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La problematica degli sprechi alimentari
Lo spreco e la perdita di alimenti sono importanti criticità a livello globale.
Si stima, infatti, che circa un terzo della produzione alimentare venga persa o smaltita ogni anno lungo la filiera distributiva [1].
A questo proposito, uno degli Obiettivi di Sostenibilità (Sustainable Development Goals – SDG) definiti dalle Nazioni Unite, il SDG 12, fissa un obiettivo di riduzione degli sprechi alimentari che dovrà essere raggiunto entro il 2030 [2].
La problematica è stata affrontata anche dalla FAO, all’interno di un loro recente report [3].
Lo spreco dei prodotti alimentari può essere legato a numerosi fattori, che sono stati approfonditamente valutati negli anni dalla letteratura scientifica e dalla stampa.
Parte di questa problematica è legata alla condizione dei prodotti, che può allontanarsi dagli standard di vendita o divenire non idonea al consumo umano anche prima del termine della normale vita utile degli alimenti a causa dei fenomeni legati alla loro natura deperibile.
I prodotti ortofrutticoli, in particolare, sono tra gli alimenti più soggetti a deperibilità (Fig. 1).
Oltre al naturale processo di invecchiamento, il decadimento è spesso legato a processi alterativi ad opera di microorganismi (batteri, lieviti e muffe) che vengono a contatto con i prodotti nelle diverse fasi del loro ciclo di vita (in campo oppure durante le fasi di raccolta, trasporto, stoccaggio, movimentazione e manipolazione) e che, trovando sul prodotto le condizioni ideali per proliferare, causano nel tempo alterazioni irreversibili delle caratteristiche organolettiche.
Lo spreco alimentare ha un forte impatto economico che va oltre al valore del singolo prodotto, in quanto comporta la perdita di tutte le risorse utilizzate durante le fasi di produzione, confezionamento, trasporto e conservazione.
Allo stesso tempo, lo spreco di queste risorse – tra cui acqua, energia e materiali – nonché le emissioni di CO2 dovute al ciclo produttivo, hanno enormi ripercussioni in termini di impatto ambientale.
Ne consegue che c’è un forte bisogno di tecniche che permettano di arginare il fenomeno dello spreco alimentare, andando a intervenire in modo efficiente sulle sue molteplici cause.
Conservazione della qualità e sicurezza alimentare
L’industria alimentare ha sviluppato numerose tecniche finalizzate alla conservazione delle caratteristiche qualitative e di sicurezza dei prodotti deperibili fino al termine della loro shelf life, ma anche tecniche finalizzate all’incremento di tale periodo.
Si possono mettere in atto, infatti, accorgimenti legati al condizionamento dell’ambiente deputato alla conservazione degli alimenti, nonché la progettazione e lo sviluppo di packaging in grado di assicurare in modo sempre più efficiente la protezione dagli agenti esterni e dalle contaminazioni.
Sempre più spesso, inoltre, si possono trovare soluzioni di packaging attivo, tra cui alcune basate su un rilascio graduale nel tempo di sostanze utili al mantenimento della sicurezza alimentare e delle caratteristiche qualitative dei prodotti.
Gran parte delle attività finalizzate a garantire una efficace conservazione degli alimenti, tuttavia, trova collocazione all’interno del loro processo produttivo.
La scelta del trattamento più idoneo dipende fortemente dalla tipologia di alimento, dalla sua struttura e dalle caratteristiche chimico-fisiche.
Con riferimento a frutta e verdura, le tecniche di conservazione incontrate più di frequente includono trattamenti superficiali quali l’utilizzo di cere o lavaggi con agenti chimici disinfettanti spesso a base di cloro.
Tali tecniche, tuttavia, hanno lo svantaggio di poter lasciare dei residui chimici sulla superficie dei prodotti trattati [4].
Un trattamento che negli ultimi anni sta generando un crescente interesse negli attori dell’industria alimentare riguarda l’utilizzo di radiazioni luminose a particolari lunghezze d’onda.
In particolare, negli ultimi anni è stato sempre più studiato l’utilizzo della radiazione ultravioletta e i suoi effetti sulla sicurezza e qualità alimentare.
Raggi UV-C per il trattamento di prodotti ortofrutticoli
La luce ultravioletta (UV) è utilizzata da tempo per la disinfezione di aria, acqua e superfici [5,6].
L’efficace azione germicida degli UV è massima alla lunghezza d’onda di 253,7 nm, all’interno della regione definita “UV-C”, ed è proporzionale alla dose di radiazione, intesa come quantità di energia fornita a un punto in un intervallo di tempo [7] (Fig. 2).
La dose di radiazione, quindi, è legata a tre parametri fondamentali quali l’intensità di emissione della sorgente luminosa (lampada UV), la distanza da essa e il tempo di esposizione (Fig. 3).
Un importante limite del trattamento con radiazione ultravioletta riguarda la bassa capacità di penetrazione della radiazione: nel caso di solidi, il trattamento con raggi UV-C interessa solamente la superficie esterna dei prodotti.
In letteratura scientifica il trattamento di prodotti ortofrutticoli con UV-C è stato spesso affrontato negli ultimi anni, evidenziando i due principali effetti del trattamento su frutta e verdura: azione germicida e azione indotta dallo stimolo radiativo, definita “ormesi” [8-10].
Per quanto riguarda l’effetto germicida del trattamento con raggi UV-C, sono state studiate e definite le dosi di radiazione necessarie a inattivare un ampio range di batteri, lieviti, muffe e virus [7].
L’ormesi, invece, indica una sorta di risposta di “auto-difesa” che la matrice biologica sviluppa in risposta all’esposizione a uno stress, in questo caso la radiazione.
Questo effetto, osservato e analizzato in numerosi studi, porta nel caso di prodotti ortofrutticoli, a una migliore conservazione di caratteristiche qualitative come colore e struttura, una maggiore resistenza all’attacco da parte di microorganismi, nonché a un più lento decremento nel tempo di composti antiossidanti.
Trattamento industriale di alimenti con raggi UV-C
Nonostante la provata efficacia, l’utilizzo della radiazione ultravioletta nell’industria alimentare non è ancora diffuso.
Questo è dovuto principalmente a motivi legislativi [11-12] legati alle categorie di alimenti per cui è attualmente autorizzato il trattamento con UV-C e, soprattutto, alle difficoltà nello scalare a livello industriale la tecnologia finora testata principalmente su scala di laboratorio [13].
I ricercatori afferenti al Centro Interdipartimentale per il Packaging (CIPACK) dell’Università di Parma, congiuntamente a FMB Eng.In.E, stanno portando avanti attività di progettazione e ottimizzazione di un impianto per il trattamento in continuo di prodotti ortofrutticoli con radiazione UV-C, al fine di facilitare la diffusione della tecnologia a livello industriale ed ottimizzarne l’efficacia.
A tale scopo, l’attività di progettazione svolta con l’ausilio della simulazione multifisica, è supportata e validata da test sperimentali, seguiti da analisi chimiche e microbiologiche sui prodotti trattati.
Conclusioni
La radiazione UV-C consente un efficace trattamento di prodotti ortofrutticoli, ma il suo utilizzo non è diffuso nell’industria alimentare. Per promuovere e ottimizzare tale tecnologia è necessaria una progettazione ingegneristica dell’impianto svolta parallelamente a test sperimentali, analisi chimiche e microbiologiche.
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[1] United Nations. Food Loss and Waste Reduction. https://www.un.org/en/observances/end-food-waste-day , 2022
[2] United Nations. Transforming Our World: The 2030 Agenda for Sustainable Development. New York: UN Publishing, 2015
[3] Food and Agriculture Organization. The State of Food and Agriculture 2019. Moving forward on food loss and waste reduction, 2019
[4] Gadelha, J. R., Allende, A., López-Gálvez, F., Fernández, P., Gil, M. I., Egea, J. A. Chemical risks associated with ready-to-eat vegetables: Quantitative analysis to estimate formation and/or accumulation of disinfection byproducts during washing. EFSA Journal, 2019
[5] Nguyen, T. T., Johnson, G. R., Bell, S. C., & Knibbs, L. D. A systematic literature review of indoor air disinfection techniques for airborne bacterial respiratory pathogens. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(3), 2022
[6] Silva, A. B., Lima Filho, N. M., Palha, M. A. P. F., & Sarmento, S. M. Kinetics of water disinfection using UV-C radiation. Fuel, 110, 2013
[7] Kowalski, W. Ultraviolet germicidal irradiation handbook: UVGI for air and surface disinfection, 2009
[8] Singh, H., Bhardwaj, S. K., Khatri, M., Kim, K.-H., & Bhardwaj, N. UVC radiation for food safety: An emerging technology for the microbial disinfection of food products. Chemical Engineering Journal, 417, 2021
[9] Darré, M., Vicente, A. R., Cisneros-Zevallos, L., & Artés-Hernández, F. Postharvest Ultraviolet Radiation in Fruit and Vegetables: Applications and Factors Modulating Its Efficacy on Bioactive Compounds and Microbial Growth. Foods, 11(5), 2022
[10] Duarte-Sierra, A., Tiznado-Hernández, M. E., Jha, D. K., Janmeja, N., & Arul, J. Abiotic stress hormesis: An approach to maintain quality, extend storability, and enhance phytochemicals on fresh produce during postharvest. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 19(6), 2020
[11] Commission Implementing Regulation (EU) 2017/2470. Commission Implementing Regulation (EU) 2017/2470 of 20 December 2017 establishing the Union list of novel foods in accordance with Regulation (EU) 2015/2283 of the European Parliament and of the Council on novel foods. Official Journal of the European Union, 2017
[12] United States Food and Drug Administration. Ultraviolet Radiation for the Processing and Treatment of Food. Code of Federal Regulations (21 CFR 179 Section 179.39). Federal Register 65: 230, 2000
[13] Shama, G. Process challenges in applying low doses of ultraviolet light to fresh produce for eliciting beneficial hormetic responses. Postharvest Biology and Technology, 44(1), 2007
Natala Lysova
Dottoranda in Ingegneria Industriale presso l’Università di Parma, con progetto di ricerca a tema "Virtualization approaches for industrial plants control and design" svolto in collaborazione con la società di consulenza FMB Eng.In.E. È laureata in Ingegneria degli Impianti e delle Macchine dell’Industria Alimentare presso l’Università di Parma.
