Imaging termico per stimare il punto di fusione del formaggio

Introduzione e Metodo

La fusibilità è una caratteristica funzionale importante dei formaggi e un punto di forza commerciale, soprattutto per i formaggi naturali (mozzarella) e formaggi fusi (PC). L’industria vuole che il formaggio si sciolga su pizza o hamburger, oppure che abbia un punto di fusione limitato per hamburger da asporto o prodotti pronti. Le aspettative per ogni varietà di formaggio sono diverse dal punto di vista funzionale e, quindi, la fusibilità e il punto di fusione sono importanti.

I formaggi naturali e i PC sono attesi che fondano, ma i formaggi di tipo pasta filata (mozzarella o imitazioni di mozzarella) sono attesi che fondano e filino (Kapoor e Metzger, 2008; Salunke et al., 2023).
La fusibilità è una proprietà funzionale complessa influenzata da vari fattori. Gli ingredienti utilizzati, in particolare le proteine (caseina intatta o non idrolizzata), influenzano la fusibilità a seconda della chimica e delle proprietà termodinamiche del formaggio.

La presenza di caseina intatta porta a interazioni estese, creando una rete fibrosa di caseina; al contrario, la presenza di caseina idrolizzata porta a interazioni più deboli, creando una rete non fibrosa, influenzando così la fusibilità del formaggio. La fusione è determinata principalmente dal numero e dalla forza delle interazioni caseina-caseina. L’idrolisi (a causa della proteolisi) rompe i legami della caseina, aumentando la fusione ma riducendo l’elasticità. L’aumento delle proteine del siero nel formaggio riduce la fusibilità. Anche il calcio e lo stato del calcio nel formaggio influenzano la fusibilità. Pertanto, il formaggio stagionato fonderà più facilmente di quello giovane.

Attualmente, il punto di fusione del formaggio è misurato utilizzando uno strumento specializzato, un reometro per i valori reologici di sforzo dinamico, per calcolare la temperatura di transizione (tan δ). Questo misura la transizione del formaggio dalla fase solida a quella viscosa durante il riscaldamento. Tuttavia, è un tipo di test che richiede tempo.

L’imaging termico a infrarossi (IR) è una tecnica non invasiva che utilizza la tecnologia IR per rilevare le emissioni di calore convertendo l’energia IR in un’immagine visibile. L’immagine catturata da una termocamera può essere analizzata grazie a una palette di colori, in cui ciascun colore rappresenta un intervallo di temperature: ad esempio, tonalità di blu indicano temperature più basse, mentre tonalità di rosso rappresentano aree più calde. In questo modo, un’immagine termica fornisce una mappa dettagliata delle temperature dell’area esaminata, evidenziando punti caldi e distribuzione del calore.

L’imaging a infrarossi può offrire un approccio innovativo e in tempo reale per osservare la fusibilità del formaggio catturando le variazioni termiche durante il riscaldamento. Può essere utilizzato come metodo di monitoraggio continuo e integrato nelle linee di produzione per valutazioni in tempo reale. Questa tecnologia emergente può essere sfruttata per l’ottimizzazione dei processi come alternativa ai test di laboratorio convenzionali.

Lo studio ha utilizzato formaggi Cheddar naturali (delicato ed extra-forte) e fette di formaggi fusi pastorizzati per valutare la funzionalità di fusione e l’analisi tramite immagini termiche. L’analisi con termocamera è stata condotta subito dopo la fusione del campione e le immagini sono state elaborate con software specializzato per determinare il punto di fusione, generare mappe termiche e quantificare la distribuzione del calore. È stata calcolata la correlazione tra il punto di fusione ottenuto tramite imaging termico e i valori ottenuti con il reometro, evidenziando una forte coerenza tra i due metodi.

Risultati

Le caratteristiche di fusione variavano in modo significativo a seconda del tipo di formaggio. I punti di fusione (tan δ) ottenuti usando un reometro per i formaggi variavano tra 46,66 °C e 64,33 °C, e i valori corrispondenti dall’analisi delle immagini erano tra 48,07 °C e 64,61 °C.

I valori di R² (variabilità dei dati) per le correlazioni oscillavano da 0,804 a 0,813, dimostrando una forte relazione tra i metodi reologici e quelli di analisi delle immagini. Inoltre, le immagini termiche identificano il punto di fusione del formaggio e la distribuzione del calore.

I risultati hanno indicato che il Cheddar extra-forte mostra una fusibilità significativamente più elevata rispetto al Cheddar delicato.

Conclusioni

Il metodo di imaging termico proposto ha ridotto significativamente il tempo di analisi da quasi 2 ore a 8 minuti, offrendo un’alternativa rapida e in loco ai metodi reologici convenzionali. Questo approccio elimina la necessità di apparecchiature di laboratorio specializzate, risultando altamente pratico per ricercatori e professionisti del settore.

Il test è facile da eseguire utilizzando una termocamera IR e può essere svolto direttamente sul posto. Il test non fornisce solo il punto di fusione, ma offre anche un’idea della qualità della fusione e della distribuzione del calore, che possono essere correlate ad altre proprietà. Questa tecnica può inoltre essere applicata ad altri prodotti lattiero-caseari e alimentari per i quali il riscaldamento e le temperature sono fattori critici.

In conclusione, l’imaging termico rappresenta un metodo economico, efficiente e accessibile per stimare in tempo reale il comportamento di fusione e la misurazione della temperatura del formaggio, rendendolo uno strumento prezioso per la valutazione della qualità in ambito di ricerca e applicazioni industriali.

Fonte: Thermal imaging for estimating melting point in cheese: A cost-effective alternative to rheology, Zeel Modi, Prafulla Salunke. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666910225000936

Autore: Roberta Terrigno