Tecnologie emergenti nella stabilizzazione di ortofrutta

La conservazione e la trasformazione dei prodotti ortofrutticoli è genericamente legata alla corretta utilizzazione di basse e/o elevate
temperature, seguendo le comuni procedure della tecnologia alimentare basate sullo scambio termico. Secondo questo approccio le fasi di controllo della  temperatura (refrigerazione fino al congelamento) per il rallentamento dei fenomeni degradativi e metabolici sono affidate ai sistemi frigoriferi o all’uso gas criogenici (azoto liquido o anidride carbonica) mentre gli interventi di sanificazione (riduzione o eliminazione) vengono comunemente effettuati con scambiatori di calore (usando come fluido riscaldante acqua o vapore surriscaldato) o processi di pastorizzazione / sterilizzazione  di prodotti già confezionati in banda stagnata, vetro o imballaggi flessibili.
In tutti i casi citati i tempi di processo sono funzione delle temperature raggiunte nel punto più sfavorito (il più interno) del prodotto, per cui le parti più esterne risultano necessariamente “sovra-processate”, spesso risultandone un decadimento qualitativo (soprattutto nel
caso di elevate temperature) e/o un elevato dispendio energetico. Mentre nel caso delle basse temperature le tecnologie più moderne si basano soprattutto sull’aumento dell’efficienza del processo, con riduzione dei tempi di raffreddamento e del dispendio energetico, spesso le carenze nell’uso delle tecnologie già disponibili sono superiori rispetto alla potenzialità di tecnologie innovative.  L’introduzione della refrigerazione, anche passiva con ghiaccio secco o sistemi di immagazzinamento di energia, direttamente “in campo”, potrebbe ridurre notevolmente la velocità delle reazioni degradative e del metabolismo dei prodotti dopo la raccolta.

Infatti, a tutt’oggi il trasporto di prodotti ortofrutticoli dal campo ai magazzini di raccolta, specialmente nella stagione estiva o comunque con temperature medie ed elevate, avviene spesso in condizioni di temperatura non controllata, a discapito della perdita di una buona parte della vita qualitativa dei prodotti.
Passando invece alle tecnologie di sanificazione, le tecnologie alternative a quelle termiche tradizionali sono molteplici.
Le tecnologie considerate “emergenti” (cfr. Tabella 1) sono oggetto di ricerca da almeno due decenni, utilizzando principi diversi, quelle più mature e in alcuni casi già “emerse” sono quelle che si basano sulla elevata pressione atmosferica. Prenderemo in considerazione solo alcune di quelle elencate, che rivestono maggiore interesse per i prodotti ortofrutticoli.

Tabella 1: Tecnologie non termiche per la sanificazione dell’ortofrutta

  • Elevata Pressione Idrostatica (HPP)
  • Campi Elettrici Pulsati (PEF)
  • Omogeneizzazione ad elevata pressione (HPH)
  • Ultrasuoni (US)
  • Luce Ultravioletta (UV)
  • Plasma freddo
  • CO2 in fase densa
  • Ozono

E’ opinione consolidata negli ambienti più evoluti della tecnologia alimentare che le tecnologie nuove ed emergenti che ampliano la sostenibilità nel settore della trasformazione alimentare sono assolutamente necessari per contribuire alla richiesta di sostenere le necessità alimentari della futura popolazione del pianeta (si stima in 9-10 miliardi di persone nel 2050, secondo la FAO), in relazione alla qualità, quantità e sostenibilità del loro consumo (Langelaan et al., 2013). In tale ambito i trattamenti ad elevata pressione, una delle tecnologie maggiormente studiate ed emergenti, riveste un importante impatto nel migliorare le caratteristiche dei prodotti ortofrutticoli e non solo a media – lunga conservazione, fornendo caratteristiche di freschezza (colore, aroma, sapore e texture) e proprietà nutrizionali incomparabili con gli analoghi prodotti stabilizzati termicamente (pastorizzati o sterilizzati).

L’utilizzo dell’elevata pressione isostatica per valori  superiori a 400MPa (circa 4000 bar) risulta efficace per la parziale sanitizzazione (eliminazione di molti microorganismi in grado di alterare i prodotti)  può essere effettuata sia su prodotti in pezzi sia su succhi di frutta o ortaggi fluidi e  ha aperto una nuova frontiera della qualità dei prodotti che si ottengono, con caratteristiche gustative simili a quelle di un prodotto fresco ma che può conservarsi, in regime di refrigerazione, per alcune settimane o mesi. Certamente allo stato attuale il costo di tali impianti è ancora molto elevato ma la loro diffusione a livello mondiale si sta ampliando, soprattutto –ma non solo – nel settore della frutta e degli ortaggi come salse di pomodoro, succhi e puree di carote, ecc.
I prodotti, per essere sottoposti al trattamento devono essere confezionati in un
imballaggio flessibile in modo tale da poter trasmettere la pressione, secondo il principio della legge di Pascal. In un mezzo fluidi una pressione anche molto elevata si trasmette immediatamente in tutti in punti e la continuità del fluido permette di evitare schiacciamenti evidenti. L’elevata pressione comporta invece una significativa disattivazione delle forme vegetative di batteri, lieviti o virus a temperatura ambiente, quindi senza fornire energia per le reazioni chimiche e biochimiche di alterazione che invece avvengono nel corso dei trattamenti termici tradizionali di conservazione.

Solo poche reazioni alterative vengono influenzate dalla elevata pressione (Toepfl et al., 2006) , mentre si possono osservare modificazioni della microstruttura dei prodotti, con una conseguente maggiore consistenza che in molti casi può risultare positiva.

Sempre parlando di trattamenti fisici ad elevata pressione, il trattamento di omogeneizzazione per di alimenti fluidi a pressioni superiori a quelle normalmente utilizzate per la stabilizzazione fisica delle emulsioni e delle dispersioni (nei succhi di frutta in particolare) può conseguire risultati analoghi in prodotti liquidi o fluidi relativamente omogenei trattati “in linea” non confezionati, a cui far seguire un confezionamento in condizioni asettiche.

Inoltre, i trattamenti ad elevate pressioni possono migliorare la sostenibilità ambientale dei processi alimentari, dato che queste tecnologie necessitano di un minore carico termico se comparate con i processi convenzionali e quindi una minore richiesta energetica rispetto al riscaldamento e raffreddamento dei prodotti nei processi convenzionali (Toepfl et al., 2006).

Altra tecnologia emergente applicata per la stabilizzazione di prodotti orticoli e frutticoli, per ora soprattutto oggetto di una sempre più vasta attività sperimentale, è quella riferita come Campi elettrici pulsati (Pulsed Electric Field, PEF). Tale trattamento, la cui efficacia è funzione di una somma di fattori tra cui la conduttività, la potenza del campo elettrico, la frequenza e la durata degli impulsi, porta alla formazione di “pori” nelle membrane cellulari dei microorganismi e dei tessuti senza innalzare significativamente la temperatura di processo, con la conseguenza di incrementare la preservabilità del prodotto senza influenzarne la qualità sensoriale.

Nel caso della alta pressione di omogeneizzazione, la tecnologia è derivata direttamente dalla tecnologia di omogeneizzazione per la stabilizzazione fisica di alimenti fluidi (latte, succhi polposi di frutta) che ha principalmente lo scopo di evitare la divisione di miscele termodinamicamente
instabili (grassi e fasi acquose proteiche, sospensioni colloidali, ecc.)  operata generalmente a pressioni relativamente basse (fino a 10 MPa equivalente a circa 100 atmosfere).  Riuscendo a raggiungere pressioni decisamente più elevate (100 MPa e oltre) la tecnologia permette sia una parziale inattivazione di alcuni microorganismi, sempre in prodotti fluidi, sia una modificazione microstrutturale con la possibilità di ottenere prodotti con caratteristiche fisiche di scorrimento e consistenza (proprietà “reologiche” in termini tecnici) nuove e sensorialmente piacevoli, anche in questo caso mantenendo temperature di processo non superiori a quelle ambientali, quindi mantenendo il più possibili aromi, sapori e proprietà nutrizionali molto vicine a quelle del prodotto fresco.

L’applicazione di ultrasuoni ad elevat
a potenza invece può essere sfruttata per diverse finalità tra cui la inattivazione microbica ed enzimatica e l’incremento dei coefficienti di scambio di materia nei processi di estrazione, trattamento osmotici, salagione e impregnazione. La disattivazione enzimatica può agire su enzimi ossidasici quali perossidasi, polifenolossidasi e lipossigenasi, frequenti nel deterioramento della frutta e dei vegetali. Recentemente l’uso degli ultrasuoni è stato utilizzato per l’ottimizzazione dei processi di vegetali in foglia come parziale sostituzione dei processi di scottatura tradizionale, basati su trattamenti termici (Sledz et al., 2015).

In ultimo, ma non meno interessante, citiamo i trattamenti con l’utilizzo di plasma freddo. In questo caso il gas plasma è caratterizzato dalla presenza di specie chimiche reattive dell’ossigeno, particelle cariche, specie reattive all’azoto e all’ozono. Recentemente, Tappi et al. (2014) hanno dimostrato come un trattamento di gas plasma su frutta tagliata ( IV gamma) fosse in grado di  inibire i fenomeni enzimatici ossidativi (imbrunimenti enzimatici) e contemporaneamente ridurre la carica microbica superficiale, nonostante rimanga da studiare ancora il comportamento di un trattamento del genere, fortemente ossidante, sui principi bioattivi dei prodotti ortofrutticoli.

In conclusione , le tecnologie emergenti non termiche saranno sicuramente in grado nel futuro – speriamo davvero prossimo –  di modificare la nostra idea – come consumatori – dei prodotti ortofrutticoli conservati, fornendo nuove sensazioni di freschezza e salubrità a prodotti a base frutta e ortaggi preservati  a medio lungo periodo.

Bibliografia

Magdalena Sledz Urszula Tylewicz2; Silvia Tappi3; Pietro Rocculi2,3; Dorota Witrowa-Rajchert1; Marco Dalla Rosa. Metabolic Heat Measurement As A Tool To Assess The Impact Of Ultrasound And Steam Blanching On The Viability Of Herbal Leaves, FOODINNOVA 2014, Concordia (ARG) 21 ottobre 2014, Book of Abstracts.

Silvia Tappi, Annachiara Berardinelli, Luigi Ragni, Marco Dalla Rosa, Adriano Guarnieri, Pietro Rocculi (2014) Atmospheric gas plasma treatment of fresh-cut apples, Innovative Food Science & Emerging Technologies, 21, 114–122.

Toepfl, S., Heinz, V., & Knorr, D. (2007). High intensity pulsed electric fields applied for food preservation. Chemical Engineering and Processing, 46, 537e546

Langelaan, B., Pereira da Silva, F., Thoden van Velzen, U., Broeze, J., Matser, A.M., Vollebregt, M. 2013. Technology options for feeding 10 billion people – Options for sustainable food processing, STOA, Brussels.

Prof. Marco Dalla Rosa