I trattamenti di stabilizzazione termica e non termica Master VAPRAQ

1. I trattamenti di stabilizzazione termica e non termicaMaster VAPRAQ Prof.ssa Paola Pittia ppittia@unite.it Facoltà di Agraria – Dipartimento di Scienze degli Alimenti Florianopolis (Brasile), luglio 2010

2. TECNOLOGIE DI CONSERVAZIONE/TRASFORMAZIONE DEGLI ALIMENTI

3. TECNOLOGIE DI CONSERVAZIONE/TRASFORMAZIONE DEGLI ALIMENTI

4. TECNOLOGIE DI CONSERVAZIONE/TRASFORMAZIONE DEGLI ALIMENTI

5. Impiego del calore nell’industria alimentare • Stabilizzazione microbicaed enzimatica • Cottura, blanching • Pastorizzazione e sterilizzazione • Essiccamento • Trasformazione delle caratteristiche qualitative • Cottura • Tostatura • Separazione di componenti • Distillazione

6. 30 cottura 27 24 21 18 pastorizzazione Tempo (minuti) 15 12 9 6 sterilizzazione tostatura 3 50 100 150 200 250 Temperatura (°C)

7. La stabilizzazione termica degli alimenti • Distruzione dei microrganismi (cellule vegetative e spore) e delle loro tossine • Distruzione di insetti e parassiti • Distruzione (denaturazione irreversibile) degli enzimi • Distruzione fattori antinutrizionali e tossine naturalmente presenti negli alimenti

8. Aspetti indiretti positivi/desiderati dei trattamenti termici • Modificazioni delle caratteristiche sensoriali (odore, sapore) per sviluppo di componenti volatili gradevoli • Modificazione della consistenza (intenerimento/indurimento) • Modificazione del colore (es. imbrunimento pane, carne) • Miglioramento biodisponibilità di nutrienti (aumento digeribilità proteine, gelatinizzazione amido)

9. Aspetti indiretti negativi/indesiderati dei trattamenti termici • Modificazioni delle caratteristiche sensoriali (odore, sapore) per sviluppo di componenti volatili sgradevoli (es. odore di cotto latte) • Modificazione della consistenza per degradazione componenti pareti cellulari (intenerimento) • Distruzione di nutrienti (vitamine) • Riduzione biodisponibilità (es. aminoacidi essenziali) • Innesco reazioni chimiche (ossidazione lipidi, reazioni di imbrunimento non enzimatico) DANNO TERMICO

10. Stabilizzazione termica degli alimenti Trattamenti: • blanching • pastorizzazione • sterilizzazione • Mezzi di riscaldamento convenzionali: • scambio termico diretto e indiretto, per conduzione e convezione • Sistemi di riscaldamento non convenzionali • Microonde • Radio frequenze • Riscaldamento ohmico

11. 1. Blanching (scottatura) Pretrattamento di scottatura in acqua o a vapore (70-105°C) destinato a vegetali da sottoporre a successive trasformazioni (essiccamento, congelamento, sterilizzazione OBIETTIVO PRINCIPALE: inattivazione enzimatica Essiccamento e congelamento: processi che non inattivano gli enzimi  cambiamenti indesiderati delle proprietà sensoriali e nutrizionali dei prodotti Sterilizzazione: processo che inattiva gli enzimi, ma….  durante le operazioni preliminari e prima del raggiungimento delle temperature di inattivazione gli enzimi sono attivi

12. Obiettivi del blanching • Inattivazione enzimatica • Stabilizzazione colore (contenimento E.B. + mantenimento pigmenti naturali • Prevenzione formazione off-flavour durante stoccaggio (es. odore fieno in vegetali congelati) • Stabilizzazione della “texture” • Riduzione carica microbica totale • (congelati ed essiccati) cellule vegetative, lieviti, muffe • Rimozione aria dei tessuti • Facilitazione operazioni di inscatolamento • Riduzione rischio ossidazioni • Ammorbidimento tessuti • Coagulazione proteine (peso netto) • Gelatinizzazione amido (intorbidimento liquido di governo)

13. Obiettivi del blanching • Rimozione flavour indesiderato • (dopo I° trattamento termico) • Aumento efficacia cernita • (molti vegetali assumono una colorazione più chiara) • Riduzione tempo di cottura • (es. convenience ortaggi surgelati)

14. Enzimi coinvolti nella degradazione qualitativa dei vegetali

15. Interventi tecnologici alternativi per la prevenzione dell’imbrunimento enzimatico • Anidride solforosa • Es. dipping 2-5’ in sol. acquosa contenente 2000-4000 ppm SO2 • Acidificazione • Es. dipping 2-5’ in sol. acquosa 1-2 % ac. citrico • Antiossidanti • Ac. ascorbico: riduce i chinoni a fenoli limitandone la conversione in composti bruni. • Zuccheri • Inibiscono l’ossidazione escludendo l’aria dai tessuti •  Temperatura •  aw • Radiazioni ionizzanti, alte pressioni, campi elettrici pulsati • Etanolo, MRP, aminoacidi, Cloruro di sodio

17. 2. Pastorizzazione Trattamento termico relativamente blando (T  100°C) finalizzato alla distruzione dei microrganismi patogeni e delle forme vegetative dei microrganismi di alterazione (bassa termoresistenza). E’ in grado inoltre di inattivare numerosi enzimi alterativi OBIETTIVO PRINCIPALE: sicurezza igienico-sanitaria inattivazione enzimatica Limitata modificazione proprietà sensoriali e nutrizionali

18. Caratteristiche dell’alimento e condizioni di processo

19. pH: fattore discriminante. PERCHE? • La termoresistenza dei microrganismi diminuisce al diminuire del pH • pH limite di sviluppo C. Botulinum (e di molti batteri e degli sporigeni): 4.5 PATOGENI termoresistenti PATOGENI poco termoresistenti

20. pH alimento > 4.5:necessità distruzione Cl. botulinum e spore inattivazione a T>100 °C  trattamenti termici > 100 °C (sterilizzazione) • pH alimento < 4.5: necessità distruzione cellule vegetative  distruzione spore non rilevante  inattivazione a T<100 °C  trattamenti termici < 100°C (pastorizzazione)

21. Tabella: parametri di termoresistenza di L. monocytogenes in diversi substrati alimentari

22. 3. Sterilizzazione Trattamento termico intenso (T > 100°C) finalizzato alla distruzione di tutti i microrganismi patogeni ed alterativi (cellule vegetative e spore). E’ in grado inoltre di determinare l’inattivazione enzimatica OBIETTIVO PRINCIPALE: stabilità e sicurezza igienico-sanitaria inattivazione enzimatica Rilevante modificazione proprietà sensoriali e nutrizionali

23. CONSERVA • Prodotto sterilizzato • Prodotto pastorizzato con pH < 4.5 • STABILITA’ MICROBIOLOGICA A TEMPERATURA AMBIENTE ILLIMITATA SEMICONSERVA • Prodotto pastorizzato con pH > 4.5 • STABILITA’ MICROBIOLOGICA A TEMPERATURA AMBIENTE LIMITATA E DIPENDENTE DA ALTRI INTERVENTI TECNOLOGICI

24. Trattamenti termici di stabilizzazione • Sul prodotto dopo confezionamento • Sul prodotto sfuso prima del confezionamento (confezionamento asettico)

25. Trattamenti termici di stabilizzazione • Sul prodotto dopo confezionamento Vetro Banda stagnata Buste flessibili PRODOTTO IMBALLAGGIO CONFEZIONAMENTO TRATTAMENTO TERMICO (sterilizzazione, pastorizzazione)

26. Trattamenti termici di stabilizzazione • Sul prodotto sfuso prima del confezionamento (processi HTST, UHT) PRODOTTO IMBALLAGGIO TRATTAMENTO TERMICO (sterilizzazione, pastorizzazione) STERILIZZAZIONE NON TERMICA Camera asettica CONFEZIONAMENTO Asettico

27. Definizioni HTST ed UHT HTST: High Temperature Short Time (pastorizzazione) UHT: Ultra high Temperature (sterilizzazione)

28. Le linee rappresentano simili effetti letali (distruzione microbica) o effetti di degradazione su componenti nutrizionali (es. vitamine, proteine) derivanti da combinazioni diverse di tempo e temperatura Velocità di distruzione microbica tempo Velocità di distruzione nutrienti 120 140 Temperatura (°C)

29. All’aumentare della temperatura la velocità di morte termica dei microrganismi aumenta più velocemente della velocità di distruzione dei nutrienti o di inattivazione di alcuni enzimi z (m.o.): 5-10 °C z (reazioni chimiche): 27-32 °C

30. Vantaggi dei trattamenti HTST ed UHT • Minori perdite nutrienti (i trattamenti sono condotti a temperature più elevate, ma per tempi più brevi e uguale F) • Migliore ritenzione proprietà nutrizionali • Condizioni di processo non condizionate dalle caratteristiche del contenitore (materiale, dimensioni, forma, …) • Ultilizzo di moderni materiali di confezionamento non resistenti alle alte temperature • Maggiore costanza qualità • Possibilità di aggiunta di componenti termolabili sul prodotto dopo trattamento termico e prima confezionamento

31. Svantaggi dei trattamenti HTST ed UHT • Costi elevati e complessità degli impianti • Scarsa flessibilità degli impianti • Staff tecnico qualificato • Minore sfruttamento volume (trasporto, stoccaggio).

32. PASTORIZZAZIONE LATTE Condizioni di processo Tradizionale, (in disuso)  62-66°C x 10-30 minuti - discontinuo Condotto generalmente sul prodotto già confezionato in bottiglie di vetro HTST (High Temperature Short Time) (basato sull’ottimizzazione del trattamento termico):  71,7°C x 15 secondi (MINIMO) Trattamento termico in continuo associato, generalmente, ad un confezionamento in asettico

33. STERILIZZAZIONE LATTE • Condizioni di processo • Tradizionale, (in disuso) •  115-120°C x 30 minuti • discontinuo • Condotto generalmente sul prodotto già confezionato in bottiglie di vetro • UHT (Ultra-High-Temperature) • (basato sull’ottimizzazione del trattamento termico): •  140-145°C x 3-4 secondi (MINIMO) • Trattamento termico in continuo associato, generalmente, ad un confezionamento in asettico

34. Variazione del valore nutrizionale di latte sottoposto a trattamenti di sterilizzazione UHT ed in bottiglia *: indice valutazione intensità trattamento termico nel latte

35. Impianti di trattamento termico: classificazione • Continui/discontinui • Mezzo di riscaldamento (vapore, acqua, miscela acqua-vapore) • Orizzontali/verticali • Statici/agitazione forzata

36. Impianti di trattamento termico: criteri di scelta • Continui • Possibilità di lavorare una maggiore quantità di prodotto • Scarsa versatilità • Idonei per produzioni standardizzate • Costi investimento elevati • Discontnui • Minori costi iniziali • Produzioni modeste

37. Impianti di trattamento termico: criteri di scelta • Mezzi di riscaldamento • Vapore • Acqua • Vapore saturo e sovrasaturo La scelta si basa su: - tipo di contenitore - coefficiente di scambio termico (vapore<acqua, ma vapore> aria calda)

38. Sistemi di trattamento termico degli alimenti • DIRETTI: iniezione o infusione di vapore • INDIRETTI: scambiatori di calore a piastre, tubolari, a superficie raschiata • ALTRI (innovativi): microonde, ohmico, radiofrequenze

39. TRATTAMENTO TERMICO DIRETTO LATTE Riscaldamento per iniezione Iniezione di vapore ad alta P nel latte durante il suo flusso attraverso una camera. Raffreddamento e concentrazione: passaggio attraverso una camera di espansione dove, per caduta di P, si determina l’evaporazione della stessa quantità di acqua condensata + contemporaneo raffreddamento a 80°C. Riscaldamento per infusione Passaggio del latte ridotto in un sottile film attraverso una camera satura di vapore surriscaldato. Al raggiungimento del fondo della camera viene convogliato nella camera di espansione, senza venire mai a contatto con pareti metalliche surriscaldate. T raggiunte ≤ 142 °C per 2-3 s Riscaldamento latte istantaneo ed uniforme.

40. TRATTAMENTO TERMICO DIRETTO LATTE

41. TRATTAMENTO TERMICO DIRETTO LATTE Modello di iniettore/miscelatore diretto di vapore in latte

42. TRATTAMENTO TERMICO INDIRETTO LIQUIDI

43. TRATTAMENTO TERMICO INDIRETTO LIQUIDI Tubolare

44. TRATTAMENTO TERMICO INDIRETTO LIQUIDI A superficie raschiata (anche per prodotti liquidi viscosi o con pezzi

45. Trattamenti termici e confezionamento asettico: i materiali di confezionamento • Polimerici (Polietilentereftalato-PET, Policloruro di vinile-PVC, polipropilene-PP) • Metallo • Vetro • Compositi/multistrato (brevetto Tetrapack) • PE/cartone/PE/Al/carta/PE

46. Trattamenti termici e confezionamento asettico: i sistemi di sanitizzazione degli imballaggi

47. CARNE BOVINA IN SCATOLA Lamelle di carne bovina immerse in gelatina agarizzata, confezionate ermeticamente in scatole metalliche e stabilizzate mediante un processo di sterilizzazione. Prodotto tipicamente italiano Conserva Principi di conservazione • doppia cottura delle carni • I° cottura carni (eliminazione acqua che ostacolerebbe la lavorazione + eliminazione aria intramuscolare) • II° cottura= sterilizzazione • chiusura ermetica in scatola metallica

48. CARNE BOVINA IN SCATOLA