Riflessioni sulle possibili strategie, suggerimenti applicativi per la valutazione della shelf life in preparazioni vegetali a base di proteine vegetali con verdure cotte, pastorizzate mediante l’impiego della matrice degli ostacoli

Dott. Luca Bertolini consulente scientifico SDS Technology

Introduzione:

L’obbiettivo di questa review è fornire alcuni suggerimenti operativi, attraverso l’applicazione della “hurdles technology” secondo la teorizzazione di Leister [1]. La maggior parte degli alimenti sono stabilizzati attraverso la combinazione di più fattori (Ostacoli), cosiddetti effetto ostacolo (con il relativo limite critico)  come il pH, il sale, l’attività dell’acqua, un trattamento termico, consideriamo a parte la temperatura di stoccaggio. Al fine di Determinare la stabilità di un alimento bisogna porsi quattro  domande principali: 1. quali sono i target microbiologici richiesti dalle normative e/o linee guida, standard interni ; 2. modifiche chimiche, biochimiche sensoriali prefissate o ritenute accettabili; 3.interazioni con l’imballo primario a contatto con l’alimento; 4. Non meno importante la che temperatura media è prevista la conservazione lungo la catena distributiva e a livello domestico. È superfluo ricordare che i requisiti cogenti in termini di parametri microbiologici, residui chimici vengono prima degli aspetti sensoriali, l’alimento deve essere conforme ai requisiti normativi e sicuro per il consumo (Es: assenza di microrganismi patogeni) e sono prioritari anche rispetto alle caratteristiche sensoriali, per certi vers [2, 3,4].

Nella figura 1 riportiamo la classificazione del FDA “classica” basata sul pH e l’attività dell’acqua (Aw) identificando fondamentalmente 4 macro aree, l’area di riferimento per la tipologia di alimenti che prendiamo in considerazione è quella di Alimenti controllati con Aw : < 0,85 e pH > 4,6 perciò necessitano dell’impiego di altre azioni (“ostacoli”) per rendere l’alimento stabile in relazione alla destinazione d’uso prevista. Mentre nella figura 2 sono esemplificati alcuni esempi della dinamica della teoria degli ostacoli come eleborata da L. Leister originariamente, portando gli otto esempi classici, per ogni alimento stabile e sicuro è insito un certo insieme di ostacoli che differiscono in qualità e efficacia a seconda del prodotto. L’effetto cumulato degli ostacoli dovrebbe mantenere la popolazione di microrganismi nell’alimento sotto Controllo e nel target validato nel Corso dei test  della shelf life. I microrganismi presenti (“all’inizio”) in un prodotto alimentare non dovrebbe essere in grado di superare (“salto oltre ‘) gli ostacoli presenti, altrimenti il cibo andrà incontro ad alterazioni addirittura allo sviluppo di patogeni.

2 Evoluzione della teoria degli ostacoli Sviluppo Applicativo,

Sviluppo una possible applicazione della quale fornirò dati sperimentali nella parte II dato  che le prove sono in Corso.

Esempio: Applicazione di ostacoli non convenzionali quali miscele di estratti vegetali fortificati con fonte acida (aceto) su preparazoni a base di proteine vegetali , verdure, olio vegetale, leganti,  erbe e spezie, sale sottoposti a conservazione refrigerate positive (max 8°C.) e generalmente anche sottoposti a pastorizzazione post confezionamento con compensazione di gas (MOP) miscela standard 70% N e 30% CO2 , ambiente di confezionamento in sovrapressione, senza le facilities delle camera bianche. Pastorizzazione F72°C.=33’; Shelf life prevista : 60 giorni a 8°C. In queste preparazioni il sale è < 0,8% e il pH= 6,00, non costituiscono barriere significative, quindi il prodotto è stabilizzato attraverso la pastorizzazione classica e la barriera della frigo-conservazione.

In base alla tipologia del prodotto sopra descritto possiamo considerare, dopo cottura, come uniche due barriere la  pastorizzazione e la frigoconservazione, che se tutto procede correttamente (confezionamento, pastorizzazione, abbattimento, mantenimento della catena del freddo 6-8°C.) senz’altro adeguate per garantire la sicurezza del prodotto, anche in una zona di temperatura che aumenta il rischio di proliferazione microbica. A questo proposito applicando la matrice di Leistner si può introdurre come ulteriore ostacolo l’impiego di conservanti naturali, miscele di spezie, che con il loro effetto inibitore sulle forme vegetative (per esempio su Vibrio parahaemolyticus, 2) con effetto sinergico con gli ostacoli già in essere nell’assicurare che il prodotto raggiunga la data limite di consumo mantenendo entro i limiti microbiologici prefissati in fase di validazione della Shelf life.

E noto da svariata bibliografia che vi sono erbe e spezie possono avere  effetto antimicrobico;  per su un agente patogeno di origine alimentare, Vibrio parahaemolyticus,  l’impiego di combinazioni di temperature e livelli diversificati di erbe aromatiche: Basilico, chiodi di garofano, aglio, rafano, maggiorana, origano, rosmarino e timo hanno mostrato attività antibatteriche durante l’incubazione a 30°C, mentre ad eccezione di rafano, le stesse spezie e altre 7 specie mostrano l’attività già a a 5°C. Il MIC più basso (concentrazione minima inibente) è stato dello 0,125% osservato in chiodi di garofano e maggiorana a 30 ° C in un terreno ricco di nutrienti per il microrganismo target. Questi risultati suggeriscono che le spezie e le erbe possono essere utilizzate per contribuire la stabilizzazione microbiologica in alimenti quali  frutti di mare dal rischio di contaminazione di V. parahaemolyticus e utilizzati nella tecnologia degli ostacoli insieme con la temperatura [2,3,4,5,6,10]; nella Tabella 1 evidenziamo risultati di uno screening sulle proprietà antimicrobiche di alcune spezie [7,8,9,10] :

Tabella 1 Screening dell’ effetto antimicrobico

Spice Incubation at 5 ºC Incubation at 37 ºC
Anise seed
Chili +
Cloves ++ ++
Cinnamon ++ ++
Coriander seed
Cumin +
Curry ++
Garlic ++ ++
Ginger ++
Oregano ++ ++
Paprika +
Black pepper +
White pepper +
Rosemary ++
Thyme ++ +*
Turmeric ++

++ no growth of V. parahaemolyticus; + growth reduced for about 1 log cfu/mL compared to negative control;

+* growth reduced for about 5 log cfu/mL compared to negative control; – number of bacteria is not reduced compared to negative control; VETERINARSKI ARHIV 86 (1), 125-134, 2016 Department of Hygiene, Technology and Food Safety, Faculty of Veterinary Medicine, University of Zagreb, Zagreb, Croatia

Table 3. Minimal inhibitory concentrations (MIC) of spices against Vibrio parahaemolyticus

Spice Incubation at 37 ºC Incubation at 5 ºC
Cinnamon 0.312 % 0.019 %
Cloves 0.078 % 0.078 %
Curry 0.078 %
Garlic 0.312 % 0.312 %
Ginger 0.625 %
Oregano 0.312 % 0.625 %
Rosemary 2.5 %
Thyme 2.5 % 0.312 %
Turmeric 0.0012 %

– MIC was not determined, since 2.5 % suspension of spices did not show antibacterial effect

Conclusioni :

Da queste brevi indicazioni che possono essere desunte dalla concentrazione inibente minima nelle tabelle 1 e 2  il suggerimento operativo, è di prendere in considerazione e valutare nella scelta delle strategie di miglioramento della shelf life del prodotto l’impiego di mix di estratti e succhi vegetali con una componente acida organica ma naturale come ad esempio aceto. L’azione non si esplica nell’abbassamento del pH ma l’effetto sui microrganismi è derivato da composti biochimici naturali che apportano, singolarmente, aldeidi, terpeni o alcoli, i quali combinati assieme ad una componente acida, permettono di ottenere il controllo sulla proliferazione microbica, vedi tabella 4 prove su semilavorato pesto basilico con prodotto commerciale Itali SM-1035 aroma naturale a base di spezie

L’impiego di questi prodotti consente di aggiungere alla matrice degli ostacoli caratterizzanti le barriere del prodotto un ulteriore barriera allo sviluppo dei microrganismi che sulla base di diverse sperimentazioni risulta efficace nel contenimento dello sviluppo microbico senza alterarne in modo significativo il profilo sensoriale (fonte: I.T.A.L.I srl).

 in determinate condizioni permette anche applicare livelli di energia termica inferiori garantendo lo stesso livello di sicurezza e stabilità, ma salvaguardando maggiormente le caratteristiche organolettiche del prodotto, la tenuta del materiale di confezionamento riducendone lo stress, diminuendo il costo del trattamento.

I risultati riportati anche su preparazioni a base di carne e ripieni per pasta suggeriscono l’impiego di questi preparati che sostanzialmente possono essere riportati in etichetta come aromi naturale da impiegare in dosaggio relativamente bassi e compatibili per costo ricetta e impatto sensoriale sul prodotto, evitando di alzare altre barriere quali il sale, soprattutto dove il disegno di prodotto ne prevede la riduzione per scelta nutrizionale. Il loro impiego può essere efficace anche nella preparazione di intermedi di lavorazione, per esempio in processi organizzati secondo il metodo di produzione secondo Kanban, a flusso tirato dall’ordine del prodotto finito partendo da semilavorati evitando colli di bottiglia e di lavorare a stock prodotto finito.

In questa breve Review bibliografica ho cercato di illustrare sulla base della bibliografia , della mia esperienza come deve essere riformulato il paradigma della shelf life delle preparazioni a base di proteine vegetali a ridotto numero di barriere inibenti e conservate a temperatura refrigerata a 6-8°C: di media  e delle relativa tecnologie per ottenerla, in funzione di diverse variabili, fra le quali oltrea quelle che garantiscono la salubrità del prodotto, anche la sostenibilità, l’ottimizzazione dell’impiego dell’energia, la tipologia di organizzazione della produzione.  

Un altro aspetto sul quale mi soffermo riguarda l’elaborazione dei dati microbiologici, si applicano piani di controllo che prevedono analisi di controllo con frequenze prefissate per i vari lotti di produzione. Abbiamo a disposizione molti dati che interpretiamo con un approccio statistico sostanzialmente descrittivo, ritengo che possa essere molto più utile applicare modelli di analisi multivariata (pca, pls per esempio) a seconda dei casi, riclassificando quindi le variabili che contribuiscono ad ottenere un determinato risultato di conformità in modo da poter interpretare meglio la variabilità dei dati di controllo di processo nel corso del tempo. Un ulteriore step verso l’ottimizzazione dei dati di controllo di processo e la corretta valutazione della shelf life può essere l’applicazione di modelli predittivi basati sulle reti neurali artificiali (9). In molti prodotti alimentari pronti all’uso refrigerati, gli effetti della temperatura, del pH e della % di sale sull’attività microbica interagiscono e questo dovrebbe essere preso in considerazione. Sono stati perciò sviluppatì modelli di “scatola grigia” per la previsione della crescita microbica. La dipendenza dal tempo è modellata da un’equazione differenziale non lineare basata sul modello di Gompertz. L’influenza di temperatura, pH e % NaCl riflessa nei parametri del modello è descritta usando reti neurali artificiali a scatola nera a bassa complessità (ANN). L’uso di questa tecnica di modellazione non lineare consente di descrivere gli effetti più accuratamente interagenti dei fattori ambientali rispetto ai classici modelli di microbiologia predittiva. In questo senso è di sicuro interesse inserire altri fattori come l’impiego di sostanze naturali per il controllo della prolferazione microbica e nel momento in cui sono disponibili risultati sperimentali sull’influenza di questi fattori tecnologici/ambientali, i modelli ANN possono essere estesi semplicemente aggiungendo più neuroni e / o strati [5,6,7,8,9, 12].

Per dare seguito a quanto sopra menzionato sull’impiego di mix di estratti di erbe aromatiche e spezie ho avviato una sperimentazione su preparazioni vegetali a base di proteine di soia tipo “Burger vegetali” e su una preparazione sempre a base di proteine di vegetali che riscostruisce una preparazione di tipo spezzatino di carne. La prova è in corso, ho ipotizzato una shelf life di 60 giorni a 8°C. ; la seconda parte di questo lavoro la presenterò una volta ottenuti ed elaborati i dati.

Rimarco che gli spunti di riflessione sopra riportati devono essere assolutamente sottoposti a prove sperimentali pre industriali e validate con adeguati piano di campionamento ed elaborazione dei dati, come altresì prevedono gli standard di comune applicazione nelle aziende alimentari quali IFS, BRC.

Bibliografia :

1.     L Leistner – New methods of food preservation, 1995 – Springer

2.     Mohammad Shafiur Rahman, Hurdle Technology in Food Preservation
Chapter · October 2015 DOI: 10.1007/978-3-319-10677-9_2

4.     YutakaYano MasatakaSatomi Hirosh iOikawa International Journal of Food Microbiology Volume 111, Issue 1, 15 August 2006, Pages 6-11 Authors

  • EISGRUBER, S., G. REUTER (1987): Anaerobic spore formers in commercial spices and ingredients for infant food. Z. Lebensm. Unters. Forsch.185, 281-287.
  • FERNANDEZ-PIQUER, J., J. P. BOWMAN, T. ROSS, M. L. TAMPLIN (2011): Predictive Models for the Effect of Storage Temperature on Vibrio parahaemolyticus Viability and Counts of Total Viable Bacteria in Pacifi c Oysters (Crassostrea gigas) Appl. Environ. Microbiol. 77, 8687-8695.
  • THE NATIONAL ACADEMIES PRESS Strategies to Reduce Sodium Intake in the United States (2010) ISBN 978-0-309-14805-4 | DOI 10.17226/12818
  • FILIPOVIĆ, I., N. ZDOLEC, V. DOBRANIĆ (2014): Effect of spices and herbs on Salmonella Typhimurium survival and growth. Proceedings of lectures and posters Hygiena alimentorum XXXV, 21-23 May, Strbske Pleso, Slovakia, pp. 96-100.
  • GARCIA, S., F. IRACHETA, F. GALVAN, N. HEREDIA (2001): Microbiological survey of retail herbs and spices from Mexican markets. J. Food Protect. 64, 99-103. KNEIFEL, W., E. BERGER (1994): Microbiological Criteria of Random Samples of Spices and Herbs Retailed on the Austrian Market. J. Food Protect. 57, 893-901. KOVACS-DOMJAN, H. (1988): Microbiological investigations of paprika and fennel with special regards to spore formers including B. cereus. Acta Alimentaria 17, 257-264
  • VETERINARSKI ARHIV 86 (1), 125-134, 2016 Effect of spices on Vibrio parahaemolyticus survival and growth Ivana Filipović*, Nevijo Zdolec, and Vesna Dobranić Department of Hygiene, Technology and Food Safety, Faculty of Veterinary Medicine, University
  • Food shelf-life models Luciano Piergiovanni and Sara Limbo Department of Food, Environmental and Nutritional Sciences—DeFENS, Universita` degli Studi di Milano, Milano, Italy