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100°CT EBOLL. H 2 O PURA (1 ATM), COTTURA, EVAPORAZIONE, DISTILLAZIONE -40°CCONGELAMENTO/ SURGELAZIONE -18° CSTOCCAGGIO SURGELATI 0 °CT SOLIDIFICAZIONE.

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1 100°CT EBOLL. H 2 O PURA (1 ATM), COTTURA, EVAPORAZIONE, DISTILLAZIONE -40°CCONGELAMENTO/ SURGELAZIONE -18° CSTOCCAGGIO SURGELATI 0 °CT SOLIDIFICAZIONE ACQUA PURA °CIPER-REFRIGERAZIONE 20 °C TEMPERATURA AMBIENTE (convenzionale) 40 °C EVAPORAZIONE A BASSA PRESSIONE 60 °CDISTILLAZIONE 80 °CBLANCHING, PASTORIZZAZIONE LE TEMPERATURE E I PROCESSI DEGLI ALIMENTI 121 °CSTERILIZZAZIONE (autoclave) 140 °CSTERILIZZAZIONE (UHT), COTTURA IN FORNO, COTTURA- ESTRUSIONE 160 °CFRITTURA 180 °CTOSTATURA NOCCIOLE 200 °CTOSTATURA CAFFE TOSTATURA CAFFE (italian style)

2 Luso di basse temperature: la refrigerazione ed il congelamento Master VAPRAQ Prof.ssa Paola Pittia Facoltà di Agraria – Dipartimento di Scienze degli Alimenti Florianopolis (Brasile), luglio 2010

3 TEMPERATURA Influisce ogni tipo di reazione chimica. Il suo effetto su ogni processo degradativo di tipo chimico può essere espresso dallequazione di Arrhenius: K = A e -Ea/RT in cui: K= costante di equilibrio della reazione A = indice di qualità considerato E = Energia di attivazione R = costante dei gas T = Temperatura assoluta Quando il ln K è rappresentato in funzione di 1/T, questa espressione dà origine ad una retta, la cui pendenza corrisponde allEa. ln K = ln A - Ea RT Diminuendo la T, si abbassa la velocità di ogni evento, processo chimico e biologico e fenomeno fisico

4 REFRIGERAZIONE CONGELAMENTO SURGELAZIONE LIMPIEGO 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

5 Cause di alterazioni: velocità relativa/temperatura Danni meccanici = formazione di cristalli (aumento di volume) Attività metabolica (es. ortofrutticoli vivi, respirazione, CO 2 ) Temperatura (°C)

6 Cause di alterazioni: velocità relativa/temperatura Reazioni ENZIMATICHE (ox lipidi, EB) Reazioni CHIMICHE (ox lipidi, NEB) Temperatura (°C)

7 Cause di alterazioni: velocità relativa/temperatura MUFFE LIEVITI PSICROFILIMESOFILI TERMOFILI Temperatura (°C)

8 Storia Preistoria : - Regioni artiche: mantenimento e conservazione animali cacciati a temperatura ambiente - neve conservata in grotte od anfratti anche durante la stagione calda

9 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 NH 3 - Linde (Germania), Boyle (USA) 1880: Frigo ad assorbimento (frigo campeggio) -Carrè 1890: Freddo per trasporto carne e birra a bassa fermentazione 1990: Congelamento frutta - Prime ricerche su effetti congelamento 1915: Ghiaccio naturale = ghiaccio artificiale 1920: Ideazione compressore rotativo 1960: Ideazione compressore a vite 1930: Italia: uso del freddo a livello industriale 1935: Astucci di cartone parafinato 1960: Atmosfera controllata 1970: Settore surgelati industriali

10 Refrigerazione Rallentamento sviluppo microbico e reazioni chimiche ed enzimatiche Mantenimento 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)

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17 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

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19 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 dellatmosfera in cui i prodotti sono conservati

20 Cause di alterazione dei vegetali nella fase di post-raccolta Respirazione Transpirazione Maturazione e senescenza Patologie (biotiche e abiotiche) Cambiamenti nella composizione chimica

21 Cause di alterazione dei vegetali nella fase di post-raccolta N.B. Letilene (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 + 6O ADP + 38 Pi -> 6CO2 + 44H2O + 38 ATP produzione di energia (ca. 42% di energia = calore), consuma O 2 e produce CO 2 La respirazione può essere aerobica and anaerobica (<1-3% O 2 ) La velocità è influenzata da T, conc. ossigeno ed anidride carbonica ed etilene

22 Cause di alterazione dei vegetali nella fase di post-raccolta Classificazione di vegetali in relazione alla velocità di respirazione: Molto bassa: cipolla Bassa: 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,spinaci Estremamente alta: broccoli, piselli, prezzemolo,mais.

23 Fattori che influenzano la stabilità dei vegetali freschi nella fase di post-raccolta - temperatura - Umidità Relativa (%) - composizione gas dellatmosfera - Circolazione dellaria nellambiente

24 Gajewski, 2007

25 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 letilene

26 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

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28 La refrigerazione (basse T) + modificazione dellatmosfera Atmosfere controllate (in celle di stoccaggio) Atmosfere protettive (per prodotti destinati al consumatore finale) Abbassamento del livello di CO 2 ed aumento del livello di O 2 nellatmosfera per ridurre i processi metabolici Composizione ideale di atmosfera per vegetali: 0-5% CO 2 + 1,5-3% O 2 (dipendente dalla specie)

29 La refrigerazione (basse T) + modificazione dellatmosfera Gajewski, 2007

30 La refrigerazione (basse T) + modificazione dellatmosfera Kader, 2000

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32 Packaging methods for prolonging shelf life Modified atmospheric packaging Mechanical gas flushing and sealing with fish fillets Vacuum Packing

33 Effect of packaging on the shelf life Type of ProductStorage temp. Shelf life (weeks) AirVPMAP Meat (beef, pork, poultry) °C Lean fish (cod, pollock, rockfish, trevally) °C Fatty fish (herring, salmon, trout) °C Shellfish (crabs, scampi, scallops) °C½ - 2-½ - 3 Warmwater fish (sheepshead, swordfish, tilapia) °C½ Huss 1995

34 Sensory analysis (Torry scheme) Influence of different temperature during storage (0°C, 7°C and 15°C) on the shelflife of haddock fillets Adapted from: Olafsdottir et al., 2006

35 Chemical and microbial analysis Haddock fillets stored at 0°C, 7°C and 15°C TVB-N (Total volatile basic nitrogen) TVC (total viable counts) and Photobacterium phosphoreum (Pp) Adapted from: Olafsdottir et al., 2006

36 Congelamento/surgelazione Determina la transizione di stato (liquido/solido) dellacqua con: Blocco delle attività microbiche (ripresa allo scongelamento) Blocco attività metaboliche Rallentamento/blocco attività enzimatiche Rallentamento/inibizione reazioni chimiche Lacqua non è più libera nella sua azione di: Solvente Reagente poiché si trova nello stato solido Temperatura processo/conservazione: -5/-40 °C Tempo di conservazione : anche alcuni anni

37 Fattori che influiscono sul processo di congelamento e sulla qualità del prodotto congelato -Velocità di raffreddamento (circolazione aria, meccanismo sottrazione calore) - Contenuto dacqua alimento - Dimensioni/forma prodotto - Confezione

38 Contenuto dacqua e T congelamento di alcuni alimenti AlimentoContenuto dacqua (%) Temperatura di congelamento (°C) Vegetali78-92Da -0.8 a -2.8 Frutta87-95Da -0.9 a -2.7 Carne55-70Da -1.7 a -2.2 Pesce65-81Da -0.6 a -2.0 Latte Uova74-0.5

39 Curva di congelamento: effetto velocità di raffreddamento

40 Effetto della velocità di raffreddamento sulle cellule di tessuti vegetali: A)Lento B)veloce

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42 EFFETTI DELLE BASSE TEMPERATURE SUI PRINCIPALI COMPONENTI DEGLI ALIMENTI Proteinedenaturazione: stesso valore nutritivo digeribilità (10-40% dopo un anno) Lipidiidrolisi ed ossidazione qualità sensoriali valore nutritivo (perdita ac. grassi essenziali) Zuccheriidrolisi fino a mono-osi: stesso valore nutritivo idrolisi delle pectine: perdita consistenza ed aumento digeribilità

43 EFFETTI DELLE BASSE TEMPERATURE SUI PRINCIPALI COMPONENTI DEGLI ALIMENTI Sali mineraliperdite nelle fasi preliminari (blanching) e in fase di scongelamento VitamineTiamina: - lievi perdite in prodotti di orig. animale % nei vegetali Riboflavina: perdite dal 10 al 20% Ac. Ascorbico: perdita in prodotti freschi (6-20%) e nei surgelati (25%)

44 Riduzione % contenuto vitaminico in alcuni alimenti (stoccaggio: 12 mesi, -18°C) Vit. B1Vit. B2NiacinaVit B6Ac. folico Ac. Pantot CaroteneVit K Fagiolini verdi Fagioli Broccoli Cavoli Piselli Spinaci Vitello (bistecca) Maiale (braciola) Agnello (coscia) Ostriche

45 MODIFICAZIONE DELLE CARATTERISTICHE DEGLI ALIMENTI 1. Ricristallizzazione migrante (T° contenitore< T° prodotto): Sublimazione E consigliabile evitare: - sbalzi temperatura (diversa conducibilità) - Spazi vuoti in contenitori 2. Freeze-burn (= scottatura/essiccamento superficiale) in carne e vegetali determinata dalla sublimazione dellacqua sulla superficie del prodotto cambiamenti di colore (imbrunimento o ingiallimenti ) favoriti da ossidazione lipidi

46 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)

47 Ritenzione clorofilla

48 Shelf-life di carni (PSE, practical storage life) (mesi) Temperatura (°C) Prodotto Carcassa bovina81524 Manzo, macinata61015 Carcassa vitello61215 Carcassa agnello1824>24 Carcassa suino61015 Prosciutto a fette12 Pollo (intero)918>24 Tacchino (intero)815>24 Oca (intera)61218 Fegato41218

49 Shelf-life di vegetali (HQL, High Quality Life) (mesi) Temperatura (°C) Fagiolini13,19,8 Cavolfiore0,429,7 Piselli1310,1 spinaci0,761,96,2

50 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 NELLALIMENTO SOTTOPOSTO A SBALZI DI TEMPERATURA PARTE DELLACQUA SCONGELI TEMPORANEAMENTE

51 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

52 Sistemi di congelamento 1.Circolazione daria forzata 2.Contatto indiretto con refrigerante 3.Contatto diretto con refrigerante

53 1. Circolazione daria forzata 1.Camere fredde con circolazione daria 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)

54 1. Circolazione daria forzata 4. Letto fluido Simile a B. Con movimentazione forzata del prodotto e corrente daria a velocità elevata. Molto rapido. Ideale per pezzi di piccola taglia Minima disidratazione Minimi costi di esercizio

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56 Perdita di peso e tempi di congelamento di alcuni alimenti congelati con il sistema a fluidificazione prodotto Tempo congelamento (min) Perdita di peso (%) Fragole141,5 Funghi221,2 Sogliole180,8 carne350,7 Da Astrom e Londahl, 1989)

57 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)

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59 Congelatore con nastro a spirale

60 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

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62 Esempi di freezer-armadi presso i rivenditori

63 Scongelamento Fase preliminare allutilizzo (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)

64 Modalità di scongelamento In celle a bassa T, In acqua fredda (??) Microonde Alte pressioni


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