Tecnologie di confezionamento e sterilizzazione, Università San Raffaele Roma

Università San Raffaele Roma

Professore Gianluca Tripodi Argomento Tecnologie di confezionamentoT

Tecnologie di Packaging

Università San Raffaele Roma Gianluca Tripodi

• Le tecnologie di packaging possono essere definite come un uso consapevole e pianificato di materiali, forme e tecniche di confezionamento per raggiungere un obiettivo o per svolgere una determinata funzione
• Infatti la scelta dell'imballaggio o le modalità di confezionamento consentono di raggiungere uno specifico risultato, ma è anche vero che le caratteristiche del packaging possono determinare l'esito di un'operazione o di un processo

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Riempimento a Caldo

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• Il riempimento a caldo (hot filling) rappresenta una tecnologia di confezionamento, in quanto le caratteristiche del contenitore sono essenziali alla riuscita dell'operazione
• Esso consiste semplicemente nell'introdurre nel contenitore, l'alimento ad una temperatura di almeno 70-80 ℃ e chiuderlo ermeticamente
• Gli obiettivi che si cercano sono: risanare il contenitore (grazie alla temperatura dell'alimento), estrarre l'aria (che riscaldandosi aumenta di volume e, a raffreddamento avvenuto dopo la chiusura, il contenitore risulterà in depressione), dare stabilità al prodotto inattivando enzimi e microrganismi

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Imballaggio per Riempimento a Caldo

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• L'imballaggio utilizzato nel riempimento a caldo deve essere rigido e in grado di sopportare lo sbalzo termico necessario e le conseguenti sollecitazioni meccaniche ma anche una chiusura ermetica ed affidabile
• I materiali utilizzati sono:
  • bottiglie e vasi di vetro (di tipo A)
  • contenitori plastici in HDPE, PP, PET e PC

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Condizionamento Asettico

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• Il condizionamento asettico consiste nello sterilizzare il materiale o il contenitore in una operazione diversa da quella di risanamento dell'alimento e operare il riempimento e la chiusura in un ambiente ed in modo sterile
• La sterilizzazione dell'alimento avviene prima dell'operazione di riempimento, al contrario di quanto accade nella tradizionale sterilizzazione e per questo essa è indicata come presterilizzazione
• Un obiettivo è di stabilizzare il prodotto, sterilizzando l'alimento con il trattamento meno drastico possibile in modo da salvaguardare al meglio il valore nutrizionale e sensoriale del prodotto

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Vantaggi del Condizionamento Asettico

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• Inoltre, è possibile decontaminare il contenitore con mezzi specifici e diversi dal calore, contenendo i costi energetici, ridurre i tempi dell'operazione e utilizzare imballaggi leggeri ed economici
• Per mantenere l'asepsi durante il riempimento gli impianti di condizionamento asettico sono molto complessi e sofisticati e la scelta del contenitore è fondamentale
• Nella maggior parte dei casi i sistemi di confezionamento asettico utilizzano imballaggi flessibili

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Mezzi di Decontaminazione dei Materiali

Decontaminanti Termici

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• Calore di produzione: il calore generato durante le fasi di produzione (estrusione, calandratura) delle materie plastiche è di norma sufficiente alla sterilizzazione, mentre la termoformatura non è in genere sufficiente ad rendere sterile la superficie
• Vapore saturo: è efficace solo ad elevate pressioni e per questo è scarsamente impiegato; una marginale applicazione riguarda la sterilizzazione di "lids" di alluminio, utilizzandolo a 165 ℃ e 6 bar

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Vapore e Gas Surriscaldati

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• Vapore surriscaldato: il vapore acqueo a pressione atmosferica, surriscaldato a 315 ℃ viene utilizzato per sterilizzare scatole metalliche in riempimenti asettici
• Gas surriscaldati: aria, azoto, elio, argon, ossigeno, anidride carbonica surriscaldati possono essere impiegati come agenti decontaminanti; l'aria surriscaldata è impiegata commercialmente per la sterilizzazione di vasi di vetro

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Decontaminanti Chimici

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• Acqua ossigenata: viene utilizzata immergendo il contenitore o spruzzandolo con concentrazioni di H2O2 tra il 15-35%, gli effetti sono però modesti a temperatura ambiente ed è necessario un agente bagnante per favorire il contatto se la superficie è di plastica
• Acqua ossigenata + UV: abbinando l'irraggiamento con UV al germicida chimico si ottiene un effetto sinergico che consente di utilizzare l'acqua ossigenata a concentrazioni tra l'1 ed il 3%. Viene largamente impiegato per il cartoncino poliaccoppiato

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Acido Peracetico e Alcoli

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• Acqua ossigenata + acido peracetico: l'aggiunta di acido peracetico allo 0,1% ad acqua ossigenata 20-30% consente un effetto sporicida anche a temperature sotto i 65℃
• Acido peracetico: l'effetto sporicida è superiore a quello dell'acqua ossigenata e si ottiene a temperature inferiori
• Acido peracetico + alcoli: l'alcool aumenta l'efficacia dell'acido peracetico e l'effetto cresce all'aumentare della catena alifatica dell'alcool

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Decontaminanti Fisici

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• UV (253.7 nm): l'effetto è piuttosto modesto e viene facilmente attenuato da fenomeni di riflessione o assorbimento. L'azione delle radiazioni UV è legata all'assorbimento manifestato dagli acidi nucleici che portano alla morte le cellule microbiche
• Radiazioni ionizzanti: si utilizzano radiazioni "gamma", da elementi radioattivi (Co 60), radiazioni "beta" (elettroni accelerati) e radiazioni "x", ottenute da lamine metalliche investite da elettroni accelerati. Le prime sono spesso usate per sterilizzare imballaggi flessibili

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Post-Sterilizzazione Termica

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• Consiste nello sterilizzare il prodotto, già confezionato ermeticamente in un imballaggio flessibile
• Si sfrutta in tal modo la possibilità di variare la forma del contenitore per ottimizzare lo scambio termico durante il trattamento
• È necessario che l'alimento sia liquido o semi-fluido e, soprattutto, un si abbia un imballaggio flessibile termoresistente, spesso indicato con il termine di "retort pouch"

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Post-Sterilizzazione con Microonde

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• Consiste nello sterilizzare il prodotto già confezionato ermeticamente in un imballaggio flessibile, sfruttando l'energia, la specificità di azione e la capacità di penetrazione delle microonde
• La scelta del materiale di confezionamento è particolarmente critica in quanto si deve tenere conto della trasparenza del materiale alle microonde

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Post-Sterilizzazione con Radiazioni Ionizzanti

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• Si sfrutta l'alta energia e la capacità di penetrazione di radiazioni ionizzanti (raggi g, b e X) per sterilizzare un prodotto già confezionato ermeticamente in un imballaggio flessibile
• Gli impianti sono discontinui e molto complessi, occorrendo una fonte di radiazioni ionizzanti e sistemi adeguati di protezione per gli operatori
• L'imballaggio deve risultare trasparente alle radiazioni e resistente all'irraggiamento
• Attualmente, secondo la legislazione vigente, solo pochi alimenti (alcune spezie e tuberi) possono essere trattati con radiazioni ionizzanti

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Post-Sterilizzazione con Alte Pressioni

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• Sottoponendo un prodotto alimentare già confezionato in un imballaggio flessibile, a pressioni comprese tra 2000 e 6000 bar si possono ottenere utili effetti di denaturazione enzimatica, distruzione dei microrganismi con minimi danni termici sull'alimento
• Tale tecnica innovativa consente anche di ottenere effetti utili per la trasformazione degli alimenti (gelificazione degli amidi, coagulazione proteica) o per migliorare il loro potere nutrizionale (aumento della digeribilità)

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Modificazioni di Atmosfera

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• Con l'espressione modificazioni di atmosfera si intende qualsiasi intervento realizzato in fase di confezionamento o di conservazione che altera, qualitativamente e/o quantitativamente, l'atmosfera circostante il prodotto
• Le modificazioni possono riguardare il valore della pressione totale (che può essere ridotta o aumentata rispetto a quella atmosferica) o i valori delle concentrazioni (pressioni parziali) dei componenti l'atmosfera, con o senza una variazione della pressione totale

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Distinzioni nelle Modificazioni di Atmosfera

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Possiamo dunque distinguere:

• Variazioni della pressione totale
  • confezionamento sotto vuoto (p<26 mbar)
  • confezionamento ipobarico (26 mbar ≤ p < 1000 mbar)
  • confezionamento iperbarico (p>1000 mbar)
• Variazioni delle concentrazioni (pressione parziale)
  • atmosfere modificate/protettive
  • atmosfere controllate
  • atmosfere passive

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Condizionamento Sotto-Vuoto e Ipobarico

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• Consiste nell'estrarre l'aria dalla confezione del prodotto prima di chiuderla in modo ermetico, stabilendo un valore di pressione totale inferiore a quella atmosferica
• Il valore di pressione residua che è possibile raggiungere in una confezione dipende dalla natura dell'alimento
• Infatti con un alimento umido (contiene una discreta quantità di acqua libera) non sarà mai possibile scendere sotto il valore stabilito dalla pressione che esercita il vapor d'acqua a quella temperatura
• La presenza di umidità ha conseguenze anche sulla composizione gassosa dell'atmosfera residua

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