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I “dolcificanti nutritivi” chiamati più genericamente “zuccheri” sono gli ingredienti principali nella produzione di molti prodotti alimentari. Chimicamente sono carboidrati, che nonostante siano composti solo da atomi di Carbonio, Idrogeno e Ossigeno, consistono in un gruppo di sostanze chimiche molto varie presenti sia nelle piante che negli animali. Infatti, sebbene siano coinvolti solo tre atomi, la chimica dei dolcificanti può essere anche molto complessa; variazioni come per esempio, la lunghezza delle loro catene di carbonio e la loro ramificazione, consentono l’esistenza di numerose e diverse caratteristiche insite nei carboidrati.
I principali dolcificanti nutritivi di interesse per la produzione di alimenti e bevande sono saccaridi piccoli, in quanto il potere dolcificante dei carboidrati generalmente diminuisce all’aumentare della lunghezza della catena di carbonio. Tra i più importanti troviamo i monosaccaridi come il destrosio e il fruttosio, e i disaccaridi come il saccarosio, il maltosio e il lattosio, usati soli o in equilibrio con oligosaccaridi con proprietà funzionali come gli idrolizzati di amido (sciroppi di glucosio).
La conoscenza delle proprietà fisiche e chimiche dei carboidrati ha permesso all’industria alimentare, soprattutto a quella dolciaria, di sviluppare i numerosi prodotti oggi disponibili sul mercato. I dolcificanti nutritivi, oltre a fornire dolcezza, svolgono vari altri ruoli importanti, per esempio determinano la consistenza di alcuni prodotti, o giocano un ruolo di conservanti in altri come nelle marmellate. Sono anche un’insostituibile ingrediente per esempio nei gelati, dove strutturano e abbassano il punto di congelamento della miscela.
Gli zuccheri grazie alle loro proprietà uniche, sono ingredienti fondamentali in molti settori applicativi, ma possono presentare funzionalità diverse a seconda della tipologia di prodotto finito. In questo articolo, vedremo le caratteristiche generali di questi prodotti, ma per informazioni specifiche sulla loro funzionalità nelle varie applicazioni entra vedi nella sezione Settori Applicativi.
Sebbene gli zuccheri, soprattutto quelli semplici siano una famiglia di molecole abbastanza simili, le loro proprietà sono sufficientemente diverse e quindi il loro utilizzo negli alimenti presenta usi e finalità distinte. In ogni modo tutti gli zuccheri, anche se in gradi diversi :
⊃ conferiscono “dolcezza”,
⊃ danno “struttura”,
⊃ formano cristalli,
⊃ sono solubili in acqua,
⊃ assorbono umidità,
⊃ caramellizzano e partecipano alla reazione di Maillard,
⊃ conservano,
⊃ abbassano il punto di congelamento dell’acqua, mentre aumentano quello di ebollizione,
⊃ favoriscono la fermentazione.
La caratteristica principale degli zuccheri è sicuramente quella di soddisfare l’istinto innato di ricerca del dolce. Tutti gli zuccheri sono più o meno dolci e questa è sicuramente la proprietà più utilizzata in molti prodotti alimentari, cioè dolcificare o attenuare il sapore amaro di alcuni ingredienti, come il caffè o il cacao, o ancora attenuare l’acidità e l’asprezza di frutti come il limone o ingredienti come lo yogurt. La sensazione di dolcezza è comunque sempre influenzata, oltre che dal tipo di zucchero, anche da altri fattori quali la temperatura, il pH e da altri ingredienti.
Dopo la dolcezza una delle proprietà più importante degli zuccheri negli alimenti è quella di conferire una certa struttura. Una volta evaporata parzialmente o totalmente l’acqua, per esempio il saccarosio cristallizzato fornisce il “sostegno” alle proteine dell’albume in una meringa, oppure interferisce con la formazione del glutine, con la coagulazione delle proteine dell’uovo e con la gelatinizzazione degli amidi in un prodotto da forno. Siccome zuccheri diversi interferiscono in modo diverso con la gelatinizzazione degli amidi, questo aspetto risulta importante nella messa a punto delle formulazioni. Poichè nei prodotti da forno, l’amido, insieme al glutine, funge da “impalcatura” per moltissimi prodotti, se la gelatinizzazione viene inibita o ritardata a causa per esempio di un eccesso di zuccheri in formula, la struttura durante la lievitazione o la cottura può collassare.
Tutti gli zuccheri semplici formano cristalli. La formazione di cristalli negli alimenti può essere a seconda dei casi, desiderata e favorita, come nel caso dei prodotti di confetteria, o un fenomeno da scongiurare, o limitare, come per esempio nelle glasse lucide o nei gelati. Per impedire o sfavorire la cristallizzazione del saccarosio, ma non solo, si usano accorgimenti vari, per esempio aggiungere piccole percentuali, normalmente attorno al 5-10%, di un altro zucchero, solitamente glucosio o fruttosio. Le molecole di zuccheri di tipo diverso interferiscono le une con le altre e rendono più difficoltosa la formazione del reticolo cristallino.
Tutti gli zuccheri amano l’acqua e sono molto solubili. Spesso al punto da formare degli sciroppi molto densi e viscosi, contenenti fino a 80 g di zucchero per 100 g di sciroppo. Più uno zucchero ama l’acqua, più le sue molecole riusciranno a sciogliersi in una stessa quantità d’acqua. Lo zucchero meno solubile, tra quelli usati negli alimenti, è il lattosio. È il responsabile, per esempio, della consistenza sabbiosa di alcune ricette dove il latte o la panna vengono concentrate o della granulosità di alcuni gelati non conservati perfettamente. Seguono nella scala di solubilità il maltosio e poi il glucosio. Il saccarosio ha un’ottima solubilità, ma è il fruttosio in assoluto lo zucchero più solubile.
Se tutti gli zuccheri amano molto l’acqua, sebbene in misura diversa, non possono che essere anche altamente igroscopici. Questa caratteristica che ha sicuramente anche risvolti negativi, nei prodotti, soprattutto quelli da forno, è apprezzata perchè ha il potere di mantenere umidi prodotti come le torte e i plum cake. In questo caso gli zuccheri fungono da umettanti, e come per la loro solubilità, i diversi zuccheri mostrano capacità diverse di igroscopicità e pertanto di essere umettanti. In particolare, il fruttosio, essendo lo zucchero più affine all’acqua, ha una forte igroscopicità e mantiene umidi più a lungo i prodotti rispetto al saccarosio. Questa proprietà si trasferisce anche agli sciroppi che contengono fruttosio come lo zucchero invertito, il miele, e lo sciroppo di glucosio-fruttosio. Questo è uno dei motivi per cui non è possibile sostituire completamente il saccarosio, per esempio con il miele in alcuni prodotti che invece devono restare secchi, croccanti e friabili come i biscotti.
La doratura duperficiale di molti prodotti da forno è dovuta principalmente alla reazione di Maillard. Questa reazione produce una serie di composti aromatici e di colore scuro, e si innesca velocemente solo a temperature superiori ai 140 °C. Questa reazione si innesca in presenza di proteine e alcuni zuccheri riducenti. Fruttosio, glucosio, lattosio e maltosio, sono riducenti, mentre il saccarosio non lo è e quindi non partecipa direttamente alla reazione di Maillard. In realtà il saccarosio, fornisce all’impasto e alla reazione, una lenta fonte di glucosio e fruttosio sia attraverso l’azione di alcuni acidi presenti, se l’impasto è acido, sia attraverso il lavoro degli enzimi presenti nella farina. Inoltre, gli zuccheri ad alte temperature caramellizzano e decomponendosi formano anche in questo caso composti bruni e aromatici, i caramelli. Spesso in gastronomia queste due reazioni, chimicamente ben distinte, vengono confuse. Tuttavia è bene distinguere che la caramellizzazione avviene solo per effetto della temperatura e della presenza di zuccheri, e non ha bisogno di proteine con cui reagire. Per il saccarosio la decomposizione, con relativa caramellizzazione, avviene verso i 160 °C; temperatura ben più alta di quella richiesta per la reazione di Maillard.
Gli zuccheri sono dei conservanti proprio grazie alla loro forte affinità con l’acqua: la attraggono a sé e quindi la tolgono ai microrganismi come le muffe o i batteri che ne hanno bisogno per vivere e riprodursi. Questo è il principio che sta alla base della preparazione di confetture e marmellate.
Tutti gli zuccheri, disciolti in acqua, ne abbassano il punto di congelamento. In altre parole una soluzione zuccherina non congela più a 0°C ma a temperature inferiori. Il punto di congelamento può ridursi anche di svariati gradi. Questa proprietà, che dipende sia dalla quantità di zucchero disciolto che dal tipo di zucchero, è sfruttata nella preparazione di granite, sorbetti e gelati.
Una proprietà analoga a quella sopra, è quella di aumentare il punto di ebollizione: uno sciroppo contenente l’80% di saccarosio non bolle più a 100°C ma a 112°C. Questa proprietà è particolarmente sfruttata nel confectionery perchè è alla base della preparazione di caramelle e prodotti
affini.
Gli zuccheri possiedono anche altra proprietà importantissima: forniscono un substrato fermentabile per lieviti e batteri. L’anidride carbonica necessaria per far aumentare di volume gli impasti viene fornita dai lieviti e deriva dal metabolismo del glucosio che trovano nell’impasto.
Dal punto di vista nutrizionale, tutti gli zuccheri, forniscono lo stesso apporto calorico pari a 4 kcal/g e tutti vengono trasformati in glucosio nel nostro corpo prima di poter essere utilizzati per fornire energia alle cellule. Nonostante questo, il nostro corpo reagisce più o meno velocemente all’ingestione di zuccheri diversi: per esempio il glucosio è lo zucchero che viene metabolizzato molto più in fretta di tutti gli altri. Quindi ogni zucchero ha indice glicemici (IG) differente.