I trattamenti di stabilizzazione termica e non termica
Master VAPRAQ
Prof.ssa Paola Pittia
[email protected]à di Agraria – Dipartimento di Scienze degli
Alimenti
Florianopolis (Brasile), luglio 2010
bassa: refrigerazione congelamento surgelazione
Temperatura alta: pastorizzazione sterilizzazione
Pressione Processi iperbarici
METODI “FISICI”
riduzione umidità
(essiccamento o disidratazione
concentrazioneessiccamento
radiazioni irraggiamentoantigermogliamento
confezionamento imballaggiosottovuotoatmosfera protettiva
affumicamento
TECNOLOGIE DI CONSERVAZIONE/TRASFORMAZIONE DEGLI ALIMENTI
conservanti naturali
Convenzionali : sale, umettanti (zucchero), acidi, spezieInnovativi/emergenti: enzimi, proteine, batteriocine
METODI “CHIMICI”
conservanti artificiali
Additivi ad attività antimicrobica ed antiossidante
TECNOLOGIE DI CONSERVAZIONE/TRASFORMAZIONE DEGLI ALIMENTI
METODI BIOLOGICI
fermentazione Microflora autoctona
Starter
TECNOLOGIE DI CONSERVAZIONE/TRASFORMAZIONE DEGLI ALIMENTI
Impiego del calore nell’industria alimentare
• Stabilizzazione microbica ed enzimatica• Cottura, blanching• Pastorizzazione e sterilizzazione • Essiccamento
• Trasformazione delle caratteristiche qualitative
• Cottura• Tostatura
• Separazione di componenti • Distillazione
50 100 150 250200
tostatura3
6
15
12
21
18
24
9
30
27
cottura
pastorizzazione
sterilizzazione
Tem
po
(m
inu
ti)
Temperatura (°C)
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
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)
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
Stabilizzazione termica degli alimentiStabilizzazione 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
1. Blanching (scottatura)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
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)
• 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)
Obiettivi del blanching
Enzimi coinvolti nella degradazione qualitativa dei vegetali
Azione Enzimi
Modificazione COLORE Polifenolossidasi
Clorofillasi
Perossidasi
Modificazione componenti di interesse nutrizionale
Aminoacido-ossidasi
Tiaminasi
Sviluppo off-flavours Proteasi
Lipasi
Lipossigenasi
Modificazione TEXTURE Enzimi pectolitici
Cellulasi
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
Vegetale Tempo di scottatura (minuti)
Carciofi 7
Asparagi Gambo piccolo Gambo grande
24
Broccoli a vapore 5
Cavolini di Bruxelles Piccolo Grande
35
Cavolo 1,5
CarotePiccole
52
Cavolfiore 3
Fagioli di soia 3
Mais Spighe piccole Spighe larghe
711
Melanzane 4
Funghi (a vapore) Interi Fette
53
Cipolle Intere Anelli
3-710-15 sec
Piselli 2
Peperoni 1.5
Patate irlandesi 2
Rape a cubetti 2
Sedano 3
Zucca 3-5
2. Pastorizzazione 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
Caratteristiche dell’alimento e condizioni di processo
pH alimento Obiettivo principale
Note
> 4.5 Distruzione microrganismi patogeni
Inattivazione enzimatica
La stabilità dipende anche da altri interventi tecnologici (refrigerazione, aw, confezionamento, ….)
La stabilità microbica è LIMITATA
< 4.5 Distruzione microrganismi alterativi
Inattivazione enzimatica
Prodotti stabili anche a T ambiente
La stabilità microbica è ILLIMITATA
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
pH limite Microrganismo
5
4.6
4.5
Termofili sporigeni
Bacilli, Salmonella
Cl. Botulinum
4.2
3.9
1.5
Cl. butirrici, E. coliM.o. non sporigeni
Lattobacilli
PATOGENI termoresistenti
PATOGENI poco termoresistenti
• 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)
Matrice alimentare Temperatura (°C)
D (min) Riferimento
Carne maiale macinata
Prosciutto
Cook-chill roastbeef
Cook-chill sugo
Manzo cotto SV
Merluzzo cotto SV
Salmone cotto SV
Cozze
Salamoia
60
60
65
70
64
65
65
62
60
1.14-1.7
0.97-0.98
0.56-0.88
0.37
1.40-1.7
0.27
1.18
1.85
0.72-3.1
Ollinger-Snyder et al., 1995Carlier et al., 1996Grant & Patterson, 1995
Hansen & Knochel, 1996Embarek & Huss, 1993
Bremer & Osborne, 1995Sorquist, 1994
Tabella: parametri di termoresistenza di L. monocytogenes in diversi substrati alimentari
3. Sterilizzazione 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
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
Trattamenti termici di stabilizzazione
• Sul prodotto dopo confezionamento• Sul prodotto sfuso prima del confezionamento
(confezionamento asettico)
Trattamenti termici di stabilizzazione
• Sul prodotto dopo confezionamento
PRODOTTO IMBALLAGGIO
CONFEZIONAMENTO
TRATTAMENTO TERMICO
(sterilizzazione, pastorizzazione)
Vetro
Banda stagnata
Buste flessibili
Trattamenti termici di stabilizzazione• Sul prodotto sfuso prima del confezionamento (processi HTST, UHT)
PRODOTTO
CONFEZIONAMENTO Asettico
TRATTAMENTO TERMICO
(sterilizzazione, pastorizzazione)
IMBALLAGGIO
STERILIZZAZIONE NON TERMICA
Camera asettica
Definizioni HTST ed UHT
HTST: High Temperature Short Time (pastorizzazione)
UHT: Ultra high Temperature (sterilizzazione)
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
tempo
Temperatura (°C)
Velocità di distruzione microbica
Velocità di distruzione nutrienti
120 140
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
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
Svantaggi dei trattamenti HTST ed UHT
• Costi elevati e complessità degli impianti• Scarsa flessibilità degli impianti• Staff tecnico qualificato• Minore sfruttamento volume (trasporto, stoccaggio).
PASTORIZZAZIONE LATTE
Condizioni di processoTradizionale, (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
STERILIZZAZIONE LATTE
Condizioni di processoTradizionale, (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
Variazione del valore nutrizionale di latte sottoposto a trattamenti di sterilizzazione UHT ed in bottiglia
Perdita (%)
Nutriente UHT In bottigliaTiamina 10 35
Ac. ascorbico 25 90
Vitamina B12 10 90
Ac. folico 10 50
Piridoxina 10 50
Vitamina D 0 0
B-carotene 0 0
Proteine del siero (denaturazione)*
12-40 87
*: indice valutazione intensità trattamento termico nel latte
Impianti di trattamento termico: classificazione
• Continui/discontinui• Mezzo di riscaldamento (vapore, acqua, miscela acqua-
vapore)• Orizzontali/verticali• Statici/agitazione forzata
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
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)
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
TRATTAMENTO TERMICO DIRETTO LATTE
Riscaldamento per iniezioneIniezione 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 infusionePassaggio 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.
TRATTAMENTO TERMICO DIRETTO LATTE
TRATTAMENTO TERMICO DIRETTO LATTE
Modello di iniettore/miscelatore diretto di vapore in latte
TRATTAMENTO TERMICO INDIRETTO LIQUIDI
TRATTAMENTO TERMICO INDIRETTO LIQUIDI
Tubolare
TRATTAMENTO TERMICO INDIRETTO LIQUIDI
A superficie raschiata (anche per prodotti liquidi viscosi o con pezzi
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
Trattamenti termici e confezionamento asettico: i sistemi di sanitizzazione degli
imballaggi
MEZZO Materiale da imballaggio
CALORE Vapore/aria calda
Calore di estrusione
Raggi IR
Metallo, plastica, vetro, compositi
GERMICIDI CHIMICI H2O2
Etanolo
Iododfori
Plastica metallizzata, vetro, composito
RADIAZIONI FREDDE UV
Raggi , plastica
CARNE BOVINA IN SCATOLALamelle di carne bovina immerse in gelatina agarizzata,
confezionate ermeticamente in scatole metalliche e stabilizzate mediante un processo di sterilizzazione.
Prodotto tipicamente italianoConserva
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
CARNE BOVINA IN SCATOLA
Preparazione carni
Preparazione brodo
Inscatolamento volumetrico a caldo
Sterilizzazione
Carne con osso (quarti anteriori) congelata
Pani di carne (muscoli del collo, pance, spolpi di testa,
guanciali e muscoli diaframmatici) congelati
Scongelamento
Carni fresche
Mondatura
Taglio in pezzi
Cottura
continua Discontinua
continua Discontinua
brodo Sgocciolamento su piani inclinati e forati
Brodo
Toelettatura
Condizionamento (0°C) - 8 ore
affettatura
Preparazione brodo
Cottura discontinua• Dopo una precottura di carne seguono altre 3 partite di
carne, oppure 2 di carne + 1 di ossa• Da 600 kg carne = 100 kg brodo• Addizione a caldo di sali, aromi, additivi (a norma di
legge) + agar gelatina• Stoccaggio a caldo (80-90°C) prima
dell’insactolamento
Preparazione brodo: continuo
Brodo (130 kg)
Evaporazione (100 kg)
Filtrazione
Ebollizione (10-15’) Coagulazione e precipitazione
proteine insolubili
I° centrifugazione Grassi e proteine insolubili
II° centrifugazione Componenti insolubili
Filtrazione (su filtro di diatomee)
Addensanti, additivi, gelatina
gelatina
Dal cuocitore si ricavano 130 kg di brodo (da ca. 100 kg carne)
Aspettative moderne dei consumatori nei confronti degli alimenti
Ridotto intervento/danno tecnologicoaumento “fresh-like values”ridotto o assente impiego di additiviconvenienceshelf-life
Miglioramento caratteristiche qualitative:proprietà sensoriali
nutrizionalisicurezza igienico-sanitaria sicurezza chimica (contaminanti, allergeni)
Limiti delle tecnologie di conservazione convenzionali
• Alto impatto termico • Significative modificazioni sensoriali (es. essiccamento,
concentrazione)• Necessità di combinare interventi (es. blanching+
sterilizzazione)• Impatto “chimico”• …
Classificazione delle tecnologie di conservazione convenzionali in funzione della
finalità• Distruzione dei fattori causa di scadimento qualitativo
(calore, composti antimicrobici)• Inibizione delle reazioni e dei processi causa di
scadimento qualitativo (es. acidificazione, riduzione aw, sale, ..)
• Protezione da contaminazione (confezionamento)
Tecnologie di conservazione innovative in studio / con applicazioni
• Distruzione dei fattori causa di scadimento qualitativo– Riscaldamento non convenzionale (ohmico, microonde, RF)– Alte pressioni– Ultrasuoni– Campi elettrici pulsati– Luce pulsata– Trattamenti con CO2
• Inibizione delle reazioni e dei processi causa di scadimento qualitativo– Uso di composti ad attività antimicrobica e antiossidante naturali – Uso di colture microbiche– Vacuum impregnation
• Protezione da contaminazione (confezionamento)– Atmosfere modificate– Imballaggi attivi
Sanitizzazione a freddo
• Irraggiamento• Campi elettrici pulsati• Alte Pressioni
Sterilizzazione ionizzante: IRRAGGIAMENTO
Radiazioni Ionizzanti (1017MHz<λ<108m - rompono il legame covalente)• Raggi γ sorgente Co60• Raggi x cannone elettronico• Raggi UV lampade ad alta potenza
RESISTENZA: animali superiori– << insetti– << microorganismi– << spore microbiche
Usi consentiti da OMS su prodotti alimentari:– radiopastorizzazione, radiosterilizzazione di matrici secche– disinfestazione granaglie– trattamento antigerminante per tuberi
Impieghi effettivi per distruzione microbica:• sterilizzazione imballaggi asettici e spezie (γ)• sanitizzazione aria, superfici e acqua (UV-C)
Sterilizzazione elettrica: CAMPI ELETTRICI PULSANTI AD ALTA INTENSITA’ (PFE)
∆E = ∆V : dE = intensità media del campo elettricoV = potenziale elettricod = distanza tra gli elettrodi (piani o coassiali)
prodotto = dielettrico
Tecnologia e processo• Generatore di impulsi ad alto voltaggio• Camera di trattamento a flusso continuo (15-30 kV/cm per µ-ms)• Confezionamento asettico
Limitazioni:• applicabile solo a prodotti liquidi ( particelle <<< d)∅• efficace solo per cellule vegetative (membrana)• non efficace per enzimi
I trattamenti iperbarici degli alimenti
Trattamenti tecnologici che prevedono l’utilizzo di pressioni (P) superiori a quella ambiente in grado di causare
modificazioni (struttura, attività, funzionalità) sui sistemi cellulari e sui suoi componenti macromolecolari
idrostatiche (HHP) (fino a 1000 MPa)
“dinamiche” (omogeneizzazione ad alta pressione: 0-40 MPa)
LA STORIA
19001898, Hite, effetto HP sulla conservazione del latte
1920
1940
1960
1980
2000
1914, Bridgnam, denaturazione proteica
1949, Johnson, inibizione crescita microrganismi 30-60 MPa1949, produzione di diamanti, 8000 MPa
1970, Zo Bell, condizioni di trattaamento, P e tempo, 100-300 MPa
1990, Hayashi, applicazione in campo alimentare;
Cheftel, studi su prodotti e prime produzioni
OGGI, prodotti trattati con HHP in commercioin Giappone e Spagna
1965, estrusione idrostatica, 1200 Mpa, trattamento alimenti da 400 a 1400 MPa
PRINCIPI TEORICI
Principio di Le Chatelier: “ogni fenomeno (transizione di fase, modificazione molecolare, reazione chimica) accompagnata da una diminuzione di volume è favorita da un aumento di pressione”
Principio di Pascal: in un prodotto immerso in un fluido, la pressione si trasmette in maniera uniforme ed istantanea attraverso di esso, indipendentemente dalla forma, dal volume del prodotto e della confezione
Proprietà fisiche e chimico-fisiche
Cinetiche reazioni chimiche
Legami chimici
(ionici, idrofobici e idrogeno)
Struttura
La Pressione è un importante variabile termodinamica e può influenzare
Le HHP e le cinetiche delle reazioni chimicheA temperatura costante, la variazione della costante cinetica di una reazione (k) in funzione della P dipende dal volume di attivazione della reazione (V*) (Eq. di Plank)
ln k
P
V*
RT= -
P= pressione
R = costante dei gas (8.314 cm3·MPa · K-1 · mol-1)
T= temperatura (°K)
Effetto su k ad unincremento di P
Esempi
V*>0 k < (rallentamento) Reazione di Maillard
V*<0 k> (accellerazione) Ossidazione lipidi Reazione di auto-
ionizzazionedell’acqua (< pH)
Idrolisi acidaproteine
Effetto P sui legami chimici
Tipo di legame Effetto Esempio
Covalente No effetto
Idrogeno Stabilizzazione Stabilità struttura secondaria proteine Stabilità acidi nucleici
Idrofobico Destabilizzazione Strutture III e IV proteine – interazione tra proteine Denaturazione
Ionico Destabilizzazione
Ritenzione di vitamine, composti aromatici
Effetti macroscopici dell’impiego delle HHP sugli alimenti
Modificazione strutturale e funzionale di biopolimeri
• proteine
• enzimi
• polisaccaridi
Inattivazione e morte microrganismi
Effetto intensità’ HHP
PRESSIONE EFFETTO
> 200 MPa Disintegrazione membrane cellulari Influenza cinetiche enzimatiche Modificazione struttura terziaria e
quaternaria proteine (reversibile-irreversibile)
> 300 MPa Inattivazione reversibile enzimi Distruzione cellule vegetative
microbiche
> 400 MPa Alterazione struttura proteica(denaturazione-aggregazione)
Gelatinizzazione amido
> 500 MPa Distruzione spore batteriche Inattivazione irreversibile enzimi
Fenomeno Temperatura Pressione MPa °C tempo(min)
- Denaturazione proteica si si >200 25 >10- Coagulazione si si >600 20-90 >10- Gelificazione amido si si >500 25-30 5- Inattivazione enzimatica si si >600 25-60 >10 -Inattivazione microbica si si >350 20-90 1-10-Morte di insetti e parassiti si si >50 - 5-Reazioni chimiche* si nessuna -
* reazioni di Maillard, formazione aromi estranei, e distruzione vitamine
Effetti ottenibili con un trattamento termico e con le alte pressioni
MICRORGANISMI
Le HHP causano sui microrganismi
•modificazioni morfologiche (compressione gas vacuolari, deformazione/allungamento)
•alterazione metabolismo e reazioni biochimiche
•cambiamenti a livello della membrana cellulare (alterazione permeabilità)
La causa della morte dei microrganismi sottoposti alle HP è la permeabilizzazione delle membrane cellulari che influenzano gli scambi salini e respiratori dovuta probabilmente alla cristallizzazione dei fosfolipidi di membrana
Tipo di microrganismo :
(baroresistenza): muffe e lieviti < Gram - <Gram +
virus: molto resistenti alle HHP
spore: elevata baroresistenza
La resistenza dei microrganismi alle HHP dipende da:
•tipo microrganismo
•stadio di sviluppo
•condizioni di processo (tempo, P, T)
•natura del substrato (pH, aw, presenza di sostanze protettive o inibenti)
In particolare:
inattiva microrganismi patogeni non sporigeni (Salmonella, L. monocytogenes, St. aureus, etc)
Temperatura
effetto sinergico sulla distruzione microbica
P (kbar)
Effetto generalizzato della inattivazione mediante HHP di spore (tratta da Gould, 1995)
Applicazioni
Pastorizzazione HHP: è possibile ridurre la carica microbica di una matrice alimentare mediante l’applicazione di blande HHP (<600 Mpa)
Necessità refrigerazione durante la successiva conservazione
Sterilizzazione HHP: necessita di estreme condizioni di processo (P> 1000 Mpa, tempi lunghi)
Possibile mediante la combinazione P/T (T= 50-60°C; P=500-600 Mpa)
Pesce:
-Riduzione carica batterica totale (1-2 cicli log) in calamari (450MPa/15 min, 25 °C)
-Distruzione batteri (Vibrio paraemoliticus, colerae, mimicus) in uova di riccio di mare (500MPa/10 min, 25 °C)
-Ostriche: aumento shelf-life: 41 gg a 2°C (400 MPa, 5’)
-Gamberetti: aumento shelf-life
IMPIANTI AD ALTA PRESSIONESono costituiti da:•una camera di trattamento a tenuta di pressione costituita da un cilindro in acciaio o talvolta da più cilindri; il rapporto altezza-diametro interno del cilindro è di solito pari a 5
• un sistema di generazione di pressione: fondato sul principio del torchio idraulico (differenza di sezione dei cilindri tra la pompa e la camera di pressurizzazione). E’ definito “intensificatore”
F2 = F1· S1/S2
•un fluido di trasmissione della pressione (acqua o miscele acqua olio, poco comprimibili)
•un sistema di riscaldamento autonomo o che riscalda il fluido di trasmissione
IL PROCESSO
CONFEZIONAMENTO Materiale flessibile che trasmette la P
CARICAMENTO E CHIUSURA CAMERA
AUMENTO PRESSIONE
MANTENIMENTO PRESSIONE
DECOMPRESSIONE E SCARICO
ASCIUGATURA
liquido di trasmissione P
Processo discontinuo (su prodotto confezionato)
Processo semi-continuo (il prodotto HHP-trattato deve confluire ad un sistema di confezionamento asettico)
Arrangemento a stadi multipli del impianto giapponese Wakayama (Moreau, 1995)
Pressure vessel design (Avure)
WW Frame
WW Cylinder
Closures 2x
Press plates 2x
Cylinder & frame support
Closure manipulator 2x
Water collection tanks
High pressure system
All stainless design
Applicazioni HHP agli alimenti: possibilità e realtà
Stabilizzazione microbica di prodotti alimentari acidi
Stabilizzazione microbica di alimenti termosenssibili
Sanitizzazione di prodotti non acidi per ottenere un miglioramento della shelf-life
Modificazione della funzionalità tecnologica di ingredienti
Miglioramento della qualità sensoriale e nutrizionale di alimenti trasformati
Ottenimento di prodotti alimentari innovativi
Prodotto AumentoShelf-life
sanitizzazione Riduzionefattoriantinutriz./allergenicità
Svilupponuoviprodotti
Produzionesemilavorati
latte salse formaggi Prodottidolciari
Proteinesoia
Riso,amidi
Uova Carne pesce vegetali
: larga applicabilità; : possibile applicazione
Alcuni prodotti trattaticon HHP in commercio
Palou et al.,1999
Applicazioni di HP su prodotti vegetali e cereali (www.nchyperbaric.com)
Applicazioni di HP su succhi di frutta (www.nchyperbaric.com)
Vantaggi e limiti del trattamento ad HHP di alimenti confezionati
Vantaggi
- applicazione a prodotti solidi e liquidi
- minimi rischi di contaminazione post-processo
- limitata necessità di ottimizzazione del processo
- facilità pulizia
Svataggi
- Complessa manipolazione prodotto
- Limitata flessibilità nella scelta del contenitore
- Tempi lunghi di carico/scarico
- Costi investimento ed ammortamento
Vantaggi e limiti del trattamento ad HHP di alimenti non confezionati
Vantaggi
- Facile manipolazione alimenti
- Elevata flessibilità scelta contenitore
-Massima efficienza nell’utilizzo dell’impianto
- Minimi tempi morti durante il processo (no tempo carico-scarico
Svataggi
- Solo per prodotti liquidi o semiliquidi
- Necessità di connessione con impianto di confez. Asettico
- Elevati costi investimento ed ammortamento