Caratteristiche dielettriche del pane per lo sviluppo di trattamenti post-cottura mediante microonde e radiofrequenze

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La shelf-life del pane fresco è limitata a causa della contaminazione da muffe come Aspergillus e Penicillium. Metodi innovativi per il controllo di questo fenomeno che non prevedano l’utilizzo di conservanti chimici sono di grande interesse per l’industria dei prodotti da forno. In questo contesto, i trattamenti post-cottura mediante microonde (MW) o radiofrequenze (RF) rappresentano una valida alternativa. Tuttavia, per sviluppare processi MW o RF efficaci, in grado di diminuire il rischio della contaminazione senza compromettere la qualità dell’alimento, è necessario conoscere in modo approfondito il comportamento delle caratteristiche dielettriche del prodotto. Nel primo di questi due studi, condotti dal medesimo gruppo di lavoro, viene proposto un metodo per valutare l’influenza della frequenza (variata nell’intervallo 1-1800 MHz) e della temperatura (variata nell’intervallo 25-85°C) sulle proprietà dielettriche (costante dielettrica e fattore di perdita) del pane bianco a fette. In particolare, tale metodo si basa sull’utilizzo di una sonda coassiale aperta e delle cosiddette equazioni della miscela dielettrica. Lo studio ha permesso di determinare differenti tipi di correlazioni (lineari o quadratiche) tra le caratteristiche dielettriche e la frequenza, la temperatura ed il contenuto di umidità del pane. Inoltre, è stato osservato che la penetrazione dell’energia, sia RF, sia MW, diminuisce all’aumentare della temperatura e del livello di umidità. Infine, i valori di penetrazione registrati dimostrano che, nel caso del prodotto confezionato, il trattamento di pastorizzazione basato sulla tecnologia RF è più efficace rispetto a quello basato sulla tecnologia MW. In generale, comunque, tali valori sono risultati decisamente più elevati rispetto ad altri alimenti, come i prodotti vegetali (valori maggiori di 3-6 volte) e quelli di carne (valori maggiori di 20 volte). Ciò è dovuto principalmente alla struttura porosa del pane (il fattore di perdita dell’aria è pari a zero e, di conseguenza, la penetrazione dell’energia è infinita) che lo rende particolarmente adatto ad essere sottoposto a processi RF ed MW. In entrambi i trattamenti la rotazione del dipolo dell’acqua e la conduzione ionica (dovuta al contenuto in sali dell’acqua stessa) costituiscono i due principali fattori di perdita. Generalmente, per le soluzioni pure viene utilizzato il modello di Debye per descrivere la dipendenza del fattore di perdita dalla frequenza. Tuttavia, per i prodotti da forno, alimenti caratterizzati da differenti livelli di umidità e dalla presenza di sostanze ioniche, non è disponibile alcun modello universale per descrivere tale dipendenza. È da sottolineare, inoltre, che il fattore di perdita è considerato uno dei più importanti parametri in grado di influenzare la conversione dell’energia elettromagnetica in energia termica durante il riscaldamento RF o MW. Una migliore comprensione dei meccanismi che ne regolano il comportamento è, quindi, fondamentale per ottimizzare la performance di questi trattamenti. Pertanto, nel secondo lavoro viene proposta una versione modificata del modello di Debye per l’analisi della dipendenza del fattore di perdita dalla frequenza (al variare del contenuto di umidità, 34.0- 38.6%, e della temperatura, 25-85°C), sempre nel caso di campioni di pane bianco a fette. Le isoterme di assorbimento dell’umidità sono state utilizzate per stimare, all’interno del prodotto, le zone monostrato e multistrato di acqua legata. I risultati evidenziano che il contributo di quest’ultima al fattore di perdita è, comunque, limitato. Al contrario, il contributo dell’acqua libera alla perdita dovuta alla rotazione del dipolo aumenta all’incrementare del contenuto di umidità e diminuisce all’aumentare della temperatura. In generale, comunque, nell’intervallo di frequenze investigato (1-1800 MHz), il fenomeno dominante è risultato quello della conduzione ionica, mentre l’effetto della rotazione del dipolo è limitato alle basse frequenze e moderato alle alte frequenze. Gli autori evidenziano, infine, che la conduzione ionica effettiva all’interno del prodotto aumenta con il contenuto di umidità e con la temperatura. Di conseguenza, un incremento di questi due parametri provoca un aumento anche della componente del fattore di perdita legata alla conduzione ionica.

Riferimenti bibliografici
Y. Liu et al., Journal of Food Engineering, 93, 2009, 72-79
Y. Liu et al., Journal of Food Engineering, 93, 2009, 453-459