” Il contabile deve essere a conoscenza dei dati di stabilità per stabilire e giustificare le spese sulle potenziali modifiche delle tecniche di lavorazione, il costo delle premiscele di nutrienti, ecc.
” Il nutrizionista deve essere consapevole dei dati di stabilità per valutare le scelte e, infine, la fornitura di nutrienti per i consumatori. Una vasta gamma di fattori fisici e chimici che influenzano la stabilità dei nutrienti può essere vista nella figura 1. Anche se molti fattori possono causare una grave degradazione dei nutrienti, le misure possono essere sviluppate per ridurre al minimo le perdite applicando una tecnologia adeguata, che comprende l’applicazione di un rivestimento protettivo per un singolo nutriente; aggiunta di antiossidanti; controllo di temperatura, umidità e pH; andprotection da aria, luce e metalli incompatibili durante la lavorazione e lo stoccaggio. In questo articolo, saranno discussi diversi mezzi per ridurre l’entità della degradazione, soprattutto per quanto riguarda la vitamina A, lo iodio e il ferro.
Vitamina A
La vitamina A è un micronutriente critico, essenziale per la visione notturna e per il mantenimento dell’integrità della pelle e delle mucose. Un segno precoce di carenza di vitamina A è la cecità notturna. Una grave carenza di vitamina A può portare alla cecità permanente. La carenza di vitamina A è ancora un importante problema nutrizionale in Indonesia e in molte altre parti del mondo. I principali programmi di intervento contro la carenza di vitamina A gestiti dal governo indonesiano sono l’educazione alimentare, la distribuzione di capsule di vitamina A e la fortificazione di alcuni alimenti di largo consumo.
La fortificazione degli alimenti con vitamina A ha dimostrato di essere una strategia molto promettente. Un progetto pilota sulla fortificazione con vitamina A del glutammato monosodico (MSG) in tre province ha portato alla riduzione della prevalenza della carenza di vitamina A. Ulteriori sviluppi dipendono dal superamento dei cambiamenti di colore causati dalla fortificazione del MSG con vitamina A. Anche altri alimenti, come l’olio di palma e i noodles, sono stati considerati come portatori di vitamina A.
La vitamina A si presenta in molte forme, come il retinolo (alcol), il retinale (aldeide), l’acetato di retinile o il palmitato di retinile (esteri) e gli acarotenoidi di provitamina (b-carotene, a-carotene, ecc.). La vitamina A è relativamente instabile nelle normali condizioni di conservazione, in particolare in ambienti difficili. L’instabilità è dovuta principalmente alla sua struttura chimica, che contiene molti doppi legami suscettibili di degradazione (fig. 2).
Per minimizzare la degradazione della vitamina A, sono stati introdotti diversi approcci. Poiché la vitamina A è sensibile all’ossigeno atmosferico (la forma alcolica della vitamina A è meno stabile degli esteri), è normalmente disponibile in commercio come una preparazione protetta da un rivestimento che include antiossidanti. Secondo Murphy, c’è stato solo un grande fornitore di vitamina A (come palmitato di retinile o acetato) per la fortificazione alimentare, Hoffman-La Roche della Svizzera. La tabella 1 elenca le principali formulazioni che sono o sono state disponibili.
Gli antiossidanti che possono essere aggiunti alle premiscele di vitamina A sono il butilidrossianisolo (BHA), il butilidrossitoluene (BHT) e gli a-tocoferoli (vitamina E). L’uso della vitamina E come antiossidante sta guadagnando popolarità. I tracemetalli (specialmente ferro e rame) e la luce ultravioletta accelerano la degradazione della vitamina A. La stabilità della vitamina A è anche influenzata dall’acidità. Sotto un pH di 5,0, la vitamina A è molto instabile.
Il ferro e lo iodio
La carenza di ferro è il problema nutrizionale più diffuso nel mondo. In Indonesia la prevalenza di anemia tra le donne incinte, i bambini sotto i cinque anni e le lavoratrici è rispettivamente del 64%, 55% e 30%. La carenza di ferro ha effetti negativi sulla resistenza alle infezioni, sulla morbilità e mortalità da malattie infettive, sui processi di apprendimento, sul comportamento, sulle condizioni fisiche e sulla produttività.
Un fattore importante che dovrebbe essere attentamente valutato in thepreparation di premiscele minerali (come ingredienti per la fortificazione degli alimenti) è il tipo di sale da fortificare. Ferro è solitamente fornito sotto forma di fosfato ferrico, pirofosfato ferrico, pirofosfato ferrico di sodio, gluconato ferroso, lattato ferroso, solfato ferroso, o ferro ridotto (tabella 2), mentre lo iodio è normalmente fornito sotto forma di ioduro di potassio o iodato.
FIG. 1. Fattori che influenzano la stabilità dei nutrienti
FIG. 2. Struttura chimica dell’alcool della vitamina A e del b-carotene
Tabella 1. Preparazioni commerciali di vitamina A disponibili daHoffman-La Roche
|
Tipo |
Ingredienti |
Applicazione alimentare |
|
Retinil palmitato, acacia, zucchero, amido alimentare modificato, BHT, BHA, benzoato di sodio, a-tocoferolo |
Latte secco non grasso, alimenti disidratati, cereali secchi, bevande in polvere da ricostituire prima dell’uso |
|
|
250 S |
Retinil palmitato, gelatina, amido alimentare modificato con sorbitolo, sodiocitrato, sciroppo di mais, acido ascorbico, olio di cocco, BHT, a-tocoferolo, silicondioxide, BHA |
Miscela secca e prodotti a base di latte fluido |
|
Retinil palmitato, acacia, lattosio, olio di cocco, BHT, sodiumbenzoato, acido sorbico, biossido di silicio, BHA |
alimenti e prodotti da forno, fiocchi di patate disidratati, latte secco |
|
|
500 |
Retinil palmitato, gelatina, zucchero invertito, fosfato tricalcico, BHT, BHA, benzoato di sodio, acido sorbico, bisolfito di sodio |
Miscela secca e prodotti lattiero-caseari fluidi |
|
Sucroso – emulsione di palmitato di retinile in acqua |
||
|
Olio |
Palmitato di retinile, BHA, BHT |
Nessuno |
Tabella 2. Fonti di ferro selezionati attualmente utilizzati in foodfortification
|
Composto |
Altro nome comune |
Formula |
Contenuto di ferro (g/kg) |
RBVa |
|
Ortofosfato ferrico |
FePO4×xH2Ob |
3-46 |
||
|
Pirofosfato ferrico |
Pirofosfato di ferro |
Fe4(P2O7)3×9H2O |
45 |
|
|
Pirofosfato ferrico di sodio |
Pirofosfato di sodio e ferro |
FeNaP2O3×2H2O |
14 |
|
|
Citrato ferrico di ammonio |
FexNH3(C6H8O7)x |
107 |
||
|
Fumarato ferroso |
Fe(C4H2O4) |
330 |
95 |
|
|
Gluconato ferroso |
Fe(C6H12O7)Xc |
120 |
97 |
|
|
Lattato ferroso |
Fe(C3H5O3)2×3H2O |
– |
||
|
Solfato ferroso |
FeSO4×7H2O |
320 |
100C |
|
|
Ferro |
Ferro elementare, ferrum reductum, ferro metallico |
1,000 |
||
|
Riduzione del ferro, processo H2 o CO |
Fe |
960 |
34 |
|
|
Riduzione del ferro, elettrolitico |
Fe |
970 |
50 |
|
|
Riduzione del ferro, carbonile |
Fe |
980 |
67 |
Fonte: rif. 4.
a. RBV denota il valore biologico relativo. I carenti di ferro vengono curati dalla carenza di ferro somministrando loro o un campione di ferro di prova o una dose di solfato ferroso. La cura è misurata dall’emoglobina orpacked-cell volume repletion nel sangue dei ratti, e la biodisponibilità dei campioni è riportato contro un valore di 100 per solfato ferroso. Così, qualsiasi campione di ferro che è meno disponibile del solfato ferroso avrà un RBV inferiore a 100.
b. L’ortofosfato ferrico contiene da una a quattro molecole di idratazione.
c. Le strutture precise dei sali di ferro sono incerte.
I seguenti fattori chimici e fisici dovrebbero essere controllati accuratamente nella formulazione per la fortificazione alimentare, specialmente per il ferro:
” Solubilità: i sali ferrosi sono più solubili dei sali ferrici.
” Stato ossidativo: i sali ferrosi possono essere utilizzati in modo più efficiente dei sali ferrici; tuttavia, i sali ferrosi sono anche più reattivi nei sistemi alimentari.
” Capacità di formare complessi: il ferro ferrico ha generalmente una maggiore tendenza a formare complessi rispetto al ferro ferroso; la formazione di complessi ridurrà notevolmente la biodisponibilità del ferro.
Nella preparazione del ferro come ingrediente per la fortificazione alimentare, la possibilità che il ferro reagisca o si associ con altri nutrienti deve essere esplorata. La presenza di ioni metallici (come il ferro) può avere un effetto dannoso sulla qualità se non vengono prese misure adeguate. È stato dimostrato che il ferro accelera la degradazione delle vitamine (specialmente le vitamine A e C e la tiamina), catalizza l’irrancidimento ossidativo degli oli e dei grassi e produce cambiamenti indesiderati (colore, sapori spenti, ecc.)
Effetto della lavorazione sulla stabilità dei nutrienti aggiunti
La stabilità dei nutrienti è influenzata da molti fattori chimici e fisici (fig. 1). Di conseguenza, i parametri di lavorazione devono essere selezionati e controllati durante la lavorazione degli alimenti fortificati per ridurre al minimo le perdite di nutrienti.
Rispetto alle vitamine, i minerali (ferro e iodio) sono molto stabili in condizioni di lavorazione estreme. Il meccanismo principale di perdita dei minerali è attraverso la lisciviazione dei materiali solubili in acqua. La vitamina A, invece, è molto labile nell’ambiente di lavorazione. La figura 3 illustra le possibilità di degradazione della vitamina A (specialmente nella sua forma provitaminica b-carotene). La vitamina A è sensibile sia all’ossigeno che alla temperatura. Borenstain e Ottaway hanno entrambi riferito che la vitamina A (e anche il b-carotene) aggiunta agli alimenti è sensibile ai danni ossidativi. Nella forma diretinolo, la vitamina A è più labile della sua forma estera; per questo motivo, gli esteri di vitamina A sono di solito usati per la fortificazione degli alimenti, come illustrato dalla lista della tabella 1.
La tabella 3 mostra la stabilità della vitamina A nel succo d’arancia pastorizzato e multivitaminico. La vitamina A era leggermente degradata durante i primi due mesi di conservazione. L’attività della vitamina A era molto più stabile quando la vitamina era aggiunta come b-carotene.
La stabilità della vitamina A è anche fortemente influenzata dal pH. A un pH inferiore a 5, la vitamina A è suscettibile di ossidazione. A pH basso, la vitamina A tende a isomerizzare dalla configurazione trans a quella cis, il che comporta una minore attività vitaminica. Il problema del basso pH si incontra soprattutto durante la lavorazione del succo. I succhi di frutta hanno solitamente un pH basso (circa 3,0). Per compensare il basso pH, la carbonatazione, che espelle l’ossigeno, può essere usata per stabilizzare la vitamina A.
Tabella 3. Degradazione della vitamina A durante la lavorazione e la conservazione del succo d’arancia pastorizzato e multivitaminico
FIG. 3. Percorso di degradazione del b-carotene
Effetto del trattamento ad alta temperatura sulla stabilità dei nutrienti (vitamine)
Perché le alte temperature possono essere utilizzate nella produzione di alimenti fortificati, devono essere prese misure per ridurre al minimo le perdite da termodegradazione. L’essiccazione è un metodo di lavorazione che utilizza alte temperature e ha molte applicazioni nella produzione di alimenti fortificati. L’essiccazione viene solitamente eseguita utilizzando diverse combinazioni di tempo e temperatura, ad esempio da 9 a 12 ore a 50°C, da 2 a 3 ore a 95°C, o da 2 a 5 secondi a 140°C. Per minimizzare le perdite di nutrienti, è auspicabile l’uso di combinazioni più basse di tempo e temperatura, che possono essere ottenute aumentando la superficie o riducendo la pressione durante il processo di essiccazione.
L’essiccazione al forno è il metodo più comune. I prodotti di pasta, per esempio, possono essere essiccati in un forno per 9-12 ore a 50°C o per 2-3 ore a 95°C. O’Brien e Roberton hanno riportato che il b-carotene era più stabile della forma estere della vitamina A durante l’essiccazione in forno. Durante la lavorazione dei maccheroni, l’essiccazione in forno per 9-12 ore a 50°C ha portato a una perdita del 14% di vitamina A. Tuttavia, lo stesso trattamento ha causato la perdita del 5% circa di b-carotene. Inoltre, l’essiccazione da 3 a 5 ore a 95°C ha causato la distruzione del 23% della vitamina A ma solo dell’8% del b-carotene.
L’essiccazione a tamburo è spesso usata per la produzione di alimenti fortificati in polvere. Il vantaggio dell’essiccazione a tamburo rispetto all’essiccazione in forno convenzionale è che si possono usare temperature più alte con un tempo di lavorazione di soli 2-30 secondi. La combinazione di alta temperatura e tempo breve (HTST) massimizza la ritenzione dei nutrienti.
Inoltre, l’essiccatore a tamburo è solitamente usato per alimenti liquidi. Quindi, il materiale può raggiungere una temperatura molto alta mentre forma una pellicola sulla superficie del tamburo. La formazione di questa pellicola durante l’essiccazione può offrire una certa protezione alle sostanze nutritive dai danni ossidativi, soprattutto in confronto a processi HTST simili, come il processo di estrusione. La tabella 4 mostra che la ritenzione delle sostanze nutritive è molto migliore durante l’essiccazione a tamburo/rullo rispetto al processo di estrusione a causa della formazione della pellicola.
L’essiccazione a spruzzo è un’altra tecnica che può essere utilizzata per la produzione di alimenti fortificati. Oltre alle combinazioni tempo-temperatura, devono essere applicate altre misure per prevenire o minimizzare il contatto dei prodotti alimentari spruzzati con l’ossigeno. Durante l’essiccazione a spruzzo, un sottile spruzzo di cibo viene introdotto nella camera di essiccazione dove incontra un flusso di aria calda, che produce un’essiccazione rapida. Il processo di spruzzatura aumenta notevolmente il contatto del cibo con l’ossigeno, accelerando così il danno ossidativo.
Sono stati introdotti diversi modi per minimizzare il danno ossidativo, tra cui l’aggiunta di antiossidanti e l’applicazione di materiali di rivestimento e incapsulamento. Il materiale di rivestimento può essere applicato utilizzando il saccarosio in una formulazione di materie prime. Johnson et al. hanno dimostrato che un rivestimento contenente almeno il 10% di saccarosio era necessario per offrire una buona protezione dagli attacchi ossidativi durante l’essiccazione a spruzzo. Hanno anche notato che, se possibile, l’aggiunta del 15% al 20% di saccarosio alla formulazione della materia prima è auspicabile, poiché offre una maggiore protezione dall’ossidazione.
Tabella 4. Perdite di vitamine: estrusione vs. essiccazione a rulli
Fonte: rif. 8.
Per minimizzare il deterioramento causato dall’ossidazione durante l’essiccazione, i nutrienti possono essere aggiunti dopo l’essiccazione. Questo è stato fatto nella fortificazione del latte, in cui sono state usate premiscele secche contenenti il nutriente al livello desiderato. Questo processo (fig. 4) è relativamente semplice ed efficiente, ma richiede attrezzature per l’estrusione.
Un’altra operazione di lavorazione degli alimenti che utilizza alte temperature è il processo di estrusione. L’estrusione è molto popolare per la produzione di snack e cereali da colazione pronti per essere consumati. L’estrusione ha diversi vantaggi rispetto ad altri metodi, poiché è un processo molto versatile che include diverse operazioni contemporaneamente: miscelazione, cottura e formatura. Diversi parametri sono importanti per determinare la qualità del prodotto finale, tra cui la temperatura (da 100° a 140°C o superiore), il contenuto di umidità, il sistema di rivestimento e l’ossigeno, così come altri parametri caratteristici del processo di estrusione, come la pressione, la velocità di passaggio, la velocità (rpm) della vite e il diametro della filiera. Se possibile, la fortificazione dovrebbe essere fatta durante il processo finale per massimizzare la ritenzione dei nutrienti. In questa fase, la fortificazione può essere effettuata durante l’applicazione dell’aroma.
FIG. 4. Fortificazione del latte spray con vitamine
Stabilità delle sostanze nutritive e corretta etichettatura
L’accresciuta consapevolezza dei consumatori verso un’alimentazione sana ha costretto i produttori di alimenti a rivelare informazioni sulla composizione dei loro prodotti sull’etichetta. Con gli alimenti fortificati, la quantità di nutriente aggiunto dichiarata sull’etichetta è molto importante.
Per soddisfare le indicazioni dell’etichetta entro una durata di conservazione realistica, i produttori devono studiare a fondo il comportamento e la cinetica della degradazione dei nutrienti. Tomake affermazioni corrette circa il contenuto di nutrienti di un prodotto sulla sua etichetta, theamount del nutriente aggiunto dovrebbe effettivamente essere più di quella quantità dichiarata ordeclared sull’etichetta. La differenza tra i livelli formulati e dichiarati è nota come overage. Overage = (quantità di nutriente presente nel prodotto – quantità dichiarata sull’etichetta) / quantità dichiarata sull’etichetta × 100.
L’overage varia a seconda della stabilità intrinseca dei nutrienti, delle condizioni in cui il cibo viene preparato e confezionato e della durata di conservazione prevista del prodotto. Così, i nutrienti più labili o instabili, come la vitamina A, richiedono generalmente alti overage. La tabella 5 mostra esempi di sovradosaggi di vitamina A utilizzati in tre diversi prodotti. Un overage del 25% significa che se la quantità dichiarata di vitamina A è, per esempio, 20 mg per grammo di prodotto, allora il livello di input o la quantità di nutriente nella formulazione dovrebbe essere di 25 mg per grammo di prodotto.
La durata di conservazione e la quantità dichiarata di un nutriente sull’etichetta (basata sulla quantità di nutriente rimanente alla fine della durata di conservazione del prodotto) possono essere determinate con diversi metodi, uno dei quali è il metodo di Arrhenius descritto da Labuza e Riboh.
La cinetica della degradazione dei nutrienti può essere modellata come cinetica di zero o di primo ordine. Usando un semplice modello cinetico, possiamo predire la durata di conservazione e le eccedenze di un particolare nutriente. La tabella 6 confronta le perdite di nutrienti previste dal modello di Arrhenius con le quantità effettivamente perse.
Un altro aspetto dell’etichettatura degli alimenti fortificati è la richiesta di nutrienti. Nel Regno Unito, per esempio, se sull’etichetta si afferma che un alimento è una fonte “ricca” o “eccellente” di una particolare vitamina o minerale, la porzione giornaliera di cibo (descritta come “la quantità di cibo che ci si può ragionevolmente aspettare di consumare in un giorno”) deve contenere almeno la metà della dose dietetica raccomandata (RDA) per quel nutriente. Per i requisiti di altri paesi, è necessario consultare le leggi e i regolamenti alimentari specifici.
Tabella 5. Eccessi di vitamina A in tre prodotti
|
Prodotto |
Durata di conservazione (mo) |
Media (%) |
|
Latte-a base di latte in polvere per bevande arricchite |
12 |
25 |
|
Barretta sostitutiva del pasto fortificata |
12 |
45 |
|
compressa multivitaminica |
30 |
60 |
Conclusione
La fortificazione degli alimenti è un programma di intervento nutrizionale con una popolazione target specificamente definita, e la sua efficacia è misurata dal fatto che il cibo fortificato sia accettato, acquistato e consumato da quella popolazione. Il successo di un programma di fortificazione alimentare si misura in base al fatto che la nutrizione e lo stato di salute della popolazione target siano migliorati o meno. Pertanto, diversi aspetti importanti dovrebbero essere attentamente valutati nello sviluppo di un programma di fortificazione alimentare, come la determinazione della nutribilità in condizioni normali di conservazione e uso. Dal punto di vista tecnico, la stabilità nutrizionale durante la formulazione, la preparazione e la lavorazione è cruciale per la produzione efficace di alimenti fortificati.
Molti fattori possono causare una grave degradazione dei nutrienti. Di conseguenza, deve essere implementata la tecnologia appropriata per minimizzare le perdite. Alcune strategie per stabilizzare il contenuto dei nutrienti includono l’applicazione di un rivestimento protettivo per il singolo nutriente; l’aggiunta di antiossidanti; il controllo di temperatura, umidità e pH; e la protezione da aria, luce e metalli incompatibili durante la lavorazione e lo stoccaggio.
La stabilità delle sostanze nutritive e le condizioni in cui gli alimenti fortificati sono preparati, fabbricati e confezionati influenzano la durata di conservazione del prodotto e, di conseguenza, le eccedenze di sostanze nutritive. Il grado di degradazione dei nutrienti negli alimenti e la lunghezza della durata di conservazione governerà il livello di overage. Il grado di degradazione dei nutrienti può essere determinato con diversi metodi, uno dei quali è il relativamente semplice metodo Arrhenius, che può essere usato per prevedere la durata di conservazione e le eccedenze di un particolare nutriente.
Tabella 6. Perdite di vitamine (%) dopo sei mesi di conservazione a20°C e 75% di umidità relativa
|
Vitamina |
Predetto dal modello di Arrhenius |
Analizzato dopo la conservazione |
|
24.0 |
23.0 |
|
|
Preparazione di vitamina A |
15.0 |
10.0 |
|
Acido folico |
8.1 |
7.4 |
|
Vitamina B12 |
9.2 |
7.7 |
Fonte: ref.11.
3. Murphy PA. Tecnologia di fortificazione della vitamina A nei paesi in via di sviluppo. Food Technol 1996;50(9): 69-74.
4. Richardson DP. Fortificazione del ferro in alimenti e bevande. Chem Ind1983;13:498-501.
5. Archer MC, Tannenbaum SR. Vitamine. In: Tannenbaum SR, ed.Nutritional e aspetti di sicurezza della lavorazione degli alimenti. New York: Marcel Dekker, 1979.
6. Borenstain B. Tecnologia di fortificazione. In: Tannenbaum SR, ed. Aspetti nutrizionali e di sicurezza della lavorazione degli alimenti. New York: Marcel Dekker, 1979:217-31.
9. Johnson LE, Gordon HT, Borenstain B. Tecnologia di fortificazione dei cereali da colazione. Mondo dei cereali 1988;33: 278-330.
10. Schlude M. La stabilità delle vitamine nella cottura di estrusione. In:O’Connor C, ed. Tecnologia di estrusione per l’industria alimentare. Londra: ElsevierApplied Science, 1987.
11. Labuza TP, Riboh D. Teoria e applicazione della cinetica di Arrhenius alla previsione delle perdite di nutrienti negli alimenti. Food Technol1982;36(2):66-74.
12. Labuza TP. Datazione a scaffale aperto degli alimenti. Westport, Conn, USA: Food and Nutrition Press,1982.