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Nell’ultimo mezzo secolo, emulsionanti/tensioattivi sono stati utilizzati con successo nell’industria della panificazione. La produzione su larga scala, la meccanizzazione nel processo di panificazione e la crescente domanda dei consumatori di: alta qualità, convenienza e maggiore durata di conservazione, hanno inevitabilmente avvantaggiato l’uso di additivi “funzionali per raggiungere tali obiettivi. Per l’industria della panificazione, ci si aspetta molte caratteristiche degli emulsionanti:
⊃ migliori proprietà di gestione dell’impasto;
⊃ miglioramento del tasso di idratazione e assorbimento d’acqua;
⊃ maggiore tolleranza al tempo di riposo, shock e fermentazione;
⊃ migliore struttura (grana più fine, mollica più luminosa, maggiore uniformità nella dimensione delle celle);
⊃ emulsione dei grassi e riduzione dell’accorciamento;
⊃ migliore ritenzione di gas, e quindi, aumento del volume della pagnotta;
⊃ una maggiore durata di conservazione del pane.
L’effetto degli emulsionanti è legato alla loro interazione con le proteine dell’amido e del glutine. L’interazione con l’amido produce morbidezza e prolunga la shelf-life; mentre l’interazione con le proteine del glutine migliora il volume, la stabilità e la struttura.
Un ruolo tra i più importanti degli emulsionanti nei prodotti da forno è quello della complessazione dell’amido; i granuli di amido comprendono un polisaccaride polimerico lineare di unità di zucchero D-glucosio insolubile in acqua noto come amilosio e un’altra molecola di polimero di glucosio idrosolubile altamente ramificata nota come amilopectina. Quando l’amido viene disperso in acqua e riscaldato, i granuli tendono ad assorbire acqua e a gonfiarsi. Con il calore questi granuli si gelatinizzano, e le molecole di amido raggiungono uno stato viscoso, formando una struttura in gel, ma quando il prodotto si raffredda, le molecole di amido tendono ad essere più vicine l’una all’altra e, “spremono” l’acqua assorbita. Questo fa in modo che l’amido si ricristallizzi in un processo noto come retrogradazione dell’amido.
Gli emulsionanti interagiscono con l’amido e con lui sono in grado di formare complessi insolubili in acqua. La parte di amilosio che viene complessata, per esempio, dai monogliceridi, non partecipa al processo di gelatinizzazione che avviene durante la cottura, questo significa che viene assorbita meno acqua dall’amido ed è più disponibile per le proteine del glutine. Dopo il raffreddamento, l’amilosio complessato non si ricristallizzerà e non contribuirà allo stato raffermo della mollica. L’interazione degli emulsionanti con l’amilopectina blocca le catene laterali dell’amilopectina, ritardando così la retrogradazione.
Durante la gelatinizzazione, la molecola lineare di amilosio insolubile in acqua forma una struttura elicoidale, il cui interno tende a possedere una lieve proprietà lipofila. Quando gli emulsionanti si complessano con l’amilosio attraverso l’attacco delle loro estremità idrofile della coda all’interno della struttura elicoidale, inibiscono automaticamente fisicamente la molecola di amilosio dalla retrogradazione. Poiché esiste una vasta gamma di emulsionanti, ci sono differenze nella misura in cui diversi emulsionanti complessi alle molecole di amido e la forma della molecola ha un grande effetto sul fatto che si adatti alla struttura elicoidale. Per esempio, l’acido grasso deve essere completamente saturo o acido grasso trans-oleico per adattarsi all’interno dell’elica. Se esiste in forma isomerica cis o in una configurazione polinsatura, la struttura con una curva ottica sull’acido grasso renderà impossibile l’inserimento nell’elica; La struttura molecolare e la forma devono essere diritte. Strutture come la lecitina, che contengono due serie di acidi grassi, non sono efficaci agenti complessanti dell’amido, a meno che non subiscano alcune modifiche chimiche, per esempio quelle che scindono uno degli acidi grassi usando l’enzima fosfolipasi. La capacità degli emulsionanti alimentari di formare complessi con componenti di amido, in particolare amilosio, viene valutata utilizzando l’indice di complessazione dell’amilosio (ACI). L’ACI assume un valore compreso tra 0 e 100; 100 rappresenta nessuna affinità di iodio (IA), il che implica che è stata raggiunta la formazione completa del complesso emulsionante amilosio. L’affinità dello iodio (IA) per i complessi di iodio è definita come la frazione o il rapporto tra amilasi e amido.
Una spiegazione scientifica per l’aumento del volume e della migliore struttura delle briciole, dovuta agli emulsionanti, non può essere data con certezza; ma una teoria è legata all’effetto emulsionante e lubrificante del tensioattivo. Farina, acqua, sale e lievito vengono mescolati in un impasto complesso, costituito da amido e acqua che viene tenuto insieme da fili di glutine che formano una rete. L’aggiunta di grasso diminuisce l’attrito tra i fili di glutine sia con se stessi che con le particelle di amido, con conseguente miglioramento delle proprietà viscoelastiche dell’impasto. L’impasto ha una migliore lavorabilità che si traduce in una grana di mollica più fine. Allo stesso tempo, il grasso che viene assorbito dai fili di glutine li rende più elastici. Entrambi gli effetti contribuiscono a migliorare la ritenzione di gas. Un emulsionante, fornisce una buona dispersione del grasso nell’impasto; questo forma un film più omogeneo tra i fili di glutine e le particelle di amido. Tutti questi effetti portano un impasto ben “condizionato” e “rinforzato”, che si traduce in: un volume di pagnotta maggiore, una struttura di mollica fine e regolare, e un pane più morbido.
Una vasta gamma di emulsionanti viene utilizzata nell’industria della panificazione, anche se solo pochi svolgono realmente il ruolo di emulsionare. La principale differenziazione dei ruoli di questi tensioattivi è tra quelli che rendono il prodotto più morbido e quelli che migliorano le proprietà dell’impasto. La lecitina è stato il primo emulsionante utilizzato nell’industria della panificazione. L’effetto della sua aggiunta si esprime in: una mollica più fine, un maggiore volume della pagnotta, migliore stabilità del glutine, migliore emulsione dei grassi, maggiore durata di conservazione e maggiore idratazione del pane. Normalmente, la lecitina viene utilizzata nella preparazione di pani più scuri e pane di grano misto, perché il suo effetto è maggiore sulle farine deboli, specialmente con rese di macinazione dell’85-100%. L’aggiunta dello 0.2% di lecitina pura dà il massimo risultato possibile, a seconda della qualità della farina; al contrario quantità maggiori comportano una diminuzione del volume e una minore strutturazione del pane. L’effetto della lecitina è dovuto alle sue proprietà emulsionanti superficiali e reagisce direttamente con la farina nelle seguenti fasi: adsorbimento fisico sulla superficie delle particelle di farina, gonfiore e formazione di legami chimici e condensazione con le lipoproteine. La reazione più importante è ovviamente la formazione del complesso lipoproteico, questo rafforza la struttura proteica dell’impasto. Il glutine diventa più elastico, l’impasto più liscio, e migliora la ritenzione di gas. Inoltre, viene inibita la retrogradazione dell’amido e di conseguenza aumenta la durata di conservazione.
Mono- e digliceridi, provenienti dagli acidi grassi insaturi, sono deboli e plastici e possono essere aggiunti all’impasto come tali. Se sono costituiti da acidi grassi saturi, la loro consistenza è piuttosto simile alla cera. D’altra parte, i monogliceridi degli acidi grassi insaturi sono meno efficaci come miglioratori. Nell’industria della panificazione i monogliceridi degli acidi grassi saturi sono per lo più applicati, come polvere, come fiocchi o dispersi in oli vegetali.
E471 gliceril monostearato; in primo luogo questo emulsionante non è efficace se utilizzato direttamente come polvere, perché non si scioglie nell’acqua dell’impasto; deve essere prima emulsionato e poi aggiunto all’impasto. Il gliceril monostearato ha il maggiore effetto sulla morbidezza e meno effetto sul volume della pagnotta. Il risultato è una mollica fine con notevole elasticità. L’azione del gliceril monostearato è essenzialmente di ritardare la retrogradazione dell’amido. Il dosaggio ottimale è dello 0,2% rispetto alla base di farina.
E481 Stearoyl-2-lattilato di calcio è invece un tipico condizionatore di impasto, ed è una scelta eccellente perchè: dona volume, ha un buon comportamento in cottura, conferisce una mollica morbida. La struttura delle briciole diventa particolarmente fine e uniforme. La durata di conservazione viene estesa e la lavorabilità dell’impasto risulta migliorata. L’E481 è comunemente usato nella produzione di pane bianco, e il suo dosaggio ottimale è 0,25-0,50% su base di farina.
E482 stearoil-2-lattilato di sodio è a differenza dell’E481 solubile in acqua e mostra proprietà sia come rafforzatore dell’impasto che come miglioratore per la morbidezza del pane. È ampiamente utilizzato nell’industria della panificazione, soprattutto per la produzione di dolci.
Gli idrocolloidi sono ampiamente utilizzati nell’industria alimentare perché modificano la reologia e la consistenza dei sistemi acquosi. Gli idrocolloidi influenzano la stabilizzazione di emulsioni, sospensioni e schiume e modificano la gelatinizzazione dell’amido. Nell’industria della panificazione gli idrocolloidi sono sempre più importanti come miglioratori della panificazione. Migliorano le proprietà di manipolazione dell’impasto, migliorano la qualità del pane fresco e prolungano la durata di conservazione del pane conservato (Rosell e altri 2001). Gli idrocolloidi, come la carbossimetilcellulosa (CMC) e la gomma di guar, hanno dimostrato il loro beneficio nella formulazione di pani senza glutine. L’alginato di sodio, la κ-carragenina, la gomma xantana e l’idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) migliorano la stabilità dell’impasto di grano durante la lievitazione. L’aggiunta di gomma xantana nell’impasto congelato ha la capacità di aumentare la stabilità dell’impasto durante i cicli di congelamento-scongelamento (Guarda e altri 2004). CMC e HPMC hanno un effetto combinato con enzimi ed emulsionanti sulle proprietà tessiturali sia dell’impasto che del pane fresco, ad esempio, alto volume e ritardo dello staling (Collar and others 1999; Rosell e altri 2001; Guarda e altri 2004). Gli idrocolloidi devono essere utilizzati in piccole quantità (< 1% su base di farina) e si prevede che aumentino la ritenzione idrica e il volume della pagnotta e diminuiscano la compattezza e la retrogradazione dell’amido (Collar e altri 1999).
Gli emulsionanti possono interagire con un’ampia varietà di polisaccaridi (come, cellulosa, pectina, carragenina chitosano, ecc.), alterando così la loro conformazione, associazione e/o stabilità, che a sua volta porta ad alterazioni nelle loro proprietà funzionali, come la reologia, l’aspetto, la stabilità e la separazione di fase. L’uso consapevole di queste interazioni permette di creare emulsioni alimentari con nuove proprietà di sviluppare sistemi di incapsulamento o consegna.
Le interazioni tra i tensioattivi e le proteine possono essere dirette o indirette. Quelle dirette coinvolgono il legame tra i tensioattivi e le proteine e possono causare cambiamenti sostanziali nella conformazione, nella stabilità o nelle interazioni delle molecole proteiche. A seconda della natura dell’interazione, questi cambiamenti possono avere un’influenza positiva o dannosa sulle proprietà funzionali delle proteine, per esempio, sull’attività superficiale, sulla capacità di schiuma, sulla gelificazione e sulla solubilità. I tensioattivi possono anche interagire indirettamente con le proteine competendo con loro e spostandole dalle interfacce. Ad esempio, piccoli tensioattivi molecolari vengono aggiunti ad alcuni prodotti alimentari emulsionati per spostare le proteine dalla superficie delle goccioline di olio, facilitando così la coalescenza delle goccioline durante le successive operazioni di raffreddamento e montatura, come nel gelato e nella panna montata.
LECITINE NEI PRODOTTI DOLCIARI
La lecitina, è generalmente l’emulsionante più comune trovato nei prodotti dolciari. La lecitina riduce la tensione interfacciale tra olio e acqua, consentendo la produzione di globuli di grasso più piccoli durante la miscelazione. Aiuta anche a prevenire la coalescenza dei globuli di grasso e la separazione dell’olio durante l’ulteriore lavorazione e conservazione. La lecitina è anche comunemente usata nella gomma da masticare per aiutare a plastificare la base di gomma. 
Probabilmente, l’uso più ampio di lecitina nelle confezioni è nei cioccolatini e nei rivestimenti, dove fornisce una significativa riduzione della viscosità. Le molecole di lecitina si orientano sulla superficie del cristallo di zucchero, la componente più idrofila del cioccolato e dove l’eventuale acqua risiederà, con il gruppo fosfatidile rivolto verso il cristallo e gli acidi grassi che si estendono nella fase del burro di cacao. Rivestendo la superficie idrofila dei cristalli di zucchero, la lecitina impedisce a queste particelle di aggregarsi e consente alle singole particelle di muoversi facilmente l’una sull’altra nel flusso, riducendo così la viscosità. Tipicamente, la lecitina viene utilizzata a livelli inferiori allo 0,5%, a seconda del contenuto di fosfatidile. Livelli più elevati hanno un effetto negativo sulla reologia del cioccolato.
Gli emulsionanti svolgono diversi ruoli importanti anche nel settore dolciario; oltre a contribuire a promuovere l’emulsione e la stabilizzazione dei grassi nei caramelli e nelle toffee, svolgono un ruolo fondamentale nel controllo della viscosità nei cioccolatini e nelle coperture. Inoltre, gli emulsionanti possono agire come inibitori della fioritura nei rivestimenti composti, mentre fisicamente, possono aiutare a fornire una certa lubrificazione e antiaderenza durante la lavorazione e il consumo per esempio della liquirizia e delle compresse. Nella gomma da masticare, gli emulsionanti aiutano a plastificare la base promuovendo l’idratazione della massa durante la masticazione.
Altri emulsionanti, compresi i mono- e digliceridi, gli esteri diacetiltartarici dei monogliceridi, i monogliceridi acetilati e il monoestere del glicole propilenico, hanno dimostrato di avere benefici nei rivestimenti (Weyland and Hartel 2008), sebbene il loro uso non sia diffuso. I mono- e i digliceridi (MAG/DAG) (vedi Figura 4.23) hanno proprietà tensioattive che possono essere sfruttate in alcune confezioni. Possono essere utilizzati a livelli dell’1-2% nel caramello per contribuire a fornire emulsione e migliorare la lubrificazione. Il glicerolo monostearato (GMS) è particolarmente utile in questa applicazione. MAG/DAG e GMS possono essere utilizzati anche in caramelle gommose (masticazioni di frutta, torrone, ecc.) per contribuire a ridurre la viscosità e migliorare la lubrificazione in entrambe le lavorazioni e consumi. Sono particolarmente utili nelle formulazioni a ridotto o basso contenuto di grassi. Mono- e digliceridi possono anche essere utilizzati nelle gomme da masticare per aiutare a plastificare la base della gomma e in confezioni a base di amido come la liquirizia per migliorare le proprietà di incollaggio dell’amido. Alcuni tipi di emulsionanti sono impiegati anche come coadiuvanti tecnologici. Ad esempio, i monogliceridi acetilati possono essere utilizzati come agente distaccante per varie confezioni modellate. L’uso di stearato di calcio o magnesio nelle confezioni in compresse fornisce un altro esempio di dove vengono utilizzati emulsionanti per fornire lubrificazione, in questo caso impedendo alla granulazione della polvere di attaccarsi allo stampo nella comprimitrice.