Chimica della Cucina · Cosa accade quando cucini
Usabilità dell'acqua (U_w): parametro termodinamico e di mobilità per alimenti solidi a bassa umidità — Cui 2023
Abbiamo a lungo creduto che rendere un alimento sufficientemente secco — misurandone la cosiddetta attività dell'acqua — fosse sufficiente per impedire la crescita microbica. Ma la muffa Aspergillus sui biscotti secchi, i batteri Salmonella nel latte in polvere e il lievito Debaryomyces in preparati lattiero-caseari liofilizzati confutano questa certezza.
Cui e colleghi propongono una misura fisicamente più onesta: quanto liberamente si muovono realmente le molecole d'acqua all'interno del solido alimentare, rispetto all'acqua pura? Chiamano questo valore usabilità dell'acqua (U_w) e dimostrano che predice la crescita del lievito meglio dell'attività idrica in un esperimento controllato con matrici di glucosio e proteine del siero del latte.
L'idea è elegante: una molecola d'acqua intrappolata dai legami idrogeno all'interno di un cristallo di zucchero vetroso si comporta in modo molto diverso da una che galleggia in un liquido, anche se la pressione di vapore termodinamica sopra entrambe produce la stessa lettura di attività idrica.
Cosa dice, in breve
- La crescita microbica negli alimenti a bassa umidità — un problema persistente di sicurezza alimentare — risulta più strettamente correlata alla mobilità molecolare dell'acqua che all'attività dell'acqua (a_w) come dimostra Debaryomyces hansenii in matrici solide liofilizzate di glucosio/WPI.
- Cinque rapporti in massa glucosio:WPI (1:0, 7:3, 1:1, 3:7, 0:1 p/p) sono stati equilibrati tra 0,11 e 0,76 a_w a 30 °C; sono stati misurati l'assorbimento d'acqua, la temperatura di transizione vetrosa calorimetrica (T_g), la rilassazione alfa dinamico-meccanica (T_alfa), le costanti WLF C1/C2 e il parametro Strength S.
- La WPI eleva T_g e la costante di Gordon–Taylor k_GT intrappolando molecole d'acqua tramite legame idrogeno, mentre la cristallizzazione del glucosio a a_w ≥ 0,44 introduce comportamenti di desorzione da non-equilibrio; il valore di adsorbimento monostrato GAB (m_0) è dipendente dalla composizione.
- Il nuovo indice usabilità dell'acqua (U_w) è definito come la differenza normalizzata di mobilità tra l'acqua nella matrice solida e l'acqua liquida pura nel rispettivo intervallo di transizione vetrosa; U_w è adimensionale e varia tra 0 e 1.
- La velocità di crescita (µ) di D. hansenii aumenta e il tempo di raddoppio cellulare (g) diminuisce in modo monotono con U_w, fornendo un predittore meccanicistico della proliferazione del lievito superiore a a_w per sistemi a bassa umidità governati da componenti vetrosi o cristallizzabili in condizioni di non-equilibrio.
- L'analisi termodinamica classica dimostra che la costante di plastificazione WLF k_sp e la costante di Gordon–Taylor k_GT condividono sia la prossimità numerica sia lo stesso significato termodinamico, risolvendo un'ambiguità storica nelle descrizioni della mobilità in sistemi zucchero/proteina.
- Il parametro U_w proposto offre indicazioni pratiche per progettare alimenti resistenti all'umidità, modellare la shelf-life in matrici vetrose e, in prospettiva, integrare o sostituire a_w nelle specifiche regolamentari per alimenti a bassa umidità e materiali farmaceutici.
Provenienza
- Fonte
- Water usability as a descriptive parameter of thermodynamic properties and water mobility in food solids— Cui 2023
- Licenza
- CC BY 4.0
- Nel Kosmos
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