Nuovi sistemi per il controllo della qualità degli alimenti: onde millimetriche e naso elettronico

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Applicazione delle onde millimetriche per il controllo qualità durante i processi di essiccamento e surgelamento degli alimenti.

I sensori non distruttivi in grado di fornire informazioni senza necessità di contatto, ed in modo istantaneo, sono decisamente interessanti per il controllo qualità degli alimenti. Ad esempio, le cosiddette onde millimetriche sono particolarmente adatte a monitorare le caratteristiche che risultano opache per le frequenze ottiche ed infrarosse.

Questa capacità è dovuta al fatto che non subiscono i processi di assorbimento atomico ed intermolecolari che avvengono nello spettro elettromagnetico di tali frequenze. Le onde millimetriche garantiscono, inoltre, una maggiore profondità di penetrazione nei prodotti contenenti acqua rispetto alle tecnologie ad infrarossi, risultando meno perturbate da elementi ionici se confrontate con le microonde.

In questo contesto, in uno studio recente, effettuato da un gruppo di ricercatori belgi (Pandey et al., 2018), viene proposto l’utilizzo di questo tipo di onde per monitorare la qualità degli alimenti durante i processi di essiccamento e surgelamento. In particolare, durante la sperimentazione è stato sviluppato un modello analitico, validato mediante test su campioni di patate. Prima dei test, questi ultimi sono stati tagliati a fettine quadrate di dimensioni pari a circa 60 mm x 60 mm, con uno spessore pari a circa 6 mm.

I risultati evidenziano che una variazione del segnale di circa 71 dB corrisponde ad una variazione del 70% del contenuto di umidità del prodotto. Durante il surgelamento è stato, invece, possibile determinare una sensibilità pari a 12.5 dB/°C mentre la temperatura al centro del prodotto diminuisce da -1 a -3°C. Le onde si sono dimostrate in grado di rilevare anche la parte finale del processo, quando il rapporto tra la quantità di ghiaccio e la quantità di acqua aumenta dal 97 al 99%.

Gli autori sostengono, però, che il modello analitico ad oggi sviluppato non considera i gradienti di umidità che si generano lungo la profondità del prodotto durante il processo di essiccamento. Di conseguenza, ulteriori approfondimenti sono ancora necessari per implementare gli effetti di tali gradienti, migliorando ulteriormente la performance dello strumento proposto.

Applicazione del naso elettronico per il controllo qualità degli oli edibili.

In molti casi, ancora oggi, l’aroma dei prodotti alimentari viene valutato attraverso l’impiego di gruppi di persone esperte, ma con costi relativamente elevati dal momento che tali gruppi possono lavorare solamente per brevi periodi per evitare fenomeni di affaticamento sensoriale. In alternativa, possono essere utilizzate tecniche strumentali come la gas cromatografia o metodi basati sulla titolazione che, però, comportano tempi analitici piuttosto lunghi.

Una soluzione promettente a questa problematica è costituita dallo sviluppo di un sistema multisensoriale noto come naso elettronico. Questi ultimi sono strumenti dotati di un insieme di sensori chimici il cui segnale di risposta viene processato utilizzando specifici algoritmi. In questo contesto, in uno studio recente, effettuato da un gruppo di ricercatori polacchi (Majchrzak et al., 2018), viene valutata, attraverso l’analisi della letteratura scientifica più recente, l’applicazione del naso elettronico nel controllo qualità degli oli edibili.

Secondo gli autori, l’utilizzo di questa tecnologia è in grado di risolvere diverse problematiche legate alla classificazione, alla determinazione dell’origine botanica, alla rilevazione di adulterazioni ed alla valutazione del grado di ossidazione del prodotto. Nella maggior parte dei casi, infatti, i sensori chimici utilizzati sono in grado di rilevare i composti volatili al di sotto del loro limite olfattometrico, il che costituisce un vantaggio notevole in confronto con l’analisi sensoriale. Inoltre, il tempo di una singola analisi è significativamente più breve rispetto a quello dei metodi strumentali generalmente utilizzati nel caso degli oli edibili.

Tuttavia, in alcuni casi è necessario prolungare la fase di arricchimento dello spazio di testa per migliorare il grado di rilevazione. Dal momento che la capacità di analizzare rapidamente un numero significativo di campioni è il vantaggio principale del naso elettrico, è necessario stabilire un compromesso tra tale capacità e la sensibilità dello strumento. Gli autori evidenziano, inoltre, che questa tecnologia presenta ancora alcune limitazioni legate principalmente alla capacità dei metodi di analisi dei dati ed alla disponibilità commerciale dei sensori.

Infine, i costi piuttosto elevati dei sistemi basati sull’utilizzo del naso elettronico costituiscono un altro elemento che ne limita ancora la diffusione. Concludendo, gli autori sostengono che le tecniche di miniaturizzazione basate sul cosiddetto concetto lab-on-a-chip (i.e. dispositivo che integra funzioni multiple che si possono svolgere in laboratorio in un singolo chip) possono contribuire a ridurre significativamente i costi unitari di questi sistemi.

Riferimenti bibliografici

Pandey et al., Journal of Food Engineering, 226, 2018, 1-8; Majchrzak et al., Food Chemistry, 246, 2018, 192-201

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