Il confezionamento in atmosfera modificata/protettiva

Università degli Studi di Parma
Processi della Tecnologia Alimentare - Prof. Davide Barbanti
Il confezionamento in atmosfera
modificata/protettiva
La tecnologia di confezionamento in
atmosfere modificate o protettive corrisponde
al confezionamento in unità-consumatore di
prodotti alimentari in un'atmosfera diversa da
quella naturale e costituita da miscele di gas in
differenti proporzioni: principalmente
ossigeno, azoto e anidride carbonica ma,
potenzialmente, anche argon, elio e protossido
di azoto, tutti definiti dalla direttiva europea
sugli additivi, già recepita anche in Italia,
come gas d’imballaggio.
Una norma CEE che riguarda l'etichettatura dei prodotti alimentari, ha
recentemente introdotto il termine di atmosfera protettiva che deve essere
obbligatoriamente utilizzato tra le indicazioni in etichetta quando la durata
del prodotto è stata prolungata grazie a gas di imballaggio
1
Un altro termine ancora piuttosto diffuso, anche se
impiegato erroneamente, è atmosfere
controllate.
Questa espressione dovrebbe essere utilizzata solo in
quei casi in cui sia possibile esercitare un reale
controllo sulla composizione dell'atmosfera che
circonda il prodotto, quindi non per prodotti confezionati
ma conservati in magazzini convenientemente attrezzati
per la conservazione o la maturazione di derrate, in
particolare vegetali o animali.
Altri due termini, infine, vengono impiegati con una certa
frequenza: atmosfere attive e atmosfere passive.
Le prime corrispondono ad una volontaria e controllata
sostituzione dell'aria con una miscela gassosa di definita
composizione, le seconde si riferiscono a quelle
modificazioni di atmosfera che sono la conseguenza di
metabolismi propri del prodotto (respirazione) e dei
2
fenomeni di permeazione dei gas attraverso l'imballaggio
Scopo di questa tecnica è quello di prolungare la
conservazione della qualità dei prodotti alimentari
Bloccare o rallentare quei meccanismi chimici e biologici
che determinano il deperimento o deterioramento.
In quei casi in cui il confezionamento in atmosfera
modificata non garantisce una significativa estensione
della conservazione, la tecnica può consentire una
presentazione migliore.
L'uso di atmosfere modificate, in ogni caso, non
deve essere considerato come un mezzo di
risanamento o di miglioramento qualitativo di un
prodotto alimentare scadente ma, piuttosto, come
un'operazione tecnologica di supporto che solo
unitamente ad altri interventi (quali la
refrigerazione, il controllo igienico, ecc.) può
raggiungere gli effetti desiderati.
3
UN CONFRONTO TRA LA
CONSERVAZIONE IN ARIA ED
IN ATMOSFERE MODIFICATE
PER ALCUNI ALIMENTI
PRODOTTO
S.L. IN ARIA (gg)
Pasta fresca non past.
Patatine fritte
Pizza
Hamburger
Wurstel
< 15
< 15
< 28
< 14
< 20
S.L. IN ATM. (gg)
20-30
21
36
28-35
> 30
Per comprendere l'efficacia delle atmosfere modificate è
indispensabile considerare che l'alimento interagisce
sempre con i gas che lo circondano.
Le interazioni "prodotto-atmosfera gassosa" possono
essere di natura microbiologica o chimico-fisica. Le prime
riguardano la possibilità di moltiplicazione dei
microrganismi presenti nel prodotto; quelle chimicofisiche interessano la stabilità e funzionalità di importanti
componenti dell'alimento come le proteine, le membrane,
i lipidi, i pigmenti, gli enzimi, ecc.
4
Un appropriato uso dei gas non può prescindere
dalla conoscenza della natura e delle
caratteristiche del prodotto da confezionare; in
particolare per una corretta applicazione della
tecnica di confezionamento in atmosfera
modificata, è indispensabile conoscere
preventivamente:
la deperibilità dell'alimento in aria:
principali cause del deterioramento del
prodotto (microbiologico, ossidativo,
enzimatico, ecc.);
la solubilità della CO2 nell'alimento
alle diverse temperature e le
variazioni sensoriali associate alla
dissoluzione del gas;
il comportamento della microflora
nell'atmosfera prescelta (proliferazione
di microrganismi anaerobi o di una
selezione indesiderata della microflora
tipica);
5
la permeabilità dei materiali ai gas impiegati, tenendo
conto della temperatura di conservazione e della
superficie complessiva;
l'ermeticità della confezione, cioè l'assenza di microfori
e/o di difetti di saldatura;
l'efficacia dell'operazione di confezionamento e di
sostituzione dell'aria, vale a dire la scelta del tipo di
macchina di confezionamento più idoneo e del sistema di
erogazione e di miscelazione del gas;
la valutazione della reale composizione dell'atmosfera
introdotta nonchè del residuo di ossigeno dopo il
confezionamento
6
ATMOSFERE "TIPO" PER ALCUNI
ALIMENTI
PRODOTTO
% O2
% N2
% CO2
Pane a cassetta
Pizza
Pasta fresca
Pesci bianchi
Pesci grassi e aff.
Salmone
Carni rosse
Carni bianche
Affettati Salsicce Formaggi
Panna Latte in polvere
Caffè grani e mac.
70-60
30
25
80-65
0-65
50-70
70
100
-
20-0
30-40
30-0
30
40
15
0-10
50-10
50-30
30
0-80
100
0-100
80-100
70-100
40
60
60
20-25
50-25
100-20
100-0
7
Il Packaging moderno è sempre più caratterizzato dall'uso di
imballaggi flessibili (sacchetti e vaschette semirigide di plastica,
contenitori di cartoncino poliaccoppiato, ecc.) dei quali i
polimeri plastici rappresentano i principali costituenti.
I gas attraversano i film plastici con una velocità diversa da
polimero a polimero e ciò giustifica il fatto che si indichino
come materiali barriera quei polimeri che hanno una bassa
permeabilità ai gas.
Il concetto di barriera ai gas non è definito univocamente
sebbene i termini alta media e bassa barriera siano
comunemente impiegati.
I polimeri che hanno caratteristiche di barriera non sono molti,
sono piuttosto costosi e, a volte, non hanno tutte le
caratteristiche (di saldabilità, di idoneità alimentare, ecc.) che
occorrono ad un imballaggio alimentare.
Per questo motivo si ricorre alla realizzazione di strutture
multistrato, accoppiando con tecniche diverse (come la
laminazione o la coestrusione) differenti materiali
8
L'approvvigionamento dei gas non è più da tempo un
problema. Tutti i principali produttori di gas tecnici
forniscono prodotti di qualità (gas ad elevata purezza),
spesso in contenitori dedicati all'uso specifico. Le forme
di stoccaggio sono di diverso tipo a seconda dei volumi
richiesti:
•bombole per gas compressi (200 bar di
pressione di carico) con capacità di 40-50 l;
•pacchi bombole (200 bar di pressione di
carico) con capacità di 800-1000 l;
•bidoni, serbatoi e contenitori per gas liquefatti
(anidride carbonica ed azoto) di capacità
variabile tra 5 e 300 l (1,5 bar di pressione di
carico).
9
Molto schematicamente le macchine che confezionano in atmosfera
modificata operano secondo 4 tipologie fondamentali.
Le prime due corrispondono alle classiche macchine "Form Fill Seal"
(FFS) rispettivamente orizzontale e verticale, modificate per l'introduzione
dell'atmosfera.
10
Per queste macchine si usa spesso il termine di "gas flushing" in quanto
una lancia di alimentazione, che entra nel tubolare formato dal film che si
svolge dalla bobina, introduce l'atmosfera selezionata che sostituisce l'aria
presente.
Queste macchine in effetti portano ad una progressiva diluizione dell'aria
nella atmosfera modificata e non garantiscono quindi una completa
eliminazione dell'ossigeno atmosferico.
A volte queste macchine prevedono delle modificazioni al sistema saldante
per garantire un più lungo tempo di saldatura e quindi una maggiore
sicurezza di ermeticità. In queste macchine è molto difficile rimuovere
l'aria incorporata nel prodotto che, per alimenti porosi, può rappresentare
una quantità notevole.
Le macchine più diffuse sono però quelle che derivano dalle
confezionatrici sotto-vuoto (si usa spesso il termine di confezionatrici in
"sotto-vuoto compensato") e che teoricamente possono suddividersi in
macchine "a campana" e "termoformatrici".
Nelle prime la confezione contenente il prodotto (generalmente una busta o un
sacchetto) viene posta sotto-vuoto e poi riempita dell'atmosfera selezionata; il
ciclo può essere ripetuto più di una volta per maggiore garanzia.
Le seconde sono macchine termoformatrici sotto-vuoto, modificate per
l'introduzione dei gas. Da una foglia di laminato plastico piuttosto spessa si
forma una vaschetta che viene riempita con il prodotto ed in seguito, sulla
stessa macchina ed all'interno di un'apposita stazione, la vaschetta viene
evacuata e riportata a pressione atmosferica per introduzione della atmosfera
modificata.
E' essenziale che queste macchine abbiano dispositivi di controllo detti "nogas, no-run" per evitare che una mancanza di gas nelle linee porti a prodotti
difettosi, e sistemi per controllare il livello di ossigeno residuo (più basso in
queste macchine rispetto alle precedenti) o meglio ancora la composizione 11
globale dell'atmosfera introdotta
L'estensione della Shelf-Life dei prodotti
confezionati in atmosfera modificata e la loro
migliore presentazione sugli scaffali dei puntivendita, ha ovviamente un prezzo.
L'incidenza di costo dell'intera operazione di
condizionamento per questi prodotti è certamente
maggiore rispetto ad un confezionamento
tradizionale.
il costo del gas che costituisce l'atmosfera;
il prezzo del materiale di confezionamento che è sempre
un materiale pregiato per le sue caratteristiche di barriera;
il volume dell'imballaggio, accresciuto per contenere
l'atmosfera necessaria al mantenimento del prodotto;
i controlli che è necessario effettuare sulla composizione
dell'atmosfera e sull'aria residua;
le macchine e la linea di confezionamento sono
tecnologicamente più sofisticate di quelle tradizionali e
quindi più costose
12
I PRINCIPALI METODI DI
RIVELAZIONE DI DIFETTI DI
INTEGRITA' DELLE CONFEZIONI
METODI DISTRUTTIVI METODI NON DISTRUTTIVI
Bubble test
Test elettrolitico
Penetrazione di coloranti
Penetrazione di microrganismi
Test di conservazione simulata
Prova di scoppio
Resistenza delle saldature
Controllo visivo
Metodi ottici
Metodi acustici
Metodi a diff. pressione
13
EFFETTI DELLA CO2 SUI MICRORGANISMI
GRAM NEGATIVI:
Acinetobacter
Aeromonas hydrophila
Alteromonas spp.
Campylobacter jejuni
Enterobacter spp.
Escherichia coli
Moraxella
Proteus spp.
Pseudomonas spp.
Salmonella spp.
Vibrio spp.
Yersinia enterocolitica
GRAM POSITIVI:
Bacillus spp.
Brochotrix thermosphacta
Clostridium botulinum
Clostridium perfrigens
Enterococci
Corynebacterium spp.
Lactobacillus spp.
Leuconostoc spp.
Listeria monocytogenes
Staphylococcus aureus
Streptococcus spp.
MUFFE
LIEVITI
N.E.
I.C.
P.I.C.
S.C.
−
−
−
−
√
−
−
−
−
−
−
−
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
−
√
√
√
−
√
−
−
√
√
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
√
−
−
−
−
√
−
−
−
√
−
√
−
√
−
√
√
√
−
√
√
√
−
√
√
√
−
√
−
√
√
√
−
√
−
√
−
−
√
−
−
√
−
−
√
√
−
−
√
−
−
−
−
−
− 14
Alcune caratteristiche dei gas di imballaggio
Gas
Sol. a
P.M.
Densità Calore spec.
(g mol-1) (kg m-3)b (J/mol K) a 25 °C
CO2
Ar
He
N2
N2O
O2
0.870
0.034
0.009
0.016
0.665
0.031
44.01
39.55
4.00
28.01
44.01
32.00
1.81
1.64
0.16
1.15
1.82
1.31
37.75
20.83
20.79
29.14
38.64
29.43
Grigio
Amar.
Marrone
Nero
Blu
Bianco
E 290
E 938
E 939
E 941
E 942
E 948
di Bunsen: cm3 (S.T.P.) di gas per
m3di acqua, pressione parziale del gas = 1 bar,
temperatura = 20°C;
bTemperatura = 15 °C, pressione = 1 bar
aCoefficiente
15
Aria e atmosfere modificate
COMPONENTE
Azoto
Ossigeno
Argon
Anidride Carbonica
Neon
Elio
Metano
Krypton
Idrogeno
NO2
Xenon
Acqua
Microrganismi
Contaminanti ambientali
ABBONDANZA
78.08 %vol
20.95 %vol
0.934 %vol
0.033 %vol
18.2 ppm
5.12 ppm
2.0 ppm
1.1 ppm
0.5 ppm
0.5 ppm
0.09 ppm
variabile secondo l'umidità
variabile
variabile
Il primo obiettivo delle atmosfere modificate
impiegate per il confezionamento degli alimenti è
infatti, fatta qualche eccezione, l'eliminazione
dell'ossigeno dal contatto con l'alimento.
A questo proposito è indispensabile conoscere un
po' meglio gli effetti dei diversi gas sui costituenti
degli alimenti e sui microrganismi.
16
PRINCIPALI EFFETTI DELLA CO2 A
CONTATTO CON GLI ALIMENTI
inibisce la respirazione dei vegetali
acidifica i liquidi tissutali
può denaturare alcune proteine
inibisce gli ormoni vegetali della crescita
inibisce l'idrolisi delle pectine (evitando la
fluidificazione)
rallenta la maturazione dei vegetali
riduce i danni da freddo dei tessuti vegetali
PRINCIPALI EFFETTI DELL' O2 A
CONTATTO CON GLI ALIMENTI
ossigena la mioglobina (pigmento rosso della
carne fresca) migliorando il colore
attiva le ossidazioni enzimatiche e chimiche
attiva la degradazione del beta-carotene
è il substrato della respirazione di cellule vegetali e
microbiche
17
PRINCIPALI EFFETTI DELL' N2 A CONTATTO
CON GLI ALIMENTI
inibisce alcune proteasi (enzimi che frammentano
le proteine)
inibisce alcune lipasi (enzimi che causano
l'irrancidimento)
inibisce alcune decarbossilasi (enzimi respiratori)
preserva la nitrosomioglobina (pigmento rosa delle
conserve di carne)
PRINCIPALI EFFETTI DELL'ARGON A
CONTATTO CON GLI ALIMENTI
è più solubile dell'azoto
si ipotizza una sua competizione con l'ossigeno a livello
chimico ed enzimatico, in quanto ha solubilità e
dimensione molecolare simile
18
Un approfondimento sull’anidride carbonica
La CO2 è largamente solubile in acqua ma anche in alcool e
nei grassi; in tutti i casi la sua solubilità è largamente
influenzata dalla temperatura (più è bassa la temperatura
maggiore è la solubilità) così l'efficacia di un
confezionamento in atmosfera modificata è sempre
condizionata dalla temperatura di conservazione;
Molti legami che questo gas forma con i costituenti
alimentari sono lentamente reversibili; anche dopo
l'apertura della confezione l' anidride carbonica, che
lentamente si libera dal prodotto, continua ad esercitare
un effetto conservativo utile per un certo tempo ("effetto
residuo").
L'idratazione della CO2 nel mezzo e nel citoplasma
microbico determina un'acidificazione ed un modesto
abbassamento del pH :
H2O + CO2 = H2CO3 = H+ + HCO319
Globalmente si parla di un effetto "anestetico" della CO2
in quanto l'azione del gas è di tipo inibente/batteriostatica
e non sterilizzante. E' stato proposto un parametro di
misura dell'effetto batteriostatico della CO2, definito
effetto inibitorio relativo ed indicato con RI :
Vr - VCO2 x 100
RI = ------------------------------Vr
Vr = velocità di crescita di una coltura di controllo in
assenza di anidride carbonica;
VCO2= velocità di crescita della stessa coltura in anidride
carbonica.
ESEMPI : Bacillus cereus, Brocotrix
termosphacta e Aeromonas hydrophila hanno
RI > 75%; Escherichia coli, Streptococcus
termophilus e Lactobacillus spp hanno RI di 20
circa 30-50%.
SOLUBILITA' A 7°C DELLA ANIDRIDE
CARBONICA IN ALCUNI ALIMENTI
PRODOTTO
SOLUBILITA' (cm3/g bar)
Carne di manzo
Carne di pollo
Crescenza
Gorgonzola
Grana grattugiato
Emmental
Prosciutto cotto
Salame
Lasagne
Gnocchi
0.767
0.981
0.756
1.262
0.114
0.636
1.285
0.654
0.622
0.852
21