Acqua congelata nei prodotti alimentari?

Un accenno al congelamento è stato presentato nel post qua congela l’acqua!  e, riprendendo il grafico sull’andamento della temperatura nel tempo, nelle prossime righe cercheremo di approfondire la tematica partendo proprio dall’acqua come solvente puro.

Raffreddando il prodotto a 0 °C inizia la formazione di ghiaccio (da A a B). Da B a C, raffreddando ulteriormente, acqua e ghiaccio coesistono. In C, continuando, abbiamo solo ghiaccio.

Quello descritto è il caso ideale, quello che non è possibile avere nei prodotti alimentari dato che questi sono sistemi molto più complessi.

Ma cosa succede all’interno di un alimento?

Prima, durante e alla fine del processo di congelamento, una parte di acqua non congelata è sempre presente.

All’inizio del processo, facciamo coincidere l’acqua non congelata a quella presente nell’alimento fresco. Le numerose tabelle presenti sia nei libri di testo che in rete ci permettono di risalire a tale dato. L’INRAN ne mette a disposizione una semplice da consultare. Durante e alla fine dello stesso processo invece, l’acqua non congelata può essere calcolata (relazione di Bartlett).

Tralasciando in parte la teoria che porta allo sviluppo delle numerosi relazioni matematiche, conoscendo la temperatura all’inzio del congelamento (calcolata o tabulata) di un alimento riusciamo a calcolare la frazione molare di acqua non congelata a quella temperatura e indirettamente la % e il peso della frazione solida.

Con un esempio applicativo dovrebbe essere più chiaro

Quanta acqua non congelata abbiamo nella frutta a -25 °C?

A titolo puramente esemplificativo, si consideri un frutto generico con una temperatura di inizio congelamento pari a -1°C (273,15-1,0 = 272,15 °K).

Conosciamo anche le costanti L = 6003 J/mol (calore latente di fusione del ghiaccio), R = 8,314 J/mol/K (costante dei gas perfetti) e il peso molecolare dell’acqua che è pari a 18.

Sviluppiamo ed otteniamo che la frazione molare dell’acqua non congelata nella soluzione allo stato liquido (Xa) alla temperatura iniziale di congelamento è uguale a 0,990.

Consideriamo che alla temperatura iniziale, tutta l’acqua presente nel prodotto, supponiamo 85% (0,85) non sia congelata, quindi sottraendo questo valore al 100% (1) otteniamo la frazione solida (0,15) la cui massa molecolare equivale a 314,5.

Allo stesso modo visto in precedenza calcoliamo la frazione molare dell’acqua non congelata alla temperatura di -25 °C: 0,766.

Avendo tutti i dati, risolviamo con incognita Ya (frazione in massa dell’acqua) l’equazione precedentemente descritta ed otteniamo  0,028.

Così possiamo dedurre che l’acqua congelata è pari all’ 82,2% (85-2,8) e solo il 2,8% rimane non congelata, il che equivale anche a dire che il 96,5% circa dell’acqua totale a -25 °C è congelata.

A -12 °C (un freezer casalingo)?

Svolgendo i calcoli seguendo lo stesso metodo (0,85-0,067)=0,783. L’acqua congelata è il 78,3% (92% circa dell’acqua totale).

A -40 °C (un congelatore industriale)?

L’acqua congelata in questo caso è pari a 83,5%, che corrisponde a circa il 98% dell’acqua totale.

Ai fini industriali, per esempio, queste ed altre relazioni hanno grande importanza per pianificare lo sviluppo di nuovi prodotti e valutarne  preventivamente la stabilità sia chimico-fisica che microbiologica.