Tesi di Laurea Magistrale in Food Safety and Risk Management; Anno accademico 2024/25. Università degli Studi di Parma – Università Cattolica del Sacro Cuore. Docente relatore: Giorgia Spigno. Tutor aziendali: Abraham Pajuelo Donoso, Marìa Trinidad Pérez Palacios (Universidad de Extremadura, Spagna)

L’eccessiva assunzione di sodio è riconosciuta come uno dei principali fattori dietetici associati allo sviluppo di ipertensione e malattie cardiovascolari e i livelli di consumo attuali risultano ancora superiori ai limiti raccomandati da autorità internazionali come l’Organizzazione Mondiale della Sanità (WHO). Tra le principali fonti alimentari di sodio, i prodotti trasformati, in particolare quelli a base di carne, rappresentano un contributo significativo poiché il cloruro di sodio (NaCl) è ampiamente utilizzato non solo per il gusto e la conservazione dell’alimento, ma anche per altre funzionalità in quanto favorisce l’estrazione delle proteine, migliora la capacità di ritenzione idrica, contribuisce alla formazione della struttura e influenza lo sviluppo del colore. Di conseguenza, una riduzione diretta del NaCl risulta complessa, in quanto una diminuzione eccessiva può compromettere direttamente le prestazioni sul prodotto, influenzandone la struttura stessa, la sicurezza microbiologica e l’accettabilità da parte del consumatore.

Un approccio emergente, approfondito in questo progetto di tesi, consiste nel modificare la distribuzione spaziale del sale piuttosto che ridurne esclusivamente la quantità. La concentrazione del sale sulla superficie del prodotto può infatti aumentare la percezione di sapidità in modo più efficiente rispetto a una distribuzione omogenea.

La microincapsulazione rappresenta una strategia promettente per l’applicazione di tale approccio, in quanto si tratta di una tecnologia ampiamente utilizzata nel settore alimentare per proteggere composti di interesse o per modularne il rilascio nelle matrici finali di impiego. In questa tecnologia il materiale di interesse rappresenta il materiale “core”, che sarà incapsulato utilizzando del materiale incapsulante di parete “wall”. Come materiale incapsulante, si utilizzano solitamente delle macromolecole, come maltodestrine e proteine. Intrappolando NaCl all’interno di un materiale incapsulante, le microcapsule ottenute consentono di ridurre la dissoluzione immediata, modulare il rilascio e generare zone localizzate ad alta concentrazione di sale, permettendo di diminuire le quantità di quest’ultimo ma mantenendo invariata la sapidità dell’alimento.

Quello che è stato analizzato in questo studio è l’efficienza dell’incapsulazione, legata all’influenza delle proprietà dei diversi materiali incapsulanti e all’omogeneità dell’emulsione preparata. Emulsioni stabili generano microcapsule più uniformi, con maggiore ritenzione del sale e minore deposizione superficiale, mentre sistemi instabili portano spesso alla formazione di particelle con cristalli di sale esposti.

Scopo

L’obiettivo principale della tesi è stato lo sviluppo e la valutazione di diverse formulazioni di microcapsule di sale e lo studio del loro comportamento in un sistema modello a base di carne macinata di tacchino. L’attenzione è stata rivolta in particolare a due punti chiave:

 1) comprendere come la scelta del materiale di rivestimento o incapsulante (wall material) e le condizioni di omogeneizzazione influenzino le proprietà fisiche delle microcapsule e la loro capacità di trattenere il sale;

 2) osservare come le microcapsule si comportino una volta incorporate nella matrice carne, in termini di distribuzione del sale, migrazione e potenziale rilascio dopo cottura e conservazione.

Materiali e Metodi

Per lo studio sono stati selezionati due materiali di incapsulamento: maltodestrine, ampiamente utilizzate come agente incapsulante di natura polisaccaridica, e proteine di pisello, alternativa proteica di origine vegetale. Come schematizzato in Fig. 2, sono state preparate due diverse soluzioni acquose, una con NaCl e maltodestrine e una con NaCl e proteine di pisello. Per ciascuna tipologia, è stata realizzata una versione omogeneizzata con ultrasuoni e una versione non trattata, ottenendo complessivamente quattro formulazioni: con maltodestrine omogeneizzata (MUS) e non omogeneizzata (MNH), con proteine di pisello omogeneizzata (PPUS) e non omogeneizzata (PPNH). Il lavoro sperimentale si è svolto in due fasi.

Nella prima fase, il focus è stato sulla produzione delle microcapsule in polvere. Le soluzioni in partenza allo stato liquido sono state quindi sottoposte a spray drying utilizzando un essiccatore a spruzzo da laboratorio (Büchi B-290), operante con temperatura di ingresso pari a 180°C, temperatura di uscita e flusso d’aria controllati. Il processo, basato sull’atomizzazione delle soluzioni, ha consentito di trasformare i sistemi liquidi in polveri contenenti sale microincapsulato. Le microcapsule ottenute in forma di polvere sono state poi analizzate in relazione a diversi parametri: resa di processo, contenuto di NaCl, solubilità (come indicatore indiretto della facilità di rilascio del sale incapsulato), umidità residua, attività dell’acqua (Aw), distribuzione dimensionale delle particelle e morfologia mediante microscopia elettronica a scansione (SEM).

Nella seconda parte del progetto, le microcapsule ottenute nella prima fase sono state utilizzate in un sistema modello a base di carne di tacchino, progettato per simulare una distribuzione localizzata del sale. I campioni sono stati preparati in provette Falcon da 50 mL, con uno strato inferiore di carne macinata pura (a sua volta suddiviso in due sezioni per le analisi) e uno strato superiore costituito da carne mescolata con le diverse formulazioni di sale microincapsulato (Fig. 2). Sono stati inoltre preparati campioni di controllo con NaCl non incapsulato. Il sistema ottenuto è stato analizzato in tre condizioni: a crudo (T0), dopo cottura a 80°C per 15 minuti (T1) e dopo cottura e 48 ore di conservazione a 4°C (T2). Ciascuna sezione è stata caratterizzata per il contenuto di NaCl, umidità e attività dell’acqua (Aw), utilizzando le stesse metodologie della prima fase. I dati ottenuti sono stati sottoposti ad analisi statistica ANOVA a più vie, utilizzando IBM SPSS Statistics 20, con livello di significatività p < 0.05.

Risultati e Discussione

I risultati mostrati in Tabella 1 e la relativa analisi statistica (Tabella 2) hanno evidenziato differenze nette tra le microcapsule ottenute con i due materiali di rivestimento. I risultati mostrano che il materiale incapsulante ha influenzato significativamente i parametri di resa, solubilità e contenuto di NaCl. L’omogeneizzazione con ultrasuoni ha avuto un effetto significativo sulla solubilità, sull’efficienza e sul contenuto di sale, ma non sulla resa. Inoltre, l’interazione tra materiale di parete e ultrasuoni è risultata significativa, indicando che l’effetto del trattamento dipende dal tipo di matrice utilizzata. Le microcapsule a base di maltodestrine hanno mostrato le rese di processo più elevate (in particolare dopo trattamento con ultrasuoni). Le rese inferiori ottenute con le formulazioni a base di proteine di pisello sono probabilmente dovute alla tendenza delle proteine a formare aggregati, che può ridurre l’efficienza del processo. Anche la solubilità è risultata diversa per i due sistemi. Le microcapsule a base di maltodestrine hanno evidenziato un rilascio più rapido del sale, mentre quelle a base di proteine di pisello hanno mostrato una maggiore capacità di trattenere NaCl all’interno della struttura. Al contrario, per l’attività dell’acqua (Aw) e il contenuto di umidità sono state osservate solo lievi variazioni tra le formulazioni, senza differenze statisticamente significative. Nel complesso, i valori di Aw e umidità sono rimasti bassi e simili tra i campioni, indicando una buona stabilità fisica e microbiologica delle polveri, in linea con quanto riportato in letteratura per prodotti ottenuti mediante spray drying. Comunque, i valori di umidità e attività dell’acqua (Aw) sono risultati bassi per tutte le formulazioni, indicando una buona stabilità delle polveri ottenute e l’efficacia del processo di essiccamento spray applicato.

Tabella 1 – Valori di resa, contenuto di NaCl, solubilità, umidità e attività dell’acqua (Aw) del sale incapsulato con maltodestrine (da soluzione omogeneizzata con ultrasuoni (MUS) o non omogeneizzata (MNH), o con proteine di pisello da soluzione omogeneizzata con ultrasuoni (PPUS) o non omogeneizzata (PPNH). I valori sono riportati come media ± d.s.

Campione	Resa (%)	NaCl (%)	Solubilità (%)	Umidità (%)	Aw (-)
MUS	77.18 ± 7.01	21.50 ± 0.37	48.33 ± 10.48	2.14 ± 1.05	0.285 ± 0.07
MNH	85.18 ± 1.02	23.30 ± 0.83	57.33 ± 2.39	3.17 ± 2.43	0.175 ± 0.07
PPUS	58.67 ± 6.96	20.90 ± 1.75	41.66 ± 9.58	2.47 ± 1.50	0.246 ± 0.05
PPNH	44.43 ± 3.78	13.90 ± 2.44	30.83 ± 5.07	4.13 ± 0.437	0.288 ± 0.01

Tabella 2 – Risultati ANOVA significatività dell’influenza del fattore omogeneizzazione (H), e materiale incapsulante (WM) e della loro interazione (HxWM) su resa, solubilità, e contenuto di NaCl delle microcapsule

	Resa	Solubilità	Contenuto di NaCl	Aw (-)	Umidità (%)
p (H)	0.127	<0.001	<0.001	0.354	0.171
p (WM)	<0.001	0.012	0.044	0.312	0.535
p (HxWM)	<0.001	0.012	<0.001	0.058	0.741

Le immagini SEM (Fig. 3) hanno confermato le differenze strutturali osservate. Le microcapsule a base di maltodestrine, in particolare quelle sottoposte a omogeneizzazione a ultrasuoni, presentavano una morfologia più regolare e sferica, tipica di emulsioni stabili e di un processo di incapsulazione efficiente. Al contrario, le microcapsule a base di proteine di pisello mostravano superfici più irregolari, con fratture e zone in cui il sale risultava esposto, suggerendo una minore capacità di incapsulazione. Nel complesso, questi risultati indicano che sia il tipo di materiale di rivestimento sia le condizioni di omogeneizzazione influenzano in modo significativo le proprietà delle microcapsule, in particolare l’efficienza di incapsulazione e la capacità di ritenzione del sale.

La Fig. 4 riporta il contenuto di sale dei campioni di carne preparati e analizzati nella seconda parte del progetto, permettendo di osservare la distribuzione del NaCl nei campioni cotti e conservati in frigorifero per 48 h.

Una maggiore quantità di sale nella sezione superiore (A) è indice di una migliore ritenzione del sale nella zona di applicazione iniziale, quindi di una minore diffusione. Al contrario, un aumento della quantità di sale nelle sezioni inferiori indica una maggiore migrazione all’interno del sistema, con conseguente distribuzione più omogenea del sale. Questo comportamento è stato osservato in particolare nei campioni con sale libero, che tende a diffondere rapidamente, soprattutto dopo la cottura (dati non mostrati), riducendo la localizzazione del sale. Al contrario, il sale microincapsulato ha mostrato una diffusione più lenta e controllata. In particolare, le microcapsule a base di maltodestrine hanno mantenuto una maggiore concentrazione di sale nella zona superficiale anche dopo la conservazione refrigerata. Le formulazioni a base di proteine di pisello, invece, hanno evidenziato una maggiore perdita di sale nel tempo, suggerendo una minore stabilità del sistema. L’andamento dell’umidità ha seguito quello della distribuzione del sale, rimanendo più bassa nei campioni con microcapsule da soluzione di maltodestrine omogeneizzata, tra il 50 e il 60% nelle sezioni C-B-A, rispettivamente dopo cottura e refrigerazione, e leggermente più alta (verso il 60%) e omogenea nei campioni con capsule da soluzione di proteina omogeneizzata. I valori di attività dell’acqua dei campioni di carne cotta e refrigerata sono risultati simili per tutti i campioni, senza differenze legate al tipo di microcapsule impiegate.

Conclusioni

I risultati ottenuti in questo studio dimostrano che il sale microincapsulato si comporta in modo diverso rispetto a quello libero, tendendo a rimanere più localizzato all’interno della matrice alimentare. Questo progetto ha quindi evidenziato che la microincapsulazione di NaCl tramite il processo di spray drying rappresenta una strategia promettente per la riduzione del sodio nei prodotti a base di carne. Per quanto riguarda il primo obiettivo, la maltodestrina, in particolare quando combinata con l’omogeneizzazione tramite ultrasuoni, ha fornito il miglior equilibrio tra stabilità strutturale e ritenzione del sale. Mentre per la seconda fase del progetto, i risultati del sistema modello indicano che il sale microincapsulato diffonde meno rispetto a quello libero, mantenendo concentrazioni di sodio più localizzate, specialmente quando il materiale incapsulante utilizzato è la maltodestrina. Ulteriori studi, inclusi la valutazione sensoriale e la validazione in prodotti reali, saranno necessari per confermare l’impatto di questo metodo. In particolare, i risultati ottenuti nel sistema modello supportano l’idea che la riduzione del consumo di sodio possa essere ottenuta non solo diminuendone la quantità totale, ma anche controllandone la distribuzione spaziale all’interno della matrice alimentare senza quindi influenzare la percezione di salato da parte del consumatore.