Analisi chimiche dei prodotti alimentari

Analisi chimiche dei prodotti alimentari

Definizione di alimento

Si definisce alimento la fonte di energia e di nutrienti necessari all’organismo per le sue funzioni biologiche. Si compongono di:

• Macronutrienti: molecole complesse che vengono degradate in molecole più semplici dal sistema digerente che possono essere assorbite ed utilizzate nelle specifiche condizioni metaboliche. Sono:
  • Proteine
  • Grassi
  • Carboidrati
• Micronutrienti:
  • Acqua
  • Sali minerali
  • Vitamine
• Altre sostanze:
  • Acidi organici
  • Coloranti
  • Aromi
  • …

All’interno di un alimento possono esserci delle sostanze indesiderate, ad esempio:

• Sostanze naturali:
  • Glicosidi
  • Micotossine (es. aflatossine, patulina)
  • Estrogeni
• Residui di varia natura (contaminanti)
• Additivi volontari

Fattori che determinano la qualità di un alimento

• Assenza di rischio: la sicurezza d’uso è il prerequisito perché un alimento possa essere considerato tale.
• Valore nutritivo determinato da:
  • Contenuto totale di nutrienti
  • Biodisponibilità: percentuale del contenuto totale di nutrienti assorbita e successivamente utilizzata dall’organismo per le sue funzioni.
  • Valore biologico: si riferisce non al potere nutritivo ma alla presenza o meno di dati nutrienti.

Azioni che influenzano la qualità di un alimento

• Alterazione: umidità, luce, temperatura, microrganismi.
• Adulterazioni: es. annacquamento del latte o scrematura del latte dichiarato intero.
• Sofisticazioni: es. aggiunta di zucchero o alcol etilico al vino.
• Falsificazioni: es. margarina al posto del burro.
• Contraffazioni: es. dichiarare una marca diversa.

La chimica degli alimenti

Definizione

La chimica degli alimenti studia la composizione chimica degli alimenti e le proprietà dei loro costituenti che contribuiscono a definirne il valore nutrizionale e merceologico. Studia, inoltre, le modificazioni chimiche che i costituenti degli alimenti subiscono nel loro percorso, in seguito a trattamenti casalinghi o industriali a cui sono sottoposti o nel corso della loro conservazione.

Perché analizzare gli alimenti

L’analisi degli alimenti può avvenire per scopi diversi:

• Accertare la conformità di un dato alimento ai requisiti stabiliti dalla legge o alle caratteristiche dichiarate in etichetta.
• Definire la qualità di un prodotto o il suo valore nutrizionale.
• Rivelare frodi e alterazioni.
• Individuare la presenza di sostanze xenobiotiche potenzialmente dannose per la salute umana.

Le procedure analitiche possono basarsi su:

• Tecniche tradizionali di analisi quantitativa.
• Moderne tecniche di cromatografia o spettroscopia.

Analisi degli alimenti

Classificazione degli alimenti

• Alimenti tradizionali:
  • Di origine vegetale:
    • Cereali/tuberi: costituiti da amido, fibra, vitamine.
    • Ortaggi/frutta: costituiti da sali minerali, fibra, vitamine.
    • Legumi: costituiti proteine, vitamine, ferro.
  • Di origine animale:
    • Latte e derivati: costituiti da proteine e calcio.
    • Carne, uova e pesce: costituiti da proteine, ferro e vitamine.
• Alimenti alternativi:
  • Alimenti light
  • Alimenti fortificati
  • Alimenti biologici
  • Alimenti integrali
  • Alimenti funzionali (functional food)
  • Alimenti innovativi (novel food)

Valore energetico degli alimenti

Il valore energetico di un alimento esprime il numero di calorie che una sostanza alimentare sviluppa per completa combustione, riferito a 100 g di sostanza; è proporzionale alla quantità di:

• Zuccheri
• Proteine
• Lipidi
• Alcol (eventualmente)

L’unità di misura è:

• Kilocaloria (kcal): se considerata come quantità di calore
• Kilojoule (kj): se considerata come quantità di lavoro.

Carboidrati

I carboidrati sono il carburante dell’organismo; servono a fornire energia (forniscono 4kcal/g). I carboidrati aggiunti in eccesso, che non vengono utilizzati subito, vengono trasformati in lipidi e accumulati nel tessuto adiposo; con la digestione, invece, i glucidi sono convertiti in glucosio utilizzato dal cervello, dal sistema nervoso e dai muscoli. Si classificano in:

• Semplici: vengono assimilati velocemente dall’organismo, forniscono immediatamente energia che, però, si consuma velocemente.
  • Glucosio
  • Fruttosio
  • Lattosio
  • Saccarosio
• Complessi: forniscono energia lentamente e per un periodo più lungo, in quanto prima di essere assorbiti devono essere trasformati in carboidrati semplici.
  • Amido
  • Glicogeno

Fibra alimentare

La fibra alimentare è costituita da sostanze che non vengono digerite dagli enzimi gastrointestinali. Si distinguono in:

• Fibre solubili: sono presenti nella frutta, nella verdura, nei legumi; danno senso di sazietà e diminuiscono l’assorbimento di carboidrati, lipidi e sali minerali.
• Fibre insolubili: sono presenti nei cereali integrali, nella frutta e nella verdura; regolano le funzioni intestinali.

Grassi

I grassi sono le sostanze di riserva, forniscono energia (9kcal/g), trasportano le vitamine liposolubili e svolgono numerose altre funzioni.

• Grassi vegetali: contengono principalmente acidi grassi polinsaturi che svolgono effetti benefici sui valori ematici del colesterolo.
• Grassi animali: contengono prevalentemente acidi grassi monoinsaturi che se assunti eccessivamente determinano un incremento di colesterolo ematico.

Proteine

Le proteine sono contenute in quasi tutti gli alimenti, hanno essenzialmente una funzione plastica (4kcal/g).

• Proteine vegetali
• Proteine animali

Vitamine

Servono a regolare le funzioni biochimiche dell’organismo; aiutano proteine, grassi e carboidrati a compiere le loro attività all’interno dell’organismo e prevengono molte malattie.

• Liposolubili: si sciolgono nei grassi (A, D, E, K, F).
• Idrosolubili: si sciolgono in acqua (C, gruppo B, PP, B12, Acido Folico).

Minerali

Svolgono importanti funzioni nell’organismo:

• Regolatori (come le vitamine)
• Intervengono nella formazione di ossa e denti.
• Controllano la contrazione muscolare
• Sono utili per il sistema nervoso.

Si distinguono:

• Macroelementi: calcio, fosforo, magnesio, zolfo, potassio.
• Microelementi: ferro, iodio, zinco, rame, cromo, fluoro.

La piramide alimentare

La piramide alimentare è il simbolo della “dieta sana ed equilibrata” che deve guidare nella scelta giornaliera degli alimenti. È composta di sei sezioni, una per ogni gruppo di alimenti; ogni gruppo deve essere presente nella nostra dieta in modo proporzionale alla sua sezione nella piramide. Naturalmente alla base sono presenti gli alimenti che vanno assunti con maggiore regolarità, al vertice ci sono quelli da limitare.

Acqua

L’acqua è presente in ogni cellula del nostro corpo e partecipa a tutte le reazioni in cui esse sono coinvolte; svolge funzioni di trasporto e regolazione, viene eliminata sotto forma di sudore, lacrime e urina. L’acqua si trova in ogni alimento e bevanda. Nell’organismo umano l’acqua è circa il 65% del peso corporeo, distribuita in:

• Acqua intercellulare: 40%
• Acqua extracellulare: 20%, di cui:
  • Acqua interstiziale: 15%
  • Acqua plasmatica: 5%

Le funzioni principali dell’acqua sono:

• Solvente di gas (es. O₂, CO₂), di elettroliti e colloidi.
• Trasporta alla cellule le sostanze nutrienti.
• Allontana i prodotti di rifiuto.
• Partecipa ai processi di termoregolazione.
• Costituisce il mezzo in cui avvengono tutte le funzioni digestive e metaboliche.

Caratteristiche dell’acqua

L’acqua è un composto dell’idrogeno e dell’ossigeno; le sue caratteristiche sono:

• Proprietà solventi per numerosi composti ionici:
  • Sali (dissociazione elettrolitica)
  • Acidi e basi
  • Sostanze organiche (alcol e acidi)
  • Gas (ossigeno, CO₂, ammoniaca)
• Elevato punto di fusione ed ebollizione.
• Densità massima a 4 gradi.

L’acqua negli alimenti

L’acqua nei tessuti animali e vegetali si trova essenzialmente sotto due forme:

• Acqua legata o incongelabile:
  • Acqua di idratazione: acqua legata a ioni positivi e negativi (impegnata in interazioni elettrostatiche).
  • Acqua di struttura e di cristallizzazione: sono molecole di acqua che si trovano nella struttura di un sale o molecole organiche.
  • Acqua dello strato molecolare: fortemente unita all’esterno ai gruppi polari e carichi delle macromolecole.
  • Acqua immobilizzata in molteplici strati successivi al precedente vicini al soluto.
• Acqua libera: contenuta nei macrocapillari e trattenuta solo da forze fisiche. Dalla sua presenza dipende l’attività microbica e la conseguente alterazione degli alimenti.

Attività dell’acqua

Si indica con a_w ed è la misura dell’acqua libera utilizzabile dai microrganismi. a_w = P_w/P₀ (tensione di vapore dell’alimento/tensione di vapore dell’acqua).

Come determinare il contenuto di acqua negli alimenti

• Metodo gravimetrico (classico): consiste in una sorta di essiccatore (recipiente di vetro con coperchio) per mantenere asciutte le sostanze che assorbono l’umidità. A metà altezza del recipiente si trova un piano forato su cui sono collocate le sostanze da essiccare; al di sotto si trova una sostanza igroscopica (es. gel di silice) addizionato con sale di cobalto; generalmente quest’ultimo cambia il colore dal blu al rosa in funzione del grado di idratazione (e della capacità disidratante della silice). Il bordo viene isolato con del silicone in modo da isolare l’interno, alla sommità si trova una valvola collegabile ad una pompa meccanica per porre sottovuoto l’interno e favorire l’evaporazione dell’acqua.
• Metodo della distillazione con solventi.
• Metodo Karl-Fisher.
• NIR (Near Infrared Spectrophotometry).
• NMR (Nuclear Magnetic Resonance).

Contaminanti ambientali

• Metalli pesanti: rivestono un ruolo fondamentale dal momento che si concentrano lungo la catena alimentare; la loro presenza non è una novità per l’industria alimentare ma va detto che l’attività umana ne ha incrementato notevolmente la concentrazione. Sono generalmente: arsenico, cadmio, piombo, mercurio e si possono trovare negli alimenti sotto forma di residui a causa della loro presenza nell’ambiente provocata dalle attività umane.
• Fitofarmaci/prodotti chimici per l’agricoltura: “sostanze o miscele di sostanze di sintesi atte a prevenire distruggere, allontanare o attenuare qualsiasi avversità che possa influenzare negativamente la vita delle piante”; consentono di controllare gli attacchi alle piante coltivate da parte di: insetti, parassiti, funghi, erbe infestanti.

Le attività di monitoraggio

Le attività di monitoraggio contribuiscono a ad acquisire le informazioni necessarie a determinare le misure più efficaci per ridurre la formazione del contaminante, nonché a chiarire i possibili rischi per la salute umana legata alla sua presenza negli alimenti. Di ciò si occupa l’autorità europea per la sicurezza alimentare (EFSA); i gruppi di esperti (scienziati indipendenti) dell’EFSA forniscono agli organi decisionali europei in termini di sicurezza alimentare, una consulenza scientifica. Si occupa, inoltre, di valutare la sicurezza rispetto all’ambiente. Una parte corposa del lavoro riguarda la valutazione della sicurezza di prodotti regolamentati, di sostanze e indicazioni nutrizionali e sulla salute in modo da ottenere l’autorizzazione nell’UE, sostenendo, in questo modo l’innovazione agroalimentare. L’EFSA controlla e analizza, inoltre, le informazioni e i dati relativi ai pericoli biologici, contaminanti chimici, consumo alimentare e rischi emergenti.

Additivi alimentari

Gli additivi alimentari sono sostanze normalmente non consumate come alimento in quanto tale e non utilizzate come ingrediente tipico degli alimenti ma aggiunte intenzionalmente ai prodotti alimentari per un fine tecnologico nelle fasi di produzione, trasformazione, preparazione, trattamento, imballaggio, trasporto o immagazzinamento. La maggior parte dei prodotti alimentari necessita di additivi per una maggiore stabilità e durata. Gli scopi per cui vengono addizionati gli additivi sono:

• Conservare le qualità nutritive dell’alimento.
• Aumentare la conservabilità, stabilità, o migliorare le caratteristiche organolettiche.
• Aiutare la produzione e tutti gli altri trattamenti tecnologici.
• Apportare ingredienti necessari negli alimenti dietetici destinati a particolari a specifici gruppi di consumatori.

Tra gli additivi vanno distinti:

• Quelli che hanno un’indubbia funzione tecnologica.
• Quelli impiegati per rendere un alimento più invitante per il consumatore (es. coloranti, agenti di rivestimento).

Cos’è la RDA (dose giornaliera raccomandata)?

La RDA è la quantità sarebbe la dose giornaliera di vitamine e minerali che un individuo dovrebbe assumere in una giornata; per esteso vale per tutti gli altri nutrienti. La RDA per qualsiasi nutriente viene calcolata usando il fabbisogno medio stimato (EAR): è una stima del consumo medio giornaliero di un nutriente che dovrebbe essere assunto per soddisfare le esigenze della metà degli individui sani appartenenti ad uno specifico gruppo (es. maschi o femmine) e che si trovano in un particolare stadio della vita.

Cosa sono le GDA?

Le GDA sono le quantità giornaliere indicative adeguate ad un’alimentazione sana. (nelle confezione viene evidenziata sotto forma di percentuale.)

Componenti alimentari

Lipidi

Funzioni dei lipidi:

• Funzione principalmente energetica: 1 g di lipidi fornisce 9 Kcal e possono essere accumulati come sostanze di riserva.
• Funzione plastica-strutturale: costituzione delle membrane cellulari e del tessuto nervoso. Costituiscono i fosfolipidi.
• Funzione bioregolatrice: ad esempio permettono il trasporto di ormoni e vitamine liposolubili.
• Funzione di termoregolazione: nella zona sottocutanea dei mammiferi garantiscono una protezione termica e meccanismi (soprattutto negli animali che vivono nei climi freddi).
• Forniscono AGE (acidi grassi essenziali) e danno appetibilità ai cibi.

Fabbisogno dei lipidi

• Secondo i LARN (livelli di assunzione di riferimento di nutrienti ed energia per la popolazione italiana) per un uomo adulto: 20-25% del fabbisogno energetico.
• Secondo le RDA (dose giornaliera raccomandata) 0,7-1 g per Kg corporeo.

Origine dei lipidi nella dieta

I nutrizionisti consigliano un apporto quotidiano fornito da: ⅓ di origine animale e ⅔ vegetale. Questo perché secondo l’OMS l’apporto quotidiano di colesterolo non dovrebbe superare i 300 mg giornalieri. In caso di eccesso si incorre in aumento del peso, aterosclerosi e malattie cardiovascolari. In caso di carenza, invece, si va incontro a secchezza della pelle, perdita di capelli, riduzione o arresto della crescita, maggior rischio di infezioni.

Caratteristiche e diffusione dei lipidi

Sono sostanze organiche insolubili in acqua ma in solventi organici: sono composti ternari che contengono C, H, O. Contengono più carbonio e meno ossigeno, bruciano quindi più lentamente e sviluppano molta energia, per questo sono sostanze di riserva.

Rispetto a proteine e polisaccaridi la loro dimensione è molto ridotta ma hanno lunghe catene carboniose. Inoltre sono i principali componenti dei grassi nella dieta: oli e burro, si ritrovano infatti in quantità elevate in essi, al minimo 99%. Si trovano in quantità variabile negli alimenti: carne, pesce, formaggi, frutta secca, biscotti. I lipidi introdotti con la dieta possono essere visibili: olio e burro, ma spesso non visibili: biscotti.

Classificazione dei lipidi

• Lipidi saponificabili (99,9% oli vegetali): contengono acidi grassi e per idrolisi alcalina danno luogo ai saponi: i sali alcalini degli acidi grassi
  • Trigliceridi
  • Digliceridi
  • Monogliceridi
  • Acidi grassi
  • Cere
  • Esteri degli steroli
  • Fosfolipidi
  • Lipoprotidi
  • Glicolipidi (nel sistema nervoso)
• Lipidi insaponificabili (0,1-0,2 % oli vegetali) (non contengono acidi grassi e non sono idrolizzabili, non danno luogo ai saponi)
  • Steroidi: ormoni steroidei, steroli.
  • Terpeni: semplici (aromi) e complessi (vitamina A, squalene, pigmenti).
• Lipidi semplici
  • Trigliceridi (TG)
  • Digliceridi (DG)
  • Monogliceridi (MG)
  • Acidi grassi (F.A.)
  • Cere
  • Steroli
• Lipidi complessi o composti
  • Fosfolipidi
  • Lipoprotidi
  • Glicolipidi (nei quali la struttura gliceridica è legata rispettivamente ad acido fosforico, ad una proteina, ad uno zucchero)

Acidi grassi

Sono i costituenti fondamentali dei grassi negli alimenti, da cui dipendono le proprietà di essi. La struttura molecolare è una catena linfatica di solito lineare, con un gruppo carbossilico COOH a una estremità. In natura sono in numero di atomi di C pari in quanto la loro biosintesi avviene partendo da AcCoA. Sono presenti anche acidi grassi insaturi che sono presenti in piccola quantità nel grasso del pesce. Possono essere saturi tipici del regno animale quando non hanno doppi legami viceversa mono o poli insaturi.