Caratterizzazione granulometrica delle bevande a base di cacao e zucchero

Le bevande a base di cacao in polvere contengono al loro interno una miscela di zucchero e cacao. La presenza dello zucchero è fondamentale per poter garantire una buona solubilità in fase di ricostituzione del prodotto: normalmente i preparati in polvere possono contenere anche l’80% di zucchero a fronte di un 20% di cacao. In alcuni prodotti, per migliorare la solubilità vengono aggiunti grassi, stabilizzanti ed emulsioni.

Solubilità della polvere di cacao

Le prime caratteristiche che vengono prese in considerazione nella scelta di un componente aggiuntivo è quanto questo possa influire su colore e sapore del prodotto finale. Oltre questi aspetti che determinano il gusto della bevanda, è molto importante la fase di reidratazione della polvere in acqua o latte.

Bagnabilità e idrofobicità della polvere di cacao

Le fasi più critiche del processo sono sicuramente la bagnabilità, l’affondabilità e la dispersione; infatti è generalmente accettato dagli utilizzatori che aggiungendo la polvere di cacao ad un liquido, questa tenda a galleggiare e poi successivamente ad aggregarsi facendo grumi. Tutti questi fenomeni sono collegati alla scarsa bagnabilità e all’idrofobicità della polvere di cacao. La solubilità delle polveri di cacao può essere migliorata con l’aggiunta di lecitina, con il processo di alcalinizzazione o con l’aggiunta di zucchero. Per quanto riguarda le prime due soluzioni, entrambe hanno un effetto sul gusto della bevanda.

Una soluzione più semplice e meno impattante sul gusto della bevanda è l’aggiunta di zucchero, che però comporta problematiche di salute per il consumatore dovendone aggiungere anche l’80% per avere un buon grado di solubilità.

L’analisi granulometrica e quella dinamica d’immagine possono fornire dati importanti per la caratterizzazione nel mix di cacao, con i quali è possibile individuare il tipo e la dimensione delle particelle di zucchero ideali per diminuirne la quantità necessaria, garantendo comunque una buona solubilità del prodotto.

Caratterizzazione del mix cacao-zucchero

Analisi Dinamica d’Immagine

Alcuni degli studi sull’influenza della granulometria dello zucchero sulla solubilità del mix sono stati realizzati analizzando polvere di cacao commerciale senza zucchero e due tipi di zuccheri, saccarosio e lattosio.

La miscela zucchero-cacao viene miscelata a secco. Le composizioni valutate in uno studio francese sono state: 0/100; 70/30, 80/20 e 90/10 testando entrambi gli zuccheri. Per ogni zucchero sono state utilizzate due diverse granulometrie: uno di dimensione media X₅₀ di 30 μm ed il secondo con un X₅₀ di 480 μm.

Per la caratterizzazione granulometrica è stato utilizzato il l’analizzatore granulometrico a scansione d’immagine QICPIC di Sympatec, che permette non solo di determinare la granulometria della polvere di zucchero ma anche di seguire in tempo reale il processo di reidratazione. Questo è possibile equipaggiando lo strumento con il dispersore ad umido LIXELL, connesso al piccolo reattore con una pompa peristaltica. Le polveri vengono sospese in etanolo in modo da raggiungere il giusto oscuramento della focale evitando l’eventuale sovrapposizione di particelle (Figura 1).

Il mezzo di dispersione nel reattore è alimentato con una pompa peristaltica e permette il passaggio in modo costante attraverso la cella di misura, dove la fotocamera del sistema registra immagini e video senza interruzione per 8 ore. I dati sono stati raccolti ogni 20 s, per una durata di 900 s, ottenendo per ogni cinetica di reidratazione 45 dati. Il mezzo di dispersione nel reattore è stato posto sotto agitazione meccanica a 750 giri/min e la temperatura mantenuta a 20 °C. Per ogni misura sono stati dispersi 2 g di polvere in 200 ml di acqua.

L’analisi fornisce un’immagine in 2D di una particella complessa, fornendo dati sulle dimensioni e sulla forma. Il diametro calcolato è l’EQPC (Diameter of a Circle of Equal Projection Area) che corrisponde al diametro di un cerchio con la stessa area dell’immagine 2D della particella (Figura 2). Con il diametro medio X₅₀ utilizzato con il Qicpic, si intende che il 50% delle particelle presenta un EQPC superiore e il 50% presenta un EQPC inferiore.

La distribuzione dimensionale

I risultati ottenuti per le diverse formulazioni sono riportati in Figura 3. Per miscele di cacao con zucchero a granulometria inferiore si osserva un unico picco a circa 30 μm (Fig. 3A e C) che è il diametro sia delle particelle di zucchero che di quelle di cacao. Per miscele di cacao e zucchero con granulometria superiore sono presenti 2 picchi (Fig. 3B e D), il primo corrispondente al cacao a 30 micron e il secondo corrispondente al diametro di circa 480 μm dello zucchero.

QICPIC ci permette di seguire la cinetica di reidratazione a 20° C per le miscele cacao/saccarosio 30 μm (Fig. 4A), cacao/saccarosio 480 μm (Fig. 4B), cacao/lattosio lattosio 30 μm (Fig. 4C) e cacao/lattosio 480 (Fig. 4D). L’X₅₀ viene seguito per 900 s per tutte le formulazioni. La cinetica è interrotta dopo 900 s di reidratazione in quanto dopo questo tempo si osserva un X₅₀ costante.

Qualunque sia la cinetica, si ottengono profili tipici: un rapido e breve aumento di X₅₀ durante i primi secondi di reidratazione seguito da una lenta diminuzione del X₅₀ e infine una stabilizzazione (o inizio stabilizzazione). Inoltre, per ogni formulazione sono accessibili video e/o immagini delle particelle durante l’intero processo di reidratazione. La Figura 4 mostra un esempio di immagini analizzate al tempo di 0, 400 e 800 s per zucchero/cacao 70/30. Miscele con grosse particelle di zucchero mostrano forti differenze nel X₅₀ alla fine della cinetica, che possono essere spiegate dalla differenza in solubilità dei due zuccheri. Questa differenza è confermata dalle immagini di particelle a 400 e 800 s.

Dai profili cinetici di reidratazione (Figura 4), sono state trovate correlazioni tra ciascun parametro (natura dello zucchero, dimensione e percentuale) e le proprietà di reidratazione, che risultano essere in accordo con i risultati ottenuti con i metodi statici che utilizzano standard internazionali adatti alle polveri di cacao presenti in Tabella 2.

La natura dello zucchero e la sua percentuale mostrano una forte influenza sulle proprietà reidratanti.

La misura del X₅₀ effettuata con QICPIC sembra essere un buon indicatore, a 60 s della dispersibilità ed a 900 s della solubilità. Purtroppo la bagnabilità, che è una proprietà che si osserva solo inizialmente, può essere stimata solo visivamente con il metodo dinamico (IA dei primi secondi di reidratazione). Vale la pena notare che il metodo dinamico sembra essere più sensibile rispetto a quello statico rispetto all’influenza della dimensione delle particelle sul X₅₀.

Conclusioni

Le proprietà di reidratazione del cacao in polvere sono state studiate variando il tipo di zucchero, le dimensioni e la concentrazione. Bagnabilità, disperdibilità e solubilità sono state misurate utilizzando un metodo statico e uno dinamico.

L’aggiunta di zucchero a granulometria superiore migliora la reidratazione della polvere di cacao mentre il tipo di zucchero influisce sulla solubilità, in quanto le miscele contenenti saccarosio vengono reidratate meglio rispetto a quelle con lattosio.