Sono molte le applicazioni di questa tecnologia ecologica e non distruttiva, grazie ai tempi di lavorazione più brevi, temperature più basse, miglioramento del gusto e del valore nutrizionale e l’assenza di formazione di composti tossici. I limiti riguardano principalmente la disponibilità limitata di apparecchiature progettate specificamente per questo tipo di lavorazione.
Durante la stagionatura dei prodotti carnei si utilizzano metodi tradizionali, tra cui la stagionatura a secco, a umido, l’iniezione di salamoia e la stagionatura mista. Il processo di cura comprende spesso fenomeni di trasferimento bimateriale: il processo di migrazione dell’acqua dalla carne verso l’esterno e la penetrazione e la diffusione dei componenti del liquido di stagionatura all’interno della carne. I metodi di stagionatura tradizionali sono ampiamente utilizzati grazie alla loro semplicità e ai bassi costi. Tuttavia, possono presentare diversi inconvenienti, tra cui tempi lunghi, una lenta penetrazione del liquido e la mancanza di sale e condimenti. La presenza di queste sfide ha attirato l’attenzione di diversi ricercatori per identificare nuove tecnologie o metodi per la stagionatura dei prodotti a base di carne. In particolare, nello studio “Recent advancements in the utilization of ultrasonic technology for the curing of processed meat products: A comprehensive review” (Biao Li et al., Ultrasonics Sonochemistry, Volume 103, febbraio 2024), gli autori esaminano l’utilizzo della tecnologia a ultrasuoni nella lavorazione di prodotti a base di carne.
La tecnologia a ultrasuoni
Per ultrasuoni si intendono le onde sonore con una frequenza superiore a 20 kHz. L’utilizzo degli ultrasuoni in campo alimentare può essere suddiviso in due tipologie a seconda della potenza sonora utilizzata (W), dell’intensità sonora (W/m 2 ) o della densità di energia sonora (W/m 3 ) utilizzata o in base alla situazione applicativa: rilevamento di ultrasuoni ad alta frequenza e bassa intensità (frequenza > 1 MHz, intensità < 1 W/cm 2 ) e ultrasuoni di potenza ad alta intensità e bassa frequenza (20-100 kHz, 10-1000 W/cm 2 ). Tra questi, le onde ultrasoniche ad alta frequenza e a bassa intensità hanno un impatto minimo sulle proprietà fisiche e chimiche degli alimenti e possono fornire informazioni sulle proprietà fisiche e chimiche, sulla struttura e sulla composizione degli alimenti e sono spesso utilizzate nei test, mentre gli ultrasuoni di potenza sono ampiamente utilizzati nella lavorazione degli alimenti. Queste applicazioni includono lo scongelamento, la pulizia, il taglio, il congelamento. Le onde ultrasoniche, come tecnologia di lavorazione non termica, offrono numerosi vantaggi nella lavorazione degli alimenti: tempi di lavorazione più brevi, condizioni di temperatura più basse, miglioramento del gusto e del valore nutrizionale e assenza di formazione di composti tossici derivante dalle alte temperature. Gli ultrasuoni, grazie al loro effetto meccanico, di cavitazione e termico, influenzano positivamente vari aspetti della lavorazione della carne, dalla pre-lavorazione alla stagionatura, fino al confezionamento, incidendo su tenerezza, capacità di ritenzione idrica, sapore e durata di conservazione. Attualmente esiste una disponibilità limitata di apparecchiature a ultrasuoni progettate specificamente per la lavorazione della carne. Di conseguenza, la maggior parte dei ricercatori utilizza bagni d’acqua a ultrasuoni modificati e apparecchiature per sonde a ultrasuoni per condurre esperimenti.
Effetto cavitazione
Il fenomeno della cavitazione indotta dalle onde ultrasoniche riguarda la presenza di vuoto o minuscole bolle contenenti una piccola quantità di gas o vapore all’interno del mezzo liquido. Vibrano e crescono sotto l’azione delle onde ultrasoniche. Quando queste bolle raggiungeranno una certa dimensione diventeranno instabili, collasseranno e si romperanno violentemente, accompagnate da alte temperature e alta pressione. La cavitazione ultrasonica è solitamente divisa in due tipi: stazionaria e istantanea. La cavitazione allo stato stazionario è un fenomeno continuo in cui la forma della bolla rimane stabile all’interno di un liquido. Quella istantanea, invece, è un fenomeno violento e di breve durata, in cui le bolle si espandono rapidamente e collassano in un periodo di tempo molto breve, producendo forti onde d’urto e aumenti locali della temperatura. La formazione e il collasso di tali bolle distruggono le membrane cellulari dei tessuti biologici. Nel processo di stagionatura assistito da ultrasuoni dei prodotti a base di carne viene solitamente utilizzata la cavitazione istantanea. La rapida formazione e il successivo collasso delle bolle dovuto alla cavitazione istantanea possono migliorare significativamente il trasferimento e la penetrazione dei materiali tra il liquido di stagionatura e i prodotti a base di carne. La cavitazione istantanea può rilasciare un’elevata quantità di energia in un breve lasso di tempo, accelerando così la velocità di diffusione delle molecole di soluto all’interno del liquido di stagionatura nei prodotti a base di carne. Questa accelerazione favorisce la penetrazione più uniforme di condimenti e sostanze nutritive nei tessuti interni di questi alimenti. Inoltre, la cavitazione istantanea può anche distruggere la struttura delle fibre muscolari, rilassare la struttura proteica miofibrillare e dissolvere le proteine muscolari, migliorando così la ritenzione idrica dei prodotti a base di carne.
Effetti meccanici
Le onde ultrasoniche esercitano un’influenza significativa sulla pressione all’interno di un materiale mentre si propagano attraverso di esso, determinando notevoli fluttuazioni di pressione. La forza dell’azione meccanica delle onde ultrasoniche è determinata dalla frequenza e dall’intensità delle onde. Quando le onde ultrasoniche si propagano nei liquidi, sebbene l’ampiezza dello spostamento della particella sia molto piccola, la sua accelerazione causata dagli ultrasuoni è molto grande, tanto che l’effetto ultrasonico prodotto può distruggere la struttura originale del mezzo. Allo stesso tempo, l’impatto meccanico delle onde ultrasoniche può indurre i tessuti connettivi duri all’interno dei prodotti a base di carne a espandersi e ammorbidirsi durante il processo di stagionatura, accelerando così la penetrazione dei liquidi di marinatura nei prodotti a base di carne.
Effetto termico
L’effetto termico delle onde ultrasoniche si riferisce al fenomeno per cui quando le onde ultrasoniche si propagano attraverso un mezzo, la loro energia viene continuamente assorbita dal mezzo, provocando un aumento della temperatura. L’assorbimento dell’energia sonora può provocare tre tipi di riscaldamento: riscaldamento complessivo all’interno del mezzo, riscaldamento locale all’esterno del confine e riscaldamento locale sul fronte d’onda causato dalla cavitazione che forma un’onda d’urto. Contemporaneamente, a causa della vibrazione delle onde ultrasoniche, il mezzo genererà forti vibrazioni ad alta frequenza e calore a causa dell’attrito reciproco. Pertanto, l’effetto termico delle onde ultrasoniche deriva dal calore generato dalla cavitazione ultrasonica e dal mezzo che assorbe l’energia sonora e la converte in calore. Il primo fa sì che il mezzo generi localmente temperature elevate, mentre il secondo che la temperatura complessiva del mezzo aumenti. Durante la stagionatura dei prodotti a base di carne, questo leggero aumento della temperatura può migliorare la diffusione dei soluti nella soluzione di stagionatura e accelerare lo scambio di materiale. Inoltre, l’effetto termico degli ultrasuoni stimola il processo di pulizia e scongelamento del prodotto a base di carne prima della stagionatura.
di Stefania Milanello, esperta in impianti alimentari e divulgatrice scientifica
La versione completa dell’articolo, comprensiva di approfondimenti sulle possibili applicazioni della tecnologia a ultrasuoni e gli sviluppi futuri, è disponibile online sul numero 3 di Produzione & Igiene Alimenti di Giugno 2024
