Appunti completi di Tecnologia della formulazione dei prodotti alimentari

REOMETRO

E’ un evoluzione del viscosimetro rotazionale e consente non solo di valutare le proprietà al flusso

dei fluidi ma anche le proprietà visco-elastiche dei materiali più strutturati.

Comportamento visco-elastico

Molte aziende possiedono un analyzer, è un dinamometro che

texture

misura lo sforzo che si applica per deformare un prodotto. Il

dinamometro permette di deformare il prodotto con una condizione di

sforzo controllato e con una velocità controllata, dall’analisi dei dati

ottenuti posso dedurre delle proprietà visco-elastiche del materiale in

esame.

Questa macchina lavora su materiali non liquidi con un minimo di

proprietà elastica; è costituito a una struttura di appoggio, da un braccio

mosso meccanicamente e può scorrere verso il basso per comprimere il

campione.

Questi test vengono effettuati per monitorare la forza di un gel, ad

esempio determino lo sforzo necessario per deformare un campione del

50%; lo sforzo in questa analisi è monoassiale. 31

La maggior parte dei sistemi alimentari è composta da materiali visco-elastici, quindi essi conservano

una parte di energia della deformazione mentre la restante la perdono.

Tutte le relazioni che si possono creare per descrivere il comportamento viscoelastico dei materiali

si descrivono combinando le grandezze fisiche di forza, e lavoro.

flusso

Questi test si usano per:

• Analisi di prodotto, viene effettuata un’analisi meccanica con texture analyzer

• Analisi di processo: per simulare uno stato di stress meccanico

• Controllo qualità: verificare la costanza della qualità del prodotto

Il test di compressione si effettua comprimendo un campione in condizioni di compressione

DH.

controllate, si modifica quindi l’altezza del campione inducendo una deformazione

Lo strumento ci dà un dato grezzo di forza applicata

e di distanza compiuta dalla sonda, da cui si

costruisce un grafico, successivamente dalla forza

si passa allo sforzo e dalla distanza si passa alla

DH/H

deformazione .

0

Il primo tratto è la elastica, in cui c’è una

zona

proporzionalità diretta tra stress e strain (legge di

Hook), finito il primo tratto c’è un tratto parallelo

all’asse delle X e rappresenta la plasticità:

soglia di

a parità di sforzo aumento la deformazione del

materiale. Alcuni materiali dopo la soglia di

plasticità si stirano fino alla rottura.

Diversi tipi di idrocolloidi della classe E407 danno

dei gel con delle strutture molto diverse:

Firm and brittle buona consistenza ma fragile

à

Soft and flexible morbida e flessibile (gelatina)

à

A livello di formulazione posso fare un mix di additive per ottenere delle caratteristiche intermedie.

Idrocolloidi

Essi sono biolopolimeri che in precedenza venivano chiamati gomme, sono polisaccaridi ma anche

proteine. Sono delle molecole ad alto PM e derivano spesso dalle piante e dalle alghe; dal punto di

vista strutturale hanno la capacità di legare grandi masse di acqua con effetto gelante oppure

ispessente. Possono essere usati anche come:

- Stabilizzanti delle emulsioni

- Stabilizzanti delle schiume

- Sostituti dei grassi

- Inibenti della cristallizzazione

- Fibra dietetica

E’ difficile vedere l’azione degli idrocolloidi in una matrice complessa, in un sistema di pesce per es.

favoriscono l’interazione fra proteine e portano a un migliore cross-linking , il materiale quindi avrà

una maglia migliore e quindi proprietà visco-elastiche migliori.

Sono commerciati sottoforma di polveri, per svolgere al meglio la loro funzione devono essere ben

idratati perché sono dei competitor di acqua nei confronti degli altri ingredienti; il primo step dopo

la loro aggiunta sarà quello dell’idratazione, poi la solubilizzazione. 32

Alcuni idrocolloidi una volta solubilizzati non sono più in grado di interagire fra loro provocando

effetto thickening, mentre altri sono in grado di creare delle giunzioni a formare una maglia, questi

ultimi sono agenti gelanti.

Il network che si forma ha un’attività tipo quella di una spugna che si restringe e che quindi può anche

portare alla sineresi.

Altro parametro da conoscere dei colloidi è il loro rapporto con la temperatura del sistema inoltre

essi possono influenzare la stabilità delle proteine come ad es. la loro idratablità dal momento che

sono dei competitor per l’acqua.

Ci sono infine molto poche affinità degli idrocolloidi con i grassi tranne alcuni come la gomma arabica;

quando intervengono nelle emulsioni le gomme stabilizzano perché aumentano la viscosità della fase

continua, infatti il parametro principale che le caratterizza è la viscosità, essa dipende dal grado di

polimerizzazione dell’idrocolloide.

Il problema principale egli idrocolloidi riguarda la loro stabilità nel tempo, perché possono andare in

contro a depolimerizzazione, quando sono in condizioni di stoccaggio non adeguate.

Le gomme inoltre possono essere utilizzate in concomitanza con altri ingredienti della matrice come

agenti ispessenti, suspending agents, agenti gellanti o inibitori della sineresi.

Gli idrocolloidi hanno anche la funzione di anche se per quanto riguarda la quantità

fibra dietetica

utilizzata di questi ultimi nelle matrici questa funzione non è da considerarsi come fondamentale.

Gomma di Xantano

E’ di origine microbica, viene prodotta per fermentazione aerobia ed è un polimero lungo e lineare,

la catena è composta da unità di glucosio dalla quale partono delle ramificazioni di trisaccaridi.

Questo polimero non è in grado di formare gel, ma è solo un agente ispessente; viene molto utilizzato

perché solubile a freddo e con alta capacità di solvatazione. Spesso lo troviamo utilizzato in sinergia

con altor idrocolloide (galattomannani).

Carragenine

Sono polimeri dove il monomero è il galattosio, ne esistono 3 sottogruppi che si differenziano in base

al n° di gruppi solfati sulla catena di base:

- Kappa: 1 gruppo solfato ogni 2 unità di zucchero

- Iota: 2 gruppi solfato ogni 2 unità di zucchero

- Lambda: 3 gruppi solfato ogni 2 unità di zucchero

La frazione è quella con minore carica elettrica, viene solubilizzato a 60-70° e una volta

Kappa

solubilizzato per dare gel deve essere raffreddato a 45-50°. Durante il raffreddamento le catene si

organizzano come eliche e si aggregano fra loro, l’aggregazione fra le molecole di kappa-carragenina

è possibile solo se c’è un potassio; quindi solo in presenza di quest’ultimo avremo la

controione

formazione di un gel, ben strutturato ma fragile e termoreversibile. Questo tipo di gel però tendono

a dare sineresi quindi viene usata in sinergia la gomma di carruba per limitare il fenomeno.

La carragenina è una molecola lineare che dà un gel solubilizzando a 50-60° con immediata

Iota

gelazione a 55°, il gel ha una struttura simile alla precedente, anch’esso è termoreversibile ma non

dà sineresi. Sono dei gel tixotropici, quindi non hanno memoria della loro elasticità, per questo

motivo tendono ad andare in contro a perdita delle caratteristiche iniziali; questo gel è molto

utilizzato per incapsulare la curcumina negli integratori per sportivi, altrimenti essa verrebbe

danneggiata dal tratto gastrointestinale. 33

La carragenina è quella con maggiore carica elettrica, è l’unica che non riesce a creare

Lambda

un’interazione tra le varie catene a causa della sua elevata carica, quindi non crea gel.

E un polimero addensante, si solubilizza a freddo e la sua viscosità dipende dalla T° di solubilizzazione.

Le carragenine sono estratte dalle alghe brune e hanno un’azione sinergica con le proteine.

Le applicazioni nel food delle carragenine sono frequenti nei prodotti derivati del latte, perché hanno

un buon rapporto con le proteine, in particolare la caseina nel latte perché il calcio è già presente.

L’interazione con le proteine è diversa in relazione alla carica che possiede la proteina: in una proteina

con cariche negative il controione Calcio fa da ponte, mentre in quelle con carica positiva l’interazione

è diretta.

La carragenina nella caseina del latte (molecola con cariche + e -) si interpone in soluzione fra le

micelle grazie alla mediazione del calcio, la molecola a questo punto si svolge completamente e va a

formare il gel che ingloba acqua.

Alginati

Sono dei galattomannani, costituiti da acido glucuronico e acido mannuronico; è un polimero a

blocchi costituito da blocchi di mannuronico a cui seguono blocchi di galatturonico.

E’ un polisaccaride con carica negativa, le proprietà di questo polimeri dipendono molto dalla

tipologia di blocchi da cui è composto, esso è in grado di formare gel ma per farlo ha bisogno di un

ambiente acido e la presenza calcio.

del controione

Le organizzazioni strutturali che si formano possono essere anche delle superstrutture, il meccanismo

di gelazione con cui si forma il gel viene chiamato box. I gel che si formano sono termoresistenti,

gel

se uso alginato con presenza di ac. mannuronico avrò dei gel meno consistenti mentre se desideri un

gel molto duro ma più fragile userò un alginato a prevalenza cdi ac. galatturonico.

Gli alginati li troviamo spesso nei gelati a stecco, nelle bevande a base latte o negli yogurt da bere,

sono inoltre i materiali più utilizzati per incapsulare nutrienti o molecole.

Pectine

Sono polimeri di acido galatturonico, che può essere esterificato a diversi gradi, infatti ne esistono di

due categorie:

- Ad alto grado esterificazione >50% HM (alto metossile)

- A basso grado esterificazione <50% LM (basso metossile)

Esiste anche la famiglia delle amidate, esse hanno la presenza di granuli amidici quando

pectine

vengono sostituite.

Sia le pectine HM che quelle LM sono in grado di dare gel, ma lo fanno in maniera differente: le

hanno bisogno di pH acido e molti zuccheri Brix > 60 e la gelazione coinvolge le singole

pectine HM

unità tramite legame idrofobico mentre le necessitano del controione calcio e formano

pectine LM

legami mediate da quest’ultimo. I gel HM sono termoresistenti mentre i LM sono termoreversibili.

Tutte lepectine sono suscettibili ad attacco enzimatico, in particolare delle poligalatturonasi, le

pectinesterasi, mentre le liasi sono degli enzimi che consentono l’allungamento della catena.

Pectine a rapid setting HM (80%)

à

Utilizzi:

• le sono utilizzate per le conserve di frutta

pectine amidate LM

• le sono utilizzate per stabi