Tecnologia della formulazione dei prodotti alimentari

Tecnologia della formulazione

dei prodotti alimentari

ex Ingredienti, additivi e

residui negli alimenti

Prof.ssa Piazza L.

Anno 3° - G29

UniMi - CDL Scienze e Tecnologie Alimentari

Ingredienti, additivi e residui negli alimenti – Prof.ssa Piazza L.

Argomenti d’esame

Introduzione alla tecnologia delle formulazioni alimentari (con case studies)

•

• Proprietà funzionali degli ingredienti alimentari e degli additivi alimentari

Regolamenti comunitari per i nuovi alimenti e nuovi alimenti (EFSA)

• Scienza dei materiali alimentari (gerarchia delle componenti strutturali in relazione a scala dimensionale e

• scala temporale)

Acqua negli alimenti (aw, forme e mobilita’)

• Sistemi dispersi alimentari

• Colloidi, fasi, interfacce

•

• Stabilità colloidi alimentari

Emulsioni alimentari

• Additivi alimentari con attivita’ amulsificante

• Ingredienti funzionali: lipidi (proprieta’ fisiche, plasticita’, ruolo funzionale, chimica, polimorfismo, strutture

• cristalline)

Additivi con ruolo gelante e addensante (carragenine, pectine, idrocolloidi)

• Amidi e amidi modificati (chimica, gelazione, classificazione UE, ruoli funzionali, benefici funzionali,

• estrusione-cottura)

Altri additivi alimentari (additivi classificati, saperne almeno 5 per tipo, Reg. 1333/2008)

• Legislazione additivi alimentari e principali riferimenti normativi sull’etichettatura (Reg. 1329, 1330, 1331 /

• 2011)

Una nuova tendenza è quella del piacere, inteso come cibo sicuro e di qualità e di buona

pleasure.

gastronomia. La parola chiave è

Formulation technology

È una disciplina che ha sempre più impiego non solo nell’ambito del ma

food, Fromulation

anche in cosmetica, coating, packging... . Ha l’obbiettivo di innovare i prodotti

e va di pari passo con l’innovazione. Analysis

Altro punto focale è la soddisfazione del cliente.

L’equipe della formulation tech. non è composta solo da tecnologi Engineering

alimentari, ci sono anche chimici, nutrizionisti, ... .

Per molti anni la formulation è stata usata come sinonimo di ma non è così

recipe,

≠ recipe].

[formulation

Solitamente la ricetta da sola non è sufficiente. Infatti è necessario anche la conoscenza del

trattamento della formulazione nella sua forma ottimale per il commercio e l’uso.

L’arte della è quindi una disciplina scientifica con un

formulation carattere interdisciplinare.

L’approccio scientifico più solido è la comprensione delle relazioni tra i componenti di una

formulazione e le sue proprietà.

food technologist

Questo approccio fornisce al gli strumenti necessari (e pratici) per capire

la relazione tra struttura e attività.

L’innovazione del prodotto andrà soprattutto a garanzia dell’aspetto salutistico . Devono però

comunque essere alimenti stabili:

- alle condizioni ambientali (meccanica, termica, biochimica)

- in quale luogo è stabile? (scaffale, cella, tratto gastrointestinale)

Ovviamente va controllato anche l’aspetto macroscopico

Health benefits:

- stati anomali dell’indice glicemico dell’alimento (caratteristiche sensoriali).

- ipertensione benefits

C’è anche la funzione dell’health che rappresenta quella

- qualità anti-infiammatorie

- azione antiossidante principale e che non va mai trascurata.

- senso di sazieta’

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Food ingredients dispersione.

Sostanza che forma una parte di una

Un sistema alimentare è una dispersione formata da più fasi.

Classe dei componenti degli alimenti:

Ingredienti funzionali: esprimono una potenziale funzionalità fisica in una matrice alimentare.

Imprimono un importante aspetto finale al prodotto. (Sono esclusi quindi gli aspetti di

funzionalità nutrizionale).

[Esempio: maionese, burro, salad dressing]

Contribuiscono alla buona struttura del prodotto finale.

[Esempio: emulsionanti, materiali in grado di trattenere acqua, plasticizzanti (lubrificanti)

]

garantiscono di avere un prodotto che non sarà drasticamente rigido

Molti composti naturali hanno delle caratteristiche di ingredienti funzionali. Hanno proprietà di

legare aromi, aumentando la viscosità.

Alcune proprietà funzionali:

- colorazione

- flavour

- gelazione

- water activity

- congelamento sistemi composti:

Si ragione su combinazioni di ingredienti che collaborano per una

funzionalità.

Ingredienti funzionali ≠ alimenti funzionali

(Alimenti pensati per promuovere una funzionalità salutistica. Sono prodotti che forniscono

anche aiuti a prevenire o aiutare malattie).

carota, alimento naturale funzionale: β-carotene (antiox)

• cereali per prima colazione, sono alimenti processati

• succhi arricchiti in Ca, sono alimenti processati arricchiti con altri alimenti

•

Additivi alimentari

Proprietà degli additivi:

- Preservare il cibo

- Arricchire in alcuni nutrienti i cibi

- Rendere i cibi più attraenti

- Migliorare il sapore del cibo

Conservanti: prevengono e in particolar modo rallentano le attività degradative

- Antiossidanti: rallentano tutti i processi ossidativi a carico delle materie grasse,

- prevengono dell’irrancidimento

Flavuoring agents: modificano (migliorano) il profilo aromatico del prodotto

- Stabilizzanti: impediscono alterazioni fisiche macroscopiche della struttura. (Rendono

- miscibili liquidi non miscibili). Impediscono il sedimento. Rendono più palatabile il prodotto

(rendono il prodotto in modo che ci piaccia per una caratteristica)

Coloranti: non devono mascherare colori anomali dovuti a modificazioni di degradazione

- Agenti ispessenti: modificano la viscosità di una matrice liquida

-

Gli additivi consentono al prodotto di a cui è sottoposto.

sopportare gli stress ambientali

(nel tempo) di un prodotto che un consumatore chiede.

Mantengono gli attributi di qualità

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Spesso gli additivi sono usati in blocchi. Ovviamente l’uso di additivi è altamente

regolamentata. Il consumatore va informato che vengono usati gli additivi, e bisogna evitare di

trarre in inganno il consumatore.

EFSA (European Food Safety Autorithy)

È l’autorità europea che valuta a livello scientifico la sicurezza degli ingredienti o additivi ed è

predisposta a deliberarne il loro uso nei prodotti alimentari.

Valuta il rischio (non tanto l’aspetto tecnologico), ma più dal punto di vista tossicologico.

E-Number

Quando un additivo supera gli steps dell’EFSA gli viene assegnato un codice: (in

etichetta, spesso, al posto del nome dell’additivi troviamo questo codice).

Products labels: hanno lo scopo e l’obbiettivo di riportare il nome dell’additivo e il suo

corrispondente e-number (E100, è la classe dei coloranti, ...).

Sono componenti aggiuntivi, addizionati intenzionalmente e sono regolamentati.

Compiti dell’EFSA

- Valuta la sicurezza dei nuovi additivi

- Propone nuovi usi di additivi già in uso

Le ammessi sono in quanto l’EFSA valuta l’eliminazione degli

liste degli additivi dinamiche,

additivi che precedentemente erano in uso.

Recepisce le comunicazioni della comunità scientifica al fine di aggiornare le liste.

Nell’indicazione degli additivi si ha anche (Acceptable Daily Intake) che

l’indicazione dell’ADI

rappresenta la massima dose consentita giornalmente per tutto l’arco della vita che

garantisce nessun rischio accettabile per la salute (espresso in mg/kg peso corporeo/day)

La legislazione europea prevede, prima della messa in commercio, una pre-valutazione.

Gli additivi devono avere un livello di rischio riconosciuto, e non devono trarre in inganno il

consumatore.

Per di un (dall’inizio alla fine) ci vogliono fino a 10 anni o più in

l’approvazione nuovo additivo

EU. 5 anni per la sicurezza più 2 anni di valutazione dell’EFSA.

Anche i materiali di packaging vengono sottoposti alla valutazione del rischio.

Il coadiuvante è usato a livello del processo e non è presente nel prodotto.

Analizziamo 4 casi sperimentali in cui is usa la formulation technology

1. Formaggio low fat

Diminuire il grasso porta alla luce altri “problemi”: texture, gusto, ..., e vengono percepiti

con grasso < 20%.

Problema: modificare la struttura del grasso residuo in modo da non percepire più difetti.

Non è chiaro perchè la % di grasso influisca sull’impatto con il sapore che percepiamo in

bocca. Percezione sulle pareti (proprietà interfaccia grasso - cavità della bocca).

Le interazioni che avvengono in strutture molto ridotte determinano la prima sensazione

in bocca (--> ci porta poi a lunghezze di scala maggiori)

La sensazioni in bocca dipende dall’interazione dei componenti grassi con la cavità orale

su scala micrometrica.

Favorendo la coalescenza della componente grassa si è apportata al prodotto

caratteristiche di cremosità e palatabilità tali da garantire la percezione esatta che non

comporta l’insorgenza di problemi di grandezze sensoriali.

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2. Prodotti panati

Spesso la panatura presenta problemi alla resistenza allo scongelamento e

congelamento.

Le fluttuazioni di temperatura portano ad un migrazione di acqua dal prodotto alla crosta

che genera problemi di croccantezza.

Per il monitoraggio della stabilità ai cicli di congelamento e scongelamento a livello

molecolare si usa l’NMR (Nuclear Magnetic Resonance) che monitora la mobilitò di

acqua e olio nel prodotto.

Attraverso l’uso di prodotti particolari, usati nella panatura, si blocca la migrazione di

acqua verso la crosta durante le fluttuazioni di temperatura.

3. Bevanda al cacao

Reologia: scienza che studia come si comportano i flussi e la deformazione dei materiali.

Nasce dai materiali plastici e ceramici. Nel settore alimentare si applica a livello teorico

per le caratteristiche strutturali del prodotto oppure più a livello macroscopico: viscosità.

Un problema oltre alla viscosità è quella che il consumatore possa completare la

bevanda usando una polvere.

- Viscosità finale del prodotto

- Presenza agenti addensanti

Gli ingredienti devono rispondere a delle condizioni particolari.

Lo studio chimico-fisico ha dato come risultati che il rilascio di polisaccaridi del cacao è

la chiave della qualità sensoriale. Dipendono da come le polveri sono state processate

(tempo - temperatura).

4. Gelato formulato con basso contenuto in acidi grassi saturi

La sostituzione classica con quella “più salutistica” va a modificare il profilo di melting che

studia il punto di fusione in bocca (a 37°C).

Controllando la composizione di ac. grassi nel nuovo gelato si valutano alcune

caratteristiche del prodotto con due tecniche:

- Microscopicamente, (tecnica microscopica avanzata) vedere come era distribuita la

materia grassa nella matrice

- Valutare le caratteristiche del prodotto con un apparecchiatura che simula un naso

umano combinata con una spettrometria di massa.

Abbiamo modificato il profilo di fusione del nuovo gelato (spariscono alcuni off-flavuors) e

si modifica anche il profilo della percezione dei flavours.

Coprono i difetti che rendono il prodotto non gradevole anche se salutistico.

Per l’ottenimento di un prodotto stabile con funzionalità salutistica e che piaccia, devo

combinare la formulation technology con la food processing technology.

Sistema disperso

ingrediente dispersione.

Un è un elemento che fa parte di una

Ci sono poi alimenti che hanno l’obbiettivo di migliorare le performance di un prodotto: -

pigmenti, - coloranti, - filler, - leganti, - biopolimeri, - surfattanti, - modificatori di viscosità.

ingredienti funzionali

Chiamiamo quegli ingredienti che hanno uno specifico ruolo, nel

prodotto, sulle caratteristiche fisiche del sistema. Gli ingredienti funzionali spesso vengono

usati in combinazione.

alimenti funzionali

Gli sono quelli che hanno una funzione salutistica dichiarata, forniscono

un beneficio salutistico oltre che nutrire.

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alimenti convenzionali

Gli sono quelli che non sono stati modificati, e sono ancora nel loro

stato naturale. Frutta e verdura ne sono un esempio.

alimenti modificati

Gli sono quelli arricchiti, fortificati con sostanze nutritive o con altre

sostanze benefiche. sistema disperso

Un prodotto alimentare è un sistema disperso. Ogni è formato da due

parti:

- che è la fase dominante

Fase continua (o disperdente),

- dispersa all’interno della fase continua

Fase dispersa,

Il grado di dispersione e le interazioni tra le particelle disperse determinano le proprietà del

sistema disperso. Tempo

Un sistema disperso è da pensare come un gg Macro

sistema con un alto grado di gerarchia.

Ci sono importanti elementi strutturali in un Micro

h

sistema alimentare che si formano in scale di

tempi molto diversi (brevi) e strutturandosi arrivo al min Meso

prodotto finale macroscopico.

Per ogni scala ci sono dei principi noti che s Molecular

regolano come si aggregano gli elementi.

Le proprietà macroscopiche di un prodotto Nano (Chimico rx)

mms

dipendono dall’organizzazione strutturale delle μm

nm mm m Lunghezza

componenti nelle scale microscopiche .

Per giustificare una scala macroscopica bisogna conoscere e capire il comportamento nelle

scale microscopiche precedenti:

si prende in considerazione la struttura della fase dispersa

Micro-,

• riguarda macromolecole aggregate e la loro combinazione dipende dalla struttura

Meso-,

• delle molecole

si studia la chimica della struttura molecoalre

Molecular-,

• (chimico rx)

Nano-,

•

Sistema disperso È un sistema in cui una sostanza è distribuita in un’altra

Fase continua sostanza. La prima fase è dispersa e la seconda è continua

Fase dispersa (o disperdente).

Ognuna di queste fasi può esistere in uno stato liquido,

gassoso, solido.

Per garantire la stabilità di una dispersione è fondamentale

Interfaccia l’interfaccia tra le due zone. Questa separa la fase continua

da quella dispersa.

- Soluzioni per dimensioni < a 1 nm (soluzioni saline)

- Soluzioni colloidali per dimensioni 1 < x < 1000 nm (plasma)

- Dispersioni eterogenee per dimensioni > 1000 nm (vedi latte)

Soluzione Sol. Colloidale Disp. Eterogenee

Condensazione – Aggregazione Dispersione

Coagulaizone (Flocculazione)

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Disp. Eterogenee Sol. Colloidali Soluzioni

Passaggio tra membrane — Semipermeabile +

Microscopio ottico Microscopio elettronico —

Visibilità particelle

Sedimenti + Ultracentrifugazione —

Moti termici Bassa Media Alta

— Basse Alta

Proprietà colligative —

Types of Food Additives

Non sono 0, ci sono delle

Diffusione Lenta Veloce

diffusioni ma con coeff.

molto bassi Effetto Tyndal

• Microbial inhibitors Ha effetto scattering mentre

Opache Trasparente

Proprietà ottiche

• Antioxidants è attraversato dalla luce

• Sequestrants and chelating agents

Filtri carta Filtri membrana No

Proprietà filtrazione

• Emulsifiers

Parlando di legislazione, in ambito di ingredienti e additivi, ci sono delle leggi e norme

specifiche; l’organo di riferimento è l’EFSA.

• Stabilizers and thickeners

Nella formulazione alimentare ci sono due tipi di ingredienti:

• Bleaching and maturing agents

Ingredienti funzionali, che esprimono una funzionalità di tipo fisico

- • pH control agents

Ingredienti che non hanno ruoli fisici o strutturali (ad esempio funzione solo nutrizionale)

- • Food colors

Molti ingredienti funzionali sono additivi. Consumption of Food Additives in North America, Western

Additivo Europe, Japan and China (2010)

• Sweeteners Antioxidants

Sostanza che per un motivo specifico viene

• Flavoring agents Preservatives

introdotta nell’alimento o in fase di processo o in Enzymes Thickeners and

fase di stoccaggio e che può influire sulle Satbilizers

(excluding starches)

caratteristiche dell’alimento. La legge li classifica Emulsidiers

in varie classi funzionali:

- con funzione di preservare

Inibitori microbici; Colorants

l’alimento

Antiossidanti, agenti sequestranti e chelanti,

- Modified

vanno a

agenti che controllano il pH; Other Starches

laura.piazza@unimi.it AA 2012-2013 High-Intensity

stabilizzare il sistema dal punto di vista chimico speciality

Principi di Tecnologia della Formulazione Sweeteners

Sweeteners

- vanno a

Dolcificanti, coloranti, aromatizzanti; degli Alimenti L2

impattare sulle caratteristiche sensorialmente percepite

- svolgono un’azione strutturante, e si

Emulsionanti, stabilizzanti e ispessenti;

stabilizzazione delle strutture; questi hanno il maggior ruolo come ingredienti funz