Appunti Analisi sensoriale

Appunti analisi sensoriale – prima parte

L'analisi sensoriale

Definizione

L’analisi sensoriale è la disciplina scientifica impiegata per evocare, misurare, analizzare e interpretare le sensazioni percepite attraverso i 5 sensi e la risposta che ne consegue. Utilizza le persone come strumenti per analizzare e quantificare le reazioni agli stimoli percepiti attraverso i sensi e risponde a domande molto importanti sulla percezione dei prodotti da parte dei consumatori e quindi è indispensabile per portare sul mercato prodotti di successo.

I primi metodi di valutazione sensoriale si sono sviluppati nel 1940/1950 negli Stati Uniti (per l’accettabilità delle razioni alimentari per le forze armate) e nei Paesi Scandinavi (test triangolare). Nasce dall’esigenza di sostituire il singolo esperto (unico arbitro della qualità del prodotto) con il panel (sistema di valutazione) poiché esso è più controllabile e affidabile.

Metodi

Applicazioni

• Mettere a punto un nuovo prodotto
• Riformulare/ottimizzare un prodotto
• Verificare la conformità di un prodotto
• Studi di shelf life/packaging
• Valorizzazione di prodotti tipici (connotazione territoriale)
• Interpretare e comprendere un dato chimico/fisico

Il processo di percezione

Persone come “strumenti”

Le persone sono gli unici strumenti in grado di misurare quello che ci interessa in maniera diretta e sintetica. Stimoli fisici e trasduzione del segnale sono variabili fisiologiche mentre l’elaborazione del segnale e il responso sensoriale sono variabili psicologiche. Le risposte date dai giudici sono inevitabilmente affette da “errori” perché i giudici sono molto variabili (nel tempo e tra loro) e molto influenzabili (pregiudizi). Le cause di questi errori possono essere:

• Di natura fisiologica ossia dipendono da come sono fatti e come funzionano i nostri sensi
• Di natura psicologica ossia dipendono da come vengono elaborate le informazioni sensoriali

Il meccanismo d'azione

Gli stimoli possono essere di natura fisica o chimica e i recettori sono specializzati nel riconoscimento di una sola classe di stimoli (ad esempio le radiazioni luminose vengono recepite solo da coni e bastoncelli presenti nella retina dell’occhio umano oppure molecole in soluzione vengono recepite da cellule gustative della nostra bocca). Ci sono 5 classi di stimoli: visivo, uditivo, tattile, olfattivo e gustativo. Ognuno di questi stimoli è una diversa forma di energia che deve essere trasformata (trasduzione) in una risposta neuronale da cellule specializzate (recettori) che:

• Trasducono l’energia cui sono sensibili in un cambiamento di voltaggio di membrana (segnale di tipo elettrico)
• Trasmettono la modificazione di voltaggio ai neuroni gangliari

I segnali neurali generati dalla trasduzione vengono poi trasmessi a diverse strutture del cervello e raggiungono le aree della corteccia cerebrale (aree sensoriali primarie).

Esiste un sistema ordinato di comunicazione fra recettori (organizzazione topografica), cellule gangliari e neuroni centrali, che fa sì che neuroni posti l’uno accanto all’altro in una regione (es. la cute) comunichino con neuroni similmente disposti in regioni successive (es. la corteccia). Il risultato finale è l’esistenza di molteplici mappe ordinate della superficie sensoriale nel cervello. La distribuzione dei recettori non è omogenea: fattore di ingrandimento (homunculus sensoriale).

L'immagine sensoriale

Gli stimoli sono elaborati a livello cosciente e portano ad un’informazione bruta a cui viene applicato un processo di riconoscimento della forma che porta ad un’immagine sensoriale unica e riproducibile. L’identificazione può essere per comparazione (confronto di due forme contemporanee) o per riconoscimento (confronto con forme memorizzate). Se non avviene l’identificazione (riconoscimento negativo) viene attivato un processo di riconoscimento per similitudine (la forma è diversa da quelle memorizzate ma simile ad alcune di quelle memorizzate). Più complessa dell’identificazione è la descrizione della forma, che può essere semplice (rappresentazione di una forma mediante parole/qualitativa) o quantitativa (rappresentazione con parole a cui è assegnato un diverso peso).

La teoria psicofisica

Alla base delle valutazioni sensoriali c’è la teoria psicofisica. La psicofisica è un settore della psicologia sperimentale che studia la relazione tra lo stimolo sensoriale e la risposta umana a questo. Le funzioni psicofisiche descrivono questa relazione, ovvero il legame matematico tra l’intensità dello stimolo (I) e l’intensità della risultante sensazione (S).

Soglie

Esistono 4 tipi di soglie e sono:

• Soglia assoluta di percezione: quantità minima di energia necessaria per produrre una sensazione (dipende da purezza dello stimolo, stato fisiologico, grado di concentrazione, ecc.)
• Soglia di riconoscimento: quantità minima di energia necessaria per produrre una sensazione ben definita e riconosciuta
• Soglia di discriminazione: energia necessaria per provocare un aumento percepibile nell’intensità della sensazione
• Soglia terminale: intensità massima dell’energia oltre la quale non si verifica alcun aumento dell’intensità della sensazione

Difficoltà pratiche nella determinazione invece risiedono in:

• Variabilità mezzo (aria, acqua, matrici reali…)
• Variabilità metodo (n° giudici, quale metodo)
• Variabilità individuale (fino a 100v, con addestramento fino a 1000v)

Il senso del gusto

Definizioni

• Ricettori gustativi, sono le strutture (cellule specializzate) periferiche deputate a raccogliere gli stimoli gustativi (molecole solubili). 2/3 di essi sono localizzati nelle papille gustative presenti sulla lingua ma vi sono anche su palato, guance, laringe, faringe
• Nervi, sono le strutture deputate a trasportare le informazioni gustative alle strutture centrali. Ci sono 3 paia di differenti nervi cranici (VII/facciale, IX/glossofaringeo, X/vago) che innervano le diverse parti della lingua, guance, gola e palato
• Encefalo, sono le strutture del sistema nervoso centrale deputate all’elaborazione degli impulsi. Il talamo e la corteccia sono le aree sensoriali deputate al gusto

I recettori

I recettori gustativi sono organizzati in gemme o bottoni gustative/i che si trovano principalmente sulla lingua (papille) ma anche nel palato e la gola.

Le papille

Le papille contengono le gemme che a loro volta racchiudono le cellule gustative (recettori). Esistono 3 tipi di papille:

• P. Fungiformi (100 per parte della lingua con 10-20 gemme ciascuna)
• P. Fogliate (5-6 per parte con circa 100 gemme ognuna)
• P. Circumvallate: (5-6 per parte con circa 200 gemme ognuna)

Il numero di papille è variabile da individuo a individuo ed è correlato con la sensibilità dell’individuo di recepire un determinato gusto.

Esiste un quarto tipo di papille: le P. Filiformi ma non contengono gemme infatti non sono papille gustative ma hanno solo funzione tattile.

Ogni bottone gustativo comunica con la cavità orale tramite un poro gustativo (1-3 µm), attraverso il quale le sostanze contenute negli alimenti interagiscono con le cellule gustative.

Il meccanismo d'azione: la trasduzione

Le sostanze responsabili dei gusti agiscono direttamente attraverso i canali ionici o indirettamente legandosi a recettori di superficie (gustducina, proteina G che assolve le funzioni del gusto).

• Il gusto acido è dovuto agli acidi organici che permeano attraverso la membrana e l’H⁺ intracellulare blocca un canale del K⁺ sensibile ai protoni.
• Il gusto salato è dovuto al Na⁺ che è percepito grazie alla sua diretta permeazione attraverso i canali di membrana.
• La trasduzione del dolce, amaro ed umami sono mediate da 2 famiglie di recettori:
  • TAS1R (per il dolce TAS1R-2 e TAS1R-3 e per l’umami TAS1R-1 e TAS1R-3)
  • TAS2R (per l’amaro: TAS2R 30 sottotipi più studiato TAS2R-38)

I gusti e gli stimoli

Gli stimoli sono sostanze idrosolubili (solubili in acqua):

• Salato: Sali/molecole che si dissociano in ioni + e -
• Acido: acidi inorganici e organici o molecole che liberano per dissociazione ioni H⁺ O₃
• Dolce: zuccheri ma anche aminoacidi, peptidi, ecc.
• Amaro: chinina, caffeina, aminoacidi, peptidi, ecc.
• Umami: glutammato monosodico (e alcuni ribosidi, es. 5’inosina monofosfato, 5’guanina monofosfato)

La saliva (acqua, AA, proteine/enzimi, zuccheri, acidi organici, sali) solubilizza e veicola le molecole ai recettori e modula il gusto (sali/potere tampone, mucoproteine/azione rivestimento, enzimi/selettivi su molecole). Tutti i recettori sono sensibili a tutti i gusti e anche i neuroni rispondono a tutti gli stimoli. Questo concetto è totalmente diverso dalle “mappe della lingua” continuano ad essere pubblicate nonostante siano basate su un’interpretazione errata di ricerche compiute nel XIX secolo. Nel grafico vengono evidenziate le soglie di percezione in diverse aree della lingua per i composti presi in esame.

Il senso del gusto ha altre 2 importanti proprietà funzionali:

• Adattamento ossia la diminuzione della risposta in condizioni di stimolazione costante (è una proprietà che accomuna molti “sensori”)
• Miscelazione ossia la modulazione della risposta quando sono presenti 2 (o più) composti in miscela. A sua volta esistono due tipi di modulazione:
  • Interazione inibitoria/mascheramento (di un gusto sull’altro): ad esempio amaro/dolce oppure acido/dolce
  • Sinergia (più frequente tra stesso gusto) ad esempio umami, l’intensità MSG in presenza di riboside oppure dolce, in presenza di mix di dolcificanti artificiali o ancora dolce, in presenza di basse concentrazioni di NaCl

Adattamento del gusto salato

Il grafico riporta i dati ottenuti con la valutazione della intensità del gusto salato in 8 soluzioni di NaCl a concentrazione crescente (da 0 a 1 M). L’assaggio di ogni campione è stato fatto dopo adattamento con acqua (□), NaCl 0,001 M (□), 0,01 M (□) e 0,1M (□). Il livello minimo percepito è pari alla concentrazione della soluzione di NaCl di adattamento.

Soppressione del gusto amaro

Nel grafico a sinistra l’intensità dell’amaro in soluzioni di chinina a concentrazione crescente (5 livelli) in presenza di aspartame a 3 livelli: 0 M (□), 0,00075 M (□) e 0,00245 M (□). Nel grafico a destra ripristino in seguito a adattamento con saccarosio.

Interazione tra gusti in funzione dell'intensità

Fonti di variabilità dei gusti

Le fonti di variabilità sono:

• Il tipo di sostanza chimica, infatti da una molecola all’altra vi sono differenze di sensibilità fino a 4¹⁰. Ad esempio, il saccarosio responsabile del gusto dolce ha il suo massimo a 1,3 g/100g mentre la strofantina responsabile gusto amaro ha il suo massimo a 0,16 mg/100g
• L’ambiente ossia il mezzo in cui si viene a trovare la sostanza può modularne l’intensità. Nell’alimento la variabilità può essere data da T, pH, viscosità e altre sostanze mentre nella bocca la variabilità è data dalla saliva
• L’individuo poiché da una persona all’altra si osservano differenze di sensibilità di 100 volte ma a volte ancora maggiori. Vi è un comportamento particolare per la sensibilità a molecole contenenti il gruppo –N-C=S (fenil-tio-carbammide/ PTC e 6-n-propiltiouracile/PROP)

La diversa sensibilità all'amaro

Vi è un’elevata variabilità nelle soglie di percezione (grafico in alto): differenze di 3 ordini di grandezza e oltre. La frequenza dei punteggi di intensità dell’amaro percepito per una stessa concentrazione (grafico in basso) segue una distribuzione bimodale. Distinzione in: SUPERTASTER, TASTER e NON TASTER. PROP = 6-n-propiltiouracile. PTC = feniltiocarbamide. Differenze genetiche dovute al polimorfismo del gene per i recettori del gusto amaro TAS2R38 (in funzione della presenza dell’allele PAV nei ST e dell’allele AVI dei NT).

PROP status

È stata dimostrata una correlazione tra sensibilità al PROP e sensibilità ad altri stimoli chimici responsabili di gusti e altre sensazioni (astringente, piccante). Nei super taster la maggior sensibilità al gusto amaro, al piccante, all’astringente, all’irritazione dell’alcol, al grasso può influenzare le preferenze alimentari:

• Minore gradimento (e consumo) di cibi amari come broccoli, succo di pompelmo, caffè e cioccolato fondente tutti alimenti che è noto contengono molte sostanze antiossidanti.
• Minore apprezzamento degli alimenti altamente grassi e zuccherati (alimenti a rischio di sovrappeso/obesità)
• Minore apprezzamento di bevande alcoliche (con minore rischio di alcolismo)

Le scelte alimentari che ne derivano possono avere sulla salute sia con impatto negativo (meno verdure) che positivo (meno grassi e meno alcol).

La densità delle papille fungiformi

La densità delle papille fungiformi sembra positivamente associata alla sensibilità gustativa (i recettori del gusto sono contenuti anche nelle papille fungiforme). Alcuni studi hanno dimostrato l’effetto del numero di PF sulla percezione e il consumo di alimenti ma altri no, l’effetto deve essere ulteriormente confermato.

La foto della lingua si effettua la conta del numero di papille in 2 zone della lingua dopo averla colorata in blu (le papille fungiformi rimangono rosso) su 2 zone della lingua. Si esprime il dato in densità: N° papille/cm² (FPD). Sono stati osservati valori di FPD da 0.0 (Webb et al. 2015) a 233.0 FP/cm² (Zhang et al. 2009).

La densità papillare negli italiani

La densità media delle papille fungiformi (FPD) presenta differenze in base all’età e al genere significative solo nella fascia di età 31-45 (dati progetto IT su >1000 soggetti). Altri fattori associati a bassa FDD sono il fumo, l’obesità e il forte consumo di alcool.

Relazione tra FPD e PROP status

Per chi ha poche papille (L-FPD; <13) il PROP status ha effetto sulla percezione ST>NT. Non ha invece effetto per coloro che hanno tante papille (H-FPD; >30).

Il senso dell’olfatto

Definizioni

• Ricettori olfattivi, sono le strutture periferiche deputate a raccogliere gli stimoli olfattivi (molecole volatili), essi sono localizzati all’interno della cavità nasale
• Nervi, sono le strutture deputate a trasportare l’impulso al cervello. I neuroni olfattivi hanno sinapsi nel bulbo olfattivo dal quale si dipartono i due nervi olfattivi (I° paio di nervi cranici)
• Encefalo, i segnali sono portati alle strutture centrali deputate all’elaborazione e riconoscimento delle sensazioni (corteccia e sistema limbico)
• Epitelio olfattivo, occupa una piccola area con un’elevata superficie esposta (circa 10 cm²) per la presenza di ciglia che hanno la funzione di “captare” i composti chimici
• Recettori olfattivi (10 milioni), sono cellule nervose bipolari dotate di ciglia specializzate per rispondere a stimoli di volatili (con periodo di vita di circa 4-8 settimane)
• Cellule di supporto (cellule di Bowman) che producono muco (di natura lipidica per disciogliere le sostanze odorose) e cellule basali (per generare nuovi recettori)

L'olfatto

Gli assoni dei recettori passano attraverso il piatto cribiforme e terminano in glomeruli (nel bulbo olfattivo) dove fanno sinapsi con altri neuroni (cellule mitrali). Ad ogni glomerulo convergono qualche migliaio di recettori, ad ogni cellula mitrale invece convergono le terminazioni di più glomeruli. Gli assoni associati con 1 glomerulo derivano dai recettori che rispondono ad uno stesso composto. Solo il 5-10% dell’aria ispirata arriva ai recettori (max 20%). Il contatto risulta migliore con un’ispirazione moderata 1-2 sec. Dopo 2 sec il recettore si è adattato e bisogna attendere da 5 a 20 sec prima di ottenere un segnale di uguale intensità. La differenza tra la soglia di percezione e la concentrazione che dà saturazione è di 10² (a differenza del senso della vista e dell’udito 10⁴ – 10⁵).

L’intensità del segnale dipende dalla concentrazione del volatile nell’aria respirata ossia R (nose space) che dipende dalla volatilità e dal coefficiente di solubilità del composto

R (alimento) ↔ R (bolo) ↔ R (aria espirata) ↔ R (muco*)

Nel muco (acqua, mucoproteine, sali, enzimi/es peptidasi e molecole antibiotiche/es. lisozima) sono presenti proteine (Odorant Binding Proteins/OBPs, secrete dall’epitelio olfattivo e dalle ghiandole sottostanti) che legano i volatili in maniera non specifica e li trasportano a livello dei recettori.

La trasduzione del segnale

Le sostanze responsabili degli odori e aromi (10.000 diversi) interagiscono con specifici recettori ossia catene polipeptidiche accoppiate, le proteine G (G-protein-coupled receptors = GPCRs) presenti a livello della membrana delle cellule olfattive. Esistono circa mille diverse proteine e i geni che codificano queste...