ITMI20111079A1 - Prodotto alimentare in emulsione sonicata gelato, metodo e apparato per la sua produzione - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale avente per titolo:

"PRODOTTO ALIMENTARE IN EMULSIONE SONICATA GELATO, METODO E APPARATO PER LA SUA PRODUZIONE"

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un metodo e un dispositivo per produrre un prodotto alimentare, in particolare un gelato, in forma di emulsione sonicata, così come al prodotto alimentare così ottenuto.

Stato della tecnica

Un gelato è una preparazione alimentare ottenuta a partire da una miscela di ingredienti, definita nel settore come “base", portata allo stato solido o pastoso mediante congelamento e contemporanea agitazione, detta mantecazione. Indicativamente la base comprende latte, zucchero e uova; in particolare, nei gelati attualmente si aggiunge il tuorlo dell’uovo tralasciando nella quasi totalità dei casi l’albume. Alla base è anche possibile aggiungere uno o più ingredienti destinati a conferire al gelato un sapore caratteristico, come per esempio frutta, frutta secca, cacao o cioccolato, caffè e simili. A seconda degli ingredienti impiegati, i gelati si dividono in: gelato al latte se i grassi sono fino al 5%; gelato di latte se i grassi sono fino al 6%; ice-cream se i grassi sono al 7%; ice-cream (tipico americano) se i grassi sono all’8%.

Il gelato è un prodotto soggetto a deperimento a causa della proliferazione di batteri. Per ovviare al problema, alla miscela si possono aggiungere conservanti, la cui presenza è però generalmente non apprezzata dai consumatori. Preferibilmente, prima del congelamento e mantecazione la base viene sottoposta ad un’operazione di pastorizzazione, che consiste in un trattamento termico a temperature generalmente superiori a 65 °C; lo scopo è di ottenere una carica batterica ridotta in modo da consentire una conservazione del prodotto per i tempi necessari alla distribuzione e consumazione. La pastorizzazione può però alterare in parte le proprietà organolettiche del prodotto finale, anche a causa della possibile coagulazione delle principali proteine dell’uovo, come l’ovotransferrina, che inizia a coagulare a 62 °C e diventa un solido morbido a 65 °C, e l’ovalbumina, che costituisce il 54% delle proteine dell’albume e che coagula a 85 °C.

Gli ingredienti di queste miscele sono presenti in un gelato sotto forma di emulsione. Un'emulsione è una dispersione di goccioline di dimensioni inferiori al millimetro di una prima fase liquida in una seconda fase liquida in cui la prima è immiscibile; in campo alimentare queste fasi sono tipicamente acqua ed un liquido lipofilo (olio). Un’emulsione è stabilizzata dalla presenza di un terzo componente, detto emulsionante, che impedisce o rallenta notevolmente la separazione (smiscelazione) delle due fasi principali.

Un’emulsione si ottiene tipicamente con un emulsionatore che, fornendo energia meccanica al sistema, disperde sotto forma di goccioline la fase presente in quantità minore nella fase presente in quantità superiore. Si ottengono particelle pressoché sferiche di dimensioni diverse a seconda del tipo di emulsione. In particolare, nel presente testo si fa riferimento ad emulsioni alimentari destinate alla produzione di gelati; queste emulsioni sono di tipo particolare, contenendo aria come quarto componente.

In un gelato in genere sono presenti cristalli di ghiaccio, particelle di grasso, bolle d’aria e una parte ancora liquida. Altri ingredienti che danno il gusto al gelato possono essere dispersi nei cristalli di ghiaccio o nelle particelle di grasso. Il passaggio dello stato di aggregazione dell’acqua liquida in ghiaccio solido e l’incorporamento di aria, nel corso del processo di congelamento, producono un prodotto finito che si presenta in tre fasi del tutto diverse da quelle di partenza. Si hanno infatti:

a) una fase solida, che si compone di cristalli di ghiaccio, grassi induriti e parzialmente cristallizzati, e sostanze solide insolubili (cellulosiche ecc.);

b) una fase liquida, formata da una parte di acqua non cristallizzata nella quale si trovano in soluzione vari zuccheri e sali minerali oltre a proteine e stabilizzanti in soluzione colloidale;

c) una fase gassosa formata da minuscole bollicine d’aria.

È noto nel settore che una diminuzione delle dimensioni delle componenti dell’emulsione (particelle solide, goccioline liquide e bolle d’aria), porta ad un gelato di migliore qualità.

In primo luogo, particelle di grasso di dimensioni inferiori sono più facilmente attaccabili dai succhi gastrici, con un miglioramento della digeribilità del prodotto.

In secondo luogo, gli ingredienti che conferiscono i particolari aromi al gelato sono tipicamente dissolti nelle particelle di grasso, che agiscono quindi come trasportatori di questi ingredienti verso le papille gustative; più piccole sono le particelle di grasso, più probabile e frequente è rincontro con le papille, evitando che le sostanze che conferiscono il gusto al gelato vengano ingoiate senza essere rilevate; di conseguenza, la diminuzione delle dimensioni dei componenti dell'emulsione porta in generale all’esaltazione del gusto del gelato. Infine, particolare più importante, l’aria inglobata nel gelato tende col tempo a liberarsi dall’emulsione, in particolare ogni qual volta il gelato è servito al pubblico da vaschette che vengono rimestate dalla spatola; la perdita d’aria comporta un peggioramento della lavorabilità del gelato e di qualità organolettiche (è noto nel settore che, entro certi limiti che dipendono dal tipo di gelato, il prodotto risulta tanto più piacevole al palato quanto più alta è la percentuale d’aria inglobata), senza contare che a fronte di un prodotto meno gradevole si consuma più materia prima. Una “tessitura” più fine della struttura dell’emulsione, derivanti da particelle più piccole, consente di trattenere più a lungo l’aria inglobata nella stessa.

Sono stati proposti vari metodi per ridurre le dimensioni delle particelle solide e delle bolle d’aria che formano l’emulsione di un gelato.

Un primo metodo consiste nel sottoporre il gelato ad un’operazione di micronizzazione. Un micronizzatore è essenzialmente analogo ad un emulsionatore, ma comprende un agitatore meccanico dotato di pale che ruota ad altissima velocità (per esempio di circa 50.000 giri al minuto), disgregando le particelle dell’emulsione. Esempi di micronizzatori sono gli apparecchi della serie PSK KEL venduti dalla ditta Cattabriga di Anzola Emilia (BO). Il prodotto ottenuto è noto nel settore come gelato micronizzato.

Un secondo metodo consiste nel sottoporre il gelato ad un’operazione di omogeneizzazione. Nelle macchine impiegate allo scopo, un dispositivo pompante positivo forza la miscela da emulsionare a passare attraverso la strozzatura di una valvola omogeneizzatrice. Macchine omogeneizzatrici sono in uso per la riduzione della dimensione delle particelle dei prodotti fluidi quali latte, succo di frutta e salse.

Sommario dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un metodo per la produzione di un prodotto alimentare gelato di qualità migliorata rispetto a quelli ottenuti con le tecniche note, così come di fornire un apparato per la realizzazione del metodo e il prodotto risultante dal metodo.

Questo scopo viene ottenuto con un metodo per la produzione di un prodotto alimentare gelato che comprende le operazioni di formare un’emulsione a partire da una base di ingredienti desiderati e successivamente congelarla e mantecarla, caratterizzato dal fatto che prima dell’operazione di mantecazione l’emulsione è sottoposta ad un trattamento con ultrasuoni a frequenza superiore a 20 kHz.

L’inventore ha osservato che il trattamento di sonicazione modifica la tessitura del gelato e migliora di conseguenza alcune caratteristiche fondamentali per la sua qualità; in particolare, la sonicazione conferisce al prodotto, rispetto ad un gelato tradizionale, una maggiore stabilità strutturale (minor tendenza a deformarsi e a collassare), una resistenza superiore alla temperatura, come descritto in dettaglio nel seguito; inoltre, la sonicazione conferisce una minore viscosità all’emulsione di partenza.

Breve descrizione delle Figure

L’invenzione verrà illustrata nel seguito con riferimento alle seguenti figure:

- la Figura 1 rappresenta in modo schematico l’arrangiamento spaziale delle particelle di un’emulsione destinata a produrre gelato sottoposto a sonicazione secondo la presente invenzione (Fig. 1.a) e di un'emulsione destinata a produrre gelato non sottoposto a sonicazione (Fig. 1.b);

- la Figura 2 rappresenta in modo schematico e in sezione un primo possibile apparato per la realizzazione del metodo dell’invenzione;

- la Figura 3 rappresenta in modo schematico e in sezione un secondo possibile apparato per la realizzazione del metodo dell’invenzione;

- le Figure 4. a, 4.b e 4.c rappresentano, con diverse modalità, curve di distribuzione delle dimensioni delle particelle solide presenti in un’emulsione per gelato dell’Invenzione ed una della tecnica nota;

- le Figure 5, 5. a e 5.b rappresentano grafici relativi a misure di viscosità su un'emulsione per gelato dell’invenzione ed una della tecnica nota;

- la Figura 6 riporta una misura calorimetrica su un’emulsione per gelato deH’invenzione; la Figura 6. a riporta una misura calorimetrica su un’emulsione per gelato della tecnica nota;

- la Figura 7 mostra due curve di assorbimento di corrente di un mantecatore quando viene impiegato per mantecare rispettivamente un’emulsione per gelato dell'invenzione ed una della tecnica nota;

- la Figura 8 mostra in modo schematico uno strumento per la misura di durezza di un gelato; e

- la Figura 9 mostra curve di resistenza all’avanzamento del penetratore dello strumento della Figura 8 in un gelato prodotto secondo l’invenzione e in un gelato della tecnica nota.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

In un suo primo aspetto, l’invenzione consiste nel metodo per produrre un prodotto alimentare gelato.

Questo metodo consiste nel sottoporre una miscela di ingredienti da emulsionare, o un’emulsione già formata con una tecnica tradizionale, ad un’operazione di sonicazione, cioè un trattamento con ultrasuoni aventi frequenza superiore a 20 kHz.

La sonicazione è un’operazione di omogeneizzazione fine con ultrasuoni, e si basa sull'azione di un fascio di ultrasuoni generato da un dispositivo detto sonicatore. La sonicazione produce all'interno di un liquido delle onde di pressione provocando il fenomeno della cavitazione, cioè la formazione durante la fase di pressione negativa di milioni di piccole cavità che, nella successiva fase di pressione positiva, implodono con un drastico e improvviso cambiamento della temperatura e della pressione nella zona interessata. In prossimità della sonda del sonicatore (la parte attiva e immersa nel liquido), che produce onde di ultrasuoni con frequenza superiore ai 20 kHz, viene quindi concentrata una straordinaria quantità di energia capace di disintegrare particelle, omogeneizzare tessuti, disgregare cellule ed effetti simili.

Trattamenti di sonicazione sono già impiegati nell'industria alimentare per ridurre le dimensioni di particelle o per migliorare l’omogeneità di miscele. A priori, però, l'impiego di questa tecnica poteva sembrare non adatto alla produzione di gelati. Infatti, uno degli effetti noti della sonicazione nelle soluzioni in generale è quello di causarne il degasaggio, mentre un obiettivo nella produzione di gelati è quello di ottenere un prodotto che conglobi aria. Inoltre, si sarebbe potuto ritenere che i surriscaldamenti localizzati intensi e ripetuti sopra descritti, dovuti alla cavitazione, avrebbero potuto avere effetti dannosi sui componenti della miscela, in particolare le proteine del latte e delle uova. L'inventore ha osservato che, contrariamente a quanto sarebbe stato logico attendersi, la sonicazione consente di mantenere nella base una quantità di aria utile alla produzione del gelato, senza alterarne le qualità organolettiche.

Secondo la presente invenzione, il trattamento di sonicazione può sostituire le tradizionali operazioni di produzione di un’emulsione normalmente adottati nel settore, che possono essere realizzate con un emulsionatore o eventualmente con un micronizzatore o un omogeneizzatore. Allo scopo, è possibile impiegare un sonicatore di potenza elevata.

In alternativa, la sonicazione è associata a dette operazioni di tipo tradizionale nel metodo dell’invenzione; in questo caso, la sonicazione può essere contemporanea o, preferibilmente, successiva alla formazione dell’emulsione, e richiede un sonicatore di potenza più contenuta rispetto al caso precedente. La miscela di partenza può essere sottoposta a pastorizzazione; come descritto più in dettaglio nel seguito, però, il metodo dell’invenzione ha tra i suoi vantaggi anche quello di consentire di condurre una pastorizzazione in condizioni più blande a quelle tipicamente impiegate nel settore, o di evitare del tutto tale trattamento.

La miscela, pastorizzata o meno, viene poi emulsionata, tramite sola sonicazione, oppure con un emulsionatore, micronizzaore o omogeneizzatore secondo modalità note nel settore, e inoltre sonicata. Nel caso in cui la sonicazione sia associata ai trattamenti tradizionali di emulsionatura, alcuni dei vantaggi derivanti dalla sonicazione si manifestano anche applicando tale trattamento contemporaneamente a detti trattamenti; a causa però delle bolle d’aria generate nella massa dalle altre operazioni, l’effetto della sonicazione risulta attenuato (gli ultrasuoni si trasmettono infatti bene in materiali solidi o liquidi, e male nei gas); di conseguenza secondo la presente invenzione, quando l'operazione di sonicazione è associata a detti trattamenti tradizionali, questa viene preferibilmente realizzata successivamente a detti trattamenti. La sonicazione può essere effettuata immergendo nella miscela (durante o dopo i trattamenti di emulsionazione, micronizzazione o omogeneizzazione) una “testa” che trasmette alla stessa vibrazioni a frequenze superiori a 20 kHz. Qualunque valore di frequenza superiore a quello cui indicato consente di ottenere i risultati desiderati; un limite pratico superiore alla frequenza degli ultrasuoni è 3,2 GHz, perché dispositivi per la produzione di queste frequenze hanno costi elevati, per cui la loro adozione aumenterebbe i costi di processo senza offrire vantaggi particolari. I risultati ottimali, in termini di bilancio di costi e benefici, si ottengono con frequenze variabili da 24 a 40 kHz. In alternativa, la sonicazione può essere realizzata introducendo la miscela in una vasca di metallo, alle pareti esterne (preferibilmente il fondo) della quale sono fatti aderire uno o più trasduttori di ultrasuoni; in questa configurazione gli ultrasuoni sono trasmessi alla miscela attraverso le pareti metalliche del contenitore. I tempi della sonicazione possono variare tra circa 4-5 minuti per le basi meno dense e 8-10 minuti per le basi più dense. In una produzione di una dose di gelato artigianale, al sonicatore è applicata una potenza compresa tra circa 200 e 400 W per un volume di emulsione di partenza compreso tra circa 3 e 6 litri. Il prodotto dell’operazione di sonicazione è un’emulsione in cui le particelle solide e bollicine d’aria, disperse in una matrice liquida (a base acquosa), presentano una distribuzione dimensionale differente rispetto a quella presente in un gelato tradizionale (a parità di tempo di misura dopo la produzione, per esempio con prodotti appena preparati).

L’aspetto strutturale che caratterizza il gelato dell’invenzione è una distribuzione più continua delle dimensioni di dette particelle solide e bollicine d’aria. In un’emulsione sonicata destinata a produrre gelato della presente invenzione, le dimensioni di particelle e bolle d’aria sono distribuite in modo continuo tra il loro valore minimo e massimo, come rappresentato schematicamente in Fig. 1.a); in particolare, si ottiene una serie di particelle di diverse dimensioni (indicate tutte cumulativamente con il numero di riferimento 10) immerse in una soluzione acquosa, 11, in cui sono presenti anche bollicine d'aria, 12. Questa caratteristica consente di avere una più efficiente occupazione dello spazio, collegamenti tra spazi vuoti adiacenti più ristretti, e di conseguenza una migliore ritenzione deH'aria nel gelato col risultato finale di una maggiore stabilità strutturale dello stesso. Viceversa, in un gelato tradizionale le dimensioni di particelle e bollicine d’aria si concentrano su alcuni valori caratteristici, mentre mancano quasi del tutto elementi con dimensioni intermedie; si ha così una discontinuità nelle dimensioni delle particelle all'aumentare del diametro, che comporta un impaccamento nello spazio di particelle, goccioline e bolle poco efficiente, e quindi poco stabile nel tempo. Questa situazione è rappresentata schematicamente in Fig. 1.b): nella figura è mostrata una pluralità di particelle di dimensioni maggiori, 13, che hanno tutte aH’incirca le stesse dimensioni; e una pluralità di particelle di dimensioni inferiori, 14, anche queste aventi tutte aH’incirca le stesse dimensioni, immerse in una matrice liquida 11 all'interno della quale sono presenti anche bollicine d’aria, 12; con queste caratteristiche di distribuzione dimensionale, tendente ad una distribuzione bimodale, l’occupazione dello spazio da parte delle componenti solide e liquide del gelato non è ottimale, gli spazi tra dette componenti, occupati dall’aria, sono di dimensioni relativamente grandi e ben connessi tra loro, e formano così dei cammini percolativi tramite cui l’aria riesce ad uscire in modo facile dalla struttura del prodotto.

La differenza strutturale citata sopra porta anche ad altri importanti vantaggi nelle caratteristiche dell’emulsione destinata a produrre gelato dell’invenzione. In primo luogo, un’emulsione sonicata presenta una viscosità più bassa di un analogo prodotto preparato con gli stessi ingredienti negli stessi rapporti e con gli stessi passaggi preliminari, ma non sonicato; in conseguenza della sua minore viscosità, l’emulsione destinata a produrre gelato della presente invenzione, genera un gelato più lavorabile alla spatola rispetto all’analogo gelato da emulsione non sonicata.

In secondo luogo, l’emulsione destinata a produrre gelato della presente invenzione presenta una temperatura di congelamento più alta rispetto ad una normale emulsione base non sonicata; tipicamente, un’emulsione per gelati tradizionale congela a temperature comprese tra circa -10 e -4 °C, mentre l’inventore ha osservato che le miscele sonicate della presente invenzione (a parità di composizione di partenza e di altri trattamenti) congelano a temperature comprese tra circa -8 e 1 °C. Questo fatto comporta un enorme vantaggio nella produzione di gelati, perché il gelato da emulsione sonicata dell’invenzione si presenta ancora solido alla temperatura in cui un gelato, fatto con emulsione non sonicata, comincia a sciogliersi. Un gelato da emulsione sonicata di conseguenza resiste meglio a sbalzi di temperatura che avrebbero portato a destrutturare (parziale scioglimento) un gelato di tipo tradizionale. Inoltre un gelato da emulsione sonicata può resistere per un tempo più lungo durante la consumazione fuori dal frigo, ad esempio su cono o su stecco.

Un altro vantaggio conseguente alla diversa struttura del gelato della presente invenzione, è che questo ha, a parità di temperatura, una durezza superiore rispetto ad un gelato non sottoposto a sonicazione; anche questa caratteristica contribuisce ad una maggiore durata nel tempo del gelato.

Inoltre, la presenza di particelle solide di più piccole dimensioni conferisce al prodotto dell’invenzione una migliore digeribilità e contribuisce all’esaltazione del suo sapore, per il più facile e frequente contatto degli ingredienti con le papille gustative.

Infine, il trattamento di sonicazione caratteristico dell’invenzione offre anche un vantaggio aggiuntivo per quanto riguarda la carica batterica del gelato e la prevenzione della sua proliferazione. Come detto, questo problema viene normalmente affrontato tramite pastorizzazione (con o senza aggiunta di conservanti). Come noto, un trattamento di sonicazione ha un’azione battericida che consente di eliminare in gran parte la carica batterica della base iniziale e di portarla a valori paragonabili a quelli della pastorizzazione, necessari alla somministrazione alimentare; l’inventore ha osservato che ciò permette di omettere la pastorizzazione, o di effettuarla ad una temperatura tra circa 60 e 65 °C, inferiore alle normali temperature impiegate per questa operazione, e anche per tempi inferiori alia norma, evitando i problemi prima citati di alterazione organolettica e alterazione delle proteine del latte e dell’uovo.

In un suo secondo aspetto, l’invenzione riguarda un apparato per la realizzazione del metodo fin qui descritto.

Una prima possibile forma di apparato è adatta alla realizzazione del metodo in cui il sonicatore agisce anche da emulsionatore; in questo caso, l’apparato consiste semplicemente in un contenitore chiuso da un coperchio, al cui interno è presente un agitatore, e di un elemento sonicatore. Il sonicatore può essere a sua volta inserito nel contenitore in modo da risultare immerso nella miscela di ingredienti da emulsionare (in questo caso il sonicatore deve essere ralizzato con un materiale adatto al contatto con gli alimenti, ad esempio acciaio sanitario); in alternativa, il sonicatore può essere collegato ad una parete esterna del contenitore, ad un livello corrispondente o inferiore alla miscela di ingredienti da emulsionare. L’agitatore ha la funzione di muovere la miscela base, per portarla tutta in prossimità del sonicatore.

Alternativamente, l’apparato è di tipo tradizionale, con l'aggiunta di un sonicatore.

In questo caso, in una forma di realizzazione preferita l’apparato è tale che la sonda del sonicatore risulta immersa nell’emulsione da trattare con ultrasuoni. Questa forma di realizzazione preferita è mostrata schematicamente in spaccato in Figura 2: l’apparato, 20, comprende un contenitore, 21, chiuso da un coperchio, 22; nel contenitore sono presenti un elemento 23, che può essere un emulsionatore di tipo tradizionale, un micronizzatore o un omogeneizzatore; un agitatore, 24, che tiene in agitazione la miscela base; ed un elemento sonicatore, 25. Il trasduttore, così come il contenitore e tutti gli altri elementi prima citati, deve essere ralizzato con un materiale adatto al contatto con gli alimenti (ad esempio acciaio sanitario). In operazione, la miscela base arriva nel contenitore fino ad un livello prefissato (indicato in figura dalia riga tratteggiata 26), tale da ricoprire gli elementi 23, 24 e 25. Il coperchio 22 protegge la miscela base ed ha inoltre la funzione di sostenere gli elementi citati. L’apparato può comprendere altri componenti accessori noti nel settore, in particolare riscaldatori o elementi raffreddanti e almeno un termometro per il controllo della temperatura della miscela, non mostrati in figura.

L’agitatore 24, la cui velocità è regolabile, è mosso da un attuatore (non mostrato in figura) e ha lo scopo di creare macrospostamenti della massa della base in modo che questa sia portata nel raggio d’azione dell’emulsionatore 23 e del sonicatore 25.

L’elemento 23 ha la funzione di velocizzare e concorrere alla trasformazione della base in una emulsione sonicata, ottenibile grazie al sonicatore 25. L’elemento 23 inoltre, per sua natura, fa sì che venga inglobata aria nell’emulsione. L’elemento 23 può essere un emulsionatore o un micronizzatore, di tipo già impiegato nelle macchine per gelateria; entrambi funzionano imprimendo una forza centrìfuga alla miscela, ottenendo un'emulsione. Normalmente un emulsionatore non supera i 20.000 giri al minuto, mentre un micronizzatore può arrivare intorno ai 48.000 giri al minuto. In alternativa l’elemento 23 può essere un omogeneizzatore (non ad ultrasuoni). Il sonicatore 25 sottopone la base a sonicazione in modo tale da trasformare, tramite ultrasuoni, l’emulsione prodotta per azione dell’elemento 23 in un’emulsione sonicata, con gocce mediamente più piccole e di dimensioni più gradualmente distribuite di quelle che si otterrebbero con il solo emulsionatore. L’apparato dell’invenzione, introducendo il sonicatore nel contenitore nel quale è già prevista la presenza dell’emulsionatore (o micronizzatore o omogeneizzatore) e dell’agitatore, ha il vantaggio di non richiedere l'aggiunta di un’ulteriore macchina dedicata al trattamento di sonicazione nei locali destinati alla produzione del gelato (locali che, soprattutto nel caso delle gelaterie artigianali, possono essere di dimensioni limitate). Un apparato dell’invenzione può essere costruito ex-novo con la configurazione sopra descritta; in alternativa, è possibile adattare le macchine de gelateria esistenti: allo scopo è sufficiente forare il coperchio 22 e fissarvi il corpo del sonicatore in modo tale che questo peschi nella miscela; l’apparato dell’invenzione consente quindi il “retrofitting” di macchine già esistenti senza necessitare la sostituzione delle stesse.

Una forma di realizzazione alternativa di apparato dell'invenzione è mostrata schematicamente in sezione in Figura 3. In questo caso l’apparato, 30, è composto da un contenitore 31 chiuso nella sua parte superiore da un coperchio 32 che presenta fori passanti per l’emulsionatore 33 (che può anche essere un micronizzatore o un omogeneizzatore) e l'agitatore 34. All’esterno della parete del contenitore 31 è fissato un trasduttore ultrasonico, preferibilmente al fondo del contenitore (caso esemplificato dal trasduttore 35) o contro la parete laterale dello stesso (trasduttore 35’); il trasduttore ultrasonico, 35 o 35’, così come gli elementi 33 e 34, devono essere fissati al contenitore 31 o al suo coperchio 32 in modo tale che, in operazione, risultino ad un livello inferiore di quello raggiunto dalla miscela da trattare, indicato dalla linea tratteggiata 36 (condizione realizzata sicuramente nel caso del trasduttore 35). In questo caso il retrofitting con un sonicatore delle macchine da gelateria già esistenti è ancora più semplice che nel caso precedente, e non è necessario che il materiale del sonicatore sia adatto al contatto con alimenti.

L’invenzione viene ulteriormente illustrata tramite gli esempi che seguono.

ESEMPIO 1

Produzione di una emulsione sonicata per gelati del tipo “base bianca’’ (detta “fior di latte”).

In un contenitore di capacità sufficiente, del tipo rapprsentato in Figura 2, si mescolano gli ingredienti della base desiderata in quantità tali da arrivare a circa 50 L di base. Gli ingredienti e le loro quantità (in chilogrammi) sono riportati nella seguente tabella:

La base ottenuta dalla miscelazione degli ingredienti sopra elencati viene agitata con un agitatore (elemento 24 in Figura 2) ad una velocità di 80 giri al minuto (rpm). L’agitazione viene mantenuta per tutte le fasi successive.

Viene poi iniziata la pastorizzazione, riscaldando la base da temperatura ambiente fino a 40 °C, con una velocità di riscaldamento di circa 1,5 °C al minuto. Una volta raggiunti i 40 °C si attiva l'emulsionatore presente nel contenitore (elemento 23 in Figura 2), con una velocità intorno a 20.000 rpm, e sì prosegue il riscaldamento fino a 85 °C, sempre con una velocità di riscaldamento di 1,5 °C al minuto.

Sempre sotto agitazione e con l’emulsionatore attivo, si inizia a raffreddare la miscela, con una velocità di circa 3 °C al minuto; quando la temperatura raggiunge i 60 °C si aggiunge panna fresca in ragione di 4 kg. Si prosegue il raffreddamento, sempre con velocità di circa 3 °C al minuto, e quando si raggiunge la temperatura di 40 °C si interrompe l’azione dell’emulsionatore e si continua il raffreddamento fino a 2-3 °C. A questa temperatura, si lascia riposare la base per 30 ore (fase detta di "maturazione”) mantenendola sotto leggera agitazione (circa 20 rpm).

Circa 6 litri della base così ottenuta vengono sottoposti a sonicazione col sonicatore ad ultrasuoni (elemento 25 in Figura 2), con frequenza avente un picco massimo a 25 kHz e con potenza di 400 W. L’azione del sonicatore viene mantenuta per 8 minuti. Per facilitare la sonicazione, viene applicata un’agitazione lenta (circa 20 rpm), tale da non causare lo sviluppo di bolle d’aria nella base.

Dopo l’operazione di sonicazione, la base viene congelata a -10 °C e sottoposta a contemporanea mantecazione in un mantecatore, fino a quando la base assume la consistenza tipica del gelato. Per questa operazione si impiega un mantecatore Carpigiani Labo 30 45 XP. Il mantecatore rileva il congelamento del gelato misurando lo sforzo del motore dell’agitatore, generando un allarme quando il gelato è della consistenza desiderata.

ESEMPIO 2 (COMPARATIVO)

Viene ripetuta la preparazione dell’esempio 1, tranne che dopo la fase di maturazione il gelato non viene sottoposto a sonicazione, ma direttamente a congelamento a -18 °C e mantecazione; la temperatura necessaria per avere il congelamento in questo caso è più bassa che nell’esempio 1 perché un gelato ottenuto da emulsione sonicata ha una temperatura di congelamento superiore rispetto ad un gelato di tipo tradizionale. Anche in questo caso l’operazione viene interrotta quando il sistema di controllo del mantecatore genera un segnale d’allarme che indica il raggiungimento della consistenza desiderata. ESEMPIO 3

L’emulsione sonicata ottenuta nell’Esempio 1 viene sottoposta ad una una prova per la determinazione della distribuzione percentile del diametro delle particelle. La prova viene effettuata con uno strumento “Malvern Mastersizer 2000”, sospendendo una quantità predeterminata del campione da misurare in un acqua a temperatura ambiente; la sospensione è inserita in una celletta trasparente; il campione viene poi irraggiato con luce laser e si rileva la diffusione della luce da parte dello stesso; dalla diffusione si risale alla distribuzione percentuale di particelle in determinati intervalli dimensionali.

I risultati della prova sono riportati in Tabella 2 e, in forma grafica, in Figura 4.a, che riproduce un grafico in cui in ascisse sono riportate le dimensioni delle particelle (in micrometri, pm) e in ordinate la percentuale in volume di particelle del campione aventi dimensione inferiore al valore corrispondente sull’asse delle ascisse.

La curva della Figura 4.a viene inoltre elaborata dal software incorporato nello strumento, che ne ricava la derivata; questa curva riporta la quantità di particelle (in percentuale in volume sul totale) che hanno un diametro pari alla dimensione corrispondente sull’asse delle ascisse. La derivata della curva di Figura 4.a è riportata in Figura 4.c, come curva 1 (linea continua).

ESEMPIO 4 (COMPARATIVO!

La prova dell’Esempio 3 viene ripetuta su un campione dell’emulsione prodotta nell’Esempio 2, con lo stesso strumento e nelle stesse condizioni riportati nell’esempio 1. I risultati della prova sono riportati in Tabella 2 e, in forma grafica, in Figura 4.b (analoga alla Fig. 4. a). Anche della curva della Figura 4.b viene ottenuta la derivata; questa derivata è riportata come curva 2 (linea tratteggiata) nella stessa Figura 4.c della curva 1 , per facilitare il confronto tra le due.

ESEMPIO 5

Su un campione di emulsione sonicata prodotta nell’Esempio 1 viene svolta una prova di viscosità in funzione della temperatura. Nella prova, svolta con uno strumento Malvern Kinexus tramite la tecnica della “reometria rotazionale”, vengono misurate le proprietà di scorrimento, comportamento viscoso ed elastico dell’emulsione. I risultati della prova vengono riportati in gtafico nelle Figure 5, 5. a e 5.b. In particolare, i risultati relativi alle proprietà di scorrimento sono riportati in grafico in Figura 5 come curva 3, che indica i valori di viscosità (in Pascal per secondo, Pa<■>s) in funzione della temperatura, dell’emulsione sonicata dell’invenzione; i risultati relativi al comportamento sono riportati in

grafico in Figura 5. a come curva 5, che indica i valori di di viscosità (Pa · s) in funzione dello sforzo di taglio applicato, σ, misurato in Pa, dell’emulsione sonicata dell'invenzione; infine, la Figura 5.b riporta in grafico le curve relative ai valori di G’ (contributo elastico al modulo dinamico), G" (contributo viscoso al modulo dinamico) e viscosità complessa η* in funzione della frequenza di uno sforzo periodico applicato all’emulsione dell’invenzione (per l’attribuzione delle curve si veda la legenda riportata sotto la figura). ;ESEMPIO 6 (COMPARATIVO) ;La prova dell’esempio 5 viene ripetuta su un campione di emulsione non sonicata dell'Esempio 2; i risultati della prova vengono riportati nelle figure 5, 5. a e 5.b; in particolare, i risultati relativi alle proprietà di scorrimento sono riportati in grafico in Figura 5 come curva 4, i risultati relativi al comportamento viscoso sono riportati in grafico in Figura 5. a come curva 6, e i risultati relativi ai valori di G’, G" e η<*>in Figura 5.b (anche in questo caso l’esatta attribuzione delle curve è indicata nella legenda riportata sotto la figura).

ESEMPIO 7

Viene effettuata una prova di comportamento termico in fase di scongelamento di un campione di emulsione sonicata preparata nell’Esempio 1. 5,72 mg di questa emulsione vengono caricati nel portacampioni (un crogiolo in alluminio forato, capacità 40 μΙ) di uno strumento DSC -1 Mattler Toledo per la misura della calorimetria differenziale a scansione; come noto questa tecnica, nota come DSC, misura l’entità degli scambi di calore tra un campione e l’ambiente circostante (indicativi di fenomeni come fusioni o cambiamenti di fase), e gli intervalli di temperatura in cui questi scambi di calore avvengono. La prova si compone di due cicli completi di isteresi di temperatura tra -20 e 25 °C, a partire da 25 °C, con rampe di temperatura di 10 °C/min e con un flusso nella camera dello strumento di 50 ml/min di azoto. I risultati della prova vengono riportati in Tabella 3, e in forma grafica in Figura 6, che riporta i valori di calore scambiato in Watt per grammo (W-g<'1>) in funzione della temperatura (°C).

ESEMPIO 8 (COMPARATIVO)

La prova dell’Esempio 7 viene ripetuta con 7,33 mg di emulsione preparata come descritto nell’Esempio 2. I risultati della prova vengono riportati in Tabella 3, e in forma grafica in Figura 6. a.

ESEMPIO 9

Viene svolta una prova di mantecazione dell’emulsione preparata nell'Esempio 1. Questa prova riproduce il modo di operare normale degli produttori di gelati (soprattutto artigianali), che di norma non controllano viscosità o temperatura del gelato in produzione, ma lo sforzo, misurato in ampere assorbiti, esercitato dal mantecatore; i mantecatori disponibili sul mercato sono dotati di amperometro che misurano l’aumento di corrente assorbita (e quindi dello sforzo esercitato dalla macchina per mantecare il gelato) al decrescere della temperatura del gelato; al raggiungimento di un valore di sforzo preimpostato dall’operatore, corrispondente ad una densità desiderata, il mantecatore produce un segnale (generalmente un allarme acustico) che avvisa che il gelato è pronto.

L'assorbimento di ampere (A) al decrescere della temperatura per l’emulsione dell’invenzione è riportato in Figura 7 come curva 7.

ESEMPIO 10 (COMPARATIVO)

La prova dell’Esempio 9 viene ripetuta con l’emulsione preparata come descritto nell’Esempio 2. I risultati della prova vengono riportati in Figura 7 come curva 8.

ESEMPIO 11

Viene effettuata una prova di durezza del gelato ottenuto dopo mantecazione dell’emulsione sonicata dell’Esempio 1. In questa prova si impiega il sistema rappresentato schematicamente in Figura 8: il sistema è costituito da un contenitore cilindrico, 80, diametro di 45 mm e profondità 55 mm, al cui interno è presente il gelato, 81, mantenuto ad una temperatura di -8 ± 0,5 °C; un penetratore cilindrico, 82, avente diametro di 15 mm e spessore 4 mm viene spinto nel gelato applicando una forza che aumenta progressivamente nel tempo e che viene misurata da un dinamometro 83. Viene misurata la forza con la quale il gelato si oppone all’avanzamento costante del penetratore. La prova viene ripetuta tre volte per tempi costanti. I risultati sono riportati in Figura 9, in cui è riportata la forza di resistenza opposta dal gelato in Newton (N) in funzione del tempo di prova in secondi (s); le tre ripetizioni della prova corrispondono alle tre curve di destra della Figura 9.

I risultati della prova sono anche riassunti nella Tabella 4.

ESEMPIO 12 (COMPARATIVO)

La prova dell’Esempio 10 viene ripetuta con un gelato preparato a partire dall’emulsione dell’Esempio 2. I risultati della prova vengono riportati in Figura 9 (tre curve a sinistra in figura) e riassunti in Tabella 4.

Commenti ai risultati

Le prove svolte hanno carattere relativo, e mostrano le differenze di proprietà di emulsioni, o gelati ottenuti dalle stesse, preparate con gli stessi ingredienti di partenza, nelle stesse proporzioni, e con gli stessi trattamenti a parte la sonicazione. I valori assoluti delle proprietà misurate in queste prove sono invece variabili in funzione della variabilità naturale degli in gredienti impiegati, per cui prove di confronto tra emulsioni preparate in modo differente (o tra gelati ottenuti da queste) non sarebbero significative.

Il confronto delle curve di distribuzione di dimensioni delle particelle per l’emulsione dell’invenzione e quella della tecnica nota, in particolare la Figura 4.c, mostra chiaramente che in un gelato della tecnica nota la distribuzione di dimensioni è quasi bimodale, mentre il campione dell’invenzione presenta particelle aventi dimensioni più variabili, soprattutto nell'intervallo tra 5 e 500 μιτι; come spiegato in precedenza, si ritiene che questa caratteristica di distribuzione dimensionale delle particelle solide consenta un impaccamento più compatto delle stesse, con conseguente maggiore capacità del gelato dell’invenzione di trattenere le bolle d’aria al suo interno rispetto ad un gelato tradizionale; questa caratteristica è probabilmente responsabile della osservata maggior stabilità meccanica e termica del gelato dell’invenzione.

Le Figure 5, 5. a e 5.b mostrano che a parità di tutte le altre condizioni di preparazione, l’emulsione per gelato dell’invenzione ha una minore viscosità di una della tecnica nota, il che porta a una sua migliore lavorabilità (congelamento più rapido) e alle conseguenti caratteristiche del gelato dell’invenzione.

Le Figure 6 e 6. a danno conto di un fatto estremamente rilevante per un gelato, cioè che il gelato derivante da un’emulsione dell'invenzione si scioglie ad una temperatura più alta (di circa 11 °C) di uno ottenuto secondo la tecnica nota, il che consente una sua migliore conservazione.

Che un gelato dell’invenzione presenti le caratteristiche desiderate ad una temperatura più alta di uno tradizionale è confermato anche dalla prova riportata nella Figura 7, che mostra come, in mantecazione, la stessa consistenza (stesso amperaggio assorbito dalla macchina) è raggiunta a temperature più alte da un gelato dell’invenzione rispetto ad uno tradizionale. Infine, la Figura 9 mostra che un gelato ottenuto secondo l’invenzione ha una maggiore resistenza meccanica alla penetrazione, indice di una migliore consistenza.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la produzione di un prodotto alimentare gelato che comprende le operazioni di formare un'emulsione a partire da una base di ingredienti desiderati e successivamente congelarla e mantecarla, caratterizzato dal fatto che prima dell’operazione di mantecazione l’emulsione è sottoposta ad un trattamento con ultrasuoni a frequenza superiore a 20 kHz.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 , in cui detta frequenza è compresa tra 24 e 40 kHz.
3. 3. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti in cui tutte le operazioni del metodo avvengono ad una temperatura non superiore a 65 °C.
4. 4. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti in cui detto trattamento con ultrasuoni è contemporaneo a detta operazione di formazione l’emulsione.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4 in cui la formazione dell’emulsione è ottenuta tramite detto trattamento con ultrasuoni.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 4 in cui la formazione dell'emulsione è ottenuta con un emulsionatore, un micronizzatore o un omogeneizzatore.
7. 7. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 3 in cui detto trattamento con ultrasuoni è successivo a detta operazione di formazione dell’emulsione, che viene realizzata con un emulsionatore, un micronizzatore o un omogeneizzatore.
8. 8. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti in cui detto trattamento con ultrasuoni è effettuato ad una temperatura non superiore a 60 °C.
9. 9. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti in cui detta operazione di congelamento viene realizzata ad una temperatura compresa tra -8 e 1 °C.
10. 10. Prodotto alimentare gelato ottenuto secondo il metodo di una qualunque delle rivendicazioni precedenti.
11. 11. Prodotto alimentare gelato secondo la rivendicazione 10 avente una temperatura di scongelamento compresa tra circa -1 e 17 °C.
12. 12. Apparato per la realizzazione del metodo di una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 9, comprendente un contenitore chiuso da un coperchio, in cui è presente un agitatore della miscela da emulsionare, detto apparato caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un elemento sonicatore inserito nel contenitore o collegato ad una parete esterna dello stesso in modo tale che il sonicatore risulti ad un livello corrispondente o inferiore a quello della miscela da emulsionare.
13. 13. Apparato (20; 30) secondo la rivendicazione 12, comprendente un contenitore (21; 31) chiuso da un coperchio (22; 32), in cui sono presenti un elemento (23; 33), che può essere un emulsionatore, un micronizzatore o un omogeneizzatore, un agitatore (24; 34), e un elemento sonicatore (25; 35, 35’).
14. 14. Apparato secondo la rivendicazione 13, in cui detto elemento sonicatore (25) è inserito all'interno di detto contenitore in modo da risultare immerso nella miscela da trattare.
15. 15. Apparato secondo la rivendicazione 13, in cui detto elemento sonicatore (35, 35’) è fissato all’esterno della parete di detto contenitore. (MP/Pa)