Attività dell'acqua negli alimenti funzionali

Pomodori ricchi di licopene. Dolci arricchiti di CBD. Superalimenti come mirtilli e semi di melograno. Latte arricchito di vitamina D. Gli alimenti funzionali si presentano sotto diverse forme, ma condividono lo stesso obiettivo: prevenire le malattie e migliorare la salute attraverso la nostra dieta quotidiana.

Mantenere i benefici

Tutti gli alimenti contengono macro e micro-nutrienti che contribuiscono alla salute. Gli alimenti funzionali contengono qualcosa di più: composti che hanno un beneficio specifico per la salute o una funzione di lotta alle malattie. Che si tratti di composti naturali o aggiunti a un prodotto, gli alimenti funzionali che vengono promossi per i loro benefici devono affrontare una sfida unica: stabilire una durata di conservazione che garantisca non solo la sicurezza ma anche l'efficacia dell'ingrediente funzionale.

Proteggere l'ingrediente funzionale

Gli ingredienti funzionali tendono ad essere altamente suscettibili alla degradazione. La luce, il calore, l'umidità e i livelli di pH influiscono sui tassi di degradazione. Quando un ingrediente funzionale viene pubblicizzato come parte di un prodotto conservabile, i produttori devono comprendere l'impatto del pH e dell'attività dell'acqua sulla potenza di tale ingrediente nel tempo. L'attività dell'acqua del prodotto è uno dei criteri importanti da considerare durante la formulazione e la produzione per garantire che i benefici per la salute promessi siano effettivamente forniti.

L'impatto dell'umidità

Quando gli ingredienti funzionali sono inclusi nelle bevande, la degradazione può essere rapida. Ad esempio, la Figura 1 

mostra il cambiamento di concentrazione di un succo d'arancia fortificato con vitamina C. Nel corso di quattro settimane, la concentrazione diminuisce fino al 50% (Nutraceutical Business Review, 2018). Molte vitamine e probiotici subiscono un effetto simile quando vengono esposti ad ambienti ad alta umidità (Turkmen, Priyashantha e Jayarathna, 2019). 

È possibile rallentare la degradazione riducendo l'attività dell'acqua (Aw) dell'alimento funzionale. Un modo per farlo è produrre un alimento funzionale al valore monostrato, ovvero il valore a cui un prodotto alimentare è più stabile dal punto di vista dell'umidità. Ma che cos'è esattamente il valore di monostrato, ed è qualcosa che la maggior parte dei produttori dovrebbe cercare di raggiungere?

Stabilità al monostrato

Il monostrato è un concetto teorico, postulato da un trio di fisici (Stephen Brunauer, Paul Emmett ed Edward Teller) nel 1938. La teoria, riferita a un mezzo alimentare poroso, è la seguente: quando un materiale completamente secco viene idratato, ci sarà un punto in cui le molecole d'acqua ricoprono la superficie di ogni particella del prodotto con uno spessore di una molecola. In teoria, questo è il punto più stabile di un prodotto, quando ogni particella è rivestita, e appena appena, da molecole d'acqua. Per i prodotti ad alto contenuto proteico, è possibile assorbire molta acqua prima di raggiungere il monostrato, perché le proteine hanno molte pieghe e molta area da rivestire per unità di massa. Lo zucchero cristallino, invece, è un semplice cubo, con quasi nessuna area da ricoprire per unità di massa.

I prodotti sono in grado di assorbire quantità diverse di acqua, ma per la maggior parte di essi il primo strato - il monostrato - si completa intorno a un'attività idrica abbastanza costante: 0,3 aw. Alcuni dei prodotti che si trovano tipicamente in questo intervallo di attività dell'acqua sono i cereali per la prima colazione, la farina e la pasta. Non sorprende che questi prodotti altamente conservabili siano stati il metodo di somministrazione preferito dai programmi di fortificazione statunitensi fin dagli anni '40 (Comitato dell'Istituto di Medicina (USA), 2003). 

Consistenza più fresca

Perché allora tutti gli alimenti funzionali non vengono prodotti al loro valore monostrato? In poche parole, perché i consumatori moderni vogliono un tipo diverso di alimento funzionale: qualcosa di più morbido, dal sapore più fresco e naturale, ma sempre pronto da mangiare. I produttori creano alimenti funzionali conservabili a livelli di attività dell'acqua molto più elevati. L'essiccazione al valore di monostrato li renderebbe secchi e poco appetibili. A questi livelli di attività dell'acqua, la formulazione diventa un complesso gioco di equilibri per massimizzare la conservabilità dell'ingrediente funzionale e mantenere il prodotto morbido e dal gusto fresco. 

Tracciamento dei tassi di degrado

L'attività dell'acqua svolge un ruolo essenziale in questo equilibrio. I formulatori saranno enormemente aiutati dalla mappatura dei tassi di degradazione dell'ingrediente funzionale con l'attività dell'acqua. Sebbene i tassi di degradazione siano correlati all'attività dell'acqua, i diversi ingredienti hanno relazioni diverse. Molte vitamine, ad esempio, si degradano più rapidamente all'aumentare dell'attività dell'acqua (si veda ad esempio Lavelli, Zanoni e Zaniboni, 2007; Sablani, Al-Belushi, Al-Marhubi e Al-Belushi, 2007). Altri ingredienti, come i probiotici, hanno intervalli specifici in cui raggiungono la massima stabilità. L'ottimizzazione dell'attività dell'acqua può prolungare la durata di conservazione da giorni a mesi.

Ottimizzare la durata di conservazione

Più l'alimento funzionale è naturale, maggiore è il ruolo dell'attività dell'acqua. Nella frutta secca, ad esempio, l'attività dell'acqua del prodotto funzionale influisce non solo sulla durata di conservazione dell'ingrediente funzionale, ma anche sulla suscettibilità alla formazione di muffe e su attributi qualitativi come la consistenza. Quando un alimento funzionale è una combinazione di due o più ingredienti naturali, entra in gioco anche la migrazione dell'umidità. 

Indipendentemente dal prodotto specifico, l'effetto benefico di qualsiasi alimento funzionale conservabile può essere mantenuto al massimo livello solo comprendendo e applicando i principi di base dell'attività dell'acqua. 

Riferimenti

Nutraceutical Business Review. "Degradazione di vitamine, probiotici e altri principi attivi causata dall'esposizione a calore, acqua e luce solare". 7 agosto 2018. 

Turkmen, Nazli, Hasitha Priyashantha e Shishanthi Jayarathna. "Sfide nelle bevande probiotiche a base di latte". New Food Magazine, 26 ottobre 2019. https://www.newfoodmagazine.com/article/97303/challenges-in-probiotic-d....

Comitato dell'Istituto di Medicina (USA) sull'uso delle assunzioni dietetiche di riferimento nell'etichettatura nutrizionale. "Assunzioni dietetiche di riferimento: Principi guida per l'etichettatura nutrizionale e la fortificazione". Washington (DC): National Academies Press (USA); 2003.

Shyam S. Sablani, K. Al-Belushi, I. Al-Marhubi & R. Al-Belushi (2007) Evaluating Stability of Vitamin C in Fortified Formula Using Water Activity and Glass Transition, International Journal of Food Properties, 10:1, 61-71, DOI: 10.1080/10942910600717284

Lavelli, Vera, Bruno Zanoni e Anna Zaniboni. "Effetto dell'attività dell'acqua sulla degradazione dei carotenoidi nelle carote disidratate". Chimica degli alimenti, volume 104, numero 4: 2007. Pagine 1705-1711.