Tutti vogliono un gelato da una struttura cremosa e che si mantenga nel tempo.

Sono due le specializzazioni della scienza che in particolare più ci riguardano se vogliamo studiare la formazione e conseguente degradazione della struttura di un gelato: la termodinamica e la cinetica. La prima prova a prevedere se un certo fenomeno come la cristallizzazione o la dissoluzione di uno zucchero nell’acqua avviene, la seconda in quanto tempo avviene.

 

In entrambi i casi il concetto di fase riveste un ruolo chiave. Si sente infatti dire che il gelato presenta una fase ghiacciata, la fase solida, intendendo i cristalli di ghiaccio che derivano dal congelamento dell’acqua. In realtà nel gelato abbiamo più fasi solide perché come si congela parte dell’acqua, col freddo si cristallizzano parte dei grassi, oltre al fatto che troviamo zuccheri ricristallizzati, questi ultimi ci auspichiamo in quantità trascurabili.

 

Una fase si definisce quindi come quella parte di un sistema (la porzione di spazio che studiamo) che presenta una omogeneità non solo in termini fisici (liquido, solido, etc.), ma anche in termini chimici.

 

Quindi le fasi solide in un gelato sono diverse perché appunto cambiano le composizioni chimiche (l’acqua ghiacciata ha una composizione diversa da un grasso cristallizzato) e possono variare a seconda delle ricette!

 

La natura, l’interazione e le proporzioni di queste fasi origina la cosiddetta microstruttura del gelato, le cui proprietà determinano caratteristiche come cremosità, rateo di scioglimento, finezza della tessitura, etc, che avvertiamo al palato.

Ad esempio se il gelato è particolarmente ricco della fase gassosa con una fase cristallina più ridotta, esso apparirà più morbido.

 

Ma come si diceva più su non sono solo le proporzioni tra le fasi a governare la cosiddetta reologia.

La parte ghiacciata del gelato ad esempio può essere caratterizzata da cristalli più grandi, o più piccoli contribuendo in vario modo alla sensazione di morbidezza.

 

Quando si studiano questi fenomeni a un livello più fine, si entra nell’ambito della scienza dei sistemi colloidali. Con essa si analizzano le interazioni tra le particelle (globuli di grasso, bolle d’aria, cristalli di ghiaccio, polimeri, etc), il cui stato di aggregazione appunto determina la consistenza e persino l’apparenza del gelato, così come la sua stabilità nel tempo.

 

Possiamo innanzitutto partire con una constatazione generale: più le fasi sono incompatibili tra loro, più vorranno rimanere separate. Le ragioni di queste incompatibilità le vedremo tra un momento, invece tornando alla nostra emulsione di acqua/olio, noteremo che dopo un’energica agitazione l’olio prima finemente disperso in goccioline sferiche, tenderà di nuovo a costituirsi in una fase omogenea e separata dall’acqua. In questo modo si ha la minima superficie di una fase esposta all’altra. Dal grafico sopra riportato si vede come al diminuire del raggio della goccia, aumenta in maniera piuttosto consistente l’area esposta. Questo significa che più le gocce sono piccole e più il sistema è instabile.

 

Perché questa tendenza? Si può spiegare facendo intervenire il concetto di energia libera. All’energia libera (G) è legata la spontaneità dei comportamenti dei sistemi: essi tenderanno a diminuirla nel tempo. È un fatto naturale e per niente astratto: se il gelato si destruttura nel tempo o le gocce di olio tendono a unirsi è proprio per questa tendenza. In particolare l’equazione qui sotto significa che la variazione di energia libera dG è proporzionale alla variazione dell’area di queste gocce dA, per una costante di proporzionalità γ su cui torneremo dopo.

 

dG=γdAdG=γ*dA

 

Ora quello che si propone il gelatiere, cioè avere cristalli di ghiaccio piccoli, bolle piccole, etc. per una migliore struttura, causa una maggiore instabilità. Ossia so che con questa operazione di aumentare l’area interfacciale l’energia libera aumenta, e quindi ancora di più il sistema sarà “incoraggiato” spontaneamente ad abbassarla.

Ma ci metterà più tempo, se appunto le fasi sono più finemente disperse, per raggiungere una certa area interfacciale. E soprattutto, ricordiamoci della cinetica, ho la temperatura dalla mia (in realtà ci sono anche altri fattori che al momento tralasciamo per semplicità).

 

Inoltre come si vede nell’equazione c’è anche questo fattore γ, su cui potendo intervenire riesco a controbilanciare la maggiore instabilità introdotta. Basta abbassarne semplicemente il valore.

È un fatto matematico, e funziona.

 

Tale fattore prende il nome di tensione interfacciale. In altre parole più la tensione interfacciale è alta, più le fasi sono incompatibili e il sistema instabile tenderà a diminuire l’area interfacciale. Se diminuisco la tensione tra le varie componenti, il sistema si “rilassa” e sarà meno pronto a mutare per abbassare la sua energia libera.

 

Concludiamo questa prima parte ribadendo che il gelato è un sistema multifasico con un’area interfacciale molto ampia tra le fasi, ossia è un sistema intrinsecamente instabile che va quindi stabilizzato il più possibile (ma non è sempre vero, e vedremo perchè). Una misura di questa instabilità è data appunto dal concetto di energia libera che indica la spontaneità nei cambiamenti di un sistema, per cui questo tenderà al minimo di energia. Più è alta l’area esposta tra le varie fasi, più questa energia sarà elevata.

 

 

Quest’opera è distribuita con Licenza Creative Commons Attribuzione – Non commerciale 3.0 Italia

 

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