Chimica degli alimenti e dei prodotti dietetici

Chimica degli alimenti e dei prodotti dietetici A.A. 2022-2023

Indice

• Introduzione .....................................................................................................................2
• Carboidrati ........................................................................................................................3
• Lipidi ......................................................................................................................................6
• Alterazioni lipidi ............................................................................................................9
• Antiossidanti .................................................................................................................. 10
• Proteine ............................................................................................................................ 12
• Acqua negli alimenti .................................................................................................. 14
• Additivi alimentari ..................................................................................................... 15
• Latte alimentare .......................................................................................................... 16
• Latte in commercio – Latti risanati .................................................................... 19
• Latte in commercio – Latti speciali ..................................................................... 23
• Latti fermentati – Yogurt ....................................................................................... 24
• Burro .................................................................................................................................. 26
• Formaggi ........................................................................................................................... 29
• Olio d’oliva ...................................................................................................................... 33
• Classificazione olio d’oliva .................................................................................... 37
• Oli di semi ......................................................................................................................... 41
• Olio di palma ................................................................................................................... 45
• Cereali ............................................................................................................................... 46
• Pane e pasta ..................................................................................................................... 48
• Riso ...................................................................................................................................... 51
• Uovo .................................................................................................................................... 54
• Carne .................................................................................................................................. 58
• Pesce ................................................................................................................................... 61
• Insetti commestibili .................................................................................................... 64
• Prodotti dietetici e integratori alimentari ................................................. 66
• Alimentazione del lattante ................................................................................... 67
• Svezzamento ................................................................................................................... 73
• Malattia celiaca ........................................................................................................... 76
• Disordini del metabolismo dei carboidrati .................................................... 81
• Iperfenilalaninemie o sindromi iperfenilalaninemiche ......................... 85

Introduzione

Esistono diverse possibili definizioni di alimento:

• Una qualunque sostanza che l’organismo introduce in se stesso ed utilizza per produrre energia, per accrescere, eventualmente la sua massa, per riparare le perdite, rinnovare le strutture e per regolare le attività metaboliche;
• Ogni sostanza, di solito naturale e composita, che, in equilibrio con altre, concorre ad assicurare il ciclo vitale e la persistenza della specie, presentando caratteri di appetibilità ed economicità;
• Le sostanze che l’organismo vivente utilizza per ricavare energia, per costruire e ricostruire i propri tessuti, per regolare le proprie funzioni, per costruire e reintegrare le proprie riserve;

N.B. Per la specie umana gli alimenti sono costituiti da organismi, parti di organismi vegetali o animali e prodotti derivati. A livello legislativo un alimento è qualsiasi sostanza o prodotto trasformato, parzialmente trasformato o non trasformato destinato a essere ingerito, o di cui si prevede ragionevolmente possa essere ingerito da esseri umani. In questa definizione non sono dunque compresi: mangimi, animali vivi a meno che non siano preparati per l’immissione sul mercato ai fini del consumo umano, i vegetali prima della raccolta, i medicinali, i cosmetici, il tabacco, le sostanze stupefacenti o psicotrope e i residui e contaminanti.

Novel foods

Una interessante categoria è quella dei novel foods, definiti dall’EFSA (European Food Safety Authority) come qualsiasi cibo che non sia stato consumato "in modo rilevante" prima del maggio 1997. La categoria dei novel foods comprende dunque: nuovi alimenti, alimenti da nuove fonti e nuove sostanze utilizzate nei prodotti alimentari nonché nuove modalità e tecnologie per la produzione di alimenti. Alcuni esempi sono: oli ricchi di acidi grassi omega-3 derivati dal krill (piccolo gamberetto) come nuova fonte alimentare, gli insetti commestibili, gli steroli vegetali come nuove sostanze o le nanotecnologie come nuove modalità di produzione alimentare. Tra gli ultimi arrivati in questa categoria vi sono invece i semi di chia, alimenti a base di alghe, il frutto del baobab e la physalis (o alchechengi peruviano o ribes del Capo).

Classificazione alimenti

Gli alimenti sono classificati sulla base dei principali nutrienti all’interno degli alimenti:

• Energetici: alimenti contenenti soprattutto carboidrati;
• Plastici: alimenti contenenti proteine necessarie per costruire i nostri tessuti;
• Protettivi: alimenti ricchi di elementi che favoriscono i nostri processi metabolici;
• Nervini: alimenti che danno tono a livello del SNC;
• Condimenti: alimenti contenenti lipidi (oli, burro).

Macronutrienti e micronutrienti

I nutrienti si dividono in macronutrienti e micronutrienti in base alle quantità in cui si trovano negli alimenti. I macronutrienti sono presenti negli alimenti nell’ordine dei grammi e comprendono lipidi, proteine e carboidrati. I micronutrienti si trovano negli alimenti nell’ordine dei microgrammi (µg) e comprendono vitamine e sali minerali. Sono invece componenti privi di valore nutrizionale i polifenoli, gli antociani, le catechine, le clorofille, le fibre, i caroteni, i fitati e gli ossalati.

Carboidrati

I glucidi prendono il nome dal termine greco che significa “dolce”. La loro formula generale è Cₙ(H₂O)ₙ, da cui deriva la denominazione idrati di carbonio o più semplicemente carboidrati. Negli alimenti i carboidrati impartiscono sapore, consistenza e varietà. Questi macronutrienti presentano una funzione energetica.

Classificazione

I carboidrati sono divisi in:

• Monosaccaridi (3-7C);
• Disaccaridi: per idrolisi danno 2 monosaccaridi;
• Oligosaccaridi: per idrolisi danno 3-10 monosaccaridi;
• Polisaccaridi: per idrolisi danno 11 - 100 monosaccaridi;

I disaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi possono poi essere distinti in omosaccaridi, se sono costituiti da un unico tipo di monosaccaride, e eterosaccaridi, se sono costituiti da monosaccaridi differenti.

Aldosi e chetosi

Il carbonio carbonilico può essere aldeidico o chetonico e questo porta alla distinzione di carboidrati aldosi e carboidrati chetosi. Il glucosio è un aldoso mentre il fruttosio è un esempio di glucide chetoso.

Potere edulcorante

I glucidi grazie al loro potere edulcorante sono utilizzati per dolcificare alimenti e bevande. Nella classifica del potere edulcorante il saccarosio è posto come riferimento per cui il suo potere dolcificante è stato convenzionalmente posto ad 1. Delle sostanze sintetiche la saccarina, l’acesulfame e l’aspartame sono le prime ad essere ammesse alla vendita. Per queste sostanze è stata definita una DGA ovvero una dose giornaliera ammissibile. In particolare con DGA si intende la dose ammissibile (mg) per Kg di peso ogni giorno per tutta la vita senza effetti collaterali negativi. Gli edulcoranti intensi prendono questo nome per il loro grandissimo potere dolcificante che permette loro di essere aggiunti agli alimenti in piccolissime quantità. Questi dolcificanti inoltre non vengono assorbiti per cui non forniscono energia e non alzano il picco glicemico.

Disaccaridi

Tra i disaccaridi più importanti vi sono il maltosio, il lattosio e il saccarosio. Il maltosio, costituito da due molecole di glucosio legate da un legame (1→4)α-glicosidico, si ottiene per parziale idrolisi dell’amido (pH acido, enzima diastasi) e dal malto (orzo germinato ad alta concentrazione di maltasi). Il maltosio è facilmente digeribile ed è utilizzato negli alimenti per neonati ma anche in bevande. Questo glucide è inoltre utilizzato come substrato per la fermentazione del lievito e nella preparazione della birra.

Il lattosio è l’unico disaccaride di origine animale, contenuto nel latte di tutti i mammiferi. Gli intolleranti al lattosio non hanno l’enzima lattasi che funziona correttamente.

Il saccarosio, ovvero lo zucchero da cucina, è estratto dalla barbabietola (Beta vulgaris) e dalla canna da zucchero (Saccharum officinarum). In commercio si può trovare come zucchero semolato bianco, zucchero extrafine e zucchero grezzo di canna. Lo zucchero semolato bianco è molto più raffinato dello zucchero di canna. Quest’ultimo mantiene il suo colore scuro poiché nel processo di produzione non vengono eliminati i pigmenti che derivano dalla pianta. A livello nutrizionale tuttavia non c’è alcuna differenza, anche a livello del potere edulcorante, si tratta in ogni caso di saccarosio. In commercio si può inoltre trovare lo zucchero invertito, caratterizzato da un maggiore potere edulcorante, motivo per il quale viene utilizzato nell’industria dolciaria, nei gelati e nelle bevande analcoliche. Lo zucchero invertito non è altro che saccarosio idrolizzato, contenuto naturalmente nel miele in quanto la saliva delle api contiene l’enzima invertasi che scinde il saccarosio. Il nome deriva dal fatto che una soluzione di saccarosio è destrogira (+66.6°) mentre una soluzione di saccarosio idrolizzato è levogira (-20.2°).

Polisaccaridi

I polisaccaridi vengono classificati in polisaccaridi di riserva, polisaccaridi di sostengo e polisaccaridi complessi. I polisaccaridi di riserva sono contenuti in tutti i cereali. Alcuni esempi sono l’amido, il glicogeno, l’inulina, i mannani, gli xilani e gli arabani. I polisaccaridi di sostegno sono localizzati nella parete esterna dei chicchi dei cerali. Alcuni esempi sono la cellulosa, l’emicellulosa e le pectine. I polisaccaridi complessi, come i mucopolisaccaridi e le mucine, hanno funzioni lubrificanti e anticoagulanti (eparina).

L’amido è un polimero costituito dall’unione di due diversi polimeri: α-amilosio, costituito da unità di maltosio legate da legami (1→4), e amilopectina. L’amilopectina presenta una struttura ramificata, per cui assume una conformazione 3D, dovuta alla presenza di legami 1,6. Grazie a questa struttura ramificata gli enzimi digestivi amilasi hanno più facilità nell’attacco. Per questo l’amilopectina risulta più digeribile. Questi due polimeri sono presenti in quantità diverse in base alla provenienza dell’amido: nel frumento si ha un 20% di α-amilosio e un 80% di amilopectina. Il riso waxy e il mais waxy, varietà OGM create per resistere meglio ai diserbanti ed avere una resa maggiore, hanno un altissimo contenuto di amilopectina: 99% nel caso del mais e 98% nel caso del riso.

La digeribilità dell’amido non dipende solamente dal rapporto amilosio e amilopectina. Questa proprietà dipende per esempio dai cristalli di amido, dagli altri componenti che compongono il pasto e dalla cottura. La digeribilità è molto importante poiché influisce sulla glicemia. Questo è dovuto al fatto che la digeribilità impatta sulla capacità di assimilare il glucosio. Più gli alimenti sono raffinati più alto è l’indice glicemico.

Proprietà dell’amido

I granuli di amido integri sono insolubili in acqua fredda per la forza dei legami idrogeno che uniscono le catene tra di loro, ma si inibiscono a temperature tra 55 e 70°C. Questa temperatura è detta temperatura iniziale di gelatinizzazione.

Retrogradazione dell'amido

Dopo alcune ore le soluzioni di amido cambiano le loro proprietà reologiche. Le soluzioni diluite diminuiscono la loro viscosità, mentre le sospensioni concentrate ed i gel acquisiscono una consistenza gommosa ed eliminano acqua sotto forma di essudato. Queste modificazioni sono dette retrogradazione dell'amido: si formano reticoli che danno una consistenza più dura. Tale fenomeno, responsabile del raffermarsi del pane, è dovuto all'addensarsi delle molecole di amilosio che provoca il crollo della struttura espansa dell'amilopectina del granulo.

Amidi modificati

Esistono dei processi di modifica degli amidi. I principali processi sono tre:

• Depolimerizzazione;
• Derivatizzazione;
• Cross linking;

La depolimerizzazione consiste nell’idrolisi acida per mano di HCl che attacca una piccola percentuale di legami glicosidici soprattutto dell’amilopectina con perdita di struttura del granulo. Si ottengono così amidi a minor peso molecolare che danno gel più limpidi e solidi, usati principalmente nelle gelatine di frutta. Il cross linking permette di creare strutture ramificate. La derivatizzazione consiste nell’agganciare alle catene di amido gruppi funzionali diversi che vanno a conferire caratteristiche diverse. L’esterificazione con acidi organici e fosfati su piccole percentuali di unità di glucosio (1%) porta ad amidi molto stabili. I fosfati conferiscono un’elevata viscosità, gli esteri idrossipropilici o acetilici attribuiscono resistenza alla retrogradazione, gli ottenilsuccinati danno un’alta capacità emulsionante.

Acetilazione con anidride acetica

Gli amidi modificati sono ormai entrati da tempo nella preparazione di alimenti che risultano più resistenti e stabili al freddo, al pH e alla cottura. Amidi derivati dal mais, riso e tapioca sono modificati tramite:

• Trattamenti chimici: addizione di gruppi acetato, idrossipropile, gruppi fosforici, acidificazione-alcalinizzazione, sbiancamento;
• Trattamenti fisici: calore, azione meccanica, frazionamento;
• Trattamenti enzimatici: idrolisi parziale che porta ad un aumento della solubilità;

Gli amidi modificati per idrolisi parziale vengono utilizzati come gelificanti e addensanti per dessert a base di latte, creme, budini, salse, maionesi, ketchup.

Lipidi

I lipidi, dal greco lipos ovvero “grasso”, sono sostanze organiche (composte essenzialmente da C, H, O) di diversa natura, accomunate dall’insolubilità in acqua. I lipidi sono importanti costituenti dei tessuti vegetali ed animali. Nell’organismo umano i lipidi hanno molteplici funzioni:

• Deposito di energia → Trigliceridi, 1g lipidi=9Kcal (1g carboidrati=4/5Kcal);
• Struttura delle membrane cellulari → Fosfolipidi, glicolipidi e colesterolo;
• Funzione regolatrice → Ormoni, prostaglandine;

I lipidi sono inoltre fondamentali nell’alimentazione:

• Danno energia;
• Trasportano le vitamine liposolubili (A, D, E, K);
• Forniscono AGE (acidi grassi essenziali);
• Danno senso di sazietà e appetibilità ai cibi;
• Possono essere utilizzati ad alte temperature (es. frittura);

I lipidi alimentari vengono suddivisi in grassi visibili e grassi invisibili. I grassi visibili, che fanno parte della categoria dei condimenti, come olio, burro e margarina, sono alimenti ad alto tenore lipidico (90%). I grassi invisibili naturali sono quelli invece contenuti nella carne, nel pesce, nei formaggi e nella frutta secca. I grassi invisibili aggiunti sono quelli presenti negli alimenti già preparati e ammessi alla vendita come cracker e biscotti.

Classificazione lipidi

I lipidi si classificano in:

• Lipidi semplici → Gliceridi, esteri degli steroli, cere; Lipidi saponificabili
• Lipidi complessi → Fosfolipidi, glicolipidi, lipoproteine;
• Lipidi insaponificabili → Steroidi, terpeni, idrocarburi, vitamine o provitamine;

Trigliceridi

I trigliceridi sono formati da una molecola di glicerolo e tre di acidi grassi. Un trigliceride semplice presenta tre acidi grassi uguali mentre un trigliceride misto è caratterizzato da tre acidi grassi diversi. Nei grassi naturali la seconda posizione è occupata da... (il testo prosegue nella sezione successiva).