LINEE GUIDA PER L’ESSICCAMENTO SU PICCOLA SCALA. L’IMPIEGO DEGLI ESSICCATORI SOLARI PER PICCOLE PRODUZIONI VEGETALI. Marcello Della Campa Roberto Lo Scalzo Tiziana M.P. Cattaneo Giovanni Marino Claudio Menegatti Progetto MIERI: “Miniaturizzazione e semplificazione di linee di trasformazione per piccole produzioni agroalimentari e impiego di energie rinnovabili”, finanziato dal MiPAAF (Ministero delle Politiche Agricole Alimentari e Forestali UO1: Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura, CRA-IAA Milano UO4: Termotend s.a.s., Carpi (MO) Coordinamento: CRA-IAA Milano
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LINEE GUIDA PER
L’ESSICCAMENTO SU
PICCOLA SCALA.
L’IMPIEGO DEGLI
ESSICCATORI SOLARI
PER PICCOLE
PRODUZIONI
VEGETALI.
Marcello Della Campa Roberto Lo Scalzo Tiziana M.P. Cattaneo Giovanni Marino Claudio Menegatti
Progetto MIERI: “Miniaturizzazione e semplificazione di linee di trasformazione per piccole produzioni agroalimentari e impiego di energie rinnovabili”, finanziato dal MiPAAF (Ministero delle Politiche Agricole Alimentari e Forestali
UO1: Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura, CRA-IAA Milano
UO4: Termotend s.a.s., Carpi (MO) Coordinamento: CRA-IAA Milano
LINEE GUIDA PER L’ESSICCAMENTO SU PICCOLA SCALA. L’IMPIEGO DEGLI ESSICCATORI SOLARI PER PICCOLE PRODUZIONI VEGETALI.
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LINEE GUIDA PER L’ESSICCAMENTO SU PICCOLA SCALA. L’IMPIEGO DEGLI ESSICCATORI SOLARI PER PICCOLE PROD UZIONI
VEGETALI.
1Marcello Della Campa, 1Roberto Lo Scalzo, 1 Tiziana M.P. Cattaneo, 2Giovanni Marino, 2Claudio Menegatti
1Consiglio per la Ricerca e la Sperimentazione in Agricoltura - CRA-IAA, MILANO 2 Termotend s.a.s., Carpi (MO)
PREFAZIONE
La presente guida, frutto di un approccio multidisciplinare, si propone come supporto alle micro e piccole imprese per la realizzazione di prodotti ortofrutticoli essiccati ottenuti in realtà artigianali, attraverso l’impiego di fonti di energia rinnovabili (energia solare), eventualmente associate a fonti energetiche. La produzione operata dalla grande industria avviene in un contesto tecnologico/energetico molto diverso da quello presente nelle piccole realtà produttive artigianali. È noto che in queste ultime è possibile disporre di materie prime di particolare pregio (per tipicità territoriale e/o tecnica colturale). È quindi auspicabile e consigliato l’impiego di metodi di lavorazione che, oltre a garantire la sicurezza al consumatore, possano fornire prodotti di elevata qualità sensoriale e nutrizionale. Inoltre i volumi di lavorazione ridotti ed i tempi di lavorazione che nelle piccolissime produzioni risultano slegati dalla rete logistica del mercato della GDO, permettono un proficuo impiego dell’energia solare, massimizzando così la valorizzazione qualitativa ed etico-economica della produzione. Nella tematica della lavorazione delle conserve vegetali, l’essiccamento è una tipologia di conservazione molto antica qui affrontata con tecnologie moderne mantenendo un’impronta naturale e strettamente legata ai cicli microclimatici ambientali di crescita e maturazione dei prodotti. A tal fine si è ricercata una soluzione in sintonia con gli elementi naturali che la determinano, ottimizzando al meglio le risorse disponibili in natura. Si è ricercata una soluzione globalmente sostenibile da una medio-piccola impresa, in termini di impegno economico di investimento iniziale e di esercizio. Si è posta particolare attenzione agli aspetti qualitativi dei prodotti ed agli aspetti economici di esercizio, che sono risultati estremamente ridotti. Particolare attenzione è stata riservata alla sicurezza ed alla semplicità di utilizzo dei dispositivi, si è ampiamente sfruttata l’energia del sole, realizzando metodologie specifiche ed orientate all’abbattimento dei consumi energetici convenzionali , eliminando emissioni inquinanti dirette e riducendo enormemente quelle indirette. I dispositivi sono stati realizzati con materiali semplici, facilmente reperibili, con totale assenza di materiali tossici e completamente riciclabili a fine vita. SI RINGRAZIANO: Il MiPAAF (Ministero delle Politiche Agricole Alimentari e Forestali) per il supporto al progetto MIERI: “Miniaturizzazione e semplificazione di linee di trasformazione per piccole produzioni agroalimentari ed impiego di energie rinnovabili”. Il CRA ed in particolare il Dipartimento di Trasformazione e Valorizzazione dei prodotti agro-alimentari ed il servizio Supporto Ricerca; Le associazioni agricole e di categoria, le micro e piccole imprese che hanno accettato di partecipare attivamente alle fasi dimostrative del progetto.
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CENNI DI CONSERVAZIONE DEI PRODOTTI ALIMENTARI 5
L’attività dell’acqua (a w) 5
Cenni sulla qualità 7
Cause di alterazione degli alimenti 9
I prodotti trasformati 10
Cenni sulle tecniche di stabilizzazione dei prodotti alimentari 11
Confezionamento (o packaging) 11
L'ESSICCAMENTO 13
L’essiccamento nella storia 13
Cos’è l’essiccamento solare 14
LA PRATICA DELL’ESSICCAMENTO 15
Problematiche inerenti la trasformazione 15
Le variabili di processo 21
Pianificazione dell’essiccamento solare 22
Predisposizione dei prodotti all’essiccamento 23
ATTREZZATURE E TECNICHE 24
Essiccatori convenzionali 24
Essiccatori solari 25
Cicli combinati 25
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GESTIONE DEL CICLO DI ESSICCAMENTO 26
Installazione di un essiccatore solare 29
Problematiche inerenti la conservazione 30
Esempi di sperimentazioni con essiccatore solare realizzate
all’interno del progetto MIERI 32
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CENNI DI CONSERVAZIONE DEI PRODOTTI ALIMENTARI
I prodotti alimentari sono costituiti da organismi vegetali o animali e dai loro derivati, quindi
soggetti a invecchiamento (o “senescenza”), con conseguente graduale perdita di valore nutrizionale
e sensoriale, fino alla perdita di commestibilità, tipica dei prodotti alterati. Tale processo di
deterioramento avviene in tempi molto diversi a seconda della tipologia dell’alimento, ma per la
maggior parte dei prodotti freschi dura da poche ore a pochi giorni, a meno di non intervenire in
modo da rallentare i processi di alterazione.
Conservare significa intervenire su un prodotto con adatte tecniche col fine di prolungare nel
tempo la sua disponibilità al consumo.
Esistono tecnologie di trasformazione che permettono di conservare per tempi molto lunghi
(alcuni anni) anche alimenti originariamente facilmente deperibili.
L’attività dell’acqua (aw)
La quantità di acqua libera contenuta in una matrice biologica è uno dei parametri più
importanti per poterne prevedere la conservabilità.
Per “acqua libera” si intende quella quantità di acqua non impegnata in legami chimici con i
costituenti della matrice e che quindi è “disponibile” come reagente per reazioni chimiche e per
l’attività metabolica dei microorganismi presenti.
L’attività dell’acqua è definita dalla formula aw= P/P0 dove P è la pressione di vapore
dell’alimento e P0 la pressione di vapore dell’acqua pura alla stessa temperatura.
Dal valore di aw dipende l’attività di tutte le specie di microorganismi (Tab. 1) ed anche la
velocità di molte reazioni chimiche e degradative (Grafico 1). Sotto la soglia di sviluppo
determinata dall’ aw, molti microorganismi non sono in grado di riprodursi, ma possono tornare a
farlo qualora l’alimento fosse esposto ad una umidità sufficiente ad elevare il valore di aw sopra tale
soglia.
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Tabella 1 – Valore soglia di aw per la sopravvivenza microbica negli alimenti.
(Alzamora et al. 2000. Food preservation techniques.)
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Grafico 1: Andamento di alcuni importanti parametri di un alimento, in funzione della variazione di aw (immagine tratta dal sito www.aqualab.com, modificata.)
Cenni sulla qualità
Il significato della parola “Qualità” è spesso poco chiaro e, altrettanto poco definite sono le
caratteristiche che la determinano nel prodotto che si sta valutando.
In generale la “Qualità” è la capacità di un prodotto di soddisfare alcune richieste specifiche.
Essa può essere riferita a differenti ambiti: ad esempio, per un consumatore, il concetto più generale
di “Qualità” rappresenta il grado di soddisfazione che uno specifico prodotto è capace di generare,
rispetto alle aspettative. In questo caso il concetto di qualità risulta essere del tutto soggettivo.
Da un punto di vista tecnico-scientifico ci si riferisce in genere a definizioni di qualità che
riguardano ambiti specifici:
1) qualità sensoriale
2) qualità nutrizionale
3) qualità merceologica
1) Rappresenta quanto i singoli attributi legati alla percezione sensoriale di un dato prodotto si
discostano dalle proprietà tipiche e ideali, associate al prodotto stesso fresco o trasformato, come ad
esempio grado di maturazione, freschezza, aspetto, consistenza, aroma, sapore. Più la valutazione
degli attributi sensoriali si avvicina ai valori del prodotto di riferimento, maggiore viene considerata
la sua qualità sensoriale.
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2) Assume significati diversi se si riferisce a materie prime (prodotti freschi) o a prodotti
trasformati; può indicare aspetti nutrizionali generali o specifici.
Per qualità nutrizionale generale si intende la quantità di determinati composti chimici
considerati ad alto valore nutrizionale che sono naturalmente presenti in quella tipologia di
prodotto. Gli aspetti nutrizionali specifici sono riferiti alla presenza di un singolo composto o ad una
classe di composti chimici di particolare rilievo o pregio.
La qualità nutrizionale di un prodotto trasformato fornisce indicazioni specifiche e si riferisce:
- alla quantità di un dato composto o classi di composti che sono presenti nelle materie prime;
in questo caso, indica la quantità di quel composto che è ancora presente nel trasformato
- alla quantità di un dato composto o classe di composti chimici, anche non necessariamente
presente nelle materie prime (o presente in quantità minore), la cui formazione è indotta da
determinati trattamenti; in questo caso indica la quantità di quel composto che è presente nel
trasformato.
Solitamente queste informazioni sono usate in ambito scientifico o, eventualmente, dagli addetti
del settore. Nella realtà dei prodotti commerciali è raro trovare specificato in etichetta il composto
di riferimento e l’espressione “Prodotto trasformato di alta qualità nutrizionale” sta comunemente
ad indicare il fatto che il prodotto contiene sostanze considerate di pregio per il loro alto valore
nutrizionale, o per altre ragioni, indipendentemente dal fatto che derivino dall’impiego di tecniche
atte a proteggere le materie prime o che siano stati utilizzati trattamenti capaci di indurne la
formazione.
Le ricerche sull’interazione tra dieta e salute hanno portato negli ultimi anni a porre l’accento
sugli aspetti nutrizionali, specialmente per i prodotti ortofrutticoli, in quanto si è ormai stabilito che
il loro consumo ha un impatto positivo sulla salute umana proprio per la presenza di composti
fitonutrienti.
3) Il terzo parametro riferito alla qualità è un parametro quantitativo e permette di classificare i
prodotti in “categorie”, riferite ad indici solitamente di facile misura (Brix, calibro, peso, colore,
ecc.). Tali indici trovano spesso applicazione normativa nel commercio dei diversi prodotti.
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Cause di alterazione degli alimenti
L'alterazione di un alimento è il prodotto di numerose e differenti reazioni naturali che
avvengono spontaneamente. Può essere indotta sia da cause esterne, sia da cause interne ed è
determinata principalmente da fattori di origine biochimica, fisica e microbiologica.
I fattori biochimici sono molto numerosi e dipendono dal fatto che i prodotti ortofrutticoli, essendo
costituiti da parti o da organismi vegetali interi, sono tessuti vivi e dotati di un loro metabolismo.
L'attività vitale delle cellule consuma energia che non può più essere approvvigionata dal momento
della raccolta in poi. Questo consumo energetico determina la "senescenza", inteso come perdita di
turgore, consistenza, colore ed un graduale calo di resistenza all'attacco dei microorganismi, con
conseguente graduale impoverimento di tutte le caratteristiche qualitative del prodotto.
È importante notare che quando un tessuto animale o vegetale viene porzionato (tagliato in pezzi
più piccoli) i tessuti interni si trovano esposti all'ambiente e molte delle cellule presenti sulla
superficie di taglio risultano rotte. Di conseguenza sostanze (enzimi, carboidrati, acidi organici,
aminoacidi, ecc) che solitamente non vengono a contatto tra loro, in quanto normalmente contenuti
in strutture differenti all'interno della cellula, si trovano tutte disperse in un unico ambiente e
contemporaneamente sono esposte all'azione dell'ossigeno atmosferico. In queste condizioni si
verificano molte reazioni chimiche che possono portare ad una rapida alterazione dell'alimento.
Inoltre i tessuti biologici integri contengono molti enzimi che possono far avvenire reazioni
chimiche indesiderate, che accelerano il processo di senescenza del prodotto fresco, e quindi
possono influenzare pesantemente la qualità del trasformato. Anche l'esposizione alla radiazione
luminosa può dar luogo a reazioni di alterazione, per esempio per irrancidimento delle sostanze
grasse.
I fattori fisici sono, nella maggior parte dei casi, strettamente dipendenti dalle condizioni di
conservazione e dalle caratteristiche della matrice da conservare.
I parametri più importanti sono:
- aw del prodotto
- temperatura di conservazione
- umidità relativa
- esposizione a radiazione UV
Si manifestano principalmente quando si opera a temperature e valori di umidità relativa non
idonei, che possono comportare perdite (nel caso di prodotti freschi trattati a temperature troppo
elevate) o assorbimento di umidità (nel caso di prodotti essiccati). In entrambi i casi si possono
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generare le condizioni per lo sviluppo di reazioni biochimiche non desiderate e proliferazione
microbica. È da tener presente che l’azione ionizzante della radiazione UV (contenuta anche nei
raggi solari) può determinare una diminuzione della quantità di composti bioattivi, oltre ad una
parziale perdita di colore del prodotto.
I fattori microbiologici rivestono un'importanza critica in quanto, oltre a determinare l'alterazione
degli alimenti (fermentazioni, marciumi, ecc.) possono anche renderli pericolosi a seguito della
possibile proliferazione di microorganismi patogeni.
I prodotti trasformati
Per trasformazione si intende l'applicazione di una o più operazioni tecnologiche che
determinano in modo irreversibile il passaggio da materie prime a prodotti finiti. Tra le operazioni
tecnologiche figurano la cottura, il confezionamento, la pastorizzazione, la sterilizzazione, ecc.
L'applicazione di tecniche di trasformazione ai prodotti ortofrutticoli col fine di stabilizzarli e
quindi renderli conservabili per un lungo periodo è una pratica comune alla grande industria, ai
produttori artigianali ed anche ai singoli.
Un prodotto fresco risulta stabile e quindi conservabile quando, grazie alle operazioni
tecnologiche operate, sono presenti contemporaneamente differenti combinazioni delle condizioni
riportate nello Schema 1.
Schema 1: Controllo elementare della possibile stabilità di un prodotto
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Nello schema 1 si può verificare se un prodotto alimentare può essere considerato stabile; la
stabilità indicata è relativa alla tipologia del prodotto considerato (ad esempio di un prodotto carneo
fresco refrigerato, un frutto integro, una conserva, ecc.)
E’ comunque importante verificare che il prodotto:
1) sia sterile ed isolato dall'esterno da un idoneo confezionamento;
2) non siano presenti condizioni idonee alla crescita della flora microbica presente (temperatura,
umidità, concentrazione di sali, ecc.);
3) non contenga una quantità di acqua libera (aw) sufficiente per un rapido svolgimento delle
reazioni biochimiche indesiderate (aw <0,50) e per la crescita microbica (aw <0,60);
4) le caratteristiche fisiche siano stabilizzate da un idoneo confezionamento.
Cenni sulle tecniche di stabilizzazione dei prodotti alimentari
La conservazione dei prodotti alimentari è un problema vecchio quanto l’umanità e, per questo,
molte delle tecniche tuttora utilizzate hanno origini che si perdono nella notte dei tempi.
Storicamente le principali tecniche comprendono: cottura, essiccamento, salagione, canditura,
concentrazione, affumicamento, acidificazione, ecc.. A questi seguirono (dopo i primi dell'800):
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Arancia pigmentata: prove di essiccamento solare di bucce di arancio pigmentato (Tarocco,
Moro, Sanguinello) per l’ottenimento di un semilavorato industriale
Rondelle di arance Tarocco sottoposte a diversi trattamenti per la disidratazione (Liofilizzata,
essiccata convenzionale tq e con zucchero, essiccata solare tq e con zucchero).
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Rondelle di limone Femminello Zagara bianca sottoposte a diversi trattamenti per la
disidratazione (Liofilizzata, essiccata convenzionale tq e con zucchero, essiccata solare tq e
con zucchero).
(M. della Campa, et al. 2011. Acta Iseki_Food 2011).
Gelatine dolci di mela, prodotte con essiccatore solare
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La presente guida, compilata in modo da essere semplice e diretta, va intesa come un supporto tecnico-operativo alla trasformazione di prodotti essiccati realizzati in piccole realtà produttive e
non può essere considerata esaustiva. Per ulteriori informazioni: [email protected]