Una spia per
la sicurezza alimentare
dei surgelati

Una giornata calda, la busta termica dimenticata, un paio di commissioni da fare dopo la spesa al supermercato, magari un po' più traffico del solito, ed ecco che la scorta mensile di surgelati rientra a casa apparentemente in cattivo stato: che fare? Mettere tutto nello scomparto del freezer senza farsi problemi o invitare gli amici ad un barbecue gigantesco, per stare proprio tranquilli? Niente di tutto questo: una spia ci dirà quanto la nostra incuria è costata, in termini di "vita residua" (shelf-life), ai vari prodotti, ed entro quale data potranno ancora essere consumati con sicurezza, una volta riportati al freddo ottimale.

Vari e diversi approcci sono possibili per la fabbricazione di una "spia", ovvero indicatore di scongelamento; e tutti gli approcci riconducibili al medesimo principio, cioè un cambiamento fisico e/o chimico evidente ed irreversibile, legato al superamento di una determinata temperatura.

È ben noto, tuttavia, che non tanto i picchi di temperatura quanto i tempi trascorsi in tali condizioni influenzino effettivamente la conservabilità dei prodotti surgelati e/o congelati.

Un indicatore ideale mira ad evidenziare la "storia termica" di un prodotto, ossia se esso ha subito in fase di trasporto, immagazzinamento o commercializzazione variazioni di temperatura potenzialmente dannose alla sua perfetta conservazione. Il dispositivo deve poi associare il tempo trascorso dal confezionamento alla sua storia termica, mostrando con una semplice lettura una integrazione di questi due parametri.

Il problema è ovviamente risolvibile in vari modi, ma sorgono immediati problemi di 1) taratura; 2) affidabilità; 3) miniaturizzazione; 4) evidenziabilità; 5) sicurezza; 6) anti-tampering; e, soprattutto, 7) costo.

Il CNR ha concepito un dispositivo analogico che potenzialmente risolve questi problemi; il deposito brevettuale in Italia è avvenuto nel maggio 1992, ed il trovato ha successivamente ottenuto protezione in diversi paesi, tra cui USA (patent 5,531,180 del 1996), Europa (brevetto europeo 0639265 B1 del 1997), Giappone, Australia, Canada, Russia, etc.

L'attività dell'indicatore qui descritto è una funzione continua che proviene dall'interazione tempo-temperatura: più la temperatura è alta, minore è il tempo impiegato dall'indicatore per azzerarsi e viceversa; l'indicatore rappresenta l'integrale di tale funzione.

La soluzione proposta si basa sulla energia potenziale di una molla e sulla viscosità dei fluidi; la legge fisica secondo cui opera il dispositivo è una variazione della legge di Stokes, da cui si evince che, nel caso di un indicatore a molla, il tempo di esaurimento è direttamente proporzionale alla viscosità (che, a sua volta, è legata alla temperatura in modo esponenziale).

Diverse tecniche costruttive sono possibili, ma a titolo di esempio viene qui esaminato un solo disegno, estremamente schematizzato: si abbia un contenitore plastico cilindrico trasparente con coperchio, una molla elicoidale con un k piccolo, una resistenza sferica, un liquido ad alta viscosità; un'estremità della molla è solidamente attaccata alla base del cilindro; all'altra estremità è attaccata solidamente la sfera; nella posizione iniziale la molla è in stato di carica (distesa) e messa in corrispondenza col tratto massimo di una scala graduata; il tutto è riempito di liquido.

A -18°C, a causa dell'alta viscosità del liquido a tale temperatura, la molla incontrerà un forte attrito e andrà a richiudersi molto lentamente; un innalzamento di temperatura, riducendo la viscosità, farà muovere la molla più velocemente. A titolo esemplificativo del funzionamento dell'indicatore sono riportati di seguito alcuni scenari:

• alla temperatura di 18°C, supposta quale soglia per la perfetta conservabilità (per 6 mesi), l'indicatore esaurirà la sua azione in giusto 6 mesi; dopo 2 mesi, la sua attività sarà ridotta in proporzione;
• si ammetta che da questo momento il prodotto sia conservato a -10°C; l'indicatore, invece che nei residui da 4 mesi, esaurirà la sua azione in 30 giorni;
• invece che mantenuto a -10°C, il prodotto è riportato a -18°C dopo una settimana; l'indicatore esaurirà ora la sua azione in 3 mesi invece che nei quattro mesi previsti, perdendo un mese per ogni settimana a -10°C;
• il prodotto, invece che a -10°C è portato direttamente a 0°C; l'indicatore esaurirà la sua azione in poche ore;
• se, negli stadi precedenti alla commercializzazione, il prodotto fosse tenuto a -30°C, l'indicatore esaurirebbe la sua attività in alcuni anni.

Il sistema è sempre e comunque in movimento, anche se in modo estremamente lento, ed è tarato per esaurirsi e raggiungere quindi il fondo scala quando sia stata raggiunta la shelf-life prevista per il prodotto surgelato. La scala dell'indicatore, graduata in base alle proprietà dinamiche della molla e alla curva di viscosità del liquido scelto indica, pertanto, i mesi rimasti per la conservazione a temperatura ottimale, o fornisce una indicazione temporale di massima in caso di una storia termica "movimentata".

Oltre al disegno costruttivo generale, tre elementi dell'indicatore sono modificabili per esigenze specifiche: 1) la viscosità; 2) la "forza" della molla; 3) gli attriti interni.

La ricerca sui materiali ha mostrato che tra i prodotti alimentari di uso comune la glicerina è quello che meglio risponde alle esigenze funzionali dell'indicatore nel settore dei prodotti surgelati; essa ha però una limitazione maggiore: il rapporto tra max e min dipende solo dalle caratteristiche intrinseche del fluido, ed all'intervallo 0°C/-20°C corrisponde un intervallo di tempi da 1 a 12 (dovrebbe invece essere circa il doppio); questo problema, tecnicamente di sicura soluzione (con l'uso di addensanti o di prodotti di sintesi), richiede però ancora una fase di messa a punto.

Anche la molla da utilizzare, così come prevista dalla teoria, presenta difficoltà tecniche, in quanto essa deve essere estremamente debole (e quindi di difficile realizzazione); la modifica in senso più favorevole dei parametri geometrici del contenitore, tramite un aumento degli attriti di superficie, consentirebbe di "rinforzare" la molla, e di riportare la sua costruzione alla precisione dell'officina meccanica; l'ingegnerizzazione di questa soluzione è già stata studiata in dettaglio, ed un prototipo è in avanzata fase di realizzazione.

In conclusione, il dispositivo di integrazione tempo-temperatura per prodotti surgelati appena descritto è concettualmente:

• affidabile, in quanto irreversibile e anti-tampering;
• adattabile ad esigenze diverse e di facile taratura;
• sicuro, privo di sostanze nocive o elementi pericolosi;
• semplice nella lettura e nella concezione analogica;
• comodo e gettabile;
• piccolo ed applicabile a ciascuna unità di prodotto;
• economico.

Tra gli scopi dell'indicatore, oltre alla protezione del consumatore, vanno sottolineati l'adempimento di eventuali obblighi legislativi e la garanzia del buon nome del marchio.