Come influiscono i sali emulsionanti al potassio nel formaggio fuso: un’analisi di consistenza, attrito e comportamento termico

INTRODUZIONE 

Da un punto di vista fisico-chimico, il termine “formaggio fuso” (PC) definisce un complesso sistema lattiero-caseario multicomponente, descritto anche come un’emulsione stabile di olio in acqua (Chen e Liu, 2012; Salek et al., 2017). In generale, PC si riferisce a un prodotto lattiero-caseario con un contenuto di acqua relativamente elevato (50%–70% peso/peso) contenente uno o più tipi di formaggi naturali (a vari gradi di maturazione), nonché altri ingredienti di origine lattiero-casearia (burro, panna, siero di latte, siero di latte in polvere, caseinato) e non lattiero-casearia (sali emulsionanti [ES], idrocolloidi, aromi, coloranti, conservanti). Il riscaldamento del formaggio naturale (e di altri ingredienti) sotto taglio costante e vuoto parziale in presenza di ES porta allo sviluppo di un prodotto finale con consistenza omogenea e liscia e una maggiore durata di conservazione (Johnson et al., 2009; Salek et al., 2016; Pluta-Kubica et al., 2021). Inoltre, gli ES sono ingredienti chiave nella produzione di PC. Gli ES più comunemente applicati per la produzione di PC includono in particolare sali di sodio di fosfati, polifosfati, citrati e combinazioni di questi (Salek et al., 2016; Sołowiej et al., 2020). In generale, gli ES sono sali di un catione monovalente (Na+ o K+) e di un anione polivalente (PO43-) che migliorano le proprietà emulsionanti e stabilizzanti delle proteine ​​del latte (caseine). Nel sistema del formaggio naturale, le caseine sono legate da ponti di calcio in una rete tridimensionale. Quest’ultima reticolazione rende impossibile per le caseine implicare le loro proprietà emulsionanti naturali, che sono essenziali per emulsionare il grasso e legare l’acqua per garantire una consistenza PC liscia e omogenea (Guinee et al., 2004; Kapoor e Metzger, 2008; Chavhan et al., 2015). Inoltre, la funzione primaria di ES durante la produzione di PC (sotto l’azione simultanea di calore e taglio) è lo scambio di ioni sodio/potassio per ioni calcio (nella matrice del formaggio naturale). In particolare, quest’ultimo fenomeno porta alla conversione del paracaseinato di calcio insolubile (formaggio naturale) nel paracaseinato di sodio o potassio più solubile, le cui molecole si disperdono facilmente nel sistema proteico del PC e rivestono la superficie del grasso libero disperso rilasciato durante il riscaldamento del formaggio naturale.

Pertanto, la caseina dispersa aumenta significativamente l’emulsione dei grassi e il legame dell’acqua nella matrice del formaggio. Di conseguenza, l’ES può essere considerato un ingrediente chiave nella produzione di PC, con conseguente serie di cambiamenti fisico-chimici coordinati nella matrice del formaggio: sequestro del calcio, peptizzazione della caseina e della solubilizzazione, idratazione e rigonfiamento delle proteine, legame dell’acqua e stabilizzazione. Tuttavia, non tutti gli ES hanno la stessa capacità di scambio ionico.

I principali parametri testuali utilizzati per il PC includono durezza, coesione, adesività relativa, masticabilità e gommosità (Fox et al., 2017). Inoltre, le misurazioni tribologiche forniscono informazioni sul PC quando si simula l’elaborazione orale in bocca (tra le superfici della lingua e del palato), inclusa una valutazione dell’attrito e della lubrificazione. In generale, il principio di base della tribologia (nota anche come reologia di superficie) è quello di simulare la ruvidità superficiale della lingua umana in base all’attrito e alla lubrificazione di 2 superfici mentre si muovono insieme (Nguyen et al., 2016a; Sudhakar et al., 2020).

Una tendenza generale nell’alimentazione moderna è la riduzione del contenuto di sodio nella dieta, perché un elevato apporto di sodio e un apporto insufficiente di potassio possono contribuire al possibile sviluppo di malattie cardiovascolari. Le PC hanno un contenuto di sodio relativamente elevato (solitamente >1% wt/wt) sotto forma di NaCl e ES a base di sodio (che sono i più comunemente applicati). Di recente, è stata studiata la possibilità di sostituire le miscele ES a base di sodio comunemente utilizzate con ES a base di potassio. Tuttavia, fino ad ora solo pochi studi hanno affrontato il problema sopra menzionato. Quindi, la scelta appropriata del tipo e della concentrazione di ES a base di potassio è fondamentale (Agarwal et al., 2011; Hoffmann et al., 2012; Chavhan et al., 2015). Nel complesso, nella letteratura scientifica disponibile manca uno studio che fornisca una caratterizzazione complessa e sistematica delle PC realizzate con ES a base di potassio, con l’uso di tecniche reologiche, testuali, tribologiche e termiche. Pertanto, l’obiettivo del presente studio era quello di valutare l’effetto degli ES a base di potassio (applicati come ingredienti unici in una concentrazione del 2% peso/peso) con diverse lunghezze della catena di fosfato (idrogenofosfato dipotassico [K2HPO4; DKP], difosfato tetrapotassico [K4P2O7; KTPP], trifosfato pentapotassico [K5P3O10; TKPP]) sulle proprietà fisico-chimiche, viscoelastiche, testuali, tribologiche, termiche e sensoriali del PC durante un periodo di conservazione di 60 giorni (6°C ± 2°C).

MATERIALI E METODI: Ingredienti per campioni di PC prodotti

Per produrre i campioni di PC modello sono stati utilizzati i seguenti ingredienti: (1) blocchi di formaggio Edam (52% peso/peso contenuto di SM, 30% peso/peso di grassi in SM [FDM], un formaggio semiduro di tipo olandese; stagionatura di 7 settimane); (2) burro non salato (83% peso/peso contenuto di grassi, 85% peso/peso contenuto di SM), (3) acqua e (4) ES (applicati come ingredienti unici). Sono stati utilizzati tre diversi ES a base di potassio: idrogenofosfato di dipotassio (K2HPO4; DKP); difosfato tetrapotassio (K4P2O7; KTPP); trifosfato pentapotassio (K5P3O10; TKPP). Tutti gli ES a base di potassio sono stati utilizzati in una concentrazione del 2% peso/peso.

CONCLUSIONI

È stato studiato l’effetto di diversi tipi di ES a base di potassio sulle proprietà fisico-chimiche, viscoelastiche, testuali, termiche, tribologiche e sensoriali del PC. Il tipo di ES a base di potassio utilizzato ha avuto un effetto diverso sulle proprietà funzionali del PC. Tutti i campioni di PC hanno mostrato un carattere più elastico. La durezza del PC è aumentata con l’aumento della lunghezza della catena fosfatica dell’ES e anche con il prolungamento del tempo di conservazione. Inoltre, è stato scoperto che con l’aumento del contenuto di potassio nel PC, l’entalpia di fusione del ghiaccio diminuisce gradualmente, quindi l’acqua è maggiormente legata nel campione di PC. In questo studio, è stata dimostrata la possibilità di utilizzare ES a base di potassio per la produzione di PC con un contenuto di sodio ridotto senza l’effetto negativo di questi composti sulle proprietà sensoriali dei prodotti, in particolare lo sviluppo di amarezza. L’uso di ES a base di potassio nel PC può offrire diversi benefici per la salute e rendere i prodotti PC attraenti per i consumatori che cercano prodotti con etichetta pulita.

Tratto da: “Potassium-based emulsifying salts in processed cheese: A rheological, textural, tribological, and thermal approach“,K. Šantová,1 R. N. Salek, V. Kůrová, A. Mizera, B. Lapčíková, A. Vincová,1 L. Zálešáková, A. Kratochvílová, E. Lorencová, Š. Vinter, K. Opustilová, and M. Karhánková.