Imbrunimento non enzimatico – II parte

in Products/SCIENCE

Sono passati più di cento anni da quando nel 1912 LouisCamille Maillard presentò all’accademia di Francia i risultati di alcuni sue semplici osservazioni in un sistema modello: “scaldando in ambiente acquoso zuccheri e aminoacidi, la soluzione assume una colorazione giallo bruno”. Considerando che il mondo animale e vegetale è circondato da zuccheri e aminoacidi, presto ci si rese conto delle implicazioni possibili.

reazione di Maillard

Alla reazione di Maillard sono attribuiti moltissimi effetti sugli alimenti: dal cambiamento del colore, alla formazione di composti aromatici, con proprietà antiossidanti ma anche tossiche, fino alla modificazione della struttura e del valore nutrizionale. Vista la complessità dei sistemi alimentari risulta difficile inquadrare una sequenza ben specifica di reazioni e catalogare ognuna di esse in maniera definita anche perchè molte di queste coesistono ed avvengono simultaneamente. Cercheremo quindi di vedere in maniera semplificata quali siano nella pratica alcuni dei cambiamenti derivanti dalla reazione di Maillard in un alimento trattato termicamente considerando che questa diviene apprezzabile, sia nella pratica domestica che in quella industriale, a temperature comprese tra i 140 e i 250 °C fino a superarle come nel caso della cottura alla brace (pirolisi).

prodotti da forno

Al nome di Maillard sono anche associati altri personaggi di indubbia importanza e Amadori ed Heyns sono due di questi. Entrambi contribuirono a caratterizzare le fasi iniziali della famosa reazione che, come risultato intermedio, danno composti associati ai loro rispettivi nomi. Iniziale, avanzato e finale sono infatti i tre stadi nei quali si usa dividere didatticamente la reazione di Maillard e dove moltissimi composti prendono forma a partire dalla combinazione di gruppi amminici degli aminoacidi con i gruppi carbonilici degli zuccheri riducenti. Nel caso la reazione avvenga a pH acido, in un sistema poco concentrato (alta umidità) e coinvolga zuccheri aldosi (es. glucosio e galattosio) si formeranno i cosiddetti composti di Amadori che si differenziano da quelli di Heyns che sono originati in ambiente a pH neutro o alcalino, a più alte temperature, con elevate concentrazioni (bassa umidità) e quando siano gli zuccheri chetosi  (es. fruttosio) ad essere coinvolti.

composti di Amadori

Questi composti, nella II fase (avanzata) della reazione, si degraderanno originando altre molecole reattive ed instabili che a seconda della loro interazione (ciclizzazione, degradazione di Streker,..) saranno i responsabili della comparsa e/o variazione di colore e aroma negli alimenti durante lo stadio finale della reazione dove si formeranno anche altre diverse sostanze (pre-melanoidine, melanoidine, ..). Si raggiungerà poi uno stato di stasi corrispondente allo sviluppo definitivo di aromi, colori e strutture tipici dei prodotti alimentari coinvolti.

composti di Heyns

Oltre a quanto detto ricordiamo che la velocità di queste reazioni è notevolmente influenzata, oltre che dalla temperatura, dall’attività dell’acqua (aw): se maggiore di 0,9 (alta umidità) è lenta, se pari o inferiore a 0,2 è praticamente nulla e la reazione è bloccata mentre per valori compresi tra 0,60 e 0,75 si raggiunge il picco massimo.

attività dell'acqua

La reazione di Maillard è, con il cambiamento del colore, associata più frequentemente al fenomeno dell’imbrunimento non enzimatico (NEB) che lo si distingue così da quello causato da vari enzimi tra i quali spicca la polifenolossidasi (PPO).

polifenolossidasi

Il colore è elemento molto importante per la qualità percepita dal consumatore soprattutto in relazione ad alcuni prodotti ed è anche uno degli attributi che si cerca di controllare maggiormente durante lo sviluppo degli stessi. Croste bianche nel panebiscotticipolle e patatine fritte “pallide” non sarebbero probabilmente così desiderate senza il loro caratteristico colore giallo/dorato/bruno sviluppatosi grazie alle reazioni menzionate. Allo stesso modo però risulterebbero sgradite se il loro colore apparisse troppo marcato (nero, bruciato). Anche da queste semplici considerazioni si evidenzia come sia importante conoscere i meccanismi che stanno alla base di tali trasformazioni per poterle meglio controllare e modulare durante i processi ai quali sottoponiamo gli alimenti.

patate non fritte

A livello pratico nell’industria e nei laboratori per capire “quanto colorato” sia un alimento si può operare con diverse metodiche analitiche: colorimetri (CIE – L*a*b), spettrofotometria (assorbanza a 420460 nm), cromatografia, sistemi enzimatici, ecc.. Molte altre sono state studiate e nuove altre sono state proposte anche se quella di più facile applicazione, non esente da difficoltà di interpretazione, rimane quella visuale almeno nelle prime fasi di sviluppo di un alimento. Il fine rimane quello di tutelare il consumatore fornendogli cibo attrattivo, sicuro e migliore al tempo stesso monitorando, controllando, favorendo o evitando lo sviluppo di molecole bioattive con potenziali o provate implicazioni sul proprio benessere fisico.

acrilamide

Per mettere in pratica quanto detto sino ad ora, abbiamo pensato di eseguire un test sottoponendo uno stesso pan carré a diversi trattamenti superficiali per ottenere una variazione di pH e proceduto poi ad un riscaldamento nelle medesime condizioni. Per processare l’alimento è stato usato un tostapane che raggiunge in circa 40 secondi la temperatura massima (sulla superficie del prodotto) di circa 200 °C. Questi sono stati anche i riferimenti di tempo e temperatura considerati (costanti) così da capire se ci potesse essere essere un’influenza del pH sulla velocità dell’imbrunimento.

5 pezzi di pane del peso di 20 grammi ciascuno sono stati prima nebulizzati su entrambe le superfici con 2 ml di soluzione acquosa a diverso pH contenente acido citrico/bicarbonato di sodio e poi asciugati a temperatura controllata affinché il peso corrispondesse a quello di partenza. 1 pezzo di pane tal quale e non nebulizzato è stato utilizzato come controllo. Poco prima di sottoporre il prodotto al trattamento termico, dalla parte centrale di ogni fetta di pane sono stati ricavati 6 dischetti uguali per dimensione e peso. Limitandoci al colore, non considerando l’aspetto aromatico, ecco cosa abbiamo osservato:

Maillard

A: pH 3,0 | B: pH 4,4 | C: pH 5,5 (controllo) | D: pH 6,5 | E: pH 7,2 | F: pH 8,2 | (± 0,1 a 25 °C).

In taluni casi, quando vi è assenza di composti azotati, si fa riferimento ad una particolare reazione di imbrunimento non enzimatico comunemente a carico dei soli zuccheri e conosciuta come caramellizzazione. Sotto riportiamo un esempio di come il colore sia influenzato dalla temperatura di processo che, nello specifico è stata di 175, 185 e 200 °C per il disaccaride non riducente saccarosio (sopra) e di 165, 180 e 200 °C per il monosaccaride riducente fruttosio (sotto).

 Maillard_Sugar

Oltre ai cambiamenti di natura strutturale tipici di ogni zucchero, durante il riscaldamento dello zucchero sono avvenuti diversi fenomeni chimico-fisici: a circa 160 °C il saccarosio inizia a fondere formando glucosio e fruttosio (anidride) e arrivato a circa 200 °C ha luogo una perdita d’acqua in sequenza pari a circa il 5% prima, a circa il 10% poi e infine a circa il 15% in peso. L’insieme di queste e molte altre reazioni portano alla formazione di centinaia di composti che conferiscono al prodotto il caratteristico colore e “caramel flavor“.

Sfumature interessanti che ci possono far pensare a quale idea applicativa. Spazio quindi all’interpretazione e alla fantasia.

 

Let’s food together!

Michele Mazzocco | food technologist | enthusiastic of food science, fun-mixed nutrition, new flavor sensations and nature inspired functional design

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