IT201900011583A1 - Processo di produzione di aquafaba e prodotti derivati - Google Patents

Description

PROCESSO DI PRODUZIONE DI AQUAFABA E PRODOTTI DERIVATI

DESCRIZIONE

Campo dell'invenzione

La presente invenzione riguarda un processo industriale per l'ottenimento di aquafaba e suoi prodotti derivati.

Tecnica antecedente

Come noto, l'aquafaba è un liquido viscoso a base di acqua, ricco di sostanze organiche derivanti dalle leguminose, anche dette fabacee. Tipicamente, l'aquafaba viene ottenuta dalla cottura o conservazione in acqua di legumi, quali ceci, fagioli cannellini, piselli, lenticchie, lupini ed altri. L'aquafaba si trova pertanto nei barattoli di legumi o nell'acqua di cottura lenta dei legumi e viene tradizionalmente eliminata come liquido di scarto.

In tempi relativamente recenti, sono state scoperte alcune proprietà emulsionanti e schiumogene dell'aquafaba, che la rendono un potenziale ottimo sostituto delle uova, particolarmente nella cucina vegana: aquafaba può quindi essere utilizzata nella produzione di maionese, meringhe, mousse, gelati e dolci.

In vista di queste applicazioni, è sorto un interesse a sviluppare un metodo efficace per la sua produzione, che sia percorribile anche industrialmente in termini economici vantaggiosi. Va da sé, infatti, che un metodo di produzione immediatamente percorribile è quello che si utilizza tradizionalmente in cucina, ossia quello di far bollire a fuoco lento i legumi in acqua, così da ricavare infine aquafaba nella concentrazione desiderata; tuttavia questo processo non risulta efficiente da un punto di vista industriale e non risulta economicamente percorribile.

GB 2567719 descrive un prodotto a base di aquafaba ed un relativo metodo di produzione. Questa divulgazione offra una soluzione molto simile a quella che verrebbe praticata a livello domestico, che prevede la bollitura dei semi di leguminose in pentole a pressione. Tramite diverse verifiche sul campo, si è notato che questa tecnica di cottura non risulta soddisfacente, sia in relazione alla qualità del prodotto ottenuto, sia alla sua possibilità di conservazione, sia ancora all'economia industriale dell'intero processo da cui si ricavano sottoprodotti non sfruttati.

Scopo della presente invenzione è dunque quello di fornire un processo di produzione di aquafaba che risolva i problemi della tecnica nota, ossia che risulti industrialmente efficace ed economicamente conveniente. Descrizione sommaria dell'invenzione

Gli scopi sopra riportati, secondo la presente invenzione, vengono raggiunti mediante un processo e relativi prodotti aventi le caratteristiche definite nelle rivendicazioni principali allegate. Altre preferite caratteristiche del metodo e dei prodotti sono definite nelle rivendicazioni secondarie.

In particolare, l'innovazione qui proposta riguarda la caratterizzazione di alcune parti del processo di produzione, specificamente la fase di estrazione e successiva stabilizzazione, che costituiscono punti critici del ciclo di lavorazione per conseguire gli scopi desiderati. Il processo è inoltre configurato ed ottimizzato per poter ottenere anche dei sottoprodotti di lavorazione che siano ampiamente sfruttabili per definire ulteriori prodotti a valore aggiunto.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno comunque meglio evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una forma di esecuzione preferita della stessa, fornita a puro titolo esemplificativo e non limitativo ed illustrata nei disegni allegati, nei quali:

fig. 1 è un diagramma di flusso di una porzione significativa di un processo di produzione di aquafaba e suoi derivati;

fig. 2 è un diagramma di flusso in maggiore dettaglio del tratto superiore del diagramma di fig. 1;

fig. 3 è una vista semplificata di uno schema di processo del processo di estrazione identificato in fig. 1;

fig. 4 è un grafico che illustra l'andamento del pH nel tempo di diverse soluzioni di aquafaba preparate utilizzando ricette diverse (per esempio ceci schiacciati, ceci interi, a diversi tempi di cottura, ….)

figg. 5A e 5B rappresentano un diagramma di flusso complesso del processo secondo l'invenzione relativo al caso esemplificativo dei ceci.

Descrizione dettagliata di alcune forme di esecuzione preferite

Come anticipato, aquafaba viene ottenuta da una soluzione di acqua in cui sono rimasti immersi - in specifiche condizioni ambientali - semi di leguminose. Nella trattazione che segue, per semplicità, si farà sempre riferimento a ceci (Cicer arietinum) - che sono stati utilizzati anche per le sperimentazioni del caso e per rappresentare un caso esemplificativo (figg. 5A e 5B) - ma è inteso che diversi legumi potranno essere utilizzati in modo equivalente.

Come accennato più sopra, si ritiene che l'aquafaba presenti capacità emulsionanti (inclusione di gocce d'olio in soluzione d'acqua) e schiumogene (inclusione di bollicine d'aria in soluzione d'acqua) analoghe a quelle delle uova, principalmente per via delle caratteristiche anfifiliche delle proteine che essa contiene. A tal proposito si ritiene che tre cucchiai di aquafaba siano equivalenti ad un uovo.

Per la produzione industriale di aquafaba si è previsto di ottimizzare il processo di estrazione dai legumi, tenendo presente quanto sopra e ottimizzando le varie fasi affinché possa essere sfruttato ogni prodotto e sottoprodotto, col minore dispendio di energia possibile. Una rappresentazione del processo complesso secondo l'invenzione è illustrata sinteticamente in fig.

1. Come si nota, a seguito del trattamento di estrazione dai semi di leguminose, il processo si divide in una parte principale di produzione di aquafaba (la parte superiore del diagramma) ed una parte secondaria di lavorazione dei sottoprodotti (la parte inferiore del diagramma).

Facendo riferimento a fig. 2, il processo prevede una fase iniziale di idratazione dei legumi che si trovano tipicamente nel mercato in forma secca (per una migliore conservazione).

Durante una prima fase di idratazione, i semi dei legumi vengono immersi per circa 10-18 ore in acqua, preferibilmente 16 ore. Il rapporto iniziale tra acqua di idratazione e i semi secchi è preferibilmente di 2:1 in peso; al termine dell'idratazione ovviamente tale rapporto diminuisce perché l'acqua viene assorbita nei semi fino ad un rapporto di circa 1:1. Questo processo avviene preferibilmente a temperatura ambiente (circa 20-25°C), per evitare che si inneschi già in questa fase una parziale estrazione di proteine dai semi o che questi ultimi si ossidino. Lo scopo principale di questa fase preparatoria è quella di idratare i semi di legumi per la successiva lavorazione e di portare in sospensione o far precipitare le particelle di materiale non solubile, per poterle rimuovere.

Al termine di questa fase del processo, i semi di legumi sono umidi e leggermente morbidi: prima di procedere alla fase successiva di lavorazione, l'acqua di idratazione viene rimossa ed i semi vengono lavati e drenati.

Dopodiché i semi di legumi umidi vengono sottoposti alla fase di estrazione. In questa fase, i semi vengono cotti in acqua per circa due ore a temperatura di ebollizione. Per ottenere il miglior compromesso tra impiego di materia prima, concentrazione di proteine nell'aquafaba ed energia impiegata (calore di ebollizione), si è riscontrato che il rapporto in peso tra acqua di cottura e semi umidi (in particolare ceci umidi) all'inizio deve essere di circa 1.5:1 a 1.8:1. Al termine della cottura si ottiene un rapporto tra aquafaba e acqua di cottura (estrapolato sulla base del residuo secco) di circa 0.4:1, per via dell'evaporazione dell'acqua.

L'evaporazione parziale dell'acqua durante la cottura, fa sì che il liquido in cui i legumi hanno completato la cottura presenti una elevata viscosità e contenuto di prodotti solidi. Compatibilmente con i tempi di processo e l'energia spesa, maggiore è la concentrazione dell'aquafaba risultante, maggiori sono le sue capacità emulsionanti e schiumogene e migliore è anche l'efficacia e la stabilità della soluzione estratta. Il processo di cottura rende inoltre i semi di legumi più morbidi, favorendo la successiva fase di schiacciamento.

Per individuare il momento migliore - in termini di efficienza complessiva del processo - per interrompere la fase di cottura (ed estrazione), secondo l'invenzione si prevede di analizzare la viscosità del liquido in cui cuociono i legumi, per esempio con un viscosimetro, oppure di misurare la concentrazione di proteine nella soluzione mediante analisi spettrofotometrica e colorimetrica di determinazione delle proteine. Anche mediante esame empirico della qualità di aquafaba ottenuta, in base all'energia e al tempo impiegato per l'estrazione e in funzione degli specifici legumi trattati, si determinano livelli di soglia di viscosità della soluzione e/o misura di contenuto proteico ritenuti soddisfacenti. Nell'esecuzione a regime del processo di estrazione, al raggiungimento di tali soglie predeterminate, la fase di cottura viene interrotta, i ceci esausti vengono rimossi (per poi essere sostituti da altri ceci da cuocere) e si passa quindi alla successiva fase di raffreddamento.

Secondo l'invenzione, si fornisce inoltre un impianto apposito per eseguire questa fase di estrazione in modo efficace. In fig. 3 è illustrato uno schema di questo impianto.

Tale impianto permette di conseguire una estrazione efficace in una modalità che può essere condotta industrialmente in modo continuativo, anche se l’inserimento di lotti di semi da cuocere avviene tecnicamente in discontinuo (con modalità batch).

Come ben illustrato in fig. 3, l'impianto prevede un circuito chiuso nel quale sono inseriti una camera di estrazione ed una caldaia di produzione di acqua calda. Nel circuito è inserita una pompa di circolazione dell'acqua, apposite luci di entrata e di uscita nella e dalla camera di estrazione ed apposite valvole per controllare il processo.

I semi di legumi vengono caricati su contenitori ed introdotti nella camera o reattore di estrazione chiuso, in cui viene fatta circolare acqua a temperatura di ebollizione (circa 100°C) prodotta nell'apposita caldaia inserita nel medesimo circuito dell'estrattore. I contenitori, in cui vengono raccolte specifiche quantità di semi di legumi (proporzionali alle dimensioni dell’intero impianto), presentano fori piccoli - di dimensioni inferiori ai semi - attraverso i quali l'acqua di cottura viene fatta percolare in continuo, facendola precipitare dall'alto verso il basso. Il passaggio dell'acqua di cottura in percolazione - ottenuto forzatamente mediante l'apposita pompa - viene ripetuto numerose volte per tutta la durata della fase di cottura/estrazione. Ad ogni passaggio, altre proteine vengono estratte dai semi delle leguminose, andando ad arricchire la soluzione ed aumentandone la viscosità.

Quando la concentrazione di proteine o la viscosità - misurate, come detto sopra, in continuo o ad intervalli di tempo ravvicinati, per esempio ogni 30 sec, dopo che sia trascorso un tempo medio di cottura prestabilito (per esempio dopo 1:50 ore) - ha raggiunto il valore di soglia desiderato, il processo viene arrestato, si interrompe la circolazione di liquido in soluzione e si apre una valvola inferiore così da estrarre aquafaba dalla parte inferiore della camera di estrazione; i semi di legumi cotti vengo scaricati dai contenitori ed avviati ad un'altra parte del ciclo di processo che si descrive più avanti.

La soluzione di aquafaba viene poi raffreddata, con lo scopo di far precipitare le particelle che restano in soluzione ad alta temperatura e diventano insolubili a bassa temperatura. La riduzione di temperatura sino a quella ambiente (circa 20°C) deve avvenire rapidamente, per evitare deterioramento del prodotto di lavorazione dovuto alla crescita di microorganismi.

Dopo la rapida fase di raffreddamento, la soluzione con aquafaba può essere quindi filtrata per rimuovere la parte insolubile, per esempio mediante setacci con porosità nell'ordine di 300 micron, così da lasciar passare le proteine ma non gli altri composti più grossi, come i carboidrati complessi (amido), che possono compromettere la capacità emulsionante/schiumogena dell'aquafaba.

Come indicato in fig. 1 come 'processo 2' e nella parte terminale del diagramma di flusso di fig. 2, l'aquafaba deve poi essere stabilizzata. Infatti, poiché l'aquafaba ha di per sé una bassa acidità, se subisce acidificazione si verifica una precipitazione delle proteine.

Dopo ampia sperimentazione, si sono individuate due metodologie che sono idonee per stabilizzare aquafaba prodotta con il metodo dell'invenzione.

Un primo modo è quello del raffreddamento, per esempio abbassando e mantenendo la temperatura della soluzione a circa 3°C. In questo modo è possibile garantire una stabilità di circa due settimane, dopodiché si manifesta una lieve crescita microbica. In fig. 4 si osserva l'andamento del pH al trascorre del tempo, il cui decremento indica una progressivo deterioramento del prodotto.

Un secondo modo è quello della sterilizzazione. Aquafaba viene imbustata in sacche trattabili in autoclave e quindi sottoposte a sterilizzazione oltre 100°C in autoclave, in particolare a 121 °C per tre minuti. Questo tipo di trattamento è in grado di neutralizzare anche le spore termoresistenti del botulino (Clostridium botulinum).

Come si è detto in precedenza, il ciclo di lavoro principale (linea A delle figg. 5A e 5B) del processo qui proposto è destinato a produrre aquafaba, che trova impiego in svariate applicazioni come sostituto delle uova (produzione di maionese, prodotti da forno ed altro) ed è certamente un prodotto molto appetibile e atteso sul mercato. Il processo secondo l'invenzione prevede però anche di sfruttare i sottoprodotti della lavorazione, per rendere maggiormente conveniente la sua applicazione a livello industriale.

In particolare, i semi cotti ed esausti di ceci, una volta rimossi dall'estrattore, sono usati per produrre creme spalmabili (si veda linea C nelle figg. 5A e 5B). Le creme spalmabili risultano vantaggiosamente stabili quando hanno un'attività di acqua aW - ossia la quantità di acqua negli alimenti che è libera da legami chimici - inferiore a circa 0,7.

Per conseguire questo risultato, i ceci devono essere utilizzati come ingrediente secco: pertanto, i ceci cotti, una volta rimossi dall'estrattore, vengono essiccati e poi macinati in forma di farina, prima di essere miscelati molto lentamente (per evitare formazione di grumi) con gli altri ingredienti preventivamente miscelati fra di loro. Nelle figg. 5A e 5B si illustra un caso esemplificativo di un processo che, partendo da vari ingredienti quali olio, zucchero, cacao, noci, a cui viene aggiunta la farina di ceci, produce un burro di ceci con varie fragranze. Altri ingredienti utilizzabili sono oli estratti da semi di girasole, semi di uva ed avocado, mandorle, zucchero, cioccolato, burro di cacao e lecitina di semi di girasole come emulsionante.

Il confronto con altre farine di ceci - provenienti da altre lavorazioni -ha mostrato che queste ultime sono decisamente più amare rispetto alla farina ottenibile dai ceci esausti trattati come nel processo dell'invenzione.

Inoltre, la farina di ceci ottenuta dal processo dell'invenzione può anche essere utilizzata per produrre tortilla di ceci (si veda linea B delle figg.

5A e 5B). In tal caso, la farina di ceci viene miscelata direttamente con farina di riso, aggiungendo progressivamente acqua calda. L'impasto a base di acqua calda è ben stirabile e viene spalmato omogeneamente in piano, per ottenere un disco morbido e sottile di dimensioni desiderata e poi cotto in forno (preferibilmente a 230°C per dieci minuti), eventualmente con una preventiva spruzzatura superficiale di olio per conferire una gradevole croccantezza superficiale. In alternativa, la tortilla cruda può essere fritta con olio neutro, ottenendo una consistenza più morbida rispetto alla cottura in forno.

Al termine, è preferibile effettuare un'operazione di convalida del processo, misurando il grado di umidità e di attività di acqua aW affinché siano al di sotto delle soglie prestabilite.

Come ben evidenziato dalla descrizione sovrastante, il processo dell'invenzione permette di conseguire gli scopi esposti nelle premesse. È infatti possibile ottenere aquafaba di ottima qualità, con ottimizzazione di risorse investite in termini energetici e di tempi del ciclo, ciò che rende il processo percorribile industrialmente. Il recupero efficiente dei sottoprodotti di lavorazione permette di ottenere rese economiche anche migliori.

S’intende comunque che l’invenzione non deve considerarsi limitata ai particolari dettagli di processo illustrati sopra, che costituiscono soltanto una forma di esecuzione esemplificativa del processo, ma che diverse varianti sono possibili, tutte alla portata di un tecnico del ramo, senza per questo uscire dall’ambito di protezione dell’invenzione stessa, che risulta unicamente definito dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Processo di produzione di aquafaba comprendente il trattamento di semi di leguminose per l'estrazione di una soluzione avente proprietà schiumogene ed emulsionanti, comprendente le fasi di idratazione di semi di legumi a temperatura ambiente cottura di detti semi di legumi in acqua, a temperatura di ebollizione, in un rapporto iniziale tra acqua di cottura e semi umidi di circa 1.5:1 a 1.8:1 caratterizzato da ciò che detta cottura avviene all'interno di un estrattore a circuito chiuso nel quale sono inseriti una camera di estrazione, almeno una caldaia di produzione di acqua calda e mezzi a pompa di circolazione dell'acqua con apposite luci di entrata e di uscita nella e dalla camera di estrazione e relative valvole di controllo del processo, in cui l'acqua di cottura viene fatta circolare in detta camera di estrazione a ciclo continuo, e in cui detti semi di legumi sono caricati su contenitori inseribili/estraibili da detta camera di estrazione, detti contenitori essendo configurati per essere attraversati da acqua di cottura in percolazione.
2. 2. Processo come in 1, in cui detta fase di idratazione iniziale avviene per circa 10-18, preferibilmente 16 ore, con un rapporto iniziale tra acqua di idratazione e semi secchi è di circa 2:1 ed, al termine dell'idratazione, acqua in eccesso viene rimossa asportando particelle di materiale non solubile.
3. 3. Processo come in o 2, in cui durante detta fase di cottura viene analizzata la viscosità o la concentrazione di proteine del liquido di cottura, al raggiungimento di soglie predeterminate di viscosità e/o di concentrazione di proteine, la cottura viene interrotta e vengono indipendentemente estratti da detta camera di estrazione il liquido di cottura e i semi di legumi esausti.
4. 4. Processo come in 3, in cui detto liquido di cottura viene raffreddato rapidamente per far precipitare particelle in soluzione, poi filtrato mediante setacci con porosità nell'ordine di 300 micron.
5. 5. Processo come in 4, in cui detto liquido raffreddato e filtrato viene stabilizzato mediante raffreddamento o sterilizzazione.
6. 6. Processo come in una qualsiasi delle rivendicazioni 3 a 5, in cui detti semi di legumi esausti vengono essiccati e poi macinati in forma di farina, quindi miscelati con altri ingredienti alimentari per ottenere creme spalmabili e/o tortillas.