Domande Biochimica alimentare

Francesca Nasatti - Domande Biochimica Alimentare

Funzioni degli ingredienti nella maionese industriale

Il primo ingrediente è l'olio, il secondo l'acqua, aggiunta perché deve sciogliere le uova essiccate utilizzate nelle preparazioni industriali. Senape e zucchero non hanno significato dal punto di vista funzionale: la senape non viene aggiunta sempre, dà sapore in più, non tutti la apprezzano; stessa cosa per lo zucchero, spesso aggiunto per correggere il gusto altrimenti troppo acido, che risulta dall'aggiunta di succo di limone o acido citrico o aceto.

Il calcio disodico EDTA: l'EDTA è un agente antiossidante, ma si usa il complesso con il calcio perché il ferro presente nel tuorlo (una cellula, ferro che fornisce al pulcino sufficiente emoglobina per respirare da solo quando l'uovo si schiude), è il protagonista della chimica di Fenton, dannosa per un sistema che contiene dei lipidi (alto contenuto di acidi grassi insaturi, oli vegetali come olio di girasole) — si ha la generazione di radicali che ossidano i doppi legami presenti negli acidi grassi, con una potenziale tendenza all'irrancidimento — l'EDTA sequestra il ferro presente, anche se non viene sempre aggiunto (dipende dalla modalità di confezionamento: se in assenza di ossigeno - atmosfera controllata - non ci sono fenomeni di ossidazione).

Il succo di limone è anch'esso un agente antiossidante per la presenza di acido citrico, chelante dei metalli. È anche presente acido ascorbico nel succo di limone, anch'esso potente agente antiossidante, contribuisce a sottrarre dal sistema i radicali generati dalla reazione di Fenton.

Presenza in quasi tutte le maionesi di amido o amido modificato (per renderlo più facilmente solubile introducendo ulteriori gruppi idrofili): funge da agente viscosizzante, stabilizza l'emulsione, soprattutto nelle condizioni normali di conservazione (T ambiente), in cui non si deve avere separazione di fase. Ritarda lo scorrimento delle goccioline d'olio le une verso le altre. Inoltre contribuisce alla spalmabilità del prodotto.

Sostituti del burro

Un po' di tempo fa il mercato si è invaso di sostituti del burro: idea di prendere albume d'uovo e disperderlo in un solvente organico sotto forma di goccioline di albume e riscaldare questa miscela, ottenendo tante microscopiche palline di albume rassodato, materiale commercializzato come sostituto del burro. Come è possibile? È presente sotto forma di piccole palline, quindi simula la dispersione delle goccioline di burro ad esempio in un impasto da torta (similitudine fisica); similitudine sensoriale, quando si mette in bocca il sistema gustativo sentiva la presenza di goccioline cedevoli sotto l'azione della lingua e dei denti.

Fluorescenza di proteine e ANS durante trattamento HP

L'ANS è un marcatore fluorescente, lo diventa quando adeso ad una superficie idrofobica. Cosa succede quando la proteina in forma nativa viene sottoposta a un trattamento? Vedi lezione 5 diapositiva 12 ALA con e senza calcio. Sottoposta a trattamento termico.

Aumenta fluorescenza all'aumentare della T, la proteina si apre e espone più regioni idrofobiche. Aumentando ancora la T, l'esposizione dei siti idrofobici è cresciuta, si lega più ANS. Al di sopra di una certa T, si ha un balzo nell'intensità della fluorescenza e un'accelerazione del fenomeno di esposizione (alzo la T e disordino la struttura dell'acqua). A 72 gradi questo evento raggiunge il massimo, in un tempo breve (30/40 secondi), proteina completamente aperta, i siti idrofobici esposti hanno legato l'ANS. Aumentando ancora la T, la fase di esposizione dei siti idrofobici viene accelerata ma a T superiori a 80 si ha la scomparsa dei siti idrofobici, che si attaccano gli uni agli altri e non sono più in grado di essere accessibili al marcatore: decremento della fluorescenza.

Ciò che si può fare è predire cosa succederà alle diverse T e per le due diverse forme di ALA. Grafico di Arrhenius. Le rette danno l'Eattivazione della reazione, sono parallele (per la proteina con e senza calcio) — a basse T il meccanismo di denaturazione è lo stesso. Cambia la T a cui il meccanismo diventa diverso e la velocità di ciò che succede dopo.

Se, invece di usare la T come agente destrutturante, uso la pressione, anche HP ha come bersaglio l'organizzazione dell'acqua. Mentre la T, salendo porta ad avere acqua disorganizzata, la P, salendo, porta ad avere acqua organizzata, che non si può muovere, non può organizzarsi attorno ai siti idrofobici esposti durante la denaturazione — non c'è nulla che costringe i siti idrofobici a tornare all'interno. Può succedere che la proteina trattata ad alte T crei degli aggregati. Anche nel caso della HP ho una fase in cui i siti idrofobici interagiscono per generare prodotti di polimerizzazione.

Stabilità di OVA e BLG

Come mai OVA ad HP non è reversibile e BLG sì? Pensiamo sia dovuto al numero e al tipo di legami che si formano durante la denaturazione. La struttura originale di OVA e BLG è molto diversa:

• Le dimensioni sono diverse: BLG è piccola, OVA è molto più grande, circa di tre volte.
• Presenza di materiale non proteico: OVA è glicosilata, BLG no.
• Stabilità della struttura: BLG ha il barile (beta-sheet antiparalleli) stabilizzato dai legami disolfuro tra 4 delle 5 cisteine. L'unica parte mobile di questa molecola è l'alfa-elica nella regione C-terminale, che copre il residuo di tiolo. È una proteina ad elevata stabilità strutturale. I legami disolfuro irrigidiscono la porzione a barile della struttura.

La struttura dell'OVA è molto più instabile, ha molte regioni ad alfa-elica, contiene legami disolfuro che non legano niente di importante, ha cisteine libere — struttura intrinsecamente molto meno rigida di quella della BLG. BLG ha struttura più resistente alla denaturazione, l'unico evento di unfolding per questa proteina è l'esposizione dell'SH a seguito dello spostamento dell'alfa-elica. Rimuovendo HP, l'alfa-elica torna al suo posto: il cambiamento strutturale è avvenuto, ma una volta cessata l'azione destrutturante della HP, l'alfa-elica torna al suo posto (modificazione reversibile).

Solubilità di OVA con sale o zucchero

Differenza di solubilità di OVA con sale o zucchero. Pensiamo sia dovuto al fatto che l’acqua, trovandosi legata a questi soluti, anche ad HP non perda la sua funzione strutturante. Se si tratta ad HP in presenza di sale o zucchero, la proteina si denatura. Le proteine dell'albume non sono sensibili all'azione degli enzimi digestivi grazie alla loro struttura. Ciò è vero per la proteina nativa, non per quella denaturata.

Il trattamento di denaturazione parziale (no formazione di aggregati) non richiede altissime pressioni, lo stesso trattamento c'è per azione meccanica (albume montato a neve, si incorpora dell'aria). Lo stesso tipo di modificazione è quella di aggiungere albume come agente viscosizzante nella maionese: si distende la struttura della proteina per renderla più viscosa.

Lo zucchero funziona meglio del sale. Senza sale o zucchero si ha una differenza di solubilità, la proteina si associa ad altre proteine a dare un reticolo tridimensionale, con soluti non avviene la formazione di questo reticolo, c'è una soluzione viscosa di proteina ma non formazione di qualcosa di solido (uovo sodo).

Cosa spinge la formazione del reticolo? Lo scambio di disolfuri e l'interazione tra le regioni idrofobiche esposte, la quale richiede che l'acqua eserciti la sua capacità strutturale. In presenza di quantità consistenti di NaCl e saccarosio. Nel momento in cui si rimuove la pressione, non si ha una sufficiente spinta a fare interagire le proteine tra di loro, l'acqua interviene molto meno nello spingere le proteine denaturate le une verso le altre in ragione della presenza dei due soluti. Il saccarosio forma legami H con l'acqua, il sale si solvata, legando a sé le molecole di acqua e non consentendo ad esse di esercitare la spinta che fa impaccare le regioni idrofobiche le une contro le altre — impediscono il fenomeno di aggregazione delle proteine denaturate, non si forma un polimero insolubile.

Modificazioni covalenti di aminoacidi

Modificazione covalente di AA indotta da trattamento termico e conseguenze. Ad esempio, modificazioni a latte UHT o sterilizzato? Ci sono alcune modificazioni che avvengono su aa liberi e su aa sulla catena laterale. Reazione di beta-eliminazione, consente di convertire la catena latere di cisteina o serina in deidroalanina, composto molto reattivo. La reazione più importante è quella della deidroalanina (doppio legame nella catena laterale) con la lisina: si forma lisinoalanina. La formazione di questo legame ha dei risvolti negativi:

• Si perde, in una reazione di eliminazione, di un aa importante, la cisteina.
• La lisinoalanina ha un legame che di norma coinvolge porzioni distanti della molecola proteica. Si aumenta la rigidità strutturale della proteina (come BLG), compromettendo la sua digeribilità.
• Cross-links (intraproteina o interproteina) comportano una diminuzione della sensibilità alle proteasi.
• Non c'è più lisina, aa essenziale. Inoltre, essa è uno dei due aa per cui è specifica la tripsina (ha l'amminogruppo occupato, quindi la tripsina non ha più il suo substrato) — viene compromessa la possibilità di proteolizzare la proteina e usare la lisina come aa essenziale.

Un'altra situazione simile è la formazione di surimi trattando con la transaminasi. Eliminazione di ammoniaca e formazione di legame isopeptidico. La differenza è che ci sono enzimi in grado di tagliare questo legame, mentre non ci sono enzimi in grado di tagliare il legame che si trova nella lisinoalanina. Queste proteine compatte (cross-links) e indigeribili, è molto facile che superino la mucosa intestinale, quindi che si infilino più o meno intatte nel circolo sanguigno: si può avere una reazione immunitaria (es. allergie).

Ce ne sono altre che avvengono solo sugli aa liberi, come ad esempio la reazione dell'asparagina con i dicarbonili (prodotto secondario delle reazioni di Maillard), da cui si produce acrilamide. C'è bisogno che partecipino sia le funzioni in alfa che la funzione amminica, non avviene se l'asparagina è all'interno di una catena proteica.

Stabilità delle proteine modificate

Quale proteina è più stabile tra una senza modificazioni (post-traduzionali), una glicosilata e una fosforilata. Più stabile a che cosa? Ad esempio a un trattamento termico. Le proteine modificate sono più stabili delle proteine non modificate, perché l'acqua nelle immediate vicinanze della proteina (sulla superficie) non è libera di muoversi, quindi non può partecipare alla formazione di gabbie attorno ai residui idrofobici esposti.

Quanta acqua c'è associata ai due tipi di sostituenti e quale interazione l'acqua forma con la proteina? Nel caso dei residui zuccherini, l'acqua associata dipende dalle dimensioni della catena polissaccaridica. Se la proteina è fosforilata, la carica negativa del gruppo fosfato attira le frazioni di carica positiva sui due atomi di H dell'acqua (è un dipolo).

I legami H si disfano facilmente con la T, quelli ionici sono meno sensibili alla T (in teoria): nella pratica, è più difficile modificare, intervenendo con la T (più comune agente denaturante) una proteina glicosilata che una fosforilata, quindi quella glicosilata è più stabile. Ciò vale solo per l'albumina, ossia la forma glicosilata è più stabile.