obiettivi di un processo alimentare: Aumentare la conservabilità qualità delle materie prime ottimizzazione dei trattamenti conservazione e shelf-life

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1 obiettivi di un processo alimentare: Aumentare la conservabilità qualità delle materie prime ottimizzazione dei trattamenti conservazione e shelf-life Migliorare la comodità d'uso o convenience semplicità di manipolazione eliminazione delle operazioni casalinghe (preporzionamento - precottura) confezionamento asettico vetro o plastica (cessioni) Assicurare l economia minimizzazione dei costi di elaborazione economia di scala ingiustificati margini di profitto economia o qualità

2 Migliorare l appetibilità coadiuvanti additivi combinazione degli ingredienti buono o nutriente? Garantire la sicurezza trattamenti fisici mild technologies trattamenti di sterilizzazione analisi del rischio durante la lavorazione Garantire la qualità nutrizionale formulazioni ottimizzate riduzione del danno termico - HTST etichettaggio nutrizionale

3 produzione agricola - allevamento raccolta, cernita, condizionamento Magazzinaggio, Trasporto Prima trasformazione Semilavorato Magazzinaggio, Trasporto Seconda trasformazione Prodotto finito Distribuzione: Magazzinaggio, Trasporto, Commercializzazione Utilizzo finale: Conservazione e Preparazione domestica,consumo

4 Tecnologie di Conservazione hanno lo scopo di preservare i prodotti tramite una riduzione o addirittura una inibizione dei fenomeni degradativi Tecnologie di Trasformazione hanno lo scopo di modificare le materie prime per produrre ingredienti o prodotti finiti con specifiche caratteristiche funzionali, nutrizionali e sensoriali

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7 preferenza verso le tecniche di conservazione basate su principi fisici ottimizzazione del rapporto convenienza/conservabilità/mantenimento della qualità originaria degli alimenti mild technologies o tecnologie appropriate applicazione selettiva dei principi di trasformazione e conservazione

8 biotecnologia tecnologia che utilizza organismi viventi (batteri, lieviti, cellule vegetali e animali, loro componenti sub cellulari purificati ed enzimi) al fine di ottenere: prodotti utili; miglioramenti nelle caratteristiche di piante e animali; microrganismi utili La biotecnologia è l integrazione di scienze biologiche ed ingegneria allo scopo di utilizzare organismi, cellule, loro componenti o analoghi molecolari per l ottenimento di beni e servizi (Assemblea Generale EFB, 1989).

9 Biotecnologie tradizionali tecnologie produttive conosciute empiricamente da millenni: es. attività fermentative spontanee o indotte dovute a microrganismi ubiquitari utilizzate nella produzione di birra, vino, pane, formaggio. Biotecnologie innovative sintesi di conoscenze avanzate di chimica, biochimica, enzimologia, microbiologia, fisiologia, biologia molecolare, ingegneria genetica

10 alimenti prodotti mediante l'uso delle biotecnologie Bevande alcoliche: birra, vino Formaggi Pane Aceto Yogurt Frutta e verdure trasformate sottaceti salsa di soia crauti Sottoprodotti di fermentazione enzimi aromi additivi Integratori alimentari aminoacidi vitamine

11 Biotecnologie tradizionali - Birra prodotta a partire da cereali, germinati o meno - orzo (Europa-Nord America), mais (Centro America), sorgo (Africa) In italia: fermentazione alcolica, con ceppi di Saccharomyces carlsbergensis o di Saccharomyces cerevisiae, dei mosti preparati con malto d orzo torrefatto, acqua e luppolo. Classificazione italiana delle birre Birra analcolica: 3-8 gradi saccarometrici (1,2% titolo alcolometrico volumico, vol). Birra light: 5-10,5 gradi saccarometrici (1,2-3,5% vol). Birra normale: gradi saccarometrici (3,6-4,3% vol). Birra speciale: gradi saccarometrici (4,3-5% vol). Birra doppio malto: più di 15 gradi saccarometrici (oltre 5% vol).

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13 Preparazione del malto: Hordeum distichum macerato 2-4 gg in acqua a C, poi germinazione (15-18 C per 8-12 giorni). trasformazioni: arricchimento in enzimi amilolitici (diastasi), in peptoni e aminoacidi (formazione della schiuma e crescita dei lieviti), idrolisi di amido in destrine e maltosio. Preparazione del mosto: malto essiccato macinato, miscelato con acqua, riscaldamento a C (t ottimale amilasi C). Amido 60% amilosio ( maltosio) e 40% amilopectina ( destrine) (saccarificazione). chiarificazione (separazione delle trebbie) mosto limpido trasferito nei tini di cottura e luppolatura aggiunta infiorescenze femminili di Humulus lupulus ( g/hl birre chiare, g/hl birre scure). Cottura del mosto: ebollizione per 1-2 ore.

14 Separazione sostanze proteico-tanniche precipitate e trebbie del luppolo raffreddamento a temperature di: C per birre a fermentazione alta (TIPO ALE); 2-9 C per birre a fermentazione bassa (TIPO LAGER) Lieviti aggiunti al mosto a concentrazioni finali di 10 7 cellule/ml. Fermentazione tumultuosa: prevalente produzione di alcol e anidride carbonica. Fermentazione secondaria o maturazione: fermentazione completa di zuccheri fermentescibili e formazione di composti aromatici Chiarificazione per filtrazione o centrifugazione, pastorizzazione a 70 C per secondi.

15 fermentazione bassa Fermentazione primaria: in serbatoi chiusi a 8-10 C per 6-10 giorni. schiuma si trasforma in uno strato spesso bruno, lieviti flocculano sul fondo. Fermentazione secondaria: a temperature di 5 C 0/-1 C per tempi variabili da qualche settimana fino a qualche mese. Prodotti diacetile, acetoino e 2,3-butandiolo. fermentazione alta Fermentazione primaria: a temperatura di C per 2-3 giorni. Fermentazione secondaria: può mancare del tutto o essere breve (7-20 giorni).

16 Lieviti per la fermentazione Colture pure di ceppi selezionati sulla base dei loro caratteri fisiologici e tecnologici: Potere fermentativo a diverse temperature Formazione di schiuma Potere flocculante Produzione di composti aromatici Lieviti bassi Ceppi di Saccharomyces carlsbergensis, buon potere fermentativo a 5-10 C. cellule isolate che tendono a formare fiocchi che si depositano sul fondo dei tini e solo un velo sulla superficie del liquido. Lieviti alti Ceppi di Saccharomyces cerevisiae, potere fermentativo ottimale a temperature comprese fra 15 e 25 C. Cellule formano pseudomicelio finemente distribuito nel mosto che sale in superficie a formare uno strato compatto detto coperchio.

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19 Biotecnologie tradizionali - Vino

20 Vendemmia manuale: prodotto integro e inalterato; meccanizzata: prodotto più scadente. Trasporto rapido per evitare schiacciamenti e quindi deterioramento del prodotto (i traumi subiti dai grappoli durante la raccolta ed il trasporto determinano fenomeni di fermentazione e ammuffimento). Lavaggio: eliminazione delle foglie e della terra; Determinazione del grado zuccherino; Pigiatura: rottura degli acini per permettere la fuoriuscita del succo che costituirà il mosto (torchio-pressa); Fermentazione: produzione di alcool da lieviti specifici selvaggi o selezionati ad una temperatura di C (avviene nei tini di fermentazione, contenitori di cemento, metallici o di vetroresina, rivestiti internamente da diversi tipi di resine); Defecazione: eliminazione delle fecce di fermentazione (tini di fermentazione); Macerazione: solubilizzazione delle sostanze coloranti contenute nelle bucce (tini di fermentazione solo per i vini rosati e rossi); Pressatura delle vinacce (allontanamento delle vinacce e recupero del mosto contenuto); Chiarificazione eliminazione mediante precipitazione di metalli pesanti (Fe, Cu, Zn, Mn, Pb); Correzione: operazioni di taglio; concentrazione; rifermentazione;

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22 Macerazione carbonica Uva intera in contenitore a chiusura ermetica per 7-18 giorni a 30 C. Uva più in basso libera mosto che inizia a fermentare etanolo e CO2 satura il contenitore e induce autofermentazione pigmenti da bucce a succo. Mosto prodotto contiene meno acidi e più aromi fruttati rispetto all'origine Massa pigiata e posta nel tino di fermentazione 2-3 gg fine fermentazione.

23 origine: terreno microflora dell uva Lieviti: uva integra UFC/g: Hanseniaspora uvarum (Kloeckera apiculata), Hanseniaspora guilliermondii (Kloeckera apis), Candida stellata, Metschnikowia pulcherrima, Cryptococcus, Pichia, Kluyveromyces, Saccharomyces cerevisiae <50 UFC/g. uva danneggiata: riduzione lieviti, aumento muffe e batteri acetici. Batteri lattici: specie di Lactobacillus, Leuconostoc, Pediococcus. Batteri acetici: Gluconobacter oxydans, Acetobacter aceti, Acetobacter pasteurianus. Muffe: Botrytis cinerea, specie di Penicillium, Aspergillus, Mucor, Rhizopus, Alternaria, Cladosporium.

24 mosto d uva 70-85% acqua, glucosio, fruttosio, acido tartarico (gusto duro), acido malico (gusto aspro), acido citrico (gusto fresco), polifenoli (antociani, flavoni, tannini), composti azotati, pectine, terpeni, minerali (ceneri) Titolo alcolometrico: zucchero% x 0,6 = volume alcolico% (1g 0,6 ml) acidità totale di un mosto (gr/l di acido tartarico): acidi "fissi" (tartarico, malico, citrico) + acidi "volatili" (acido acetico) Fattore limitante sviluppo microbico: ph compreso tra 3 e 3,5. Lieviti: ottimo tra 4 e 4,5 - a ph 3 OK Batteri acetici: tollerano ph 3 ma crescita 0 Batteri lattici: Oenococcus oeni e alcune specie di lattobacilli. Muffe: poco influenzate.

25 Lieviti vinari Schizosaccharomyces pombe, S. japonicum, S. octosporus Cellule globose o cilindriche; si moltiplicano per scissione. microflora delle uve di zone temperate; vigorosa attività fermentativa principali agenti della fermentazione maloalcolica Hanseniaspora uvarum (Kloeckera apiculata), H. guilliermondii (Kloeckera apis). Cellule apiculate (forma di limone); moltiplicazione per gemmazione. dominanti nelle zone a clima temperato-caldo. indesiderati in quanto responsabili dell alta acidità volatile dei vini dell Italia meridionale Saccharomycoides ludwigii forte resistenza all anidride solforosa principale responsabile della fermentazione dei mosti muti. Torulaspora delbrueckii forte vigore fermentativo, buon potere alcoligeno e buona resistenza agli antisettici. Tra i principali agenti della fermentazione vinaria Zygosaccharomyces Alteranti: Buona Dekkera attività fermentativa. (forma perfetta presenti del genere nei mosti Brettanomyces), fermentati spontaneamente. produce elevate quantità di acido acetico e fenoli volatili; Pichia, agenti della fioretta dei vini

26 Caratteristiche di lieviti selezionati

27 Inizio fermentazione: lieviti apiculati (Kloeckera) Alcool = 5% prende il sopravvento Saccharomyces cerevisiae interventi per evitare lo sviluppo di lieviti selvaggi apiculati a favore di lieviti ellittici fermentazioni guidate: Impiego di lieviti selezionati 5-10x10 6 /ml Fermentazioni scalari impiego di anidride solforosa Primo inoculo: Zygosaccharomyces veronae Torulaspora delbrueckii Kloeckera apiculata Candida stellata Secondo inoculo (a 4-5 gg) S. cerevisiae Aggiunta subito dopo la pigiatura ( mg/litro) blocca attività apiculati, inibisce sviluppo batteri lattici e acetici, limita ossidazioni. sensibilità dei lieviti varia con la specie e con il ceppo S. cerevisiae ceppi che si sviluppano anche a >150 mg/l, altri inibiti a mg/l.

28 fermentazione malolattica Decarbossilazione acido L-malico ad acido L-lattico. 2-3 settimane dopo quella alcolica e dura 2-4 settimane. operata da batteri lattici: Oenococcus oeni (utilizzato come starter), Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei, Lactobacillus fructivorans, Pediococcus pentosaceus, Pediococcus damnosus. Decremento acidità fissa Incremento ph di 0,3-0,5 unità

29 Mezzi per rilevamento e conta Brettanomyces: WLN differenziale / + actidione anche selettivo CuSO 4 selettivo Lisina selettivo DBDM - selettivo e differenziale YNB modificato ± cicloesimide - selettivo e differenziale Difco yeast nitrogen base Glucose Chloramphenicol p-coumaric acid Actidione/cycloheximide/oxytetracycline Bromcresol green

30 Test presuntivo Mezzo liquido a concentrazione 20X Incubazione anaerobiosi (7d) senza agitazione Rilevazioni: aroma - assorbanza a 650 nm

31 Conferma in piastra del test presuntivo negativo margini irregolari, superficie asciutta, non produce acidi positivo margini lisci, aspetto cremoso, produce acidi Copper Sulfate WLN WLND

32 UNI 10895: Tappi di sughero Analisi microbiologica e limiti per batteri, muffe e lieviti. ISO 10718: Cork stoppers - Enumeration of colony-forming units of yeasts, moulds and bacteria capable of growth in an alcoholic medium

33 UNI 10895: Tappi di sughero Analisi microbiologica e limiti per batteri, muffe e lieviti.

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