Piattaforma Tecnico Informativa B2B
Ci trovi al 351 – 3779980
oppure se lo preferisci, mandaci una email
a info@allinfood.it o con
Cellulosa microcristallina come definizione del regolamento (UE) n. 231/2012 è una cellulosa purificata, parzialmente depolimerizzata, preparata mediante il trattamento della cellulosa, ottenuta come polpa da ceppi di materiale vegetale fibroso, con acidi minerali. La MCC è conosciuta anche come gel di cellulosa. Il suo DP è tipicamente <400, mentre il peso molecolare è di circa 36.000 g/mol. La cellulosa microcristallina essendo parzialmente depolimerizzata, possiede catene polimeriche cristalline più corte, così nonostante continui ad essere insolubile in acqua, è comunque in grado di idratarsi sia in acqua, che in alcali, in acidi diluiti e nella maggior parte dei solventi organici. E’ solubile in soluzione di NaOH. La MCC si presenta come una polvere fine e cristallina, di colore bianco, inodore. A concentrazioni inferiori dell’1%, la cellulosa microcristallina forma soluzioni colloidali, mentre a concentrazioni superiori dell’1%, forma gel tissotropici. Durante la produzione di Cellulosa Microcristallina, si ottengono due tipologie di prodotto:
⊃ CELLULOSA MICROCRISTALLINA (regioni cristalline di cellulosa, senza proprietà colloidali)
⊃ CELLULOSA MICROCRISTALLINA (colloide)
La cellulosa microcristallina E460(i) è preparata mediante idrolisi controllata di cellulosa altamente purificata. Durante la produzione di MCC, la polpa di α-cellulosa disciolta viene trattata con un acido minerale diluito (acido cloridrico) e la microfibrilla di cellulosa viene scardinata. Questo processo di idrolisi viene eseguito fino ad ottenere un punto di livellamento del grado di polimerizzazione.
Le regioni paracristalline, che sono aree di struttura molecolare disordinata, vengono indebolite quando la selettività acida le allontana dalla cellulosa cristallina densamente organizzata. Un pò come togliere la malta ad un muro di mattoni. Con il trattamento acido, la cellulosa viene convertita in due frazioni, una solubile in acido e una non solubile di materiale cristallino.
I cello-oligosaccaridi solubili in acqua e il glucosio risultanti vengono rimossi mediante successivo risciacquo e filtrazione. La torta umida rimanente dalla filtrazione contiene invece, solo regioni cristalline pure di cellulosa naturale (CELLULOSA MICROCRISTALLINA non colloide)
CELLULOSA MICROCRISTALLINA COLLOIDALE
Nella produzione del tipo colloidale, alla polpa di cellulosa, dopo l’idrolisi, viene applicata una notevole energia sotto forma di attrito meccanico, al fine di strappare la microfibrilla indebolita e completare il processo di scardinamento. Le attuali tecniche di produzione forniscono rese del 90% di aggregati cristallini colloidali.
ESSICAZIONE
Se la cellulosa colloidale venisse essiccata direttamente, il legame idrogeno causerebbe la corneificazione della cellulosa, impedendole di fatto, di diventare un idrocolloide funzionale. Per questo motivo, si utilizza della CMC che agisce come barriera protettiva durante l’essiccazione. La CMC essendo anche un disperdente, aiuta la MCC nella ridispersione dei microcristalli insolubili nei sistemi acquosi. Nella maggior parte dei gradi colloidali di cellulosa microcristallina (gel di cellulosa), il 60-70% di questi microcristalli è inferiore a 0,2 µg e funziona come stabilizzante dopo la ridispersione in mezzo acquoso. Queste particelle submicroniche non si idratano, ma si disperdono nelle soluzioni acquose.
Nonostante, la stessa cellulosa microcristallina forma un gel tixotropico, la CMC presente, aggiunge ulteriore stabilità e può essere utilizzata per migliorare la reologia del sistema.
Come anticipato, il processo di fabbricazione più comune della cellulosa microcristallina produce due prodotti diversi.
1. CELLULOSA MICROCRISTALLINA IN POLVERE
Questa MCC in polvere è un aggregato di regioni cristalline pure di cellulosa essiccate a spruzzo. La sua granulometria varia da 2 a 200 µg ed è un materiale poroso, spugnoso e plastico. Questa forma non presenta caratteristiche idrocolloidali e viene utilizzata per compresse, applicazioni dietetiche, come vettore di aromi e come agente antiagglomerante. L’aggregato agglomerato di cellulosa microcristallina essiccato a spruzzo è venduto in varie dimensioni 18-50 e 90 µm. Le diverse dimensioni delle particelle influenzano le proprietà di flusso nella compressa, la capacità di assorbimento di olio e acqua, nonché la densità apparente. Sebbene l’MCC sia totalmente un carboidrato, non viene metabolizzato; per questo, può essere utilizzato in alimenti a basso contenuto calorico o come fonte di fibre alimentari.
2. CELLULOSA MICROCRISTALLINA COLLOIDALE
Il secondo tipo principale di cellulosa microcristallina è la cellulosa colloidale idrodispersibile che presenta proprietà simili alle gomme solubili, anche se con caratteristiche intrinseche molto diverse.
DISPERSIONE
La CMM colloidale deve essere dispersa (peptizzata) in un mezzo acquoso per diventare funzionale. Ad esempio, un agglomerato di cellulosa microcristallina essiccato a spruzzo può contenere molti milioni di microcristalli, che necessitano di essere rilasciati per diventare funzionali. I principali fattori che influenzano questa peptizzazione sono:
Il tipo di cellulosa microcristallina selezionata è direttamente influenzata dalla durezza dell’acqua e dal tipo di attrezzatura di dispersione (taglio) disponibile. Più dura è l’acqua e più elettroliti di- e trivalenti nell’acqua per la formulazione, maggiore è il taglio richiesto. Se il taglio non è disponibile, è necessario selezionare un tipo di MCC colloidale essiccato a spruzzo. I sistemi alimentari prevedibili senza problemi possono essere facilmente sviluppati e controllati seguendo queste poche semplici regole: selezionare il prodotto MCC in base alla funzione necessaria, alla durezza dell’acqua, al taglio disponibile, al prezzo, ecc.
I sali, gli acidi e altri ingredienti svolgono un ruolo nella peptizzazione della cellulosa microcristallina colloidale, mentre il calore ha un bassissimo effetto.
A seconda del tipo di cellulosa microcristallina, i microcristalli submicronici, quando dispersi in acqua, formano sospensioni e gel tissotropici dopo aver raggiunto una certa concentrazione. La stabilità del sistema viene ulteriormente migliorata dal supporto dei microcristalli insolubili con CMC, che forma una barriera all’essiccazione. La reologia e la stabilità del sistema possono essere ulteriormente modificate da colloidi di protezione aggiuntivi come la gomma xantano.
La fotografia a fianco illustra le differenze nelle caratteristiche di dispersione dei prodotti MCC. La cellulosa microcristallina allo 0,5% (gel di cellulosa) in ciascuno dei tre cilindri è stata agitata in acqua distillata con un agitatore magnetico da laboratorio per 5 minuti e poi lasciata riposare indisturbata per 24 ore.
Il primo cilindro a sinistra mostra la poca attivazione (peptizzazione) della CELLULOSA MICROCRISTALLINA in POLVERE. Questo tipo non forma un gel colloidale, infatti è ampiamente utilizzato dall’industria, ma non come idrocolloide con funzione di addensante, ma piuttosto come agente antiagglomerante. Il cilindro centrale mostra una dispersione torbida e contiene una cellulosa microcristallina essiccata alla rinfusa. Questo tipo di cellulosa microcristallina richiede attrezzature ad alto taglio specificamente omogeneizzatori per attivare la cellulosa microcristallina. Il cilindro sulla destra, contiene cellulosa microcristallina essiccata a spruzzo, ed è completamente attivata o peptizzata. In questa dispersione, circa il 70% delle particelle sono colloidali e inferiori a 0,2 µm.
FLOCCULAZIONE
Le dispersioni di MCC colloidale possono flocculare per la presenza di piccole quantità di elettroliti, polimeri cationici e tensioattivi, mentre i derivati solubili della cellulosa non ionici hanno una maggiore resistenza alla flocculazione. Le dispersioni MCC sono compatibili invece con la maggior parte dei polimeri non ionici e anionici.
PROPRIETA’ REOLOGICHE
Le dispersioni colloidali di cellulosa microcristallina possono essere sospensioni versabili o gel tixotropici lisci, a seconda della concentrazione dei solidi. I gel di cellulosa microcristallina sono altamente tissotropici e hanno un valore di resa finito a basse concentrazioni. Il valore di snervamento e l’elasticità sono dovuti al collegamento delle particelle solide per formare una rete. Quando il gel viene tagliato, le particelle si separano e agiscono indipendentemente, rompendo la rete e il gel si assottiglia a causa di tale taglio. Quando la dispersione viene lasciata riposare dopo la tosatura, un valore di resa viene ristabilito rapidamente, in pochi minuti, e le particelle solide si riformano in una rete.
Quando CMC viene aggiunto ai gel colloidali di MCC, le molecole polimeriche solubili assorbono sulle particelle MCC. All’aumentare della proporzione della CMC, i gel diventano meno tixotropici e il loro valore di resa diminuisce. Allo stesso tempo, aumenta la resistenza alla flocculazione. Un comportamento simile è mostrato da miscele di prodotti di cellulosa microcristallina con metilcellulosa. Le proprietà reologiche dei gel colloidali di cellulosa microcristallina sono modificate dall’aggiunta di carbossimetilcellulosa (CMC), metilcellulosa (MC), gomma xantana e altre varie gomme.
STABILITA’ TERMICA
Partendo dal presupposto che, le variazioni di temperatura hanno scarso effetto sulla viscosità della dispersione di cellulosa microcristallina, due sono le proprietà della cellulosa microcristallina colloidale, particolarmente interessanti per l’applicazione nei prodotti alimentari. La prima è l’effetto stabilizzante sulle emulsioni e la seconda è la tenuta della consistenza durante processi ad alta temperatura. Le proprietà fisiche delle dispersioni colloidali di MMC, sono molto diverse per esempio, dalle proprietà dei gel di amido, infatti, le MMC sono state trovate particolarmente vantaggiose in preparazioni alimentari il cui processo prevede alte temperature, soprattutto quando sono presenti condizioni acide, dove sistemi a base di amido o gomma dimostrano di essere poco performanti o addirittura inattivati da queste condizioni produttive.
Le diverse CMM prodotte, variano sostanzialmente in termini di funzionalità, composizione, origine delle materie prime e metodo di applicazione. Normalmente tipologie diverse di CMM colloidali, non sono intercambiabili. Ad esempio, alcune necessitano di essere omogeneizzate, mentre altre richiedono solo buone agitazioni, altre ancora possono essere attivate e diventare funzionali in un sistema alimentare semplicemente mescolando con il cucchiaio. All’interno della gamma ci sono vari gradi di forza colloidale al 30% , al 60 e al 70%. In generale, più colloidale è l’MCC, minore è la quantità necessaria per stabilizzarsi. Più grande è la dimensione del microcristallo, più bianco è il prodotto finale. A seconda della percentuale di cellulosa microcristallina colloidale e della barriera CMC utilizzata, i prodotti varieranno nella loro tissotropia e nella loro opacità.
La cellulosa microcristallina deve essere sempre il primo ingrediente aggiunto all’acqua, mentre gli acidi e i sali dovrebbero essere aggiunti per ultimi. La necessità che MCC sia uno dei primi ingredienti aggiunti al sistema alimentare è triplice. In primo luogo, se l’MCC viene ricoperto di grasso, l’acqua non può gonfiare l’agglomerato e i microcristalli non vengono rilasciati. In secondo luogo, MCC richiede una notevole quantità di acqua libera e non riesce a competere con altre gomme o amidi per quell’acqua. Meno elettroliti nel sistema prima dell’attivazione della cellulosa microcristallina, più efficace e maggiore è la percentuale di materiale colloidale rilasciato.
Per essere funzionale in un sistema alimentare, l’agglomerante essiccato di cristalli deve essere peptizzato, in modo che i singoli microcristalli vengano rilasciati nella fase acquosa del cibo. Quando un numero sufficiente di microcristalli viene disperso nella fase acquosa, si verifica la stabilizzazione. E’ utile ricordare che, questi cristalli non si idratano ma semplicemente si disperdono (peptizzano) nella fase acquosa. La dispersione (peptizzazione) delle particelle di cellulosa insolubili 0,2µm è aiutata dalla CMC che viene utilizzato nella produzione per prevenire il legame idrogeno e migliorare il gusto. La rapida idratazione della CMC non solo spinge i microcristalli dalla loro matrice essiccata, ma collega anche i cristalliti insieme dopo la reidratazione per formare una rete di gel tixotropici. Questo gel tixotropico è molto stabile con il calore, con il taglio e a pH fino a 3,5. La sua stabilità ad alti livelli di sale e a pH più bassi può essere notevolmente aumentata con l’aggiunta di colloidi protettivi, come la gomma xantana e la CMC.
Una volta raggiunto il livello adeguato di microcristalli per l’acqua disponibile, la CMM presenta le seguenti funzioni:
Emulsioni
Sebbene i microcristalli di MCC siano molto più idrofili di quanto non siano lipofili, si teorizza che i cristalli si localizzino nell’interfaccia attorno ai globuli di grasso. Per questo motivo, anche se non hanno proprietà tensioattive, possiedono eccellenti proprietà di stabilizzazione nelle emulsioni.
Gel di zucchero
L’aggiunta di saccarosio alle dispersioni acquose di MCC colloidale produce viscosità più elevate di quanto ci si aspetterebbe dai rapporti cellulosa/acqua microcristallina. A concentrazioni inferiori all’1% di cellulosa microcristallina si ottengono sciroppi viscosi versabili; Ma a concentrazioni di gel di cellulosa superiori all’1%, si formano gel tixotropici. Così è possibile conferire molte proprietà reologiche uniche della cellulosa microcristallina ai sistemi di saccarosio gelificati
Controllo dei cristalli di ghiaccio
L’aggiunta di cellulosa microcristallina allo 0,4% alla miscela di gelato preserva la consistenza originale dei prodotti da dessert congelati durante lo stoccaggio e la distribuzione aumentando la loro resistenza allo shock termico e mantenendo il sistema trifase di questi prodotti di aria / grasso / acqua. Consente inoltre di ridurre il contenuto di grassi e solidi dal 2 al 4% con una perdita minima di consistenza.
Quando l’acqua si congela, forma grandi cristalli di ghiaccio che forzano la concentrazione delle proteine e di altri solidi, facendoli aggregare. Ma quando i cristalli di ghiaccio si dissolvono, i solidi non si reidratano completamente. Ampie superfici della cellulosa microcristallina consentono l’assorbimento dell’umidità durante il ciclo di congelamento/disgelo, impedendo così la migrazione dell’umidità e controllando l’aggregazione delle proteine.
Come la carragenina, la cellulosa microcristallina (gel di cellulosa) ha la capacità di prevenire la separazione del siero di latte nelle miscele, contrastando così gli effetti destabilizzanti di alcune gomme solubili.
Riduzione calorica e aggiunta di fibre
Il gel di cellulosa è ideale per l’uso negli alimenti, dove la densità calorica deve essere controllata. In alcuni alimenti, la cellulosa microcristallina è stata utilizzata anche per aumentare il contenuto di fibre grezze. I due tipi fondamentali di MCC sono entrambi utilizzati per questa applicazione.
Gli agglomerati essiccati a spruzzo di MCC variano in granulometria da 90 a 200 µm. Questi prodotti MCC in polvere vengono utilizzati come sostituto diretto di ingredienti ad alto contenuto calorico, come farina, zucchero e grassi in prodotti alimentari a bassa umidità. Nei prodotti alimentari ad alta umidità, vengono applicati i gradi MCC colloidali multifunzionali dispersibili in acqua. Questi gel colloidali idrodispersibili controllano la porzione acquosa della formulazione, ma sospendono anche solidi, schiume stabilizzate ed emulsioni, modificano la consistenza e controllano la crescita dei cristalli di ghiaccio nei dessert surgelati.
A causa della rimozione di ingredienti primari come zucchero, grassi e amido, queste applicazioni sono difficili e richiedono una corretta selezione dei tipi di cellulosa, nonché alterazioni nella procedura di produzione e nella formulazione.
Sospensione
Le dispersioni di cellulosa microcristallina a livelli dello 0,3% tengono in sospensione solidi come il cioccolato nelle bevande al cioccolato sterilizzate, a causa dell’interazione della cellulosa microcristallina con i solidi del latte. Dove questa interazione non è disponibile, possono essere necessari livelli dallo 0,5 all’1,5% per sospendere grandi particelle pesanti. Un esempio potrebbe essere nelle operazioni di inscatolamento, dove le sospensioni dei solidi durante la cottura sono importanti.
Alimenti estrusi formati
Probabilmente il miglior esempio di MCC in un alimento estruso che utilizza l’effetto strutturante di MCC sono le patatine fritte congelate fabbricate. Importanti miglioramenti nella qualità di queste patatine si ottengono in tutte le fasi, dall’estrusione iniziale dell’impasto al consumo finale, attraverso l’aggiunta dell’1% o meno in peso di cellulosa microcristallina alla formulazione dell’ingrediente Poiché aggiunge compattezza strutturale e integrità all’impasto, MCC (gel di cellulosa) migliora l’estrudibilità e riduce la rottura dopo l’estrusione. Questo effetto strutturale migliora anche il corpo e la consistenza delle patatine , fornendo una consistenza più liscia, meno spazi vuoti e crosta più sottile.
Il risultato è una frittura più tenera, ma soda con una “sensazione in bocca” più piacevole. Uno dei principali benefici ottenuti attraverso l’uso di MCC (gel di cellulosa) è una riduzione di circa il 15% dell’assorbimento di olio da cucina da parte del prodotto durante la frittura.
