La concentrazione di ossigeno disciolto nelle matrici alimentari e quello presente nello spazio di testa delle confezioni, può dare origine a fenomeni di tipo degradativo durante il periodo di conservazione dell’alimento ovvero della shelf life. Mantenere livelli bassi di concentrazione di tale gas consente di preservare sicuramente le caratteristiche organolettiche e microbiologiche dell’alimento.
Le reazioni dell’ossigeno nelle confezioni
È noto, infatti, come l’ossigeno sia coinvolto nelle reazioni di ossidazione, sia chimica sia enzimatica, nella degradazione di pigmenti ed armoni, nella respirazione aerobica e nella proliferazione di batteri aerobi, muffe e lieviti.
L’irrancidimento, ad esempio, è un processo che riguarda i prodotti alimentari contenenti grassi che si può sviluppare attraverso diversi meccanismi (reazioni di idrolisi, lipolisi e reazioni di ossidazione) mentre in prodotti contenenti grandi quantità di zuccheri si verificano reazioni di idrolisi chimica che ne riducono la dolcezza.
Per tutte queste reazioni e questi metabolismi, la concentrazione di ossigeno è proporzionale alla velocità del fenomeno ed ogni sistema in grado di ridurla appare appropriato per un’estensione della shelf life.
Come ridurre la concentrazione di ossigeno
Da un punto di vista operativo esistono diverse strade per ottenere una riduzione della concentrazione di ossigeno nello spazio di testa delle confezioni e/o nella matrice liquida:
- Utilizzo di oxygen scavengers” (OS)
- Deareazione delle matrici alimentari pre confezionamento.
- Riempimento delle confezioni a caldo e/o in ambiente condizionato mediante un gas inerte.
- Utilizzo di peptidi antimicrobici.
Utilizzo di oxygen scavengers (OS)
Gli oxygen scavengers (OS) sono tra le soluzioni di packaging attivo più studiate ed affermate.
Infatti, l’elevata reattività dell’ossigeno consente di realizzare diversi sistemi di OS nei quali una reazione chimica (non un adsorbimento) garantisce la riduzione della concentrazione.
Nel caso degli alimenti ricchi di grassi, durante il periodo di conservazione, questi tendono a prevalere fenomeni di degradazione dovuti essenzialmente alla presenza, nello spazio di testa della confezione, di ossigeno. Si potrebbe, in tal caso, agire mediante l’ausilio di imballaggi di tipo “ageless” ovvero confezioni che contengono piccole quantità di agenti accettori di ossigeno racchiusi in sacchetti permeabili o inglobati direttamente nel film polimerico, attualmente presenti in commercio.
È importante sottolineare come, negli ultimi anni, l’attenzione si sia indirizzata verso l’utilizzo di materiali riciclabili.
Infatti, secondo le direttive dell’Unione Europea, tutti i packaging in plastica in circolazione nell’UE devono essere o riutilizzabili o riciclabili in modo economico, entro il 2030.
A tal proposito, le aziende stanno man mano eliminando l’utilizzo di materiali con OS, in quanto non riciclabili. Si va verso l’utilizzo di materiali riciclabili e quindi ecosostenibili fino ad arrivare, nei prossimi anni, ad utilizzare materiali riciclati; quest’ultimo step rappresenta una sfida in particolare per il settore del packaging alimentare.
La deareazione delle matrici alimentari pre-confezionamento.
Una possibile soluzione per abbassare la concentrazione di ossigeno nella matrice alimentare potrebbe essere rappresentata dal pretrattamento del prodotto finito o, in alcuni casi specifici, di semilavorati, all’interno di una sezione di deareazione.
La deareazione può avvenire sia per effetto dell’innalzamento di temperatura, sia di una riduzione di pressione e infine per sostituzione con un gas inerte. In quest’ultimo caso, si usa di solito far gorgogliare in controcorrente azoto nella fase liquida.
Riempimento delle confezioni a caldo
Il riempimento delle confezioni a caldo rappresenta senza dubbio una soluzione semplice per abbassare naturalmente la concentrazione di ossigeno nella matrice liquida.
In base a leggi fisiche (Legge di Henry), infatti, la solubilità dei gas nei liquidi è favorita alle basse temperature, ne consegue che, compatibilmente con le caratteristiche chimiche del prodotto, più è alta la temperatura, minore sarà la concentrazione di ossigeno disciolto. Ovviamente la massima temperatura operativa è quella che consente di lasciare inalterate le caratteristiche nutrizionali ed organolettiche dell’alimento.
Per abbassare la concentrazione di ossigeno nello spazio di testa generalmente si confezionano gli alimenti in “atmosfera controllata”, vale a dire che si effettua una specie di lavaggio dello spazio di testa delle confezioni insufflando, ad esempio, azoto immediatamente prima di chiudere ermeticamente le confezioni.
Utilizzo di peptidi antimicrobici
Ultima tecnica utilizzata per ridurre la concentrazione di ossigeno nello spazio di testa delle confezioni è quella di avvalersi dell’utilizzo di specifici peptidi antimicrobici. L’utilizzo di questa particolare tipologia di molecole rappresenta un approccio innovativo per prolungare la shelf life degli alimenti senza l’impiego di sostanze chimiche.
L’importanza dell’analisi della concentrazione di ossigeno per la shelf life
Per valutare la fenomenologia ossidativa di una matrice alimentare risulta molto utile analizzare la concentrazione di ossigeno nello spazio di testa della confezione alimentare e/o nella matrice liquida.
Tale analisi può fornire infatti importanti informazioni sul processo di confezionamento, sulle caratteristiche del materiale scelto per il confezionamento e sulla formulazione e risultare indispensabile sia per monitorare la stabilità del processo standardizzato, sia se sia stata fatta una modifica per motivi legati alla normativa, al marketing o all’innovazione tecnologica.
In particolare, la valutazione del profilo di concentrazione dell’ossigeno nel corso della shelf life del prodotto consente di conoscere e prevedere (attraverso l’applicazione della shelf life accelerata) il percorso ossidativo della matrice alimentare e correggere eventuali diversioni rispetto a quanto atteso, intervenendo sul processo, sul materiale di confezionamento e/o sulla formulazione.
Lo studio della concentrazione di ossigeno in shelf life, viene infatti condotto normalmente in parallelo alla normale temperatura di conservazione dell’alimento e a temperatura più alta per accelerare i normali processi ossidativi; la temperatura viene scelta in base alle caratteristiche chimico fisiche della matrice e dei suoi ingredienti. Inoltre, attualmente, a causa della tendenza sempre più diffusa di confezionare gli alimenti wet con materiali trasparenti, risulta utile effettuare lo studio comparativo su confezioni stoccate sia alla luce che al buio: la luce infatti catalizza le reazioni ossidative e le accelera.
Analisi dell’ossigeno al tempo zero
L’analisi dell’ossigeno effettuata al tempo zero, appena dopo il confezionamento, consente di effettuare una valutazione immediata della concentrazione di partenza ed elaborare eventuali strategie correttive per modificare il processo di riempimento della confezione, prevedendo un flusso di azoto, modificando le teste di riempimento del filler, modificando la geometria della macchina o intervenendo sulla geometria della confezione.
Protocollo di ossigeno per matrici alimentari
Per effettuare l’analisi è necessario utilizzare uno specifico protocollo elaborato ed ottimizzato appositamente per le matrici alimentari che per lo più appartengono alla categoria dei fluidi non-Newtoniani.
La fase di definizione del protocollo richiede uno studio sperimentale preliminare per conoscere le interazioni ossigeno-matrice alimentare a seconda della composizione dell’alimento e uno studio progettuale per la modifica della strumentazione presente in commercio, in modo da rendere le operazioni analitiche più efficaci ed attuabili in ambito industriale.
Infine, si definisce un protocollo ottimizzato e flessibile che può essere applicato a differenti tipologie di alimenti.
Conclusioni
In questo articolo, abbiamo voluto condividere un aspetto del processo di confezionamento dei prodotti, e più in generale della shelf life, che riteniamo di fondamentale importanza ma non sempre approfondito. Nel prossimo articolo presenteremo un caso studio di uno dei lavori svolti da I.T.P. srl in tale ambito, per mostrare come si svolge il processo e quali vantaggi il cliente ha ricevuto dal progetto che abbiamo realizzato.
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