Transcript Report n. 8- Prove film plastici

Regione Siciliana
Assessorato delle Risorse
Agricole e Alimentari
PSR Sicilia 2007-2013
Misura 124 PSR Sicilia 2007 - 2013
“Cooperazione per lo sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie nei settori agricolo e
alimentare, e in quello forestale”
“Trasferimento di innovazioni tecniche, agronomiche e di gestione del
prodotto nella filiera del ficodindia”
Prove di film plastici per la trasformazione in IV gamma di
ficodindia
Ce.R.T.A.
Dott.ssa Claudia Pannitteri
L’obiettivo del seguente lavoro è stato il trasferimento di innovazioni tecnologiche ad aziende
produttrici di ficodindia, partner del progetto PON e consorziate ad Euroagrumi O.P., volte a
potenziare la commercializzazione di prodotto fresco da immettere nel settore della trasformazione
e della IV gamma.
Mediante la preliminare ricerca bibliografica, sono state studiate e valutate le caratteristiche
pomologiche del frutto oggetto di studio e le più innovative tecniche di miglioramento e
prolungamento della conservabilità dei frutti destinati alla IV gamma, quali l’uso di atmosfere
modificate e packaging innovativi.
Il ficodindia (Opuntia ficus-indica L.) è una specie aclimaterica appartenente alla famiglia delle
Cactaceae; il suo frutto è una bacca carnosa, uniloculare, contenente numerosi semi (polispermica),
con un peso medio di 150-200 g. Il colore della polpa dei frutti è differente a seconda delle varietà:
• giallo-arancione nella varietà ‘sulfarina’,
• rosso porpora nella varietà ‘sanguigna’,
• bianco nella varietà ‘muscaredda’.
La sua buccia spessa ha u4412na durezza media capace di rallentare la perdita di umidità; tale
caratteristica determina, quindi, un’elevata conservabilità dei frutti in associazione alle basse
temperature (4-8°C).
Al fine di ottenere un calendario di commercializzazione più ampio, si adotta la tecnica della
“scozzolatura” eseguendo in maggio-giugno sui cladodi, l’eliminazione dei fiori del primo flusso
fiorale per ottenere una seconda fioritura, che dà luogo ad una produzione di frutti che maturano in
autunno, la cui allegagione avviene in piena estate. In base a tale consuetudine, si distinguono i
frutti non scozzolati che maturano in agosto, detti infatti “agostani”, di dimensioni ridotte, ed i
tardivi o “bastardoni”, più grossi e con maggiore conservabilità. All’uopo, si sono svolte delle
riunioni con le aziende partner fornitrici della materia prima, in cui sono state discusse le
problematiche relative la coltivazione e raccolta dei bastardoni.
Nel presente progetto, le aziende hanno effettuato la scozzolatura in epoca tardiva (ultima settimana
di giugno), con la raccolta dei frutti a fine novembre. Quindi, sono state date delle direttive
specifiche ai coltivatori circa le fasi di raccolta dei frutti da eseguire scrupolosamente, come la
raccolta a mano verso la fine di novembre, l’uso di cassette rigide e ben areate – per evitare
l’accatastamento e la formazione di marciumi da schiacciamento – e la successiva conservazione in
cella a 4°C per un massimo di 3 giorni (Fig.1).
Fig. 1 – Frutti in cassette rigide
I produttori coinvolti sono soliti commercializzare i frutti bastardoni come freschi, se di elevata
pezzatura, o inviarli alla trasformazione, se di media-piccola pezzatura, presso la vicina azienda
Soal s.r.l., ubicata nell’areale etneo a S. Maria di Licodia (Ct); una parte del prodotto viene
commercializzata per la IV gamma in vaschette monouso sigillate sotto atmosfera modificata (in
seguito MA) - 95% N2 e 5% O2, - ed applicandovi un microforo mediante ago da insulina e
commercializzandoli alla GDO per 7/8 giorni. L'applicazione del foro, tecnica inusuale per la IV
gamma, ci è stata giustificata come tecnica risolutiva del rigonfiamento del film di chiusura dopo 3
giorni dal confezionamento, problema esteticamente di scarto per il consumatore finale.
Partendo dal presupposto che la qualità della materia prima è essenziale sia per l’esito del processo
tecnologico sia per i risvolti che può avere sulla qualità nutrizionale ed igienico-sanitaria del
prodotto finito, si evince che il confezionamento con packaging innovativi, in associazione alla MA,
permette di raggiungere un rallentamento della senescenza dei frutti e quindi una elevata shelf-life.
Nei problemi di shelf-life che riguardano il trasferimento di aeriformi bisogna considerare che:
- O2 è presente in proporzioni praticamente costanti nell’atmosfera, la sua pressione parziale
non varia con la temperatura ma è legata al valore assunto dalla pressione assoluta
(altitudine, variazioni climatiche);
- la quantità di O2 che può essere critica per la conservazione di un alimento è molto inferiore
alla quantità di acqua che è in gioco negli scambi di umidità che possono condizionare la
shelf-life.
L’aumento della shelf-life si può ottenere sia rallentando l'attività respiratoria per limitare le
reazioni indesiderate (es. imbrunimento), sia applicando eventuali trattamenti idonei alla materia
prima precedentemente al processamento; difatti, l’uso di MA deve essere considerato come
un’operazione tecnologica di supporto, e no di risanamento, che può raggiungere gli effetti
desiderati solo unitamente ad altri interventi quali la refrigerazione, il controllo igienico, ecc.
Dunque, al fine di apportare un innovazione tecnologica all’azienda e dimostrarvi la non
applicazione della tecnica di foramento del film di chiusura, il seguente lavoro è stato impostato
come segue.
I tipi di imballaggi selezionati, desunte le specifiche di prodotto inviateci dalla ditta fornitrice
TechnoFoodPack S.p.A., sono:
1. vaschetta quadrata (147x147x68 mm) in APET-EVOH-PE, dal peso di 21,5 g;
2. film di chiusura biorientato trasparente (s=30 micron ed opacità al 6%), costituito da PET ed
uno strato saldante di PET amorfo, anti-fog, 56 ml/m2/24h/atm di permeabilità all’O2 a 23°C
e 50-60% U.R., 13 g/m2/24h di permeabilità all’H2O a 38°C e 90% U.R.
Questi sono conformi all’attuale legislazione comunitaria, Reg. 1935/2004, Reg. 1895/2005, Reg.
2023/2006, Reg. 10/2011 (nei termini previsti dagli art. 22 “Disposizioni transitorie” e 23 “Entrata
in vigore e applicazione”), ed alla legislazione italiana, DM 21/03/1973, DPR 777/82 e successive
modifiche.
Prima della trasformazione, i frutti sono stati trasferiti in una macchina spazzolatrice - despinatrice
per, appunto, effettuare la spazzolatura ed il despinamento dei frutti.
L’innovazione applicata è consistita nella:
- immersione dei frutti per 15 min, prima della pelatura, in una soluzione 1:10 di acqua
elettrolizzata (EW a 400 ppm) ed acqua corrente per kg di frutto (lavoro condotto in
collaborazione con il dott. Giuseppe Scuderi) (Fig. 2);
- applicazione di MA (miscela di CO2 e O2, rispettivamente 70% e 30% ),
costituendo, a confronto, dei campioni senza lavaggio e senza MA.
Quindi sono stati asciugati con carta assorbente, pelati a mano, confezionati e sigillati (Fig. 3–4–5–
6).
Fig. 2 – Lavaggio dei frutti in EW
Fig. 3 – Pelatura a mano
Fig. 4 – Immissione in vaschetta Fig. 5 – Confezionamento
Fig. 6 – Sigillatura con PET
Le ipotesi migliorative hanno, quindi, tenuto in considerazione la sostituzione dell’azoto come gas
d’imballaggio, sostituendolo con la CO2 sia per i principali effetti che ha a contatto con gli alimenti
vegetali, tra cui l’inibizione della respirazione, il rallentamento della maturazione, l’inibizione degli
ormoni della crescita, e la sua maggiore solubilità in ambiente refrigerato (a T basse, la sua
solubilità aumenta), sia per il suo maggiore peso molecolare rispetto a quello dell’azoto
(rispettivamente 44.01 e 28.01 g mol -1); inoltre, numerosi studi annoverano la sua efficace azione
batteriostatica, riassunta in due principali meccanismi d’azione:
1. rimozione dell’O2 dai siti di utilizzazione, (in quanto nettamente più pesante), che spiega
l’allungamento del tempo di ritardo della crescita microbica;
2. idratazione della CO2 nel mezzo e nel citoplasma microbico che determina un’acidificazione
ed un modesto abbassamento del pH.
Il lavaggio dei frutti con EW, in aggiunta, ha lo scopo di ridurre la carica epifitica iniziale, dato che
la pelatura a mano, anche se svolta con accuratezza, può determinare una contaminazione incrociata
sulla superficie del frutto.
In funzione della scelta cromatica che influenza l’occhio del consumatore finale, per ciascuna prova
sono state prodotte quattro vaschette (quattro tesi) contenenti ognuna quattro frutti di diversa
colorazione (varietà), per un totale di 16 vaschette e 64 frutti.
Le tesi associate, quindi, sono state:
1. non lavaggio con EW e confezionamento sotto ordinaria atmosfera
2. non lavaggio con EW e confezionamento con MA
3.
lavaggio con EW e confezionamento sotto ordinaria atmosfera
4. lavaggio con EW e confezionamento con MA
Tutti i campioni sono stati conservati in cella a 4°C.
Le analisi associate allo studio della shelf-life sono di tipo chimico - microbiologiche, svolte con
cadenza di 1- 4 - 8 - 15 giorni di conservazione: acidità titolabile (TA espresso in g/100 ml di
ac.malico), contenuto in solidi solubili totali (TSS espresso in ° Brix), pH, %CO2, % O2, carica
batterica totale, lieviti e muffe.
Analisi dell’atmosfera
Sono state monitorate le pressioni parziali di O2 e CO2 all’interno delle confezioni usando
l’analizzatore di gas CheckPoint, PBI Dansensor. Lo strumento è composto da un ago che, posto
all’interno della confezione, rileva la % di O2 (tramite il sensore elettrochimico) e la % di CO2
(tramite in sensore infrarosso).
Al fine di dimostrare che la tecnica di forazione del PET non è da effettuare se si vuole mantenere
una shelf-life prolungata, sono state condotte delle prove in bianco, cioè si è confezionato un
quantitativo totale di 8 vaschette vuote, senza frutti, di cui 4 sigillate con la miscela di MA, e 4 sotto
ordinaria atmosfera. A confronto, ne sono state confezionate altre 8 con gli stessi criteri precedenti,
ma praticando il microforo sul PET; per ciascuna replicazione, quindi, è stata effettuata la
rilevazione dei gas mediante l’ausilio del Dansensor, a 1 minuto e dopo 8 – 36 – 48 ore dal
confezionamento; contemporaneamente, sono state monitorate le pressioni parziali di CO2 e O2 per
le 4 tesi.
La Tab. 1 mostra tutte le rilevazioni effettuate sui campioni in bianco, mentre la Tab. 2 quelle
condotte sulle 4 tesi.
Variazione delle % di O2 e CO2
dopo 1 min
no forato no atm
no forato si atm
forato no atm
forato si atm
20,2
0,8
20,9
0,1
no forato no atm
no forato si atm
forato no atm
forato si atm
1
36,8
0,3
37
dopo 8 h
%O2
20,9
0,9
20,2
7
%CO2
0,1
36,7
0,8
26,3
dopo 36 h dopo 48 h
20,9
1
20,1
14,5
21
1
20,1
16,1
0
35,9
0,9
13,7
0
36,1
0,9
10,8
Tab. 1 - % di O2 e CO2 rilevati dalle vaschette vuote e conservati a 4°C
Giorni di
conservazione
Non lavato
no MA
1 giorno
4 giorni
8 giorni
15 giorni
6,90
15,2
26,9
39
1 giorno
4 giorni
8 giorni
15 giorni
7,20
3,2
0,4
0,4
Non lavato
si MA
%CO2
21,3
24,9
42,4
52,7
% O2
2,6
5,3
0
0,3
Si lavato
no MA
Si lavato
si MA
6,7
16,6
27,5
40,6
21,8
34,1
39
56,9
7,5
4,1
0
0
2,9
0
0
0
Tab. 2 - % di O2 e CO2 rilevati dalle vaschette contenenti i frutti e conservati a 4°C
Come evidenziato in rosso, in entrambe le tabelle, i valori % di O2 e CO2 sono variati enormemente
rispetto ai parametri fissati in partenza (rispettivamente 30% e 70%) ed attraverso tale rilevazione, è
stato possibile riscontrare un problema all’impianto di confezionamento; quindi, è stato consigliato
un controllo di manutenzione, al fine di constatarne l’origine.
Per quanto concerne la Tab.1, si nota come già dopo 48 ore dal confezionamento, la % di CO2 dei
campioni con MA forati diminuisce velocemente (dispersione di oltre il 50%) lasciando spazio
all’ingresso del 15% di O2 dall’ambiente esterno, a confronto dei campioni con MA non forati in
cui la % di MA resta pressoché invariata (confermando così le caratteristiche di qualità del film di
chiusura come da certificato). Dunque, si dimostra che con tale tecnica si ha una elevata e veloce
dispersione di CO2, che lascia spazio alla penetrazione dell’O2 da parte dell’ambiente esterno.
Per quanto concerne le analisi della MA sulle confezioni contenenti i frutti, invece, la composizione
dell’atmosfera all’interno delle confezioni è variata, durante i giorni di conservazione, sia a causa
della respirazione dei frutti che della permeabilità dei gas del film di chiusura (Tab.2).
Fig. 7 – Analizzatore di gas Dansensor
Fig. 8 – Analisi della MA tramite Dansensor
Nella Tab. 2 si nota come i valori % di CO2 delle confezioni sigillate con MA aumentano del 30%
durante i 15 giorni di conservazione, mentre i valori % di O2 diminuiscono drasticamente nel
campione lavato con EW e con MA, con condizioni di anaerobiosi già dopo 4 giorni di
conservazione. A causa del suddetto problema impiantistico, quindi, si è dovuta riformulare la
significatività dei risultati attesi in funzione dei valori iniziali di MA: 36,8% di CO2 e 1% di O2,
effettuando le seguenti considerazioni finali:
− il lavaggio in EW, in associazione alla MA, determina un eccessivo aumento di CO2 ed una
totale perdita di O2, determinando condizioni di anaerobiosi all’interno della confezione già
dopo 4 giorni di conservazione,
− il lavaggio in EW, a prescindere dalla MA, determina aumenti e riduzioni lineari,
rispettivamente di CO2 e O2,
− l’applicazione di MA, in assenza di lavaggio in EW, determina anch’essa un aumento di
CO2, ma con valori di O2 pressoché nulli solo dopo una settimana di conservazione.
% CO2
60,00
50,00
no lavato no MA
% CO2
40,00
no lavato si MA
30,00
si lavato no MA
20,00
si lavato si MA
10,00
0,00
1 giorno
4 giorni
8 giorni
15 giorni
giorni di conservazione a 4°C
Grafico 1 - Confronto tra le % di CO2 dei 4 campioni analizzati
% O2
8,00
7,00
% O2
6,00
no lavato no MA
5,00
no lavato si MA
4,00
si lavato no MA
3,00
si lavato si MA
2,00
1,00
0,00
1 giorno
4 giorni
8 giorni
15 giorni
giorni di conservazione a 4°C
Grafico 2 - Confronto tra le % di O2 dei 4 campioni analizzati
Dopo le rilevazioni dei gas, le confezioni sono state aperte ed al fine di ottenerne il succo, i frutti
sono stati tagliati centralmente, centrifugati in una comune centrifuga da cucina (Fig.9), e quindi
filtrati in un setacciatore (Fig.10), prima, ed in centrifuga per 5 min, poi.
Fig. 9 – Centrifugazione
Fig. 10 – filtrazione del succo
A causa del ridotto numero di campioni a disposizione, non è stato possibile avvalersi di un panel
test per l’analisi sensoriale, ma la sottoscritta ha soggettivamente valutato i seguenti parametri
sensoriali su porzioni di frutti residuanti: odore, durezza della polpa al taglio, sapore texture.
All’apertura delle confezioni, tutti i frutti si presentavano integri, privi di difetti apparenti e
dall’odore di fruttato fresco anche al quindicesimo giorno di conservazione; dopo 8 giorni di
conservazione, invece, solo la varietà gialla si presentava al taglio ed all’assaggio meno croccante
rispetto alla varietà rossa e alla varietà bianca (molto turgida/croccante); ciò dipende sicuramente
dai caratteri di maturazione caratteristici della varietà gialla, più repentini rispetto alle altre due.
Al sapore, infine, tutti i frutti si sono presentati freschi, croccanti e privi di off-flavour sino
all’ottavo giorno di conservazione, mentre al quindicesimo giorno di conservazione solo i campioni
trattati con MA si sono presentati “frizzanti” all’assaggio, off-flavour sicuramente derivante dalla
solubilizzazione della CO2 nei tessuti della polpa.
Analisi chimiche per la determinazione della qualità del frutto
I parametri chimici analizzati sul succo estratto dai campioni di ogni tesi sono stati:
1. pH ed acidità (espressa in mg/L di acido acetico), valutati tramite il Metrohm per titolazione
di 20 ml di succo con NaOH 0.1 N (Fig.11),
2. contenuto totale in solidi solubili totali (TSS), espresso in °Brix, valutato per via
rifrattometrica.
Fig. 11 – Titolazione e misurazione del pH
Fig. 12 – Analisi rifrattometrica
Tutti i valori ottenuti dalle seguenti analisi, sono riportati in Tab.3.
Si rileva che:
- l’applicazione di MA, sia in assenza che in associazione al trattamento con EW, determina un
abbassamento del pH a confronto con gli altri due campioni, mantenendo il substrato
mediamente acido,
- il TSS è maggiore di due unità nei campioni con MA,
- l’acidità è piuttosto bassa (per alcuni quasi impercettibile) per tutti i campioni, confermando i
valori letti in bibliografia.
Giorni di
conservazione
No lavato
no MA
1 giorno
4 giorni
8 giorni
15 giorni
4,3
4,62
4,41
4,37
1 giorno
4 giorni
8 giorni
15 giorni
12,5
11,7
12,2
11,8
No lavato
si MA
pH
4,1
5,12
4,91
4,23
°Brix
12,9
12,7
12,5
13,6
Si lavato
no MA
Si lavato
si MA
4,75
4,57
4,82
4,38
4,03
4,52
4,53
4,16
11,1
11,9
11,1
11,6
12,8
12,5
12,2
13,1
0,1
0,02
0,05
0,28
0,01
0,01
0,12
0,02
Acidità
1 giorno
4 giorni
8 giorni
15 giorni
0,42
0,05
0,18
0,02
0,24
0,03
0,21
0,02
Tab. 3 – Valori di pH, acidità e °Brix dei 4 campioni analizzati
Analisi microbiologiche
È stata determinata l’evoluzione della popolazione microbica (PCA, SAB) durante la
frigoconservazione dei campioni per ciascun periodo di conservazione (1 – 4 – 8 – 15 giorni).
Sono stati preparati i terreni di coltura:
1. Sabouraud dextrose agar (40 g/l di glucosio, 10 g/l di peptone, 15 g/l di agar tecnico) per
lieviti e muffe (Fig.11),
2. Plate count agar (12 g/l di agar, 5,0 g/l di triptone, 2,5 g/l di estratto di lievito, 1,0 g/l di
destrosio), per la carica batterica mesofila aerobia (Fig.12),
quindi sterilizzati in autoclave a 121°C per 20 min (Fig.13).
Al SAB sono stati aggiunti di due antibiotici ( 250 mg/l di ampicillina e 250 mg/l di streptomicina
solfato) a T= 45°C per evitare la proliferazione di altre popolazioni microbiche.
Fig. 11, 12 – Preparazione dei terreni di coltura
Fig. 13 – Sterilizzazione in autoclave
Si è eseguita la tecnica delle diluizioni decimali seriali ed il piastramento (dal tal quale a 1.10-7)
come segue (Fig.14). Per ciascuna replicazione, 10 ml di succo sono stati prelevati e messi in un
sacchetto stomacher ed addizionati a 90 ml di soluzione fisiologica sterile (9 mg Kg-1 NaCl),
omogeneizzati per 1 min alla macchina Stomacher; della soluzione di partenza, è stato prelevato 1
ml e trasferito in tubo contenente 9 ml di soluzione fisiologica sterile, quindi vortexato per 15 sec;
via via è stato svolto lo stesso procedimento fino alla diluizione di 1.10-7 (1:10000000).
Una volta pronti sia i terreni che le diluizioni, 1 ml di ciascuna diluizione è stato piastrato in
capsule Petri (Ø 90mm) contenente il rispettivo terreno di coltura già solidificato (15 ml per
piastra), mediante la tecnica “spread plate” con distribuzione superficiale (spatolamento).
Fig. 14 – Preparazione, sotto cappa, del materiale per l’inoculazione
Una volta inoculate, le piastre sono state incubate in termostato a 32°C per 24-48 h e a 25°C per 4872 h, rispettivamente per PCA e SAB. Tutti i risultati sono stati espressi in Log g-1 .
Tempo di conservazione (giorni)
1
No lavato no MA
No lavato si MA
Si lavato no MA
Si lavato si MA
PCA
4,32
2,56
4,36
2,64
4
SAB
4,03
2,16
2,97
2,48
PCA
6,44
4,92
5,13
3,48
8
SAB
4,13
2,52
3,52
3,54
PCA
6,48
5,38
5,26
3,57
SAB
4,27
3,25
4,24
3,67
15
PCA
6,94
5,49
5,54
4,2
SAB
4,3
4,14
4,49
4,23
Tab. 4 - Log g-1 di PCA e SAB dei 4 campioni analizzati
Dalla conta in piastra, con i valori riportati nella Tab. 4, si evince che:
- l’applicazione della MA determina una riduzione di quasi 2 Log g-1 sia della carica batterica
mesofila aerobia che dei lieviti e muffe, già dopo un giorno di conservazione,
- tutte e 4 le tesi hanno evidenziato l’aclimatericità del frutto che, sia in assenza che in
presenza di MA, ha una shelf-life (dal punto di vista microbiologico) di 15 giorni,
mantenendo valori finali di crescita al di sotto dei limiti di legge (rispettivamente 7 e 8 Log
g-1 per la carica batterica totale e lieviti e muffe),
- solo il campione che non ha subito alcun trattamento, quindi il campione controllo, si
avvicina molto al valore limite legale di 7 Log g-1 per la carica batterica totale, come
evidenziato in rosso.
Conclusioni
In conclusione, da tutte le analisi effettuate sulle quattro tesi differenti, si evince che:
- attraverso le prove in bianco condotte su vaschette vuote sigillate con MA, è stato possibile
dimostrare che la tecnica della perforazione del film di chiusura con ago da insulina è da
eliminare, sia perché la MA varia velocemente, lasciando spazio alla penetrazione dell’O2 con
successiva variabilità della shelf-life, sia per la penetrazione agenti biotici e probabili corpi
estranei dall’ambiente esterno (polvere, e loro uova da infestanti), con proliferazione della
carica batterica aerobia mesofila, a scapito anche dell’appetibilità dei frutti nei giorni
adiacenti la scadenza;
- il lavaggio in EW è una tecnica utile ma con una miscela di MA differente rispetto a quella
che, per mal funzionamento della macchina confezionatrice, è stata inserita nelle confezioni in
esame;
- la scozzolatura ritardata ha dato vita ad una materia prima che risulta esser idonea alla IV
gamma e che, con l’applicazione della MA in associazione al packaging ivi selezionato, e
senza forazione, ha una shelf-life di 10 giorni.
Dunque, l’innovazione tecnologica apportata all’azienda è di elevato rilievo economico, dovuto sia
all’aumento della shelf-life (da 8 a 10 giorni), sia all’uso di una miscela di MA più economica e più
efficiente, dal punto di vista chimico-microbiologico, che non abbisogna della forazione; infine, non
si esclude che se l’impianto di confezionamento avesse insufflato la MA prescelta (30% di O2 e
70% di CO2), la shelf-life finale sarebbe corrisposta a quella attesa, ossia 12/14 giorni.