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Le strutture degli alimenti
I prodotti alimentari che normalmente consumiamo contengono molteplici strutture.
Tra gli esempi più comuni ci sono il latte omogeneizzato, la panna montata e il formaggio.
Questi tre prodotti derivano dalla stessa materia prima (il latte), ma possiedono una diversa struttura.
Infatti, durante il processo produttivo, le interazioni chimico-fisiche tra i componenti del latte (proteine e grassi) portano alla formazione di diverse strutture alimentari.
Vediamo questi tre esempi (Figura 1):
- Emulsione
Latte omogeneizzato, il grasso si trova disperso in gocce, le quali sono stabilizzate/circondate da proteine. - Schiuma
Sappiamo che incorporando aria nella panna possiamo ottenere la panna montata. In questo caso l’aria si trova dispersa sotto forma di bolle circondate da proteine e grasso; - Gel
Il formaggio viene ottenuto sempre a partire dal latte in seguito a trattamenti termici ed enzimatici. Possiamo immaginare la struttura del formaggio come quella di una spugna, in cui l’impalcatura è composta da proteine e grasso; acqua, lattosio, minerali e microrganismi si trovano negli spazi vuoti della struttura a forma di spugna [1].
L’esempio della margarina
Prendiamo ancora un altro esempio e immaginiamo dell’acqua a contatto con del grasso fuso.
Le due sostanze non si mischiano tra loro e rimangono ben divise.
Tuttavia, quando vengono mescolati, l’acqua viene forzata all’interno della matrice lipidica e per ridurre il contatto con i lipidi, adotta una forma sferica.
Se immaginiamo che nella fase acquosa ci siano anche delle proteine, queste migreranno verso la superficie delle goccioline e rilasseranno la tensione creatasi tra le molecole di acqua e quelle lipidiche: l’interfaccia tra lipidi e acqua è ora stabilizzata.
Il sistema ottenuto (emulsione) viene in seguito raffreddato e l’abbassamento della temperatura comporta la riduzione dei movimenti delle molecole.
Quando la temperatura dell’emulsione è sufficientemente bassa, le molecole lipidiche si allineano formando unità cristalline che a loro volta si uniscono e formano degli aggregati.
Questi ultimi si interconnettono e formano una rete cristallina che intrappola le goccioline d’acqua al suo interno [2].
Ecco qui spiegata in semplici parole come avviene la produzione di un prodotto noto come la margarina!
L’importanza delle diverse strutture
Tali esempi ci aiutano a comprendere come diverse strutture alimentari possano essere create utilizzando gli stessi ingredienti, semplicemente modificandone le proporzioni o applicando diversi processi di trasformazione.
La struttura di un alimento, inoltre, influisce sulla percezione sensoriale e sulle proprietà nutrizionali di macro e micronutrienti assorbiti dal nostro sistema digerente [3].
A tal proposito, gli scienziati degli alimenti sono continuamente alla ricerca di nuove soluzioni per far fronte alla crescente richiesta da parte dei consumatori di prodotti più appetibili, sani e sostenibili.
Perché la ricerca di nuove strutture
- Esigenze nutrizionali specifiche: ad esempio, ridotto contenuto di zuccheri, grassi, sale, glutine;
- Integrare la dieta con selezionati macro e micronutrienti: ad esempio, minerali, omega-6 e acidi grassi omega-3, vitamine e provitamine;
- Motivazioni etiche o personali: come nel caso di vegetariani o vegani;
- Impatto ambientale ed energetico: la presa di coscienza dei consumatori ha spinto la ricerca verso lo sviluppo di nuove strutture alimentari sostenibili e quindi capaci di sfruttare al meglio le risorse naturali del nostro pianeta.
Questi sono alcuni dei motivi per cui vengono create nuove strutture alimentari [3].
Spesso si risponde poi a delle semplici domande:
- Qual è la funzionalità che ricerchiamo in questo prodotto alimentare?
- Vogliamo che l’alimento sia simile alla carne anche se è prodotto da ingredienti di origine vegetale?
- Vogliamo che sia arricchito con vitamine che mantengono le loro proprietà nutrizionali durante la conservazione?
- Vogliamo ottenere due prodotti simili utilizzando indifferentemente il burro o l’olio?
La progettazione della struttura
Dopo aver identificato la sfida su cui lavorare, gli scienziati degli alimenti progettano diverse possibili strutture capaci di risolvere la problematica individuata facendo ricorso alla loro creatività.
Successivamente, impiegando le conoscenze relative alle interazioni molecolari (idrofobiche, steriche, elettrostatiche, etc.) e dei fattori che le governano (temperatura, tempo, taglio, pressione, pH, forza ionica, etc.), viene studiata la fattibilità delle strutture proposte.
Infine, la nuova struttura viene assemblata nei laboratori con gli ingredienti precedentemente selezionati (Figura 3).
Alcuni esempi di nuove strutture alimentari:
- Sostituti della carne
Attraverso un processo termomeccanico, le proteine vegetali vengono forzate a formare strutture fibrose simili ai corrispondenti prodotti animali [5];
- Sostituti dell’olio di palma o margarina
L’olio viene fisicamente intrappolato in un network composto da proteine, polisaccaridi o altri lipidi, e il materiale semisolido ottenuto possiede elevate caratteristiche nutrizionali e tecnologiche [2];
- Zucchero poroso
Ottenuto attraverso un processo di spray drying con gas pressurizzato, che consente di mantenere lo stesso grado di dolcezza e allo stesso tempo di ridurre la quantità di zuccheri totali [6];
- Aromi incapsulati in gusci lipidici solidi
Consentono di controllare il rilascio dell’aroma durante la cottura e il consumo [7]. Provate a immaginare quanti aromi potreste avere nella vostra dispensa pronti da aggiungere a ogni vostro piatto.
Conclusioni
Gli alimenti sono una matrice complessa, caratterizzata da numerosi tipi di strutture.
Attraverso un pensiero critico e un processo creativo ben definito, gli scienziati degli alimenti sono capaci di modificare tali strutture o crearne nuove al fine di aumentare i benefici nutrizionali di ogni singolo alimento.
Articolo scritto nell'ambito del progetto LOMBARDY HEALTH BIO - Bando Filiere 2022 - CUP F68C22000490003
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[1] Aguilera, J.M. and P.J. Lillford, Food Materials Science Principles and Practice. First Edition. 2008: Springer-Verlag New York
[2] Marangoni, A.G., et al., Advances in our understanding of the structure and functionality of edible fats and fat mimetics. Soft Matter, 2020. 16(2): p. 289-306. https://doi.org/10.1039/C9SM01704F
[3] McClements, D.J., Future foods: a manifesto for research priorities in structural design of foods. Food & Function, 2020. 11(3): p. 1933-1945. https://doi.org/10.1039/c9fo02076d
[4] McClements, D.J., et al., Structural design principles for delivery of bioactive components in nutraceuticals and functional foods. Critical reviews in food science and nutrition, 2009. 49(6): p. 577-606. https://doi.org/10.1080/10408390902841529
[5] Dekkers, B.L., R.M. Boom, and A.J. van der Goot, Structuring processes for meat analogues. Trends in Food Science & Technology, 2018. 81: p. 25-36. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2018.08.011
[6] De Acutis R., Whitehouse A. S., Forny L., Meunier V. D. M., Dupas-Langlet M., Mahieux J. P. N. (2017). International Publication Number WO2017093309A1. http://hdl.handle.net/10138/338668
[7] Madene, A., et al., Flavour encapsulation and controlled release – a review. International Journal of Food Science and Technology, 2006. 41(1): p. 1-21. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2005.00980.x
