tipi di nanostrutture funzionali che possono essere utilizzate come elementi per
creare nuove strutture e introdurre nuove funzioni in alimenti :
Microemulsioni : soluzioni trasparenti, preparate disperdendo una soluzione lattiginosa e quindi
aggiungendo alcuni tensioattivi al sistema.
Nell'industria alimentare AQUANOVA (fornitore tedesco di formule liquide) per esempio, si
produce una gamma di prodotti di microemulsione per solubilizzare cioè aumentare la solubilità
in acqua di importanti sostanze nutritive e vitamine.
Weiss ed i suoi colleghi stanno studiando microemulsioni per la loro potenziale capacità di
incapsulare e fornire antimicrobici.
Liposomi: strutture sferiche costituite con doppio strato di membrana e teste polari idrofile.
A differenza delle microemulsioni lipofile , possono essere utilizzate per contenere e trasportare
gli ingredienti idrofili quindi solubili in acqua.
Inoltre, il loro pH interno è regolabile, in modo che possano contenere ingredienti che altrimenti
non sarebbero stabili in determinate circostanze.
Biopolimeri : non ci sono applicazioni dirette nei sistemi alimentari.
Le nanoparticelle lipidiche solide (SLNs) :un'alternativa all'approccio nanoparticella biopolimero è
l'effettiva costruzione di particelle solide utilizzando lipidi come materiale di base definiti
nanoparticelle lipidiche solide o SLNs.
Nanofibre
Le fibre vengono prodotte attraverso un processo noto come elettrofilatura, per cui una tensione
elettrica viene applicata ad una soluzione di polimero, con conseguente depositi sia di
microparticelle che di nanofibre utilizzate per creare potenti sistemi antimicrobici che
mantengono la loro capacità antimicrobica per lunghi periodi di tempo.
38
Concludendo Weiss afferma che è difficile prevedere la direzione futura delle nanoscienze, dal
momento che la realizzazione di queste strutture avviene in tempi troppo brevi per poterne
garantirne le effettive proprietà funzionali.
A differenza di come le strutture alimentari sono sempre state costruite (cioè, dalle ricette), la
nanoscienze consente un approccio “bottom-up” di progettazione utilizzando molecole come
materiale di partenza.
Non è ancora chiaro però come la maggior parte di queste strutture funzionino all'interno della
matrice alimentare in cui vengono applicate.
Molte domande circa la loro vita, mobilità, e la posizione all'interno di sistemi alimentari reali
rimangono senza risposta ma , la comprensione di questa complessa interazione tra le
nanostrutture e i prodotti alimentari che li contengono , è fondamentale per discutere di
sicurezza.
39
Bibliografia
Microbiologia degli alimenti, James J. Jay, Martin J. Loessner, David A. Golden, Springer
Verlag Collana: Food, Data di Pubblicazione: Agosto 2009.
Norman N. Potter. Food Science. AVI, 1986.
Claudia Moriondo; Rossella Romani; Fabio Zago, Alimenti, alimentazione e organizzazione
dei servizi ristorativi, Milano, Hoepli, 1997.
Gyesley, S. W. (1991). Total Sysstems Approach to Predict Shelf Life of Packaged Foods.
Definizione di packaging da New Oxford American Dictionary, second edition, 2005, Oxford
University Press e Nicola Perullo, [Per un'estetica del cibo Per un'estetica del cibo], in
Aesthetica Preprint, n. 78, dicembre 2006, p. 34 (periodico del Centro Internazionale Studi
di Estetica dell'Università di Palermo, fondato da Luigi Russo).
José Miguel Aguilera, PhD, is a Professor in the Department of Chemical and Bioprocess Engineering,
Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile.
See JM Aguilera and DW Stanley. 1999. Microstructural Principles of Food Processing and
Engineering, 2nd Edition. Heidelberg, Germany: Springer.
Skurtys, P Bouchon, and JM Aguilera. 2008. Formation of bubbles and foams in gelatine solutions
within a vertical glass tube. Food Hydrocolloids 22:706–714.
E van der Zwan, K Schroën, K van Dijke, and R Boom. 2006. Visualization of droplet break-up in pre-
mix membrane emulsification using microfluidic devices. Colloids and Surfaces A: Physicochemical
and Engineering Aspects 277:223–229.
B Walther, L Hamberg, P Walkenström, and A-M Hermansson. 2004. Formation of shaped drops in a
fast continuous flow process. Journal of Colloid and Interface Science 270:195–204.
Y Kobashigawa, Y Nishimiya, K Miura, S Ohgiya, A Miura, and S. Tsuda. 2005. A part of ice nucleating
protein exhibits the ice-binding ability. FEBS Letters 579:1493–1497.
40
J Parada and JM Aguilera. 2007. Food microstructure affects the bioavailability of several nutrients.
Journal of Food Science 72:R21–R32.
J Parada and JM Aguilera. 2009. In vitro digestibility and glycemic response of potato starch is
related to granule size and degree of gelatinization. Journal of Food Science 74:E34–E38.
G Ricardi, G Clemente, and R Giacco. 2003. The importance of food structure in influencing
postprandial response. Nutrition Reviews 61:S56–S60.
Frans Kampers, PhD, co-coordinates research on nanotechnology in food, and he serves as Director,
BioNT, Wageningen UR, The Netherlands. As Kampers explained during his presentation,
Wageningen UR is both a university and contract research organization. It is one of the largest food
and nutrition research organizations in the world. Its mission statement is “to explore the potential
of nature and to improve the quality of life.”
MA Jongsma and RH Litjens. 2006. Self-assembling protein arrays on DNA chips by auto-labeling
fusion proteins with a single DNA address. Proteomics 6:2650–2655.
Jochen Weiss, PhD, is a Professor of Food Science and a Canada Research Chair in Food Protein
Structure at the University of Guelph, Ontario.
J Weiss, P Takhistov, and DJ McClements. 2006. IFT Status Summary: Nanotechnology–Applications
in Food Processing and Product Development. Journal of Food Science 71(9):R107–R116. DJ
McClements, J Weiss, and EA Decker. 2007. Emulsion-based delivery systems for lipoliphic bioactive
components. Journal of Food Science 72(8):R109–R124. Reproduced with permission of Blackwell
Publishing Ltd.
Hubbard is the Director of the NIH Division of Nutrition Research Coordination, which is housed
within the National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases, or NIDDK.
www.google.it
www.foodcontactmaterials.info
www.tecnobar.it
www.dansensor.it
www.ciemmetecnica.it
