La catena di approvvigionamento della produzione alimentare globale mira a mantenere l'integrità dei prodotti alimentari dal punto di produzione fino a quando gli alimenti raggiungono il consumatore. I prodotti alimentari possono subire danni strutturali e vi è un rischio significativo di deterioramento degli alimenti a causa dell'ossidazione e della crescita microbica. I produttori di alimenti devono anche difendersi dai danni alla reputazione del loro marchio e dall'impatto ambientale dei rifiuti alimentari causati da questi processi non controllati. I rischi in queste aree hanno portato all'adozione dell'azoto (N₂) nelle strategie di conservazione degli alimenti. L'azoto è un gas da imballaggio che costituisce circa 78% dell'atmosfera terrestre. In questo articolo discutiamo dell'uso dell'azoto nella lavorazione e conservazione degli alimenti e del suo importante ruolo nel confezionamento degli alimenti.

Che cos'è l'azoto?

L'azoto gassoso è uno dei tanti gas che compongono la nostra atmosfera. È incolore, inodore e insapore, il che significa, in generale, che è inattivo. Il successo dell'azoto nel confezionamento degli alimenti è dovuto al fatto che non introduce nuovi ingredienti negli alimenti, ma elimina la presenza di ossigeno (O₂). Sebbene l'ossigeno sia essenziale per la vita umana, avvia processi che portano alla degradazione degli alimenti. Lo fa creando una base per la crescita di batteri aerobici e innescando reazioni ossidative e la distruzione di componenti alimentari come oli, grassi e altri composti aromatici.

L'azoto è una risorsa naturale, abbondante ed economica. A differenza dei conservanti chimici, che alterano lo status di prodotto pulito, l'azoto agisce come una "protezione interna" meccanica. L'azoto viene utilizzato in diversi contesti, dai grandi silos ai sacchetti monodose. Rimuove l'ossigeno e preserva lo stato di vuoto, che congela biologicamente il prodotto alimentare. L'azoto è anche una superficie alimentare sicura e non interagisce con gli alimenti, mantenendo l'alta qualità e la durata di conservazione dei prodotti alimentari senza additivi artificiali.

Le funzioni chiave dell'azoto nella produzione alimentare moderna

Nell'industria alimentare, l'azoto viene utilizzato per il controllo atmosferico, al fine di garantire la sicurezza e la qualità degli alimenti. Manipolando la quantità di azoto gassoso che circonda un prodotto, un produttore può controllare la velocità e l'entità del decadimento, nonché la stabilità fisica della confezione.

Perché l'azoto è essenziale per la sicurezza alimentare

• Anti-ossidazione (prevenzione dell'irrancidimento): La distruzione per ossidazione dei lipidi è una delle principali minacce per alimenti come frutta secca, snack e latticini in polvere, che contengono oli e grassi. La causa è l'ossigeno che, reagendo con i lipidi utilizzati, crea perossidi che danno origine a odori e sapori sgradevoli (irrancidimento). Utilizzando un sistema di confezionamento ad azoto per sostituire l'ossigeno atmosferico, la via dell'ossidazione viene interrotta e la composizione nutrizionale e il sapore del prodotto vengono preservati per un lungo periodo di tempo.
• Inibizione dei microrganismi aerobi: La maggior parte delle muffe e dei batteri legati al deterioramento sono aerobi e hanno bisogno di ossigeno per sopravvivere e moltiplicarsi. L'ambiente per questi microbi è reso ostile dall'azoto nell'applicazione degli alimenti, che riduce il livello di ossigeno residuo (RO) a meno di 1-2%. Questo metodo di conservazione richiede meno antimicrobici chimici e soddisfa gli standard di buona fabbricazione per la salute pubblica.
• Integrità strutturale e protezione fisica: Nell'imballaggio flessibile l'azoto ha una duplice funzione. Oltre ai suoi vantaggi chimici, agisce come "cuscino di gas". Formando una pressione positiva interna (l'"effetto cuscino"), l'azoto comprime e protegge prodotti fragili come patatine, cracker e frutta secca dalla rottura meccanica durante la pallettizzazione, la spedizione e la manipolazione al dettaglio. Questo assicura che il consumatore riceva il prodotto intatto e non sotto forma di detriti.

Istantanea delle applicazioni dell'azoto nel settore

La tabella seguente riassume le diverse aree di utilizzo dell'azoto nel ciclo alimentare industriale:

Trasformazione alimentare: Tendenze avanzate nell'infusione di azoto

L'applicazione dell'azoto è andata oltre la semplice conservazione, verso l'innovazione del prodotto. Le ultime tendenze di lavorazione utilizzano l'azoto per influire positivamente sugli attributi sensoriali di alimenti e bevande.

L'uso dell'azoto nell'industria delle bevande sta diventando molto più comune. Gli esempi includono infuso di azoto caffè freddo (chiamato nitro) e alcune birre. Rispetto all'anidride carbonica (CO₂), l'azoto è meno solubile in acqua e non produce la stessa sensazione di asprezza sulla lingua. Mentre la CO₂ crea una carbonatazione aggressiva, l'azoto crea bolle più piccole che ammorbidiscono la birra e producono una consistenza più cremosa e vellutata. Nel caffè, l'uso dell'azoto contribuisce a diminuire l'amarezza e l'acidità del caffè e a preservare gli oli di caffè, mantenendo l'infuso fresco più a lungo.

La seconda tendenza è il congelamento criogenico o la macinazione. Quando il pepe nero, la cannella o i semi di lino vengono macinati con metodi tradizionali, il calore generato dalla macinazione può causare la perdita di alcuni degli oli essenziali che conferiscono alle spezie il loro sapore e aroma. Utilizzando l'azoto liquido durante il processo di macinazione, gli oli vengono preservati e il prodotto finale è più potente e di alta qualità.

Conservazione degli alimenti: Garantire la sicurezza e la purezza nella conservazione dei prodotti sfusi

Il processo di produzione di alimenti su larga scala comporta la gestione attenta e sicura di grandi quantità di materie prime. La sicurezza e l'integrità del sistema sfuso sono preservate dall'uso dell'azoto.

Conservazione in atmosfera controllata (CA): L'azoto viene applicato nella conservazione in c.a. di alimenti freschi come frutta e verdura per prolungare il tempo di conservazione. Aumentando l'azoto e diminuendo l'ossigeno, la respirazione dei prodotti viene effettivamente "ibernata". Ciò consente di conservare prodotti come mele e pere per diversi mesi, preservandone la croccantezza e la qualità nutrizionale. Ciò separa notevolmente i raccolti dalla loro disponibilità sul mercato.

Prevenzione delle esplosioni di polvere: L'industria alimentare ha una grande preoccupazione per la sicurezza nell'uso di prodotti alimentari in polvere come farina, zucchero e cacao, a causa della possibilità di esplosioni di polvere. La polvere organica può diventare molto infiammabile ed esplosiva se viene sospesa nell'aria e mescolata con la giusta quantità di ossigeno. Con un'atmosfera di azoto nei sistemi di trasporto pneumatico, il gas di trasporto è azoto anziché aria compressa. In questo modo si crea un ambiente inerte e si elimina la parte ossidante del triangolo del fuoco, riducendo così il rischio di esplosioni statiche, di scintille o di attrito, per garantire la sicurezza dell'impianto e del personale.

Imballaggio alimentare: Tecnologie di confezionamento con azoto e selezione delle attrezzature

Il produttore cerca di massimizzare la durata di conservazione dei prodotti alimentari; la scelta dei modi più efficaci per confezionarli diventa fondamentale. Dipende dalla sensibilità dell'imballaggio, dal tipo di contenitore e dai livelli di ossigeno residuo desiderati.

Tecnologie di base per il lavaggio con azoto negli imballaggi

Tecnologia di confezionamento industriale con azoto In genere assume una delle due forme meccaniche:

• Lavaggio continuo con azoto (tenuta del flusso): Questo tipo di confezionamento è comunemente utilizzato con macchine form-fill-seal verticali o orizzontali (VFFS/HFFS). Mentre i sacchetti vengono riempiti di prodotto, l'azoto viene continuamente iniettato per sostituire l'ossigeno prima che le barre termosaldanti chiudano il film. Questo processo è molto veloce ed è ideale per il confezionamento ad alta velocità di snack e alimenti vari.
• Vuoto Riempimento di gas (pre-evacuazione): Questa tecnica è utilizzata nella sigillatura ad alta precisione dell'aggraffatura dei barattoli sottovuoto o della sigillatura delle vaschette. La macchina esegue inizialmente un vuoto per eliminare la maggior parte dell'aria presente nel contenitore, anche nei pori del prodotto. La macchina reintroduce quindi l'azoto nel contenitore e lo sigilla. Questa tecnica consente di ottenere un livello di ossigeno residuo inferiore rispetto al lavaggio continuo ed è lo standard per i prodotti più sensibili, come il latte artificiale o i prodotti a base di carne che potrebbero presentare umidità.

I migliori tipi di alimenti per il confezionamento in atmosfera modificata (MAP)

Per garantire una comprensione completa dei requisiti tecnici per le diverse categorie di prodotti, la tabella che segue traccia una mappa dei tipi di alimenti più comuni con i loro rischi specifici di degradazione e il ruolo strategico dell'azoto nel mitigare tali rischi. Questa matrice serve come strumento decisionale per determinare l'appropriata tecnologia di sigillatura e i livelli di precisione del gas.

Confronto tra il lavaggio con azoto e metodi alternativi

Nel contesto del controllo atmosferico, i produttori dovrebbero valutare lo spostamento meccanico del gas rispetto agli additivi chimici.

• Azoto vs. puro Vuoto: Se da un lato il confezionamento sottovuoto "aspira" l'ossigeno, dall'altro fa collassare la confezione. Questo è un no deciso per i prodotti fragili. L'azoto mantiene la forma della confezione con un basso livello di ossigeno, proprio come il vuoto.
• Azoto e ossigeno: Le bustine di scavenger sono un costo operativo ricorrente. Una macchina per il lavaggio dell'azoto è un investimento una tantum, ha un costo operativo inferiore ed è più adatta all'automazione ad alta velocità rispetto a uno scavenger di ossigeno.

Criteri di selezione delle apparecchiature di confezionamento ad alte prestazioni

Gli esperti tecnici analizzano i macchinari per la sigillatura dell'azoto utilizzando i tre pilastri delle prestazioni che influenzano direttamente il ritorno sull'investimento (ROI):

1. Efficienza di utilizzo del gas: Le macchine di alta qualità utilizzano elettrovalvole di precisione e sensori di flusso di gas. Le macchine inefficienti sprecano una quantità significativa di azoto durante il ciclo di lavaggio. Una macchina in grado di raggiungere un livello di RO <1% con un consumo minimo di gas riduce significativamente il costo operativo dei riempimenti del serbatoio di azoto.
2. Sigillo Coerenza e integrità: Il sigillo è ciò che rende l'atmosfera inerte. I sistemi migliori sono in grado di sigillare completamente le camere a temperature diverse, quindi di applicare pressione e sosta per sigillare. Se una guarnizione presenta microperdite, consentirà all'azoto di uscire e all'ossigeno di entrare, rendendo inutile il processo.
3. Gas Fonte e l'integrazione dei serbatoi: Il macchinario deve mantenere un'integrazione affidabile con le bombole di gas o i serbatoi alla rinfusa. Questo dovrebbe includere regolatori di pressione e sistemi di monitoraggio, che segnalino all'operatore quando la pressione del gas è bassa per garantire che non vengano rilasciate confezioni non lavate dalla linea di produzione.

Selezionare il giusto partner per la sigillatura con azoto per avere successo

L'integrazione dell'azoto nel confezionamento degli alimenti è un problema ingegneristico complicato. Non si tratta solo di una singola macchina sigillatrice. Richiede la comprensione di come interagiscono la fonte di gas, la regolazione della pressione e lo stampo di sigillatura meccanico. Da questo punto di vista, l'integrazione di partnership con i produttori di apparecchiature è un buon punto di partenza. Il produttore deve comprendere i requisiti specifici del prodotto, che si tratti di uno snack fragile che richiede un lavaggio delicato o di una polvere in scatola che richiede un ciclo di riempimento con gas sotto vuoto profondo.

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