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La progettazione razionale e la fabbricazione di un prodotto alimentare a base di emulsioni con specifiche proprietà fisico-chimiche e sensoriali si basa sulla comprensione delle caratteristiche dei diversi tipi di molecole all’interno del prodotto, nonché sulla natura delle interazioni tra di loro. Le varie molecole all’interno di un’emulsione possono formare una varietà di strutture diverse a seconda delle loro interazioni tra loro.
Le molecole possono:
⊃ far parte di una fase di massa (che può essere solida o liquida) in cui sono circondate da tipi simili di molecole, ad esempio molecole di olio in una fase oleosa.
⊃ essere parte di una soluzione regolare in cui sono circondate da una miscela di molecole simili e dissimili che sono organizzate in modo casuale, ad esempio molecole di zucchero disciolte in acqua.
⊃ essere parte di una soluzione ordinata in cui sono preferenzialmente circondate da molecole dissimili che tendono ad avere un’organizzazione specifica, come gli ioni minerali disciolti in acqua che sono circondati da un guscio di molecole d’acqua altamente organizzate.
⊃ accumularsi in un’interfaccia tra due fasi, come i tensioattivi in un’interfaccia olio-acqua.
⊃ associarsi a molecole simili o dissimili e formare cluster molecolari dispersi all’interno di una fase di massa, come le micelle tensioattive in acqua.
⊃ essere incorporate in una rete 3D che si estende in tutto il sistema e gli conferisce alcune caratteristiche solide, come le molecole di gelatina all’interno di un idrogel. Infine,
⊃ possono far parte di strutture biologiche complesse, come le molecole di fosfolipidi all’interno delle membrane cellulari.
L’organizzazione strutturale di un particolare insieme di molecole è determinata dalle forze che agiscono tra di loro, nonché dalle condizioni ambientali, come temperatura e pressione. Da un punto di vista termodinamico, una certa disposizione di molecole può avere la più bassa energia libera poiché è la migliore che massimizza il numero di interazioni favorevoli, minimizza il numero di interazioni sfavorevoli e massimizza i vari contributi di entropia del sistema. Tuttavia, gli alimenti sono raramente nel loro stato termodinamicamente più stabile in quanto, l’organizzazione strutturale delle molecole è spesso governata da fattori cinetici che impediscono loro di raggiungere la disposizione con la più bassa energia libera.
Forze Covalenti
Forze Elettrostatiche
Forze di Van der Waals
Interazioni di Sovrapposizione Sterica
Forme di Entropia
Conformazione Molecolare
Interazioni Composte
Legami Idrogeno
Interazioni Idrofobiche