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Il termine «idrocolloide» è comunemente utilizzato per descrivere, un gruppo molto eterogeneo di composti, più che altro polisaccaridi, ampiamente utilizzati per le loro varie proprietà funzionali. Tutti gli idrocolloidi hanno in comune una forte affinità con l’acqua, la assorbono e per questo “addensano” un sistema. Molti di loro sono multifunzionali, e possono essere usati come addensanti, gelificanti e stabilizzanti, ma anche come emulsionanti e agenti antischiuma.
Gli idrocolloidi, anche se sono spesso presenti solo a concentrazioni inferiori all’1%, possono avere un’influenza significativa sulle proprietà strutturali e organolettiche dei prodotti alimentari. I cambiamenti nello stile di vita moderno, la sempre crescente consapevolezza del legame tra dieta e salute, e le nuove tecnologie di trasformazione hanno portato a un rapido aumento del consumo di piatti pronti, alimenti funzionali e allo sviluppo di prodotti alimentari ricchi di fibre e a basso contenuto di grassi. Sono numerosi gli idrocolloidi che sono stati sviluppati specificamente per l’uso come sostituti del grasso (fat replacers) ed è per questo che negli anni gli idrocolloidi hanno suscitato sempre più interesse.
Gli idrocolloidi alimentari non esistono come categoria normativa a sé stante, ma ad eccezione della Gelatina, sono additivi E.Number e come tali regolamentati dall’attuale Reg.UE 1333/2008. La maggior parte degli idrocolloidi sono autorizzati per uso generale negli alimenti secondo i livelli di “Quantum Satis”.
Gli idrocolloidi commerciali, derivano da varie fonti: botanica (da piante, da essudati e da tuberi), algale, microbica, e animale.
Commercialmente importanti
di origine BOTANICA
Cellulosa, Amido, Pectina, Gomma di Guar, Farina di Semi di Carrube, Gomma di Tara., Gomma Arabica
da ALGHE
Rosse: Agar e Carragenina
Brune: Alginati
da fonti MICROBICHE
Gomma Xantano,
Gomma di Gellano.
di origine ANIMALE
Gelatina
Quando si ha a che fare con molecole molto grandi, come i polisaccaridi (idrocolloidi, fibre, ecc.), bisogna considerare che le loro caratteristiche e le loro proprietà sono sempre influenzate da due parametri importanti:
⊃ dal numero di unità che le compongono definito anche come Grado di Polimerizzazione (DP),
⊃ dal loro peso molecolare, espresso in Dalton (Da)
I due parametri sono correlati e direttamente proporzionali, più è grande il primo, più lo sarà anche il secondo.
Descrivere in modo generico gli idrocolloidi, è molto complicato perchè è vero che hanno alcune caratteristiche comuni, in primis assorbono acqua e addensano il sistema, ma a causa della loro differenza strutturale, lo fanno con dinamiche diverse. A complicare le cose ci sono anche le innumerevoli variabili di un sistema alimentare, che ovviamente non è semplice come quello della sola acqua. In parole più semplici, quando parliamo delle caratteristiche degli idrocolloidi ci stiamo addentrando nella struttura complessa e variegata dei polisaccaridi, ma anche e soprattutto di tutte le sinergie che possono instaurarsi con ogni singolo componente di un sistema alimentare, che sappiamo non essere quasi mai semplice e lineare.
Sono varie le domande a cui dover dare risposta su ogni singolo idrocolloide, per esempio:
⊃ come interagisce con l’acqua?
⊃ si scioglie a freddo o necessita di calore?
⊃ forma un gel forte, un gel debole o non lo forma affatto?
⊃ come interagisce con gli altri ingredienti dell’alimento? con le proteine, con i sali minerali, ecc.; e ancora,
⊃ presenta sinergie con altri idrocolloidi? da quali viene potenziato e da quali limitato?
Bisogna tenere presente che la varietà degli idrocollodi non si basa solo sul numero di unità che lo compongono e dal loro peso molecolare, ma anche dal tipo di legame glicosidico, dalla conformazione delle catene e dal loro eventuale impacchettamento. In altre parole gli idrocolloidi possono essere molecole:
⊃ lineari o ramificate; quindi con tipologie di legami glucosidici diversi,
⊃ possono avere carica negativa (carragenina, pectina, alginati, xantano, carbossimetilcellulosa);
⊃ o possono essere senza carica (neutre come i galattomannani guar, carruba e tara).
Ne consegue che possono presentare caratteristiche anche molto diverse:
⊃ possono essere solubili a freddo, o solo a caldo,
⊃ possono creare un gel forte, o non crearlo proprio,
⊃ possono essere più o meno viscosizzanti,
⊃ possono interagire con gli ioni o con le proteine presenti nel sistema,
⊃ possono presentare proprietà tixotropiche.
Per quanto riguarda la viscosità delle soluzioni idrocolloidi è influenzata in modo significativo dalla massa*, ma anche dalla struttura molecolare dell’idrocolloide. Per esempio, le molecole lineari e rigide hanno una dimensione idrodinamica maggiore rispetto ai colloidi altamente ramificati e altamente flessibili e quindi danno origine a una viscosità molto più elevata. Anche I polimeri carichi hanno una viscosità maggiore rispetto ai polimeri non ionici di massa molecolare simile, le loro bobine molecolari sono espanse come conseguenza delle repulsioni di carica intramolecolari. Anche la diversa regolazione del pH può portare ad un calo significativo della viscosità.
*anche se è stato dimostrato che la forza del gel aumenta significativamente quando la massa molecolare aumenta fino a ~ 100.000, ma poi a valori più alti diventa indipendente dalla massa molecolare.
Un idrocolloide forma un gel, solo se le sue catene sono in grado di interagire con se stesse. Non tutti gli idrocolloidi formano dei gel, e non tutti i gel che formano sono uguali. Possono essere forti e rigidi come quelli dell’agar e della gelatina, o più deboli e flessibili come quelli della carruba, dello xantano e della carragenina. I gel degli idrocolloidi sono indicati come“gel fisici” perché le loro zone di giunzione sono formate attraverso interazioni fisiche.
Alcuni idrocolloidi formano “gel termoreversibili” in cui la gelificazione avviene durante il raffreddamento o il riscaldamento, mentre altri formano gel non termoreversibili. La formazione di gel avviene
al di sopra di una concentrazione minima critica, specifica per ciascun idrocolloide, e può essere influenzata da vari fattori: dalla concentrazione, dalle condizioni ioniche e dal pH oltre che da interazioni con altri ingredienti alimentari.
TERMOREVERSIBILI
Gelatina, Agar, Κ e ι-Carragenina, Pectina a basso metossile (LM), Gomma di gellano Metilcellulosa e Idrossipropilmetilcellulosa, Gomma xantana, e Farina di semi di carrube.
NON TERMOREVERSIBILI
Alginati, Pectina ad alto metossile (HM),
Tutte le soluzioni colloidali di solito presentano “proprietà pseudoplastiche non newtoniane” e solo occasionalmente, tixotropiche.
Semplificando, un’emulsione è una dispersione di un liquido (la fase dispersa) come piccole goccioline sferiche in un altro liquido immiscibile (la fase continua). I due tipi principali di emulsioni sono olio-in-acqua (O→W) e acqua-in-olio (W→O). Le emulsioni alimentari del tipo O→W includono, per esempio, latte, panna, condimenti per insalata, salse e bevande; Esempi del tipo O→W sono burro e margarina. Alcuni prodotti in emulsione contengono anche altri tipi di fasi disperse, come bolle di gas (per esempio nella panna montata e nel gelato), granuli di amido (nella pastella della torta) e cristalli di ghiaccio (nel gelato).
Nonostante l’ampia diversità di strutture, composizioni e trame di emulsioni alimentari, vi sono alcuni principi di base che possono essere utilizzati per comprendere e prevedere il loro comportamento generale. Un fattore generalmente importante che influenza le loro proprietà di stabilità è la presenza di idrocolloidi. Le emulsioni sono termodinamicamente instabili. Con il tempo tendono a scomporsi nelle loro fasi costituenti di olio e acqua. Il termine “stabilità dell’emulsione” si riferisce quindi alla capacità di un’emulsione di resistere a questi cambiamenti.Più lentamente queste proprietà cambiano, più stabile è l’emulsione. In pratica, stabilità è un termine relativo e dipende dal contesto. Per alcune emulsioni alimentari, come le pastelle per torte o le salse cotte, la scala temporale richiesta per la stabilità è solo di pochi minuti o ore. Ma per altri prodotti, come bevande analcoliche e liquori cremosi, la stabilità dell’emulsione deve essere mantenuta per un periodo di diversi mesi o anni.
Il termine “emulsionante” implica normalmente l’appartenenza alla classe dei tensioattivi a piccole molecole, come i monogliceridi, ma anche ai fosfolipidi (lecitina) e ai polisorbati, che avendo una natura anfititilitica assorbono l’interfaccia olio±acqua formata durante la preparazione dell’emulsione e proteggono le goccioline dalla ricoalescenza immediata. Dato che gli idrocolloidi sono nel carattere molecolare, prevalentemente idrofili, la maggior parte di loro non è attiva in superficie, perciò non può agire come agente emulsionante primario. C’è solo un idrocolloide, vale a dire, la gomma arabica che è comunemente impiegato come agente emulsionante vero e proprio, mentre gli altri come lo xantano, la carbossimetilcellulosa, la carragenina, ecc., svolgono un’azione prevalentamente stabilizzante, aumentando la viscosità della fase acquosa continua.
E400
E401
E402
E403
E404
E405
E406
E407
E407a
E410
E412
E413
E414
E415
E416
E417
E418
E425 (i)
E425 (ii)
E426
E440 (i)
E440 (ii)
E460 (i)
E460(ii)
E461
E462
E463
E464
E465
E466
E468
E469
Acido alginico
Alginato di sodio
Alginato di potassio
Alginato di ammonio
Alginato di calcio
Alginato di propano-1,2-diolo
Agar Agar
Carragenina
Alga Eucheuma trasformata
Farina di semi di Carruba
Farina di semi di Guar
Gomma Adragante
Gomma arabica (acacia)
Gomma di Xantano
Gomma di Karaya
Gomma di Tara
Gomma di Gellano
Farina di Konjac
Glucomannano di Konjac
Emicellulosa di soia
Pectina
Pectina Amidata
Cellulosa microcristallina
Cellulosa in polvere
Metilcellulosa
Etilcellulosa
Idrossipropilcellulosa
Idrossipropilmetilcellulosa
Etilmetilcellulosa
Carbossimetilcellulosa
Carbossimetilcellulosa reticolata
Carbossimetilcellulosa idrolizzata enzimaticamente
Addensante, stabilizzante
Addensante, stabilizzante, gelificante
Addensante, stabilizzante
Addensante, stabilizzante
Addensante, stabilizzante, gelificante, antischiuma
Addensante, emulsionante, stabilizzante
Addensante, stabilizzante, gelificante
Addensante, gelificante, stabilizzante, emulsionante
Addensante, stabilizzante
Addensante, gelificante
Addensante, stabilizzante, emulsionante
Addensante, stabilizzante, emulsionante
Addensante, stabilizzante, emulsionante
Addensante, stabilizzante, emulsionante, antischiuma
Addensante, stabilizzante, emulsionante
Addensante, stabilizzante
Addensante, stabilizzante, gelificante
Addensante
Addensante
Addensante, gelificante e stabilizzante
Addensante, stabilizzante, gelificante, emulsionante
Emulsionante, addensante, stabilizzante, antiagglomerante
Emulsionante, addensante, stabilizzante, antiagglomerante
Addensante, stabilizzante, emulsionante
Legante, Riempitivo
Addensante, stabilizzante, emulsionante
Addensante, stabilizzante, emulsionante
Addensante, stabilizzante, emulsionante
Addensante, stabilizzante, emulsionante, antischiuma
Addensante, stabilizzante, emulsionante
Stabilizzante, legante
Addensante, stabilizzante
Le combinazioni degli idrocolloidi possono generare alcuni interessanti comportamenti sinergici; miscele di idrocolloidi sono comunemente utilizzate per conferire nuove e migliori caratteristiche reologiche. Esempi classici includono l’aggiunta di farina di semi di carrube alla carragenina kappa per produrre gel più morbidi e trasparenti e l’abbinamento carruba/xantana per la formazione di gel. La natura della sinergia può essere dovuta all’associazione delle diverse molecole idrocolloidi o alla separazione di fase. Allo stesso modo vengono sfruttate le interazioni con altri ingredienti, per esempio, l’interazione tra k-carragenina e latte che creano percorsi specifici per la gelificazione. Più specifiche informazioni sulle sinergie dei vari idrocolloidi, le si possono trovare negli approfondimenti dei singoli idrocolloidi.
L’introduzione di idrocolloidi completamente nuovi per uso alimentare è limitata dal grande investimento finanziario necessario per ottenere la necessaria approvazione legislativa. Ci sono alcuni idrocolloidi che hanno una lunga storia di utilizzo negli alimenti in altre parti del mondo e che hanno il potenziale per l’uso come additivi alimentari. Un tipico esempio è il konjac mannano che è stato usato per centinaia di anni in Giappone per produrre noodles e viene mangiato come cibo a sé stante. Questo materiale ha ottenuto solo di recente l’approvazione per l’uso come additivo in Occidente. Quando disciolto in acqua il konjac mannano ha proprietà simili alla farina di semi di carrube, ma produce soluzioni di viscosità più elevate e ha anche una più forte interazione sinergica con la carragenina kappa e la gomma xantana. La ricerca di nuove combinazioni sinergiche continua e questo sta diventando più fruttuoso man mano che aumenta la comprensione delle interazioni e del comportamento di fase delle miscele idrocolloidi. Sono inoltre in fase di introduzione nuove procedure di lavorazione per la formazione di gel tranciati che conferiscono nuove caratteristiche reologiche. Come già anticipato, sebbene gli idrocolloidi siano stati storicamente utilizzati negli alimenti per controllare le proprietà reologiche e la consistenza, i consumatori vengono resi sempre più consapevoli dei loro benefici nutrizionali. Molti idrocolloidi (per esempio, la farina di semi di carrube, la gomma di guar, il konjac mannano, la gomma arabica, la gomma xantana e la pectina), hanno dimostrato di ridurre i livelli di colesterolo nel sangue. Altri, come l’inulina e la gomma arabica, hanno dimostrato di avere effetti prebiotici. Sono resistenti ai nostri enzimi digestivi e passano attraverso lo stomaco e l’intestino tenue senza essere metabolizzati. Sono fermentati nell’intestino crasso per produrre acidi grassi a catena corta e stimolare la crescita specifica di batteri intestinali benefici, in particolare bifidobatteri, e ridurre la crescita di microrganismi nocivi come i clostridi. Nel complesso il mercato degli idrocolloidi è attualmente molto vivace e le prospettive di crescita futura sono eccellenti.
Gel Proteici– Le proteine con strutture molecolari globulari (come le proteine del siero di latte e della soia) possono formare gel come conseguenza della denaturazione delle proteine (attraverso una varietà di meccanismi, come temperatura, pressione e condizioni del solvente) solitamente seguita dalla formazione di legami covalenti tra molecole vicine tramite scambio di disolfuro. La forza del gel può essere influenzata dalla concentrazione proteica, dalle condizioni ioniche e di pH e dalle interazioni con altri ingredienti alimentari. Le proteine possono anche formare gel non covalenti come conseguenza di altre forme di interazioni. Due esempi comuni includono le micelle di caseina nel latte (che possono formare gel di particelle come conseguenza dell’acidificazione o del trattamento con caglio) e la gelatina, che può formare gel termoreversibili come conseguenza della formazione di legami idrogeno.