Appunti e domande d'esame Tecnologie della formulazione dei prodotti alimentari

Dispensa di tecnologie della formulazione dei prodotti alimentari 2021-22

+ domande d’esame (elenco completo da cui pesca le domande per l’esame)

Definizioni varie

 ingrediente: sostanza che fa parte di una dispersione

 prodotto alimentare: dispersione, il più delle volte complessa

 Functional foods: alimenti con riconosciuti benefici salutistici, possono

promuovere fattori positivi, oppure essere preventivi di situazioni patologiche

naturali: carote con beta-carotene o pomodori ricchi in licopene

o Alimenti processati: arricchiti con componenti a buona funzionalità

o salutistica come yogurt arricchiti in calcio

Componenti isolati e integrati in altre formulazioni alimentari come

o isoflavoni da soia o betaglucani

Alimenti la cui biodisponibilità è stata modificata

o

 functional ingredients: ingredienti che modificano o rendono stabili alcune

caratteristiche fisiche dell’alimento

Molti componenti naturalmente presenti nelle matrici alimentari possono

o avere un ruolo emulsionante, plasticizzante, lubrificante (come l’acqua in

una matrice alimentare), cambiare la viscosità…

Quando i carboidrati, i lipidi e le proteine non sono in grado di garantire la

o performance che voglio, aggiungo ingredienti e additivi funzionali->

funzionalità:

 Colore e stabilità del colore

 Flavour

 Estensione della carne

 Riduzione o sostituzione dei grassi

 Stabilità delle emulsioni

 Proprietà gelificanti

 Aumento della texture

 Controllo della sineresi

 Attività dell’acqua

 Congelamento / stabilità allo scongelamento

 Promozione della salute

additivi e coadiuvanti tecnologici

 sostanze che abitualmente non vengono consumate come alimenti in quanto

tali, ma vengono intenzionalmente aggiunte al prodotto alimentare con un

preciso scopo tecnologico

l’additivo è destinato a diventare direttamente o indirettamente un

o componente dell’alimento

 devono essere presentati nell’etichetta dell’alimento con il loro E

number o il nome completo in quanto fanno parte della

formulazione dell’alimento o sono contenuti negli ingredienti

utilizzati per la preparazione.

il coadiuvante esplica la sua funzione solo durante la lavorazione o

o trasformazione e sussiste nel prodotto finito come residuo senza alcun

effetto tecnologico quindi è considerato assente nell’alimento

Novel food

 categoria alimentare in cui rientrano gli alimenti che prima del 15 maggio 1997

non venivano consumati in modo significativo nella comunità europea, come ad

esempio gli insetti

 Per poter mettere sul mercato un novel food (insetti, alghe, prodotti ottenuti con

nuove tecnologie come alte pressioni) bisogna chiedere un’autorizzazione alla

commissione europea e all’EFSA nel caso in cui l’alimento possa avere effetto

sulla salute

 esempio è l’uso della nanocellulosa: potenziale novel additivo

beta-glucano extracellulare utilizzato da gluconobatteri

o polimero che ha potenzialità tecnologiche elevate perché ha un’elevata

o idrofobicità, cristallinità, capacità trattenere acqua, un’assenza di

tossicità e di allergenicità, una superficie esposta attiva e proprio per

questo può essere utilizzata come materiale di packaging ma anche

come agente inspessente, gelante, emulsificante oppure anche come

ingrediente nei prodotti carne come alternativa alle proteine animal

L’iter che è stato necessario seguire per ottenere l’autorizzazione

o all’emissione sul mercato parte dalla presentazione di un dossier tecnico

fino all’approvazione finale e tra questi due momenti possono passare

fino a 5 anni più il tempo necessario per far recepire agli stati

 L'articolo 1 del Regolamento CE 258 del 1997 distingue 4 categorie di nuovi

prodotti e di nuovi ingredienti alimentari così composte:

a) prodotti e ingredienti alimentari con una struttura molecolare primaria

nuova o volutamente modificata

b) prodotti e ingredienti alimentari costituiti o isolati a partire da

microrganismi, funghi o alghe

c) prodotti e ingredienti alimentari costituiti da vegetali o isolati a partire da

vegetali e ingredienti alimentari isolati a partire da animali

d) prodotti e ingredienti alimentari sottoposti ad un processo di produzione

non generalmente utilizzato che comporta cambiamenti significativi del

valore nutritivo, del loro metabolismo o del tenore di sostanze indesiderabili

Ci sono anche i prodotti ottenuti con novel technologies

 esiste una scala TRL che va da 1 a 9 e che dice il grado di avanzamento di una

tecnologia nuova:

1 è solo poco più che un’idea teorica

o 2 è una prima valutazione di fattibilità tecnologica

o 3 sono le sperimentazioni e le analisi che sviluppano il concetto

o in seguito si cresce fino a livelli più alti che escono dalla scala di

o laboratorio a quella pilota 5

6 si è al livello commerciale

o 7 al livello di fattibilità economica

o 8 si ha una definizione di fattibilità economica e il via libera regolatorio

o 9 si è alla fine del processo per cui la tecnologia è completamente

o commercializzabile sul mercato

Ci sono tecnologie novel che non sono tutte tanto avanzate:

 le tecnologie ad alte pressioni che consentono di superare i vecchi sistemi di

trattamento termico di pastorizzazione sono molto avanzate (8) e già

ampiamente utilizzate al di fuori dell’Europa

Gli alimenti prodotti con queste nuove tecnologie non termiche per evitare

danni al prodotto dovranno sottoporsi a un iter di approvazione da parte

dell’EFSA per essere valutati per il grado di tossicità e di sicurezza del

consumatore quindi non si tratta solo di ingredienti ma anche di tecnologie

di processo che devono essere valutati prima di essere utilizzati

EFSA

 L’EFSA è costituita da un panel di interni dedicati agli additivi e agli ingredienti

alimentari, ai materiali a contatto, enzimi, coadiuvanti e al packaging; si hanno

ruoli tecnologici specifici e la FAO si occupa della composizione degli alimenti

Nel caso degli additivi, l’EFSA ha un panel specifico, il Food and

o Flavourings, che valuta quelli nuovi e svolge continue rivalutazioni per

quelli già ammessi per il progresso scientifico e tecnologico in modo da

garantire la sicurezza del consumatore; l’EFSA ha il compito di

determinare l’ADI per ogni additivo considerando la valutazione del

rischio e la tossicità

Sistemi dispersi

I prodotti alimentari sono Sistemi dispersi/dispersione

 sistema nel quale una sostanza (la fase dispersa) è distribuita in un’altra

sostanza (fase continua o disperdente)

Ciascuna fase può essere allo stato solido, liquido o gassoso

 Emulsione: liquido-liquido

 Schiuma: gas disperso nel liquido

 Schiume solide: gas disperso nel solido

Gerarchia della struttura

Le proprietà macroscopiche di un prodotto dipendono dall’organizzazione

strutturale delle componenti nelle scale microscopiche:

 Scala nanoscopica: struttura atomica

 Scala molecolare: struttura molecolare

 Scala mesoscopica: polimeri

 Scala micro: sistema disperso visibile al microscopio ottico

 Macroscala: visibile ad occhio nudo

Es. birra

 un sistema bifasico, costituito da una fase liquida e una schiuma, che a

sua volta è una dispersione di un gas dentro una fase continua liquida

-> La schiuma è una dispersione instabile, ma la si desidera stabile: per

lavorare sulla stabilità è necessario non avere una visione solo

macroscopica, quindi come schiuma, ma soffermarsi sull'interfaccia gas-

liquido -> le proteine stabilizzano l’interfaccia e quindi permette la

stabilizzazione della schiuma

evitano la formazione di bolle di sproporzionamento

tipi di sistemi dispersi:

 Dispersioni eterogenee (sospensioni): sistema molto complesso

Es. gelato, che è un’emulsione e una dispersione di un gas in un

liquido

 Dispersioni colloidali

 Soluzioni: soluto di piccolissime dimensioni omogeneamente disperso in

una fase disperdente

Colloidi/dispersione colloidale

 particelle: 1-1000nm con grande area superficiale

 sistema a due fasi, i cui la fase dispersa è finemente distribuita in quella

disperdente, e le due sostanze che costituiscono le due fasi sono

immiscibili

 Suddivisione di Ostwald: dallo stato della fasi che costituiscono il sistema,

si suddividono le varie tipologie di sospensioni colloidali:

Alloy: lega - Slurry: melma, liquame

Emulsione

 fine dispersione di un liquido in un secondo liquido immiscibile

Negli alimenti i 2 liquidi sono acqua e olio-> può essere acqua in olio,

oppure olio in acqua

Per stabilizzare un’emulsione (evitando quindi la coalescenza) occorre lavorare

sull’interfaccia tra le due fasi:-> emulsionanti: molecole anfifiliche che possono

legarsi ad acqua ed olio

Sol e gel

Soluzioni disperse in cui si ha formazione di un network di sostanza gelante,

proteine solitamente, che trattiene all'interno elevata qt di solvente

 Sol:

colloide liquido in cui la fase continua è liquida, di solito acqua, mentre

la fase dispersa è solida, solitamente un polimero (proteine o

polisaccaridi)

Quando la struttura del sol si raffredda-> gelare: le fasi si invertono e

diventa un gel

 Gel:

fase continua è il polimero, quella dispersa è l’acqua

struttura semisolida in cui il polimero gelante ha creato una rete

tridimensionale che contiene l’acqua;

sono termoreversibili: col calore si sciolgono e tornano come sol

Schiuma

 fase gassosa dispersa in una fase continua liquida (piccole bolle di gas

disperse in un liquido)

L’azione meccanica (es. montare albumi a neve) causa l’apertura delle

proteine e la creazione di un reticolo che intrappola l’aria

 Struttura: Distribuzione della glicoproteina a bolle:

Polisaccaridi idrofili orientati nello strato liquido

o Proteine idrofobiche nella bolla di gas

o

 Se il prodotto viene scaldato, le proteine coagulano e viene espulsa

l'umidità-> schiuma diventa solida: meringhe, gelato, pane

Stabilità delle schiume: dispersione di gas in un liquido

 stabilizzazione avviene a livello di interfaccia tra aria e liquido ->

introduzione di ingredienti che vanno a modificare la fase continua liquida

per fare stabilizzazione di tipo sterico

Queste stabilizzazioni, in base all'ingrediente utilizzato, portano a diverse

capacità della schiuma ->

foaming capacity: la capacità di formare la schiuma

foaming stability: persistenza della schiuma nel tempo

 arricchiamo la fase continua con Idrolizzato di glutine: alta velocità di

avvicinamento e assorbimento -> alta capacità di formare schiuma =

minor stabilità

 Aggiunta di albume d'uovo-> Le proteine sono più lente

nell'assorbimento -> minore capacità di formare schiuma ma più stabilità

 arricchiamo fase continua contemporaneamente con Idrolizzato di glutine

+ albumine: alta capacità di formare schiuma ma anche stabilità data da

glutine + albumine

colloidi possono essere di 2 tipi:

 Colloidi liofilici: Particelle liofiliche disperse nel solvente adatto

Ovvero sistema colloidale in cui la fase dispersa ha un’alta affinità

o con la fase continua-> sono molto stabili grazie alle grandi forze di

attrazione fra le due fasi

Sono sistemi reversibili, perché il sol può essere ricostituito

o semplicemente rimescolando con il mezzo disperdente

Se il mezzo disperdente è l'acqua, sono detti collodi idrofilici:

o ovvero particelle colloidale formate da molecole organiche

facilmente idratate che in presenza di acqua diventano solvatate

(forma in cui sono termodinamicamente stabili)

Es. gelatine, amido, proteine e alcuni polimeri in solventi organici

 Colloidi liofobici: Particelle colloidali disperse nel solvente

Ovvero sistema colloidale in cui non c’è affinità tra la fase dispersa

o e quella disperdente-> a loro stabilità è data dalla presenza di

cariche superficiali che attraggono specie ioniche dell'acqua,

formando uno strato carico attorno alla particella

Sono irreversibili

o sono termodinamicamente instabili: se lo strato carico attorno alla

o particella viene rimosso (aggiungendo elettroliti) tendono a

coescere spontaneamente formando cristalli

Se il mezzo disperdente è l'acqua, sono detti idrofobici: particelle

o senza affinità per l'acqua

Es. oro, metalli

Per stabilizzare un sistema colloidale bisogna agire all'interfaccia:

Interfaccia

 strato nanometrico che separa una fase dall’altra

 Ne esistono di diversi tipi a seconda dello stato (solido, liquido o gassoso)

delle due fasi coinvolte

In che modo:

 Agendo sull'entità dell'area di contatto tra le due fasi: la stabilità

aumenta all'aumentare dell'area di contatto

Es. emulsione acqua-olio-> aggregazione delle particelle e la separazione

delle due fasi: oiling-off

 3 2

Dispersione 1: 20cm di olio di raggio 1 cm -> 3.6gocce= area 45,5cm

 Dispersione 2: stessa qt di olio di raggio 0,1cm -> 5000 gocce= area di

2

625cm

--> Tra le 2 dispersioni quella più stabile è la seconda, che per

esempio può essere ottenuta mediante omogeneizzazione a partire

dalla prima dispersione

 Agendo sulla tensione superficiale: minore è la tensione superficiale,

maggiore è la stabilità

Tensione superficiale: tensione meccanica coesione delle molecole nel sistema

colloidale all'interfaccia liquido-aria

forza per unità di lunghezza applicata parallelamente alla superficie per

controbilanciare la spinta verso l'interno

Teoria:

Le molecole all'interno e sulla superficie hanno comportamenti diversi:

 All'interno del liquido, ogni molecola percepisce forze attrattive di uguale

forza da ogni direzione da parte delle molecole vicine -> forza risultante

= 0

 Le molecole situate sulla superficie non sono circondate completamente

dalle molecole vicine e ciò causa squilibri nella forze: si sviluppa una

forza diretta all'interno del mezzo

-> per mantenere l'equilibrio è necessario compiere un lavoro contrario a

questa forza: tensione superficiale

Stesso principio per la tensione interfacciale, ma l'interfaccia è liquido - liquido:

forza per unità di lunghezza presente all'interfaccia tra due fasi immiscibili

La tensione interfacciale è minore di quella superficiale in quanto le forze

di attrazione tra due liquidi sono maggiori rispetto a quelle tra liquido e

gas, per cui si sviluppa una minore forza diretta verso l'interno del mezzo

Se le fasi liquide sono completamente miscibili, non esiste tensione

interfacciale

Per diminuire la tensione superficiale si utilizzano tensioattivi:

 Molecole anfifiliche che agiscono abbassando la tensione superficiale

 Costituzione:

Gruppo di teste polari (idrofila): può interagire fortemente con i

o solventi polari, come l'acqua

catena di idrocarburi non polare (idrofobica): può formare forti

o interazioni con solventi non polari, come l'olio

Meccanismo:

 Si adsorbono alle interfacce, mediando tra due fasi poiché possono

formare forti interazioni con entrambe, abbassando dunque la tensione

superficiale

La diminuzione della tensione interfacciale diventa tanto più forte quanto

più i tensioattivi vengono adsorbiti all'interfaccia, finchè l'interfaccia non

sarà satura

Una volta saturata l'interfaccia, l'aggiunta di più tensioattivi non ridurrà

ulteriormente la TS

-> viene raggiunta concentrazione micellare critica CMC: concentrazione di

tensioattivo massima in corrispondenza e al di sopra della quale

nell'interno del volume della fase si formano le micelle di tensioattivo (per

minimizzare contatto tra le catene non polari ed il solvente polare)

Stabilità dei colloidi

Stabilità dei colloidi:

 dipende dal bilancio fra le forze repulsive e quelle attrattive che esistono

tra le particelle colloidali quando esse si trovano in una condizione di

vicinanza spaziale:

 Stabilità: particelle resistono alla coalescenza o all’aggregazione in

quanto possiedono una mutuale repulsione

 Instabilità: si manifesta quando c’è poca o nessuna forza repulsiva tra le

molecole

Cosa avviene nei sistemi colloidali:

 Le particelle sono in movimento: a causa del moto browniano o per

agitazione-> avvengono continue collisioni tra le molecole nel mezzo

disperdente

Dopo le collisioni il sistema può:

 Rimanere stabile:

 Formare aggregati: per effetto di forze di attrazione di van der walls

Flocculazione: è un primo step della coalescenza

o è una aggregazione di due o più gocce individuali che si fondono

a formare gocce più grosse grazie a legami interparticellari, che

però mantengono la loro individualità

Reversibile grazie al processo di deflocculazione

 Coagulazione/coalescenza: l’aggregazione delle singole unità si traduce

in una fusione delle particelle più piccole in quelle grandi, quindi si ha la

creazione di una struttura non più distinguibile nelle sue unità

Irreversibile

E di conseguenza avviene separazione delle fasi:

 Sedimentazione: se l'aggregato è più denso del mezzo continuo

 Affioramento: se l'aggregato è meno denso del mezzo continuo

Meccanismi di stabilizzazione:

La stabilità può essere aumentata addizionando tensioattivi o polimeri al

sistema, questi agiscono sulle proprietà di interfaccia tra la fase dispersa e

la fase disperdente

 Stabilizzazione elettr