Trattamento ad alta pressione del latte e dei prodotti caseari: ultimi aggiornamenti

Introduzione

Secondo i dati FAOSTAT (2022), la produzione globale di latte è cresciuta significativamente negli ultimi anni, passando da 580 milioni di tonnellate nel 2000 a 924 milioni nel 2021. La maggior parte del latte prodotto è di origine bovina (81%), seguito da quello di bufala (15%) e da una quota minore derivata da capre, pecore e cammelli (4%). A livello geografico, l’Asia guida la produzione mondiale (42,2%), con India, Pakistan e Cina come principali produttori, seguita da Europa (26,4%) e Americhe (22,2%). Africa (5,6%) e Oceania (3,5%) contribuiscono in misura minore (Figura 1).

Le proiezioni OCSE-FAO stimano una crescita annuale dell’1,8%, con un possibile raggiungimento di 1.060 milioni di tonnellate entro il 2031. Il consumo si orienta verso latticini freschi e minimamente lavorati, spinto dalla crescita demografica e del reddito, in particolare in Asia meridionale.

Il latte è un alimento funzionale, ricco di macro e micronutrienti essenziali e di sostanze bioattive con proprietà probiotiche e immunomodulanti. Tuttavia, la contaminazione microbica rappresenta una minaccia per la sicurezza alimentare. I trattamenti termici, pur essendo efficaci, possono alterare la qualità nutrizionale.

Le tecnologie non termiche emergenti come i campi elettrici pulsati (PEF), gli ultrasuoni (US) e l’irradiazione ultravioletta (UV) hanno mostrato un potenziale significativo nell’inattivazione microbica nei prodotti alimentari, compresi i latticini.

I PEF sono stati efficaci nel distruggere le membrane cellulari di agenti patogeni come Escherichia coli e Listeria monocytogenes senza compromettere la qualità sensoriale e nutrizionale del prodotto. Allo stesso modo, gli US utilizzano la cavitazione per distruggere le cellule microbiche, offrendo un’alternativa promettente per estendere la durata di conservazione e ridurre i carichi microbici nei latticini. L’irradiazione UV inattiva i microrganismi danneggiando il loro DNA, rendendola adatta a prodotti alimentari liquidi come il latte.

A differenza dei trattamenti termici tradizionali, che sono spesso meno sostenibili a causa degli elevati costi, del consumo di energia e acqua, queste tecnologie non termiche sono più efficienti nell’inattivazione microbica preservando al contempo la qualità funzionale e nutrizionale dei prodotti lattiero-caseari.

Negli ultimi dieci anni, i processi non termici più studiati includono il trattamento ad alta pressione (HPP), l’omogeneizzazione ad alta pressione (HPH), gli ultrasuoni, la filtrazione a membrana (MF), l’elaborazione UV-C, il plasma freddo e il PEF.

Trattamento ad alta pressione (HPP)

L’High Pressure Processing (HPP) è una tecnologia emergente sempre più utilizzata per la conservazione degli alimenti, grazie alla sua capacità di inattivare microrganismi patogeni e alterativi senza ricorrere al calore. Questo trattamento sfrutta l’applicazione uniforme di alte pressioni (fino a 800 MPa) sugli alimenti confezionati, permettendo di preservarne le caratteristiche nutrizionali e sensoriali.

Negli ultimi anni sono state sviluppate varianti avanzate come il trattamento in-bulk, pensato per liquidi non confezionati, e l’HPTP (High Pressure Thermal Processing), che combina pressione e calore per ottenere livelli di pastorizzazione o sterilizzazione più elevati. Quest’ultima applicazione è promettente per i prodotti termosensibili, ma la diffusione su larga scala è ancora limitata da costi elevati e complessità impiantistiche.

I sistemi HPP possono essere a batch, ideali per alimenti solidi e liquidi confezionati, o a flusso continuo, più adatti a produzioni liquide su scala industriale. L’acqua è il fluido di pressione più comune, ma in alcune applicazioni si usano alternative come glicoli o oli tecnici. Il trattamento comporta un lieve riscaldamento adiabatico (2–3 °C ogni 100 MPa), ma il processo è considerato “non termico” grazie alla brevità del ciclo e al rapido raffreddamento.

Dal punto di vista microbiologico, l’HPP è efficace su molti patogeni, in particolare sui Gram-negativi, mentre i Gram-positivi e le spore richiedono pressioni più elevate o trattamenti combinati. La pressione agisce danneggiando membrane cellulari, ribosomi e acidi nucleici, bloccando la sintesi proteica e causando la morte cellulare.

Nel latte e nei derivati, l’HPP consente di migliorare la sicurezza microbiologica mantenendo l’integrità delle componenti nutrizionali. Tuttavia, la composizione del prodotto, in particolare il contenuto di grassi, può influenzare l’efficacia del trattamento: i grassi tendono infatti a proteggere i microrganismi riducendo la penetrazione della pressione. Inoltre, la pressione modifica le strutture proteiche – denaturando sieroproteine e alterando le micelle di caseina – con effetti diretti sulla coagulazione e sulle proprietà funzionali del latte, che possono essere sfruttati positivamente in ambito caseario.

Un limite attuale dell’HPP resta il costo, che si aggira tra 0,08 e 0,22 USD/litro, superiore rispetto ai trattamenti termici convenzionali. Tuttavia, la crescente richiesta di alimenti sicuri ma “freschi” sta contribuendo a una progressiva riduzione dei costi per litro trattato.

Latte

Negli ultimi dieci anni, la tecnologia HPP (High Pressure Processing) ha compiuto notevoli progressi nell’ambito lattiero-caseario, dimostrandosi efficace sia sul piano microbiologico che qualitativo.

Diversi studi confermano l’efficacia dell’HPP nell’inattivare patogeni come E. coli, Salmonella e Listeria monocytogenes, con riduzioni superiori a 5 log CFU/mL in condizioni ottimali (600 MPa per 5 minuti), prolungando la shelf-life del latte senza comprometterne la qualità.

L’applicazione dell’HPP si estende anche al latte umano donato, dove permette l’eliminazione dei batteri preservando il 100% dei componenti immunologici, e garantisce stabilità microbiologica fino a sei mesi di conservazione.

Anche nel latte di specie non bovine, come cammello, asina e capra, l’HPP migliora la stabilità microbiologica mantenendo le caratteristiche qualitative del prodotto. Le combinazioni con trattamenti termici (es. HTST) potenziano ulteriormente questi effetti. In particolare, nel latte di cammello trattato a 300 MPa, si è osservata una conservazione senza alterazioni per oltre 15 giorni.

L’HPP si dimostra superiore alla pastorizzazione anche nella conservazione delle proprietà sensoriali: colore, lattiginosità e consistenza in bocca vengono mantenuti meglio, con una preferenza dei consumatori verso il latte trattato ad alta pressione. Tuttavia, l’accettazione può variare in base al profilo sensoriale e alla cremosità del prodotto.

Sul piano nutrizionale, l’HPP conserva efficacemente proteine, minerali e lipidi, con modifiche minime ai triacilgliceroli e al profilo degli acidi grassi. La tecnica induce però cambiamenti strutturali nelle proteine del siero, come la β-lattoglobulina, aprendo prospettive per la produzione di alimenti ipoallergenici tramite combinazioni con idrolisi enzimatica.

Infine, l’HPP ha mostrato una promettente efficacia anche contro virus presenti nel latte, come HCoV-229E e HEV, mantenendo al contempo le proprietà antivirali e bioattive del latte, a differenza dei trattamenti termici tradizionali.

Formaggio

Il formaggio è considerato un alimento microbiologicamente sicuro, grazie a fattori intrinseci come il basso pH (4,8–5,4), la ridotta attività dell’acqua (aw), la presenza di sali e composti antimicrobici naturali (es. batteriocine). Tuttavia, alcune varietà con caratteristiche fisico-chimiche specifiche possono richiedere strategie addizionali per garantire la sicurezza microbiologica, come il trattamento ad alta pressione (HPP, High Pressure Processing).

Negli ultimi dieci anni, l’HPP ha trovato crescente applicazione nella produzione di formaggi, con risultati significativi nel:

• Prolungamento della shelf-life: ad esempio, il formaggio fresco trattato a 500 MPa per 5 minuti ha mostrato una durata di conservazione di 19–21 giorni a 4 °C, contro soli 7–8 giorni del controllo.

• Riduzione della carica microbica: trattamenti a 500–600 MPa si sono dimostrati efficaci contro Listeria monocytogenes e spore di Clostridium tyrobutyricum, portando a livelli non pericolosi per la salute pubblica.

• Prevenzione dell’ossidazione lipidica e rallentamento della proteolisi, migliorando la stabilità del prodotto durante la conservazione refrigerata.

L’efficacia dell’HPP dipende da vari fattori, tra cui il tipo di formaggio, la fase di maturazione, la temperatura, la durata del trattamento e la composizione microbica. L’HPP è utile anche per prevenire la sovra-maturazione nei formaggi stagionati, come dimostrato in produzioni a base di latte crudo ovino o caprino, con applicazioni sia durante che dopo la maturazione. In alcuni casi, l’HPP può accelerare la maturazione attraverso una proteolisi controllata (es. formaggio Reggianito Argentino trattato a 400 MPa per 10 minuti).

A livello tecnologico, l’HPP modifica le proprietà di coagulazione, microstruttura, colore e consistenza del formaggio. Trattamenti su latte bovino e caprino tra 300 e 600 MPa possono migliorare la resa della cagliata, modificare il tempo di coagulazione e aumentare la ritenzione idrica, influenzando anche la consistenza della cagliata e del formaggio finito. In alcuni casi, l’HPP ha aumentato la sineresi e la compattezza del formaggio, pur mantenendo stabili i parametri cromatici.

Dal punto di vista sensoriale, l’HPP può influenzare aroma e gusto modificando la produzione di composti volatili e l’attività enzimatica. Pressioni elevate (es. 500 MPa) hanno ridotto l’intensità del gusto in alcuni casi, ma migliorato la qualità dell’aroma. Inoltre, il trattamento ha ridotto la formazione di ammine biogene (tiramina, cadaverina, putrescina), grazie alla riduzione della flora microbica responsabile e alla modulazione della proteolisi.

L’HPP si dimostra efficace anche nella formulazione di nuovi prodotti caseari a basso contenuto di sodio o destinati a essere fusi, dove consente il mantenimento di livelli elevati di caseina intatta, la riduzione dell’attività residua del caglio e un miglioramento delle caratteristiche di consistenza e fusibilità.

Infine, l’adozione dell’HPP in ambito industriale implica una valutazione tecnico-economica. Sebbene i costi iniziali siano elevati (impianti, energia), i vantaggi includono:

• maggiore qualità e sicurezza del prodotto,

• ampliamento del mercato, soprattutto per formaggi freschi o a latte crudo,

• riduzione degli sprechi e maggiore flessibilità produttiva.

In conclusione, l’HPP rappresenta una tecnologia promettente per l’industria lattiero-casearia, con applicazioni versatili che vanno dalla sicurezza alla qualità sensoriale, fino alla sostenibilità economica e alla creazione di nuove tipologie di formaggio.

Latti fermentati

I prodotti lattiero-caseari fermentati, come lo yogurt, sono apprezzati non solo per le loro caratteristiche sensoriali, ma anche per i benefici funzionali sulla salute. Lo yogurt si ottiene dalla fermentazione del latte ad opera di Streptococcus thermophilus e Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, a temperature controllate di 40–45 °C. Durante la lavorazione, sia i metodi tradizionali che le tecnologie emergenti, come il trattamento ad alta pressione (HPP), influenzano in modo rilevante consistenza, viscosità e qualità del prodotto finale.

L’utilizzo di HPP prima o durante la fermentazione rappresenta un’alternativa ai trattamenti termici convenzionali. Studi dimostrano che il trattamento del latte con pressioni di 300–400 MPa (a 4 °C per 20 minuti) può modificare in modo significativo le proprietà reologiche dello yogurt, aumentando la rigidità del gel (modulo di conservazione) e influenzando la risposta a stimoli meccanici, senza alterarne però le proprietà tempo-dipendenti. Inoltre, la combinazione dell’HPP con enzimi come la transglutaminasi migliora viscosità, consistenza e capacità di trattenere acqua, contribuendo alla formazione di uno yogurt più stabile e cremoso.

Anche quando applicato direttamente al latte crudo, l’HPP (350–450 MPa per 15 minuti) ha mostrato di migliorare la qualità dello yogurt, stimolando la crescita rapida dei batteri lattici (LAB) nelle prime ore, riducendo la sineresi e mantenendo una viscosità simile ai prodotti di controllo.

Tuttavia, la fermentazione condotta sotto pressione elevata rallenta il processo fermentativo, probabilmente a causa dell’inibizione parziale dei microrganismi coinvolti. Questo si traduce in tempi più lunghi per raggiungere il pH desiderato, una minore carica microbica e un aumento della sineresi, anche se con maggiore compattezza del prodotto.

Diversi studi hanno messo in evidenza che l’interazione tra pressione (10–30 MPa) e temperatura (35–50 °C) durante la fermentazione permette di modulare la qualità sensoriale e strutturale dello yogurt, influenzando la percezione del consumatore. In particolare, a 10 MPa si è ottenuto un prodotto ben accettato, con consistenza soda e bassa separazione del siero. Regolando con precisione pressione e temperatura (es. 10 MPa a 43 °C), è possibile ottimizzare l’attività metabolica dei microrganismi, con effetti positivi sulla resa e sulla funzionalità del prodotto.

Infine, l’HPP può essere impiegata nella fase finale di produzione per migliorare shelf-life, stabilità e sicurezza di yogurt e bevande fermentate. Trattamenti post-fermentazione (200–400 MPa per 1–10 minuti) si sono dimostrati efficaci nel mantenere intatte le proprietà sensoriali e strutturali fino a 45 giorni, senza alterazioni del colore o della texture. L’applicazione dell’HPP nello yogurt probiotico, inoltre, ha comportato una lieve riduzione della vitalità microbica (0,5–1,2 log CFU/g), ma senza comprometterne la funzionalità durante la conservazione refrigerata per 28 giorni, mantenendo elevata viscosità e bassa sineresi.

Nel complesso, la tecnologia HPP rappresenta una strategia promettente per innovare la produzione di yogurt, migliorando stabilità e qualità sensoriale senza l’impiego di additivi, e favorendo allo stesso tempo una maggiore sicurezza e durata di conservazione.

Altri prodotti lattiero-caseari

La sezione dedicata alla revisione della letteratura si concentra sull’utilizzo della pastorizzazione ad alta pressione (HPP) nella produzione industriale di vari prodotti lattiero-caseari, tra cui il concentrato di caseina micellare (MCC), il siero di latte e il latticello. L’HPP offre diversi vantaggi rispetto ai processi termici convenzionali, migliorando la qualità e le caratteristiche funzionali di questi prodotti.

Il concentrato di caseina micellare (MCC) si ottiene tramite microfiltrazione, che produce una sospensione colloidale concentrata chiamata retentato di microfiltrazione. Un problema comune delle polveri di MCC è la loro scarsa solubilità. Per migliorare questo aspetto, sono stati impiegati diversi approcci, tra cui l’HPP, che si è dimostrato efficace nel migliorare la solubilità delle polveri.

Nello studio di Nassar et al., l’HPP tra 100 e 500 MPa a circa 25 °C per 15 minuti è stato applicato al retentato di latte caprino prima dell’essiccazione. Il trattamento a 100 MPa ha mostrato un effetto positivo sulla coagulazione del caglio, mentre pressioni più elevate, come 400 MPa, hanno migliorato significativamente la solubilità, la schiumosità e l’emulsionabilità del MCC, con una massima capacità di schiuma e stabilità (Tabella 3).

Un altro studio di García et al. ha valutato l’effetto combinato di HPP a 300 e 450 MPa con diversi livelli di nisina su MCC liquidi a varie concentrazioni. È emerso che HPP a 300 MPa da solo o con nisina non è stato sufficiente a inibire la crescita microbica, mentre a 450 MPa combinato con nisina si è ottenuto un efficace controllo batterico senza alterare il pH o il colore (Tabella 3). Ciò evidenzia il potenziale sinergico dell’HPP con agenti antimicrobici per garantire la sicurezza e la qualità durante lo stoccaggio.

In termini di trattamenti post-produzione, Cadesky et al. hanno osservato che pressioni tra 150 e 450 MPa causano modifiche nelle proprietà fisico-chimiche di MCC e del concentrato proteico del latte (MPC). A 150 MPa si osserva la dispersione delle micelle di caseina, mentre a 450 MPa si verifica la formazione di gel dovuta a destabilizzazione e aggregazione delle micelle, accompagnate da possibile denaturazione delle proteine del siero. Questo fenomeno di gelificazione deve essere considerato per l’applicazione industriale dell’HPP nel miglioramento della solubilità delle polveri caseiniche (Tabella 3).

Trattamenti a pressioni elevate (300, 450, 600 MPa) di durata 5 minuti, hanno modificato struttura, caratteristiche microbiologiche, chimiche e colore delle MCC ricostituite, con una riduzione della luminosità e un aumento delle tonalità blu/grigio. La diminuzione della dimensione delle particelle osservata a pressioni elevate, può migliorare la consistenza e la stabilità dei prodotti lattiero-caseari, ma l’aggregazione a pressioni elevate potrebbe compromettere uniformità e qualità, richiedendo quindi una ottimizzazione attenta delle condizioni di pressione.

Per quanto riguarda il siero di latte e il latticello, sottoprodotti importanti dell’industria casearia, sono stati studiati gli effetti dell’HPP sulle loro proprietà biologiche e funzionali. Parrón et al. hanno applicato trattamenti a 400–600 MPa per varie durate a 20 °C, valutando l’impatto sull’attività antirotavirale di siero e latticello bovino e ovino. Trattamenti fino a 500 MPa per 15 minuti hanno preservato efficacemente l’attività antivirale, con perdite minime (max 17%). Anche il latticello ha mantenuto la sua attività con trattamenti fino a 500 MPa.

Inoltre, Graikini et al. hanno evidenziato il potenziale di siero, latticello e frazioni di colostro bovino iperimmune come prodotti funzionali per combattere infezioni virali, soprattutto in aree con alta prevalenza di rotavirus. Il trattamento termico ha generalmente ridotto l’attività inibitoria, mentre un trattamento HPP a 400 MPa per 5 minuti ha incrementato l’attività del latticello arricchito con IgG del 13%. Tuttavia, trattamenti a 600 MPa per 10 minuti hanno causato riduzioni significative dell’attività biologica: 31% per siero e 20% per latticello.

Conclusioni

In conclusione, i limiti dei trattamenti termici convenzionali, come l’impatto negativo sulla qualità degli alimenti e l’elevato consumo energetico, hanno spinto l’esplorazione di tecnologie non termiche nell’industria alimentare. Il trattamento ad alta pressione (HPP) si è rivelato un metodo efficace per garantire la sicurezza microbica, riducendo al minimo le alterazioni della qualità degli alimenti e preservando le proprietà organolettiche, nutrizionali e reologiche in modo più efficace rispetto ai metodi termici tradizionali.

Per il latte e i prodotti lattiero-caseari, l’HPP offre una valida alternativa eliminando i composti volatili indesiderati e mantenendo i nutrienti essenziali e i componenti aromatici. Inoltre, migliora le proprietà funzionali come solubilità, schiumosità, stabilità dell’emulsione e conservabilità nella produzione di concentrato di latte (MCC), favorendo anche la crescita di batteri probiotici nei prodotti lattiero-caseari.

L’HPP ha inoltre dimostrato benefici nel ridurre la contaminazione, prolungare la conservabilità, migliorare la maturazione del formaggio, la consistenza dello yogurt e la capacità di ritenzione idrica.

La ricerca futura dovrebbe dare priorità a diverse aree chiave per il progresso delle tecnologie lattiero-casearie, in particolare la risoluzione delle sfide economiche associate all’HPP. È fondamentale approfondire l’impatto delle variabili di processo sulla qualità nutrizionale e sulla biodisponibilità dei composti del latte, per ottimizzare le condizioni di lavorazione e garantirne efficacia e sicurezza.

Inoltre, studi futuri dovrebbero esplorare l’integrazione dell’HPP con tecnologie complementari per migliorare l’inattivazione microbica utilizzando un approccio basato sulla tecnologia a ostacoli. Infine, l’esame del potenziale biotecnologico della fermentazione sotto pressione sub-letale, soprattutto nella produzione di yogurt, e la valutazione del suo impatto su prodotti lattiero-caseari meno studiati e sulle alternative vegetali potrebbero rivelare nuove opportunità e guidare l’innovazione nel settore lattiero-caseario.

Fonte: “High-Pressure Processing of Milk and Dairy Products: Latest Update”, Nawal Ozaybi. Processes 2024, 12, 2073. https://doi.org/10.3390/pr12102073