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EMULSIONANTI
pubblicato il 21 marzo 2024
Gli emulsionanti sono una famiglia di sostanze, per lo più additivi, estremamente numerosa e diversificata, accomunati però dalla capacità di formare e mantenere una miscela omogenea di due o più fasi immiscibili tra loro. Come additivi alimentari, gli emulsionanti svolgono un ruolo molto importante nel consentire a componenti idrofili (come l’acqua) e alle sostanze idrofobiche (come gli oli), di mescolarsi insieme per formare un prodotto omogeneo e stabile o un’emulsione.
I termini emulsionante e tensioattivo vengono vengono spesso usati in modo intercambiabile per descrivere molecole anfifiliche caratterizzate dalla presenza di un gruppo idrofilo “testa” che ha un’alta affinità per l’acqua, attaccato a un gruppo lipofilo “coda” che ha invece, un’alta affinità per l’olio.
Questa caratteristica permette loro di risiedere nell’interfaccia olio-acqua, riducendo la tensione interfacciale, collegando e rendendo stabili due fasi (acquosa e oleosa) che normalmente non si mescolerebbero insieme.
Cosa fanno gli Emulsionanti?
Oltre al ruolo di aiutare l’olio e l’acqua a rimanere in emulsioni stabili, gli emulsionanti presentano svariate e diverse funzionalità a seconda del prodotto alimentari in cui vengono usati.
In termini generali, le loro strutture molecolari uniche consentono di incrementare la qualità di un’ampia varietà di prodotti alimentari, per esempio esaltandone l’appetibilità, massimizzadone il volume e migliorandone le proprietà tessiturali e di stabilità.
Molti alimenti trasformati sono basati su emulsioni; in alcuni casi è l’intero alimento ad essere un’emulsione, in altri, potrebbe esserlo stato solo in una certa fase della sua lavorazione. Questo spiegherebbe perché oltre al ruolo di aiutare l’olio e l’acqua a formare emulsioni stabili, per esempio nei dressing, gli emulsionanti hanno moltissimi altri ruoli diversi a seconda dell’applicazione alimentare.
Tra i più importanti:
⊃ massimizzare il volume e l’aerazione dei prodotti,
⊃ migliorare le proprietà tessiturali degli alimenti,
⊃ conferire stabilità alle schiume,
⊃ promuovere la coalescenza parziale dei grassi, e
⊃ migliorare l’appetibilità e il sapore dei cibi.
Come sono fatti?
Le caratteristiche di ogni emulsionante dipende dalla sua struttura e dalla natura dei suoi gruppi di testa e di coda.
La differenza nelle proprietà degli emulsionanti non è solo legata alle dimensioni e alla forma del loro gruppo idrocarburico, ma anche principalmente correlata alla differenza del gruppo idrofilo. Il cambiamento del gruppo idrofilo è molto più grande di quello del gruppo idrofobo.
Il gruppo di testa degli emulsionanti può essere ionico ( anionico, cationico o zwitterionico* ), il gruppo di coda dei tensioattivi di solito è costituito da acidi grassi.
Gli acidi grassi sono i lipidi più semplici, e si distinguono per la natura della catena di carbonio (catena alifatica) attraverso la sua lunghezza, il grado di insaturazione o l’orientamento dei doppi legami insaturi. Negli emulsionanti queste code possono essere sature o insature, lineari o ramificate e alifatiche e/o aromatiche, ma la maggior parte dei tensioattivi alimentari hanno una o due catene alifatiche lineari, che possono essere sature o insature. 
* Un tensioattivo zwitterionico ha gruppi caricati sia positivamente che negativamente sulla stessa molecola.
I tensioattivi alimentari sono prodotti industrialmente da processi chimici che utilizzano una varietà di materie prime diverse, come grassi, oli, glicerolo, acidi organici, zuccheri e polioli. Nonostante siano normalmente chiamati con un nome chimico specifico, la maggior parte dei tensioattivi commerciali sono in realtà miscele altamente complesse di un certo numero di specie chimiche diverse. Questa eterogeneità composizionale può avere un grande impatto sulle loro proprietà funzionali nel loro utilizzo nei prodotti alimentari. Inoltre, gli emulsionanti sono spesso utilizzati in combinazione tra loro, piuttosto che come singoli componenti, poiché in questo modo è possibile ottenere proprietà funzionali migliorate. Gli ingredienti tensioattivi per l’utilizzo nell’industria alimentare sono disponibili in una varietà di forme diverse, tra cui liquidi, paste e polveri. Molti produttori di ingredienti forniscono informazioni dettagliate sulla composizione, le proprietà e le prestazioni funzionali dei tensioattivi che trattano.
Quali sono?
Se parliamo di additivi, nei prodotti alimentari è AMMESSA un’ampia gamma di tensioattivi; sotto, in ordine di numero E, un elenco dei più usati :
E322 LECITINE
E433 MONOLEATO DI POLIOSSIETILENE SORBITANO (POLISORBATO 80)
E435 MONOSTEARATO DI POLIOSSIETILENE SORBITANO (POLISORBATO 60)
E436 TRISTEARATO DI POLIOSSIETILENE SORBITANO (POLISORBATO 65)
E470a SALI DI SODIO, DI POTASSIO E DI CALCIO DEGLI ACIDI GRASSI
E470b SALI DI MAGNESIO DEGLI ACIDI GRASSI
E471 MONO- E DIGLICERIDI DEGLI ACIDI GRASSI
E472a ESTERI ACETICI DI MONO- E DIGLICERIDI DEGLI ACIDI GRASSI
E472b ESTERI LATTICI DI MONO- E DIGLICERIDI DEGLI ACIDI GRASSI
E472c ESTERI CITRICI DI MONO- E DIGLICERIDI DEGLI ACIDI GRASSI
E472d ESTERI TARTARICI DI MONO- E DIGLICERIDI DEGLI ACIDI GRASSI
E472e ESTERI MONO- E DIACETILTARTARICI DI MONO- E DIGLICERIDI DEGLI ACIDI GRASSI
E473 ESTERI DI SACCAROSIO DEGLI ACIDI GRASSI, SUCRESTERI
E475 ESTERI POLIGLICERICI DEGLI ACIDI GRASSI
E477 ESTERI DELL’1,2-PROPANDIOLO DEGLI ACIDI GRASSI
E481 STEAROIL-2-LATTILATO DI SODIO
E482 STEAROIL-2-LATTILATO DI CALCIO
E491 MONOSTEARATO DI SORBITANO
E492 TRISTEARATO DI SORBITANO
Le proteine e i polisaccaridi (Biopolimeri Anfifilici) sono polimeri presenti in natura che possono spesso essere utilizzati come emulsionanti negli alimenti. Tra i polisaccaridi troviamo gli idrocolloidi:
E405 ALGINATO DI PROPAN-1,2-DIOLO
E407 CARRAGENINA
E412 GOMMA DI GUAR
E413 GOMMA ADRAGANTE
E414 GOMMA ARABICA
E416 GOMMA DI KARAYA
E440 PECTINE
E460(i) CELLULOSA MICROCRISTALLINA
E460(ii) CELLULOSA IN POLVERE
E463 IDROSSI-PROPIL-CELLULOSA
E464 IDROSSI-PROPIL-METILCELLULOSA
E465 ETILMETILCELLULOSA
E466 CARBOSSIMETILCELLULOSA
Tra le proteine:
GELATINA
PROTEINE DEL LATTE
PROTEINE VEGETALI
Quali sono i fattori per scegliere un Emulsionante?
A causa di una vasta gamma di sostanze chimiche che esistono all’interno di così tanti diversi tipi di emulsionanti alimentari, ne consegue che scegliere l’emulsionante appropriato per un particolare prodotto alimentare può essere anche molto difficile. Sono stati proposti diversi schemi di classificazione che è utile conoscere per facilitare una selezione razionale dei tensioattivi per particolari applicazioni.
I più utili sono basati:
- sulla loro solubilità in olio e/o acqua (regola di Bancrofts),
- sul loro rapporto tra gruppi idrofili e lipofili (numero HLB),
- sulla loro carica ionica,
- sulla loro affinità relativa per le fasi olio e acqua (numero HLD)e,
- sulla loro geometria molecolare (parametro di imballaggio).
In pratica, tutte queste proprietà dipendendo dalla struttura chimica del tensioattivo, e sono strettamente correlate tra loro.
Come lavorano gli Emulsionanti
Quando due sostanze sono immiscibili tra loro, esiste una tensione interfacciale al confine delle stesse che deriva dalla mancanza di interazione tra le molecole immiscibili. Le molecole di ciascun lato possono interagire solo con i vicini sul proprio lato.
Le emulsioni sono possibili perché la tensione superficiale che esiste tra i componenti immiscibili viene ridotta dall’azione di molecole (stabilizzanti) che consentono alle fasi immiscibili di formare una fase omogenea stabile nota appunto come emulsione. Gli stabilizzanti tensioattivi, sono utilizzati per ridurre il lavoro necessario per superare l’energia libera superficiale, per disperdere una fase nell’altra e stabilizzare l’emulsione finale.
La porzione idrofila della molecola di un emulsionante è attratta dalla fase acquosa mentre l’aspetto lipofilo della molecola è attratto dalla fase oleosa. Pertanto, l’emulsionante si trova in un’interfaccia olio-acqua con il gruppo idrofilo (amante dell’acqua) sul lato acquoso e il gruppo lipofilo (amante dei lipidi) sul lato olio dell’interfaccia. In tal modo, l’emulsionante riduce la tensione interfacciale dell’interfaccia olio-acqua. La tensione interfacciale al confine tra una fase oleosa e una fase acqua, deriva dalla mancanza di interazione tra le molecole attraverso il confine, nello stesso modo in cui una superficie d’acqua esposta all’aria mostra una tensione superficiale. Le molecole su ciascun lato dell’interfaccia possono interagire solo con i vicini sul proprio lato dell’interfaccia. C’è una forza sulle molecole dell’interfaccia perché possono interagire solo su tre lati. Quando un emulsionante risiede in quel confine, fornisce e riduce la tensione interfacciale in base alla sua natura e alla sua concentrazione. A bassi livelli di emulsionanti, la tensione interfacciale diminuisce all’aumentare della concentrazione dell’emulsionante. Una volta che l’interfaccia è completamente satura di molecole emulsionanti, non si vedono ulteriori diminuzioni della tensione interfacciale. Questo livello è chiamato concentrazione critica di micelle. L’ulteriore aggiunta di molecole emulsionanti provoca la formazione di strutture (ad esempio, micelle) all’interno di una delle fasi (olio o acqua), a seconda della natura dell’emulsionante. La concentrazione critica di micelle, diminuisce con l’aumentare della lunghezza della catena idrocarburica dei gruppi non polari o con l’aggiunta di elettroliti tensioattivi ionici.
Come si usano gli Emulsionanti?
Dipende dal tipo di emulsionante, per esempio i tensioattivi a basso peso molecolare (come i Mono e Digliceridi), sarebbe opportuno inserirli nella fase in cui sono più solubili. In altre parole, quelli idrosolubili dovrebbero essere dispersi nella fase acquosa, mentre i tensioattivi solubili in olio andrebbero dispersi nella fase lipidica.
Nonostante questo, è comune miscelare il tensioattivo direttamente nelle due fasi, prima dell’omogeneizzazione. Anche se, per essere sicuri che il tensioattivo sia adeguatamente disperso, è sempre utile seguire le indicazioni del fornitore, poichè eventuali trattamenti necessari (per esempio, trattamento termico e agitazione), dipendendono fortemente dal tipo di emulsionante.
Nel caso invece di grosse molecole, come i polisaccaridi e le proteine, è utile sapere che:
I biopolimeri anfifilici devono essere completamente dispersi e sciolti in una soluzione acquosa prima di essere in grado di esibire le loro desiderabili proprietà emulsionanti.
La solvatazione degli ingredienti dei biopolimeri prima dell’omogeneizzazione è quindi un passo importante nella formazione di molte emulsioni alimentari.
Questo processo di solito comporta una serie di fasi, tra cui dispersione, bagnatura, gonfiore e dissoluzione.
La velocità e l’entità della dissoluzione dipendono da molti fattori, tra cui:
- la forma (per esempio, liquido, polvere o granuli),
- il tipo e,
- la conformazione del biopolimero,
- le condizioni della soluzione (pH, forza ionica e temperatura) e,
- l’applicazione delle forze di taglio.
Generalmente, i fattori che favoriscono le interazioni biopolimero-biopolimero tendono ad opporsi a una buona dissoluzione, mentre i fattori che favoriscono le interazioni biopolimero-solvente tendono a promuovere una buona dissoluzione.
Questi fattori sono principalmente governati dalla natura delle interazioni molecolari che dominano nel particolare sistema, che dipende fortemente dal tipo di biopolimero e dalla composizione del solvente.
Le linee guida sulle condizioni più appropriate richieste per disperdere e dissolvere specifici biopolimeri alimentari sono solitamente fornite dai fornitori.
In ogni modo, dopo che un ingrediente biopolimerico è stato adeguatamente sciolto nella fase acquosa, è importante assicurarsi che la soluzione e le condizioni ambientali (per esempio, pH, forza ionica, temperatura e composizione del solvente) non promuovano l’aggregazione delle goccioline durante l’omogeneizzazione o dopo la formazione dell’emulsione.
Per esempio, è difficile produrre emulsioni stabilizzate con le proteine a valori di pH vicini al loro punto isoelettrico o ad alte concentrazioni di sale perché la repulsione elettrostatica tra le goccioline sarebbe insufficiente a prevenire l’aggregazione delle goccioline nelle emulsioni.
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