Funzioni tecnologiche delle fibre alimentari

Ormai sappiamo tutti che le fibre alimentari fanno bene alla salute: promuovono il transito intestinale, aumentano il senso di sazietà, contribuiscono al controllo dei livelli di colesterolo e glucosio nel sangue. Sono una classe eterogenea di composti con una caratteristica comune: non sono attaccabili dagli enzimi umani, pertanto procedono intatte lungo il tratto digestivo, fino al colon. Qui una parte di esse, le fibre solubili, svolgono un’azione prebiotica in quanto vengono fermentate dal microbiota (l’insieme dei microrganismi che vivono nel nostro intestino), con produzione di acidi grassi a corta catena (propionico, butirrico) benefici per le cellule intestinali.
Oltre che per i loro effetti salutistici, le fibre alimentari trovano largo impiego nell’industria alimentare per le molteplici funzioni tecnologiche che sono in grado di svolgere: addensanti, stabilizzanti, gelificanti, agenti di massa ipocalorici, agenti testurizzanti, sostituti dello zucchero, prevengono la formazione di cristalli di ghiaccio di grosse dimensioni, rallentano la sineresi (rilascio di acqua dai “gel”), migliorano la palatabilità (“mouthfeel”) di alcuni cibi.

• Definizione
• Famiglie di fibre
  • Cellulosa
  • Cellulosa modificata
  • Emicellulose
  • Pectine
  • Gomme e mucillagini
  • Fruttani (FOS e inuline)
  • Polidestrosio
  • Amido resistente
• Ruolo tecnologico
  • Solubilità
  • Viscosità
  • Gelificazione
  • Capacità emulsionante
• Impieghi
• Regole di etichettatura
• Warning!

Definizione

Cosa sono precisamente le fibre alimentari? Il Regolamento 1169/2011 sulla fornitura di informazioni sugli alimenti ai consumatori, definisce le fibre come polimeri di carboidrati composti da tre o più unità monomeriche, che non sono né digeriti né assorbiti nel piccolo intestino umano. Sono suddivise in 3 categorie:

• naturalmente presenti negli alimenti
• ottenute da materie prime alimentari mediante procedimenti fisici, enzimatici o chimici
• sintetiche, ossia prodotte mediante sintesi chimica

Frutta, verdura, cereali integrali, legumi, frutta secca a guscio sono naturalmente ricchi di fibre alimentari. Utilizzandoli tal quali nelle ricette si aumenta il contenuto di fibra nel prodotto finito. Si possono impiegare anche estratti o sfarinati ricchi di fibre: farina di scorze di agrumi o bucce di mela (ricche di pectine), farina di bambù, polpa di barbabietola, farina di bucce di patata e altri scarti dell’industria agroalimentare (ad esempio, residui della produzione di birra). In commercio si possono poi acquistare fibre in forma purificata (inulina, cellulosa, alginati, ecc.), con diverse caratteristiche a seconda dell’utilizzo.
La legislazione dell’Unione europea classifica molte fibre alimentari come additivi, codificandole con la lettera E+numero nell’elenco degli additivi autorizzati (Regolamento 1129/2011 e successive modifiche).

Famiglie di fibre

Sul mercato troviamo un’ampia scelta di fibre alimentari adatte a svariate applicazioni. Vi descrivo di seguito quelle più diffuse.

Cellulosa

È il biopolimero più abbondante sulla Terra. In natura si trova nella parete cellulare delle piante. Secondo la normativa UE è un additivo alimentare (E460). Chimicamente è una catena lineare molto lunga di tante unità di glucosio in conformazione “beta”. Senza scendere nei dettagli, dico solo che la conformazione del glucosio può essere “beta” o “alfa” (come nell’amido) a seconda della disposizione di alcuni suoi atomi rispetto al piano. Gli enzimi umani riescono a spezzare il legame tra unità di alfa-glucosio ma non quello tra unità di beta-glucosio, ed è questo il motivo per cui riusciamo a digerire l’amido ma non la cellulosa. La cellulosa è il principale componente della crusca, nome che si riferisce ai tegumenti esterni delle cariossidi. Industrialmente è prodotta da scarti della lavorazione di cotone e frumento, oltre che da bambù e legno. Viene disintegrata meccanicamente e purificata per ottenere cellulosa in polvere, E460 (i), oppure sottoposta a parziale idrolisi acida per ottenere cellulosa microcristallina, E460 (ii), anch’essa in forma di polvere. La cellulosa non è idrosolubile.

Cellulosa modificata

Questo termine identifica varie molecole ottenute facendo reagire chimicamente la cellulosa con alcuni composti allo scopo di renderla solubile in acqua. Ecco qualche esempio: metilcellulosa (E461), idrossipropilcellulosa (E463), idrossipropilmetilcellulosa (E464), carbossimetilcellulosa (CMC) o “gomma di cellulosa” (E466). Queste sostanze sono in commercio in forma di polveri o gel molto densi. In acqua si gonfiano e formano soluzioni viscose.

Emicellulose

Compongono le pareti cellulari dei vegetali. Sono molecole più corte e ramificate della cellulosa, costituite da glucosio e xilosio, più altri zuccheri in percentuali minori (galattosio, mannosio, arabinosio). Sono poco solubili in acqua. La normativa europea autorizza l’uso di emicellulosa di soia (E426) in alcuni cibi (caramelle, prodotti da forno, salse, ecc.).

Pectine

Per la legge sono additivi alimentari (E440). Sono polimeri costituiti da tante unità di acido galatturonico a cui sono legati, in proporzione variabile, i monosaccaridi ramnosio, galattosio e arabinosio. Le pectine in natura si trovano sia nella parete delle cellule vegetali che negli spazi tra una cellula e l’altra, dove fanno da cementificante. Quelle presenti in commercio sono ottenute per lo più da scorze di agrumi o residui della lavorazione delle mele sottoposti a trattamenti con acidi e alcol. Sono altamente solubili in acqua e hanno potere gelificante e addensante. Le loro proprietà, e quindi le applicazioni a cui sono indirizzate, dipendono dal grado di metossilazione, ossia da quanti gruppi metossile (-OCH3) sono presenti. Si distinguono pertanto pectine HM (ad alto metossile) e pectine LM (a basso metossile). La capacità di formare gel più o meno densi e stabili è dovuta non solo al grado di metossilazione, ma anche ad acqua e zucchero presenti, acidità, tipologia di frutta eventualmente impiegata nella ricetta (alcuni frutti sono naturalmente ricchi di pectine), temperatura, ecc. In commercio si trova, inoltre, la pectina amidata, E440 (ii), ottenuta per trattamento con ammoniaca.

Gomme e mucillagini

Sono polimeri altamente ramificati che si legano con l’acqua e formano gel. In commercio ne esistono molte tipologie, che possiamo classificare in base alla loro origine:
– da semi di piante: farina di semi di guar, farina di semi di carrube, psyllium
– da essudati di piante: gomma di acacia (nota anche come gomma arabica), gomma di karaja, gomma di tragacanto
– da alghe: alginati, agar-agar, carragenina
– da fermentazione batterica: gomma di xantano, gomma di gellano
Sono quasi tutti additivi alimentari, pertanto hanno codice E+numero.

Fruttani (FOS e inuline)

Sono costituiti da un numero variabile di unità di fruttosio legate fra loro. Le molecole più grosse, chiamate inuline, industrialmente si producono a partire dalle radici di cicoria. In commercio si trovano inuline a catena corta, media o lunga in funzione delle applicazioni a cui sono destinate. I fruttani costituiti da non più di 9 unità di fruttosio, prendono il nome di FOS (fruttooligosaccaridi) e sono prodotti per idrolisi dell’inulina. I fruttani non sono classificati come additivi alimentari, pertanto possono essere impiegati anche qualora vi siano esigenze di “etichetta pulita” (clean label). Attualmente sta riscuotendo interesse nel campo dell’alimentazione “salutistica” lo sciroppo di yacon, ottenuto da un tubero originario delle Ande. Venduto come dolcificante ipocalorico naturale, contiene il 40-50% di FOS, oltre a zuccheri semplici.

Polidestrosio

È una fibra alimentare di sintesi prodotta a partire da destrosio, sorbitolo e acido citrico. Avrete già intuito che si tratta di un additivo (E1200). Il suo impiego in sostituzione dello zucchero permette di utilizzare i claim salutistici “contribuisce al mantenimento della mineralizzazione dei denti” e “limita l’aumento del glucosio nel sangue”, rispettando determinate condizioni.

Amido resistente

In inglese “resistant starch” (RS). Sono frazioni di amido che gli enzimi umani non riescono ad attaccare. La resistenza può essere dovuta a diversi motivi, sulla base dei quali si distinguono differenti tipologie di amido resistente:
RS1 porzioni di amido fisicamente intrappolate nei semi o nei legumi
RS2 granuli di amido nativi prima della gelatinizzazione, come nella banana, soprattutto se verde
RS3 amido retroregradato dopo la gelatinizzazione
RS4 amido chimicamente modificato prodotto dall’industria

Ruolo tecnologico

Ora che abbiamo capito cosa sono le fibre arriviamo finalmente all’obiettivo di questo articolo: scoprire cosa fanno sul piano tecnologico nei prodotti alimentari. Le fibre sono in grado di modificare struttura, comportamento reologico e profilo sensoriale dei cibi. Particolarmente interessanti sono le proprietà tecnologiche delle fibre solubili, dovute a caratteristiche quali solubilità, viscosità, capacità di formare gel, capacità di legare olio e molecole organiche.

Solubilità

Le fibre solubili sono diffusamente impiegate come addensanti. La loro solubilità è maggiore nelle molecole con molte ramificazioni, come la gomma di acacia, e in quelle con gruppi funzionali a carica negativa, come la pectina HM.

Viscosità

Generalmente la viscosità aumenta all’aumentare della lunghezza della molecola. Fibre a catena relativamente corta, altamente solubili e con molte ramificazioni di solito conferiscono una bassa viscosità e vengono utilizzate per modificare la consistenza, gestire la migrazione di acqua, influenzare le proprietà delle soluzioni (ad esempio abbassare il punto di congelamento), migliorare il sapore, la palatabilità e la shelf life dei prodotti.

Gelificazione

La capacità di formare gel viene sfruttata per conferire forma e struttura ai cibi. Questa proprietà è dovuta alla capacità del polimero di formare una rete tridimensionale in cui è intrappolata l’acqua. Dipende dal tipo di fibra e dalla sua concentrazione nella ricetta, dalla temperatura, dalla presenza di ioni (ad esempio calcio) e altri ingredienti che legano acqua (amidi, zuccheri), dal pH. A scopo gelificante sono tipicamente utilizzate le gomme e le mucillagini, alcune delle quali riescono a tenere l’acqua intrappolata nel gel anche sotto uno stress di tipo meccanico (ad esempio, omogeneizzazione, miscelazione, estrusione).

Capacità emulsionante

Le fibre possono poi svolgere una funzione emulsionante per due motivi:
– aumentando la viscosità del sistema viene rallentato il fenomeno di coalescenza (aggregazione di goccioline d’olio) e separazione della fase oleosa
– l’olio viene trattenuto dalle fibre

Impieghi

Le fibre alimentari sono utilizzate in molte tipologie di cibi e bevande, dai prodotti da forno ai gelati e budini. Nella produzione di pane, ad esempio, l’aggiunta di fibre può aumentare i valori di idratazione della farina. Nei prodotti da forno sono utili per migliorare le caratteristiche nutrizionali non solo per le virtù benefiche delle fibre in sé, ma anche perché vanno a rimpiazzare in parte grassi e zuccheri. Pure nei gelati l’aggiunta di fibre permette di ridurre la materia grassa e lo zucchero, oltre a conferire viscosità, migliorare l’emulsione e la mantecazione, promuovere la formazione di cristalli di ghiaccio più piccoli e, quindi, più stabili e più piacevoli al palato, migliorare la spatolabilità. Le quantità da utilizzare nelle ricette dipendono dal tipo di fibra. A eccezione, forse, delle inuline, che vengono usate più come agenti di massa in sostituzione di zucchero e grassi, sono sufficienti piccole quantità di fibre per ottenere gli effetti tecnologici attesi, mentre per gli effetti fisiologici sulla salute generalmente occorrono quantità maggiori.

Regole di etichettatura

Nell’elenco degli ingredienti le fibre vanno semplicemente indicate con la loro denominazione, ad esempio “fibra di bambù”, “inulina”, ecc. Se, però, la fibra è un additivo alimentare, la sua denominazione va preceduta dalla funzione tecnologica svolta nell’alimento, ad esempio “addensanti: gomma di xantano”. Nella tabella nutrizionale le fibre sono tra i nutrienti da riportare obbligatoriamente, senza distinzione tra fibre solubili e insolubili. La fibra fornisce un apporto energetico convenzionalmente stabilito in 2 kcal per grammo. Infatti, anche se non viene digerita dagli enzimi umani, abbiamo detto che può essere in parte fermentata dal microbiota intestinale con la produzione di acidi grassi a corta catena, che entrano nel metabolismo. Claim di tipo nutrizionale: è possibile mettere in evidenza la presenza di fibre nell’alimento riportando le diciture “fonte di fibre” se il prodotto contiene almeno 3 g di fibre per 100 g o 1,5 g di fibre per 100 kcal, oppure “ad alto contenuto di fibre” se ne contiene il doppio (Regolamento 1924/2006).

Warning!

I LARN (Livelli di Assunzione di Riferimento dei Nutrienti) raccomandano di consumare da 12,6 a 16,7 g di fibre ogni 1.000 kcal introdotte, consigliando comunque di non scendere al di sotto dei 25 g al giorno.
Attenzione, però, a non esagerare con l’assunzione di fibra, altrimenti si può andare incontro a effetti negativi quali flatulenza, dolori addominali, irritazione della parete intestinale, riduzione dell’assorbimento di minerali e vitamine, diarrea, riduzione dell’assorbimento di alcuni farmaci. Le quantità di fibra che portano alla comparsa degli effetti collaterali cambiano da individuo a individuo ed è per questo motivo che non è stato stabilito un livello massimo tollerabile di assunzione.
Un ultimo avvertimento riguarda le fibre derivanti da crusca o bucce di frutta e ortaggi: bisogna tenere presente che è proprio nelle parti esterne dei vegetali che si concentrano residui di fitofarmaci, micotossine e inquinanti ambientali. La regola di evitare gli eccessi, dunque, è sempre valida.

Articolo pubblicato su Pasticceria Internazionale n. 318, aprile 2020 (Chiriotti Editori), adattato per Saperedicibo.it