Renée Abou Jaoudé
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L'acqua
L'acqua è la molecola più importante per tutti gli esseri viventi. Non esisterebbe vita se non ci fosse acqua. L'acqua è anche uno dei componenti principali dei nostri alimenti, proprio perché questi derivano da esseri viventi. Non possiamo, quindi, non considerare l'acqua come ingrediente fondamentale in pasticceria.
L'acqua è uno dei componenti principali di molti alimenti. Cercherò di spiegare in maniera semplice alcune delle sue caratteristiche chimico-fisiche. Per farlo, darò per scontati alcuni concetti e ne semplificherò all'eccesso altri. Spero che i chimici possano perdonarmi.
Chimicamente, l'acqua è una molecola composta da due atomi di idrogeno (H) e uno di ossigeno (O). La composizione e la conformazione, l'arrangiamento spaziale dei suoi atomi determinano le caratteristiche chimico-fisiche della molecola.
All'interno di ciascuna molecola di acqua, gli atomi di H sono legati all'atomo di O attraverso un legame (intramolecolate) covalente polare. Questo tipo di legame si forma quando tra due atomi vi è una differenza di elettronegatività compresa tra 0.4 e 1.8, dove per elettronegatività si intende la capacità di attirare a sé elettroni. L'atomo di O è più elettronegativo (3.4) dell'atomo di H (2.2); la differenza tra i valori di elettronegatività dei due atomi è pari a 1.2 .La molecola d'acqua ha poi una forma a V o a libro aperto, in cui l'atomo di ossigeno risulta in posizione centrale (la base della V) e i due atomi di idrogeno in posizione laterale (a formare i vertici della V). Questa particolare conformazione, unita alla differenza di elettronegatività tra i due atomi fa si che gli elettroni si trovino tutti più vinici all'atomo di ossigeno. La distribuzione delle cariche negative (degli elettroni) non è quindi simmetrica all'interno della molecola e queste si troveranno "spostate" più verso l'ossigeno che verso l'idrogeno. Ciò si traduce nella presenza di un polo negativo (rappresentato dall'ossigeno) e di poli positivi (dislocati sugli idrogeno). Possiamo quindi dire che i legami che si formano tra gli idrogeni e l'ossigeno sono polari, e anche la molecola è dotata di polarita. Di conseguenza, la molecola di acqua si comporta come un dipolo, come una pila, e sarà in grado di attrarre altre molecole che presentano caratteristiche simili: il polo negativo della molecola di acqua attrarrà quello positivo di un'altra molecola e viceversa. Questa caratteristica chimica è alla base dei processi di solubilizzazione (vedi sotto).
Il fatto che la molecola d'acqua sia polare, produce un'attrazione naturale tra molecole di acqua, ognuna caratterizzata dalla prsenza di poli positivi e negativo. Tra molecole di acqua diverse di forma un legame (intermolecolare, cioé tra molecole diverse) chiamato legame a idrogeno o ponte a idrogeno. Il legame a idrogeno è un legame che si forma in natura tra un idrogeno legato ad un atomo molto elettronegativo presente in una prima molecola, e un atomo molto elettronegativo presente su una seconda molecola (vedi figura qui sotto).
Nella figura qui sopra, gli H della molecola di acqua centrale, legati all'interno di questa prima molecola, ad un ossigeno (che è un atomo molto elettronegativo), legano un ossigeno (atomo, come dicevamo, molto elettronegativo) presente su un'altra molecola.
La formazione di questi numerosi legami che tengono insieme le molecole di acqua e che, quando questa si trova allo stato liquido, si rompono e si formano in continuazione, è la causa di alcune proprietà inusuali dell'acqua rispetto a molecole caratterizzate da masse simili ad essa (metano, ammoniaca...): l'acqua, rispetto a queste molecole, si trova allo stato liquido a temperatura ambiente, avendo un punto di fusione molto più elevato, così come elevata è la temperatura di ebollizione dell'acqua.
Anche il calore specifico dell'acqua, cioé l'energia necessaria per innalzare la temperatura di un corpo di 1 grado di una certa quantità di sostanza, è molto elevata. Ciò spiega perché ci vuole molto tempo, a parità di energia fornita, per far arrivare a 100 °C 1 kg di acqua rispetto ad 1 kg di olio. Ciò è importante nel determinare il comportamento in cottura dei nostri dolci rispetto alla loro composizione.
Tutti sappiamo che l'acqua pura bolle a 100 °C. Forse non tutti sappiamo che la temperatura di ebollizione (e quella di fusione) dipendono dalla pressione. Il diagramma di stato dell'acqua, che riporto qui sotto, è un grafico in cui per ogni valore di pressione e temperatura, viene riportato lo stato fisico (gassoso, solido o liquido) dell'acqua pura.
Alla pressione di 1 atmosfera, cioè a livello del mare, l'acqua bolle a 100 °C e fonde a 0 °C. Se però diminuiamo la pressione (ciò avviene se mettiamo sotto vuoto un alimento, oppure se ci spostiamo ad altitudini maggiori), allora l'acqua bollirà a temperature più basse. Al contrario, se aumentiamo la pressione (ad esempio utilizzando la pentola a pressione), l'acqua bollirà a temperature più alte.
Cosa succede invece se nell'acqua sono presenti dei soluti (sali, zuccheri...)?
In questo caso, il diagramma di stato dell'acqua si modifica (vedi diagramma qui sotto), e in presenza di soluti, la soluzione bollirà non più a 100 °C ma a temperature superiori. Un esempio pratico è quello degli sciroppi, delle paste di frutta, del caramello, delle confetture... Inoltre, avremo bisogno di temperature più negative per far congelare la soluzione: pensiamo al fatto che il gelato, benché venga servito a temperature negative, non è duro come un cubetto di ghiaccio.
Sono pochi gli alimenti non ricchi di questa molecola e, nella maggior parte dei casi, questi hanno subito dei processi di disidratazione o di esclusione dell'acqua durante la loro produzione.
Se consideriamo gli ingredienti base che si utilizzano in pasticceria, scopriremo che anche quelli poveri di acqua hanno subito un processo di esclusione di questa in alcune fasi della loro produzione.
La farina di frumento, ad esempio, viene ottenuta dalla macinazione di questo cereale che viene raccolto solo quando il suo contenuto idrico risulta essere pari al 18%. Per essere conservata a lungo, l'umidità della farina deve avere valori compresi tra il 13 e il 14%.
Il burro viene ottenuto per rimozione dell'acqua e concentrazione della componente lipidica della panna.
Alcuni ingredienti, come le uova, possono essere liofilizzate e vendute in polvere. Lo zucchero viene ottenuto per essiccazione di uno sciroppo estratto dalla canna da zucchero o dalla barbabietola (per approfondire l'argomento zucchero (saccarosio), clicca il bottone qui sotto).
La rimozione dell'acqua dagli alimenti viene in genere effettuata per aumentarne la shelf-life. Esiste infatti una correlazione negativa tra la quantità di acqua libera contenuta in un alimento e la sua conservabilità. Per acqua libera si intende acqua non legata, acqua che quindi si muove liberamente nel cibo e che può essere utilizzata dai microrganimi, a differenza di quella legata, non disponibile. Infatti, l'acqua presente nel cibo può essere associata o meno ad altre molecole. Esiste, di conseguenza, una netta differenza tra la quantità di acqua contenuta in un alimento (cioè il suo contenuto idrico) e la quantità di acqua libera contenuta in questo. Due alimenti possono avere lo stesso contenuto idrico (cioè possono contenere la stessa percentuale di acqua), ma avere un diverso contenuto di acqua libera.
L'aqua legata chimicamente ad altre molecole, non può essere utilizzata dai microrganismi (e in alcune altre reazioni che portano ad un deterioramento dell'alimento), non può supportarne la crescita.
L'influenza dell'acqua sulle attività di degradazione degli alimenti può essere meglio definita, invece che dal contenuto idrico, dall'attività dell'acqua (aw). L'attività dell'acqua è un indice di quanto l'acqua è legata chimicamente o strutturalmente.
I valori di attività dell'acqua variano da 0 a 1, dove 1 corrisponde alla massima quantità di acqua libera possibile, e quindi a potenziale elevata disponibilità per la crescita dei microrganismi.
La crescita della maggior parte dei microrganismi patogeni, tra cui Salmonella, Escherichia e Clostridia, è inibita sotto a valori di aw di 0.91 (vedi grafico qui sotto). La maggior parte dei lieviti è inibita sotto 0.87 e la maggior parte delle muffa sotto 0.8. Valori di aw inferiori a 0.6 rendono la proliferazione dei microrganismi praticamente impossibile.
Quando da un alimento si rimuove acqua, contemporaneamente la concentrazione delle altre molecole presenti in esso (carboidrati, proteine, lipidi...) incrementa. Possiamo poi aumentare la concentrazione di soluti presenti: quando prepariamo una confettura, dei canditi, delle paste di frutta, o quando mettiamo un alimento sotto sale. Questo induce un forte aumento della pressione osmotica sulle cellule dei microrganismi e una concomitante disidratazione dell'alimento trattato, fattori che negativamente influiscono sulla proliferazione di molti microrganismi.
Ci sarebbero moltre altre cose da dire su questa molecola. Ne approfitterò per approfondire alcuni aspetti interessanti in altri articoli.
BIBLIOGRAFIA:
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