LA TECNOLOGIA PER LA SICUREZZA DEGLI ALIMENTI

Gli alimenti sono altamente deperibili per cause da attribuire a fattori estrinseci ed intrinseci ad essi. I primi sono rappresentati dai microrganismi (muffe, batteri e lieviti) che possono contaminarli; i fattori intrinseci, invece, possono essere rappresentati dagli enzimi che costituiscono gli alimenti.

Molte alterazioni possono essere provocate anche da reazioni chimiche e dall’azione di agenti fisici. I batteri, estremamente numerosi e attivi presenti nel nostro ambiente, coesistono con l’uomo in due ambiti importanti: la salute umana e l’alimentazione. L’alimento, quindi, è un mezzo per la proliferazione e lo sviluppo microbico.

La sicurezza alimentare costituisce uno degli aspetti più importanti per garantire un livello elevato di tutela della salute umana. In base alla definizione dell’Unione Europea e dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), la sicurezza alimentare è identificata come una responsabilità di tutti gli operatori coinvolti nelle fasi di produzione, lavorazione, trasporto, preparazione, conservazione fino al consumo del prodotto finito.

Quando si parla di sicurezza alimentare si fa riferimento alla qualità igienico-sanitaria degli alimenti, un requisito che deve soddisfare l’esigenza primaria del consumatore. Per conservare la qualità e la sicurezza degli alimenti è necessario attuare procedure operative al fine di garantire la salubrità dei cibi e fornire sistemi di monitoraggio per assicurare che le operazioni stesse di preparazione, confezionamento e conservazione vengano effettuate correttamente, evitando eventuali contaminazioni successive (per esempio la cross contamination) ad opera di microrganismi.

Le tecnologie alimentari si stanno evolvendo per limitare gli effetti negativi lungo tutta la filiera di produzione e per valorizzare gli aspetti nutrizionali e/o funzionali degli alimenti. L’obiettivo è il miglioramento della qualità alimentare e tecnologica e, al contempo, la riduzione delle contaminazioni microbiche.

Le operazioni di sanificazione degli alimenti devono essere considerate parte integrante del ciclo produttivo e il fine è quello di garantire l’assenza di microrganismi patogeni nel prodotto finito e di ridurre al minimo la presenza di quelli saprofiti non pericolosi per la salute del consumatore, ma dannosi per la conservabilità dell’alimento stesso.

TRATTAMENTI E TECNOLOGIE NELL’INDUSTRIA ALIMENTARE

Ligiene riveste un’importanza fondamentale nelle industrie agro-alimentari; infatti, le possibili contaminazioni di origine microbica provenienti dall’ambiente (aria, acqua, terriccio …) o dagli impianti devono essere eliminate completamente durante tutto il processo produttivo. Attualmente, i trattamenti classici di risanamento, quali pasteurizzazione, sterilizzazione, liofilizzazione, essiccamento sono, talvolta, sostituiti da innovative metodiche come la microfiltrazione, l’irraggiamento, l’alta pressione idrostatica, i campi elettrici pulsati, I’ozonizzazione, di cui è necessario definire, in modo esatto, la fattibilità, la validità, nonché i vantaggi, la sicurezza e i miglioramenti che garantiscono negli alimenti, soprattutto in termini di apporto nutrizionale.

IL CALORE A GARANZIA DELLA SALUBRITA’ DEGLI ALIMENTI

La pasteurizzazione

La pasteurizzazione è un trattamento termico rapido utilizzato per la distruzione dei batteri patogeni per la salute umana e per la riduzione della carica dei saprofiti, mantenendo, però, integre le qualità nutritive e organolettiche dell’alimento.

La pasteurizzazione si svolge in quattro fasi: preriscaldamento, pasteurizzazione vera e propria (tra i 72°C e i 75°C), sosta a temperatura per 10-15 secondi, infine raffreddamento a 3°C – 4°C. II prodotto pasteurizzato ha breve conservazione per la presenza di batteri saprofiti ma conserva la qualità nutritiva e organolettica degli alimenti.

Tale metodica viene utilizzata per il trattamento di molteplici alimenti quali latte, succhi di frutta, birra, vino, budini e dessert.

La sterilizzazione

La sterilizzazione è il trattamento termico necessario ad assicurare la distruzione dei microrganismi presenti nell’alimento; è un processo più sicuro per la salute umana, ma meno idoneo dal punto di vista nutrizionale (riduzione delle vitamine, denaturazione delle proteine …) e organolettico di un alimento.

La sterilizzazione si realizza a diversi livelli di temperatura per un lasso di tempo variabile in rapporto alla temperatura stessa e ai diversi alimenti:

  • in autoclave per qualche minuto, a 115 °C circa. Distrugge o blocca l’attività di enzimi, microrganismi e tossine. Rende gli alimenti più facilmente digeribili, mantenendone intatto il valore nutritivo e conserva il potenziale della vitamina C e della B1. Questo trattamento è valido per una grande varietà di prodotti come legumi, frutta, carne, pesce e alimenti cucinati ed è efficace per lungo tempo, fatta eccezione per gli alimenti molto acidi come i succhi di frutta e la salsa di pomodoro.
  • mediante riscaldamento, rende i cibi batteriologicamente puri, sebbene ne diminuisca il valore proteico, lasciando, però, intatti i contenuti di vitamina A e B2. A temperatura superiore ai 140 °C viene effettuato soprattutto nel latte. Tale trattamento viene indicato con la sigla UHT (Ultra High Temperature).
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La disidratazione

Tra i vari trattamenti finalizzati alla conservazione degli alimenti quello basato sull’eliminazione dell’acqua è la disidratazione. Come è noto, la disponibilità di acqua è una condizione indispensabile per la vita dei microrganismi. L’eliminazione anche parziale dell’umidità costituisce, quindi, un mezzo per la conservazione dei prodotti alimentari.

II processo di disidratazione può essere effettuato attraverso atomizzazione e circolazione di correnti ad aria calda filtrata e disidratata, mediante cilindri metallici rotanti o tramite atomizzazione dei liquidi in una camera a tenuta ermetica.

Questo trattamento comporta una lieve perdita vitaminica, soprattutto di vitamina C e B1 ma consente una conservazione per tempi molto lunghi. I prodotti sottoposti a disidratazione devono essere in ottimo stato igienico perché rimane, comunque, la possibilità di permanenza di forme patogene dopo il trattamento.

Si applica ad alimenti quali the, latte, caffè, uova.

La liofilizzazione

È un processo di disidratazione che si basa sulla sublimazione dei cristalli di ghiaccio formatisi negli alimenti dopo congelamento. Tale trattamento consente di ottenere prodotti quasi privi di acqua, facilmente idratabili e, inoltre, è in grado di lasciare inalterata la struttura e le proprietà degli alimenti, offrendo una buona sicurezza batteriologica.

La liofilizzazione viene ottenuta per congelamento rapido dell’alimento a temperature di -30,- 40 °C, e successiva disidratazione per sublimazione sotto vuoto a bassa temperatura e, infine, successivo riscaldamento sottovuoto a 30°C per eliminare le ultime tracce di acqua.

I liofilizzati conservano le stesse qualità nutrizionali dei prodotti di partenza e vanno reidratati prima del consumo: si tratta di un’operazione quasi istantanea e l’alimento ricostituito è del tutto simile a quello fresco. Un altro vantaggio, oltre alla conservazione garantita per molti anni (purché al riparo dall’umidità), è quello di ridurre considerevolmente il peso e il volume degli alimenti.

La liofilizzazione si applica a molteplici alimenti quali caffè, the solubile, camomilla solubile, succhi di frutta, frutta esotica, funghi, prodotti dietetici, prodotti per l’infanzia.

NUOVI APPROCCI TECNOLOGICI PER GARANTIRE LA SICUREZZA DEGLI ALIMENTI

La microfiltrazione

La microfitrazione e l’ultrafiltrazione si basano sul principio della separazione fisica; infatti, i microrganismi ed i solidi dissolti sono rimossi in base alla forma dei pori nelle membrane. Le sostanze più grandi vengono immediatamente rimosse, mentre quelle più piccole solo parzialmente.

La microfiltrazione viene effettuata su membrane che siano in grado di trattenere la microflora in maniera selettiva; per questo motivo, la porosità delle membrane varia da 0.1- 10 micron al fine di contenere la flora microbica in modo selettivo e di ottenere un sensibile miglioramento delle caratteristiche igieniche.

Per quanto concerne il latte vengono applicati processi di microfiltrazione su membrane ceramiche con diametro dei pori leggermente più grande per permettere la permeazione delle proteine (1,4 pm). Nel caso di bevande limpide è possibile ottenere la completa sterilità del prodotto, utilizzando membrane assolute con diametro dei pori di 0,1 pm.

Alcuni esempi di applicazione di microfiltrazione sono: sterilizzazione a freddo di bevande; depurazione di succhi di frutta, vini e birra; separazione dei batteri dall’acqua (trattamento biologico dell’acqua reflua); separazione delle emulsioni olio/acqua; pretrattamento dell’acqua per nanofiltrazione o osmosi inversa; separazione solido/liquido per farmacie e industrie alimentari.

L’ irraggiamento

Il processo fisico che espone gli alimenti a irraggiamento per mezzo di radiazioni elettromagnetiche, elettroniche o fotoniche ha lo scopo di esaltare la shelf-life del prodotto e di migliorarne la qualità igienico-sanitaria. La tecnica dell’irraggiamento utilizza fotoni o particelle (Cobalto-60 per i raggi gamma o macchine acceleratrici per i fasci di elettroni). I processi ionizzanti nelle sostanze alimentari causano il danneggiamento degli organismi a livello molecolare e ne consegue un risanamento microbiologico e/o una disinfestazione da insetti.

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In un prodotto alimentare l’energia radiante ionizzante, a seconda della dose utilizzata, provoca la completa distruzione dei contaminanti microbici, compresi gli organismi saprofiti, inattivando parzialmente o totalmente il materiale genetico delle cellule viventi.

Il processo di ionizzazione è stato ed è applicato a diverse tipologie di alimenti nei quali non ha effetti apprezzabili sulla qualità nutrizionale e organolettica. Nel Sistema Internazionale l’unità di misura della dose assorbita è il Gray e corrisponde a 100 radianti del vecchio sistema di misura oppure a I Joule per chilogrammo di alimento irradiato.

La dose letale per l’uomo è di 4 Gray. La dose necessaria varia a seconda del prodotto e del patogeno bersaglio. In genere, è necessaria una dose più elevata per uccidere lo stesso numero di organismi in un cibo congelato rispetto a uno refrigerato.

L’irradiazione è utilizzata per cacao, caffè, erbe aromatiche e spezie, per l’eliminazione di batteri che provocano il rapido deterioramento organolettico in cibi delicati (frutti di mare freschi e frutta a polpa tenera), ma non è applicabile a tutti gli alimenti a causa delle variazioni di colore o di sapore che può determinare.

I prodotti non diventano radioattivi, tuttavia, in base al dosaggio si evidenzia una differente perdita di determinate componenti nutrizionali, soprattutto vitaminiche. L’effetto dell’irradiazione sulle caratteristiche organolettiche dei prodotti è solitamente minimo per dosi fino a 7,5 kGray.

L’alta pressione idrostatica

I trattamenti ad alta pressione possono essere utilizzati per la trasformazione e la conservazione di alimenti liquidi quali succhi di frutta e derivati lattiero-caseari, al fine di distruggere i numerosi microrganismi presenti negli alimenti e inattivare gli enzimi alterativi.

Solo recentemente l’impiego delle alte pressioni ha suscitato un rinnovato interesse per le finalità applicative nell’industria alimentare che possono essere individuate nella sterilizzazione degli alimenti e nella produzione di alimenti e nuovi. L’alta pressione ha un’applicazione limitata a prodotti ritenuti di pregio per via degli elevati costi tecnologici.

Modifiche reversibili della morfologia cellulare possono essere indotte a basse pressioni, mentre fenomeni irreversibili si riscontrano ad alte pressioni, come la morte di microrganismi dovuta alla permeabilizzazione delle membrane cellulari.

La concentrazione in sale e zucchero, il contenuto in acqua, la concentrazione del prodotto e il pH influenzano la velocità di distruzione dei microrganismi. Pertanto, la sterilizzazione per pressione può essere una valida alternativa alla pasteurizzazione termica.

In generale, l’alta pressione provoca la distruzione dei microrganismi; tuttavia, le spore batteriche sembrano essere resistenti a tale trattamento e il metodo più efficace di inattivazione risulta essere una combinazione dell’alta pressione e della temperatura.

L’alta pressione idrostatica è utile nella cottura, nella sterilizzazione e conservazione degli alimenti, così come l’alta temperatura e, inoltre, preserva il sapore, l’odore e i nutrienti originari degli alimenti trattati.

I campi elettrici pulsati

La continua richiesta di prodotti caratterizzati da proprietà nutrizionali, sensoriali e organolettiche simili a quelli dei prodotti freschi, ha motivato le industrie alimentari nell’utilizzo di tecnologie di conservazione non termiche.

L’applicazione dei campi elettrici pulsati di elevata intensità (5-70 kV/cm), sotto fo¬ma di brevi impulsi, ad alimenti posti tra due elettrodi è tra le tecnologie emergenti di risanamento più promettenti. I campi elettrici pulsati, identificati con la sigla HELP (High lntensity Electric Pulses), provocano la rottura delle membrane, in particolare di quelle delle cellule microbiche vegetative, o l’aumento irreversibile della propria permeabilità che, a sua volta, è causa di morte cellulare.

Pertanto, consentono di distruggere microrganismi patogeni e alterativi presenti negli alimenti senza causarne cambiamenti delle proprietà nutrizionali e sensoriali. Questa tecnologia può essere considerata un processo di pasteurizzazione non termico, che soddisfa il concetto di “minimo trattamento tecnologico”, basato sulla richiesta da parte del consumatore, di alimenti salutari e “freschi” non contenenti additivi chimici.

Da ultime ricerche è emerso che i campi elettrici pulsati rappresentano una tecnologia di stabilizzazione per alimenti liquidi, consentono di preservarne gli attributi di qualità e sono efficaci nell’inattivare lieviti e batteri Gram positivi e negativi, fatta eccezione per le spore batteriche più resistenti.

Tuttavia, non sono in grado di inattivare la maggior parte degli enzimi alimentari, di denaturare le proteine e di destabilizzare le emulsioni. L’applicazione è volta al risanamento di liquidi alimentari quali succhi di frutta e latte.

L’ozonizzazione

Nel trattamento dell’acqua potabile l’uso del cloro e dei suoi derivati come preossidanti, origina inquinanti denominati aloformi (cloroformio), sostanze cancerogene e mutagene. La formazione di detti composti è strettamente dipendente dalle sostanze organiche contenenti il gruppo acetilico presenti nell’acqua, chiamate materiali Umici e Fulvici.

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L’ozono è un decontaminante chimico alternativo che, opportunamente miscelato all’acqua, rimuove queste sostanze cancerogene, producendo la depolimerizzazione dei composti umici e rilasciando una grande quantità di sostanze a basso peso molecolare.

Basse dosi di ozono danno origine a prodotti scarsamente solubili e facilmente eliminabili con la flocculazione e ciò, inoftre, triplica la vita media dei filtri a carbone attivi, utilizzati per eliminare i trialometani presenti nelle acque.

L’ozono è un gas di colore lievemente blu e si avverte anche a basse concentrazioni, è molto instabile, decade rapidamente ed è più reattivo dell’ossigeno. La stabilità del prodotto nell’aria è di alcune ore, mentre in acqua decade rapidamente formando ossigeno in 30 minuti; per la sua forza di ossido-riduzione risulta una molecola estremamente ossidante.

L’ozono è impiegato per la potabilizzazione e la disinfezione dell’acqua, nel trattamento delle acque di scarico e da ricircolo e nell’eliminazione dei Biofilm nelle tubazioni, grazie alle notevoli proprietà battericide, virucide, fungicide. Negli impianti che utilizzano l’ozono, è opportuno installare analizzatori e rilevatori per il monitoraggio on-line della concentrazione di ozono in aria e in acqua, per mantenere sotto controllo il processo di disinfezione dell’acqua e l’ambiente in cui avviene.

L’acquisto di un impianto ad ozono è relativamente costoso rispetto ad altre tecniche di risanamento degli alimenti ma, a lungo termine, si può realizzare un risparmio economico.

LE NUOVE TECNOLOGIE E E RISCHI PER LA SALUTE UMANA

I trattamenti di sanificazione sugli alimenti hanno lo scopo di ridurre o eliminare la carica batterica in modo da garantire la conservabilità nel tempo dello stesso e preservare la salute umana. Le tradizionali metodiche di risanamento sono tuttora utilizzate dalle industrie agro-alimentari, poiché risultano meno costose ed efficaci ma, allo stesso tempo, determinano un depauperamento nutrizionale dell’alimento (denaturazione delle proteine, decadimento delle vitamine termolabili) dovuto all’utilizzo delle alte temperature.

I trattamenti più innovativi per il risanamento degli alimenti risultano meno invasivi, ma sicuramente altrettanto efficaci per l’abbattimento della carica microbica e il conseguente allungamento della shelf-life del prodotto. I rischi relativi alla salute umana associati al consumo di cibo trattato con tecniche di irraggiamento, campi elettrici pulsati, l’utilizzo di ozono sono molto bassi e risultano certamente più accentuati in base alla dose e al tempo di somministrazione.

Inoltre, non è stato valutato un significante decadimento qualitativo degli alimenti dal punto di vista nutrizionale. Per quanto concerne gli alimenti sottoposti a irraggiamento, particolare attenzione va rivolta alla formazione di una certa quantità di radicali liberi (pericolosi e dannosi per la salute umana), che possono rimanere stabili per tempi più o meno lunghi. Per questo motivo, l’irradiazione di prodotti alimentari suscita molteplici dubbi e timori, il più delle volte connessi alla possibilità che tale tecnologia possa trasformare il cibo in un prodotto radioattivo.

Anche l’utilizzo di ozono può suscitare diverse perplessità riguardanti gli effetti indesiderati sulla salute umana, rilevati in funzione della sua alta concentrazione; infatti, è noto che tale gas, caratterizzato da odore pungente, provoca irritazioni al naso e alla gola, difficoltà respiratorie ed edema respiratorio.

CONCLUSIONI

La sicurezza alimentare, la qualità e le eventuali ripercussioni sulla salute umana sono oggi obiettivi di estrema importanza. Con la continua ricerca di sistemi e di processi innovativi per il risanamento degli alimenti è possibile ottenere un miglioramento della qualità alimentare e tecnologica e, allo stesso tempo, una notevole riduzione delle contaminazioni biologiche.

Attualmente tra i processi tecnologici emergenti sono in fase di sviluppo due aree di ricerca: la prima basata sull’applicazione metodica di controlli in serie per una valutazione immediata di tutto il processo produttivo dell’alimento (produzione-vendita); la seconda basata sull’ottimizzazione dei trattamenti termici o la loro sostituzione con tecnologie di risanamento più delicate e rispettose delle proprietà nutrizionali e funzionali degli alimenti.

Alle ormai consolidate tecnologie si vanno, quindi, affiancando tecniche più sofisticate orientate a ottenere modificazioni mirate della materia prima, l’eliminazione o la riduzione di contaminanti biologici e chimici, l’arricchimento con composti dotati di valenze nutrizionali.