Appunti di Chimica, tecnologia e contaminanti degli alimenti

Chimica, tecnologia II CTF appunti lezioni prof. Arlorio e contaminanti Locatelli degli alimenti Università degli studi del Piemonte orientale

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Chimica, tecnologia e contaminanti degli alimenti 01/03/2022

Programma (in breve)

• Modulo I: Chimica propedeutica al corso
• Modulo II: Composizione chimica degli alimenti e tecnologie alimentari; normativa in campo alimentare
• Modulo III: Additivi, coadiuvanti tecnologici, enzimi ed aromi
• Modulo IV: Contaminanti e residui negli alimenti

Testi

• Introduzione alla chimica degli alimenti – Martelli
• Chimica degli alimenti – Martelli
• Chimica degli alimenti – Cappelli
• La chimica degli alimenti – nutrienti e aspetti intracellulari (Ed. CEA)

Modalità d’esame – In presenza

• Prova scritta costituita da 2 parti:

1. Valutazione delle conoscenze di base: 10 punti

• Strutture chimiche base
• Caratteristiche delle sostanze chimiche di base

a. 4 formule di struttura + descrizione: scrittura/riconoscimento di 4 formule di struttura di composti analizzati durante il corso, individuando la classe chimica e le principali funzioni della molecola richiesta, per ogni risposta corretta saranno assegnati fino a un massimo di 1,5 punti, per un totale di 6 punti;

b. quiz a risposta multipla: risoluzione di 4 quiz a risposta multipla, per ogni quiz corretto sarà assegnato al massimo 1 punto, per un totale di 4 punti.

Per poter accedere alla valutazione della seconda parte dello scritto occorre giungere alla sufficienza delle conoscenze di base (parte 1 superata con almeno 6 punti su 10).

2. Valutazione dello «studio critico» e abilità trasversali

3 domande a risposta aperta (8 punti ciascuna)

Elaborazione di risposte a quesiti “aperti”, in cui lo studente dovrà dimostrare il grado di approfondimento dello studio, la capacità di comprendere il tema da sviluppare, la capacità di collegare diversi aspetti del programma e di avere una visione d’insieme dell’argomento richiesto. Uno dei quesiti potrebbe simulare la richiesta di un consiglio in farmacia e/o essere il commento dell’etichetta di un prodotto alimentare. Saranno proposti 3 quesiti, ai quali saranno assegnati fino a un massimo di 8 punti ciascuno, in funzione del grado di completezza della risposta. Il punteggio massimo acquisibile nella seconda parte del compito è pari a 24 punti.

• Punteggio totale: 24 + 10 = 34 punti (da 31 in su → 30 e Lode)

Il punteggio totale acquisibile è pari a 34; il punteggio acquisito sarà convertito in votazione in trentesimi. Per punteggi superiori a 31 sarà assegnata la lode.

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Chimica, tecnologia e contaminanti degli alimenti 01/03/2022

Modalità d’esame – A distanza

• Prova orale: solo nel caso in cui ci sarà bisogno di fare gli esami a distanza:

1. Valutazione delle conoscenze di base

Riconoscimento di 2 formule di struttura di composti analizzati durante il corso, individuando la sostanza e la classe chimica; sarà inoltre richiesto di commentare brevemente il ruolo e le principali caratteristiche delle sostanze richieste, sapendo contestualizzare l’argomento. Per ogni risposta corretta saranno assegnati fino a un massimo di 5 punti (3 per il riconoscimento della struttura chimica e 2 per i relativi commenti), per un totale massimo di 10 punti.

2. Valutazione dello «studio critico» e abilità trasversali

Elaborazione di risposte a quesiti “aperti”, in cui lo studente dovrà dimostrare il grado di approfondimento dello studio, la capacità di comprendere il tema da sviluppare, la capacità di collegare diversi aspetti del programma e di avere una visione d’insieme dell’argomento richiesto. Saranno proposti 3 quesiti, ai quali saranno assegnati fino a un massimo di 7 punti ciascuno, in funzione del grado di completezza della risposta. Il punteggio massimo acquisibile nella seconda parte dell’esame è pari a 21 punti. Il punteggio totale acquisibile è pari a 31; il punteggio acquisito sarà convertito in votazione in trentesimi. Per l’assegnazione della lode sarà necessario rispondere correttamente a un ulteriore quesito e/o riconoscimento di una terza struttura chimica e/o dimostrare una preparazione superiore rispetto alla semplice conoscenza delle informazioni riportate nelle diapositive messe a disposizione.

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Introduzione – Definizioni e classificazione degli alimenti

• Nutracetico: nutrizione + farmaceutico

Alimento che ha una certa proprietà farmaceutica o comunque nutritizia che ha degli effetti benefici e positivi.

Non si tratta di una “classe”, ma di un nome.

Esiste anche la cosmeceutica, ossia un gruppo di alimenti che ha effetti benefici su annessi cutanei → è un tipo di integrazione alimentare.

Questo trend è in continua ascesa. Alcune farmacie ne beneficiano in maniera molto importante.

Interazione alimenti – Farmaci

Molte molecole degli alimenti possono interagire con un farmaco, in maniera sinergica ovvero positiva (effetto sinergico) oppure negativa (effetto tossico o riduzione dell’attività del farmaco).

Esempio: ammine biogene e farmaci attivi sull’inattivazione delle MAO (e DAO).

• Bugiardino: riporta nelle avvertenze le possibili interazioni o ripercussioni su cinetica e biodisponibilità
• Ammine biogene (ad esempio istamina p.o.): sono ammine che si accumulano e possono comportare delle problematiche, in quanto oltre ad essere prodotte dall’organismo vengono anche ingerite. Alcuni farmaci, inoltre, inibiscono gli enzimi deputati alla degradazione delle ammine (accumulo).

L’alimento può aiutare fisiologicamente un farmaco, ma non può sostituirlo.

Può aiutare nella prevenzione delle malattie craniche, ma l’alimentazione in sé non può essere risolutiva.

• Microbiota: comunità di microrganismi che deve essere localizzata in un certo distretto.

• Pelle
• Gastrointestinale → “filtro”

Nel suo complesso è considerato come un organo accessorio, in quanto fin dalla nascita ognuno sviluppa il proprio microbiota in funzione di quello che mangia (ad esempio è importante il latte materno).

• Alimenti (una definizione generica)

• Il cibo è qualsiasi sostanza consumata che possa fornire un supporto nutrizionale per l’organismo. Normalmente si parla di alimenti di origine animale o vegetale e che contengono nutrienti essenziali, come carboidrati, grassi, proteine, vitamine o minerali → ma adesso si sta iniziando a considerare altre fonti (alghe, insetti, funghi, …).
• La sostanza che viene ingerita da un organismo e che viene assimilata dalle cellule dell'organismo durante uno sforzo per produrre energia, mantenere la vita e/o stimolare la crescita (Enciclopedia Britannica).

Queste sostanze che sviluppano calorie devono essere metabolizzate e assimilate → biodisponibilità.

Gli alimenti vengono assunti per os, ma non necessariamente sono “bioaccessibili e biodisponibili”.

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• Bioaccessibilità: “quanto” e “cosa” arriva (nella fase post-digestiva) a livello intestinale per poter essere assorbito. L’effetto della digestione è spesso molto importante, specialmente per le macromolecole.

Oggi viene studiata con dei sistemi in vitro, dove si simula la digestione.

Anche negli alimenti si sta pensando alla microincapsulazione, per far sì che certi principi attivi arrivino a determinati siti e siano gastroprotetti.

• Biodisponibilità: concetto “chiave” a livello nutrizionale, funzionale e tossicologico

Per quanto riguarda gli alimenti vi sono diverse definizioni per diversi significati:

1. Alimenti (o prodotti alimentari)
2. (Prodotti dietetici)
3. (Prodotti per l’alimentazione particolare)
4. Prodotti per l’infanzia (alimenti per gruppi specifici)
5. Prodotti per la riduzione del peso (ags)
6. Prodotti alimentari per fini medici speciali (ags)
7. Integratori alimentari
8. Functional foods
9. Novel foods
10. Alimenti arricchiti
11. Nutraceutici …

• Normativa alimentare: definisce delle classi specifiche e delle regolamentazioni specifiche.

→ “orizzontale” (trasversale, carattere generale, applicabili a tutti gli alimenti o ad un largo settore della produzione) e “verticale” (applicabile ad uno specifico settore, ad esempio latte e derivati del latte …).

Normativa trasversale (orizzontale) + normative specifiche (verticali).

Esiste poi un altro regolamento che invece presenta delle classi e delle definizioni specifiche e riconosciute.

Definizioni ufficiali: definizioni regolamento EU 1169/2011 (ripresa da regolamento CE 178/2002)

• Alimento (o prodotto alimentare o derrata alimentare): qualsiasi sostanza o prodotto trasformato, parzialmente trasformato o non trasformato destinato ad essere ingerito o di cui si prevede ragionevolmente che possa essere ingerito da esseri umani. Sono comprese anche le bevande, le gomme da masticare e qualsiasi sostanza, compresa l’acqua, intenzionalmente incorporata negli alimenti nel corso della loro produzione, preparazione o trattamento. Esso include l’acqua nei punti in cui i valori devono essere rispettati come stabilito all’articolo 6 della direttiva 98/83/CE e fatti salvi i requisiti delle direttive 80/778/CEE e 98/83/CE.

Non sono compresi: i mangimi, gli animali vivi (a meno che siano preparati per l’immissione sul mercato ai fini del consumo umano), i vegetali prima che siano raccolti (prima della raccolta), i medicinali, i cosmetici, il tabacco e i prodotti del tabacco, le sostanze stupefacenti o psicotrope, i residui e i contaminanti.

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Chimica, tecnologia e contaminanti degli alimenti 01/03/2022

• Trattamento (Reg CE 852/2004): qualsiasi azione che provoca una modificazione sostanziale del prodotto iniziale, compresi trattamento termico, affumicatura, salagione, stagionatura, essiccazione, marinatura, estrazione, estrusione o una combinazione di tali procedimenti
• Prodotti non trasformati (Reg CE 852/2004): prodotti alimentari non sottoposti a trattamento, compresi prodotti che siano stati divisi, separati, sezionati, affettati, disossati, tritati, scuoiati, frantumati, tagliati, puliti, rifilati, decorticati, macinati, refrigerati, congelati, surgelati o scongelati
• Prodotti trasformati (Reg CE 852/2004): prodotti alimentari ottenuti dalla trasformazione di prodotti non trasformati. Tali prodotti possono contenere ingredienti necessari alla loro lavorazione o per conferire loro caratteristiche specifiche (si ottengono da prodotti non trasformati attraverso tecniche differenti)
• Alimento preimballato (Reg 1169/2011): l’unità di vendita destinata a essere presentata come tale al consumatore finale e alle collettività, costituita da un alimento e dall’imballaggio in cui è stato confezionato prima di essere messo in vendita, avvolta interamente o in parte da tale imballaggio, ma comunque in modo tale che il contenuto non possa essere alterato senza aprire o cambiare imballaggio; “alimento preimballato” non comprende gli alimenti imballati nei luoghi di vendita su richiesta del consumatore o preimballati per la vendita diretta
• Ingrediente (Reg 1169/2011): qualunque sostanza o prodotto, compresi gli aromi, gli additivi e gli enzimi alimentari, e qualunque costituente di un ingrediente composto utilizzato nella fabbricazione o nella preparazione di un alimento e ancora presente nel prodotto finito, anche se sotto forma modificata; i residui non sono considerati come ingredienti.

Qualunque sostanza aggiunta in maniera intenzionale durante le fasi di preparazione e che sia presente anche alla fine, durante la consumazione.

• Chimica degli alimenti (o bromatologia, dal greco βρῶμα, brṓma, «cibo»): settore della chimica che si occupa dello studio degli alimenti approfondendone gli aspetti relativi alla caratterizzazione chimica quali-quantitativa, alle trasformazioni biochimiche a cui vanno incontro (spontaneamente o meno), all’effetto del processing (cottura, sterilizzazione, metodi di condizionamento e conservazione degli alimenti…). Oggetto della chimica degli alimenti è anche lo studio della presenza di contaminanti (naturali e indotti) negli alimenti, oltre che la caratterizzazione di additivi, enzimi e aromi attraverso tecniche analitiche tradizionali e innovative. Interessa anche al settore della caratterizzazione degli integratori alimentari e della nutraceutica.

La chimica degli alimenti nel tempo ha messo insieme diverse discipline → da un approccio interdisciplinare ad uno transdisciplinare.

• Trans-disciplinare
• Interdisciplinare
• Multidisciplinare
• Discipline separate

Nasce a cavallo di ‘700 e ‘800:

• Carl Wilhelm Scheele (farmacista): isolò l'acido malico dalle mele nel 1785
• La Coca-Cola fu inventata dal farmacista statunitense John Stith Pemberton l'8 maggio 1886 ad Atlanta, Georgia (USA), inizialmente come rimedio per il mal di testa e per la stanchezza

Ma perché studiare le tecnologie?

• Le tecnologie impattano sulla qualità e sicurezza degli alimenti
• Le tecnologie possono migliorare la qualità e la sicurezza degli alimenti
• Attraverso le tecnologie è possibile creare e formulare nuovi ingredienti/alimenti
• Diverse tecnologie sono comuni al campo farmaceutico

• Tecnologia: ci sono molte tecniche che sono condivise dal mondo alimentare e dal mondo del farmaco.

Molte volte le tecnologie sono impianti → cambiano l’alimento dal punto di vista molecolare.

Vi sono nuove richieste e nuovi trends nel settore alimentare.

• Alimenti funzionali: alimenti che oltre al normale apporto nutrizionale, contengono sostanze “bioattive” sull’omeostasi della fisiologia umana. Nascono in Giappone nel 1980 (unico Stato che presenta un regolamento per questi). Sono alimenti che portano qualcosa in più e complessivamente nella dieta aiutano a prevenire le malattie.

Un alimento funzionale deve essere un alimento, poiché se venisse preparato in maniera farmaceutica allora si tratterebbe di un integratore alimentare, che presenta un regolamento specifico diverso (integrazione alimentare “nutraceutici”, “botanicals”).

(1980: Foods for Specified Health Use (FOSHU)) Un alimento è definibile «funzionale» quando, al di là del valore nutrizionale, è scientificamente dimostrato che il suo consumo può produrre un effetto benefico e mirato su una o più funzioni dell’organismo, contribuendo a preservare o migliorare lo stato di salute e di benessere e/o a ridurre il rischio di malattia.

EU: non coperti da normativa specifica.

Secondo l’Azione concertata della Commissione sulla scienza degli alimenti funzionali in Europa (FUFOSE), è funzionale «un alimento che ha un effetto benefico su una o più funzioni nell’organismo, al di là degli effetti nutritivi, in un modo rilevante per il miglioramento dello stato di salute e benessere e/o per ridurre il rischio di malattia. È consumato come parte di un regime alimentare normale. Non è una pillola, una capsula o qualsiasi forma di integratore alimentare».

Così, per esempio, sono alimenti funzionali:

• Un alimento come frutta o cereali al naturale o modificato attraverso la selezione generica o altre tecnologie (per esempio pomodori con licopene potenziato, oli vegetali arricchiti di vitamina E, riso arricchito di vitamina A);
• Un cibo con un componente aggiunto (per esempio yogurt con fitosteroli);
• Un cibo cui è stato ridotto o eliminato un componente (per esempio formaggio a basso contenuto di grassi);
• Un cibo in cui uno o più componenti è stato modificato, eliminato, sostituito o potenziato per migliorarne le proprietà benefiche (per esempio un succo di frutta con antiossidanti potenziati, o uno yogurt con l’aggiunta di prebiotici o probiotici).

• Food design: agire sul profilo nutrizionale; agire sulla texture; riformulare in modo “intelligente” e “funzionale”; ricostruire il profilo degli alimenti considerando le proprietà funzionali.

Nuovi approcci tecnologici → nuove soluzioni di estrazione/frazionamento solvent free; nuove tecnologie “non termiche”; microincapsulazione di ingredienti (“novel food”).

Il food design è una nuova strategia/concetto per la formulazione/produzione di ingredienti/alimenti per specifiche esigenze di parte della popolazione dei consumatori (ad esempio, rendere fruibile per un anziano la frutta a guscio).

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Chimica, tecnologia e contaminanti degli alimenti 01/03/2022

Alimenti “tailorized”

Alimenti “tailorized” → l’esempio degli alimenti dedicati all’ageing (profilo nutrizionale dedicato, texture e masticabilità, sapore/profumo implementati, riduzione/sostituzione sale e zucchero).

Però, cambiare il profilo molecolare dell’alimento fa sfociare nella classe dei “nuovi alimenti” o “nuovi ingredienti”, che in Europa non può essere commercializzata senza un controllo specifico → classe dei novel foods → “nuovi ingredienti e nuovi alimenti”: da “nuove fonti” (microorganismi, microalghe, insetti,) e da “nuove tecnologie” (“bio”-tecnologie; bio-based industry; valorizzazione di by-products e sottoprodotti delle filiere agroalimentari).

• Novel foods: i novel food, cioè i nuovi alimenti o i nuovi ingredienti alimentari, disciplinati dalla legislazione alimentare comunitaria con il Regolamento (UE) 2015/2283, sono tutti quei prodotti e sostanze alimentari per i quali non è dimostrabile un consumo “significativo” al 15 maggio 1997 all’inte