Sviluppo e impiego di oleogel in prodotti da forno

Il grande interesse riscosso dalle potenzialità degli oleogel in campo alimentare è dovuto alla possibilità di sostituire i grassi saturi con oli edibili insaturi e polinsaturi a elevato profilo nutrizionale opportunamente strutturati. Vediamo in dettaglio.

L’industria alimentare deve affrontare sfide tecnologiche continue nello sviluppo di ingredienti e prodotti innovativi per soddisfare le moderne e mutevoli esigenze nutrizionali e sensoriali dei consumatori. Quella della sostituzione dei grassi nei prodotti alimentari è da anni una delle sfide più difficili. In particolare, si tratta della ricerca di ingredienti alternativi ai grassi saturi (soprattutto di origine animale) che possano svolgere lo stesso ruolo strutturale e sensoriale, ma con un migliore profilo nutrizionale e minore apporto calorico.  Nei prodotti da forno i grassi giocano un ruolo cruciale perché svolgono molteplici funzioni.

Essi, infatti, impartiscono struttura fungendo da riempitori del reticolo glutinico o, comunque, del reticolo formato da proteine e amido conferendo agli impasti proprietà di flusso che li rendono maggiormente processabili. La capacità lubrificante della fase grassa riduce la gommosità e conferisce una maggiore sofficità e freschezza al prodotto finito. Inoltre, le proprietà emulsionanti tipiche dei grassi conferiscono stabilità alle bolle d’aria in impasti lievitati o sbattuti favorendo l’aumento di volume in cottura e uniformità di dimensioni e distribuzione delle bolle d’aria nella struttura interna. Nella pasta sfoglia il grasso, se opportunamente formulato nell’impasto sotto forma di strati ben distinti e alternati agli strati di impasto di farina, svolge un ruolo principe nel meccanismo di lievitazione per laminazione di questo prodotto.

Altrettanto importante, seppure diverso, il ruolo che i grassi svolgono nella formulazione delle svariate creme utilizzate per la farcitura di prodotti da forno. Esistono diversi sostitutivi dei grassi che possono essere a base di carboidrati (quali cellulosa, amidi, carragenani, gomme di guar e xantano, maltodestrine, polidestrosio, fibre), proteine (quali proteine del latte, siero, albume) o sistemi lipidici opportunamente modificati. I sostitutivi a base di carboidrati e proteine presentano dei limiti e possono essere usati solo per una parziale sostituzione dei grassi. Le alternative a base lipidica hanno una migliore compatibilità con i grassi commerciali permettendone una sostituzione totale ma, ad esclusione dei grassi vegetali frazionati ottenuti con un processo fisico-meccanico, il processo di produzione per passare dallo stato liquido a quello solido o semi-solido prevede delle reazioni chimiche (grassi idrogenati) e/o enzimatiche (grassi inter-esterificati).

Si tratta, dunque, di prodotti che contengono una elevata quantità di grassi saturi, il che li rende solidi ma non più “salutari”. Inoltre, il processo di idrogenazione, se non condotto sino ad ottenere grassi totalmente idrogenati, porta alla formazione di acidi grassi insaturi di tipo trans. Questi ultimi, come gli acidi grassi saturi aumentano i livelli di colesterolo “cattivo” nel sangue ma, a differenza dei saturi, sono anche in grado di ridurre i livelli di colesterolo buono e aumentare i livelli di trigliceridi nel sangue.

L’oleogelatinizzazione

Per questo motivo, sia il mondo accademico che quello industriale sono alla ricerca di metodi alternativi per convertire gli oli edibili dallo stato liquido ad una forma solida o semi-solida minimizzando la produzione di composti dannosi per la salute umana e mantenendo gli acidi grassi in forma insatura. Recentemente sono stati condotti numerosi studi sugli oleogel con applicazioni per il settore farmaceutico, cosmetico e alimentare. L’oleogelatinizzazione è un metodo fisico innovativo per trasformare gli oli liquidi in una forma gelatinosa attraverso l’uso di agenti strutturanti in grado di creare un reticolo termo-reversibile in grado di intrappolare all’interno la fase oleosa.

Il grande interesse riscosso dalle potenzialità degli oleogel in campo alimentare è dovuto alla possibilità di sostituire i grassi saturi con oli edibili insaturi e polinsaturi ad elevato profilo nutrizionale opportunamente strutturati. Un altro vantaggio dell’utilizzo di questi gel è la possibile prevenzione dell’irrancidimento della frazione satura grazie all’agente strutturante che funge da guscio protettivo. Nel campo alimentare, l’uso di questi sistemi è stato inizialmente testato in creme, paste di cioccolato e frutta secca e gelati e solo in un secondo momento sono state introdotte come possibile alternativa per i prodotti da forno.

In particolare, le prime applicazioni hanno visto l’introduzione di questi gel in biscotti, da sempre considerati come alimento modello di un sistema ad alto contenuto in grassi. Solo in seguito la ricerca si è ampliata su un panel più ampio di prodotti prendendo in considerazione anche sistemi più areati e/o lievitati come torte, muffin e pani dove il grasso assume anche la funzione emulsionante e stabilizzante delle bolle d’aria nella struttura interna.

La categoria oleogels comprende una varietà eterogenea di sostanze che, da sole o in combinazione, possono produrre gels attraverso approcci differenti. Usualmente gli oleogels si classificano in base alle proprietà chimico-fisiche degli oleogelanti, al numero di agenti gelificanti coinvolti, ai meccanismi di assemblaggio e alle tecniche produttive. Una prima classificazione può essere fatta distinguendo tra i gelificanti ad uso diretto ed indiretto, i composti assorbenti ed i sistemi bifasici strutturati. Ad esempio, alcune sostanze vengono direttamente disperse nella fase oleosa ad una temperatura al di sopra del loro punto di fusione, raffreddando poi il tutto in regime statico o dinamico. La struttura di queste sostanze porta alla formazione di un reticolo cristallino che intrappola la fase oleosa all’interno. Alcuni particolari composti (es. biopolimeri, quali amido e cellulosa) però posseggono un predominante carattere idrofilo il quale rende difficoltosa la loro compatibilità con la fase lipidica richiedendo l’uso di metodi indiretti che ne modifichino la conformazione in fase acquosa e promuovano l’assorbimento dell’olio in seguito ad una parziale o totale disidratazione.

Inoltre, esistono sostanze che vengono trattate in modo tale da aumentarne la porosità e capacità assorbente con la fase lipidica o materiali tensioattivi in grado di strutturare un sistema emulsionato.  Parametro chiave per l’uso di questi strutturanti è la concentrazione minima di gelificazione, ovvero la quantità minima del componente gelante necessaria per ottenere il passaggio di stato dell’olio. Essa è fortemente variabile in base all’affinità con la fase lipidica. La scelta del tipo di gelificante è, inoltre, dettata anche da un criterio di compatibilità con l’impiego previsto che può prevedere stress meccanici (operazioni di miscelazione, laminazione, formatura) e/o termici (cottura). Relativamente alle ricerche condotte sull’introduzione di questi oli edibili strutturati all’interno di biscotti, i primi strutturanti testati sono stati mono-gliceridi di acidi grassi (MAG) con l’obiettivo di stabilizzare l’emulsione olio in acqua nell’impasto durante le fasi di miscelazione e cottura. I risultati hanno mostrato un effetto strutturante dei MAG sull’emulsione ma non tale da ottenere valori comparabili ai biscotti di riferimento preparati con grassi saturi.

Tra i componenti a dispersione diretta, le cere naturali hanno attirato l’attenzione per le loro eccellenti proprietà oleogelificanti, la capacità di strutturare a concentrazioni inferiori dello 0.5% e a formare dei gel termo-reversibili. Inoltre, il basso costo e la facilità di utilizzo le rendono le prime candidate per uno scale-up a livello industriale. Esistono varie cere di origine animale e/o vegetale approvate per l’uso alimentare dall’FDA. Le più importanti sono la cera di girasole, di carnauba, candelilla, la cera d’api e quella di crusca di riso. L’uso di cere naturali ha mostrato risultati comparabili rispetto ai grassi di riferimento in termini di funzionalità e qualità in torte, biscotti e anche in prodotti laminati come la pasta sfoglia. Un altro trend che ha canalizzato l’attenzione negli ultimi anni è stato l’uso di biopolimeri nei prodotti da forno, ad esempio in quelli senza glutine. Il limite maggiore riferibile a questi sistemi, come già accennato, è l’inerente carattere idrofilo che non permette una facile solubilizzazione nella fase oleosa.

La ricerca si è, quindi, focalizzata sull’ingegnerizzazione di questi materiali in modo tale da aumentarne la compatibilità con la fase lipidica. Un recente metodo proposto per utilizzare i derivati della cellulosa (es. metilcellulosa, MC, e idrossipropilmetilcellulosa, HPMC) per creare oleogel con un contenuto in olio maggiore del 97%, necessita di un approccio indiretto a due stadi: la preparazione di una emulsione olio in acqua seguita dalla completa rimozione della fase acquosa con la formazione di un network in cui la fase oleosa risulta fittamente impaccata nel reticolo polisaccaridico. Il prodotto ottenuto mostra formidabili caratteristiche reologiche funzionali all’uso nei prodotti da forno per via della elevata capacità di trattenere l’olio e la resistenza termo-meccanica del reticolo capace di sostenere gli stress a cui gli impasti sono sottoposti durante tutto il processo produttivo. In conclusione, le nuove tendenze nutrizionali hanno determinato la necessità di sviluppare nuovi sistemi ingegnerizzati e tecnologicamente compatibili per la sostituzione dei grassi saturi in molti prodotti alimentari, compresi i prodotti da forno dove la fase grassa svolge molteplici funzioni a livello sia tecnologico, sia sensoriale.

Lo sviluppo di sostituti di grassi a base di oli edibili richiede il soddisfacimento di diversi requisiti tecnologici, qualitativi e, ovviamente, di sicurezza alimentare. L’oleogelatinizzazione appare una potenziale alternativa per la totale sostituzione dei grassi in una serie di prodotti alimentari con numerosi studi scientifici relativi alla loro inclusione in prodotti da forno (Tabella 1). Rimane la sfida di trovare soluzioni sempre più ingegnerizzate per ottenere sostituti dei grassi che possano essere effettivamente competitivi a livello di processo e di fattibilità economica e di mercato.

Tabella 1 – Esempi di applicazione di oleogel nel settore dei prodotti da forno

Laura Principato, Giorgia Spigno* – DiSTAS – Dipartimento di Scienze e Tecnologie Alimentari per una filiera agro-alimentare Sostenibile Università Cattolica del Sacro Cuore, Via Emilia Parmense 84, 29122 Piacenza

* giorgia.spigno@unicatt.it

Bibliografia

• Blake A.I., Marangoni A.G. (2015) Factors affecting the rheological properties of a structured cellular solid used as a fat mimetic, Food Research International, 74: 284-293.
• Goldstein A., Seetharaman K. (2011) Effect of a novel monoglyceride stabilized oil in water emulsion shortening on cookies properties, Food Research International, 44: 1476–1481.
• Jang A., Bae W., Hwang H.S., Lee H.G., Lee S. (2015) Evaluation of canola oil oleogels with candelilla wax as an alternative to to shortening in baked goods, Food Chemistry, 187: 525–529.
• Oh I.K., Amoha C., Lim J., Jeong S., Lee S. (2017) Assessing the effectiveness of wax-based sunflower oil oleogels in cakes as a shortening replacer, LWT – Food Science and Technology, 87: 430-437.
• Oh I.K., Lee S. (2018) Utilization of foam structured hydroxypropyl methylcellulose for oleogels and their application as a solid fat replacer in muffins, Food Hydrocolloids, 77: 796-802.
• Patel A.R., Pravin R.S., Grędowska A., Turhan O., Lesaffer A., De Vos W.H., Van de Walle D., Dewettinck K. (2014) Edible applications of shellac oleogels: spreads, chocolate paste and cakes, Food & Function, 5: 645-652.
• Poonnakasem N., Laohasongkram K., Chaiwanichsiri S., Prinyawiwatkul W. (2018) Changes in physicochemical properties and starch crystallinity of sponge cake containing HPMC and extra virgin coconut oil during room temperature storage, Journal of Food Processing and Preservation, 4 1-9.
• Sung W.C, Lin Y.C. (2017) Qualities of cookies made with beeswax-coconut oil organogels as replacement for shortening, Journal of Food and Nutrition Research, 5: 697-707.
• Yilmaza E., Öğütcüa M. (2015) Texture, sensory properties and stability of cookies prepared with wax oleogels, Food & Function, 1: 1-12.