Acqua e umidità, che ruolo hanno nel processo di essiccazione?
Acqua, essiccazione e umidità dei prodotti essiccati!
Quando parliamo di essiccazione la prima sostanza alla quale dobbiamo dedicare attenzione è senza dubbio l’ACQUA! Andiamo a vedere i motivi e i processi per cui essiccare ha a che fare con “togliere l’acqua”.
Molecola fondamentale per la vita, l’acqua come tutti sanno è composta da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno. Proprio la conformazione di questa molecola, e in particolare l’angolo tra i suoi legami, fanno sì che abbia alcune caratteristiche uniche, che la rendono indispensabile per la vita così come noi la conosciamo.
L’acqua infatti è liquida a temperatura ambiente, è un ottimo solvente di moltissime sostanze e ha un altissimo calore latente di vaporizzazione (che è la quantità di energia necessaria a farla evaporare, dato molto interessante per chi vuole essiccare).
Quando essicchiamo un prodotto, togliendo gran parte dell’acqua, andiamo a togliere il mezzo in cui avvengono praticamente tutti i processi chimici, fisici e biologici, che lo faranno deperire.
Solo per fare un esempio, batteri e muffe hanno bisogno di una certa quantità d’acqua per agire, reazioni chimiche come quelle ossidative avvengono più facilmente in presenza di acqua, tutte le attività biologiche, ad esempio quelle delle cellule, in assenza di acqua non avvengono o avvengono molto lentamente.
Per questo è fondamentale considerare, e misurare, l’umidità.
L’umidità è la quantità d’acqua o di vapore acqueo contenuta in una massa d’aria, in una sostanza o in un corpo.
E quindi possiamo parlare di umidità dell’aria o di umidità di un prodotto essiccato.
Quando parliamo di umidità dell’aria, l’indicatore che usiamo di più è RH (o UR, Umidità Relativa), che “indica il rapporto percentuale tra la quantità di vapore contenuta in una massa d’aria e la quantità massima (cioè a saturazione) che il volume d’aria può contenere nelle stesse condizioni di temperatura e pressione” (tratto da Wikipedia).
Mentre quando parliamo di umidità di un prodotto essiccato, o più in generale di una sostanza, intendiamo il rapporto percentuale tra la massa d’acqua e la massa totale del prodotto o della sostanza.
Come sappiamo, un vegetale fresco contiene tipicamente circa il 90% di acqua, quindi 900 g di acqua e 100 g circa di sostanza secca. Lo stesso vegetale, una volta essiccato, peserà circa un decimo rispetto a quando era fresco, cioè peserà circa 100 g. Ipotizzando un’umidità del 5%, vuol dire che l’acqua rimasta dopo l’essiccazione è appena 5 grammi. Dei 900 grammi di acqua iniziale, ne saranno rimasti solo 5, quindi abbiamo eliminato più del 99% dell’acqua. La differenza tra un prodotto essiccato con il 5% di umidità e uno con il 10% di umidità è di pochi grammi d’acqua!
Durante l’essiccazione l’acqua contenuta nei prodotti freschi diventa vapore e viene assorbita dall’aria, che da secca diventa umida. Ma sappiamo che se lasciamo un prodotto ben secco in un ambiente umido, parte dell’umidità dell’aria verrà riassorbita dal prodotto, che quindi diventerà meno secco. Questo in certe condizioni può compromettere la capacità di conservazione del prodotto e per questo è importante stoccare i prodotti in contenitori ermetici o in ambienti secchi.
Dobbiamo quindi iniziare a pensare all’umidità come una questione di equilibri: equilibrio tra capacità di assorbire o di cedere acqua del prodotto e capacità di assorbire o cedere acqua dell’aria. Questo equilibrio è molto importante per chi si occupa di essiccazione ed è direttamente legato ad uno degli indici più importanti in questo settore: l’attività dell’acqua.
Nelle prossime puntate andremo a vedere qual è il significato di attività dell’acqua, perché è così importante per la conservazione dei prodotti e, cosa ancora più importante, in che modo e con quali equilibri questo parametro è legato alla percentuale di acqua dei prodotti e all’umidità dell’aria. Vedremo anche quali sono i sistemi che possiamo utilizzare per misurare o stimare questi parametri e quando è utile farlo.
Parte seconda
Proseguendo il nostro ragionamento, la cosa importante da tenere presente quando si parla di umidità è che si tratta di una questione di equilibri. Equilibrio tra la capacità di assorbire acqua e la tendenza a cederla.
L’aria ha una capacità limitata di assorbire umidità. Questo vuol dire che una certa massa d’aria ad una certa temperatura potrà assorbire una quantità ben precisa di umidità, raggiunta la quale sarà satura e quindi non in grado si assorbirne ancora.
Più è calda l’aria, più questa capacità aumenta. Se prendiamo una massa d’aria già satura e la scaldiamo quindi, questa massa d’aria sarà in grado di assorbire ancora umidità. Se invece raffreddiamo una massa d’aria umida, la sua capacità di assorbire umidità diminuirà e quindi parte dell’acqua condenserà sotto forma di goccioline. La nebbia e la rugiada si formano esattamente per questo motivo: una massa d’aria umida si raffredda e cede l’umidità in eccesso sotto forma di micro goccioline (nel caso della nebbia) o di gocce sulle superfici fredde (che chiamiamo rugiada o acqua di condensa).
Per lo stesso motivo, parlando di essiccazione, per migliorarne la velocità è importante riscaldare l’aria, (in modo da aumentare la sua capacità di assorbire l’umidità) e ricambiarla spesso (in modo da non lasciare che si saturi di umidità).
Dopo aver visto come l’aria è in grado di assorbire l’acqua, andiamo a vedere cosa succede dall’altra parte dell’equilibrio, cioè vediamo come i prodotti cedono o trattengono l’acqua.
L’acqua per evaporare deve passare dall’interno alla superficie del prodotto, in modo da entrare in contatto con l’aria. La conformazione di un prodotto, lo spessore delle fette, la presenza o assenza di una buccia o di una cuticola possono far variare, anche di molto, il tempo necessario all’acqua per passare dall’interno alla superficie del prodotto ed entrare quindi in contatto con l’aria.
Inoltre bisogna tener presente che non tutta l’acqua contenuta nei prodotti è “libera” o “disponibile”: una parte è legata chimicamente o strutturalmente al prodotto e quindi non è disponibile. L’acqua “non disponibile”, oltre a non prendere parte a processi biologici e quindi non poter essere utilizzata dai microrganismi, è anche più difficile da far evaporare.
Questo è il motivo per cui si può conservare la frutta sotto forma di marmellata: l’acqua presente non viene eliminata, ma si aggiunge zucchero che, legandosi all’acqua, la rende non disponibile per i microrganismi.
L’aggiunta dello zucchero, quindi, non diminuisce la quantità di acqua totale, ma diminuisce la quantità di “acqua libera”, che è l’acqua disponibile che può partecipare alle reazioni chimiche, fisiche ed enzimatiche.
Il grado di disponibilità dell’acqua, cioè la quantità di acqua libera presente in un alimento, viene definito “attività dell’acqua”, indicata con aW (activity of water), ed è un numero compreso tra 0 (nessuna acqua libera) e 1 (attività dell’acqua pari a quella dell’acqua pura, che è il massimo possibile).
Immaginiamo adesso di prendere delle mele essiccate, con un certo residuo di umidità, e di chiuderle in un barattolo ermetico per un tempo abbastanza lungo. L’umidità all’interno del vaso, all’inizio, è in parte contenuta nelle mele ed in parte disciolta nell’aria. Se le mele sono molto asciutte e l’aria invece parecchio umida, dopo un certo tempo parte dell’umidità presente nell’aria sarà passata alle mele, fino a raggiungere un equilibrio tra la tendenza delle mele a cedere umidità e la capacità dell’aria di assorbirla.
Una volta raggiunto l’equilibrio, avremo un valore di umidità relativa dell’aria (RH) e un valore di attività dell’acqua delle mele (aW) in equilibrio tra loro. La cosa interessante è che i due valori saranno in relazione tra loro, cioè il valore dell’attività dell’acqua sarà uguale al valore dell’umidità relativa dell’aria diviso 100.
All’equilibrio, si può dire che aW = RH / 100
Cioè, se all’equilibrio le mele dell’esempio avranno 0,6 di aW, l’umidità dell’aria sarà del 60%.
E allo stesso modo, mettendo dei prodotti essiccati non chiusi ermeticamente in un ambiente con umidità (RH) del 90% (ad esempio una cantina umida), in un tempo sufficientemente lungo questi prodotti assorbiranno acqua fino ad arrivare ad un valore di aW di 0,9.
Se volessimo misurare in casa l’attività dell’acqua di un prodotto essiccato, quindi, potremmo semplicemente chiuderne una quantità abbastanza grande in un contenitore ermetico e misurare l’umidità relativa dell’aria all’interno del contenitore dopo un po’ di tempo, una volta raggiunto l’equilibrio (un igrometro per misurare l’umidità relativa dell’aria costa pochi euro).
L’attività dell’acqua di un prodotto è un valore molto più importante, ai fini della conservazione (shelf-life) rispetto all’umidità residua.
Sapere che un prodotto essiccato ha il 10% di umidità residua può essere interessante, ma conoscere il valore di attività dell’acqua è molto più importante perchè è da quello che dipende la sua capacità di conservarsi.
Due prodotti diversi, entrambi con il 10% di umidità residua, possono avere valori diversi di aW perché le loro composizioni sono diverse.
Alle normali temperature che consentono la crescita microbica, la maggior parte dei batteri richiede un’attività dell’acqua tra 0,90 e 1,00, ma alcuni lieviti e muffe crescono lentamente a un’attività dell’acqua fino a circa 0,65. Sotto questa soglia nessun microrganismo è in grado di proliferare.
Per questo motivo è importante conservare i prodotti essiccati in luoghi asciutti (oppure chiuderli ermeticamente, ma solo se si è certi di averli essiccati bene).
Infatti se un prodotto fosse non essiccato del tutto, ipotizziamo delle fette di zucchina con un’attività dell’acqua di 0,9, conservandolo in una stanza asciutta, con umidità relativa del 20%, il prodotto raggiungerà l’equilibrio con l’ambiente e quindi si essiccherà di più, fino ad arrivare ad aW di 0,2.
Se invece chiudessimo le fette di zucchina ermeticamente in un vaso , la poca aria del recipiente arriverà velocemente all’equilibrio, che sarà molto vicino al 90% di RH, e questo porterà al deperimento delle fette di zucchina.
Nelle prossime puntate approfondiremo meglio questo tema: conservazione in contenitori ermetici o no? Quali sono i pro e i contro?
Fonti e approfondimenti:
Foodinprogress
Fao.org
ResearchGate
Risparmio energetico, ecosostenibilità, Made in Italy, qualità, rispetto dell’ambiente, delle persone e degli alimenti: ecco i valori da cui partiamo ogni giorno per progettare oggi gli essiccatori di domani.
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