Domande secondo parziale biochimica alimentare

Biochimica alimentare

Domande

Qualità oggettiva di un alimento

1) Citare alcuni dei fattori che contribuiscono alla qualità «oggettiva» di un alimento.

• Fattore compositivo: ciò che è presente all'interno dell'alimento prima e dopo la trasformazione.
• Fattore strutturale: quali sono le caratteristiche fisiche del prodotto.
• Fattore nutrizionale: se riesco a sfruttare tutte le caratteristiche del prodotto (biodisponibilità).
• Fattore organolettico: dato dalla percezione dei sensi.

Food safety e food security

2) Qual è il significato dei termini «food safety» e «food-security»? Citare alcuni dei fattori che contribuiscono alla qualità «soggettiva» di un alimento.

Controllare il food safety è il ruolo dell'alimentarista che deve quindi:

• Controllare che nel cibo che consumiamo tutti i giorni non siano presenti composti nocivi dovuti il trattamento del cibo.
• Capire la materia prima con il quale si lavora.
• Studiare i processi con cui la materia prima viene trasformata.
• Cercare di rendere migliore il cibo sotto il punto di vista nutrizionale ma anche economico.

La qualità soggettiva di un alimento è data da tre fattori: edonistico (se mi piace o meno), culturale (tipo di cultura nel quale siamo cresciuti, religione, scelte alimentari) e economico (conviene). Food safety → non faccia male. Food security → ci siano nutrienti per tutti.

Valore nutritivo degli alimenti

3) Perché alimenti con la stessa composizione non hanno lo stesso valore nutritivo?

In alcuni alimenti delle caratteristiche, anche se presenti, non sono assorbibili. Infatti, l'alimento deve contenere delle caratteristiche bio disponibili, quindi fattori che sono assorbibili al nostro organismo. È possibile che un alimento contenga dei fattori antinutrizionali che possono crearsi in seguito a un processo. Inoltre, è possibile che un prodotto processato non mantenga la composizione originaria in seguito a modificazioni.

Acqua e valore edonistico

4) Citare e commentare brevemente un esempio di come l’acqua possa contribuire al valore edonistico di un alimento.

I fattori edonistici sono soggettivi e si riferiscono alla piacevolezza di un alimento: un esempio di come l'acqua possa incidere su questo fattore sono i “soggy cereals”, ovvero cereali che a contatto con l'acqua perdono la loro croccantezza e caratteristica.

Colore degli alimenti

5) Sapreste citare un semplice esempio di come alcuni componenti degli alimenti contribuiscono al loro colore?

Ad esempio, con la denaturazione delle cys nell'uovo queste perdono l’H₂S che conferisce odore sgradevole e caratteristico colore verde. L’H₂S è in grado di legarsi all'emoglobina e mioglobina contenuta nell'uovo, ma quando stiamo cuocendo un uovo sodo, l’H_S tenta di migrare verso il tuorlo ma non riesce a penetrarlo perché è già sodo, quindi si posiziona attorno conferendo colorazione verdastra.

Interazioni macromolecolari

6) Quali componenti macromolecolari negli alimenti sono in grado di interagire con tutte le altre molecole presenti nel sistema?

Proteine

Pagamento del latte in Nord Europa e in Italia

7) Provate a riflettere sulle ragioni (biochimiche) per cui il latte nei paesi del Nord-Europa viene pagato in base al contenuto in grasso, mentre da noi viene pagato in base al contenuto in proteine.

Perché noi facciamo poco burro ma tantissimo formaggio; nel Nord Europa si fa tantissimo burro ma relativamente poco formaggio.

Contenuto di carboidrati nella maionese

8) La maionese dovrebbe essere fatta con olio e tuorlo d’uovo, ma in etichetta appare che il contenuto di carboidrati è circa il doppio del contenuto in proteine (che sono solo lo 0.8%). Provate a ipotizzare una spiegazione.

Perché vengono aggiunti amidi per stabilizzare l’emulsione.

Acqua

Conservazione degli alimenti deperibili

1) Quali basi molecolari accomunano comuni metodi di conservazione di alimenti deperibili: a) essiccazione; b) aggiunta di sale; c) utilizzo di salamoia; d) utilizzo di sciroppi?

Per conservare un alimento è necessario impedire la crescita di microrganismi. Per farlo è necessario togliere l'acqua. L'essiccamento toglie fisicamente l'acqua, con aggiunta di sale l'acqua andrà a solvatare il sale e lascerà l’alimento. La salamoia sottrae il sale e l'ossigeno ed ha un'azione antimicrobica. Lo sciroppo ha la stessa funzione del sale ma è meno efficace perché ha maggior peso molecolare.

Solubilità della beta-lattoglobulina

2) Spiegate le possibili ragioni per cui la beta-lattoglobulina nativa è solubile a pH 4.6, mentre non lo è la proteina denaturata.

A pH 4.6 le cariche sono tutte negative, quindi tendono a respingersi ed è possibile solvatate la molecola, mentre con una proteina denaturata le cariche idrofobiche che si trovano all'esterno tendono a legarsi insieme creando strutture solide.

Effetto del sale sugli alimenti

3) Per quali ragioni molti alimenti rilasciano acqua quando si aggiunge sale (NaCl) sulla loro superficie?

Perché la forza ionica del sale attrae l'acqua che lascia l'alimento e va a legarsi alle regioni del sale. Anche per una questione di pressione osmotica, se aggiungiamo sali sulla superficie creiamo una situazione ipertonica quindi l'acqua lascia l’alimento.

Uso del gesso per il tofu

4) Perché si usa il gesso (CaSO₄) per convertire estratti solubili di proteine di soia in una massa semisolida come il tofu?

Perché il calcio è uno ione bivalente quindi riesce a formare un ponte unendo due molecole. Viene utilizzato per formare il tofu perché è in grado appunto di legare due proteine della soia e creare una struttura solida simile a formaggio.

Esempio di sineresi

5) Presentare e commentare un esempio di sineresi nella precipitazione di proteine indotta dal pH.

Per la formazione dello yogurt ho bisogno di avvicinarmi al punto isoelettrico perché lì la carica netta è pari a zero e quindi le proteine riescono ad avvicinarsi molto di più tra di loro. Non devo andare a punto isoelettrico perché nel PI l'acqua trattenuta è minima e abbiamo fenomeni di sineresi. Devo avvicinarmi il più possibile al fine di riuscire a contenere l'acqua all'interno ed evitare la sineresi.

Solubilità delle proteine

6) Perché la solubilità delle proteine è minima al loro pI?

Perché la carica netta è pari a zero e quindi tutte le cariche opposte si bilanciano a vicenda e l'acqua non è in grado di legarsi a una proteina apolare.

Salting in e salting out

7) Cosa si intende per «salting in» e «salting out»?

Salting in è il processo che comporta l'aggiunta di sale in una soluzione proteica che scherma le cariche opposte e porta alla dissociazione del composto fino ad arrivare alla solvatazione. Se si aggiungono ulteriori sali, avremo un effetto opposto chiamato salting out nel quale i sali in eccesso sottraggono l'acqua di solvatazione e quindi le proteine tendono ad unirsi di nuovo. È un processo reversibile.

Solubilità delle prolammine

8) Perché le prolammine sono solubili solo in soluzioni alcoliche concentrate?

Perché le interazioni maggiori sono quelle idrofobiche. Se aggiungo alcol alla soluzione, l'acqua va a legarsi a quest'ultimo e viene meno la spinta idrofobica che tiene insieme le due proteine con cariche apolari. Quindi abbiamo un'alterazione della struttura nativa.

Solventi e struttura proteica

9) Quali solventi alterano la struttura proteica, e perché?

I sali lipofili “destrutturanti” sono in grado di entrare nella struttura proteica e distruggerla, alcuni che rompono le interazioni idrofobiche delle proteine, solventi alcolici, detergenti e caotropi.

Reversibilità delle modificazioni strutturali

10) Come si fa – in linea di principio - a capire se le modificazioni strutturali di una proteina sono reversibili o irreversibili?

Se togliendo l’agente denaturante osserviamo un ritorno della proteina nella sua condizione originaria, significa che la modificazione è reversibile. Si osserva cosa succede se si rimuove lo stimolo. Es: Trp nella BLG se scafata, osservo che il Trp si muove ed è legato a quenchers. Se alzo la T, il Trp va vicino ad ambiente acquoso, se raffreddo la proteina scaldata, lo spettro torna nella forma originaria. Se uso alte T, la proteina non torna più indietro. Solitamente se una modificazione interessa e regioni idrofobiche, questa è irreversibile; se è possibile rimuovere il soluto e la proteina ritorna in condizioni ottimali, allora è reversibile.

Gels

Esempio di gel proteico stabilizzato da legami a idrogeno

2) Presentare e commentare un esempio di gel proteico stabilizzato da legami a idrogeno.

Un gel è una struttura che consente di mantenere al suo interno senza perdita l’acqua. Un esempio di gel stabilizzato da legame idrogeno è la gelatina. Quando, ad esempio, facciamo bollire gli ossi, la temperatura alta disallinea i legami idrogeno che tengono insieme il collagene, e quindi l'acqua è in grado di solvatare queste singole molecole. Quando andiamo a raffreddare l'acqua, queste molecole tendono a tornare unite, ad aggregarsi e formare una struttura disorganizzata di collagene.

Esempio di gel proteico stabilizzato da legami disolfuro

3) Presentare un esempio di gel proteico stabilizzato da legami disolfuro.

Lo ovoalbumina nell'uovo sodo. È una molecola costituita da 5 cisteine di cui due impegnate in un legame disolfuro e tre libere. Quando scaldiamo l'albume, la proteina si denatura e vengono esposte le superfici idrofobiche, le cisterne all'interno vengono in superficie e vanno incontro ad una reazione di scambio di disolfuri. Si forma uno stretto legame tra proteine diverse e abbiamo una ridisposizione dei tioli, ottenendo una scleroproteina.

Legame dell'acqua da parte delle proteine

4) Lega più acqua una proteina che contiene 20 Glu e 80 Asn nella sua sequenza, oppure una che contiene 20 Asn e 80 Glu?

In una proteina i due amminoacidi sono dissociati, presenti come cariche negative; per renderli neutri devo abbassare molto il pH. Con Asp/Gln la carica non c'è. A pH neutri sono neutri? Gln può legare 2 molecole di H₂O, totale 4 molecole di H₂O (2 NH₂ e 2 R). Glu/Asp a pH Glu è carica, Asn no → la proteina con più Glu assorbe più acqua!

Esempio di gel stabilizzato da ioni Ca²⁺

5) Presentare un esempio di gel stabilizzato da ioni Ca²⁺.

Il tofu che presenta un punto isoelettrico molto basso, quindi non posso abbassare ulteriormente il pH. Aggiungo ioni calcio che sono bivalenti e hanno funzione reticolante, formano legami trasversali e posso fare interagire catene con cariche che altrimenti si respingerebbero.

Acidificazione e separazione delle fasi nello yoghurt

6) Perché una eccessiva acidificazione dello yoghurt porta a una separazione di fasi?

Se abbasso troppo il pH, rischio di raggiungere esattamente il punto isoelettrico e quindi di minimizzare la capacità del sistema di interagire con l'acqua perché tutte le cariche sono bilanciate, provocando il processo di sineresi.

Componenti glicosilati della caseina

7) Quale componente proteica della caseina è glicosilata, e in quale regione?

Solo la κ-caseina è glicosilata e contiene 4 treonine e una serina alle quali vengono legati zuccheri semplici o complessi in modo specifico.

Meccanismo d'azione dei sali di fusione

8) Su quale meccanismo molecolare si basa l’azione dei «sali di fusione» utilizzati per la produzione di formaggio fuso?

I sali di fusione sequestrano il calcio, che funge da ponte tra le proteine, rendendole di nuovo solubili a temperature elevate.

Legami che stabilizzano la struttura di formaggi a pasta filata

9) Formulate un’ipotesi sui legami che stabilizzano la struttura di un formaggio a pasta filata (mozzarella o provolone).

Con la rimozione dello ione calcio c'è deformazione meccanica e termica. Le proteine idrofobiche si aprono e si stendono. Latte in caldaia, scaldato, si aggiungono fermenti lattici che rompono lattosio, si aggiunge il caglio a seconda se si vuole piccante o dolce, dipende dal rapporto di pepsina e chimosina. Si rompe la cagliata e viene estratta dalla caldaia, poi viene lasciata fermentare. La massa viene tuffata in una soluzione vicina all’ebollizione e poi filata. Poi si mette in forma e salata. Lasciamo fermentare perché abbiamo bisogno che il pH si abbassi un pochino per rompere i ponti di ioni calcio e i residui di fosfato nei residui delle caseine. A caldo, favoriamo lo srotolamento delle proteine. Col raffreddamento si diminuisce la viscosità e incolla le regioni idrofobiche tra di loro → filamenti.

Composizione amminoacidica delle caseine

10) Quale caratteristica della loro composizione amminoacidica fa sì che le caseine siano essenzialmente prive di struttura secondaria e terziaria?

Le caseine contengono una buona parte di prolina, che è un amminoacido e quindi non permette strutture secondarie ma solo la struttura nativa, più tutte le cariche negative.

Pellicola sul latte

11) Secondo voi, la pellicola che si forma sul latte quando bolle, è fatta di caseine o di sieroproteine?

Sono proteine che si denaturano ad alte temperature. Le caseine (sono anche glicosilate) necessitano di agenti acidi/enzimi per coagulare. Le caseine hanno una struttura meno complessa delle sieroproteine, quindi si denaturano dopo.

Ruolo dei legami disolfuro nella cagliata

12) Qual è il ruolo dei legami disolfuro nella formazione del reticolo proteico nella cagliata?

Nessuno.

Interfacce

Associazione ligando-proteina

1) Qual è la frazione di ligando associata a una proteina, data una Kd pari a 1 mM, e una concentrazione di ligando e proteina entrambi pari a 2 mM?

[Non incluso nel testo originale. Calcoli o informazioni specifiche non presenti.]

Legami chimici tra proteina e acido grasso

2) Quali tipi di legami chimici si possono stabilire tra una proteina e un acido grasso?

Si stabiliscono legami idrofobici come nell'albumina serica che li trasporta, legami covalenti con acido miristico e palmitico che consentono ancoraggio di proteine alla membrana citoplasmatica.

Denaturazione interfacciale

3) Presentare un esempio di «denaturazione interfacciale».

Una importante caratteristica delle proteine è quella di avere la capacità di fare da collante tra due fasi che naturalmente rimarrebbero separate, meno in contatto tra loro, a causa della loro polarità diversa. Questa caratteristica è data dal fatto che alcune proteine presentano regioni idrofobiche all’interno e zone idrofiliche all’esterno; esempio ne sono le lipoproteine dell’uovo che permettono la formazione di un'emulsione attraverso una stabilizzazione di interfacce.

Denaturazione su goccioline lipidiche e solidi idrofobici

4) Perché una proteina si denatura in modo diverso sulla superficie di una gocciolina lipidica e di un solido idrofobico?

Perché se si denatura ed entra a contatto con un liquido, la proteina riesce a penetrare la gocciolina di olio. Se invece si tratta di una struttura solida, le due strutture si schiacciano l’una contro l'altra senza rompersi. Si ha una struttura coesiva.

Fluorescenza dei residui di triptofano

5) Quali indicazioni strutturali si possono ricavare dallo studio della fluorescenza dei residui di triptofano?

Se è esposto al solvente o nascosto nella struttura proteica, lo capiamo dall’altezza della posizione del massimo di emissione, se il mio AA si trova dentro la struttura ed emetterà più energia oppure esposto sulla superficie della struttura che sarà meno energetico.

Stabilità di una schiuma

6) Quali fattori contribuiscono alla stabilità di una schiuma?

La presenza di zucchero impedisce (o rallenta) l’evaporazione dell'acqua, inoltre rende più viscoso il liquido e impedisce lo scorrimento di H₂O verso i punti nodali.

Ingredienti nella maionese commerciale

7) Fornite una spiegazione molecolare per la presenza (e la quantità relativa) degli ingredienti presenti in una maionese commerciale (li trovate elencati sull’etichetta in ordine decrescente di abbondanza).

Olio, uova, aceto di vino, sale, zucchero, succo di limone, amido. Olio e uova sono la base, le proteine nel tuorlo e l’olio (a filo) formano insieme un'emulsione. Limone e aceto per il gusto, sale facilita esposizione molecolare. Amido è un componente fondamentale perché forma una rete di polisaccaridi che stabilizzano la struttura.

Immunoreattività e gelato vs latte fresco

8) Sulla base dei dati di immunoreattività presentati nelle slides, cercate di rispondere a chi vi chiede se un gelato sia meglio del latte fresco per un bambino sensibile a BLG.

Gli enzimi coinvolti nella degradazione delle proteine tagliano in maniera diversa le proteine legate a oli o solidi → le proteine ottenute possono essere considerate come allergeni in qualche soggetto (soprattutto nella prima infanzia) → meglio latte fresco.

Digeribilità di BLG e alimenti

9) Sulla base dei dati di digeribilità presentati nelle slides, indicate quale di questi alimenti sia una miglior sorgente di cisteina (che consideriamo derivare solo dalla digestione di BLG): a) latte fresco intero; b) latte fresco intero con polvere di cacao; c) gelato al cioccolato.

Abbiamo differenze dello stato fisico della BLG, può essere adsorbita sulla superficie di particelle solide (polifenoli del cacao) o può essere infilata sulle regioni idrofobiche nelle goccioline lipidiche, succede dopo l’omogenizzazione! Oppure nel gelato abbiamo sia fase idrofobica del cacao che ghiaccio, se proviamo a digerire BLG estratta dal latte crudo ci accorgiamo che è resistente all’azione proteolitica (grossa e idrofobica) perché è compatta. Latte omogenizzato → emulsione, parte della struttura proteica va nella gocciolina d’olio, proteina frammentata! Se prendo la proteina e lascio che si srotoli da sola quando tocca una superficie idrofobica (nessuna azione meccanica), questa viene digerita molto meno → assorbimento su cacao limita la digeribilità della proteina più di quanto lo faccia il latte inserito nell’olio. Gelato al cioccolato è peggiore perché in parte è infilata nei globuli di grasso (panna) e assorbita nelle superfici solide (ghiaccio e fenoli del cacao).

Denaturazione termica

Denaturazione a diverse interfacce

1) Perché una proteina denaturata ad un'interfaccia liquido-liquido e ad un’interfaccia solido-liquido assumono strutture diverse?

Perché con un'interfaccia liquido-liquido parliamo di emulsione ed è possibile che la proteina riesca ad esporre le parti idrofobiche e penetrare all'interno della gocciolina lipidica, mentre con un solido abbiamo adsorbimento e non è possibile la penetrazione della proteina nella superficie solida; abbiamo due diverse forme di proteina, se la taglio ottengo prodotti di idrolisi diversi.

Digeribilità delle proteine e dimensioni delle particelle

2) Perché la digeribilità di una proteina ad un'interfaccia può cambiare in ragione delle dimensioni delle particelle nella fase non acquosa?

[Testo incompleto nel documento originale]