Il "metamorfismo" del gelato

Cosa rende il gelato un soggetto interessante per gli scienziati della neve? Non è solo il fatto che i ricercatori amino mangiarlo, ma piuttosto la loro intenzione di applicare e approfondire le conoscenze ottenute dallo studio dei suoi parenti meno saporiti, la neve e il ghiaccio.

L'istituto SLF può vantare una struttura unica per la microtomografia dei campioni congelati. In una stanza del freddo è possibile sottoporre a misurazioni i campioni di neve o gelato rilevandone le modifiche a diverse temperature nel corso di diversi giorni e addirittura settimane. Questo studio in-situ permette di monitorare in maniera costante le variazioni di forma dei cristalli di ghiaccio, bolle d'aria e soluzione di zucchero all'interno del gelato. Questo metodo è lo stesso impiegato per osservare nel dettaglio il metamorfismo della neve (v. sito del progetto ATGM).

Nell'ambito di un progetto comune con gli studiosi del Nestlé Research Center di Losanna, l'evoluzione del gelato è stata studiata attraverso tecniche di tomografia computerizzata. I cristalli di ghiaccio influenzano le proprietà del gelato, alterandone la consistenza e la struttura via via che aumentano le proprie dimensioni e modificano la propria forma. Tali variazioni nella struttura dei cristalli di ghiaccio si verificano nel gelato in particolare in caso di oscillazioni di un paio di gradi della temperatura del congelatore, che causano un leggero effetto di fusione e rigelo. Questo fenomeno è molto comune nei congelatori domestici. In queste condizioni, con il passare del tempo il gelato può perdere cremosità e consistenza, diventando gommoso e scadente.

Gelato nel tomografo computerizzato (Fig. SLF/B. Pinzer)

La tecnologia tomografica a raggi x in-situ è stata impiegata per studiare la struttura e le fasi del gelato durante la sua conservazione allo scopo di capire come mantenere più a lungo la consistenza e la struttura originali del prodotto. È stato evidenziato come la crescita dei cristalli di ghiaccio è largamente influenzata dall'ampiezza del ciclo termico, mentre il decadimento delle bolle d'aria dipende dalla durata del ciclo caldo. Attraverso questa tecnica si è giunti quindi a una più profonda comprensione del processo di decadimento del gelato. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Soft Matter a febbraio 2012.

In futuro le ricerche degli scienziati dell'SLF prevederanno anche l'uso della tomografia a raggi x per lo studio delle alterazioni strutturali dei cristalli di ghiaccio dopo lo spargimento di sale sulle strade in inverno, così come il metamorfismo delle miscele di ghiaccio, acqua e aria osservate nella neve bagnata, un fattore di grande rilevanza per la formazione delle valanghe. 

Animazioni

Rappresentazione tridimensionale delle bolle d'aria in un piccolo volume parziale (2.4x2.4x0.18 mm^3) di gelato. Le immagini sono state scattate a intervalli di 4 ore, la temperatura del gelato è indicata in basso. Copyright © 2012, Royal Society of Chemistry

Questa animazione rappresenta lo stesso processo per i cristalli di ghiaccio. Copyright © 2012, Royal Society of Chemistry