Esisitono numerosi metodi convenzionali applicati attualmente nell’industria alimentare per la gestione della qualità di frutta e vegetali.
L’HPP è usata nel trattamento di varie specialità ortofrutticole per l’inattivazione di microrganismi ed enzimi, per estenderne la shelf-life e mantenerne al meglio le proprietà organolettiche e nutrizionali. Attualmente sul mercato sono disponibili diversi prodotti commerciali, tra cui succhi di frutta, ad esempio succhi di mandarino, pompelmo, mela,
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arancia, carota e succo di broccoli e mele trattati con HPP.
Considerando l’ampia gamma di pressioni che possono essere applicate, i trattamenti a pressione devono essere classificati in due categorie principali; trattamenti a bassa e alta pressione. Il trattamento a bassa pressione (0-1 MPa) può essere ipobarico o iperbarico e viene applicato ai prodotti freschi, mentre il trattamento ad alta pressione (superiore a 100 MPa) viene generalmente applicato ai prodotti alimentari trasformati. I trattamenti iperbarici (da 0,1 a 1,0 MPa) differiscono dal trattamento ad alta pressione, il secondo consiste nel sottoporre il cibo a pressioni comprese tra 100 e 1200 MPa. La struttura cellulare di frutta e verdura fresca non può resistere a queste pressioni causando danni irreversibili. Il trattamento a pressione potrebbe essere quindi troppo alto per trattare i prodotti sensibili alla pressione, come le colture orticole fresche, senza che questo causi danni irreversibili. Inoltre è generalmente troppo basso per avere un effetto significativo sui microrganismi e sull’attività enzimatica. L’HPP può essere quindi utilizzata per frutta trasformata ma non fresca (Baba et al., 1999).
Alcuni dei risultati più interessanti del trattamento HPP sono riportati nelle tabelle seguenti (Tabelle 15 e 16).
Tabella 15 - Trattamento HPP di frutta e prodotti a base di frutta (fonte: Gopal et al., 2017)
Prodotto Condizioni Risultati significativi Referenze
Succo di arancia
350 MPa, 1 min a 30°C
Succo di buona qualità con una shelf-
life di oltre due mesi in condizioni di
refrigerazione
Donsi et al. (1998)
600 MPa per 4 min a 40°C
Il grado di degradazione dell’acido ascorbico è minore per il succo trattato con alte pressioni e con una migliore conservazione dell’attività antiossidativa se comparato con succo pastorizzato con trattamenti convenzionali Polydera et al. (2005) Succo di limone 450 MPa per 2, 5 o 10 min
Non è stata rilevata alcuna crescita di funghi nel campione analizzato mentre nel campione di controllo sono stati rilevati funghi dopo 10 giorni
Donsi et al. (1998)
Succo di mele
400 MPa, 10 min Comparazione delle qualità sensoriali durante lo stoccaggio del succo soggetto ad HPP con quelli conservati attraverso congelamento (- 17°C) o pastorizzazione (80°C, 20 min). I campioni migliori sono stati quelli congelati, poi quelli pressurizzati infine quelli pastorizzati
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Succo di fragole
200-500 MPa Nessuna modificazione nell’aroma del succo mentre una pressione di 800 MPa ha indotto significative modifiche nell’aroma
Lambert et al. (1999)
Ananas fresco tagliato
350 MPa for 15 min Estensione della shelf-life, la riduzione decimale dei batteri è di 3.0, 3.1 e 2.5 a 4°C, 21°C e 38°C rispettivamente
Aleman et al. (1994)
Pesca bianca 400 MPa, 20°C, 10 min
Formazione enzimatica di benzaldeide, aldeide C6 e alcol dalla rottura dei tessuti della frutta è stata osservata nel trattamento HPP di frutta e frutta schiacciata. L’aumento di benzaldeide nella frutta trattata con HPP durante lo stoccaggio è causata dall’attività residuale di beta- glucosidase dopo il trattamento
Sumitani et al. (1994) Kiwi, pesche, pere e meloni 400 MPa, 5 o 20°C per 30 min
Il melone è il frutto più adatto ad essere sottoposto a trattamenti HPP, pesche e e pere subisiscono un processo di bruniture mentre I kiwi di ingiallimento. La consistenza di tutti I frutti è accettabile dopo il trattamento
Prestamo & Arroyo (2000) Marmellata di fragole 400 MPa a temperatura ambiente per 5 min
La miscela di zucchero in polvere, pectina, acido citrico e succo concentrato congelato sono stati mescolati, quindi degassati e pressurizzati. La marmellata è risultata di un brillante colore rosso e ha mantenuto tutte le caratteristiche di sapore. La consistenza del prodotto è simile a quello preparato con trattamenti convenzionali
Watanabe et al. (1991)
Tabella 16 - Trattamento HPP di vegetali e di prodotti derivati (fonte: Gopal et al., 2017)
Prodotto Condizioni Risultati significativi Referenze
Broccoli 500 MPa per 10 min Il trattamento HPP è in grado di inattivare più di 5 logs di popolazione microbica e presenva il contenuto di sulforafano, un componenete che contiene proprietà anticangerogene, antidiabetiche e antimicrobiche
Houska at al. (2006)
Cavolo 500 MPa Il trattamento HPP del cavolo bianco riduce la proporzione di fibra solubile senza modificare sostanzialemente il contenuto di fibra alimentare
Wennberg & Nyman (2004)
Carote 100, 200 e 300 MPa a 20°C
Il trattamento ad alta pressione delle carote risulta in una significativa perdita di durezza. Un aumento dei livelli di pressione non determina ulteriori perdine nella consistenza
Araya et al. (2007)
Passata di pomodoro
700 Mpa La flora naturale della passata di pomodoro viene ridotta al di sotto di livelli misurabili.
L’HPP determina una maggiore riduzione nella presenza di spore
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delle polpette di carne aggiunte alla passta inoculate con spore del
Bacillus Stearothermophilus in confronto alla tradizionale sterilizzazione, senza significative perdite di lycopene
Cipolla 350 MPa, 25°C e 40°C per 40 min
Diminuisce sensibilmente la quantità microbica delle cipolle fresche ma danneggia la membrana senza inattivare gli enzimi indesiderati, ciò determina modificazioni sia nel colore che che sapore delle cipolle fresche. La pressione sopra i 100 MPa danneggia la struttura della cellula rilasciando polyphenolixidase e determina quindi una brunitura delle cipolle.
Butz et al. (1994)
Gli effetti del trattamento HPP su diversi componenti e proprietà fisiche di frutta e verdura e loro derivati
Composti fenolici
L’HPP è migliore dei consueti processi termici nel conservare i composti fenolici. Il trattamento HPP a temperatura ambiente ha infatti un effetto minimo sul contenuto di antociani di vari tipi di frutta e verdura. Diversi autori hanno riportato che gli antociani di vari alimenti liquidi sono stabili al trattamento HPP a temperature moderate. Hanno constatato inoltre l’aumentata estraibilità dei pigmenti colorati nei componenti alimentari a pressioni estreme che aumentano il contenuto di polifenoli.
Gli autori attribuiscono l’aumento del contenuto fenolico totale al rilascio di alcuni componenti antiossidanti come antociani, amminoacidi e proteine con gruppo idrossilico fenolico da particelle solide in sospensione dopo il trattamento ad alta pressione (Kasikci
et al., 2016). L’effetto dell’alta pressione sul contenuto di antociani dei derivati del frutto
non può essere generalizzato, mentre la composizione del prodotto, l’attività degli enzimi ossidativi e le condizioni operative e di lavorazione potrebbero compromettere l’efficienza del trattamento HPP.
Antociani
Una maggiore temperatura di lavorazione e conservazione rende instabili gli antociani. Non è stato osservato alcun cambiamento significativo negli antociani dei frutti quando trattati con HPP. L’HPP ha conservato efficacemente antociani, composti fenolici e
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colore del succo di melograno per campioni trattati con 350 MPa e 550 MPa a temperatura ambiente (Varela-Santos et al., 2012). Gli antociani di campioni di succo di mirtillo trattati con 600 MPa a 42°C sono aumentati significativamente (Barba et al., 2011). È stata osservata una perdita significativamente maggiore di antociani nei succhi di fragola torbidi trattati con HPP rispetto ai succhi di fragola chiara trattati con HPP a una temperatura di conservazione di 4°C, probabilmente dovuta a concentrazioni più elevate di ossigeno assorbito dalle particelle di polpa che determinano la degradazione degli antociani.
L’effetto dell’HPP sul colore
Il trattamento HPP ha un effetto limitato sui pigmenti (ad esempio clorofilla, carotenoidi, antociani, ecc.) responsabili del colore di frutta e verdura. È infatti meno dannoso dei processi termici su composti alimentari a basso peso molecolare come i pigmenti, poiché i legami covalenti non sono influenzati dalla pressione (Tauscher et al., 1995).
Numerosi studi sono stati condotti sull’effetto dell’HPP sul colore di vari frutti e prodotti vegetali.
Weemaes et al. (1999) hanno studiato la cinetica di degradazione del binomio pressione- temperatura del succo verde dei broccoli. La pressione e la temperatura utilizzate nello studio erano rispettivamente di 0,1-850 MPa e 30-90°C. Nessuna riduzione significativa del colore verde è stata osservata a pressioni di 800 MPa e a intervalli di temperatura di 30-40°C.
A temperatura ambiente, la clorofilla mostra un’estrema stabilità alla pressione, ma a temperature superiori a 50°C, il trattamento HPP influenza la sua stabilità, ad esempio si può avere una significativa riduzione del contenuto di clorofilla nel succo di broccoli (Van Loey et al., 1998; Butz et al., 2002).
I carotenoidi sono importanti per l’aspetto giallo-arancione e rosso di frutta e verdura. I carotenoidi sono piuttosto stabili alla pressione.
Butz et al. (2003) hanno applicato un trattamento ad altissima pressione a vari succhi di frutta, singolarmente e in combinazione (arance, mele, pesche, succhi di agrumi misti, carote, pomodori e lamponi surgelati) e hanno riportato che non c’erano differenze significative nel contenuto di carotenoidi tra i campioni sottoposti a pressione e quelli di controllo. Il colore della passata di pomodoro è rimasto invariato dopo il trattamento con HPP (fino a 700 MPa) a 65°C anche per 1 ora (Rodrigo et al., 2003).
50 Effetti dell’HPP sul sapore
Generalmente si ritiene che il sapore fresco di frutta e verdura non sia alterato dall’HPP, poiché la struttura dei composti a basso contenuto molecolare non è direttamente influenzata dall'alta pressione (Oeya et al., 2008).
Navarro et al. (2002), hanno osservato che il trattamento HPP a 400 MPa (temperatura ambiente/20 minuti) ha più che raddoppiato il contenuto esanale della purea di fragole. La concentrazione di molti composti volatili che contribuiscono al sapore fresco di fragola, come nerolidolo, furaneolo, linalolo e alcuni composti di estere, è significativamente inferiore nella purea di fragole trattata a 800 MPa (20°C/20 minuti) rispetto alla purea non trasformata. Dopo conservazione a freddo (1 giorno, 4°C), le concentrazioni di acidi (acido butanoico, acido 2- metil-butanoico e acido esanoico) e del composto chetone 2,4,6-eptanetrione nelle fragole trattate con HPP (200, 400, 600 o 800 MPa/18-22°C/15 minuti) erano più basse che nelle fragole non trattate (Zebetakis et al., 2000). Nel confronto degli effetti dell’HPP (600 MPa, 5 minuti, a temperatura ambiente) e della pastorizzazione a caldo (80°C, 5 minuti) sulla composizione volatile di purea di lampone, fragola e ribes nero misurata con “naso elettronico” a 25°C, è stato osservato che ad avere una migliore conservazione del sapore delle puree erano quelle sottoposte a trattamento HPP. La convalida incrociata dei dati del “naso elettronico” ha mostrato che il trattamento termico ha modificato i composti volatili più che la lavorazione HPP (Dalmadi et al., 2007). L’HPP è un promettente metodo di conservazione di frutta e verdura, anche se le proprietà sensoriali originali non sono sempre pienamente conservate. Le proprietà sensoriali di molti prodotti ortofrutticoli trattati con HPP sono comunque superiori a quelle dei prodotti conservati nel modo tradizionale mediante trattamento termico.
Effetti dell’HPP sulla consistenza
Il trattamento con HPP può influire sulla permeabilità cellulare di frutta e verdura, che consente il movimento di acqua e metaboliti nella cellula. Provoca la distruzione cellulare e facilita l'insorgenza di reazioni enzimatiche e non enzimatiche. Modificazioni nella consistenza in frutta e verdura possono essere correlate alle trasformazioni dei polimeri delle pareti cellulari dovute a reazioni enzimatiche e non enzimatiche (Oeya et al., 2008). Il trattamento HPP influisce sull’organizzazione delle cellule del parenchima. Le cellule
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vegetali si disintegrano e gli spazi intercellulari non sono più riempiti di gas (ad esempio nella foglia di spinaci). Si verifica la formazione di cavità e dopo il trattamento HPP si nota una consistenza solida e un aspetto bagnato (ad esempio nel cavolfiore).
Basak e Ramaswamy (1998) hanno studiato l’effetto dell’HPP (100-400 MPa/5-60 minuti/temperatura ambiente) sulla consistenza di diversi tipi di frutta e verdure, come mela, pera, arancia, ananas, carota, sedano, pepe verde e pepe rosso. Gli autori hanno osservato una rapida perdita di compattezza durante la compressione. Durante il periodo di mantenimento della pressione (30-60 minuti), la compattezza è diminuita ulteriormente o è stata recuperata gradualmente, ad esempio per pera, arancia, ananas, carota, sedano, pepe verde e peperoncino trattati a 100 e 200 MPa.
L’HPP influisce anche sulle proprietà reologiche dei prodotti ortofrutticoli. Polydera et al. (2005), hanno dimostrato che il trattamento a pressione (600 MPa/40°C/4 minuti) ha portato a una viscosità più elevata rispetto al trattamento termico (80°C/60 secondi), una piccola diminuzione della viscosità del succo trattato con HP è stata osservata durante la conservazione (0, 5, 10, 15 o 30°C per 64 giorni) anche ad una temperatura di conservazione elevata (30°C). Si ritiene che l’attività residua della PME sia responsabile della perdita di qualità del succo d’arancia durante lo stoccaggio.
Effetti dell’HPP sugli enzimi
Gli effetti dell’alta pressione sugli enzimi possono essere suddivisi in due categorie: effetti attivanti ed effetti inattivanti. Rigurado ai primi, è stato dimostrato che pressioni relativamente basse (100 MPa) attivano alcuni enzimi. Questo effetto di stimolazione è, tuttavia, osservato solo per gli enzimi monomerici. Al contrario, pressioni molto più elevate inducono generalmente l’inattivazione degli enzimi (Hendrickx et al., 1998). L’effetto combinato di HPP e trattamento termico si rivela molto efficace in relazione all’inattivazione degli enzimi. Una completa caratterizzazione cinetica di inattivazione enzimatica indotta da pressione e/o temperatura per il sistema enzimatico modello
Bacillus subtilis α-amilasi è stata studiata da Ludikhuyze et al. (1997).
Rastogi et al. (1999) hanno studiato gli effetti di inattivazione di un trattamento ad alta pressione idrostatica (100-600 MPa) combinato con un trattamento termico (0-60°C) sugli enzimi perossidasi (POD) e fenolo ossidasi (PPO), al fine di sviluppare un succo d’uva rosso trattato ad alta pressione avente una stabile shelf-life.
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dell’attività di PPO è necessario utilizzare trattamenti ad alta pressione unitamente a un trattamento termico leggero (40-50°C).
Effetti dell’HPP sui patogeni nei prodotti vegetali
Secondo Huang et al. (2014), una pressione di 50 MPa può influenzare o inibire la sintesi proteica e risultare nella riduzione del numero di ribosomi microbici. Una pressione di 100 MPa causa una parziale denaturazione delle proteine cellulari, e quando la pressione viene aumentata a 200 Mpa, essa produce danni interni nella struttura microbica e danni esterni nella membrana cellulare. Pressioni intorno a 300 MPa procurano danni irreversibili al microrganismo, compresa la perdita di componenti intracellulari nel mezzo circostante, con conseguente morte cellulare. Lieviti, muffe e cellule vegetative sono sensibili alla pressione e possono essere inattivati da una pressione tra 300 e 600 MPa. D’altra parte, le spore batteriche sono altamente resistenti al trattamento a pressione e richiedono un’alta pressione superiore a 1.200 MPa per la loro inattivazione. I ricercatori hanno dimostrato che il trattamento con HPP può inattivare i lieviti Saccharomyces
cerevisiae e Listeria innocua su mele tagliate, mirtilli interi, fragole e uva. Il conteggio
delle cellule vegetative di Talaromyces avellaneus è stato ridotto di sei volte nel succo di mela con una pressione di 200 MPa per 60 minuti o 300 MPa per 5 minuti. Un’alta pressione di 600 MPa a 20°C è efficace nel succo d’arancia per ridurre il carico microbico a un livello non rilevabile durante un periodo di conservazione di 4 settimane.