Analisi chimiche dei prodotti alimentari

Francesca Nasatti

Analisi chimiche dei prodotti alimentari

Macronutrienti: l'azoto nelle proteine fa la differenza rispetto agli altri, l'azoto

permette di determinare quantitativamente le proteine.

Grassi e carboidrati (carbonio, idrogeno, ossigeno): i grassi sono una variegata

classe di composti che hanno in comune il fatto di essere insolubili in acqua e

solubili in solventi organici --> differenza rispetto ai carboidrati, solubili in

acqua.

Acidi organici

 Nel latte l'acido organico principale è l'acido lattico.

La frutta contiene acido citrico e malico.

Vino: acido tartarico.

Olio: acido oleico

Coloranti: il consumatore richiede anche una sensibilità alle percezioni

 sensoriali (es. alimenti colorati, crodino..

L'alimento è anche ricco di sostanze indesiderate o comunque additivi.

Le micotossine sono tossiche

Inquinamento ambientale: residui di piombo (elemento tossico)

Alterazioni: modificazioni involontarie

Il controllo della sicurezza alimentare viaggia di pari passo con la qualità

dell'alimento.

Storia di consumo: prodotti che erano stati utilizzati come alimenti prima del

97, riconosciuti come tali, riconosciuta ad essi una sicurezza di consumo.

Se non erano conosciuti non potevano pregiarsi di questa denominazione.

Gli alimenti che hanno una storia di consumo al 15 maggio del 97 possono

rientrare nel regolamento che li definisce come tali, cioè come alimenti

(Regolamento CE 178/2002). 1

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Se non ce l'hanno rientrano in un nuovo regolamento, devono essere

autorizzati come alimenti. La prima norma sui Novel food è stata abbrogata

(abolita) dal nuovo regolamento (Regolamento UE 2015/2283).

Questo nuovo regolamento appone delle modifiche e non è più il singolo

paese comunitario a dare l'autorizzazione per questi nuovi alimenti, ma è la

LEPSA (autorità europea per la sicurezza alimentare).

Questo nuovo regolamento elimina le criticità, la burocrazia.

LA CHIMICA DEGLI ALIMENTI

Punto di vista merceologico: l'alimento è un prodotto manipolato, trasformato

dall'industria. Bisogna inserire il prodotto nel mercato legislativo e quindi dare

un rispetto dei requisiti di qualità e igienico-sanitari per i quali l'alimento viene

messo in commercio. Bisogna rispettare la normativa.

ALIMENTI ALTERNATIVI

Gli alimenti light hanno più conservanti: avendo meno nutrienti sono più ricchi

d'acqua, quindi più facilmente deteriorabili. Essi hanno, solitamente, un

minore valore calorico.

Al posto dei grassi si originano le proteine vegetali.

Al posto del saccarosio si usano degli edulcoranti.

Alimenti fortificati: sviluppati in seguito allo sviluppo di diete improprie,

carenti di micronutrienti. Fortificare un alimento significa renderlo più ricco di

vitamine e Sali minerali, non modificandone il valore energetico.

Alimenti integrali: quando si parla di cereali e derivati si fa riferimento alla

legge 580 del 67, modificata nel 2001.

Si definisce un alimento integrale in base al tasso di abburattamento, ossia la

quantità di sfarinato che si ottiene dalla macinazione di 100kg di cereale. Se il

tasso è del 100%, quindi dalla macinazione di 100kg di cereali si ottengono

100kg di farina, si parla di alimento integrale (sono più ricchi di fibra, che viene

scartata nelle farine raffinate).

Nella parte corticale delle cariossidi non c'è solo la fibra ma anche i Sali

minerali.

Nelle farine raffinate vengono meno anche le proteine ad alto valore biologico

(10% di albumine e globuline), che si trovano nella parte esterna della

cariosside. 2

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Alimenti funzionali: contengono elementi aggiuntivi, intesi, ad esempio, come

microrganismi (prebiotici, bifidobatteri, lattobacilli) che sono in grado di

modulare alcune funzioni dell'apparato digerente, agiscono sulla flora

intestinale.

Più è elevata l'umidità di un alimento, ad esempio un cereale, più questo va

incontro ad alterazioni microbiche, sviluppo di funghi e quindi produzione di

micotossine. --> bisogna prevenire sulla materia prima

METODI PER LA DETERMINAZIONE DEL CONTENUTO TOTALE DI ACQUA NEGLI

ALIMENTI

Metodo gravimetrico

Classico per essiccamento

L'essiccatore ha la funzione di raffreddare il campione in un ambiente secco, in

modo tale che non acquisisca più l'umidità che ha perso in stufa.

Sostanza essiccante: gel di silice o cloruro di calcio.

Il campione viene pesato su una bilancia analitica. Prima è necessario tarare un

crogiolo, quindi un recipiente che dovrà contenerlo.

Dato che il campione andrà a 105°C, anche il crogiolo, prima di acquisire il

campione, deve essere posto in stufa nelle stesse condizioni in cui si metterà il

campione, però per un tempo ridotto (30 minuti).

Dopo aver tarato il crogiolo lo si mette in essiccatore e, una volta raffreddato,

lo si pesa.

Peso costante: si controlla, per successive pesate dopo l'essiccamento, il peso

del campione, che deve rimanere costante (non devo avere variazioni dopo la

terza decimale, o meglio, la differenza tra due pesate successive non deve

essere superiore a 0,01 g).

Solo il peso costante può dire se l'umidità determinata è corretta.

Si pesa esattamente circa 3

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Per alcuni campioni è possibile utilizzare una temperatura superiore ai 105 °C

(è il minimo per assicurare l'evaporazione dell'acqua), come 130-133°C,

sempre a pressione atmosferica, riducendo i tempi. Questo è previsto per

cereali e sfarinati.

Per alimenti che contengono sostanze particolarmente volatili, che tendono a

degradarsi con il calore, si preferisce accoppiare all'utilizzo della stufa l'utilizzo

del vuoto. Ciò permette di ridurre sia il tempo di analisi che la temperatura (a

valori inferiori ai 100°C, come 70-80°C).

P2-p3 è il calopeso, il contenuto di umidità: p2 è il peso del campione originale

e contiene anche la tara. P3 è il peso del campione secco, che contiene anche

la tara.

P2-p1 rappresenta il peso iniziale del campione, la porzione di alimento

utilizzata all'inizio (5-10 g): p1 è la tara.

Il rapporto è una proporzione: l'umidità trovata sta al peso iniziale (5-10 g)

come x (quanti grammi di umidità, umidità %) sta a 100 g

Negli alimenti come i formaggi vengono aggiunte delle sostanze inerti in modo

tale da favorire l'evaporazione dell'acqua.

Con termobilancia

Molto utilizzato nelle analisi di routine perché richiede molto meno tempo.

Deposito il campione direttamente sul piattino (senza previa pesata). Chiudo,

essicco e sul display appare il contenuto di umidità. Esistono termobilance che

rilevano contenuti di umidità anche molto bassi.

Essendo un metodo gravimetrico, determina l’acqua presente nel campione

attraverso la perdita di peso.

Calcoli sul metodo gravimetrico: 4

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Metodo della distillazione con solventi

Metodo utilizzato per spezie, oli minerali, alimenti combustibili che presentano

come sostanze volatili oltre all'acqua delle sostanze solubili in solventi organici.

Si utilizza il metodo di Marcuson (tubo di Marcuson).

Il tubo laterale è quello collegato al palloncino.

L'alimento viene posto all'interno del palloncino e viene ricoperto con un

solvente non miscibile con acqua. 5

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Metodo di Karl-Fisher

L'anidride solforosa viene ossidata dallo iodio (è un ossidante).

È una titolazione redox.

L'unica fonde di umidità che deve esserci è quella del campione, quindi i

reattivi devono essere anidri.

NIR (Near Infrared Spectrophotometry) (tecnica strumentale)

Spettrofotometria nel vicino infrarosso. A questa lunghezza d'onda (da 760 nm

a 2500 nm) l'interazione della radiazione elettromagnetica con il campione

determina delle modifiche, cioè delle vibrazioni molecolari relative a legami C-

H, OH, gruppo carbossilico, gruppo amminico.

--> questa tecnica strumentale può essere usata per valutare la presenza di

gruppi OH e quindi il contenuto di acqua in un alimento.

Viene anche utilizzata nelle analisi di routine nei mangifici, nelle industrie dei

cereali perché è in grado di dare, con una sola misura, il contenuto di acqua, di

proteine, di zuccheri presenti.

Questo si può fare dopo aver calibrato lo strumento e averlo messo in

condizioni con le tecniche statistiche di analisi multivariata (tecniche

chemiometriche). 6

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NMR (Nuclear Magnetic Resonance) (tecnica strumentale)

Tecnica usata per analisi sofisticate.

DETERMINAZIONE DEL CONTENUTO DI CENERI DI UNO SFARINATO

Le ceneri rappresentano il contenuto di Sali minerali in un alimento (frazione

inorganica dell'alimento) , micronutriente importante per la salute (i

micronutrienti sono acqua e Sali minerali). Rappresentano il 5%

dell'organismo, distribuiti non uniformemente.

La sostanza inorganica rimane dopo combustione della sostanza organica, che

deve quindi essere carbonizzata e ridotta ad anidride carbonica e acqua, quindi

eliminata dall'alimento.

La taratura del crogiolo va sempre effettuata nelle stesse condizioni in cui sarà

analizzato il campione.

La muffola è un fornetto.

Dopo la carbonizzazione la sostanza organica è ancora presente.

Pareti refrattarie: trattengono il calore.

Come si fa a sapere se la parte organica è completamente distrutta? Non ci

devono essere particelle carboniose presenti: all'uscita dalla muffola, ci si

aspetta un campione di colore bianco. Se le ceneri non sono bianche significa

che sono presenti ancora particelle carboniose, quindi sostanza organica

(viene distrutta con il calore e trasformata in anidride carbonica e acqua).

Se il campione non è bianco si aggiungono sostanze ossidanti, come acqua

distillata.

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Se si fa evaporare l'acqua ( dall'alimento tal quale), si ottiene la sostanza secca,

che contiene solo la frazione inorganica, chiamata residuo fisso (contenuto di

Sali minerali). In questo caso si lavora a 180°C.

Nel caso del latte ci si focalizza sul residuo secco e non sul contenuto di

umidità. Si vede se c'è stato annacquamento, quindi è stata compiuta una

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frode (se il residuo e meno di quello che mi aspetto, conoscendo il contenuto

di acqua).

Il contenuto di ceneri è un parametro utilizzato pe classificare gli sfarinati. Esso

aumenta da una farina raffinata a una poco raffinata.

È un parametro per evidenziare la presenza di frodi.

Ci sono invece sfarinati che hanno lo stesso contenuto di proteine, quindi non

può essere utilizzato per evidenziare una frode nello sfarinato.

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Per esprimere il contenuto di diversi parametri di analisi negli sfarinati (vale

anche per i formaggi), devono essere espressi su 100 parti di sostanza secca:

devo esprimere i parametri non sul campione tal quale, ma su un campione di

cui ho determinato in precedenza l'umidità (non superiore al 14,50%).

I CEREALI

All'interno di ogni specie possono essere selezionate delle varietà

caratterizzate da maggiore produttività e maggiore resistenza a insetti,

modifiche ambientali.

Le tre zone comuni a tutti i cereali sono la crusca (strati tegumentali, che

proteggono la cariosside), l'endosperma amilifero e il germe. Ognuna di

queste zone ha una composizione che soddisfa la funzione biologica della

cariosside stessa e della pianta.

Gli strati tegumentali sono chiamati con il termine crusca, caratterizzati

da strati di cellulosa, che per la sua struttura chimica (legami beta-1,4 tra

molecole di glucosio) conferisce resistenza.

I cereali possono essere distinti anche in base alla granulometria dei

granuli di amido --> analisi al microscopio per la diversificazione dei

granuli di amido appartenenti ai diversi cereali.

Discreto valore proteico perché carenti di lisina.

Frumento

Il 30% delle colture di cereali è rappresentato da frumento. Di esso il 75%

è destinato all'alimentazione umana, mentre il 15% all'alimentazione del

bestiame.

Il grano tenero, grazie alla sua tolleranza alle temperature più fredde, si

diffuse nell'europa continentale. In italia è diffuso in italia centrale e

settentrionale.

Usato principalmente per la produzione di pane. La destinazione d'uso è

funzione delle caratteristiche qualitative della farina, quindi,

indirettamente, del glutine. 9

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Il grano duro presenta maggiore tolleranza alla siccità: si è diffuso in italia

meridionale e peninsulare.

La percentuale di acqua non deve superare il 12% per evitare una non

conservabilità del cereale, che deve essere essiccato per essere insilato.

Nel caso del frumento, i granuli sono per l'80% di forma ellitticolare (?),

abbastanza grandi (diametro 20-25 micron), e per il 20% di forma sferica

più piccola (5-8 micron).

Il glutine è un complesso viscoso elastico che non è presente nella farina

allo stato secco.

Classificazione di Osborne: in base alla solubilità

Classificazione di Shewry: in funzione della presenza di zolfo e della

formazione di aggregati.

Le proteine hanno delle cariche che sono funzione del mezzo in cui si

trovano: l'elettroforesi è una tecnica strumentale che può essere

utilizzata per separare composti che hanno una differenza di carica; la

separazione di carica avviene grazie all'applicazione di una differenza di

potenziale. Nel caso delle proteine si usa l'acrilammide per fare il gel, con

maglie più o meno larghe. Le proteine vengono separate in base al PM e

alla carica.

Molitura del frumento

La molitura si prefigge l'obiettivo di separare gli sfarinati dal germe e dagli

strati tegumentali.

La pulitura è importante perché una pulitura non adeguata condiziona la

qualità dei prodotti finiti.

Il condizionamento ha la funzione di facilitare il distacco successivo delle

parti cruscali dalla mandorla farinosa e ammorbidire quest'ultima per

renderla più idonea alla macinazione per l'estrazione dell'amido senza

causare alterazioni.

Macinazione: rottura, svestimento, rimacina.

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Per quanto riguarda la rottura, si opera l'apertura della cariosside di

frumento, in modo da separare l'endosperma dalla crusca.

La classificazione avviene tramite setacci (i plansichters sono setacci

sovrapposti con movimento oscillatorio che facilitano la progressione dei

frammenti in funzione della loro grandezza. I frammenti più grossi

vengono rifiutati e tornano ai cilindri di rottura.

Le semole possono essere nude o rivestite con strato aleuronico: vengono

separate con le semolatrici e inviate ai cilindri di svestimento, che

separano le parti cruscali dalla semola, che viene inviata ai cilindri di

rimacina.

Nel frumento, l'azoto è presente nelle proteine in misura del 17,54% (di

solito 16%). Se 17,54 g di azoto sono presenti in 100 g di proteine, 1 g di

azoto è presente in 5,70 g di proteine (ecco perché l'azoto deve essere

moltiplicato per 5,70 per determinare la quantità di proteine).

Nella farina di tipo I le ceneri non possono contenere più dello 0,3 % di

parte insolubile in acido cloridrico: le ceneri rappresentano il residuo che

rimane dopo l'essiccamento del campione, ma le farine I e II contengono

comunque cellulosa, che è insolubile nell'acido cloridrico a caldo --> se

tratto la semola in ambiente acido e a caldo, la cellulosa rimane, quindi

avere più dello 0,3% significa che la farina di tipo I è contaminata dalla

farina di tipo II.

Nella produzione della pasta, l'incartamento ha la funzione di evitare di

rompere il gradiente di umidità tra l'esterno e il centro.

I LIPIDI

Sono solubili in solventi organici che possono essere lineari (pentano, esano),

ramificati (trimetilpentano), aromatici (benzene, xilene).

AGE: acidi grassi essenziali.

L'apporto di colesterolo esogeno (apportato con la dieta) non deve essere

superiore a 300 mg perché quando la quota introdotta nel nostro organismo

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supera questo valore, il colesterolo viene esterificato con acidi grassi saturi (se

viene introdotta una quota notevole di grassi animali), formando delle placche

che si depositano nelle arterie.

Se, invece, si segue un'alimentazione ricca di acidi grassi insaturi, questi

prelevano il colesterolo dalle arterie ed evitano la formazione delle placche.

Gli acidi grassi sono catene alifatiche con un gruppo carbossilico terminale. Gli

atomi di carbonio possono essere saturi o insaturi.

Gli acidi grassi naturali, presenti negli alimenti, hanno tutti un numero pari di

atomi di carbonio (generalmente hanno almeno 10C; in alcuni alimenti, come il

latte, hanno un numero di atomi di C inferiore a 10 perché prodotti nel rumine

dell'animale) perché vengono sintetizzati a partire dall'acetil-coA aggiungendo

unità bicarboniose.

Nei grassi naturali i doppi legami sono in conformazione cis.

Inoltre, i doppi legami sono separati da almeno due legami singoli, ovvero da

un gruppo metilico (quindi non sono doppi legami coniugati). Tuttavia, in

seguito a processi tecnologici i doppi legami diventano coniugati (si parla

quindi di dieni).

L'acido linoleico (negli oli di semi) e linolenico (nelle alghe, quindi nei pesci che

se ne nutrono) sono acidi grassi essenziali. A partire dall'acido linoleico, nel

nostro organismo, può essere prodotto l'acido arachidonico. Dall'acido

linolenico viene prodotto l'acido docosaesaenonico .

Questi due acidi grassi (arachidonico e docoesaenonico, hanno più di 20C)

sono importanti perché entrano nella sintesi di composti d