Sistemi di monitoraggio della catena del freddo: studio di una etichetta a decadimento magnetico non termocromica

Globalmente, si stima che circa un terzo di tutto il cibo prodotto per il consumo umano sia perso o sprecato per via di gestioni non efficienti della catena del freddo, tra le quali strutture di stoccaggio e refrigerazione non adeguate, formazione degli operatori insufficiente e mancanza di tecnologia. La catena del freddo è un sistema di trasporto e stoccaggio a temperatura controllata, per garantire che siano mantenuti determinati limiti in modo da preservare la sicurezza e la qualità dei beni refrigerati; la corretta refrigerazione degli alimenti durante lo stoccaggio, il trasporto, la distribuzione e la gestione domestica è fondamentale per il mantenimento della sicurezza. Un requisito fondamentale per garantire tutti i passaggi della catena del freddo è il controllo delle temperature lungo tutto il processo. Hanno una loro catena tutti quei prodotti che devono essere mantenuti ad una data temperatura. Possiamo distinguere tre livelli di temperatura che caratterizzano le diverse applicazioni del freddo: refrigerazione, congelamento e surgelazione. La catena del freddo è costituita da una serie di anelli che si susseguono ordinatamente. Gli anelli vengono generalmente definiti statici e dinamici. Tra quelli statici troviamo celle frigorifere, magazzini, banchi e armadi frigo; tra quelli dinamici troviamo tutti i mezzi refrigerati deputati al trasporto della merce da un anello statico all’altro. Il trasporto può essere aereo, navale o terrestre. Gli alimenti sono considerati dei veri e propri ecosistemi, ogni alimento ha infatti una certa carica microbica che se gestita e controllata non ha conseguenze negative. La refrigerazione, provocando scarse o addirittura nulle modifiche alle caratteristiche nutrizionali o organolettiche degli alimenti, diventa un ottimo trattamento stabilizzante. L’impiego delle basse temperature nella conservazione degli alimenti si basa sulla capacità di queste di determinare un rallentamento nei processi di alterazione, con effetto microbio statico o in alcuni casi microbicida. La normativa italiana ed europea in materia di igiene e sicurezza alimentare si pronuncia in maniera abbastanza dettagliata in merito alle temperature di mantenimento degli alimenti e non solo. Il pacchetto igiene, il DPR 327/80, l’ATP e infine la normativa in materia di alimenti surgelati: DL 110/1992 e DM 493/1995, rappresentano i principali punti di riferimento. Nel dettaglio il regolamento N°852 del 2004 (pacchetto igiene) contiene tutte le temperature da rispettare per ogni classe di alimento durante le fasi di trasporto e stoccaggio. Di notevole importanza anche il DPR 327/80 in particolare nei sui articoli 43, 44 e 49 in materia di autorizzazioni sanitarie e caratteristiche igieniche dei mezzi deputati al trasporto di alimenti refrigerati e surgelati e infine, l’ATP, la regolamentazione per i trasporti frigoriferi refrigerati a temperatura controllata di alimenti deperibili destinati all'alimentazione umana. Non esiste un unico approccio, "una soluzione adatta a tutti" quando si tratta di affrontare le inefficienze della catena del freddo. Le tecnologie attualmente in uso sono diverse. Per quanto riguarda il monitoraggio Wireless, sia la radio frequency identification (RFID) che la Wireless Sensing Network (WSN), sono da considerare come i leader della tecnologia del monitoraggio della catena del freddo ma è necessario segnalare che l’adozione di queste tecnologie non è così immediata, presentano infatti ancora alcune difficoltà legate all’umidità, alle basse temperature e al numero di sensori da applicare per avere una stima corretta. Altri studi dimostrano la possibilità di stimare la temperatura in alcuni punti utilizzando i condensatori elettrici, il metodo kriging o le reti neutrali artificiali. Anche la termografia è stata proposta come metodo per monitorare la temperatura di prodotti freschi ma alcuni studi hanno dimostrato delle inesattezze nella stima della temperatura reale del prodotto. La fluidodinamica computazionale viene utilizzata per comprendere i modelli dei flussi di aria e per ottimizzarli. Le coperture per pallets rappresentano un approccio più rapido e meno dispendioso a livello economico, sono costitute da materiali isolanti che consentono di preservare l’umidità all’interno del pallet ed attenuare i rapidi cambiamenti di temperatura. Infine, le smart lebals rappresentano attualmente il metodo più diffuso. Sono delle etichette che rientrano nella categoria del packaging intelligente: un sistema di packaging in grado di svolgere funzioni intelligenti per facilitare il processo decisionale, per prolungare la shelf life, migliorare la sicurezza e avvertire di possibili problemi. La funzionalità delle etichette è di solito sotto forma di inchiostri che interagiscono con l’ambiente circostante. Attualmente le etichette termocromiche (etichette con inchiostri sensibili alla temperatura che cambiano colore non appena il prodotto viene esposto a temperature superiori) sono le più diffuse, ma non mancano etichette meccaniche nonché elettriche. Nella categoria delle smart labels rientra l’etichetta esaminata in questo elaborato: una etichetta a decadimento magnetico non termocromica. Lo scopo di questo studio sarà quello di dimostrare l’efficacia, la precisione e l’affidabilità di questo metodo mediante cinque test: quattro test sono effettuati in laboratorio su campioni di mozzarelle da 125 g (tre campioni per ogni test) e l’ultimo test è una prova in campo, effettuata su imballaggi secondari di prodotti carnei traportati mediante camion refrigerato nel centro storico di Firenze. Le etichette utilizzate sono delle comuni etichette cartacee sulla cui superficie viene stampato un tratto con inchiostro magnetico che rappresenta la componente che interagirà con il calore. L’inchiostro magnetico utilizzato è coperto da brevetto WO 2014/024162 A1. In fase di test si utilizza il FS100Y5035, a sensibilità maggiore, per le prove di laboratorio e il 12OHS55Y3535, meno sensibile, per la prova in campo. L’inchiostro ha una carica magnetica iniziale (M₀) che decade in maniera irreversibile in funzione del calore assorbito. La magnetizzazione dell’etichetta viene effettuata tramite un magnete posto sulla bollinatrice e avviene subito prima di etichettare il prodotto. La lettura viene eseguita mediante l’uso di un pen-reader che viene trascinato su di essa e rileva la magnetizzazione residua (Mᵣ) tramite la presenza di un sensore magnetico. Il pen-reader attraverso un modulo GSM integrato permette di inviare i dati di geolocalizzazione e magnetizzazione ad un apposito database per la loro elaborazione, ovvero per convertire la Mᵣ in tempo e temperatura accumulati. Infine tramite un modulo per la lettura del barcode il pen-reader permette di associare il dato al prodotto. Il primo test effettuato è un test di stabilità: ogni trenta minuti le mozzarelle vengono estratte dal frigo e viene misurata la Mᵣ. Il frigo nel primo test funziona correttamente. Il secondo test è un test di interruzione definitiva della refrigerazione: le mozzarelle vengono rimesse in frigo e dopo trenta minuti lo stesso viene spento per simulare un’avaria del sistema. Successivamente ogni trenta minuti le mozzarelle vengono estratte per effettuare la misurazione. Il terzo test è un test di interruzione e ripristino. I campioni vengono riposti in frigo e dopo trenta minuti il frigo viene spento. Raggiunta la temperatura di 13°C lo stesso viene riavviato e ogni trenta minuti si effettuano le misurazioni. Per effettuare le misurazioni vengono impiegati pochissimi secondi, in modo da non influenzare il dato. Il quarto test è un test di stabilità su lungo periodo: le mozzarelle vengono lasciate in frigo per 10 giorni e il decimo giorno vengono effettuate le misurazioni. Il quinto ed ultimo test è un test in campo: i prodotti vengono consegnati nel centro storico di Firenze simulando una situazione il più possibile reale. Il luogo di consegna presenta infatti notevoli criticità, dalla scarsa viabilità a l’obbligo di eseguire le operazioni di carico e scarico con il portellone aperto. L’etichetta ha risposto in maniera positiva a tutti e cinque i test. Osservando i risultati emerge infatti che: nel primo test la smagnetizzazione è pari a 50 mG ed il calore assorbito è inferiore a 2°C mentre durante il terzo test la smagnetizzazione è pari a circa 100 mG ed il calore assorbito è di circa 8°C-10°C. Come si evince dai risultati, la smagnetizzazione non presenta una relazione lineare con il calore assorbito ma il calore assorbito dall’etichetta è funzione del rapporto tra Mᵣ e M₀. Inoltre, il calore assorbito Q è proporzionale all’aumento della temperatura secondo la legge di calorimetria (Q= m*cₛ*∆T). Dall’osservazione dei risultati emerge inoltre che la smagnetizzazione non è in generale lineare nel tempo. La stabilità dell’etichetta nella prova sul lungo periodo è stata confermata con una perdita magnetica del 3(%) su 10 giorni. Nell’ultimo test nonostante le ripetute aperture del portellone la temperatura accumulata è stata sempre nei limiti di sicurezza anche se, al contrario, la temperatura dell’automezzo ha superato i 7°C stabiliti dal Reg. 2017/1981. Questo si verifica perché la temperatura del carico è sempre più bassa di quello dell’ambiente nell’automezzo. Le prove svolte hanno offerto evidenza positiva sia in fase di test di laboratorio che nella prova in campo della affidabilità e della versatilità delle etichette nonché della capacità di offrire un dato che non è influenzato da variazioni episodiche non capaci di influenzare il processo ma, al contrario, risponde in relazione a condizioni di concreta criticità. Inoltre, le etichette non sono termocromiche quindi non possono essere lette senza l’apposito dispositivo e pertanto non possono essere manipolate; i risultati sono accessibili solo da coloro che sono forniti di credenziali. La loro presenza può comunque essere interpretata in maniera positiva dal consumatore finale, in quanto si denota l’impegno per garantire la qualità del prodotto