Idrocolloidi, impiego in ambito alimentare

Per la produzione di alimenti come marmellate, gelatine, prodotti di pasticceria, dessert, gel a presa rapida, prodotti a base di frutta e verdura e integratori in gel per lo sport si possono impiegare idrocolloidi. Ma quali sono le caratteristiche che distinguono un idrocolloide da un altro? E come sceglierli?

Gli addensanti o idrocolloidi o gelificanti, sono dei polimeri classificabili in due categorie: proteine e polisaccaridi lineari o ramificati. La forma più semplice di un polimero è il monomero, che si presenta in catena lineare, legato covalentemente.

Il numero di monomeri ripetuti lungo la catena è il grado di polimerizzazione. Queste strutture conferiscono texture e funzioni ai polimeri nei cibi. Le molecole polimeriche che costituiscono gli idrocolloidi, sono organizzate in reticoli e tenute assieme da una combinazione di deboli forze intermolecolari come i legami idrogeno, le forze elettrostatiche, le forze di Van der Waals e interazioni idrofobiche.

I reticoli di molecole polimeriche non presentano quindi legami covalenti, ad eccezione dei ponti disolfuro in alcuni gel proteici. Il meccanismo di gelificazione o addensamento dipende dalla natura degli agenti gelificanti e dalle condizioni di formazione del gel, in particolare: la temperatura, la presenza di ioni, il pH e la concentrazione di agenti gelificanti, etc.

Un’ampia scelta

Un idrocolloide è definibile come un intermedio tra un solido e un liquido, che possiede caratteristiche sia elastiche (solide) che liquide. Quando si formano i gel, avviene una transizione da sol (liquido) a gel (solido). Sono materiali in grado di incorporare grandi quantità di acqua (idrogel), aria (aerogel) o olio (oleogel) nelle loro reti tridimensionali e sono di interesse per molti settori: alimentare, cosmetico, farmaceutico, etc.

In questo articolo ci concentreremo sul settore alimentare, dato che un certo numero di alimenti sono commercializzati sotto forma di gel: marmellate, gelatine, prodotti di pasticceria, dessert, gel a presa rapida, prodotti a base di frutta e verdura e integratori in gel per lo sport. Per sviluppare questi prodotti possono essere impiegati uno o più agenti gelificanti per raggiungere i parametri desiderati.

Il sistema gel multicomposto è un’importante area di interesse in cui due o più sostanze gelificanti vengono utilizzate contemporaneamente per ottenere determinate caratteristiche strutturali e funzionali specifiche. La ricerca tecnologica relativa ai gel di origine naturale ha fatto molti progressi negli ultimi decenni ed ormai questi possono essere paragonati, in termini di prestazioni, a quelli di sintesi.

I gel naturali, possono offrire vantaggi rispetto alle loro controparti sintetiche, anche grazie alla rinnovabilità della fonte, al basso costo, alla biocompatibilità e biodegradabilità. Questi idrocolloidi ​​svolgono una serie di funzioni tra cui emulsioni e dispersioni, sospensioni di materiali particolati, inibizione o riduzione della sineresi, nonché aumento della ritenzione idrica, stabilizzazione di schiume e prevenzione della cristallizzazione nei prodotti surgelati.

Inoltre, sono utilizzati per la loro capacità di controllare la consistenza degli alimenti e per il rilascio controllato di aromi: il vantaggio è proprio tratto dalla capacità di alcune miscele di polisaccaridi di esibire una gelificazione sinergica; associate a queste proprietà fisiche, facilmente misurabili, ci sono anche peculiarità organolettiche (come la fondenza in bocca, caratteristica della pectina).

Gli addensanti sono disciplinati dal Regolamento CE n.1333/2008 del Parlamento europeo e del Consiglio, del 16 dicembre 2008, relativo agli additivi alimentari, come: “qualsiasi sostanza abitualmente non consumata come alimento in se’ e non utilizzata come ingrediente caratteristico di alimenti, con o senza valore nutritivo, la cui aggiunta intenzionale ad alimenti per uno scopo tecnologico nella fabbricazione, nella trasformazione, nella preparazione, nel trattamento, nell’imballaggio, nel trasporto o nel magazzinaggio degli stessi, abbia o possa presumibilmente avere per effetto che la sostanza o i suoi sottoprodotti diventino, direttamente o indirettamente, componenti di tali alimenti”.

Gli idrocolloidi svolgono un ruolo fondamentale nel design alimentare moderno (un esempio è la “cucina molecolare” fondata dallo chef Ferran Adrià). Sono inoltre in grado di aumentare la shelf-life dei prodotti diminuendo l’attività dell’acqua (Aw), possono sostituire i grassi e aumentare la sazietà, riducendo l’assunzione di cibo, e si possono utilizzare nella progettazione di forme alimentari complesse tramite stampa tridimensionale (3D). In merito alla stampa 3D i ricercatori dell’Università di Singapore hanno pensato a una soluzione creativa e sfiziosa: verdure stampate nelle forme più svariate.

Le persone a cui questo progetto si rivolge non sono solo bambini ma, soprattutto, coloro che soffrono di disfagia, malattia per la quale faticano a deglutire, o persone con esigenze nutrizionali speciali in contesti ospedalieri o sportivi, e industrie aerospaziali. I ricercatori hanno usato come inchiostro, che deve essere alimentare, tre differenti gel, ottenuti rispettivamente dai piselli congelati, carote fresche e cavolo cinese fresco. Nella realizzazione dell’inchiostro commestibile è importante la presenza di idrocolloidi per conferire una buona stampabilità; tuttavia, una concentrazione troppo elevata altera il gusto e la percezione dell’aroma.

Le caratteristiche da tenere a mente

Quali sono le caratteristiche che distinguono un idrocolloide da un altro? Come sceglierne uno piuttosto che un altro? Queste sono le principali caratteristiche di cui tenere conto:

• termoreversibilità: i gel termoreversibili si fondono quando vengono riscaldati ad una temperatura sufficientemente elevata (ad eccezione della metilcellulosa, che forma gel termoreversibili che solidificano quando vengono riscaldati e fondono quando vengono raffreddati). I gel termoirreversibili non si sciolgono quando vengono riscaldati. Alcuni gel sono termicamente reversibili, ma la temperatura di fusione è così alta che in pratica non si fondono. La reazione al calore è importante anche nel determinare la sensazione che si prova quando un gel viene riscaldato dalla bocca;
• sineresi: la maggiore o minore tendenza di un gel a rilasciare liquido nel tempo. L’agar, per esempio, tende molto facilmente a perdere acqua e quindi i gel fatti con agar non si possono conservare a lungo, né congelare;
• durezza e fragilità: importanti per la sensazione in bocca;
• viscosità: la maggiore o minore capacità di scorrere (per esempio gelatina di frutta o marmellata);
• rilascio del sapore: con che facilità l’idrocolloide rilascia il sapore degli ingredienti con cui è stato combinato? La colla di pesce rilascia facilmente i sapori, l’alginato no.

Le caratteristiche sopra elencate si riferiscono, soprattutto, al prodotto finale, per esempio budino, gelatina, caramella gommosa, salsa, etc. Tuttavia per l’utilizzo degli idrocolloidi è necessario conoscerne altre caratteristiche di tipo chimico-fisico. Ecco quali:

• Concentrazione: quanto idrocolloide in quanta acqua?
• Dissoluzione (idratazione): a che temperatura si deve sciogliere l’idrocolloide nell’acqua?
• pH: in quale campo di valori di acidità è utilizzabile un idrocolloide? Se la ricetta prevede per esempio del succo di limone, è importante saperlo.
• Temperatura di solidificazione: a che temperatura comincia a solidificare il mio gel? Devo metterlo in frigo?
• Promotori: alcune sostanze favoriscono la formazione del gel. Per esempio, latte e zucchero favoriscono la gelificazione della colla di pesce.
• Inibitori: alcune sostanze impediscono la formazione del gel. Per esempio il sale, gli acidi e soprattutto alcuni tipi di frutta (kiwi, papaya, ananas) contrastano la gelificazione della colla di pesce.
• Tolleranze: con quali altre sostanze posso mescolare l’idrocolloide? Per esempio la colla di pesce tollera fino a circa il 40% di alcol. Resistenza a congelamento e scongelamento: importante per la conservazione. Quello che segue è un elenco dei principali idrocolloidi con alcune delle loro caratteristiche.

Idrocolloidi proteici

• Gelatina (comunemente chiamata “colla di pesce”): si scioglie quando viene scaldata e poi, una volta raffreddata, gelifica.
• Proteine del siero: il calore induce la gelificazione di questo tipo di proteine globulari. La presenza di sale favorisce questa reazione.
• Proteine della soia: la gelatinizzazione della farina di soia avviene grazie al calore. In caso di latte di soia, l’addizione di Sali (Ca o Mg) permette la formazione di gel o caglio. L’acidificazione con glucono-lattone induce l’aggregazione e la denaturazione delle molecole proteiche.
• Proteine del latte: coagulazione acida.
• Proteine dell’uovo: sia albume che tuorlo possono formare gel tramite riscaldamento (denaturazione e aggregazione).

Idrocollidi polisaccaridici

• Agar: molto diffuso nella cucina orientale, è un sostituto vegetale della colla di pesce.
• Carragenina jota e kappa: usata per dessert, gelato, crema, frappé, patè e latti vegetali.
• Gellano: gomma usata come addensante, stabilizzante e sostituto vegetale della gelatina.
• Gomma di guar: addensante, stabilizzante, usato per salse, gelati, salsicce, yogurt e dolci.
• Konjak: impiegato per gelatine alla frutta, gomma da masticare e pasta per “low carb diet”.
• Farina di semi di carrube: addensante per vellutate, creme dolci, gelati, salse per condimenti, confetture e caramelle. In questi ultimi giorni è sotto i riflettori in tutta Europa a causa di contaminazioni con ossido di etilene.
• Metilcellulosa: l’unico idrocolloide solido a caldo. Pectina: usata per gelatine e marmellate Alginato di sodio: addensante, noto per il suo impiego nella “sferificazione”.

La maggiore complessità degli idrocolloidi alimentari rispetto a quelli sintetici ha reso la loro comprensione meno completa ed è ancora possibile apprendere moltissimi nuovi concetti dai polimeri sintetici per poterli utilizzare nella progettazione di gel alimentari innovativi con funzionalità e caratteristiche migliorate.

Nuovi tipi di prodotti potranno essere ottenuti da idrocolloidi multicomponente, aerati e in emulsione. Alcuni idrocolloidi stanno assumendo grande rilevanza soprattutto nel settore dei prebiotici: ci sono diverse applicazioni che richiedono ulteriori approfondimenti su questo stimolante tema.