100°ct eboll. h 2 o pura (1 atm), cottura, evaporazione, distillazione -40°ccongelamento/...
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100°C T EBOLL. H2O PURA (1 ATM), COTTURA, EVAPORAZIONE, DISTILLAZIONE
-40°C CONGELAMENTO/ SURGELAZIONE-18° C STOCCAGGIO SURGELATI 0 °C T SOLIDIFICAZIONE ACQUA PURA+ 1-2 °C IPER-REFRIGERAZIONE20 °C TEMPERATURA AMBIENTE (convenzionale)40 °C EVAPORAZIONE A BASSA PRESSIONE60 °C DISTILLAZIONE80 °C BLANCHING, PASTORIZZAZIONE
LE TEMPERATURE E I PROCESSI DEGLI ALIMENTI
121 °C STERILIZZAZIONE (autoclave)
140 °C STERILIZZAZIONE (UHT), COTTURA IN FORNO, COTTURA-ESTRUSIONE
160 °C FRITTURA
180 °C TOSTATURA NOCCIOLE
200 °C TOSTATURA CAFFE’
220-240 TOSTATURA CAFFE’ (“italian style”)
L’uso di basse temperature: la refrigerazione ed il congelamento
Master VAPRAQ
Prof.ssa Paola Pittia
[email protected]à di Agraria – Dipartimento di Scienze degli
Alimenti
Florianopolis (Brasile), luglio 2010
TEMPERATURA
Influisce ogni tipo di reazione chimica.Il suo effetto su ogni processo degradativo di tipo chimico può essere espresso dall’equazione di Arrhenius:
K = A e -Ea/RT
in cui: K= costante di equilibrio della reazioneA = indice di qualità consideratoE = Energia di attivazioneR = costante dei gasT = Temperatura assoluta
Quando il ln K è rappresentato in funzione di 1/T, questa espressione dà origine ad una retta, la cui pendenza corrisponde all’Ea.
ln K = ln A - Ea RT
Diminuendo la T, si abbassa la velocità di ogni evento, processo chimico e biologico e fenomeno fisico
REFRIGERAZIONE CONGELAMENTO SURGELAZIONE
L’IMPIEGO DI BASSE TEMPERATURE NELLA CONSERVAZIONE DEGLI ALIMENTI
AZIONE FREDDO
Diminuzione energia cinetica delle molecole rallentamento di ogni tipo di reazione Ogni reazione degradativa risponde in maniera diversa alle variazioni di temperatura
Cause di alterazioni: velocità relativa/temperatura
0-30 -20-40 -10 10 20 30 40
Danni meccanici = formazione di
cristalli (aumento di volume)
Attività metabolica (es. ortofrutticoli vivi, respirazione,
CO2)
Temperatura (°C)
Cause di alterazioni: velocità relativa/temperatura
0-30 -20-40 -10 10 20 30 40
Reazioni ENZIMATICHE
(ox lipidi, EB)
Reazioni CHIMICHE
(ox lipidi, NEB)
Temperatura (°C)
Cause di alterazioni: velocità relativa/temperatura
0-30 -20-40 -10 10 20 30 40
MUFFELIEVITI
PSICROFILI MESOFILITERMOFILI
Temperatura (°C)
Storia
Preistoria : - Regioni artiche: mantenimento e conservazione animali cacciati a temperatura ambiente- neve conservata in grotte od anfratti anche durante la stagione calda
Storia
Storia:- stratificazione con paglia- aggiunta di sale (ca. -18 °C)
1834: Freddo artificiale (ciclo frigo) -Jacob Perkins (Londra)1860: Fabbrica ghiaccio artificiale - Harrison (Australia)1870: Compressore ad NH3 - Linde (Germania), Boyle (USA)1880: Frigo ad assorbimento (frigo campeggio) -Carrè1890: Freddo per trasporto carne e birra a bassa fermentazione1990: Congelamento frutta - Prime ricerche su effetti congelamento1915: Ghiaccio naturale = ghiaccio artificiale1920: Ideazione compressore rotativo1960: Ideazione compressore a vite1930: Italia: uso del freddo a livello industriale1935: Astucci di cartone parafinato1960: Atmosfera controllata1970: Settore surgelati industriali
RefrigerazioneRallentamento sviluppo microbico e reazioni chimiche ed
enzimaticheMantenimento caratteristiche sensoriali e limitate perdite qualità
nutrizionali
Temperatura conservazione: > 0°C (> -1.5 °C per carne e pesce)
Tempo di conservazione: limitato, ma vario in funzione del tipo di prodotto (da 24 ore a qualche settimana)
Finalità tecnologiche
• Per tutti gli alimenti: intervento tecnologico (“hurdle”) per aumentare la loro conservabilità (freschi, semiconserve o dopo apertura confezione). Non sufficiente a garantire da sé la conservabilità e deve essere abbinato ad altri interventi tecnologici (packaging, atmosfere protettive/controllate)
• Carne: fase tecnologica necessaria per la trasformazione muscolo-carne (evoluzione rigor mortis e frollatura): dopo macellazione stoccaggio in celle refrigerate
• Prodotti pesca: conservazione da pesca a consumo
Refrigerazione e post-raccolta di vegetali
La refrigerazione è un importante intervento tecnologico nella conservazione dei vegetali a partire dalle primissime fasi dopo la raccolta
In questo caso la bassa temperatura deve essere associata a specifiche combinazioni di Umidità relativa e composizione dell’atmosfera in cui i prodotti sono conservati
Cause di alterazione dei vegetali nella fase di post-raccolta
• Respirazione• Transpirazione• Maturazione e senescenza• Patologie (biotiche e abiotiche)• Cambiamenti nella composizione chimica
Cause di alterazione dei vegetali nella fase di post-raccolta
N.B. L’etilene (è un fitoormone che agisce sulla maturazione dei frutti ed invecchiamento della pianta) ed è prodotto da vegetali può causare: arrossamento nelle lattughe e radicchi, ingiallimento di spinaci e brassicacee; perdita di colore verde in cetrioli, broccoli e spinaci, aumento di consistenza di tuberi, asparagi; aumento amaro in carote e prezzemolo; rammollimento, ruvidità e sviluppo di off-flavor in peperoni, zucchine e melone e anguria; imbrunimento di melanzane; aumentata maturazione e rammollimento di pomodori verdi
N.B. La Respirazione (con utilizzo di esosi) C6H12O6 + 6O2 + 38 ADP + 38 Pi -> 6CO2 + 44H2O + 38ATP produzione di energia (ca. 42% di energia = calore), consuma O2 e produce CO2
La respirazione può essere aerobica and anaerobica (<1-3% O2) La velocità è influenzata da T, conc. ossigeno ed anidride carbonica ed etilene
Cause di alterazione dei vegetali nella fase di post-raccolta
Classificazione di vegetali in relazione alla velocità di respirazione:
Molto bassa: cipollaBassa: cavoli, cetrioli, melone, bietola, pomodoro, rape.Moderate: carote, sedano, cavolo cinese, peperoni, porro.Alta: chicory (roots), melanzane, indivia, lattuga,ravanello.Molto alta: zenzero, cavoletti di Brussels, funghi,spinaciEstremamente alta: broccoli, piselli, prezzemolo,mais.
Fattori che influenzano la stabilità dei vegetali freschi nella fase di post-raccolta
- temperatura
- Umidità Relativa (%)
- composizione gas dell’atmosfera
- Circolazione dell’aria nell’ambiente
Gajewski, 2007
La refrigerazione (basse T) nel post-raccolta dei vegetali
• Rallenta la respirazione• Rallenta/inibisce lo sviluppo microbico• Limita la disidratazione (se associata ad opportune
condizioni di Umidità Relativa)• riduce la produzione di etilene o minimizza la
reazione con l’etilene
La refrigerazione (basse T) nel post-raccolta dei vegetali
DANNI DA FREDDO
effetti sulle membrane cellulari
Sintomatologia• Lesioni superficiali – sup. ruvida, aree incavate• discolorazione• - rilascio di acqua dai tessuti• - discolorazione interna dei tessuti• - difficoltà dei frutti a maturare.• - accelerazione della senescenza• - aumentata tendenza alla degradazione• - modificazione nella composizione, specie in relazione ad aromi e
sapore
La refrigerazione (basse T) + modificazione dell’atmosfera
•Atmosfere controllate (in celle di stoccaggio)
•Atmosfere protettive (per prodotti destinati al consumatore finale)
Abbassamento del livello di CO2 ed aumento del livello di O2 nell’atmosfera per ridurre i processi metabolici
Composizione ideale di atmosfera per vegetali:0-5% CO2 + 1,5-3% O2 (dipendente dalla specie)
La refrigerazione (basse T) + modificazione dell’atmosfera
Gajewski, 2007
La refrigerazione (basse T) + modificazione dell’atmosfera
Kader, 2000
Packaging methods for prolonging shelf life
Modified atmospheric packaging
Mechanical gas flushing and sealing with fish fillets
Vacuum Packing
Effect of packaging on the shelf lifeType of Product Storage
temp. Shelf life (weeks)
Air VP MAP
Meat (beef, pork, poultry) 1.0 - 4.4°C 1 - 3 1 - 12 3 - 21
Lean fish (cod, pollock, rockfish, trevally)
0.0 - 4.0°C 1 - 2 1 - 2 1 - 3
Fatty fish (herring, salmon, trout)
0.0 - 4.0°C 1 - 2 1 - 2 1 - 3
Shellfish (crabs, scampi, scallops)
0.0 - 4.0°C ½ - 2 - ½ - 3
Warmwater fish (sheepshead, swordfish, tilapia)
2.0 - 4.0°C ½ - 2 - 2 - 4
Huss 1995
Sensory analysis (Torry scheme) Influence of different temperature during storage (0°C, 7°C
and 15°C) on the shelflife of haddock fillets
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-1 1 3 5 7 9 11 13
Days
To
rry
sc
ore
Catch
Sensory rejectionTorry =5,5
Process
15°C
7°C 0°C
Adapted from: Olafsdottir et al., 2006
Chemical and microbial analysis Haddock fillets stored at 0°C, 7°C and 15°C
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 8 10 12 14
Days of storage (haddock fillets)
TV
B-N
mg
N/1
00
g
15°C
7°C
0°C
TVB-N(Total volatile basic nitrogen)
TVC (total viable counts) and Photobacterium phosphoreum (Pp)
0
2
4
6
8
10
0 2 4 6 8 10 12 14
Days of storage (haddock fillets)
Lo
g c
fu/g
TVC-0°C
Pp-0°C
TVC-7°C
Pp-7°C
TVC-15°C
Pp-15°C
0°C15°C 7°C
Adapted from: Olafsdottir et al., 2006
Congelamento/surgelazioneDetermina la transizione di stato (liquido/solido) dell’acqua con:
Blocco delle attività microbiche (ripresa allo scongelamento)Blocco attività metaboliche
Rallentamento/blocco attività enzimaticheRallentamento/inibizione reazioni chimiche
L’acqua non è più “libera” nella sua azione di:SolventeReagente
poiché si trova nello stato solido
Temperatura processo/conservazione: -5/-40 °C
Tempo di conservazione: anche alcuni anni
Fattori che influiscono sul processo di congelamento e sulla qualità del prodotto
congelato
-Velocità di raffreddamento (circolazione aria, meccanismo sottrazione calore)
- Contenuto d’acqua alimento
- Dimensioni/forma prodotto
- Confezione
Contenuto d’acqua e T congelamento di alcuni
alimenti
Alimento Contenuto d’acqua (%)
Temperatura di congelamento
(°C)
Vegetali 78-92 Da -0.8 a -2.8
Frutta 87-95 Da -0.9 a -2.7
Carne 55-70 Da -1.7 a -2.2
Pesce 65-81 Da -0.6 a -2.0
Latte 87 -0.5
Uova 74 -0.5
Curva di congelamento: effetto velocità di raffreddamento
Effetto della velocità di raffreddamento sulle cellule di tessuti vegetali:
A) Lento
B) veloce
EFFETTI DELLE BASSE TEMPERATURE SUI PRINCIPALI COMPONENTI DEGLI ALIMENTI
Proteine denaturazione: stesso valore nutritivo
digeribilità (10-40% dopo un anno)
Lipidi idrolisi ed ossidazione
qualità sensoriali
valore nutritivo (perdita ac. grassi essenziali)
Zuccheri idrolisi fino a mono-osi: stesso valore nutritivo
idrolisi delle pectine: perdita consistenza ed aumento digeribilità
EFFETTI DELLE BASSE TEMPERATURE SUI PRINCIPALI COMPONENTI DEGLI ALIMENTI
Sali minerali perdite nelle fasi preliminari (blanching) e in fase di scongelamento
Vitamine Tiamina:
- lievi perdite in prodotti di orig. animale
- 5-25% nei vegetali
Riboflavina: perdite dal 10 al 20%
Ac. Ascorbico: perdita in prodotti freschi (6-20%) e nei surgelati (25%)
Riduzione % contenuto vitaminico in alcuni alimenti (stoccaggio: 12 mesi, -18°C)
Vit. B1 Vit. B2 Niacina Vit B6 Ac. folico
Ac. Pantot
Carotene Vit K
Fagiolini verdi
0-32 0 0 0-21 6 53 0 16
Fagioli - 45 26 0 - - - -
Broccoli - - - - - - 6 -
Cavoli - - - 0 - - 0 -
Piselli 0-16 0-8 0-8 7 0 29 - 0
Spinaci - 0 - - - - 42 -
Vitello (bistecca)
0 0-1 0 22 - 0-10 - -
Maiale (braciola)
0 0-37 0 18 - 0-6 - -
Agnello (coscia)
0 - 0 - - - - -
Ostriche 33 19 3 59 - 17 - -
MODIFICAZIONE DELLE CARATTERISTICHE
DEGLI ALIMENTI
1. Ricristallizzazione migrante (T° contenitore< T° prodotto):
SublimazioneE’ consigliabile evitare:- sbalzi temperatura (diversa conducibilità)- Spazi vuoti in contenitori
2. Freeze-burn (= scottatura/essiccamento superficiale) in carne e vegetali determinata dalla sublimazione dell’acqua sulla superficie del prodotto cambiamenti di colore (imbrunimento o ingiallimenti ) favoriti da ossidazione lipidi
MODIFICAZIONE DELLE CARATTERISTICHE
DEGLI ALIMENTI
3. Imbrunimenti
4. Ossidazione lipidi (no blocco reazioni chimiche radicaliche, ne enzimi lipolitici)
5. Ossidazioni varie (proteine, vitamine)
6. Modificazioni sensoriali (aspetto, consistenza, gusto, aroma)
Ritenzione clorofilla
Shelf-life di carni (PSE, practical storage life) (mesi)
Temperatura (°C)
Prodotto -12 -18 -24
Carcassa bovina 8 15 24
Manzo, macinata 6 10 15
Carcassa vitello 6 12 15
Carcassa agnello 18 24 >24
Carcassa suino 6 10 15
Prosciutto a fette 12 12 12
Pollo (intero) 9 18 >24
Tacchino (intero) 8 15 >24
Oca (intera) 6 12 18
Fegato 4 12 18
Shelf-life di vegetali (HQL, High Quality Life) (mesi)
Temperatura (°C)
-7 -12 -18
Fagiolini 1 3,1 9,8
Cavolfiore 0,4 2 9,7
Piselli 1 3 10,1
spinaci 0,76 1,9 6,2
CATENA DEL FREDDO
CONDIZIONE INDISPENSABILE PER LA CONSERVAZIONE DEI PRODOTTI CONGELATI E SURGELATI E’ IL MANTENIMENTO SENZA
INTERRUZIONE A TEMPERATURE MINORI O UGUALI A -18°C FINO AL MOMENTO DEL CONSUMO ATTRAVERSO LA COSIDDETTA “CATENA DEL FREDDO” PER EVITARE CHE NELL’ALIMENTO SOTTOPOSTO A
SBALZI DI TEMPERATURA PARTE DELL’ACQUA SCONGELI TEMPORANEAMENTE
Produzione
(-30°C)
Grossista
(-20 °C)
Dettagliante
(-15 °C)
Freezer domestico
(-15/18 °C)
TRASPORTO
(-18 °C)
TRASPORTO
(-18 °C)
TRASPORTO
(-10 °C ???)
LA CATENA DEL FREDDO
Sistemi di congelamento
1. Circolazione d’aria forzata
2. Contatto indiretto con refrigerante
3. Contatto diretto con refrigerante
1. Circolazione d’aria forzata
1. Camere fredde con circolazione d’aria a velocità più o meno elevata.
- Per prodotti di grosse dimensioni (mezzene, quarti) o per prodotti semilavorati
2. Tunnel di congelamento
Carrelli o scaffali percorrono un tunnel refrigerato. Prodotto in confezioni o vassoi
3. Congelatori a nastro
Nastro trasportatore in rete metallica o nastro forato. Aria corrente con movimento o . Possibile stratificazione del prodotto. 1 o 2 stadi a T crescente (da -40 °C a -25°C) Ideale per piccola taglia Buono come IQF (Individual Quick Freezing)
1. Circolazione d’aria forzata
4. Letto fluido
Simile a B. Con movimentazione forzata del prodotto e corrente d’aria a velocità elevata.
Molto rapido. Ideale per pezzi di piccola taglia
Minima disidratazione
Minimi costi di esercizio
Perdita di peso e tempi di congelamento di alcuni
alimenti congelati con il sistema a fluidificazione
prodotto
Tempo congelamento
(min)
Perdita di peso (%)
Fragole 14 1,5
Funghi 22 1,2
Sogliole 18 0,8
carne 35 0,7
Da Astrom e Londahl, 1989)
2. Contatto indiretto con refrigerante
1. A piastre o su nastri
Per prodotti di forma regolare, con ampia superficie di appoggio e spessore ridotto (es. surgelati in pacchetti)
Congelatore con nastro a spirale
3. Contatto diretto con refrigerante
1. Immersione
In salamoie di sale o propilenglicole su prodotto sfuso o confezionato in materiali plastici
Congelamento finale in tunnel
2. Uso liquidi criogenici (a basso punto di ebollizione)
Azoto liquido (-196°C), Freon (-30°C)
Basso costo iniziale e di manutenzione
Alto costo liquido criogenico
Elevata efficienze di scambio termico
Lavorazione in continuo
Buona qualità prodotto ma con possibili stress termici per prodotti sensibili. Rischio di impurezze nel prodotto
Esempi di freezer-armadi presso i rivenditori
Scongelamento• Fase preliminare all’utilizzo (cottura/consumo): riporta il
prodotto alla T ambiente• Se non controllato può indurre alterazioni:
chimiche
fisiche
microbiche
e conseguenze su caratteristiche sensoriali
• Velocità: deve essere rapido (per limitare tempi di sosta)
lento (per favorire il riassorbimento dei liquidi)
Modalità di scongelamento
• In celle a bassa T, • In acqua fredda (??)• Microonde• Alte pressioni