Appunti: Materie Prime e Tecnologie per l'industria dolciaria

Materie prime e tecnologie per l’industria dolciaria

Concetti base

Contenuto di acqua e disponibilità dell’acqua (aw)

Il contenuto di umidità condiziona la struttura chimica, stabilità, la crescita MO, processo, shelf life, caratteristiche (consistenza), condiziona la cristallizzazione degli zuccheri (elimino componenti melassigeni e ottengo una massa cotta molto pura per cristallizzare e ottenere cristalli di zucchero).

Nelle caramelle dure si cerca di evitare la cristallizzazione dello zucchero e si tiene in forma amorfa; l’assorbimento dell’acqua determina che sulla superficie lo zucchero è nella forma disciolta, poi cristallizzandosi si concentra = fenomeno di cristallizzazione dello zucchero sulla superficie che era in forma amorfa per l’umidità, granitura: poi come conseguenza la caramella si appiccica alla carta.

Un 20-30% di acqua ci vuole, nella soluzione si mette l’anticristallizzante che è uno sciroppo di glucosio.

Acqua + zucchero + anticristallizzante nei cuocitori e faccio caramella dura, liberazione di acqua e appiccicosità (difetto caramelle).

Indurimento: avviene in caramelle mou vecchie, nel tempo si indurisce, questo è dovuto alla cristallizzazione dello zucchero che può essere promossa dall’umidità.

L’umidità può causare anche la presa in massa nei prodotti disidratati. Nei sistemi colloidali un assorbimento di acqua causa un rigonfiamento.

Umidità = grammi di H₂O/100 grammi campione.

Nelle caramelle dure l’umidità è del 2-4%, nelle caramelle morbide è fino al 30%, il cioccolato ha 0,5-2% di umidità, le caratteristiche più importanti sono consistenza, il modo in cui si spacca, la reologia del cioccolato fuso.

Per fonderlo ho bisogno di 40-45% di umidità, il cioccolato può essere usato come copertura, la viscosità è importante per lo spostamento nell’impianto. In base al tipo di cioccolato (da uova di cioccolato, da tavoletta) avrò una viscosità diversa. Le caratteristiche reologiche sono date dal burro di cacao.

L’aggiunta di acqua ad un sistema a fase grassa (cioccolato) determina una repulsione con la fase grassa che determina la formazione di grumi. Se riduco l’umidità della fava di cacao la viscosità diminuisce. La lecitina agisce da lubrificante e fa da ponte.

Il cioccolato è un fluido pseudoplastico con limite di scorrimento.

L’acqua di processo è di rete, è controllata, il pH è importante e deve essere tra 6,2-6,8, pH acidi possono comportare più zuccheri invertiti in cottura e ciò comporta un cambiamento della miscela che sarà più igroscopica. Se il prodotto è ricco di grassi ci può essere ossidazione lipidica.

L’umidità si valuta in stufa a 105°C con la perdita di peso del prodotto, si deve evitare che il prodotto si degradi e la formazione di croste, i tempi sono diversi in funzione del prodotto. Oppure posso fare un’essiccazione con stufa sottovuoto: si usa se il prodotto è ricco di volatili o se si degrada. Altrimenti posso usare altri metodi come le microonde o il riscaldamento a infrarossi.

Karl Fischer

È una titolazione, si usa per rilevare contenuti bassissimi di umidità, prevede la presenza di un alcol, SO₂ e una base (un’ammina primaria). In presenza di acqua e di iodio la reazione consuma l’acqua presente nell’alimento.

L’acqua reagisce in rapporto 1:1 con lo iodio. La presenza di iodio in eccesso viene valutata con elettrodo. Il titolatore Karl Fischer mi svolge da solo la titolazione. (Vedere su YouTube il video).

Proprietà colligative

2-6 proprietà che variano in funzione degli stessi parametri o in funzione della concentrazione (ad es. innalzamento del punto di ebollizione o pressione parziale di vapore).

Fondants

Pasta di zucchero, è una miscela di cristalli di zucchero in una miscela satura di zucchero, ha una cristallinità del 35-55%.

Il punto di partenza della produzione delle caramelle è la dissoluzione dello zucchero, se devo ottenere un prodotto con bassa cristallinità e bassa umidità. Per fare dissoluzione devo avere un 30-40% di acqua per fare la dissoluzione.

Se voglio valutare la concentrazione del prodotto guardo la temperatura di ebollizione, più è alta più il prodotto è concentrato.

Aw

Ci indica la disponibilità termodinamica dell’acqua. In funzione dell’attività dell’acqua ho una serie di reazioni che possono essere favorite o sfavorite.

L’aw dipende dalla presenza di zuccheri, di polioli e da altre sostanze solubili che legano l’acqua come umettanti e anticristallinizzanti, rendendo l’acqua non più disponibile.

La tensione/pressione di vapore dell’acqua (dopo un certo tempo in un contenitore ho una certa pressione di vapore dell’acqua) è inversamente proporzionale all’affinità dell’aw, più l’acqua è legata minore è la tensione di vapore. Ha un valore compreso tra 0 e 1.

P = F/A. Newton/metri quadrati = Pascal.

Si preferisce esprimere la tensione di vapore come pressione parziale di vapore. Aw = P/P0. Il valore dell’aw aumenta all’aumentare della temperatura.

L’umidità relativa (si usa per gli ambienti) è diversa dall’aw (si usa per gli alimenti). Aw = 0,8 significa che la tensione di vapore è l’80% dell’acqua pura.

Per misurare l’umidità relativa si usano gli igrometri.

Per misurare l’aw uso uno strumento che misura il punto di rugiada cioè la T alla quale l’acqua contenuta nell’aria condensa. Questo strumento si chiama Aqualab.

Nel macchinario si instaura un equilibrio tra umidità del prodotto e il campione in esame. Dopo un certo tempo il prodotto comincia a raffreddarsi, l’acqua condensa su uno specchietto, arriva un raggio che vede l’acqua condensata, questo perché l’acqua condensata ha un angolo di riflessione diverso.

L’umidità relativa è in equilibrio con l’aw del prodotto. L’aw migra sempre da una zona ad alta aw ad una a bassa aw.

Igrometri elettronici

Misurano attraverso un sale l’umidità assorbita o desorbita dal sale e da questi ricavo l’aw. Le aziende vendono soluzioni a aw nota per calibrare lo strumento.

Oppure l’aw me la ricavo dalle isoterme di assorbimento, se ho un prodotto a bassa umidità in un ambiente ad alta umidità assorbirà umidità.

Isoterma

Mi dice il comportamento di assorbimento o perdite di acqua se il prodotto viene messo in un ambiente con umidità diversa. È un grafico dove in funzione dell’aw metto in relazione m.s. cioè il contenuto di acqua nell’ambiente.

Mi serve a predire delle variazioni di aw “se non avvengono passaggi di stato”. Sono 2 perché sono leggermente diverse se voglio aumentare o diminuire l’umidità del prodotto idratandolo o disidratandolo.

Esistono strumenti per creare isoterme, metto il prodotto a contatto con ambienti a umidità differenti e vedo come varia l’umidità nel prodotto. Posso usare essiccatori, creo tanti ambienti che contengono soluzioni sature di diversi sali, dopo un certo tempo l’ambiente circostante si mette in equilibrio.

Per esempio se metto polvere di latte nell’essiccatore si pone in equilibrio con il 75% del sale sottostante, poi faccio residuo secco in stufa e trovo l’FS.

Ci sono equazioni standard per modellare le isoterme per recuperare alcuni parametri.

• Zona A: Acqua fortemente legata.
• Zona B: Acqua legata, è incongelabile.
• Zona C: Acqua libera di condensare.

Quando il prodotto è in equilibrio con l’ambiente circostante il valore di aw x100 = U.R.

Esistono 3 tipi di isoterme

Ci sono prodotti con bassa aw che sono molto igroscopici, cioè assorbono molta acqua quindi per piccole variazioni di aw la curva aumenta tanto (x es. le patatine).

Se cambio il contenuto o il tipo di grasso l’isoterma cambia poco perché non assorbono acqua, se cambio il tipo o il contenuto di proteine l’isoterma cambia molto, ho un aumento dell’assorbimento dell’acqua.

1-3.

Un amido non modificato ha un’isoterma di tipo 2. L’amido ha una struttura che può legare l’acqua nelle zone dell’amilopectina dove la struttura è più ramificata, l’acqua strutturale corrisponde a valori di umidità bassa del prodotto, quest’acqua è molto legata, difficilmente allontanabile.

Se consideriamo ambienti con umidità assolute maggiori, possiamo avere acqua del multistrato (aw più elevate) che riveste le superfici dei granuli dell’amido, è l’acqua che si trova tra granulo-granulo e che viene assorbita sulla superficie quando si induce il fenomeno della gelatinizzazione.

Il termine bulk vuol dire massa, in un dolcificante intensivo in un prodotto il bulk è qualcos’altro, x es. i polioli che mi fanno da massa. L’acqua utilizzata come solvente viene chiamata bulk water.

Quando l’attività dell’acqua è vicino ad 1 si ha un prodotto che ha molta acqua bulk (molto libera di muoversi). Le isoterme dipendono dalla temperatura, se costruiamo le isoterme usando gli essiccatori otteniamo curve molto simili.

Un’isoterma a 5°C ha un aw = 0,6, questo prodotto sempre con la stessa umidità assoluta lo portiamo a 30°C e la aw va a 0,75, questo perché aumenta la tensione di vapore, quindi la crescita microbica è accelerata.

Grafico di Carrel

Il grafico di Carrel mi dice in relazione dell’attività dell’acqua come si comportano le reazioni, ci si porta ad aw = 0,6-0,7 per rallentare attività microbica, quindi o aggiungo sostanze che rendono l’acqua meno disponibile oppure elimino l’acqua.

C’è sia frutta candita sia semicandita (ha aw più alti ma che esige una conservazione a bassa T, viene impiegato nella produzione dei gelati). I marronglassè sono glassati, sono molto delicati, la glassatura mi limita gli scambi con l’ambiente. Un candito ricoperto di cioccolato riduce moltissimo gli scambi con l’ambiente.

Devo proteggere il prodotto, ho modifiche dell’aw. I prod IMF = ad attività intermedia sono parzialmente essiccati con aw = 0,5-0,6, spesso conservati sottovuoto o con refrigerazione, devono essere coperti con alluminio.

Questi prodotti hanno bisogno di una combinazione di diverse tecniche di inibizione-conservazione, (teoria degli ostacoli), x es. uso queste combinazioni per la IV gamma.

La curva dei lipidi ha un valore minimo a circa 0,5: a troppo bassa aw non ho uno strato di H₂O che protegge il lipide dall’ambiente, ad alta aw ho più mobilità di tutte le attività cellulari coinvolte nell’ossidazione.

Un elevato tenore di acqua favorisce la reazione di ossidazione perché agisce come solvente, come mezzo, come elemento di struttura promuovendo il rigonfiamento dei gel, promuovendo ed aumentando le superfici di reazione.

Prove di shelf life = metto il prodotto a tot tempo a tot temperatura, x valutare l’ossidazione dei lipidi valuto perossidi (ossidazione primaria), poi composti secondari come ad es. etanale, aldeidi, poi valuto anche l’acidità visto che aumenta con la produzione di acidi grassi.

Se l’aw è bassissima nel tempo l’ossidazione avviene prima.

Maillard = imbrunimento, per rallentarlo uso SO₂, agisco sul pH o con sostanze che inibiscono Maillard.

Ad alte aw diminuisce Maillard perché zuccheri e AA reagiscono di meno perché sono diluiti, a bassa aw Maillard è rallentata perché diminuisce mobilità. Alta aw rallenta imbrunimento per l’effetto diluizione perché l’acqua è così tanta da allontanare le sostanze che reagiscono tra loro.

Se lasciamo una patatina in estate in un ambiente non protetto cambia la crispness perché cambia sia umidità che aw, la crispness si modifica, la valuto con un dinamometro oppure con metodi sensoriali, se il prodotto è tenuto a 0,1 è crisp poi man mano che aw aumenta le caratteristiche di crispness diminuiscono e diminuisce l’accettabilità sensoriale.

Umidità relativa di equilibrio

Hard candy x es. 0,40 hanno una determinata U.R. di equilibrio in cui non assorbe acqua né la rilascia perché è in equilibrio, se la metto ad U.R. superiori assorbirà acqua, a U.R. inferiori le cede, conoscendo l’isoterma posso prevedere cosa succede.

L’isoterma mi serve come metodo di previsione, l’aw mi serve per sapere a che reazioni va incontro il prodotto.

Es. TWIX è un prodotto fatto da un biscotto + strato di caramello ricoperto di cioccolato e condizionato. Ci sono scambi possibili tra il biscotto e il caramello, ci può essere un’umidificazione del cookie che rende meno friabile il biscotto.

Ci può essere in minor misura uno scambio con il cioccolato che ha 0,1 di umidità e bassa aw = 0,5-0,6, il burro di cacao ha una curva di fusione per cui a T ambiente è solido, questo strato protettivo è molto efficiente però ci può essere uno scambio di umidità tra cioccolato e parte interna.

Ci può essere scambio tra cioccolato e parte interna del packaging, questo scambio aumenta all’aumentare tra spazio tra prodotto e packaging; più c’è spazio, maggiore è l’essiccazione del prodotto o l’assorbimento di umidità in base all’ambiente esterno.

Ripassare: allegato 1 dello zucchero cioè denominazione di vendita dei prodotti, zucchero bianco..., come è fatto lo zucchero, potere dolcificante, classificazione sulla granulometria, quando faccio zucchero a velo si forma strato amorfo.

Lo zucchero si idrolizza in ambiente acido. Curva di solubilità, rivedere processo. La solubilità aumenta all’aumentare della T, studiare diagramma di fase saccarosio.

Gli zuccheri amorfi se assorbono acqua sulla superficie si ha la dissoluzione dello zucchero e la cristallizzazione con liberazione d’acqua e questo porta alla formazione di granitura e appiccicosità sulla superficie del cristallo.

Gli zuccheri amorfi sono più igroscopici di quelli cristallini. Portare lo zucchero a aw 0,3: l’umidità aumenta fino a raggiungere il 5% di umidità dove raggiunge l’equilibrio, l’aumento di umidità porta ad aumento di cristallinità nel tempo fino al 100% e questo porta liberazione di acqua dai cristalli (perché non la legano) e questo causa un’appiccicosità del cristallo.

Dipende se è protetto o no, se è macinato, se ha una struttura alveolare dall’umidità. L’umidità dello zucchero iniziale è 0,05, una volta che cristallizza diminuisce di umidità. Quando arrivo al 5% di umidità si ha una soluzione sovrasatura di zucchero e nel tempo cristallizza, quando si sono formati tutti i cristalli l’umidità è minima.

Presa in massa o caking

Nei prodotti in polvere l’umidità porta alla presa in massa o caking. L’umidificazione scioglie la superficie del prodotto creando una soluzione, quindi l’acqua poi è in grado di penetrare più velocemente, velocizzando la solubilizzazione della polvere.

Per evitare la presa in massa che è promossa dall’acqua liberata dalla cristallizzazione, posso aggiungere agenti che legano l’acqua.

Grafico: il prodotto amorfo (2) cristallizza, scende l’umidità del prodotto, si forma una soluzione satura di zucchero (3) e la sua curva diventa uguale a quella dello zucchero cristallino (1). A 0,86 ho la dissoluzione dello zucchero che poi si comporta come un composto molto igroscopico assorbendo l’acqua.

Per valutare proprietà dello zucchero uso il polarimetro per valutare la deviazione della luce polarizzata.

Densimetri

La densità delle soluzioni zuccherine viene impiegata come metodo di misura della quantità di zucchero presente. Si basano sulla spinta di Archimede.

La scala Baumè (Bè) è una misura della gravità specifica di una soluzione zuccherina, dalla densità specifica valuto la scala Baumè = M - (M/SG), Baumè. M = 145 è il numero convenzionale, SG = gravità specifica, ci sono densimetri per range di densità.

Gradi Brix

È la percentuale in peso di saccarosio. Una soluzione di 25°Brix contiene 25 g di zucchero in 100 g di soluzione (peso/peso).

Indice di rifrazione

Metto una gocciolina sul vetro, chiudo, e vedo una scala, vedo 2 campi in funzione della concentrazione dei gradi Brix, i gradi Brix dipendono dalla T.

Principio: la luce si muove a velocità diverse in funzione della densità, il raggio di luce verrà in parte riflesso e in parte rifratto. Per la legge della rifrazione sin alfa/sin gamma = n1/n2. n1 e n2 sono gli indici di rifrazione dei 2 mezzi.

L’indice di rifrazione cresce all’aumentare della densità del mezzo. L’indice di rifrazione si legge con il rifrattometro.

Proprietà dello zucchero e delle soluzioni zuccherine

La T di evaporazione dipende dalla P del sistema utilizzato per la concentrazione della soluzione. Con delle curve so che a quella T ho una certa concentrazione di zucchero.

Il destrosio ha PM che è la metà del saccarosio quindi ha il doppio di moli. La T di evaporazione aumenta anche all’aumentare della concentrazione del sistema espressa come molalità (moli/kg), è quindi un parametro indiretto per misurare la concentrazione raggiunta durante la cottura di soluzioni zuccherine.

Amido e sciroppi di glucosio

Lo sciroppo di glucosio è una soluzione acquosa raffinata e concentrata di D-glucosio e da una serie di polimeri del D-glucosio come ad es. maltosio, ottenuta da un’idrolisi parziale e controllata dell’amido alimentare. Molti di questi sciroppi si ottengono dall’amido.

Mais

Dalla cariosside di mais si ottengono diversi prodotti, l’umidità di raccolta dipende dall’ambiente, se è un’estate secca il prodotto avrà bassa umidità vicino ai valori idonei alla conservazione (12-13% umidità), se l’umidità è elevata