Tecnologia della formulazione dei prodotti alimentari - Appunti

SCIENZA SUI MATERIALE DEGLI ALIMENTI

La scienza sui materiali degli alimenti studia le proprietà e le relazioni della struttura.

PROPRIETA' DEGLI ALIMENTI

• Trasferibili

• Sensoriali e fisiche

• Bioaccessibilità dei nutrienti 

Stabilizzanti, addensanti, gelificanti (E400) Ruolo funzionale hanno origini diverse e danno

struttura, stabilità e qualità edibili destinate ai consumatori.

Di questi fanno parte:

• Amido

• Gelatine

• Cellulosa

• Gomma di semi

• Alghe

• Polisaccaridi microbici

Il prodotto è caratterizzato da una combinazione di agenti strutturanti (effetto sinergia).

Funzionalità:

• Gelanti

• Inspessenti

• Stabilizzanti di sospensioni

• Agenti di palatalità (effetto in bocca)

• Stabilizzanti

• Formazione di pellicole

• Auto agglomeranti

• Testurizzanti

• Leganti d’acqua

• Stabilizzanti del sistema durante il congelamento-scongelamento

• Estensione della shelf-life

• Agenti che controllano l’espansione del gas nel sistema

• Sostituti dell’uovo

• Emulsionanti: aggiunti ad ingredienti liquidi per stabilizzare la miscela. Sono utilizzati per

prevenire la separazione e per rendere appetibile il prodotto migliorandone la resistenza e la

texture.

I sistemi standard sono combinazioni di almeno due ingredienti secchi in sinergia con una texture

distintiva per ogni tipo di applicazione.

I sistemi composti sono dati dall’unione di vari additivi per ottenere caratteristiche specifiche già

predefinite.

Sono usati per:

• succhi di frutta

• prodotti da forno

• carne

• derivati del latte

Prodotti o alimenti funzionali: processati per avere effetti benefici sulla salute o promuovono effetti

autistici o prevengono malattie.

Sono molto diversi dagli ingredienti funzionali che invece sono legati all’aspetto tecnico, fisico e

produttivo.

La strutturazione di un alimento può essere rappresentata su un piano cartesiano, con la grandezza

in x e il tempo in y. 

Le più basse sono le reazioni chimiche, a salire chimica macromolecolare strutture auto

  

assemblate fasi disperse ingegneria di processo prodotto reale e finito.

È importante capire le relazioni tra formulazione, struttura e attività del prodotto (tecnologia di

formulazione).

La scienza dei materiali alimentari permette di legare le caratteristiche sensoriali, chimiche, di

trasporto, dei nutrienti di prodotti alimentari.

SISTEMI DISPERSI E/O COLLOIDALI

sistema in cui uno stato è finemente disperso nell’altro sistema.

La natura e le caratteristiche della dispersione sono strettamente legate alla dimensione delle

particelle solide disperse.

I solidi possono essere dispersi sotto varie forme.

Possono essere:

• soluzioni

• dispersioni colloidali

• Sospensioni

COME POSSIAMO CLASSIFICARLI?

− per la dimensione.

− Con il metodo di separazione della particella dal solvente.

− Visibilità della particella sospesa.

− In funzione della dimensione della particella che si muove per meccanismo diverso

( cinetica, brrowniani, convettivi.

− Luce; tyndall le dimensioni sono grandi e deviano il raggio di luce.

Sono anche influenzati dai moti browniani a corto raggio dettati dall’energia termica, più aumenta

la temperatura più aumentano i moti.

I sistemi citati sono indipendenti tra di loro e non sono stabili.

Una proprietà dei sistemi colloidali è il rapporto con la luce (effetto tyndall); è un effetto ottico per

cui se le particelle del sistema colloidale sono abbastanza grandi deviano il raggio luminoso che le

colpisce, rendendo il sistema più o meno opaco (importante per le bevande).

Se decresce la dimensione aumenta il numero di particelle a parità di composizione, come

conseguenza aumenta l’area di contatto interfacciale.

DISEGNO

Nei colloidi liofili le particelle hanno alta affinità per il solvente (se il solvente è H2O), quindi sono

presenti forti energie attrattive e il sistema è stabile.

Le particelle non tendono ad aggregarsi l’una all’altra e il colloide è stabilizzato dalla solvatazione

delle particelle e si ha una forte tensione interfacciale.

Nei colloidi liofobi (es. gomme in acqua) le particelle colloidali non hanno affinità per il solvente;

nel colloide le particelle subiscono forze gravitazionali e di diffusione termica (moti browniani).

Il vero responsabile della stabilità è la zona dell’interfaccia tra la zona continua e dispersa

(caratteristiche e composizione dell’interfaccia).

Variando l’area di contatto varia la stabilità del sistema.

TENDENZA ALLA ROTTURA:

• 

liofobo: bassa tensione interfacciale forze che agiscono sull’interfaccia

• 

Liofilo: alta tensione interfacciale forze che rompono i vari sistemi colloidali

COLLOIDI IDROFILICI: tipicamente formati da grandi molecole organiche che diventano idratati

(solvatati). Sono termicamente stabili nella loro forma solvatata. Presentano nelle molecole gruppi

ionizzabili che le trasformano in macroioni quando sono in soluzione. Sono agglomerati di colloidi

idrofilici ilo che comporta l’aggiunta di una grande quantità di ioni che competono con i colloidi per

le molecole di acqua così da portare alla deidratazione delle particelle colloidali.

COLLOIDI IDROFOBICI: sono costituiti da piccole particelle colloidali aventi poca o nessuna

affinità con l’acqua. La stabilità a causa della presenza di una carica che attrae altre specie ioniche

presenti in acqua provoca la formazione di uno strato elettricamente carico attorno alle particelle

colloidali. Sono termo dinamicamente instabili: se il livello di carica viene rimosso queste particelle

tendono ad agglomerarsi spontaneamente.

DOPPIO STRATO ASSOCIATO CON PARTICELLE COLLOIDALI:

• Se una particella colloidale è elettricamente carica attrae ioni e altre particelle colloidali di

segno opposto.

• Attaccato da forze elettrostatiche per lo strato di particelle colloidali forma un primo strato

interno di cariche

• Le particelle e gli ioni di segno opposto formano un doppio strato elettrico.

• Ulteriori ioni di segno opposto a quello della particella colloidale si accumulano anche



vicino allo strato di Stern strato di ioni vicino alla particella.

PUNTO ISOELETTRICO

quando le particelle colloidali sono in presenza di ioni opposti diventano elettricamente neutre. Al

punto isoelettrico le particelle hanno un forte potenziale di agglomerazione.

SISTEMI STABILI.

Nel corso del tempo i prodotti devono mantenere le caratteristiche qualitative che hanno nel

momento della loro produzione.

Dobbiamo quindi rendere i sistemi stabili.

I sistemi di stabilità sono:

• Termodinamica: fisica

• Cinetica: nel tempo

I sistemi colloidali hanno una loro dinamica, movimenti su piccola scala dovuti a forze termiche

casuali che mettono in movimento la molecola.

Questi movimenti si possono calcolare con il cammino medio, dipendente dal tempo (Einstein):

Ex = √ (2Dt) oppure (2Dt) ^ ½

t = tempo; D = coefficiente di diffusione locale

Sono stabilizzati con:

• Cariche (interazioni elettrostatiche): il colloide può sviluppare una sua carica superficiale in

base alla soluzione in cui si trova. Si organizza attorno al primo strato di carica uno strato

elettrico di carica opposta (contro ioni) detto Strato di Stern

• Bilancio tra forze attrattive e repulsive: le particelle colloidali si attraggono o si respingono.

Un sistema colloidale stabile è quello in cui le particelle resistono alla flocculazione o

all’aggregazione e hanno una lunga shlef-life. È dipendente dall’equilibrio delle forze repulsive e

attrattive.

TEORIA DLVO

DLVO: teoria che descrive la stabilità del sistema in funzione delle forze attrattive e repulsive che

agiscono sulle particelle.

Vt: energia totale di attrazione



Va: energia attrattiva forze di Van der Waals



Vr: energia repulsiva forze elettrostatiche

Vs: energia potenziale dovuta al solvente

Vt = Va + Vr + Vs

Va e Vr possono avere segno opposto

L’energia netta è data dalla somma delle forze A e R.

La stabilizzazione è determinata dalla somma delle forze attrattive e repulsive quando le particelle

si avvicinano l’una all’altra con moti browniani.

Se le particelle non sono stabilizzate, le forze attrattive sono più forti e le particelle collidono.

Stabilità dei colloidi: un tipico esempio di colloide sono le emulsioni: è una dispersione liquido in

liquido, dove non c’è miscibilità tra le due fasi.

Le particelle in una dispersione colloidale può aderire ad un altro e formare aggregati,

successivamente queste possono aumentare di volume e diventare stabili influenzate dalla gravità.

Nella forma iniziale l’aggregato è chiamato fiocco e il processo flocculazione.

Se l’agglomerato diventa più denso può avvenire la coagulazione. È separato per sedimentazione o

creaming (se è meno denso del mezzo). La coagulazione è irreversibile, la flocculazione invece può

essere reversibile.

Nei sistemi alimentari i due elementi sono sempre acqua e olio (dove si trova sempre l’interfaccia

che separa le due fasi); si presenta come un sistema disomogeneo.

Possono essere qualificate grazie all’analisi dell’immagine della fase dispersa (praticamente grazie

a dei software è quantificato lo stato del sistema; poche gocce di grosse dimensioni contengono la

maggior parte di fase dispersa).

La frazione volume: è il rapporto fra il volume totale della fase dispersa e il volume totale

dell’intero sistema.

Il simbolo utilizzato è Ф (fi) e questo valore è tanto più basso tanto più il sistema è disordinato (si

trova meno fase dispersa).

Due meccanismi di stabilità della dispersione per evitare agglomerazione

REPULSIONE STERICA: prevenire che le superfici delle particelle entrino in stretto contatto.

Termodinamicamente stabile. Insensibile agli elementi, efficace in dispersione acquose e non,

efficace ad alte e basse temperature, possibile flocculazione reversibile

STABILIZZAZIONE ELETTROSTATICA: è un effetto di un’interazione di particelle a causa

della distribuzione delle specie cariche nel sistema. cineticamente stabile

Se le forze repulsive sono significative le particelle colloidali non saranno in grado di entrare in

stretto contatto per agglomerare quindi, per la presenza di forze di attrazione, coaguleranno.

DESTABILIZZAZIONE MECCANICA: