Nella foto: Isoterma di adsorbimento, fonte wikipedia

L’attività dell’acqua viene comunemente pensata come un indicatore della possibile proliferazione microbica. In realtà questo “strumento”, ancora oggi usato troppo spesso impropriamente, si porta dietro concetti più profondi. Vediamo in questo articolo come l’aw , l’acqua legata e la curva di congelamento di una miscela siano in qualche modo legati tra loro.

Una prima considerazione è che l’aw è un concetto tutt’ora molto dibattuto riguardo la sua determinazione e il suo ambito di applicazione. Essa viene comunemente definita come:

dove p è la pressione di vapore parziale dell’acqua presente nell’alimento in equilibrio con l’ambiente, p0 quella dell’acqua pura. Questo valore è uguale all’ ERH, l’umidità relativa dell’alimento, diviso 100.

In realtà questa non è la definizione, ma una misura di una sua applicazione pratica. Vedremo infatti che l’attività dell’acqua è un concetto termodinamico, che ha una sua precisa rispondenza fisica non direttamente misurabile. Tale distinzione che può sembrare una pignoleria, in realtà si porta dietro tutta una serie di conseguenze.

Ci sono varie teorie che tentano di inquadrare il concetto di attività dell’acqua, le più datate e naïves prendono in esame il numero di idratazione, integrato successivamente con l’ipotesi del clustering in cui le interazioni acqua-acqua e soluto-soluto sono caratterizzate da cluster di molecole in equilibrio. A seconda di come questi si strutturano si hanno diversi valori di aw. Senza indugiare ulteriormente nei dettagli, un’ottima disamina a mio parere la si può leggere in questo articolo.

C’è da sottolineare comunque che l’aw non misura né la quantità di acqua legata, né la quantità disponibile per lo sviluppo microbico. Ad esempio aw =70 non significa che l’acqua legata è il 30%. Inoltre i batteri possono reagire differentemente allo stesso aw in cibi differenti, dal momento che la loro proliferazione ha una causa multifattoriale (bilancio ionico, amminoacidi presenti, etc.). Ma sicuramente l’aw è connessa in qualche modo a ciò che intendiamo quando ci riferiamo all’acqua legata, e ci fornisce delle ragionevoli indicazioni per lo sviluppo microbico. Analizziamo innanzitutto il primo concetto: cosa si intende per acqua legata?

L’acqua legata in effetti non si deve pensare come qualcosa di immobile e fisso. Le connessioni che si formano nell’alimento possono essere spezzate con vari gradi di difficoltà. Quindi è inesatto parlare di acqua legata come una quantità precisa e definita nel tempo, tanto più in un processo “fortemente” dinamico come si ha nella produzione del gelato. Ne parlerò magari in un prossimo articolo, ma in generale è meglio evitare di utilizzare l’espressione “acqua legata”.

Ma se proprio non si vuole fare a meno di parlare di acqua legata, possiamo pensare di avere una definizione operativa riferendoci alle isoterme di adsorbimento (nei gas si usano le pressioni e nei liquidi le concentrazioni). Osservando la curva in alto si notano tre zone: Il tratto A, fino ad aw di circa 0.20-0.30, può rappresentare ciò che comunemente chiamiamo “acqua legata”, ossia nel nostro ambito: acqua non congelabile entro i -40°C, (anche se poi la definizione è problematica e impropria, per di più c’è chi parla solo di quella porzione connessa a superfici cellulari e macromolecole, tanto per alimentare il clima di confusione). In questo stadio si ha generalmente un monostrato di adsorbimento e la reattività è molto bassa. All’interno delle regioni B e C le molecole di acqua sono via via sempre meno impegnate. Il grafico evidenzia anche una significativa isteresi (la curva di desorbimento è più alta di quella di assorbimento), ovvero a parità di aw viene rilasciata una quantità minore di acqua rispetto a quella adsorbita nelle medesime condizioni. Inoltre aumentando temperatura e/o pressione, l’isoterma si modifica, cambiando di forma e spostandosi a destra. Non solo, ma in corrispondenza di quale valore esatto cade nel grafico la linea di confine che separa l’acqua legata da quella non legata e si può considerare incongelabile a -40°C ? E a -18°C? Sono stati elaborati dei modelli di isoterme, ma come si può intuire dal grafico, che mostra una forte non-linearità, essi sono estremamente complessi e applicabili in casi specifici. Vedremo in seguito di affrontare il problema da un altro punto di vista. In definitiva: esistono delle formulette che ci possono indicare la quantità effettiva di acqua legata in una ricetta? La risposta non solo è no, ma la domanda è priva di senso se non si indicano le condizioni entro cui fornire dei valori.

Ma appunto approfondirò il tema dell’acqua legata in un articolo futuro, per ora continuiamo a interessarci all’aw, che è invece estremamente interessante, avendo connessioni profonde con tanti aspetti teorici del nostro lavoro. Alla prossima volta!

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