Ruben Porto è un abile gelatiere gallese, foriero di interessanti iniziative tra cui il bellissimo sito http://icecreamscience.com che vi invito a visitare. D’accordo con lui ho deciso di tradurre alcuni suoi articoli che possono essere di interesse per il gelatiere professionista e ricercatore. A convincermi è stata la qualità delle sue indagini, la rigorosità nel citare le fonti e il linguaggio chiaro con cui affronta gli argomenti. Questa settimana il tema a carattere introduttivo riguarda le fibre e in particolare il loro impiego nel gelato. I numeri tra parentesi indicano le note in bibliografia al termine della seconda parte.

 

traduzione da http://icecreamscience.com/fiber-in-ice-cream/

L'uso della fibra nel gelato aumenta il suo valore nutrizionale, migliora la consistenza, prolunga la shelf-life e può sostituire tra il 25% e il 50% del grasso totale. In questo articolo, esamineremo l'uso di fibra di frumento, fibra di avena, inulina, fibra di mela e fibra ricavata dalla buccia d'arancia nella produzione di gelato.

Miglioramenti nutrizionali

La fibra alimentare è stata associata a una vasta gamma di benefici per la salute, tra cui: un ridotto rischio di malattia coronarica, glicemia postprandiale, diabete di tipo 2, obesità, dislipoproteinemia, malattie cardiovascolari e cancro del colon, abbassamento del colesterolo, aumento della biodisponibilità del calcio, e rafforzamento del sistema immunologico (1-2-3-4). Per avere una significativa efficacia, le fibre vanno aggiunte al gelato in quantità che vanno da 3 g a 6 g per 100g (5).

Miglioramenti della texture

La fibra alimentare può essere utilizzata nella produzione di gelato per migliorare la consistenza attraverso un aumento della viscosità e un’azione sul punto di congelamento.

Miglioramento della viscosità

La consistenza morbida e cremosa, principalmente associata ad un alto contenuto di grassi del latte e ad una piccola dimensione di cristalli di ghiaccio, è fortemente influenzata anche dalla viscosità della miscela di gelato (6-7). La viscosità può essere definita in modo approssimativo come lo “spessore” di un liquido, in cui i liquidi più densi hanno viscosità più elevate (ad esempio, il miele ha una viscosità più elevata dell'acqua). In generale, all'aumentare della viscosità di una miscela di gelato, aumenta la consistenza, il corpo e la resistenza allo scioglimento, a discapito talvolta dell’overrun (8).
Soukoulis ed altri (9) hanno studiato gli effetti di quattro fonti di fibre alimentari (avena, frumento, mela e inulina) sulle proprietà reologiche e termiche del gelato. La composizione della miscela di gelato testata
è: 6% di grassi, 11% di solidi del latte non grassi, 16% di zuccheri, 0.2% di stabilizzante, 0.2% di emulsionante e 2% o 4% di fibre alimentari. I ricercatori hanno scoperto che l'aggiunta di fibra al 4% ha aumentato significativamente la viscosità, con la fibra di mela che porta all'aumento più pronunciato. La pectina, che si trova naturalmente nelle mele, ed è ben nota per la sua capacità di formare gel, può spiegare l'intenso aumento della viscosità, che era 3-15 volte maggiore del controllo (il campione senza fibra aggiunta). Nella tabella in basso sono riportati i valori di viscosità nei campioni a cui sono stati aggiunti fibre (da Soukoulis et al., 2009).

 

Effetto dell’incremento di viscosità sulla dimensione dei cristalli di ghiaccio

Un gelato fine e cremoso richiede che la maggior parte dei suoi cristalli di ghiaccio sia piccola. Se molti cristalli sono grandi, il gelato sarà percepito come grossolano o ghiacciato. All'aumentare della viscosità di una miscela di gelato, la finezza della texture aumenta a causa della riduzione della dimensione media del cristallo. Questo effetto può essere spiegato da due fatti. In primo luogo, la maggiore viscosità favorisce la fusione e l'attrito del cristallo. In secondo luogo, la miscela ha una maggiore resistenza alla diffusione dell'acqua sulla superficie del cristallo di ghiaccio, che ne riduce il tasso di crescita (10).

Effetto dell’incremento di viscosità sul rateo di fusione

Il gelato è un sistema composto da quattro fasi strutturali. Le tre principali sono bolle d'aria, cristalli di ghiaccio e globuli di grasso. Essi vengono dispersi in una fase acquosa non congelata ad alta viscosità, contenenti zuccheri, proteine del latte e acqua non congelata, chiamata siero (8). Un aumento della viscosità di questa fase non congelata rallenta significativamente la velocità con cui il gelato si scioglie (11-12). Gli studi hanno rilevato che l'aumento delle concentrazioni di inulina (12-13) e di fibre di agrumi (14) riduce il rateo di fusione del gelato.

Effetto dell'aumento della viscosità sull’ovverrun

Un aumento della viscosità della fase del siero aumenta la stabilizzazione delle bolle d'aria e consente di ridurle a dimensioni più piccole (15-16). Le bolle d'aria più piccole disperse producono una sensazione di maggiore cremosità durante il consumo (17) e valori di ovverrun più alti (18-19). A loro volta, valori di overrun più alti provocano una fusione più lenta, dal momento che le bolle d'aria agiscono come un mezzo isolante (20-21-8-22)
Un aumento
di ovverrun in gelati a ridotto contenuto di grassi che impiegano inulina è stato riportato da Akalin ed Erisir (22) e da Akalin et al. (23). Dervisoglu e Yazici (14), tuttavia, hanno scoperto che l'uso della fibra di agrumi ha portato ad un significativo miglioramento della qualità di fusione del gelato, ma non ha migliorato la viscosità, l’ovverrun e la texture.

Depressione del punto di congelamento

Il punto di congelamento dell'acqua pura è 0°C. Quando una sostanza viene disciolta in acqua, tuttavia, la temperatura alla quale l'acqua gela può essere abbassata. Questo abbassamento del punto di congelamento viene chiamato appunto come "depressione del punto di congelamento" ed è definito come la differenza tra 0°C e la temperatura alla quale l'acqua di una miscela di gelato inizia a congelarsi (24).

L'entità della depressione del punto di congelamento è un parametro critico nella produzione di gelato poiché influenza la dimensione media iniziale dei cristalli di ghiaccio formati, e anche la loro instabilità termodinamica intrinseca, che porta alla loro crescita graduale durante lo stoccaggio (25). Un punto di congelamento più basso determina un volume di fase ghiacciata più basso e, quindi, una dimensione del cristallo di ghiaccio media più piccola (25-26). Mellado (27) ha riscontrato una sostanziale riduzione della dimensione media dei cristalli quando il volume della fase del ghiaccio è sceso dal 53,5% al 43,9% e al 39,5%.

Soukoulis ed altri (9) trovarono che l'aggiunta di fibra di avena e frumento causava una significativa diminuzione della temperatura del punto di congelamento. Al contrario, la fibra di mela e l'inulina hanno aumentato la temperatura del punto di congelamento. È interessante notare che la depressione del punto di congelamento è risultata più pronunciata nelle formulazioni arricchite con fibra al 2%, a differenza delle formulazioni arricchite con fibra al 4%. I ricercatori, tuttavia, non hanno trovato una chiara relazione tra la depressione del punto di congelamento e il volume della fase di ghiaccio, cioè un punto di congelamento più basso con conseguente diminuzione dell'acqua congelata. È interessante notare che il volume della fase ghiacciata era quindi principalmente dipendente dalla capacità di legare l'acqua e dall'impatto degli ingredienti sull'inibizione sterica delle molecole d'acqua medesime. Love and Haraldsson (28) scoprirono che erano stati trovati cristalli di ghiaccio più piccoli e più numerosi quando veniva legata una maggiore quantità di acqua. Il ritardo della migrazione di acqua libera ha incoraggiato la nucleazione (nascita di nuovi cristalli) piuttosto che la continua crescita di cristalli di ghiaccio esistenti.
Soukoulis ed altri (9) trovarono che l'aggiunta di fibra di frumento o avena portava ad un aumento significativo della percentuale di acqua congelata. Al contrario, la presenza di fibra di mela e di inulina ha portato ad una significativa diminuzione della percentuale di acqua ghiacciata, che suggerirebbe la formazione di cristalli di ghiaccio più piccoli.
Nella tabella in basso la percentuale di acqua ghiacciata, Soukoulis et al. (2009)



Prolungamento della shelf-life

La fibra alimentare può anche essere utilizzata nella produzione di gelato per prolungare la durata di conservazione attraverso la sua capacità di ridurre la crescita dei cristalli di ghiaccio durante lo stoccaggio.

Non tutta l'acqua nel gelato è congelata. Questa acqua contiene zuccheri e sali disciolti, nonché proteine e stabilizzanti (24). Durante lo stoccaggio, l'acqua non congelata si sposta dalla fase del siero alla superficie del cristallo incrementando la crescita dei cristalli di ghiaccio e la ricristallizzazione (29-30). La ricristallizzazione è definita come "qualsiasi variazione di numero, dimensione, forma ... dei cristalli" (31) e fondamentalmente comporta la scomparsa di piccoli cristalli, la crescita di cristalli grandi e la fusione di cristalli. Questo aumento delle dimensioni dei cristalli raggiunge nel tempo un punto in cui il gelato sviluppa una tessitura grossolana: a quel punto ha superato la sua shelf life.

La ricristallizzazione avviene principalmente attraverso due meccanismi: accrezione e migrazione (32). L'accrezione è l'unione di due o più cristalli di ghiaccio adiacenti per formare un singolo cristallo più grande. La migrazione implica la fusione di cristalli più piccoli e il movimento del liquido di fusione verso la superficie di cristalli più grandi. Questo meccanismo è influenzato dalla temperatura all'interno del gelato. A temperature più elevate, i cristalli di ghiaccio più piccoli si fondono parzialmente o completamente e quando la temperatura si abbassa nuovamente, il liquido si raffredda sui cristalli più grandi (32). La migrazione è influenzata molto dalla velocità con cui le molecole d'acqua si diffondono verso la superficie del cristallo di ghiaccio più grande, che è nota come cinetica di diffusione. Il movimento, o diffusione, dei cristalli dipende in larga misura dalla viscosità della fase liquida. Se la viscosità è elevata, il tasso di diffusione e quindi il tasso di ricristallizzazione, è lento (33).

Influenza sulla temperatura di transizione vetrosa

Quando il gelato si raffredda al di sotto della temperatura di transizione vetrosa (tipicamente inferiore a -32°C), a causa dell'enorme aumento della viscosità, la fase non congelata diventa di natura vetrosa, e la limitata mobilità molecolare fa sì che la ricristallizzazione avvenga molto lentamente (34-35-36-37).
Soukoulis ed altri (9) trovarono che l'aggiunta di fibra alimentare porta ad un aumento significativo della temperatura di transizione vetrosa. I ricercatori hanno scoperto che l'aggiunta di inulina ha avuto l'effetto maggiore di elevazione della temperatura di transizione vetrosa e, quindi una più efficace barriera contro la diffusione dell'acqua e la ricristallizzazione durante lo stoccaggio. L'aggiunta di fibra di frumento e avena porta invece solo ad un leggero aumento della temperatura di transizione vetrosa. In assenza di proteine, la fibra di mela ha avuto solo un leggero effetto sull'aumento della temperatura di transizione vetrosa. Quando è stata aggiunta della proteina, tuttavia, l'aumento della temperatura di transizione vetrosa era maggiore. Soukoulis ed altri (9) trovarono che la gelificazione della pectina contribuiva all'aumento della temperatura di transizione vetrosa, ma anche all'induzione della separazione delle fasi, nota come "sierificazione", a causa dell'incompatibilità delle proteine con la pectina. La sierificazione consiste nella fuoriuscita di un chiaro strato di siero acquoso durante la fusione del gelato, che ha un aspetto indesiderabile (24).

Riduzione dei grassi

Le formulazioni convenzionali di gelato hanno un alto contenuto di grassi tra il 10 e il 18%, che possono essere almeno parzialmente sostituiti con fibre. Pintor ed altri (13) trovarono che era possibile ridurre fino al 25% del grasso con inulina al 3%, con buone caratteristiche di texture e sensoriali del prodotto finale. La sostituzione del grasso con inulina aumentava la viscosità del gelato, migliorava l'incorporazione dell'aria, diminuiva il tasso di fusione del gelato e produceva un gelato con una consistenza morbida e omogenea. Le caratteristiche del colore non sono state influenzate da questa sostituzione. I ricercatori hanno anche dimostrato che il gelato con inulina e a ridotto contenuto di grassi, non era percepito come diverso dal gelato alla vaniglia commerciale.
Crizel et al. (38) hanno riscontrato che l'uso dell'1.0% della fibra di buccia d'arancia pretrattata, permetteva di ridurre il contenuto di grasso di gelato del 50% e che la sua accettazione generale non differiva da quella del gelato di controllo. Il gelato arricchito con fibre di agrumi, tuttavia, ha mostrato valori di overrun significativamente più bassi rispetto a quelli del gelato di controllo, probabilmente a causa della riduzione del grasso. I ricercatori hanno scoperto che quando veniva usata la fibra di buccia d'arancia che non era stata pretrattata dall'idro-distillazione, per ridurre i livelli di composti responsabili dell'amarezza, i punteggi di sapore e retrogusto erano influenzati negativamente. Si è anche scoperto che l'aggiunta di fibra d agrumu portava ad un gelato giallo. Un risultato simile è stato ottenuto da Dervisoglu & Yazici (14) per il gelato integrato con fibra di agrumi.

 

 

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