Tecnologie alimentari
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Trattamenti termici

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I processi alimentari prevedono una serie di trattamenti termici per riscaldare e raffreddare gli ingredienti, i semilavorati e i prodotti finiti. Queste operazioni possono avere un significato tecnologico, ovvero, essere predisposte per favorire dei cambiamenti chimici, fisici o sensoriali. Oppure possono essere effettuate al fine di migliorare la salubrità del prodotto alimentare, ovvero, ridurre la carica microbica.

Tra i processi termici più rilevanti per le trasformazioni alimentari vi sono senz'altro la pastorizzazione e la sterilizzazzione. Queste due operazioni hanno per scopo la stabilizzazione chimica e biologica dell'alimento. In particolare, la pastorizzazione è un trattamento termico volto al compimento di due funzioni:

La pastorizzazione viene quindi effettuata riscaldando l'alimento a temperature sufficiente alte, ma sempre sotto i 100$\si{\celsius}$, e per un tempo sufficientemente lungo in modo da denaturare irreversibilmente:

È obiettivo principale della pastorizzazione la distruzione termica dei microrganismi patogeni in stato vegetativo. Questo stato avviene quando la cellula è in grado di avere un metabolismo, ha capacità di crescere e, quindi, di evolversi. Non è un obiettivo della pastorizzazione la distruzione delle spore. Gli sporigeni sono dei batteri, che entrano in uno stato quiescente per resistere a particolari condizioni ambientali, quali l'esaurimento di nutrienti, temperatura elevate o la disidratazione.

La temperatura minima per eseguire una pastorizzazione e quindi distruggere i batteri in stato vegetativo sono intorno i 55 - 65$\si{\celsius}$. Lieviti, muffe e spore di muffe sono, in genere, termosensibili come i batteri vegetativi e sono distrutti a partire dai 55$\si{\celsius}$.

Le variabili caratteritiche dei processi di pasterizzazione sono essenzialmente due: il tempo e la temperatura. Non si può parlare di pastorizzazione definendo soltanto una delle due. Entrambe le condizioni di tempo e temperatura vanno sempre specificate. Inoltre, esistono infinite condizioni di pastorizzazione. In linea generale, partendo dalla temperatura minima di pastorizzazione (55$\si{\celsius}$, è possibile ottenere un effetto analogo aumentando la temperatura e dimimuendo il tempo applicato. Per esempio, la pastorizzazione in bottiglia di birra può avvenire a 65$\si{\celsius}$ per 30 minuti. Questo tipo di pastorizzazione viene definita bassa, e utilizzata anche per pastorizzare il latte per la caseificazione o il vino.

Lo stesso trattamento termico è equivalente a quello svolto a 75$\si{\celsius}$ per circa 15 secondi. La possibilità di variare i tempi e le temperature consente di adottare le condizioni di processo ottimali a seconda dell'impianto che ho a disposizione. Per esempio, nel caso del trattamento termico sul latte per la caseificazione, è probabile che l'Azienda disporrà di una polivalente, in cui vi sarà un serbatoio munito di agitatore per mantenere in continua agitazione il latte, e incamiciato da una serpentina esterna in cui viene fatto circalore vapore o acqua calda. Il riscaldamento sarà necessariamente più lento e meno efficiente rispetto a quello ottenibile con uno scambiatore di calore a piastre. Inoltre, non avrebbe senso cercare di scaldare il prodotto a 75$\si{\celsius}$ per 15 secondi, semplicemente perchè non è tecnicamente possibile riscaldare e raffreddare così velocemente una polivalente. Ecco che in questo caso, il raggiungimento di 60$\si{\celsius}$ e il mantenimento del latte per 30 minuti è senza dubbio più semplice da realizzare.

Un altro elemento da considerare è la composizione chimica del prodotto alimentare. Infatti, a parità di impianto e di tempo del trattamento, il prodotto alimentare con un maggiore contenuto in sostanze grasse richiederà una temperatura più alta rispetto a quel del prodotto più magro. Il motivo è che le sostanze grasse agiscono da isolanti termici e proteggono i microrganismi abbassando la capacità di trasferimento di calore dell'alimento.

Analogamente, il pH, l'Aw, la presenza di etanolo, di acidi organici o di altri fattori di controllo modificano la resistenza termica dei microrganismi. In generale, le forme vegetative sono più sensibili ai trattamenti termici se si trovano a pH acidi, in assenza di acqua o in presenza di antimicrobici.

Il secondo obiettivo della pastorizzazione è anche la denaturazione di enzimi. Moltissimi alimenti sono composti da un certo numero di enzimi. Gli enzimi sono dei catalizzatori biologici e come tali sono in grado di velocizzare alcune reazioni, che se controllate producono aromi , colori e consistenze ottimali, ma che se incontrollate portano ad una degradazione irreversibile degli alimenti. Per esempio, nella frutta si ricorda il ruolo delle polifenolo ossidasi (PPO) e della famiglia di pectinasi. Le PPO sono responsabili dell'imbrunimento enzimatico. Invece, le pectinasi sono responsabili della precipitazione delle pectine nei succhi di frutta. Se per produrre un succo di frutta chiarificato l'Azione delle pectinasi è desiderata, successivamente questo enzima deve essere denaturato. Siccome, gli enzimi pectinolitico sono generalmente termoresistenti, ecco che per pastorizzare un succo di frutta occorre eseguire una fase di hot-break che prevede il riscaldamento del prodotto a 90$\si{\celsius}$ per alcuni minuti.

Nei cereali, si ricorda che le operazioni di ammostatura per la produzione di birra sono effettuate prevalentemente grazie agli enzimi alfa- e beta- amilasi. Tuttavia, se nella fase di ammostatura l'Attività di questi enzimi è desiderata, dopo che si è trasformato tutto l'amido in zuccheri fermentescibili e destrine la loro attività deve essere arrestata. Si procede pertanto alla bollitura.

La sterilizzazione è invece un trattamento termico più severo, in cui ci si pone come obiettivo quello di distruggere termicamente non solo i microrganismi patogeni in forma vegetativa e di denaturare gli enzimi responsabili della degradazione dell'alimento, ma anche quello di distruggere le forme sporigene.

Tuttavia, è bene precisare che in ambito alimentare si parla di sterilizzazione commerciale, ovvero di quel processo in grado di eliminare tutti i microrganismi viventi, patogeni e no, e delle loro spore duranto lo stoccaggio e distribuzione del prodotto. Pertanto, il prodotto alimentare sterilizzato non è completamente asettico, e non può mantenersi inalterato e conservabile all'infinito. Il motivo è semplicemente che all'aumentare della severità del trattamento termico di sterilizzazione, segue anche una perdita dei principi nutrizionali dell'alimento stesso. Occorre quindi progettare dei trattamenti di sterilizzazione che siano un compromesso tra il maggiore danno ai microrganismi patogeni e il minore danno ai componenti nutrizionali dell'alimento.