Chimica degli alimenti

Chimica degli alimenti

Il programma è diviso in due sezioni: le sostanze alimentari negli alimenti e la composizione chimica degli alimenti.

Gli alimenti hanno una composizione molto varia, inquadrare gli alimenti con una logica non è semplice.

Il cibo è una parte importante della vita umana, coinvolge elementi culturali di base.

Linguaggio

• Alimento = qualsiasi prodotto destinato ad essere ingerito, naturale o trasformato; contiene diverse classi di sostanze, naturali, aggiunte o neoformate nella produzione/cottura.
• Alimentazione = è una funzione che precede la nutrizione e consiste nell'assunzione di alimenti che permettono le funzioni vitali dell'organismo.
• Nutrizione = indica l'insieme delle operazioni biochimiche che permette la trasformazione degli alimenti in sostanze proprie delle funzionalità dell'organismo, possiamo alimentarci senza nutrirci, ma non possiamo nutrirci senza alimentarci. Passaggio di sostanze dall'alimento al metabolismo, la nutrizione inizia nel momento in cui le sostanze alimentari entrano nelle cellule per svolgere i lavori di cui l'organismo ha bisogno.

L'azione del chimico è legato all'alimento, quando ci si occupa degli altri concetti si parla di biomedicina.

Noi uomini abbiamo una dipendenza dagli alimenti, se siamo guidati solo dal significato biologico dell'alimentazione → nutrizione, assicurare la funzionalità dell'organismo; inoltre il cibo ha un significato aggregante, sociale, culturale, il significato sociale del cibo è una parte che si può trovare in molte culture, è trasversale a tutte le culture. Infine il cibo ha un significato psicologico, cibi di conforto, gratificazione...

Ci sono 6 classi di sostanze, le prime 3 sono quasi sempre presenti in maniera più o meno ampia, mentre le ultime 3 possono esserci come non esserci:

• Nutrienti.
• Antinutrienti.
• Non nutrienti.
• Sostanze di neoformazione.
• Additivi alimentari.
• Sostanze contaminanti.

La composizione chimica degli alimenti è disponibile tramite le tabelle di composizione chimica e valore energetico degli alimenti per 100 g di parte edibile, compilate dall'INRAN. In generale è difficile categorizzare.

La quota non edibile è uno scarto, esso rende il valore economico dell'alimento elevato.

Nella maggior parte dei casi si specifica la parte edibile a crudo, se invece ci si riferisce ad alimenti cotti bisogna specificare quale tipo di cotture, perché si possono perdere nutrienti.

Un altro aspetto importante dell'alimento è la parte che soddisfa il fabbisogno; per sapere le quantità di cui il corpo ha bisogno dei vari nutrienti esistono dei livelli di assunzione di riferimento di nutrienti ed energie, LARN. Valori che sono stati studiati.

Per stabilire quale sia il fabbisogno giornaliero dei vari nutrienti dipende da molti fattori, età, sesso e condizioni particolari.

I LARN sono sviluppati per prevenire le patologie da carenza.

I LARN si basano sui valori del RDA, indicatore nutrizionale negli Stati Uniti.

NB: ci sono minimi e massimi valori che soddisfano il fabbisogno giornaliero.

Nutrienti

Classificazione funzionale dei nutrienti: funzione plastica, assolta dalle sostanze che hanno il compito di dare sostegno, funzione energetica, sostanze che possono attivare il funzionamento energetico, e funzione protettiva, sostanze che hanno la funzione di assistere l'organismo nella gestione degli scarti, collegata alla funzione immunitaria; servono per difendere cellule, tessuti e organi da sostanze di scarto che se si accumulano o sono sintetizzate in abbondanza possono dare dei danni.

I nutrienti si suddividono in 6 famiglie:

• Protidi, proteine. Hanno come indirizzo fondamentale di apportare la funzione plastica, legata al tessuto muscolare, il tessuto di sostegno, ci sono vie metaboliche che usano le proteine per altri scopi. Alcuni amminoacidi sono utilizzabili a scopo energetico.
• Glucidi, glicidi, carboidrati. Sono i principali produttori di energia a breve e lungo termine, sono le molecole carburante → consumo immediato di energia, convertire in glucosio. Esistono glucidi che hanno caratteristiche diverse, ad esempio l'eparina che serve per disaggregare le piastrine nel sangue.
• Lipidi. Servono come deposito di energia, impiego di riserva e funzioni termoregolatrici. Anche la funzione metabolica è importante, colesterolo.
• Vitamine. Non apportano calorie, ma servono per proteggere, funzione protettiva, una funzione regolatrice, funzioni coenzimatiche; le vitamine del gruppo B hanno una funzione pro-energetica, aiutano il funzionamento del metabolismo energetico.
• Componenti minerali. Funzione protettiva e funzione regolatrice, simili a quelle delle vitamine; inoltre alcuni minerali hanno una funzione plastica.
• Acqua.

I primi 3 sono apportatori calorici, i primi 4 sono nutrienti organici, gli ultimi 3 sono nutrienti che non apportano calorie, gli ultimi due sono componenti inorganici.

Ognuna di queste classi è oggetto di una chimica e una biochimica specifica.

Una sostanza nutrizionale fa un viaggino nell'organismo organizzative in 3 tappe:

• Fase 1. La sostanza viene assunta con un determinato alimento, per via orale in primis. Apporto ⇄ INRAN. L'assunzione della sostanza è studiata dal LARN. Quando si parla di assunzione si parla di quantità di sostanza assunta, si trascura tutto il resto, ad esempio da dove quella sostanza deriva, biodisponibilità.
• Fase 2. Assorbimento della sostanza, a livello gastroenterico avviene la digestione. L'assorbimento significativo avviene a livello enterico, intestino. Quando la sostanza viene assorbita passa nel torrente ematico.
• Fase 3. Le sostanze vengono trasportate fino alle cellule a cui serve, si attiva il metabolismo e la sostanza viene assimilata.

Attenzione al linguaggio.

Essenzialità dei nutrienti

Questo concetto può essere inteso in due modi:

• Versione biochimica: una sostanza è essenziale se non è ricavabile dall'organismo mediante biosintesi.
• Versione nutrizionale: una sostanza è essenziale se non è ricavabile dalla biosintesi in quantità sufficiente.

I principi plastici delle proteine, costituite da sequenze di amminoacidi, 20, di questi 20 amminoacidi 8-10 sono essenziali. Per i lipidi le due molecole lipidiche essenziali sono l'acido linoleico e l'acido α-linolenico.

I glucidi non sono considerati nutrienti essenziali, in quanto il glucosio può essere biosintetizzato a partire dalle molecole, ma l'organismo ha bisogno di una certa quantità di α-glucosio a scopo energetico.

Vitamine, componenti minerali e acqua sono sostanze essenziali per il funzionamento dell'organismo.

Carenze di nutrienti

La carenza di nutrienti in società occidentali oggi non è molto ampia, malnutrizione primaria, malnutrizione nutrico-calorica, ma ci sono delle patologie di carenza di micronutrienti è ancora attuale.

La xeroftalmia, colpisce l'occhio, in particolare l'integrità della mucosa oculare, viene prodotta dalla prolungata carenza di vitamina A e può provocare altri problemi; la carenza di vitamina D porta il rachitismo, colpisce gli organismi in crescita → non permette di assumere il calcio, con tutti i problemi legati alle ossa, può colpire anche l'adulto, osteomalacia.

La carenza della vitamina B1 porta al beriberi → si manifesta attraverso un morbo al sistema nervoso, aneurismi, oppure danneggiando l'attività cognitiva, inoltre danneggia il sistema cardiaco.

La pellagra viene causata dalla carenza di vitamina B3, malattia delle 3 d: dermatite, demenza e diarrea; le malattie della pelle raccontano cosa succede all'interno.

Le vitamine B9 e B12 sono le vitamine antianemiche: la carenza di B9 provoca anemia macrocitica, mentre la carenza di vitamina B12 provoca anemia perniciosa → entrambe sono parte delle anemie megaloblastiche perché si manifestano con dimensione grande dei globuli rossi.

La carenza di vitamina C provoca lo scorbuto, si vede nella pelle, perché la vitamina C serve per la produzione di collagene. Questa vitamina è facilmente deperibile, viene assunta quindi da alimenti di stagione, a catena corta, e non marci.

La carenza di ferro conduce all'anemia ferropriva, neanche troppo rara.

La carenza di selenio provoca il morbo di Keshan, malattia scoperta in Cina, si manifesta con delle cardiomiopatie → le patate sono a volte selenizzate.

La carenza di magnesio, un componente minerale di cui il corpo ha un fabbisogno grande, è cofattore di 150 enzimi; è un neuroinibitore, stabilizza la trasmissione nervosa → in carenza manca la neuroinibizione quindi provoca l'ansietà, provoca la tetania, che corrisponde ad un movimento convulso dei muscoli.

La carenza di iodio provoca l'ipertrofia ipertiroidea, gozzo.

La dieta

Il termine solitamente è inteso in senso restrittivo, con unico scopo di perdere peso → il termine però indica l'impiego razionale e regolamentato degli alimenti effettuato a fini igienici e con specifici obiettivi terapeutici dall'individuo ammalato.

La prescrizione di una dieta è un atto medico, ma se la si intende più ampio i destinatari possono essere tutti.

L'approccio dietetico classico è basato sull'apporto calorico degli alimenti, ma il discorso si espande parlando di biochimica e chimica. I glucidi e i protidi hanno circa 4 kcal/g mentre i lipidi circa 9 kcal/g. Ma l'attività delle sostanze contenuto negli alimenti non si limita all'apporto calorico dei macronutrienti → è un complesso processo metabolico indotto nell'organismo.

La categorizzazione binaria è giusta, ma banale e insufficiente, può essere considerato come un punto di partenza.

Gli alimenti non apportano solo sostanze nutrizionali, ma comprendono anche sostanze non nutrizionali, cioè principi extranutrizionali ma biologicamente attivi, possono influenzare la biochimica dell'organismo, quindi la fisiologia e la patologia. Essi possono interagire con determinati recettori e attivare determinate reattività.

La stragrande maggioranza di queste sostanza sono di origine vegetale, sono anche definite sostanze fitochimiche, o phytochemicals. Degli esempi sono: le fibre, che hanno una funzione alimentare importante, ma non nutrizionale, le metilxantine, alcaloidi degli alimenti nervini, gli isoprenoidi, terpeni, carotenoidi non vitaminici, i solfuri organici, molecole delle liliacee - aglio e cipolla, porro, polifenoli, ubiquitari nei vegetali, e fitoestrogeni della soia.

Le sostanze di neoformazione sono caratteristiche di alimenti trasformati, nei processi di trasformazione sono avvenute delle reazioni.

Per agenti contaminanti si intende corpi/organismi o sostanze che non sono aggiunti volontariamente agli alimenti ma provengono dall'ambiente in cui sono coltivati, allevati... L'origine può essere endogena o esogena, primaria o secondaria.

I contaminanti chimici sono organici o inorganici.

Un'altra categoria di sostanze sono gli additivi alimentari, varie categorie ammesse e alcune sono imposte. Pochi alimenti hanno il divieto di aggiunta di additivi alimentari.

C'è una legislazione europea degli alimenti, che surclassa quella italiana.

I coadiuvanti tecnologici, cioè «sostanza che non viene consumata come ingrediente alimentare in sé, che è volontariamente utilizzata nella lavorazione o trasformazione di materie prime, prodotti alimentari o loro ingredienti, per rispettare un determinato obiettivo tecnologico». Non è un ingrediente e non è un additivo, è una sostanza che viene usata nella lavorazione, ma poi viene tolta al 100% alla fine della lavorazione, ad esempio un solvente che serve per fare un'estrazione.

Classificazione degli alimenti

Si possono usare diversi tipi di criteri, come la classificazione in base all'origine, vegetali, animali e minerali; oppure si possono classificare in base al contenuto di nutrienti, usando le funzioni plastica, energetica e protettiva → gli alimenti si possono suddividere in 7 gruppi, quella che ispira i lavori dell'INRAN, ce ne sono anche altre, da 1-3 sono principalmente alimenti plastici, 4-5 sono prevalentemente alimenti energetici e 6-7 sono prevalentemente alimenti protettivi.

Se un alimento contiene una certa percentuale di proteine è classificato nei primi 3 gruppi, con funzione principale plastica.

Gruppi:

• Latte e derivati → proteine di ottima qualità biologica, sostanze minerali, vitamine, glucidi e lipidi; il latte ha una composizione davvero varia infatti questo gruppo ha anche una funzione secondaria regolatrice.
• Carne, prodotti ittici e uova.
• Legumi secchi. Senza considerare la soia in questi alimenti si trova il 20% di proteine, ma se secchi perché quando vengono reidratate i numeri cambiano. Il contributo energetico non è trascurabile.
• Oli grassi da condimento → energia. Questi alimenti servono per trattenere e distribuire in modo uniforme il calore. Sono concentrati lipidici, considerabili come riserve di energia. Questi alimenti sono un importante veicolo per le vitamine liposolubili, per questo motivo hanno anche una funzione protettiva.
• Cereali, derivati di cereali e tuberi amidacei → energia, amido. Hanno anche una funzione plastica, e una funzione protettiva.
• Frutta e ortaggi. Hanno molta acqua, che ha una funzione plastica e protettiva, è il veicolo della disintossicazione.
• Frutta acidula e ortaggi.

I gruppi 6 e 7 sono separati per il fatto che nel primo è composto da alimenti che hanno principalmente vitamina A, mentre nel gruppo 7 la vitamina principale è la vitamina C.

C'è un gruppo di alimenti che non sono facilmente collocabili nella classificazione, questo gruppo comprende lo zucchero, dolci e gelati, alimenti nervini e frutta oleosa → non hanno una funzione principale, non veicolano un particolare nutriente. In generale questi alimenti hanno un ruolo gratificante, edonistico e ricreazionale, funzioni sociali e neurochimiche.

Alimenti trasformati ≠ alimenti concentrati ≠ alimenti trasformati e concentrati, e tutti questi si distinguono dagli elementi di origine naturale.

Ad esempio il latte è l'alimento naturale, un trasformato del latte è lo yogurt, reazione chimica, in questo caso avviene la fermentazione del lattosio ad acido lattico, l'alimento concentrato è il burro, concentrato della frazione lipidica del latte, un esempio di derivato del latte concentrato e trasformato è il formaggio, ottenuto dalla precipitazione delle caseine, processo che necessita dei reagenti.

Componenti minerali

I componenti minerali sono molti, compongono circa il 6,2% del peso corporeo, possono costituire i tessuti e i fluidi corporei e rappresentano fattori essenziali per molte funzioni biologiche e per l'accrescimento. Si trovano sia legate a molecole organiche sia in forma inorganica libera, probabilmente in soluzioni di elettroliti come controioni; sono quindi allo stato solido, solitamente cristallino, ossa, unghie e denti, oppure in soluzione, sia ionizzati che non → per molti componenti minerali vi è la possibilità di passare da uno stato all'altro, c'è un dinamismo descrivibile come equilibrio di Le Chatelier.

Distinguiamo i macroelementi dagli oligoelementi, separazione guidata dal fabbisogno giornaliero. I macroelementi sono quelli minerali il cui fabbisogno giornaliero è dell'ordine dei grammi o decimi di grammi, e sono classificati in due gruppi: metallici, Na, K, Ca, Mg, e non metallici, P, S e Cl.

Il fabbisogno degli oligoelementi è dell'ordine dei milligrammi o microgrammi; i microelementi si possono suddividere in essenziali, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Mo, Se, I e F. Per questi è dimostrabile che fanno parte di strutture organiche preposte a ruoli vitali nell'organismo. Il cromo è presente come cromo 3; la vitamina B12 è un composto del cobalto, per questo questo elemento è elencato in questa categoria, molto probabilmente essenziali, Si e B. Il silicio partecipa alla costruzione delle strutture di stato solido, il boro ha delle funzioni bioattive ma non è dimostrata la sua essenzialità, e potenzialmente tossici, As, Pb, Cd, Hg, Al, Li, Sn, Ni e Ge. Alcuni di questi elementi sono usati in omeopatia, e altri in terapie. Si può escludere l'essenzialità di questi elementi → ci sono dei margini di dubbio nella letteratura. Questi componenti hanno assunto più importanza nell'ultimo periodo perché si sono scoperte le loro funzioni come cofattori di sistemi enzimatici.

La tossicità è una caratteristica di tutti gli elementi, dipende dalle quantità assunte → biodisponibilità, frazione di componente minerale che viene assimilato. La biodisponibilità di un elemento dipende da diverse variabili, intrinseche ed estrinseche.

Gli elementi minerali si possono trovare nell'organismo sia legati a molecole organiche sia in forma inorganica, in generale si trovano in due stati: solido, come cristalli nei denti e nelle ossa, e in soluzione, sia in forma ionizzata che non ionizzata.

Il fabbisogno di componenti minerali seguendo una dieta equilibrata dovrebbe essere soddisfatto, ma in condizioni particolari, come la gravidanza, bisogna implementare l'assunzione di queste componenti.

Le fonti dei componenti minerali

Potassio. Abbiamo un fabbisogno altissimo di questo elemento, 3,9 g al giorno → lo troviamo un po' ovunque. Alimenti vegetali, vegetali verdi, alghe, frutta - fornitore principale, castagne, mandorle, cereali integrali, patate, legumi, cacao e caffè, sono quelli più concentrati di K, ma lo troviamo anche in alimenti animali, pesci, molluschi, pollo, tacchino... ma un po' tutti i tipi di carne. Si parla di apporto non di biodisponibilità.