Le storie e i protagonisti degli aromi artificiali

L’industria del sapore sintetico emerge dalla metà del XIX secolo, periodo che vede l'inizio della chimica organica e la crescita dell'industria chimica, quando i cibi confezionati cominciano a essere prodotti su larga scala. Avendo riconosciuto la necessità di additivi aromatici, i primi trasformatori di alimentari si rivolgono ai produttori di profumi, che avevano anni di esperienza nel campo degli oli essenziali e degli aromi volatili. Le grandi case profumiere inglesi, francesi e olandesi producono molti dei primi composti aromatici.

Nonostante ciò,  i sapori artificiali entrano per la prima volta nel record storico nel 1851, alla mostra del Crystal Palace a Londra: è qui che i visitatori possono assaggiare caramelle di pera, mela, uva o ananas, aromatizzate per la prima volta non con i prodotti dell'agricoltura, ma con composti sintetizzati nei laboratori chimici.

Alla fine del XIX secolo la potente industria chimica tedesca assume la guida tecnologica della produzione di aromi. Si dice che fu un ricercatore tedesco a scoprire il metilantranilato, uno dei primi aromi artificiali, per caso, mentre mescolava sostanze chimiche nel suo laboratorio.

Agli inizi del XX secolo le essenze di frutta artificiale e altri sapori sintetici erano ampiamente utilizzati negli Stati Uniti, in Germania, in Francia e in Gran Bretagna, accompagnando il crescente consumo di zucchero. Con l'industrializzazione della produzione alimentare, la sicurezza alimentare diventa però un problema politico: le persone si ammalano e additivi chimici sofisticati vengono visti come parte del problema. Per questo motivo si approva la Pure Food and Drug Actdel 1906, che richiedeva l'ispezione e l'etichettatura dei prodotti alimentari oltre che la distinzione tra "naturale" e "artificiale".

 Anche se i produttori sostengono la legge, respingono quelli che consideravano insulti non consapevoli e non scientifici: nel 1913 si avvia una campagna per combattere la pubblicità negativa che raggruppava i produttori di aromi con "adulteratori, avvelenatori di cibo e drogati ". Grazie alla legge i prodotti contenenti sostanze chimiche cominciano di nuovo ad essere acquistati. Un esempio è riportato nella pubblicità qui di seguito dove il messaggio era chiaro: la sintesi può essere persino migliore del naturale.

Al fine di far rispettare i requisiti di etichettatura i chimici governativi dovevano essere in grado di distinguere l'autentico dal sintetico, cosa non semplice dato che in alcuni casi la sostanza sintetica è identica alla molecola naturale. Inoltre, prima degli anni '50, isolare e identificare le sostanze chimiche aromatiche negli alimenti richiedeva un lavoro meticoloso e attento. Nonostante molte molecole aromatiche vengono scoperte per caso, la ricerca di base sui componenti chimici cambia il modo di creare i sapori. I risultati della ricerca USDA sulla chimica dell'aroma di mela sono resi disponibili come brevetto pubblico, consentendo alle aziende di attingervi come base per i loro additivi sintetici.

I decenni tra le due guerre furono un periodo di rapida crescita per l'industria del sapore e delle fragranze negli Stati Uniti. Man mano che sempre più cibo veniva prodotto nelle fabbriche, la richiesta di additivi per il gusto si intensificava, anche per ripristinare l'appetibilità rimossa durante la lavorazione, introducendo inoltre nuovi requisiti per la standardizzazione. 

Ciò che significava lavorare con i sapori cambia radicalmente nel 1955, con il debutto di un nuovo potente strumento analitico: il fractometer di vapore Perkin-Elmer. Questo era il primo gascromatografo di successo commerciale (GC) con cui , insieme alla spettroscopia di massa, il compito di isolare e identificare i componenti complessi diventa meno scoraggiante. Nei due decenni successivi, sono state isolate e identificate migliaia di nuove sostanze chimiche volatili ma questo non sostituiva l’importanza  del naso del sapiente di un esperto, più sensibile della macchina. In un convegno del 1974, Richard Potter, chimico del gusto di Givaudan, ammoniva i colleghi di diventare "schiavi dello strumento" e dimenticare "la propria iniziativa artistica". 

Gli anni sessanta furono l'età d'oro per gli aromi artificiali: i consumatori, spingendo i loro carrelli nei supermercati , sembravano affrontare una gamma di scelte senza precedenti. I produttori alimentari erano in competizione tra prezzo e convenienza, e investivano molto nella pubblicità, ma nel nuovo mercato il gusto diventava sempre più importante anche come marchio distintivo di un azienda e dei suoi prodotti.

Ma l'aumento del numero e della varietà delle sostanze chimiche alimentari attira un nuovo controllo sulla loro sicurezza: l'emendamento sugli additivi alimentari impone una nuova serie di requisiti per i prodotti chimici alimentari. Tuttavia, a causa dell'elevato numero di sostanze chimiche usate - più di 1.100 nel 1959 – e a causa dei bassi livelli in cui si trovano negli alimenti, la FDA ha raggiunto poi un accordo senza precedenti con l'industria degli aromi, esentando la maggior parte delle sostanze chimiche aromatizzanti. L'ammissibilità è determinata da un gruppo di esperti riunito dalla Flavor and Extract Manufacturers Association (FEMA), il principale gruppo commerciale del settore. In un accordo, criticato per mancanza di trasparenza, viene stilato un elenco di prodotti chimici ammessi, noti come GRAS, in cui oggi le sostanze ammesse in questa lista, sfiorano le 3000 unità.

Tratto dal blog Flavor Added di Nadia Berenstein,  ricercatrice in Storia e Sociologia della Scienza all'Università della Pennsylvania; link al blog: http://nadiaberenstein.com/blog/ 

I luoghi degli aromi artificiali

I laboratori chimici sono per eccellenza i luoghi che interessano gli aromi artificiali. Solitamente questi complessi sono situati all'interno di quei grandi stabilimenti industriali ( come IFF, Givaudan e le altre aziende citate ), spesso collegati fra loro, dove si svolgono parallelamente attività di analisi, ricerca, sperimentazione e applicazione ( nell'ambito alimentare, dell'igiene, profumi ecc..). 

E' qui che sono racchiuse le conoscenze e le scoperte degli aromatieri, dove sono custoditi i segreti di grandi marche internazionali, insieme ovviamente alle strumentazioni (distillatori, evaporatori, cromatografi  ecc..) fondamentali nella formazione delle miscele che andranno ad insaporire gli alimenti.
Queste verranno poi applicate direttamente sugli alimenti, all'interno di cucine pilota, altro luogo di fondamentale importanza.

Si tratti di ambienti non soltanto colme di persone in movimento, ma anche ricche di colori, odori e sapori. Qui di seguito riporto un pezzo del già citato "Fast Food Nation - Il lato oscuro del cheeseburger", dove l'autore racconta la sua esperienza all'interno dei laboratori nella sede della IFF:

"...Lo stabilimento della IFF di Dayton è un'enorme costruzione azzurro pallido con un moderno complesso di uffici collegato sul davanti. Si trova in un parco industriale, poco distante da una fabbrica di plastiche della BASF, da una fabbrica Jolly French Toast e da uno stabilimento in cui si producono i cosmetici di Liz Claibome. Al pomeriggio in cui sono andato a visitare

IFF ho visto decine di motrici e rimorchi parcheggiati nell'area di carico e scarico e una sottile nuvola di vapore che si alzava dalla ciminiera. Prima di entrare nello stabilimento ho firmato un accordo di non divulgazione, con il quale mi impegnavo a non rivelare i nomi dei prodotti che contengono gli aromi della IFF. Il luogo mi ha fatto pensare alla fabbrica di cioccolato di Willy Wonka. Nei corridoi aleggiavano odori meravigliosi, uomini e donne in camici immacolati facevano il loro lavoro allegramente e sui tavoli e scaffali da laboratorio c'erano centinaia di flaconcini di vetro. I flaconcini contenevano aromi potenti ma anche fragili, che il vetro marrone e i cappucci rotondi di plastica ben chiusi proteggevano dalla luce. I lunghi nomi scritti sulle piccole etichette bianche mi erano incomprensibili, neanche fossero in latino medievale. Erano strani nomi di cose che sarebbero state mescolate, versate e trasformate in sostanze nuove, come pozioni magiche.

Non sono stato invitato a vedere i settori di produzione dello stabilimento IFF perché lì avrei potuto scoprire segreti commerciali. Invece ho visitato svariati laboratori e cucine pilota dove gli aromi di marchi ben noti al pubblico vengono testati o corretti e dove vengono creati aromi totalmente nuovi. Il laboratorio snack e prodotti da forno salati è responsabile del sapore di patatine, sfogliatine di mais, pane confezionato, crackers, cereali per la prima colazione e cibo per animali domestici. Il laboratorio dolciario crea il sapore di gelati, biscotti, caramelle, dentifrici, colluttori e antiacidi. Ovunque guardassi vedevo prodotti famosi e ampiamente pubblicizzati piazzati su banchi e tavoli di laboratorio. il laboratorio bevande è pieno di bottiglie trasparenti con liquidi dai colori accesi. Da lì escono i sapori di famose bibite, integratori per lo sport, tè in bottiglia, succhi di frutta naturali al cento per cento, latti di soia biologici, birre e superalcolici di malto. In una cucina pilota ho visto un chimico assai distinto, un uomo di mezza età con un'elegante cravatta sotto il camice, che preparava con cura un'infornata di biscotti con glassa bianca e granella bianca e rosa. In un'altra cucina pilota c'erano un forno per pizze, un grill, una macchina per i milk shake e una friggitrice per patatine, tutte apparecchiature identiche a quelle che ho visto dietro il banco di innumerevoli fast food..."

Infine, altro luogo fondamentale, è il supermercato: è qui che, sin dagli anni '50 del XIX, i consumatori entrano in contatto con un' enorme quantità di prodotti ordinatamente sistemati su scaffali, in una grande varietà di scelta e di sapori.

Le industrie degli aromi artificiali

Vi sono diversi settori industriali che prevedono l'utilizzo di aromi all'interno del loro reparto produttivo. In questo senso, a detenere la percentuale maggiore è l'industria alimentare, seguita poi da settori industriali di altro tipo:

 Industria alimentare:

• Prodotti da forno
• Latticini (prodotti caseari e prodotti a base di latte: creme, gelati)
• Confetteria e caramelle
• Snack e salatini
• Bevande (liquori, soft drink, succhi di frutta)
• Altre industrie alimentari (piatti pronti, conserve, condimenti)

 

  Industria non alimentare:

•  Tabacco
•   Prodotti per igiene orale, soluzioni e dentifrici
•   Industria farmaceutica
•   Alimentazione animale 

 Come già affermato, i nomi delle industrie che svettano nelle classifiche a livello mondiale sono:

•  IFF ( USA, con sede a Dayton ) 
•  Givaudan (Svizzera, con sede a Hanover )
•  Firmenich ( Svizzera, sede a Ginevra )
•  Symrise ( Germania, sede a Teterboro)
•  Takasago ( Giappone, sede a Teterboro)

  Fra queste la IFF è in assoluto la più grande industria di aromi e fragranze ( non solo di prodotti alimentari, ma anche per l'igiene e profumi), con un fatturato di circa 1,4 miliardi di dollari all'anno.

La crescita della IFF ha rispecchiato quella dell'industria degli aromi nella sua totalità. L’IFF nacque nel 1958 dalla fusione di due piccole compagnie e ha visto moltiplicarsi il proprio fatturato annuale, quindici volte dai primi anni settanta; oggi ha stabilimenti di produzione in venti paesi.

Si tratta dunque di stabilimenti dalle dimensioni spropositate, che custodiscono gelosamente, per difendere la reputazione dei marchi più celebri, le ricette segrete di alimenti che noi tutti consumiamo abitualmente.

 Per quanto concerne l'industria italiana, la produzione di "aromi artificiali" è molto meno consistente rispetto ad altre realtà internazionali; questo perchè le normative sono piuttosto restrittive in questo senso. In ogni caso, una delle aziende leader del panorama italiano è l'Italiana Aromi dove, secondo le stime, si producono ogni anno 1.500 tonnellate di aromi (liquidi o in polvere).

Fonti:
http://www.leffingwell.com/top_10.htm
http://www.firmenich.com/en_INT/index.html
https://www.litalianaaromi.it/
http://www.takasago.com/en/
http://www.iff.com/
https://www.symrise.com/company/organization/history/

Le tecnologie e le scienze degli aromi artificiali

L’aroma di un alimento è dato dalla combinazione di innumerevoli componenti chimici: in un solo cibo i “compounds” che ne determinano il gusto caratteristico possono essere centinaia, se non migliaia.

Nella riproduzione del gusto determinante di un alimento, i flavourists applicano una serie di tecnologie e conoscenze. Il primo step è quello di estratte l’aroma dai componenti naturali: il processo può avvenire mediante diverse tecniche, quali vaporizzazione e liquefazione, e con l’utilizzo di strumentazioni particolari, come spettrometri e cromatografi. Successivamente i ricercatori analizzano le sostanze ricavate; lo studio in questa fase è particolarmente accurato, in quanto anche solo variando la posizione di un unico legame si producono aromi e sapori notevolmente differenti. In seguito gli aromatieri riescono a ricavare informazioni sufficienti per definire il flavour profile , contenente tutte le specifiche tecniche.

Esistono diversi metodi di analisi degli aromi, tra cui in particolar modo i metodi GC / MS ( Gas Chromatography) , molto utile per analizzare componenti volatili nei cibi. Questa tecnologia utilizza la tecnica analitica della gascromatografia-spettrometria di massa (GCMS). Il gascromatografo separa i composti presenti nel campione mentre lo spettrometro di massa funziona da rivelatore. Tale tecnica insieme alla LC-MS costituisce uno dei metodi analitici più avanzati e consente l'identificazione e la quantificazione di sostanze in una varietà di matrici.

Altre tecniche di analisi:

- Estrazione di liquidi

- Campionamento statico

- Campionamento dinamico

- Micro-Estrazione in fase solida (SPME)

- Estrazione fluida supercritica

- Distillazione / estrazione simultanea a vapore

A questo punto si passa alla creazione di una sostanza sintetica che deve riprodurre esattamente l’aroma di partenza ( oltre che la struttura delle suddette molecole ) ; questo obbiettivo in realtà non è ancora stato perseguito, in quanto la riproduzione artificiale non riesce ad imitare fedelmente i sofisticati meccanismi che regolano il gusto e l’olfatto umani ( ecco perché è facile riconoscere l’aroma naturale di un frutto dalla sua riproduzione sintetica in uno yogurt, per esempio ) .

Come già accennato, gli aromi artificiali vengono ottenuti riproducendo la struttura chimica di molecole esistenti in natura. Questo avviene tramite il processo di sintesi chimica, ovvero una reazione chimica o una sequenza di reazioni chimiche che consentono di ottenere uno o più composti.

Fonti: 
http://tesi.cab.unipd.it/42840/1/Tesser_Tommaso.pdf
https://dc.etsu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=3156&context=etd

I rischi degli aromi artificiali

Tra le sostanze additive aggiunte agli alimenti, gli aromi sono più pericolosi di quanto non si creda. Leggendo l’etichetta dei prodotti si può notare come la stragrande maggioranza di queste riporti la scritta “aromi”. Tuttavia molti non sanno che dietro a quelle cinque lettere si nasconde un mondo di circa diecimila sostanze, di cui solo tremila non sono state ritenute tossiche e quindi ufficialmente approvate dall’EFSA ( l’autorità europea per la sicurezza alimentare). Nonostante siano stati lanciati diversi programmi per istituire sistemi di sorveglianza del contenuto degli alimenti ( come ad esempio il programma FACET lanciato dal 2008 al 2012 - http://www.ucd.ie/facet/ ) oggi vi è ancora molta confusione a riguardo.

L’etichetta, che dovrebbe essere una sorta di strumento di sicurezza e garanzia,  spesso non riporta con esattezza le specifiche di un alimento e le caratteristiche delle sostanze aggiunte. Questo anche a causa della superficialità di certe norme, che consentono eccessiva libertà alle aziende produttrici. La FDA (Food and Drug Administration) infatti non richiede di rendere noti gli ingredienti degli additivi finchè le sostanze chimiche sono considerate come GRAS (Generally Regarded as Safe ). Questo di conseguenza permette alle aziende di mantenere assoluta segretezza riguardo le formule chimiche dei loro prodotti, nascondendo anche il fatto che spesso un aroma specifico può essere composto da centinaia di aromi differenti ( molecole fra cui si distingue sempre quella caratteristica, definita “target”).

Dunque l’unica informazione reperibile dalle etichette è l’origine delle sostanze: se sono naturali questo viene precisato, altrimenti compare esclusivamente la scritta “aromi” ( indicando quindi la presenza di sostanze di sintesi, artificiali o natural-identici).

Nonostante molti consumatori si rassicurano nel leggere la parola “naturale” tra gli ingredienti di un cibo (credendolo apparentemente più sano) la distinzione, in termini di sicurezza, tra aromi artificiali e naturali può dipendere da come l'aroma viene preparato.

Questo perché, in base alle condizioni della pianta, l’aroma di origine naturale può presentare sostanze tossiche, oltre che i residui dei solventi usati per estrarli e diluirli ( inoltre esistono sostanze con un’elevate tossicità, quali menta e cannella).

Dunque secondo alcuni esperti del settore, non è solo l’origine di una sostanza a conferirle determinate proprietà, ma soprattutto la sua struttura tridimensionale, che le consente di interagire col nostro organismo.

Detto ciò a determinare la tossicità di tali sostanze sono principalmente le dosi, in particolare se si parla di alimentazione nella prima infanzia ( i bambini raggiungono più facilmente le quantità che creano un rischio per la salute) .

 Eppure non tutte le fonti riportano questo parere, come i vari documentari già citati ( Super Size Me ) oppure protagonisti del settore alimentare come Carlo Petrini. Secondo il fondatore di Slow Food infatti, come afferma in “Buono, pulito egiusto” , assumere tali sostanze con continuità ci sottopone “ad un’altra forma di inquinamento i cui effetti rimangono ancora non del tutto chiariti” .

Fonti:
http://www.efsa.europa.eu/it
https://www.fda.gov/
http://www.ilfattoalimentare.it

Le forme sostitutive degli aromi artificiali

Sebbene i processi di ottenimento degli aromi siano fra loro molto diversi, è nella forma che risiede la vera differenza tra molecole naturali e molecole prodotte artificialmente. Questo è constatabile non soltanto nella struttura degli aromi artificiali, bensì anche in quella dei natural-identici.

Come già accennato la composizione molecolare e la formula bruta dei composti natural-identici sono uguali a quelle degli aromi ricavati dalla natura. Tuttavia la formula chimica tradizionale e il numero atomico sono solo un'approssimazione, e non sono bastevoli ad indicare tutte le caratteristiche di un composto.

Infatti fra le due tipologie di molecole è presente una piccola differenza strutturale: ad un'attenta analisi di laboratorio è possibile distinguerle in quanto caratterizzate da una diversa composizione isotopica. Ciò determina non soltanto proprietà fisiche differenti ( temperatura/entalpia di transizione, composizione delle impurezze, stato magnetico del nucleo ecc..) ma anche una diversa reattività chimica.

Nel caso degli aromi artificiali questa differenza è ancora più evidente: si tratta di molecole che, pur prodotte sempre da processi di sintesi, non hanno equivalenti in natura, riproducendo solo le caratteristiche organolettiche dei composti naturali. Quindi, oltre alla struttura molecolare, anche la formula bruta è molto diversa: possiamo qui riprendere l'esempio degli aromi di vaniglia.

A partire dalla sintesi della Vanillina, i chimici e flavourist  hanno scoperto ( già nel secolo scorso ) il modo di modificare leggermente la composizione strutturale di tale molecola ottenendone una simile, l' Etil-vanillina. Si tratta quindi di un composto artificiale, non presente in natura, che però riproduce esattamente l'aroma di vaniglia, potenziandone il gusto di ben 3-4 volte.

La struttura e la formula bruta sono simili ma comunque diverse:

Fonti:
https://ilblogdellasci.wordpress.com
http://bressanini-lescienze.blogautore.espresso.repubblica.it

I materiali sostitutivi degli aromi artificiali

Nella distinzione tra aromi naturali e artificiali non si può parlare di "materiali", quanto più che altro di processi e struttura.

Per quanto riguarda gli aromi naturali (molecole reperibili in natura) e quelli natural-identici (molecole sintetizzate in laboratorio), da un’ottica prettamente chimico-fisica,  in entrambi i casi si tratta di atomi e questi atomi sono sempre gli stessi. Un carbonio e un ossigeno, che si trovino in un prato all'aperto o nel pallone fumante di un laboratorio, sono sempre carbonio e ossigeno. Allo stesso modo, una molecola prodotta da un particolare tipo di pianta, estratta e caratterizzata, può essere ugualmente riprodotta, con gli stessi atomi, lo stesso orientamento nello spazio e le stesse caratteristiche stereochimiche, in laboratorio: hanno infatti la stessa identica formula bruta.

E' il caso di uno degli aromi più utilizzati nell'industria alimentare a livello mondiale, la vaniglia:

• Preparazioni aromatiche e aromi naturali ( estratto di vaniglia ): ottenute direttamente, tramite processo di estrazione, dalla matrice alimentare allo stato naturale ( bacche ). Contengono molecole di vanillina, presenti in natura.
• Aromi natural-identici ( Vanillina ): molecole di sintesi ottenute attraverso processi chimici da matrici di laboratorio ma aventi la stessa composizione chimica della vanillina presenta in natura.

Quello che dunque può distinguere le molecole naturali da quelle artificiali sono innanzitutto i processi tramite cui queste vengono ottenute ( e ovviamente anche la sorgente).

Fonti:
https://ilblogdellasci.wordpress.com
http://bressanini-lescienze.blogautore.espresso.repubblica.it

Gli elementi degli aromi artificiali

Gli aromi artificiali sono sostanzialmente molecole prodotte in laboratori chimici tramite processi di sintesi. L'uomo riconosce gli aromi tramite i cinque sensi, anche se quelli più recettivi in tal senso sono il gusto e l'olfatto.
Dunque possiamo definire l'aroma come l’effetto della combinazione tra le impressione sensoriali di gusto, odore e quelle di natura somato-sensoriale nella cavità orale (tatto, caldo, freddo, etc)

AROMA = GUSTO + ODORE

Ecco quindi la suddivisione degli aromi in due principali elementi costituenti:

- MOLECOLE GUSTATIVE:

• Solubili in acqua
• Non volatili 
•  MW in range tra 50-1000 kd 
• Soglia di percezione 1-10000 ppm (mg/kg)
• Il meccanismo di percezione dipende dall’interazione con i recettori gustativi, sulla base della forma e della carica ionica e del peso molecolare. Inoltre cambia a seconda di temperatura, struttura fisica ecc..

- MOLECOLE ODOROSE:

• Molecole lipofiliche, limitata solubilità in acqua (solubilità inversamente proporzionale all’impatto olfattivo: più è insolubile, maggiore potenza aromatica)
•  Volatili 
• Basso peso molecolare (MW <250 kd) .L'odore tende a ridursi all’aumentare del MW (minore volatilità)
• Presenti in concentrazioni molto basse (ppm, ppb o meno)

Le componenti odorose sono quelle che maggiormente determinano l'aroma di un alimento: la gamma di sensazioni odorose è molto più ampia rispetto a quella delle molecole gustative ed inoltre si registrano threshold ( soglie di percezione ) molto più basse.


Tuttavia è possibile trovare ulteriori elementi di distinzione, caratteristici degli aromi artificiali.
In generali gli aromi si suddividono in:

- AROMI NATURALI: provenienti dalla natura; tra queste sono comprese le preparazioni aromatiche e le sostanze aromatizzanti naturali ( es. la vanillina estratta dalle bacche )

- AROMI SINTETICI: preparati tramite sintesi chimica; comprendono:

•  gli aromi "natural identici" ( es. la vanillina riprodotta in laboratorio )
•  gli aromi artificiali ( es. l'etil-vanillina ).

Fonti: 

Wikipedia

Presentazione del seminario "Ingredients and Flavours"