Guida all'istruzione
Guida completa alla durata di conservazione per i produttori alimentari
Qualità, sicurezza, stabilità, crescita microbica e altro ancora: l'attività dell'acqua influisce su molti aspetti della conservabilità. Abbiamo raccolto tutto quello che c'è da sapere su come sfruttarla al meglio.
Senza una durata di conservazione accurata e specifica del prodotto, potreste scartare un prodotto scaduto ma ancora buono. O vendere un prodotto non scaduto che in realtà è cattivo. Potreste pagare troppo per un imballaggio che non aiuta il vostro prodotto. O rinunciare a una significativa durata di conservazione che deriverebbe da un imballaggio migliore. Il punto è che non potete saperlo con certezza perché state operando al buio.
Allora perché non si fanno più test sulla durata di conservazione?
Test di conservabilità completi
In genere, è perché un vero e proprio test di conservabilità è un compito arduo. Comporta relazioni complesse tra umidità, temperatura e modalità di guasto del prodotto.
Un gran numero di cose potrebbe rendere il vostro prodotto insicuro o sgradevole: muffa, crescita microbica, irrancidimento, alterazione della consistenza o del sapore, degradazione delle vitamine. La maggior parte delle persone non ha le competenze necessarie per eseguire internamente un test completo sulla conservabilità, e rivolgersi a un laboratorio esterno è costoso.
Esiste un'alternativa scientificamente valida a questo tipo di test di conservabilità. È la shelf life, semplificata dall'attività dell'acqua. Genera tutti i dati necessari per prevedere la durata di conservazione del prodotto da un esperimento che chiunque, anche una piccola startup, può permettersi di eseguire.
Durata di conservazione e attività dell'acqua
In che modo l 'attività dell'acqua semplifica la durata di conservazione?
- Elimina le distrazioni. Se conoscete l'attività dell'acqua del vostro prodotto, saprete quali modalità di guasto sono un problema per quel prodotto.
- Semplifica la previsione. È possibile utilizzare il misuratore di attività dell'acqua più un altro metodo di misurazione (quale dipende dalla modalità di guasto) per eseguire un esperimento semplice e interno che preveda con precisione la durata di conservazione.
- Standardizza la produzione. È possibile impostare una specifica di attività dell'acqua che consente di ottenere una durata di conservazione ottimale per ogni lotto.
I dati sulla shelf life possono fornire informazioni preziose che aiutano a bloccare i guasti dei prodotti, a prevedere e allungare la durata di conservazione, a scegliere il packaging più conveniente e molto altro ancora.
Come fa l'attività dell'acqua a prevedere la durata di conservazione?
L'attività dell'acqua è un mezzo importante per prevedere e controllare la durata di conservazione dei prodotti alimentari. La durata di conservazione è il tempo durante il quale un prodotto rimane sicuro, mantiene le proprietà sensoriali, chimiche, fisiche e microbiologiche desiderate e rispetta l'etichettatura nutrizionale. Molti fattori influenzano la conservabilità, tra cui l'attività dell'acqua, il pH, il potenziale redox, l'ossigeno, l'uso di conservanti e le condizioni di lavorazione/stoccaggio. Misurando e controllando l'attività dell'acqua di alimenti e prodotti farmaceutici, è possibile:
- Prevedere quali microrganismi saranno potenziali fonti di deterioramento e infezione.
- Mantenere la stabilità chimica degli alimenti
- Ridurre al minimo le reazioni di imbrunimento non enzimatico e le reazioni di ossidazione lipidica autocatalitica spontanea
- Controllare l'attività degli enzimi
- Prolungare la presenza di nutrienti e vitamine negli alimenti
- Ottimizzare le proprietà fisiche degli alimenti
Come fa l'attività dell'acqua a prevedere la durata di conservazione?
L'attività dell'acqua è un mezzo importante per prevedere e controllare la durata di conservazione dei prodotti alimentari. La durata di conservazione è il tempo durante il quale un prodotto rimane sicuro, mantiene le proprietà sensoriali, chimiche, fisiche e microbiologiche desiderate e rispetta l'etichettatura nutrizionale. Molti fattori influenzano la conservabilità, tra cui l'attività dell'acqua, il pH, il potenziale redox, l'ossigeno, l'uso di conservanti e le condizioni di lavorazione/stoccaggio. Misurando e controllando l'attività dell'acqua di alimenti e prodotti farmaceutici, è possibile:
- Prevedere quali microrganismi saranno potenziali fonti di deterioramento e infezione.
- Mantenere la stabilità chimica degli alimenti
- Ridurre al minimo le reazioni di imbrunimento non enzimatico e le reazioni di ossidazione lipidica autocatalitica spontanea
- Controllare l'attività degli enzimi
- Prolungare la presenza di nutrienti e vitamine negli alimenti
- Ottimizzare le proprietà fisiche degli alimenti
Fattori che interrompono la durata di conservazione
Ci sono tre fattori principali che influenzano la durata di conservazione: proprietà microbiche, cambiamenti chimici e deterioramento fisico. Tutti questi fattori sono legati all'attività dell'acqua.
Crescita microbica
La muffa e la crescita microbica sono le minacce più pericolose per la durata di conservazione. Il controllo dell'attività dell'acqua può inibire o precludere la crescita microbica, prolungare la durata di conservazione e consentire la conservazione sicura di alcuni prodotti senza refrigerazione. Utilizzando tabelle ben definite, è possibile stabilire un limite di attività dell'acqua per il proprio prodotto e utilizzarlo nei test di conservabilità.
| aw | Batteri | Stampo | Lievito | Prodotti tipici |
|---|---|---|---|---|
| 0.97 | Clostridium botulinum E Pseudomonas fluorescens | carne fresca, frutta, verdura, frutta in scatola, verdura in scatola | ||
| 0.95 | Escherichia coli Clostridium perfringens Salmonella spp. Vibrio cholerae | pancetta a basso contenuto di sale, salsicce cotte, spray nasale, collirio | ||
| 0.94 | Clostridium botulinum A, B Vibrio parahaemolyticus | Stachybotrys atra | ||
| 0.93 | Bacillus cereus | Rhizopus nigricans | alcuni formaggi, salumi (prosciutto) prodotti da forno, latte evaporato, ral liquido sospensioni, lozioni topiche | |
| 0.92 | Listeria monocytogenes | |||
| 0.91 | Bacillus subtilis | |||
| 0.90 | Staphylococcus aureus (anaerobico) | Trichothecium roseum | Saccharomyces cerevisiae | |
| 0.88 | Candida | |||
| 0.87 | Staphylococcus aureus (aerobico) | |||
| 0.85 | Aspergillus clavatus | latte condensato zuccherato, formaggi stagionati (cheddar), salsiccia fermentata (salame), carni secche (jerky), pancetta, la maggior parte dei succhi di frutta concentrati, sciroppo di cioccolato, torta di frutta, fondenti, sciroppo per la tosse, sospensioni analgesiche orali | ||
| 0.84 | Byssochlamys nivea | |||
| 0.83 | Penicillium expansum Penicillium islandicum Penicillium viridicatum | Deharymoces hansenii | ||
| 0.82 | Aspergillus fumigatus Aspergillus parasiticus | |||
| 0.81 | Penicillium Penicillium cyclopium Penicillium patulum | |||
| 0.80 | Saccharomyces bailii | |||
| 0.79 | Penicillium martensii | |||
| 0.78 | Aspergillus flavus | marmellata, confettura, marzapane, frutta glace, melassa, fichi secchi, pesce fortemente salato | ||
| 0.77 | Aspergillus niger Aspergillus ochraceous | |||
| 0.75 | Aspergillus restrictus Aspergillus candidus | |||
| 0.71 | Eurotium chevalieri | |||
| 0.70 | Eurotium amstelodami | |||
| 0.62 | Saccharomyces rouxii | frutta secca, sciroppo di mais, liquirizia, marshmallows, gomme da masticare, alimenti secchi per animali domestici | ||
| 0.61 | Monascus bisporus | |||
| 0.60 | Nessuna proliferazione microbica | |||
| 0.50 | Nessuna proliferazione microbica | caramelle, caramelle, miele, tagliatelle, unguenti topici | ||
| 0.40 | Nessuna proliferazione microbica | uovo intero in polvere, cacao, goccia di tosse liquida centrale | ||
| 0.30 | Nessuna proliferazione microbica | cracker, snack a base di amido, miscele per torte, compresse di vitamine, supposte | ||
| 0.20 | Nessuna proliferazione microbica | caramelle bollite, latte in polvere, latte per l'infanzia |
Ma come si può utilizzare questa conoscenza a proprio vantaggio nella formulazione, nelle specifiche, nella produzione e nel confezionamento? Guardate il nostro ultimo webinar per imparare:
- Come l'attività dell'acqua predice la crescita microbica
- come utilizzare i limiti aw di organismi specifici per il vostro settore nella definizione delle specifiche tecniche
- come utilizzare diverse tecniche di formulazione (tra cui umettanti, film, rivestimenti) per ottenere l'attività idrica desiderata
- Perché prendere in considerazione la tecnologia a ostacoli per affrontare determinate sfide?
Degradazione chimica
L'attività dell'acqua influenza i tassi di reazione chimica deteriorante perché l'acqua agisce come solvente, può essere essa stessa un reagente o può modificare la mobilità dei reagenti attraverso la viscosità. Ad esempio, le reazioni di imbrunimento non enzimatico aumentano con l'aumentare dell'attività dell'acqua fino a raggiungere il massimo a 0,6-0,7aw, mentre l'ossidazione dei lipidi è ridotta al minimo da circa 0,2-0,3aw. La stabilità chimica ottimale si trova generalmente vicino al contenuto di umidità del monostrato, come determinato dalle isoterme di assorbimento dell'umidità.
Deterioramento fisico
Ambienti ad alta e (meno spesso) bassa umidità possono influenzare l'attività idrica di un prodotto, causando cambiamenti indesiderati nella consistenza o nelle proprietà fisiche del prodotto e riducendo la durata di conservazione. I problemi includono la perdita di croccantezza nei prodotti secchi, l'agglomerazione delle polveri e la durezza o la masticabilità nei prodotti umidi. Trovare l'attività dell'acqua critica per il vostro prodotto può richiedere una certa ricerca, ma l'attività dell'acqua lo rende molto più semplice.
Imballaggio, spedizione e stoccaggio
Le variazioni dell'attività dell'acqua durante la spedizione e lo stoccaggio possono influenzare profondamente la durata di conservazione. L'attività dell'acqua è una funzione della temperatura e le temperature di spedizione e stoccaggio possono influenzare l'attività dell'acqua all'interno della confezione. I test di conservabilità semplificati possono aiutarvi a determinare l'imballaggio migliore e a valutare l'effetto delle condizioni di spedizione e stoccaggio sulla conservabilità del vostro prodotto.
Iniziare con i test semplificati
Nella letteratura scientifica alimentare si trovano informazioni su come massimizzare la durata di conservazione, ma può essere difficile trovare istruzioni passo-passo. Ci sono solo alcune cose da tenere a mente quando si elabora un piano per testare la durata di conservazione di un particolare prodotto.
NON cercare di analizzare tutto
I fattori che incidono sulla conservabilità sono molti, ma i più importanti sono l'attività dell'acqua e la temperatura. Iniziate a controllare questi due fattori.
Come si misura l'attività dell'acqua?
I produttori di alimenti misurano l'attività dell'acqua in laboratorio e in linea con i misuratori di attività dell'acqua. Misurano l'attività dell'acqua (aw) in 5 minuti o meno (tempo medio di lettura: 2,5 minuti) con una precisione di ±0,003aw. Gli strumenti AQUALAB sono i misuratori di attività dell'acqua più veloci e precisi disponibili sul mercato. Guardate il video per vedere come funziona.
Determinare le modalità di guasto più probabili
La durata di conservazione di un prodotto è tipicamente influenzata da una o due modalità di guasto. Ad esempio, la durata di conservazione delle patatine fritte è spesso interrotta da sapori sgradevoli associati all'ossidazione dei lipidi. I test di shelf life semplificati dovrebbero iniziare con il monitoraggio dell'ossidazione lipidica a varie attività e temperature dell'acqua. Una volta considerato l'impatto dell'ossidazione lipidica, è possibile esaminare altri fattori potenzialmente limitanti, come la consistenza.
I passi fondamentali per determinare la durata di conservazione
Se si volesse espandere questi passaggi in un diagramma di flusso dettagliato, l'aspetto sarebbe il seguente (ingrandirlo qui):
Scegliete il pacchetto giusto
Una volta determinato l'intervallo di attività dell'acqua ideale per il vostro prodotto, è il momento di considerare l'imballaggio. Il fattore più importante che determina l'andamento dell'attività dell'acqua del prodotto nel tempo è la permeabilità del materiale di confezionamento, ovvero la sua capacità di impedire il trasferimento dell'umidità in condizioni diverse (vedi Wong et al 1999). Per determinare l'imballaggio corretto per una durata di conservazione desiderata, sono necessari due semplici parametri: la permeabilità della confezione e l'attività critica dell'acqua.
Trova il tuo WTVR
La forza motrice del movimento dell'acqua attraverso l'imballaggio è la differenza delle condizioni di attività dell'acqua all'interno e all'esterno dell'imballaggio. I produttori utilizzano gli imballaggi per controllare la velocità di movimento dell'acqua. L'umidità viene trasferita attraverso l'imballaggio a una velocità indicata come tasso di trasmissione del vapore acqueo (WVTR). Il WVTR può essere utilizzato in modelli matematici per determinare l'imballaggio ottimale per la durata di conservazione desiderata.
Identificare l'intervallo critico di attività dell'acqua
Uno degli obiettivi principali dei test di conservabilità è quello di determinare il miglior intervallo di attività dell'acqua per il prodotto. Può trattarsi di un'attività idrica critica che, se superata, provoca immediatamente problemi di sicurezza o di consistenza che mettono fine alla shelf life. Oppure può trattarsi del "punto di forza dell'umidità" che massimizza il profitto ed elimina i potenziali problemi di gusto, consistenza e sicurezza.
Se i cambiamenti fisici sono la modalità principale di guasto del prodotto, una curva isoterma dinamica del punto di rugiada (DDI) può essere in grado di identificare l'attività critica dell'acqua. Una curva DDI misura la variazione delle proprietà di assorbimento di un campione mentre adsorbe e desorbe acqua (vedi Figura 3).
Le curve DDI possono far risparmiare molto tempo nell'identificazione di un'attività critica dell'acqua. Potete ottenerle inviando un campione del vostro prodotto ad AQUALAB Lab Services o utilizzando il VAPOR SORPTION ANALYZER per sviluppare le vostre curve DDI.
Se il deterioramento microbico è il fattore che limita la durata di conservazione, è possibile identificare un'attività critica dell'acqua o un intervallo di attività dell'acqua utilizzando limiti ben stabiliti dalla ricerca. Molti microrganismi preoccupanti sono elencati in questa tabella che mostra la relazione tra l'attività dell'acqua e la crescita microbica.
Se i fattori chimici come l'ossidazione dei lipidi, l'imbrunimento di Maillard o la perdita di vitamine sono la modalità principale di fallimento del vostro prodotto, dovrete lavorare un po' di più. L'attività dell'acqua è correlata a molte di queste reazioni chimiche, ma dovete sperimentare per determinare quale sia la correlazione per il vostro particolare prodotto.
Pacchetto per il successo della durata di conservazione
Una volta noti la permeabilità del pacchetto e l'attività critica dell'acqua, questi valori possono essere utilizzati per eseguire una modellazione predittiva.
La modellazione predittiva viene spesso eseguita attraverso una serie di complicate equazioni (descritte nella sezione Risorse aggiuntive), ma esiste un modo più semplice. Un programma software, MOISTURE ANALYSIS TOOLKIT, esegue questi calcoli per voi. Il toolkit utilizza questi input di base per determinare la durata di conservazione, impostare le specifiche di confezionamento ideali e persino consentire di variare i parametri di analisi per esaminare diverse opzioni di confezionamento.
Un'immersione profonda nelle modalità di fallimento e altro ancora
Volete saperne di più? Di seguito è riportata una guida completa e dettagliata alle fasi del diagramma di flusso semplificato della shelf life (Figura 2). Aprite le schede per approfondire ogni argomento.
Ulteriori informazioni sulla durata di conservazione
In questo webinar di 30 minuti, gli scienziati alimentari Mary Galloway e Zachary Cartwright spiegano come ottenere risposte alle vostre domande sulla shelf life. Scoprite come:
-Risolvere problemi e reclami per scoprire perché la durata di conservazione termina prima del previsto.
-Prevedere l'impatto delle modifiche alle ricette sulla durata di conservazione
-Confrontare l'effetto di diverse opzioni di ingrediente
-Valutare se una specifica opzione di confezionamento vi aiuterà a raggiungere o a migliorare la shelf life
Perché AQUALAB 4TE batte gli altri misuratori dell'attività dell'acqua
L'AQUALAB 4TE racchiude un campione in un contenitore sigillato e l'umidità relativa dell'aria nello spazio di testa si equilibra con l'attività dell'acqua del campione. All'equilibrio, i due valori sono uguali e possiamo misurare l'umidità relativa dello spazio di testa per conoscere l'attività dell'acqua del campione. Questa è la risposta più affidabile alla domanda su come misurare l'attività dell'acqua.
Metodi secondari: igrometri, sensori di capacità
Come i primi misuratori di attività dell'acqua, la maggior parte degli strumenti moderni utilizza sensori igrometrici a capacità o resistenza elettrica per misurare l'umidità nello spazio di testa sopra il campione.
Questi misuratori utilizzano metodi secondari: mettono in relazione un segnale elettrico con l'umidità relativa e devono essere calibrati con standard salini noti.
Con questi sensori, l'ERH è uguale all'attività dell'acqua del campione solo se le temperature del campione e del sensore sono uguali. Misure accurate richiedono un buon controllo della temperatura o della misurazione. I sensori di capacità hanno un design semplice e sono spesso utilizzati in misuratori di attività dell'acqua relativamente economici.
Il metodo del punto di rugiada 4TE è un metodo primario.
I metodi migliori che rispondono alla domanda su come misurare l'attività dell'acqua sono i metodi primari che utilizzano il rapporto p /p0.
P0 (la pressione di saturazione del vapore) dipende solo dalla temperatura del campione (come mostrato nel grafico allegato), quindi è possibile misurare p0 misurando la temperatura del campione. P (la pressione di vapore dell'acqua nel campione) può essere misurata misurando la pressione di vapore dell'acqua nello spazio di testa sigillato sopra il campione. Il modo più accurato di misurare questa pressione di vapore, che si rifà ai principi fondamentali, è quello di misurare il punto di rugiada dell'aria.
Metodo primario significa misurazione diretta, senza calibrazione
I principali vantaggi del metodo del punto di rugiada (o punto di rugiada a specchio raffreddato) sono la velocità e la precisione. Il sensore del punto di rugiada a specchio raffreddato è un metodo di misurazione primario basato sui principi termodinamici fondamentali. I misuratori di attività dell'acqua a specchio raffreddato effettuano misure altamente precise (±0,003aw), in genere in circa 5 minuti. Poiché la misura si basa sulla determinazione della temperatura, non è necessaria alcuna calibrazione. Gli utenti dovrebbero misurare una soluzione salina standard per verificare il corretto funzionamento dello strumento. Per alcune applicazioni, la velocità di questo metodo consente ai produttori di effettuare il monitoraggio in linea dell'attività dell'acqua di un prodotto.
Risorse aggiuntive
ASTM International. ASTM E96-00 Metodi di prova standard per la trasmissione del vapore acqueo nei materiali. West Conshohocken, PA: ASTM International, 2000.
Azanha, A.B. e Faria J. A. F. "Uso di modelli matematici per stimare la durata di conservazione dei cornflakes in imballaggi flessibili". Packaging Technology and Science 18, no. 4 (2005): 171-178.
Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S. e Carter, A.H. 2015. L'attività critica dell'acqua dalle isoterme dinamiche del punto di rugiada come indicatore della stabilità della premiscela in polvere. Journal of Food Measurement and Characterization. 9(4):479-486.
Carter, B.P., Galloway, M.T., Campbell, G.S. e Carter, A.H. 2015. L'attività critica dell'acqua dalle isoterme dinamiche del punto di rugiada come indicatore di croccantezza nei biscotti a bassa umidità. Journal of Food Measurement and Characterization 9(3):463-470.
Carter, B. P. e Schmidt, S. J. "Sviluppi nella determinazione della transizione vetrosa negli alimenti mediante isoterme di assorbimento dell'umidità". Food Chemistry 132, no. 4 (2012): 1693-1698.
Risbo, J. "La dinamica della migrazione dell'umidità nei sistemi alimentari multicomponente confezionati I: previsioni sulla durata di conservazione di un sistema cereali-raisina". Journal of Food Engineering 58, no. 3 (2003): 239-246.
The Stability and Shelf-Life of Food, a cura di David Kilcast e Persis Subramaniam. Woodhead Publishing, 2000.
Koutsoumanis, Konstantinos e George-John E. Nychas. "Applicazione di una procedura sperimentale sistematica per sviluppare un modello microbico per la previsione rapida della durata di conservazione del pesce". International Journal of Food Microbiology60, no. 2-3 (2000): 171-84. doi:10.1016/s0168-1605(00)00309-3.
Del Nobile, M. A., Buonocore, G. G., Limbo, S., Fava, P. "Shelf Life Prediction of Cereal-based Dry Foods Packed in Moisture-sensitive Films". Journal of Food Science 68, no. 4 (2003): 1292-1300.
Labuza, T.P. e Hyman, C. R. "Migrazione e controllo dell'umidità negli alimenti multidominio". Trends in Food Science & Technology 9, n. 2 (1998) 47-55.
Wong, Ee Hua, Teo, Y. C. e Lim, T. B. "Moisture Diffusion and Vapor Pressure Modeling of IC Packaging". Presentazione alla Conferenza annuale sui componenti elettronici e la tecnologia, Seattle, WA, 25-28 maggio 1998.
Yuan, X., Carter, B. P. e Schmidt, S. J. "Determinazione dell'umidità relativa critica alla quale si verifica la transizione da vetroso a gommoso nel polidestrosio utilizzando uno strumento automatico di assorbimento del vapore acqueo". Journal of Food Science 76, n. 1 (2011) 78-89.
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