Bicarbonato di ammonio: proprietà, usi, pro, contro, sicurezza

Il bicarbonato di ammonio, più precisamente idrogenocarbonato di ammonio e denominato internazionalmente Ammonium Bicarbonate / Ammonium Hydrogen Carbonate, è un sale inorganico dell'ammonio e dell'acido carbonico.

È utilizzato soprattutto come agente lievitante nell'industria alimentare, dove nell'Unione europea corrisponde all'additivo E 503(ii). JECFA lo identifica con INS 503(ii) e gli attribuisce principalmente la funzione di raising agent. In cosmetica è invece utilizzato come buffering agent, cioè come sostanza che contribuisce alla regolazione del pH.

Una delle sue caratteristiche tecnologiche più importanti è la decomposizione per effetto del calore, con liberazione di ammoniaca, anidride carbonica e acqua. Questa proprietà spiega il tradizionale impiego nei prodotti da forno secchi e sottili.

Descrizione

Il bicarbonato di ammonio è un sale ionico costituito dallo ione ammonio NH₄⁺ e dallo ione idrogenocarbonato HCO₃⁻.

A temperatura ambiente si presenta come materiale cristallino bianco con un debole odore ammoniacale. È molto solubile in acqua e presenta una reazione debolmente alcalina.

A differenza di molti agenti lievitanti minerali, durante una cottura sufficientemente intensa non lascia una quantità significativa di residuo alcalino fisso, perché i prodotti della decomposizione sono prevalentemente volatili.

La decomposizione può essere rappresentata schematicamente come:

NH₄HCO₃ → NH₃ + CO₂ + H₂O

L'ammoniaca deve però poter fuoriuscire completamente dal prodotto durante la cottura. Per questo motivo l'ingrediente è particolarmente adatto a biscotti, cracker e altri prodotti relativamente sottili e asciutti, mentre può risultare meno appropriato in prodotti molto spessi o umidi, nei quali una parte dell'ammoniaca potrebbe rimanere intrappolata e produrre un odore o sapore indesiderato.

Processo di produzione

Il bicarbonato di ammonio viene prodotto industrialmente facendo reagire ammoniaca, acqua e anidride carbonica in condizioni controllate.

Un processo convenzionale prevede il passaggio di anidride carbonica attraverso una soluzione acquosa di ammoniaca. La reazione è esotermica e viene quindi controllata mediante raffreddamento. Quando la soluzione raggiunge una concentrazione sufficiente, il bicarbonato di ammonio cristallizza.

Il processo può comprendere:

• preparazione della soluzione ammoniacale;

• assorbimento controllato di CO₂;

• controllo della temperatura;

• concentrazione;

• cristallizzazione;

• separazione mediante filtrazione o centrifugazione;

• lavaggio dei cristalli;

• essiccazione a temperatura controllata;

• setacciatura;

• verifica della purezza.

Poiché il composto è termicamente instabile, le temperature di essiccazione e conservazione devono essere mantenute entro condizioni appropriate per limitare la decomposizione prematura.

Principali composti presenti

Un grado di elevata purezza è costituito quasi interamente da bicarbonato di ammonio.

Le impurità possono derivare dalle materie prime o dal processo produttivo e comprendere, a seconda del grado:

• cloruri;

• solfati;

• residuo non volatile;

• tracce di metalli;

• acqua;

• piccole quantità di prodotti derivanti dalla decomposizione.

Nel grado alimentare la purezza e le impurità sono sottoposte a specifiche regolamentari precise.

Dati di identificazione e specifiche

La normativa UE sulle specifiche degli additivi alimentari identifica espressamente E 503(ii) come Ammonium Hydrogen Carbonate. L'inventario cosmetico ufficiale europeo identifica invece Ammonium Bicarbonate come ingrediente Buffering, senza una specifica disposizione di allegato associata.

Proprietà chimico-fisiche indicative

Il Regolamento (UE) n. 231/2012 descrive il materiale alimentare come cristalli bianchi o polvere cristallina, liberamente solubile in acqua e insolubile in etanolo, con pH di circa 8 in soluzione al 5%.

Alimentazione

Il bicarbonato di ammonio è un additivo alimentare autorizzato e viene utilizzato soprattutto come agente lievitante.

Durante la cottura si decompone generando gas che provocano l'espansione dell'impasto. L'anidride carbonica contribuisce direttamente alla porosità, mentre ammoniaca e vapore acqueo devono fuoriuscire durante il trattamento termico.

È particolarmente indicato per:

• biscotti;

• cracker;

• wafer;

• cialde;

• prodotti da forno sottili;

• prodotti secchi e croccanti.

Il vantaggio principale rispetto al bicarbonato di sodio è l'assenza di un significativo residuo minerale alcalino non volatile dopo decomposizione completa.

Il limite tecnologico principale è invece legato all'ammoniaca: in un prodotto spesso, molto umido o cotto insufficientemente, la sua eliminazione può essere incompleta.

E 503(ii)

Nell'Unione europea il bicarbonato di ammonio rientra nei carbonati di ammonio E 503. Numerose autorizzazioni prevedono l'impiego quantum satis, cioè nella quantità necessaria secondo buona pratica di fabbricazione, entro le categorie e le condizioni stabilite dal Regolamento (CE) n. 1333/2008.

JECFA classifica Ammonium Hydrogen Carbonate come raising agent e ha stabilito per la sostanza un ADI “not specified”. Questa classificazione viene utilizzata quando, sulla base dei dati disponibili e delle condizioni normali d'impiego, non è ritenuto necessario stabilire un limite numerico giornaliero espresso in mg/kg di peso corporeo.

Codex GSFA associa inoltre alla sostanza le classi funzionali acidity regulator e raising agent.

Cosmetica

In cosmetica il bicarbonato di ammonio viene utilizzato come buffering agent / regolatore del pH.

Può contribuire a:

• regolare l'acidità o alcalinità della formulazione;

• mantenere il pH entro un intervallo prestabilito;

• modificare le condizioni chimiche di alcuni sistemi cosmetici;

• supportare processi formulativi nei quali è richiesta una componente alcalina volatile.

Il Cosmetic Ingredient Review ha valutato il bicarbonato di ammonio insieme ad altri sali carbonati utilizzati nei cosmetici. Nella documentazione considerata risultava impiegato soprattutto in prodotti rinse-off, compresi alcuni prodotti per la decolorazione dei capelli.

Non deve essere confuso con l'ammonio carbonato, che è una miscela differente contenente proporzioni variabili di bicarbonato, carbonato e carbammato di ammonio.

Pro

• È un agente lievitante molto efficace per prodotti da forno secchi e sottili.

• La decomposizione termica genera CO₂, favorendo porosità e sviluppo dell'impasto.

• Dopo decomposizione completa non lascia un significativo residuo alcalino fisso.

• Può favorire una struttura particolarmente croccante e porosa in biscotti e cracker.

• È altamente solubile in acqua.

• È autorizzato nell'UE come E 503(ii).

• JECFA gli attribuisce un ADI non specificato.

• È utilizzabile anche in cosmetica come regolatore del pH.

• Il CIR ha concluso favorevolmente sulla sicurezza cosmetica nelle condizioni valutate quando la formulazione è non irritante.

Contro

• Durante il riscaldamento libera ammoniaca, che deve poter fuoriuscire completamente.

• Non è quindi ideale per prodotti da forno molto spessi o molto umidi.

• Un'eliminazione incompleta dell'ammoniaca può produrre odore e sapore ammoniacali.

• È termicamente meno stabile rispetto a molti altri sali inorganici.

• Il calore durante stoccaggio e lavorazione può provocarne una decomposizione prematura.

• La polvere può irritare occhi e vie respiratorie durante la manipolazione industriale.

• Quantità elevate ingerite direttamente possono provocare disturbi gastrointestinali, inclusi nausea e vomito.

• Non deve essere interpretato come fonte nutrizionale utile di ammonio o bicarbonato: il suo impiego alimentare è principalmente tecnologico.

Sicurezza, normativa e ambiente

Sicurezza alimentare

JECFA ha valutato Ammonium Hydrogen Carbonate e stabilito un ADI “not specified”. La sostanza è riconosciuta come additivo con funzione di agente lievitante.

La normativa dell'Unione europea stabilisce per E 503(ii) un titolo minimo del 99,0% e specifici requisiti di purezza. Le specifiche vigenti comprendono:

• residuo non volatile: massimo 500 mg/kg;

• cloruri: massimo 30 mg/kg;

• solfati: massimo 30 mg/kg;

• arsenico: massimo 3 mg/kg;

• piombo: massimo 2 mg/kg;

• mercurio: massimo 1 mg/kg.

Questi limiti riguardano la materia prima alimentare, non la concentrazione dell'additivo nel prodotto finito.

Sicurezza cosmetica

L'Expert Panel for Cosmetic Ingredient Safety ha concluso che Ammonium Bicarbonate e gli altri carbonati valutati sono sicuri nelle pratiche e concentrazioni cosmetiche considerate quando formulati in modo da non risultare irritanti.

Nei dati raccolti dal CIR, un test su epidermide umana ricostruita ha classificato il bicarbonato di ammonio come non irritante nelle condizioni sperimentali considerate; nei test oculari in vitro, una soluzione al 10% non ha evidenziato irritazione, mentre il materiale non diluito ha prodotto effetti più marcati.

Restrizioni cosmetiche UE

Non è associata al bicarbonato di ammonio una specifica “Cosmetics Regulation provisions / Restrizione cosmetica” negli Allegati II–VI.

La funzione cosmetica ufficialmente riportata è Buffering.

L'assenza di una specifica restrizione di allegato non significa che qualsiasi concentrazione o modalità d'impiego sia automaticamente appropriata: il prodotto cosmetico finito deve essere formulato in modo da non risultare irritante e sottoposto alla prevista valutazione di sicurezza.

Manipolazione della materia prima

Il bicarbonato di ammonio può decomporsi per effetto del calore liberando ammoniaca e anidride carbonica. La documentazione di sicurezza segnala inoltre che la polvere può irritare gli occhi e le vie respiratorie.

Per l'impiego industriale sono quindi importanti:

• ventilazione adeguata;

• riduzione della dispersione di polvere;

• protezione degli occhi durante la manipolazione;

• conservazione in ambiente fresco e asciutto;

• contenitori ben chiusi;

• protezione da fonti di calore;

• separazione da sostanze incompatibili.

Per una valutazione professionale è opportuno richiedere:

• SDS aggiornata;

• certificato di analisi (COA);

• titolo;

• specifica food grade o cosmetic grade secondo l'impiego;

• contenuto di cloruri e solfati;

• metalli e altre impurità previste;

• residuo non volatile;

• umidità;

• granulometria;

• pH;

• condizioni di conservazione;

• conformità a E 503(ii), quando utilizzato negli alimenti.

Ambiente

Il bicarbonato di ammonio è molto solubile in acqua e, una volta rilasciato, può dissociarsi e partecipare ai normali equilibri ambientali dell'azoto ammoniacale e del carbonio inorganico.

Quantità elevate immesse direttamente nell'ambiente acquatico possono tuttavia modificare localmente pH e concentrazione di ammonio/ammoniaca. Pertanto, scarichi industriali concentrati non devono essere considerati innocui soltanto perché la sostanza si decompone in composti relativamente semplici.

Conclusione

Il bicarbonato di ammonio è un sale inorganico utilizzato soprattutto come agente lievitante. Nell'Unione europea è identificato come E 503(ii) e JECFA gli attribuisce la funzione di raising agent con ADI non specificato.

La sua caratteristica tecnologica fondamentale è la decomposizione durante il riscaldamento con formazione di NH₃, CO₂ e H₂O. Questa proprietà lo rende particolarmente efficace in biscotti, cracker e altri prodotti sottili e secchi, nei quali i gas possono essere eliminati completamente.

Il limite principale è lo stesso meccanismo che ne determina l'utilità: se l'ammoniaca non viene eliminata durante la cottura, può lasciare un odore o sapore indesiderato.

In cosmetica svolge invece funzione di buffering, e il CIR lo considera sicuro nelle pratiche d'uso valutate quando la formulazione è non irritante. Non risultano specifiche Restrizioni cosmetiche / Cosmetics Regulation provisions associate all'ingrediente.

Bicarbonato di ammonio può essere considerato un ingrediente favorevole e tecnologicamente efficace quando utilizzato nel contesto appropriato, con particolare attenzione a purezza, decomposizione termica, completa eliminazione dell'ammoniaca nei prodotti da forno, esposizione alla polvere durante la manipolazione e conformità alle specifiche E 503(ii).