Analisi chimiche dei prodotti alimentari - riassunto

Analisi chimiche dei prodotti alimentari

Generalità

Per alimento si intende una fonte di energia e di nutrienti necessari all’organismo, composto da macronutrienti o nutrienti energetici, che sono molecole complesse degradate in più semplici, assorbite ed utilizzate in specifiche condizioni metaboliche (grassi, proteine, carbo); micronutrienti dei quali quelli indispensabili sono acqua, Sali minerali e vitamine; altre sostanze come acidi organici, coloranti, aromi…

Le sostanze indesiderate in un alimento possono essere:

• Naturali: glicosidi, micotossine (aflatossine, patulina), estrogeni
• Residui di varia natura (contaminanti come metalli pesanti, fitofarmaci)
• Additivi

I fattori che determinano la qualità in un alimento sono l’assenza di rischio e valore nutritivo, quest’ultimo inteso come il contenuto totale di nutrienti, la biodisponibilità di questi e il valore biologico.

• Alterazione: umidità, luce, temperatura, microrganismi
• Sofisticazione: aggiunta di zucchero o alcol al vino
• Adulterazione: annacquamento del latte, scrematura del latte intero
• Falsificazione: margarina al posto del burro
• Contraffazione: dichiarazione di una marca diversa

Non viene considerata frode quando le modifiche vengono dichiarate nei surrogati (orzo al posto del caffè) e nei succedanei (caviale e lompo).

Chimica degli alimenti

Studia la composizione chimica degli alimenti e le proprietà dei loro costituenti che contribuiscono a definirne il loro valore nutrizionale e merceologico, inoltre studia le modificazioni chimiche che i costituenti degli alimenti subiscono nel loro percorso “dalla fattoria alla tavola”.

Le analisi vengono effettuate per:

• 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 ed alterazioni
• Individuare sostanze xenobiotiche potenzialmente dannose

Le procedure analitiche possono essere tradizionali oppure moderne (cromatografia e spettroscopia).

Alimenti tradizionali

Sono alla base della nostra catena alimentare e soddisfano il nostro fabbisogno energetico, fornendo anche particolari nutrienti.

• Origine vegetale:
  • Cereali-tuberi: forniscono amido, fibra e vitamine
  • Ortaggi-frutta: forniscono Sali minerali, fibra e vitamine
  • Legumi: forniscono proteine, vitamine e ferro
• Animale:
  • Latte e derivati: forniscono proteine e calcio
  • Carne, uova e pesce: forniscono proteine, ferro e vitamine del gruppo B

Alimenti alternativi

- Alimenti leggeri (light): in cui sono state eliminate sostanze alto-energetiche come zuccheri, grassi o etanolo (possono essere ottenuti diluendo l’alimento con acqua, con aggiunta però di edulcoranti e proteine vegetali o amidi modificati per migliorare la texture)
- Alimenti fortificati: si aumenta il valore biologico senza aumentare quello energetico (aggiunta di vitamine o Sali minerali)
- Alimenti biologici: devono portare in etichetta il produttore e l’ente di certificazione
- Alimenti integrali
- Alimenti funzionali (functional food): distinti in prebiotici (substrato della flora intestinale) e probiotici (sono la fibra o i FOS, che generano acidi grassi a crota catena per la microflora intestinale)
- Alimenti innovativi (novel food): OGM o riso parboleid. Ottenuto con tecnologie moderne

Valore energetico degli alimenti

Esprime il numero di calorie che una sostanza alimentare sviluppa per completa combustione, riferito a 100 g di sostanza ed è proporzionale alla quantità e al tipo di nutrienti che contiene. La kilocaloria è la quantità di calore necessaria per elevare da 14,5 a 15,5 °C 1 kg di acqua, (1 kcal = 4,186 kJ) e anche la forza costante che dà a 1 kg l’accelerazione di 1 m/s² per lo spostamento di un metro nella direzione e nel senso della forza (1 kJ = 0,2388 kcal).

EFSA: autorità europea per la sicurezza alimentare, ha il compito di effettuare il monitoraggio della produzione di alimenti e l’utilizzo di additivi.

Contaminanti

Secondo il Regolamento n. 315/93, “Per contaminante si intende ogni sostanza non aggiunta intenzionalmente ai prodotti alimentari, ma in essi presente quale residuo dei vari interventi sull’alimento. I contaminanti devono essere mantenuti ai livelli più bassi che si possono ragionevolmente ottenere attraverso le buone pratiche agricole e produttive. Tra i contaminanti ambientali troviamo i metalli pesanti (si concentrano lungo la catena alimentare) e i fitofarmaci o prodotti chimici per l’agricoltura.

RDA

La RDA o dose giornaliera raccomandata indica la quantità di vitamine e Sali minerali che una persona dovrebbe assumere per soddisfare il fabbisogno minimo giornaliero. Può essere applicata anche ad altre tipologie di nutrienti e i valori di RDA sono previsti dalle norme sull'etichettatura nutrizionale degli alimenti. La RDA di un qualsiasi nutriente è calcolata usando il fabbisogno medio stimato (EAR).

GDA

Le GDA (Guideline Daily Amounts) sono le Quantità Giornaliere Indicative o Valori giornalieri di riferimento di energia e nutrienti adeguati ad una alimentazione equilibrata sulla base di una dieta da 2000 Kcal.

Piramide alimentare

Simbolo della "sana ed equilibrata alimentazione". Ciascun gruppo deve essere presente nella nostra dieta in modo proporzionale alla grandezza della sua sezione (al vertice quelli che è meglio limitare). L’acqua partecipa a tutte le reazioni che si svolgono nella cellula (soprattutto trasporto e regolazione). Si tiene conto anche della presenza dell’aria, che trasporta ossigeno e contaminanti.

Società italiana di nutrizione umana (SINU)

Società scientifica senza scopo di lucro che riunisce gli studiosi e gli esperti della nutrizione nei suoi differenti aspetti e collabora con Enti. Ha indicato i livelli di assunzione giornalieri raccomandati di energia e nutrienti per la popolazione italiana (LARN) che mirano a proteggere l’intera popolazione dal rischio di carenze nutrizionali e a fornire elementi utili per valutare l’adeguatezza nutrizionale della dieta media.

L’acqua nell’organismo umano

È circa il 65% del peso corporeo distribuita come acqua intracellulare al 40% ed extracellulare al 20% (15% interstiziale e 5% plasmatica). Ha funzione di:

• Solvente di gas, di elettroliti e colloidi
• Trasporto di sostanze nutritive e prodotti di rifiuto
• Mezzo di reazione per processi di omeostasi, funzioni digestive e metaboliche

Il fabbisogno idrico è di circa un 1mL/Kcal, ossia 1,5-2L/die. L’acqua ha la capacità di forma legame covalente dipolare H, che gli permette di avere proprietà solventi e elevato punto di fusione ed ebollizione. La densità massima del fluido è a 4°C. L’acqua negli alimenti è di 4 tipi e il tipo di acqua in un alimento definisce la capacità di trattenere l’acqua delle macromolecole.

Il tipo di acqua in un alimento è definito anche la mobilità dell’acqua:

• Tipo IV: Acqua pura, con aw =1. È quella che importa meno dal punto di vista delle modifiche strutturali
• Tipo III: Acqua libera, con aw =0,8/0.9. Regola la crescita microbica, le attività enzimatiche, le manifestazioni di trattamento termico (imbrunimento non enzimatico), reazioni idrolitiche ed ossidative
• Tipo II: Acqua coordinata, con aw =0,8/0,25. Regola le attività enzimatiche, le reazioni ossidative e l’imbrunimento non enzimatico
• Tipo I: Acqua legata, con aw =0,25/0. Non congela mai e non viene tolta nemmeno con l’essiccazione e consente la compartimentalizzazione.

Si riconosce l’acqua di idratazione (legata a ioni), di struttura e cristallizzazione (molecole di acqua nella struttura di un sale o molecole organiche), strato monomolecolare (unita ai gruppi polari esterni e carichi delle macromolecole), immobilizzata (in molti strati successivi al precedente vicini al soluto). Buona parte delle trasformazioni riducono in gran parte l’acqua di tipo III. La formula dell’attività dell’acqua fornisce una misura dell’acqua libera utilizzabile dai microrganismi e si indica aw = P/P₀ con: P (tensione di vapore dell’alimento / tensione di vapore dell’acqua).

• Alimenti freschi 0.98
• Insaccati e formaggi stagionati 0.88-0.93
• Cereali, marmellate 0.60-0.65

Metodi per la determinazione del contenuto di umidità (negli alimenti)

Per legge espressa come % su 100g di prodotto, da non confondere con la aw.

Gravimetrico classico

Mediante essiccamento in stufa a 105°C (in laboratorio abbiamo fatto a 130-133°C per sfarinati per 1,5h) a P atm fino a peso costante (circa 6h). Non è applicabile ai prodotti facilmente degradabili o con sostanze volatili. Si usano 5g di campione, ma nel caso di sfarinati 10g (p1) e si pesano fino alla quarta cifra decimale. L’essiccatore (recipiente in vetro con coperchio) sotto il piano forato può avere cloruro di calcio anidro o gel di silice con Sali di cobalto (azzurro-rosa), che sono sostanze igroscopiche (assorbono umidità). Alcuni prodotti pastosi (latte condensato, formaggi) devono essere impastati con della sabbia silicea per cui la capsula deve essere tarata con sabbia ed una piccola bacchetta di vetro. Peso il campione prima dell’essiccamento e dopo l’aggiunta delle sostanze igroscopiche (p2). Una volta essiccato peso di nuovo (p3).

Umidità % = (p2 - p3) * 100 / (p2 - p1)

Gravimetrico con termobilancia

Richiede molto meno tempo e funziona depositando il campione sul piattino (senza previa pesata), chiudo sul display e appare il contenuto di umidità.

Perdita di peso = [(peso crogiolo + p campione tal quale) - (peso crogiolo + p campione secco)] * 100 / Peso campione

Distillazione con solvente

Utilizzato quando sono presenti sostanze volatili facilmente solubili in solventi organici, come oli essenziali. Si utilizza un palloncino che ospita il campione e il solvente, raccordato con un tubo di vetro che presenta un raccordo graduato laterale, con al di sopra un refrigerante. Il tutto raccordato con raccordi smerigliati. L’acqua e il solvente si allontanano dal palloncino per evaporazione, ma si depositano per condensazione nella tacca graduata su strati separati. Dalla tacca graduata leggo il volume e il peso dell’acqua che ha abbandonato il campione.

Di Karl-Fisher

Si utilizza un titolatore automatico che dosa il contenuto di acqua, utilizzando 2 reattivi anidri:

• Anidride solforosa SO₂ (stato di ossidazione di S +4) che viene ridotta
• Iodio (stato di ossidazione 0)

SO₂ reagisce con lo iodio e l’acqua e passa a H₂SO₄ (acido solforico). Utilizzo anche il metanolo come solvente e imidazolo o etanolammina come basi, per conferire potere tampone e mantenere pH di 6.

NIR

Spettrofotometria del vicino infrarosso: con radiazioni a basso contenuto energetico individuo i legami peculiari.

NMR

È sempre una spettrofotometria ma ha un costo molto elevato.

Esercizio

La percentuale di proteine nel riso è del 7.6%. Calcolare la quantità di proteine sul secco sapendo che l’umidità del prodotto è del 14%.

100g - 14g = 86g sostanza secca. Su 100g 7.6% di proteine cioè 7.6g.

7.6g : 86g = x : 100 → x (risultato) = 8.84g

Determinazione contenuto ceneri di uno sfarinato

1. Mettere un crogiolo in muffola a 550°C per 1h, fare essiccate e tarare su bilancia analitica (p1)
2. Pesare nella capsula tarata esattamente circa 5g di prodotto (p2)
3. Carbonizzare su fiamma diretta fino alla scomparsa di fumi bianchi
4. Porre il campione in muffola a 550°C per 6 ore
5. Pesare le ceneri dopo il raffreddamento in essiccatore (p3)

I lipidi

Energetica: 1g ha 9Kcal e vengono utilizzati come sostanze di riserva

• Plastica-strutturale: costituzione delle membrane cellulari e tessuto nervoso
• Bioregolatrice: trasporto di ormoni e vitamine liposolubili
• Termoregolatrice
• Forniscono acidi grassi essenziali e danno appetibilità ai cibi

Fabbisogno di lipidi: secondo i LARN devono rappresentare il 20-25% del fabbisogno energetico totale, mentre secondo le RDA la quantità minima deve essere 0,7-1g per kg. Di cui 2/3 di origine vegetale perché il colesterolo non deve superare i 150mg ogni 1000 Kcal di dieta. La carenza di colesterolo può portare a secchezza e inaridimento della pelle, perdita capelli, arresto o riduzione della crescita, diarrea, maggiore suscettibilità a infezioni.

Solo solubili in solventi organici e sono composti ternari, ossia formati da C, H, e O. contengono più C e meno O e quindi bruciano meno in fretta ma con un maggiore sviluppo di energia.

Classificazione

Saponificabili:

• Comprendono il 99,9% degli oli vegetali e sono quelli che contengono acidi grassi: tri, di e mono gliceridi, cere, esteri degli steroli, fosfolipidi, lipoprotidi, glicolipidi (sistema nervoso)

Non saponificabili:

• Sono lo 0,1-0,2% degli oli vegetali e non contengono acidi grassi: steroidi (ormoni steroidei, steroli) e terpeni (semplici, ossia gli aromi, e complessi, come la vit. A, lo squalene, la clorofilla)

Acidi grassi

Sono catene di atomi di C e H in cui gli atomi di C sono legati con legami semplici o doppi (creano le insaturazioni). Il punto di fusione aumenta con l’allungarsi della catena e nei trans isomeri (composti che derivano dai trattamenti tecnologici e che causano malattie cardiovascolari e tumori), ma diminuisce con l’aumentare delle insaturazioni.

Classificazione

Chimica: I doppi legami numerati a partire dal carbonio carbossilico dell’acido grasso. Il simbolo Δ indica su quale carbonio si trova il doppio legame.

Biologica nutrizionale: La numerazione parte dal gruppo metilico terminale, denominato ω- o n-.

Acidi grassi essenziali: l’organismo sintetizza gli acidi grassi a partire dall’Acetil-CoA, ma non ha la capacità di deidrogenare gli ultimi 6 atomi di C quindi gli acidi grassi con un doppio legame a 6 o 3 C dal fondo della catena non possono essere sintetizzati (acido linoleico e linolenico). Questi acidi grassi hanno sia funzione strutturante delle membrane cellulari che regolatrice dei lipidi ematici e modulatori della produzione di precursori dei eicosanoidi.

Insaturazioni e legami coniugati

Normalmente un acido grasso ha doppi legami isolati, ma delle volte i doppi legami sono separati da un solo singolo legame e diventano coniugati e in questo modo si ottengono dieni e trieni (non sono solitamente presenti in natura).

Gliceridi

Sono esteri del glicerolo con acidi grassi. I trigliceridi costituiscono il 99% della parte lipidica di un alimento e possono essere semplici se hanno sempre lo stesso acido grasso o misti.

Intervallo di fusione: la diversa percentuale di composizione di acidi grassi dei trigliceridi presenti nell’alimento determinano punti di fusione diversi e quindi ad una certa temperatura una parte del grasso cristallizza mentre un’altra può rimanere liquida.

Il polimorfismo si verifica quando i trigliceridi passano dallo stato liquido a quello solido, cristallizzando in 3 modi:

• Esagonale-α
• Ortorombico-β
• Triclino-β

La stabilità aumenta dall’esagonale al triclino.

Fosfolipidi

Contengono acido fosforico e basi azotate. Entrano a fare parte del protoplasma cellulare e ricordiamo le lecitine con colina come base azotata, che sono presenti in elevate concentrazioni nel tessuto nervoso e nelle membrane cellulari. Ricordiamo anche le cefaline in cui al posto della colina è presente l’etanolammina, e di solito accompagnano le lecitine nei tessuti e si trovano maggiormente nel cervello.

Cere

Sono generalmente esteri di un alcool alifatico mono-ossidrilico a catena lunga con un acido grasso e hanno quindi elevato PM. Si trovano sulla superficie di frutti e foglie con scopo protettivo (anche in alcuni animali sulle penne). La loro concentrazione negli alimenti è normalmente bassa, ma nell’olio di sansa arriva al 2%.

Terpeni

Non contengono acidi grassi e hanno la struttura base dell’isoprene (2-metil-butadiene). Un mono-terpene contiene due unità isopreniche (limonene, geraniolo) e le loro miscele (reazione testa-coda) costituiscono gli oli essenziali. Tra i di-terpeni ricordiamo la vit. A (4 unità isopreniche); tra i triterpeni lo squalene (6 unità isopreniche); tra i tetraterpeni i caroteni.

Steroidi

Derivati dal ciclo-pentano-per-idro-fenantrene, una struttura a 4 anelli condensati. A questo gruppo appartengono diversi composti di grande importanza: acidi biliari, ormoni corticosurrenali e sessuali, steroli, provitamina D. Gli steroli hanno una struttura comune che differisce per una catena alifatica R. Gli steroli sono componenti delle membrane e hanno il suffisso -olo perché sono alcoli, che possono esterificare con acidi grassi: nel caso del colesterolo se esterifica con un acido grasso saturo allora può portare a ipercolesterolemia, mentre se esterifica con uno insaturo allora non provoca patologie. Sono la componente insaponificabile più interessante visto che sono specifici e utili a indagare sulla tutela della genuinità del prodotto. Steroli animali = zoosteroli; vegetali = fitosteroli; microbici = micosteroli.

Alcoli

Divisi in: alifatici superiori (presenti nell’olio da olive), diterpenici e triterpenici (presenti in tutti gli oli vegetali), diolio dialcoli triterpenici (rappresentati da eritrodiolo ed uvaolo presenti nell’olio da vinaccioli e di sansa di oliva, che sono il primo termine nella sintesi di steroli).

Eicosanoidi

Derivati da acidi polinsaturi a 20 atomi di C (arachidonico ed eicosapentaenoico). Hanno funzioni varie: intervengono nella contrazione dei muscoli lisci, influenzano l’aggregazione piastrinica, intervengono nei processi immunitari. Sono esempio le prostaglandine che entrano nei processi...