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CONSERVAZIONE CON IL FREDDO 

Tale metodo di conservazione degli alimenti si basa sulla capacità del freddo di interferire con le funzioni vitali dei microrganismi in modo da esplicare un’azione essenzialmente microbiostatica.

Difatti, il freddo rallenta, fino all’arresto, le reazioni degradative all’interno dell’alimento, sia quelle puramente chimiche che quelle enzimatiche e dunque dovute all’azione dei microrganismi. Ciò è dovuto principalmente all’inibizione degli enzimi microbici: essi non vengono denaturati e dunque inattivati, bensì la loro azione viene inibita (resa inutile) in quanto nonostante la loro capacità di abbassare l’energia di attivazione necessaria allo svolgersi delle reazioni cellulari (rendendole possibili alle normali temperature ambiente) tale abbassamento non è sufficiente in relazione alla bassa temperatura dell’alimento[1].

Inoltre, all’azione inibente delle basse temperature si aggiunge la sottrazione di acqua libera dal sistema per formazione del ghiaccio con conseguente aumento della concentrazione della soluzione extracellulare, disidratazione delle cellule microbiche e dunque mancanza delle condizioni di umidità necessarie allo svolgersi delle funzioni vitali dei microrganismi.

In definitiva, per conservare efficacemente con il freddo è necessario conoscere la t.m.a. (temperatura minima di accrescimento) dei singoli microrganismi e mantenere la temperatura dell’alimento al di sotto di essa. La t.m.a. degli microrganismi patogeni è sempre al di sopra dei 0 °C, mentre gli psicrofili si mantengono vitali a temperature molto inferiori. A –18 °C lo sviluppo microbico può essere considerato nullo.

Il freddo ha anche un’azione parzialmente microbicida[2]: durante gli stadi iniziali del congelamento muore un certo numero di microbi per alterazione irreversibile delle proteine citoplasmatiche e per lesioni meccaniche ai danni delle cellule microbiche da parte dei cristalli di ghiaccio, ma quelli che sopravvivono permangono nell’alimento pronti a riprendere le proprie funzioni vitali appena le condizioni al contorno lo permettano, insieme a spore e tossine.

L’incapacità del freddo di eliminare tutte le popolazioni microbiche, le tossine e le spore in quanto limitato all’inibizione degli enzimi microbici comporta la necessità di operare solo su alimenti di partenza dalle caratteristiche igienicamente ineccepibili e di consumare velocemente l’alimento al venir meno delle basse temperature (dopo scongelamento).

REFRIGERAZIONE

La refrigerazione consiste nel portare e far permanere gli alimenti a temperature sufficientemente basse per rallentare le reazioni degradative, chimiche ed enzimatiche (azione microbiostatica), all’interno dell’alimento, ma tali da consentire all’acqua in essi contenuta di rimanere allo stato liquido. La scelta della temperatura dipende dal tipo di alimento e del tempo di conservazione richiesto che, in ogni caso, non potrà mai essere molo lungo (Tabella 1). Generalmente le temperature di refrigerazione sono comprese nell’intervallo –1 ÷ 8 °C.

Tabella 1

Durante la refrigerazione, inoltre, altri fattori da controllare sono la ventilazione e l’umidità relativa in modo da garantire UR = 80 ÷ 95 %, in quanto valori troppo bassi di UR provocano un’eccessiva evaporazione dall’alimento e valori troppo elevati favoriscono lo sviluppo di muffe.

I prodotti refrigerati si suddividono in:

▪   prodotti refrigerati durante il trasporto e lo stoccaggio, ma venduti a temperatura ambiente (frutta, verdura, uova)

▪   prodotti distribuiti, conservati, venduti a temperatura di frigorifero

▪   alimenti (carne, frattaglie, pollame, pesce fresco, latte crudo o pastorizzato, prodotti lattiero-caseari, burro)

▪   vivande (precucinati e prodotti di gastronomia, insalate, tramezzini, pasticceria fresca, affettati e salumi freschi)

La refrigerazione quindi può avvenire sia in ambito industriale che domestico.

L’uso della neve e del ghiaccio in ambiente domestico ha rappresentato la prima applicazione del freddo alla conservazione degli alimenti: nei secoli scorsi solo le case signorili erano dotate di ghiacciaie, ossia scantinati o stanze situate in zone fresche di parchi e giardini in cui, durante l’inverno, veniva accumulato il ghiaccio e conservati i cibi nel corso dell’anno; a partire dall’800 sempre più case sono state dotate di ghiacciaie domestiche, ovvero armadi a più scompartimenti ove il ghiaccio (prodotto artificialmente e venduto a stecche) veniva posto nel comparto centrale. D’altra parte l’applicazione del freddo nella conservazione degli alimenti su larga scala, sia nell’industria che nelle case, si è avuta con l’invenzione e diffusione delle macchine frigorifere: basate sul principio che comprimendo un gas (NH₃, CO₂, SO₂, CH₃Cl, ma in passato anche i freon oggi vietati per la loro azione deleteria sulla fascia di ozono che protegge la terra dai raggi UV) fino a liquefarlo questo sottrae calore all’ambiente circostante durante la successiva espansione (“frigoriferi a compressione”), nascono nel 1875 in Germania e si diffondono prevalentemente nel secondo dopoguerra; gli attuali (“frigoriferi dinamici”) si discostano dai frigoriferi del passato (“frigoriferi statici”) per la continua circolazione dell’aria fredda da cui comparti a differente temperatura, ventilazione e dunque eliminata formazione della brina, limitati sbalzi di temperatura all’apertura dello sportello.

In campo industriale, alla fine della preparazione o dell’ultimo trattamento termico, è necessario portare l’alimento alla temperatura di refrigerazione molto velocemente in modo da superare nel minor tempo possibile la fascia di temperature favorevole allo sviluppo microbico (3 ÷ 70 °C). A tal fine si utilizzano abbattitori di temperatura:

▪   di tipo discontinuo (armadi) o continuo (tunnel)

▪   ad aria fredda (ventilazione forzata a circa 1 °C) o a getto di acqua fredda (Figura 1, circa 1 °C)

Segue lo stoccaggio in celle frigorifere[3] ed il trasporto su lunghe (camion o vagoni ferroviari a raffreddamento autonomo capaci di garantire temperature di refrigerazione anche a –18 °C per i congelati) o brevi distanze (autocarri di piccole dimensioni con pareti coibentate termicamente).

Figura  1

Refrigerazione in atmosfera controllata

Al fine di prolungare la conservazione del prodotto e preservare i suoi caratteri organolettici, spesso la refrigerazione viene abbinata ad una modifica qualitativa e/o quantitativa dell’atmosfera che circonda l’alimento all’interno delle celle frigorifere o delle confezioni comunque mantenute a temperatura di frigorifero:

CAS o conservazione in atmosfera controllata: nelle celle frigorifere, ermeticamente chiuse, si realizza, grazie all’ausilio di sistemi automatici di controllo (analizzatori, assorbitori, generatori di gas), un’atmosfera di questo tipo:

N₂            92-95 %

CO₂          2-4 %

O₂            3-4 %

tenendo conto dell’azione di tali gas sui processi che avvengono nell’alimento durante la conservazione in frigorifero:

CO₂: rallenta la maturazione dei vegetali (inibendo la respirazione e gli ormoni della crescita vegetale) e inibisce la crescita di muffe e batteri (acidificando i liquidi tissutali e generando denaturazione di proteine), ma se in elevate quantità può alterare il pigmento rosso della carne fresca, denaturare proteine determinandone una minore affinità con l’acqua e dunque disidratazione dei tessuti.

N₂: chimicamente inerte, inibisce l’irrancidimento ossidativo ed enzimatico dei lipidi, previene lo sviluppo di muffe e lieviti, della flora aerobia e l’attacco di insetti, preserva il pigmento rosa delle conserve di carne.

O₂: favorisce le reazioni degradative degli alimenti.

Utilizzato soprattutto per mele, pere, agrumi, altri tipi di frutta e verdura, fiori.

MAS o conservazione in atmosfera modificata: in questo caso l’atmosfera delle celle frigorifere non viene modificata artificialmente bensì a causa dei processi respiratori degli stessi alimenti con conseguente diminuzione di ossigeno e aumento di anidride carbonica (se quest’ultima diventa eccessiva si può immettere aria fresca).

Utilizzato per frutta, verdura e cereali.

MAP o confezionamento in atmosfera modificata: grazie all’utilizzo di confezioni impermeabili a gas e vapor d’acqua, lo stesso principio dei precedenti metodi può essere applicato all’atmosfera interna alle confezioni; essa viene modificata sia al momento del confezionamento immettendo miscele di gas ponderate a seconda dell’alimento (del tipo CO₂/O₂, CO₂/N₂, CO₂/O₂/N₂ ma anche Ar, He, protossido di azoto) sia nel tempo a causa dei processi respiratori degli alimenti.

I materiali dell’imballaggio devono essere compatibili con i gas di imballaggio e sull’etichetta deve comparire la dicitura “prodotto confezionato in atmosfera protettiva”. L’immissione della miscela di gas nella confezione può avvenire subito prima, durante o subito dopo avervi riposto l’alimento (Figura 2).

Utilizzato per carne, pesce, affettati, pane, pizza, pasta fresca, formaggi, latte in polvere e caffè in grani o macinato.

Figura  2

Figura 3

Active packaging con assorbitori di ossigeno: con il fine di ridurre la quantità di ossigeno all’interno della confezione, vengono ivi introdotti assorbitori di ossigeno, anche sotto forma di etichette interne, costituiti da composti ferrosi, sali metallici, etc.

Utilizzato soprattutto per affettati, pizza, pasta fresca.

Confezionamento sottovuoto e confezionamento ipobarico: al fine di ridurre la quantità complessiva di ossigeno all’interno della confezione, il confezionamento può essere eseguito a pressione minore di 2.66 ∙ 10³ Pa (sottovuoto) o compresa tra 2.66 ∙ 10³ Pa e pressione atmosferica[4] (ipobarico); ciò può determinare una diminuzione di aroma dell’alimento anche se tale inconveniente è limitato dalla limitata ermeticità dell’imballaggio e dal ridotto volume libero a disposizione.

Cryovac: si tratta di una variante del confezionamento sottovuoto, ove la confezione è costituita da un sacchetto trasparente e impermeabile in cloruro di polivinilidene (CH₂=CCl₂), di dimensioni superiori all’alimento; sigillato il contenitore, l’alimento viene immerso per pochi secondi in acqua a 90 °C in modo che la pellicola, termoretraibile, finisca per aderire perfettamente all’alimento; il trattamento termico, che ha come effetto secondario la riduzione della carica microbica, può diventare una vera e propria cottura sottovuoto come nel caso di prosciutti cotti, stinchi, mortadelle, cotechini, zamponi.

Utilizzato soprattutto per carni fresche, salumi affettati, prosciutto cotto, cotechini, würstel, etc.

CONGELAMENTO

Il congelamento consiste nel sottoporre l’alimento a temperature basse o bassissime con conseguente cristallizzazione dell’acqua e solidificazione del prodotto: un alimento si considera congelato quando l’80-90 % dell’acqua risulta trasformata in ghiaccio.

Il detto trattamento interessa la sola acqua libera (l’acqua legata elettrostaticamente a zuccheri, proteine e soluti, pari al 2-5 % è detta anche incongelabile visto il punto crioscopico molto basso) e, data la presenza dei soluti, deve raggiungere temperature più basse del punto crioscopico o punto di gelo dell’acqua pura (0 °C a pressione atmosferica). Per la maggior parte degli alimenti il punto crioscopico dell’acqua libera è compreso inizialmente nell’intervallo –0.5 ÷ -4 °C, ma il trattamento deve protrarsi fino a garantire all’interno dell’alimento temperature di –10 ÷ -25 °C poiché con il procedere del raffreddamento l’acqua si separa dalle soluzioni sotto forma di ghiaccio lasciandole sempre più concentrate e dunque con un punto di gelo sempre più basso. A –10 ÷ -25 °C l’ 80-90 % dell’acqua è trasformata in ghiaccio mentre è incongelata l’acqua legata e una certa quantità di acqua libera da cui piccole vene allo stato sottoraffreddato con forte concentrazione di soluti. Il permanere di dette vene permette seppur in maniera minima lo svolgersi di reazioni degradative e per questo il prodotto congelato non può mantenersi oltre un certo limite di tempo.

Nel processo di congelazione si distinguono due fasi:

▪   fase di nucleazione o cristallizzazione: oltrepassato il punto crioscopico dell’acqua libera, si formano i primi cristalli di ghiaccio; avviene a 0 ÷ -7 °C e comporta la massima separazione dell’acqua allo stato solido.

▪   fase di accrescimento dei cristalli: altra acqua passa allo stato solido cristallizzato intorno ai nuclei di cristallizzazione formatisi nella fase precedente

Le entità dei due fenomeni sono inversamente proporzionali tra loro e in particolare, più numerosi sono i nuclei di cristallizzazione, più piccoli saranno i cristalli e viceversa. È stato osservato che il numero dei nuclei di cristallizzazione aumenta con l’aumentare della velocità del congelamento.

Nel congelamento lento l’alimento è sottoposto a temperature pari a -8 ÷ -20 °C con velocità di penetrazione del freddo nell’alimento ridotta: si ha scarsa nucleazione e forte accrescimento con macrocristalli di notevoli dimensioni (centinaia di μm). Ciò danneggia i tessuti dell’alimento in quanto rompe le pareti cellulari: una volta scongelato, l’alimento non riacquista la sua tessitura originaria, risulta stopposo e sgradevole di sapore. Per questi motivi tale metodo è del tutto abbandonato a livello industriale.

Nel congelamento rapido l’alimento è sottoposto a temperature pari a -30 ÷ -50 °C (ancora più basse nel congelamento ultrarapido) con velocità di penetrazione del freddo nell’alimento molto elevata: la nucleazione prevale sull’accrescimento con numerosissimi microcristalli (pochi μm). Ciò non danneggia le pareti cellulari dell’alimento e, una volta scongelato, l’acqua torna a far parte dei tessuti: il prodotto riacquista la sua tessitura originaria senza perdite organolettiche e nutritive. Inoltre, abbassandosi rapidamente la temperatura all’interno dei prodotti, vengono bloccate più tempestivamente le reazioni degradative con relativo aumento del tempo di conservazione.

La durata del trattamento varia, a seconda del volume e dello spessore dal prodotto, da pochi minuti a qualche ora. A questo proposito si distingue fra:

▪   congelamento in massa omogenea o blast freezing

▪   congelamento in pezzi singoli o IQF (Individually Quick Frozen)

In ogni caso il processo prevede sempre le tre seguenti fasi, tra cui il sottoraffreddamento per evitare aumenti di temperatura nel trasferimento dai locali di produzione a quelli di stoccaggio e nella fase di distribuzione.

Di seguito si riportano i principali sistemi di congelazione rapida e ultrarapida.

Congelamento per contatto con piastre

Il prodotto, già confezionato (sistema adatto a prodotti di forma regolare, con ampia superficie di appoggio e ridotto spessore), viene posto e pressato tra due piastre di metallo cave nel cui interno circola un fluido a –40, -50 °C.

Congelamento ad aria forzata

Il prodotto, di varia forma e volume (prevalentemente IQF tipo ortofrutticoli, molludchi e crostacei), viene portato con nastro trasportatore (lineare o spiroidale) all’interno di gallerie o tunnel ove viene investito da un getto di aria a –40, -50 °C, a circolazione forzata.

Una variante di questo sistema è il sistema a letto fluido o flo-freezer in cui i prodotti, di piccole dimensioni (piselli, fagiolini, carote a cubetti, patate a bastoncini, frutti a bacche), si muovono entro la camera di congelamento senza l’ausilio di un nastro trasportatore bensì si muovono come fluidi tenuti in sospensione da un getto di aria che circola attraverso una griglia dal basso verso l’alto (è sufficiente che la finestra di ingresso si trovi più in alto di quella di scarico per avere uno scorrimento del prodotto lungo l’impianto).

Congelamento per immersione in liquidi incongelabili

Il prodotto, già sigillato entro confezioni impermeabili (sistema adatto anche per prodotti di forma irregolare come il pollame), viene congelato per immersione in liquidi incongelabili (salamoie o soluzioni a base di glicoli o alcoli) a temperature compatibili con il solo congelamento rapido.

Congelamento con utilizzazione diretta dell’agente criogeno

Si effettua per immersione o aspersione del prodotto non ancora confezionato con frigorigeni liquefatti (generalmente N₂ liquido[5] e CO₂[6] liquida) non corrosivi, non tossici e a costo relativamente basso che, una volta a contatto con l’alimento, evaporano o sublimano (la CO₂ liquida prima del contatto con l’alimento si trasforma in neve carbonica) sottraendo calore al prodotto e causando il congelamento dello stesso.

Si tratta di metodi ultrarapidi particolarmente adatti alla surgelazione.

Un metodo attuale per prodotti IQF è quello che utilizza il tunnel rotativo o rotary freezer per la surgelazione: il prodotto viene inserito e mantenuto in continuo movimento entro un tamburo rotante ove viene immesso azoto liquido nebulizzato permettendo il raggiungimento di temperature molto basse (–80 °C) e la contemporanea miscelazione di più ingredienti; infine, il gas esausto viene aspirato e convogliato verso l’esterno.

I SURGELATI

Gli alimenti surgelati sono alimenti sottoposti a un processo speciale di congelamento, detto surgelazione, che permette di superare rapidamente la zona di massima cristallizzazione e di mantenere la temperatura del prodotto ininterrottamente a valori ≤ -18 °C; tale temperatura deve essere mantenuta ininterrottamente anche durante l’intera commercializzazione del prodotto.

Il congelamento viene effettuato secondo la modalità ultrarapida con i metodi precedentemente decritti (a meno dell’immersione in liquidi incongelabili) in modo da ottenere anche al cuore dell’alimento una temperatura di –18 °C. Inoltre il prodotto deve essere mantenuto dalla produzione alla vendita al consumo a temperature inferiori o uguali a  –18 °C; in particolare, al fine di stabilizzare la temperatura del prodotto prima della distribuzione, i magazzini di fabbrica presentano temperature di –30 °C e quelli di deposito –25 °C (sottoraffreddamento).

Per i prodotti destinati al consumo diretto è obbligatorio il confezionamento con imballaggi di alluminio (da solo o accoppiato con pellicola plastica), di banda stagnata, di cartone, di plastica (strati sovrapposti di nylon-politene, polipropilene-politene); l’etichetta deve riportare tutte le informazioni necessarie al corretto uso dell’alimento.

Scongelamento di surgelati e congelati

Lo scongelamento rappresenta un’operazione delicata con la quale si deve consentire all’acqua di rientrare a far parte dei tessuti e delle soluzioni all’interno dell’alimento. In ambito industriale le derrate vengono scongelate in celle o tunnel a microonde, riscaldati elettricamente o per mezzo di aria umida compressa a temperature di 2 ÷ 10 °C. In ambito domestico lo scongelamento può avvenire per sosta a temperatura ambiente o più prolungatamente in frigo, con forni a microonde. È da evitare lo scongelamento con acqua calda (troppo rapido) o per getto di acqua fredda sul prodotto privo di involucro (contaminazione). In ogni caso è bene seguire le istruzioni del produttore.

Quando il prodotto crudo viene scongelato, deve essere utilizzato subito e mai ricongelato perché si otterrebbe una cristallizzazione di tipo lento con macrocristalli e deterioramento del prodotto stesso.

Nella scelta dei surgelati, conviene scartare quelli ricoperti di brina o che si presentano in un unico blocco, probabile indizio di un precedente parziale scongelamento. A questo proposito, sono state create etichette che visualizzano lo stato di conservazione, evidenziando la trasformazione di ghiaccio in acqua durante un decongelamento accidentale dell’alimento (intelligent packaging).

Dal punto di vista nutrizionale, l’abbassamento della temperatura rappresenta uno dei trattamenti che meno alterano le caratteristiche chimiche degli alimenti (denaturazione delle proteine, idrolisi e ossidazione dei grassi[7]), incidendo solo marginalmente sui caratteri fisici e organolettici (perdita di aroma e a volte consistenza).