Appunti Tecnologie della formulazione dei prodotti alimentari + domande esame

Stabilità delle dispersioni alimentari

• Dimensione delle particelle disperse
• Viscosità della fase continua
• Concentrazione delle fasi disperse
• Differenze di densità tra fase continua e fase dispersa

• Sinistra: il volume è 5,5cm3 e la superficie è 12,5cm2

Destra il volume è 0,004cm3 e la superficie 0,125 cm2.

A sinistra si dovrebbero avere solo 3,6 goccioline con un'area superficiale di 45,5cm2.

A destra si dovrebbe avere 5000 gocce con un'area totale di 626 cm2.

L'estesa area superficiale è la caratteristica chiave per avere maggiore stabilità in un sistema disperso quale l'emulsione. L'interfaccia ha un ruolo essenziale nella stabilizzazione delle due fasi. L'interfaccia è il confine fra due o più fasi che esistono insieme, le proprietà delle molecole che formano l'interfaccia sono diverse rispetto alle proprietà delle molecole che formano il bulk (massa). L'interfaccia ha dimensione nanometrica, esistono diverse interfacce a seconda che abbiamo sistemi liquido-gas, solido-gas, ecc.. e vanno inquadrate nel sistema considerato.

Proprietà delle interfacce:

Proprietà meccaniche (resistenze meccaniche) ci sono interfacce che sono

più o meno elastiche, interfacce che sono più o meno consistenti.

Tensione superficiale: proprietà delle superficie in contatto con una fase diversa (solido-gas, liquido-gas). Misura di quanto difficile sia rompere la superficie di un liquido. Indica la difficoltà per rompere la superficie del liquido. Aumentando la concentrazione di sapore vado ad abbassare la tensione superficiale e abbassando la tensione superficiale il liquido non è più in grado di sorreggere il peso dell'oggetto/animale.

Tensione superficiale: fenomeno che avviene tra due fasi (es. liquido-gas) e per comprenderla è necessario osservare la distribuzione delle forze che agiscono sulle molecole d'acqua nella massa di acqua rispetto alla distribuzione delle forze che agiscono sulle molecole d'acqua al pelo libero (superficie del liquido). Le molecole d'acqua nella massa sono completamente bilanciate dal punto di vista delle forze che su loro agiscono.

Perché c'è una distribuzione regolare delle forze in tutte le direzioni nella massa di liquido. Quando ci muoviamo verso la superficie, le molecole d'acqua non hanno più un bilancio delle forze che agiscono su di loro. Ma venendo a mancare l'apporto delle molecole d'acqua situate oltre la superficie del liquido, la molecola d'acqua è sbilanciata e quindi le forze residue hanno una componente che è la somma delle forze residue non bilanciate. Si crea così una forza diretta verso la massa liquida e questa forza è la tensione superficiale. La forza risultante si sviluppa quando non c'è un corretto bilanciamento delle forze sulle molecole d'acqua. La forza ha direzione verso l'interno del mezzo. Occorre applicare una forza opposta per espandere la superficie e per vincere questa forza attrattiva verso il basso. Una delle definizioni più corrette è la quantità di

Forza che è necessaria per espandere la superficie unitaria del liquido, ossia per controbilanciare l'insieme di tutte le forze attrattive verso il basso e fare in modo di espandere la superficie del liquido. Le unità di misura utilizzate sono riferite alla forza e alla superficie unitaria dell'aria, pertanto la tensione superficiale si esprime in Newton su metro oppure nel sistema non internazionale in dyn/cm (1 dyn/cm = 1 nN/m); la tensione superficiale dell'acqua a 20°C è 72,75 mN/m.

Tensione interfacciale: non è riferita a un sistema acqua-aria ma a un sistema liquido-liquido.

Ci sono delle molecole con attività di superficie come i surfatanti o emulsionanti che possono agire sulla tensione superficiale, ossia sull'entità di questo parametro. I surfatanti sono molecole che mediano le due fasi e creano una forte interazione fra queste due fasi. Per svolgere questo ruolo da mediatori viene sfruttata la struttura anfifilica che hanno.

(testa idrofilica e coda idrofobica). La testa sarà affine alla fase acqua, e la coda alla fase olio.

Il ruolo delle molecole surfatanti è quello di posizionarsi nel ruolo più termodinamicamente più favorevole nell'interfaccia e abbassano la tensione superficiale. La decrescita della tensione superficiale è tanto più spinta quanti più molecole con attività di superficie sono assorbite sull'interfaccia. Si arriva ad un certo punto in cui le interfacce sono saturate e quindi l'aggiunta di surfatanti non provoca più a un decremento della tensione superficiale. Si arriva così ad uno stato limite in cui anche l'aggiunta non provoca nulla. Se si continua ad aggiungere molecole surfatanti queste si aggregano fra di loro per maggior stabilità termodinamica e si aggregano dentro la fase acqua. Es. le micelle. Strutture in cui si dispongono le teste polari all'esterno e le code idrofobe all'interno.

Questa struttura è termodinamicamente stabile.

Il parametro che è sempre presente negli emulsionanti è il CMC (concentrazione micellare critica) ossia la concentrazione limite al di sopra della quale si formano le micelle. La tensione superficiale è dipendente dalla temperatura: all'aumentare della temperatura decresce la tensione superficiale.

LEZIONE 3: Acqua

L'acqua è fondamentale per la qualità dei prodotti percepita e non percepita (qualità chimica). Fondamentale nella gestione dei processi, perché è solvente. Le tecnologie che formulano i prodotti per creare delle dispersione con acqua sono fondamentale così come è necessario allontanarla se non è gradita nella formulazione. L'attività dell'acqua è fondamentale controllarla per lo spoilage microbiologico, importanza nel post processo (sanificazione). Gestire l'acqua in un processo a diverse scale ha

Le molecole d'acqua si dispongono in modo tetraedrico per formare legami idrogeno. Ogni molecola d'acqua ha altre 4 molecole attorno. La struttura tridimensionale dell'acqua è molto dinamica perché i legami idrogeno non sono forti, accelerata dalla temperatura. Si formano dei cluster dinamici di acqua.

Diagrammi di stato dell'acqua: pressione e temperatura. Al punto triplo convivono le 3 fasi. Nella zona dove l'acqua è liquida, solida o gassosa. Il calore latente di evaporazione serve per passare da liquido a gas e vale 539,4 kcal.

La densità dell'acqua (a 4°C) è di 1000 kg/dm3. Al crescere della temperatura diminuisce la viscosità.

La formazione spaziale del ghiaccio avviene attraverso organizzazioni spaziali che presentano strutture esagonali altamente ordinate. Si ha un passaggio di stato, ossia la sublimazione, tra solido e vapore. La liofilizzazione è un processo spinto che rimuove molta più acqua, si basa su 2 tipi di allontanamento tra cui la sublimazione.

La cristallizzazione è la formazione di cristalli.

può essere trattenuta all'interno del prodotto grazie alla presenza di sostanze idrofiliche che prima si solubilizzano e poi intrappolano grandi quantità di acqua, sono sostanze ricercate nelle formulazioni. Es, idrocolloidi

Le interazioni chimiche possono essere di tipo ionico (soluti polari) o soluti non ionici per i quali si ha un'interazione dell'acqua mediante legami di tipo chimico.

Si hanno delle modificazioni dei parametri e proprietà di tipo fisico a causa della presenza di soluti: come il punto di ebollizione, il punto di congelamento. Aggiungendo soluti si ha l'innalzamento del punto di ebollizione e un abbassamento del punto di congelamento. La curva è relativa al solvente puro e una curva con acqua contenenti soluti (ossia una soluzione).

Osmosi: passaggio del solvente dalla zona con minor concentrazione di soluti verso quella a maggior concentrazione. L'osmosi inversa attraverso una forzatura del sistema si ha