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Come conservare gli alimenti eliminando l’acqua Disidratazione, liofilizzazione, essiccazione e concentrazione. di Michela Pagnani Disidratazione Tutti gli alimenti sono soggetti a deterioramento, a causa dell’azione di enzimi e microrganismi la cui attività è legata alla presenza di acqua libera, cioè effettivamente disponibile, e indicata dal paramento “a w ”, con cui si fa riferimento alla percentuale di umidità relativa interna ad uno specifico prodotto alimentare. È per questo motivo che molte tecniche di conservazione si basano proprio sul principio dell’eliminazione parziale o totale dell’acqua dallo stesso. In base al valore a w , ciascun alimento può essere classificato come: • High Moisture Foods (HMF o alimenti a elevata umidità): a w = 1 - 0,9 • Intermediate Moisture Foods (IMF o alimenti a umidità intermedia): a w = 0,9 - 0,6 • Low Moisture Foods (LMF o alimenti a bassa umidità): a w = 0,6 - 0 Nei LMF i microrganismi sono completamente inibiti, mentre negli HMF e negli IMF generalmente la disidratazione non è sufficiente alla conservazione del prodotto ed è necessario avvalersi della combinazione di più tecniche come trattamenti termici, refrigerazione ed essiccazione. Essiccazione Consiste nell’eliminazione quasi totale dell’acqua presente nell’alimento, fino a un massimo del 10-15%. Metodi naturali utilizzati fin dall’antichità prevedono l’impiego di energia solare, come ad esempio si usa fare per l’essiccazione dello stoccafisso nei paesi nordici. Purtroppo tali sistemi rudimentali hanno il difetto di richiedere tempi molto lunghi e di non impedire in alcun modo né la contaminazione né la modifica delle qualità nutritive e organolettiche degli alimenti. Industrialmente il processo è più controllato, anche se non sempre si riescono a mantenere inalterate le proprietà del cibo. Possono formarsi delle croste, zone superficiali ad alta concentrazione, oppure può verificarsi una variazione del colore, come nel caso dell’imbrunimento. In altri casi, le proteine possono denaturarsi e i lipidi alterarsi, con conseguente irrancidimento ossidativo e possibile perdita di vitamine. La scelta dei parametri in funzione dell’alimento risulta quindi un fattore chiave per la qualità finale del prodotto. Liofilizzazione Si tratta di una tecnica più evoluta, dove l’eliminazione dell’acqua avviene tramite la congelazione dell’alimento e la successiva sublimazione dell’acqua presente. Il vantaggio della sublimazione, che consiste nel passaggio dell’acqua allo stato solido a quello di vapore senza passare per lo stato liquido, rispetto all’essiccazione tradizionale sta nel fatto che permette di evitare lo stress termico al prodotto trattato poiché avviene sottovuoto e a temperature inferiori ai 0°C. In questo modo si conservano quasi totalmente le caratteristiche nutritive e organolettiche originarie. Nata per la produzione di medicinali e di alimenti particolari, come quelli dedicato all’infanzia, la liofilizzazione presenta però un costo elevato. Ad oggi le sue applicazioni sono molteplici grazie ad un abbassamento dei costi di produzione, ad esempio per il caffè e il thé solubile. La principale caratteristica dei prodotti liofilizzati è la facilità di reidratazione, molto più veloce che non per i prodotti essiccati in maniera tradizionale. Concentrazione Si tratta dell’eliminazione parziale dell’acqua presente, con conseguente concentrazione dei soluti. Anche in questo caso le tecniche a disposizione sono diverse, a seconda della matrice da trattare e del risultato che si vuole ottenere. Concentrazione a caldo Attraverso questa tecnica si va a eliminare l’acqua presente per evaporazione. Risulta essere il metodo classico più diffuso ma il prezzo della semplicità di questo processo è l’alterazione delle caratteristiche nutrizionali del prodotto, nonché la riduzione della componente volatile con conseguente perdita degli aromi. Per i prodotti più termolabili si prevede l’utilizzo di evaporatori a bassa pressione, così da contenere al massimo la temperatura del trattamento. L’impiego principale lo troviamo nell’industria dei succhi di frutta e delle conserve di pomodoro. Concentrazione a freddo Detta anche crioconcentrazione, è il processo attraverso cui si congela una parte dell’acqua presente all’interno di un alimento, così da ottenere una sospensione di cristalli di ghiaccio in un fluido concentrato sfruttando i diversi punti di gelo dei soluti presenti nel cibo trattato. Questo processo può essere ripetuto più volte fino al raggiungimento del grado di concentrazione desiderato. Viene impiegata principalmente con alimenti liquidi come vino, birra e succhi di frutta. Disidratazione osmotica Consente infine una parziale separazione dell’acqua dall’alimento mediante l’utilizzo di membrane naturali o artificiali. Si basa sul fenomeno naturale dell’osmosi, che avviene ogni qual volta due soluzioni acquose contenenti diverse concentrazioni saline vengono separate da una membrana semipermeabile. In questa situazione si verifica il passaggio spontaneo dell’acqua dalla soluzione più diluita a quella più concentrata, sino al raggiungimento dell’equilibrio dei livelli di salinità. La pressione che si genera è la cosiddetta “pressione osmotica”: tanto maggiore è la differenza tra le concentrazioni saline di partenza e più elevato è il valore della pressione osmotica. N/10
La selettività dell’operazione è garantita dalle caratteristiche della membrana semipermeabile utilizzata. Nell’industria alimentare si può quindi realizzare un’operazione di disidratazione naturale immergendo un prodotto intero o in pezzi in una soluzione concentrata, o ipertonica, compatibile con gli alimenti da trattare. È il caso, ad esempio, di sciroppi zuccherini e soluzioni saline a cui può essere aggiunto un agente antiossidante come l’acido ascorbico, per evitare l’imbrunimento. Le pareti e le membrane cellulari, in questo caso, fungono da membrana semipermeabile e generano una diffusione di acqua dall’alimento alla soluzione accompagnata da una diffusione dell’agente osmotico dalla soluzione all’interno del prodotto, andando inevitabilmente a modificare la componente nutrizionale dell’alimento che si arricchirà della soluzione scelta. L’impiego è sostanzialmente legato alla produzione di frutti ed ortaggi ad umidità intermedia oppure come trattamento preliminare per una successiva essiccazione, liofilizzazione, surgelazione o pastorizzazione. Rispetto alle altre tecniche, la disidratazione osmotica è interessante poiché la riduzione del contenuto d’acqua può avvenire a temperatura ambiente o a temperature poco superiori, minimizzando il danno termico. Gli impianti sono generalmente costituti da: • un serbatoio di preparazione della soluzione ipertonica; • un sistema di pompe e valvole per la creazione e il controllo del flusso a velocità costante della soluzione nel serbatoio di disidratazione; • un serbatoio di disidratazione in cui il prodotto è immerso nella soluzione, continuamente rinnovata; • un sistema di riconcentrazione della soluzione ipertonica mediante un evaporatore sottovuoto. Le condizioni operative da adottare riguardano innanzitutto la scelta e il grado di concentrazione della soluzione osmotizzante. Si possono ad esempio utilizzare sciroppi zuccherini, come saccarosio e glucosio prodotti dall’idrolisi dell’amido, a concentrazioni superiori a 60 °Brix, oppure soluzioni di cloruro sodico semplici o in combinazione con soluzioni zuccherine. L’incremento della temperatura e l’uso del vuoto possono migliorare le cinetiche di disidratazione, tuttavia le condizioni operative ottimali dipenderanno in ogni caso dalla tipologia di prodotto e dalla sua struttura, quindi dalle dimensioni e dalla permeabilità della cuticola. In contrapposizione all’osmosi diretta vi è quella inversa, dove le molecole di fluido sono costrette a passare da una soluzione più concentrata a quella meno concentrata. Non essendo un processo spontaneo si ottiene applicando alla soluzione più concentrata una pressione maggiore di quella osmotica. L’osmosi inversa viene impiegata principalmente per il trattamento delle acque (demineralizzazione, produzione di acqua potabile da acque marine). Andando ad agire sulla membrana da utilizzare e sulla grandezza dei pori si può effettuare una separazione fisica di alcune molecole nell’alimento con successiva concentrazione di quest’ultimo. Si può parlare quindi di microfiltrazione e ultrafiltrazione, tecniche utilizzate nell’industria lattiero casearia per la concentrazione del latte intero, per la chiarificazione del vino e dell’aceto ma anche per estrarre le proteine da alcuni alimenti nella produzione d’integratori alimentari. Schema funzionale di un impianto di osmodisidratazione Osmotic solution flow Storage tank Processing tank Vapor Out Steam Rotameter In Product Evaporator Valves Pump Drain Drain Pump N/11
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