Attività dell'acqua negli alimenti funzionali

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

Mantieni i vantaggi

Tutti gli alimenti contengono macro e micronutrienti che contribuiscono alla salute. Gli alimenti funzionali contengono qualcosa in più: composti che hanno uno specifico beneficio per la salute o una funzione di lotta contro le malattie. E indipendentemente dal fatto che tale composto sia presente in natura o sia stato aggiunto a un prodotto, gli alimenti funzionali promossi per i loro benefici hanno una sfida unica: stabilire una durata di conservazione che garantisca non solo la sicurezza ma anche l'efficacia dell'ingrediente funzionale.

Proteggi 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 tutti sui tassi di degradazione. Quando un ingrediente funzionale viene pubblicizzato come parte di un prodotto a lunga conservazione, i produttori devono comprendere l'impatto del pH e dell'attività dell'acqua sulla potenza di quell'ingrediente nel tempo. L'attività dell'acqua nel 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 garantiti.

L'impatto dell'umidità

Quando gli ingredienti funzionali sono inclusi nelle bevande, il degrado può essere rapido. Ad esempio, Figura 1

mostra la variazione della concentrazione di un succo d'arancia arricchito 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 esposti ad ambienti altamente umidi (Turkmen, Priyashantha e Jayarathna, 2019).

È possibile rallentare il degrado riducendo l'attività dell'acqua (Aw) degli alimenti funzionali. Un modo per farlo è produrre alimenti funzionali al valore monostrato, ovvero il valore al quale un prodotto alimentare è più stabile dal punto di vista dell'umidità. Ma cos'è esattamente il valore monostrato e si tratta di un obiettivo 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, applicata a un mezzo alimentare poroso, è la seguente: quando un materiale completamente secco viene idratato, si raggiunge un punto in cui le molecole d'acqua ricoprono la superficie di ogni particella del prodotto con uno strato dello spessore di una molecola. In teoria, il prodotto raggiunge la massima stabilità quando ogni particella è ricoperta, e appena ricoperta, 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 una superficie ampia da ricoprire per unità di massa. Lo zucchero cristallino, invece, è un semplice cubo, con una superficie quasi nulla da ricoprire per unità di massa.

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

Consegna di una consistenza più fresca

Allora perché non tutti gli alimenti funzionali vengono prodotti al loro valore monostrato? In parole povere, perché i consumatori moderni desiderano un tipo diverso di alimento funzionale: qualcosa di più morbido, dal sapore più fresco e più naturale, ma comunque pronto da mangiare.  I produttori stanno creando alimenti funzionali a lunga conservazione con livelli di attività dell'acqua molto più elevati. Essiccarli fino al loro valore monostrato li renderebbe secchi e poco appetibili. A questi livelli più elevati di attività dell'acqua, la formulazione diventa un complesso atto di equilibrio per massimizzare la durata di conservazione dell'ingrediente funzionale, mantenendo il prodotto morbido e dal sapore fresco.

Monitorare i tassi di degrado

L'attività dell'acqua svolge un ruolo essenziale in questo equilibrio. I formulatori trarranno enorme vantaggio dalla mappatura dei tassi di degradazione dell'ingrediente funzionale in relazione all'attività dell'acqua. Sebbene i tassi di degradazione siano correlati all'attività dell'acqua, ingredienti diversi presentano relazioni diverse. Molte vitamine, ad esempio, si degradano più rapidamente all'aumentare dell'attività dell'acqua (vedi 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 un alimento funzionale è naturale, maggiore è il ruolo che può svolgere l'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 caratteristiche qualitative 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 a lunga conservazione 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 al calore, all'acqua e alla 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 dei valori nutrizionali di riferimento nell'etichettatura dei prodotti alimentari. "Valori nutrizionali di riferimento: principi guida per l'etichettatura nutrizionale e l'arricchimento degli alimenti". Washington (DC): National Academies Press (USA); 2003.

Shyam S. Sablani, K. Al-Belushi, I. Al-Marhubi & R. Al-Belushi (2007) Valutazione della stabilità della vitamina C in formule fortificate utilizzando l'attività dell'acqua e la transizione vetrosa, 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". Food Chemistry, Volume 104, Numero 4: 2007. Pagine 1705-1711.

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