Obiettivi formativi
Sono obiettivi del corso:
1. mostrare come una lettura in chiave termodinamica costituisca la base per la comprensione dei principali meccanismi connessi con la conservazione degli alimenti (attività dell’acqua, etc.);
2. sviluppare i principi fondamentali della chimica colloidale, fondamento delle caratteristiche strutturali e funzionali degli alimenti.
Prerequisiti
Il Modulo non ha propedeuticità ufficiali.
Contenuti dell'insegnamento
1. Termodinamica classica applicata a sistemi chimici, biologici e alimentari con elementi di termodinamica statistica. Principi della termodinamica. Variabili e funzioni di stato. Dipendenza delle grandezze termodinamiche da pressione e temperatura. Termochimica. Calorimetria. Significati sperimentali e molecolari della termodinamica. Concetti introduttivi di termodinamica statistica. Alcuni esempi numerici.
2. Equilibri di fase nelle sostanze pure. Diagrammi di fase. Equazione di Clapeyron e di Clausius-Clapeyron. Regola delle fasi.
3. Proprietà termodinamiche delle soluzioni e loro applicazioni Sistemi aperti e quantità molari parziali. Soluzioni ideali e soluzioni reali. Legge di Raoult e legge di Henry. Soluzioni regolari. Funzioni eccesso. Il concetto di attività: l’attività dell’acqua e la conservazione degli alimenti.
4. Equilibrio fra le fasi nei sistemi binari. Distillazione frazionata. Azeotropo, eutettico, lacuna di miscibilità, formazione di composti. Transizioni di fase nei materiali alimentari. Lo stato vetroso e la transizione vetrosa.
5. Soluzioni di macromolecole. Il potenziale chimico del solvente. Proprietà colligative. Equilibri di fase in presenza di una membrana semipermeabile: pressione osmotica. Equilibrio di dialisi ed effetto Donnan.
6. Equilibrio in una reazione chimica. Condizioni di equilibrio in una reazione chimica. Energia libera e costante di equilibrio. Reazioni endoergoniche ed esoergoniche. Accoppiamento di reazioni.
7. Termodinamica di non equilibrio e processi di trasporto. L’ordine dal caos: le strutture dissipative. Forze e flussi ed equazioni fenomenologiche. Teoremi. Legge di Onsager. Funzione di dissipazione. Concetto di stato stazionario.La mobilità degli ioni in soluzione. Elettroforesi. Diffusione. Sedimentazione. Reologia e viscosità.
8. Sistemi colloidali. Grandezza e forma delle particelle colloidali. Classificazione di Ostwald. Tensione superficiale ed energia libera di superficie. Forze di van de Waals. Potenziale di Lennard-Jones. Forze intermolecolari nei sistemi colloidal. Teoria DLVO. Interazioni idrofobiche, idratazione idrofobica e effetto idrofobico: modelli interpretative. Struttura e classificazione dei tensioattivi. Formazione di micelle. Le micelle di caseina. Emulsionanti e stabilizzanti in campo alimentare. Lavoro di adesione e coesione e coefficiente di spreading. Bagnabilità. Ostwald ripening. Isoterma di Gibbs. Pressione di Laplace. I più comuni colloidi alimentari: emulsioni, schiume, dispersioni e sospensioni, geli. Metodi di preparazione. Esempi: la birra, la panna montata, il gelato, la meringa, il burro, la maionese. Il gradiente di tensione superficiale: effetto Marangoni. Proprietà chimico fisiche di un colloide alimentare. Microemulsioni. Cristalli liquidi liotropici e termotropici.
Programma esteso
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Bibliografia
- Pieter Walstra, Physical Chemistry of Foods, Marcel Dekker, Inc, New York (2003)
- Eric Dickinson, An Introduction to Food Colloids, Oxford Science Publications (1992)
Metodi didattici
Didattica frontale con l'ausilio di presentazioni ppt e filmati a disposizione degli studenti prima della lezione.
E’ prevista un esame scritto finale durante le regolari sessioni di esame.
Modalità verifica apprendimento
esame scritto
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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