Appunti di Chimica degli alimenti

Chimica degli alimenti

Quando si parla di composizione bilanciata, l'alimento deve rispettare determinate proporzioni tra i macronutrienti e i micronutrienti che ci forniscono energie, come carboidrati, proteine e lipidi. A livello nutrizionale è utile consultare le tabelle che forniscono i valori dei macro e dei micronutrienti per avere una sana alimentazione. I dati sono divisi per sesso e per età perché il fabbisogno nutrizionale cambia.

Sono stati forniti dei sistemi facilmente interpretabili da tutti come le piramidi alimentari. Non esiste una sola piramide alimentare, ma solitamente ci si riferisce alla piramide della dieta mediterranea. Essa è stata riconosciuta come la migliore da un punto di vista della bassa incidenza a livello preventivo per le patologie che riguardano il cuore (cardiopatie coronariche), tumore al colon e neoplasie mammarie. La dieta mediterranea si basa soprattutto su cereali (da cui si ottiene pane, pasta e prodotti da forno) seguiti da frutta, legumi e verdure. Come condimento principale si utilizza l'olio d'oliva.

Fabbisogni energetici

Una persona mediamente attiva al giorno deve assumere circa 2000 kcal per le donne e 2500 kcal per gli uomini. Questi valori, oltre a cambiare con il sesso, cambiano anche con l'età (i bambini hanno bisogno di un maggior numero di kcal). La quantità di calorie da introdurre varia anche in base all'attività fisica (lo sportivo agonista ha una necessità maggiore). Tra queste calorie c’è una distribuzione percentuale dei vari macronutrienti: proteine 10%, lipidi 20-35% e carboidrati 45-60%. Questo si può tradurre in grammi conoscendo quante kcal fornisce ogni macronutriente. Un grammo di lipidi fornisce circa 9 kcal, quindi il 30% corrisponde a circa 65-67 g.

Etichetta nutrizionale

L'etichetta nutrizionale è obbligatoria su tutti gli alimenti. I valori normalmente vengono espressi in 100 g oppure per porzione. Sugli alimenti freschi si possono guardare i valori su internet ma occorre riferirsi a dei siti ufficiali. Otteniamo dei valori medi. CREA (Consiglio per la Ricerca in Agricoltura e l'Analisi dell'Economia Agraria) fornisce tabelle dei valori nutrizionali dei vari alimenti suddivisi per categorie.

Lipidi

• I lipidi (da lipos = grasso) si distinguono in saturi, monoinsaturi, polinsaturi.
• Del 30% di lipidi al giorno dovremmo mangiarli in rapporto 1:2:1. I monoinsaturi devono essere introdotti in quantità maggiore rispetto ai saturi e ai polinsaturi.
• Tra gli alimenti a maggior contenuto lipidico troviamo gli oli. Grassi come burro e margarina contengono una percentuale minore di lipidi rispetto agli oli perché contengono anche una piccola percentuale di acqua. Un altro alimento con un grande contenuto lipidico è la frutta secca (dovrebbe essere chiamata frutta oleosa).

I lipidi si trovano anche nella carne, nel pesce e nel latte. Nel latte la percentuale di lipidi è intorno al 3% (circa 87% è acqua). Il latte intero contiene la percentuale originale di lipidi, quello parzialmente scremato ne contiene la metà (1,5%) e quello totalmente scremato ne contiene sotto lo 0,5%. A seconda della percentuale di lipidi, il latte ha colore, densità e gusto diverso. Quello intero è più saporito e da questo deduciamo che i lipidi danno gusto agli alimenti.

Margarine

Le margarine sono dei prodotti industriali che vengono ottenute con diverse modalità. Simulano il burro. Le margarine si ottengono dagli oli e dai grassi. Possono essere di origine vegetale o mista. Le margarine vengono usate nei prodotti dolciari al posto del burro perché hanno un costo inferiore.

Funzioni dei lipidi

I lipidi nell'alimentazione danno energia (1 g fornisce 9 kcal, circa il doppio di quelle che vengono fornite da proteine e carboidrati) quindi un alimento ricco di lipidi è un alimento fortemente energetico. I lipidi trasportano le vitamine liposolubili. Inoltre, forniscono alimenti essenziali cioè alimenti che non siamo in grado di sintetizzare e che devono essere introdotti con la dieta. Nei lipidi esistono dei nutrienti essenziali che vengono chiamati AGE, cioè acidi grassi essenziali. I lipidi danno senso di sazietà e appetibilità a cibi.

Funzioni strutturali e regolatrici dei lipidi

• Funzione energetica: formano dei depositi di energia, sono costituiti principalmente da trigliceridi.
• Funzione plastica: costituiscono la struttura delle membrane cellulari. In questo caso si parla di fosfolipidi. Vanno a formare un doppio strato fosfolipidico.
• Funzione regolatrice: queste molecole comprendono gli ormoni steroidei, prostaglandine, prostacicline e trombossani.

I lipidi sono sostanze chimicamente eterogenee costituite principalmente da carbonio, idrogeno e ossigeno. Questi elementi sono predominanti ma non sono gli unici presenti. Sono sostanze chimiche strutturalmente molto diverse tra loro, ma che sono accomunate per la loro solubilità e per la loro densità. I lipidi sono sostanze liposolubili quindi sono insolubili in soluzione acquosa (alcuni hanno una minima solubilità in acqua). Sono immiscibili con l'acqua. I lipidi sono solubili nei solventi organici. Hanno una densità minore dell'acqua (galleggiano).

Lipidi alimentari

Quando si parla di lipidi alimentari ci si riferisce indistintamente ai grassi e agli oli che si differenziano tra loro per lo stato fisico. A temperatura ambiente, i grassi sono solidi e gli oli sono liquidi. Questo è dovuto alla composizione degli acidi grassi. I grassi contengono più acidi grassi saturi, gli oli contengono più acidi grassi insaturi.

Solitamente i grassi sono di origine animale e gli oli sono di origine vegetale, ma questo non è sempre vero. Gli oli di semi o frutti tropicali (olio di palma) non sono liquidi ma solidi. L'olio di palma e di cocco sono semisolidi. Il burro di cacao è di origine vegetale. Non è vero che tutti gli oli sono di origine vegetale, alcuni sono di origine animale come gli oli di pesce. La composizione lipidica degli oli di pesce è diversa tra le varie specie ma è diversa anche all'interno della stessa specie (dipende se sono pesci di allevamento o pescati in mare aperto). Ci sono differenze anche in base al tipo di alimentazione. In generale, i lipidi dei pesci hanno una forte componente insatura quindi sono liquidi.

Olio di palma

L'olio di palma è stato demonizzato, al di là della deforestazione, perché è un solido e quindi contiene acidi grassi saturi e anche per la qualità. L'olio di palma con qualità molto bassa deve essere raffinato in maniera molto energica (temperature più drastiche, maggior quantità di solventi utilizzati) e questo impatta molto sul prodotto finito. Durante questo processo si formano delle sostanze secondarie, alcune delle quali sono nocive per la salute. Bisogna fare attenzione con cosa viene sostituito (l'olio di cocco è peggiore dell'olio di palma). A volte viene inserito l'olio di palmisto che deriva dal seme (quello di palma deriva dalla polpa del frutto). Olio di palma e di palmisto hanno una composizione diversa ma entrambi hanno un'elevata percentuale di acidi grassi saturi.

Nei prodotti dolciari e di pasticceria si utilizzano i grassi piuttosto che gli oli perché hanno una maggiore conservabilità (si ossidano più facilmente) e perché rendono il prodotto più soffice.

Tipi di lipidi

• Lipidi idrolizzabili: dall'idrolisi si ottengono gli acidi grassi. Negli alimenti sono i più abbondanti e contengono al loro interno almeno una molecola di acido grasso.
• Lipidi non idrolizzabili: costituiscono la frazione minoritaria dei lipidi alimentari. Possono essere i prodotti dell'idrolisi quindi acidi grassi liberi oppure sono delle molecole completamente differenti dagli acidi grassi.

Gliceridi o acilgliceroli

I gliceridi o acilgliceroli sono costituiti da acidi grassi esterificati. Sono degli esteri del glicerolo (o glicerina). Il glicerolo ha 3 gruppi -OH, quindi, in base al grado di esterificazione, i gliceridi si suddividono in monogliceridi, digliceridi e trigliceridi (o triacilglicerolo). Nel trigliceride tutte e 3 le funzioni alcoliche sono impiegate nel legame estereo con 3 acidi grassi (acido carbossilico + alcol → estere). I trigliceridi possono essere costituiti da 3 acidi grassi uguali oppure possono essere diversi. I trigliceridi sono i più apolari rispetto ai monogliceridi e ai digliceridi. Quando subiscono idrolisi possono formarsi i mono- o i digliceridi. I mono- e i digliceridi sono naturalmente molto meno presenti rispetto ai trigliceridi negli alimenti, ma possono essere aggiunti come additivi alimentari. Queste sostanze hanno una parte di molecola apolare e una parte polare e quindi vengono aggiunti come emulsionanti (permettono di unire la fase oleosa alla fase acquosa perché si vanno a disporre all'interfaccia).

A livello quantitativo, quelli maggiormente presenti nell'alimento sono i trigliceridi. Sono molecole totalmente apolari. Vanno a costituire il tessuto adiposo. Possono essere semplici se la catena R è sempre la stessa, oppure se gli acidi grassi che contengono sono diversi. I mono e i digliceridi si formano in opportune condizioni tramite idrolisi dei trigliceridi. Oltre a formarsi questi composti, si avranno anche acidi grassi liberi che fanno aumentare l'acidità dell'alimento (gli oli sono buoni quando l'acidità è bassa).

Per esempio, sotto gli alberi si mettono delle reti per impedire alle olive di cadere a terra, altrimenti si romperebbero. Rompendosi, al loro interno entra l'umidità che insieme alla lipasi catalizza la reazione di idrolisi e quindi l'acidità dell'olio aumenterebbe. Le olive per produrre un olio devono essere raccolte integre, sane e al giusto punto di maturazione. Nell'oliva troppo matura abbiamo una maggiore presenza di mono- e digliceridi derivanti da una sintesi incompleta di trigliceridi.

Acidi grassi

Gli acidi grassi più abbondanti in natura solitamente hanno un numero pari di atomi di carbonio (le subunità hanno due atomi di carbonio). I lipidi del latte sono un'eccezione, costituiscono la frazione lipidica più complessa che si conosca e per questo contengono una traccia di acidi grassi con un numero dispari di atomi di carbonio. Le catene carboniose principalmente sono catene lineari. Nei lipidi del latte troviamo degli acidi grassi con catene ramificate. Questo è dovuto al fatto che le mucche possiedono dei batteri in grado di compiere delle trasformazioni sui lipidi.

Gli acidi grassi possono essere saturi, monoinsaturi o polinsaturi. Negli acidi grassi saturi non abbiamo doppi legami; quelli monoinsaturi e polinsaturi invece presentano doppi legami. In natura, gli acidi grassi sono presenti prevalentemente nella forma cis (gli acidi grassi trans derivano da procedimenti industriali. Un esempio è l'ottenimento delle margarine di vecchia generazione o margarine idrogenate → si ottengono dagli oli per idrogenazione catalitica. Alcuni doppi legami non vengono saturati e si richiudono nella forma termodinamicamente più stabile, cioè nella forma trans. Quando in etichetta leggiamo “non contiene grassi idrogenati” vuol dire che non contiene acidi grassi trans).

I lipidi del latte contengono una percentuale bassissima di acidi grassi trans, ma la percentuale è così bassa che a livello nutrizionale non ha nessun significato. In natura, se sono presenti più doppi legami, questi sono in posizione non coniugata e sono separati da un ponte metilenico. L'eccezione è sempre presente in tracce nei lipidi del latte.

Gli acidi grassi presenti nell'organismo dei mammiferi in parte derivano dalla dieta e in parte vengono sintetizzati direttamente dall'organismo. La biosintesi avviene principalmente a livello del tessuto epatico e, in misura minore, in alcuni tessuti extraepatici come sistema nervoso centrale, piastrine, neutrofili e miociti.

Classificazione degli acidi grassi

• Catena corta: da 2 a 6 atomi di carbonio
• Catena media: da 6 a 12 atomi di carbonio
• Catena lunga: più di 14 atomi di carbonio

Le catene insature sono reattive. Possono sommare idrogeno in presenza di catalizzatori, avviene una riduzione catalitica. È usata per aumentare il punto di fusione e preparare grassi solidi (produzione di margarine) ma ha conseguenze nutrizionali negative per la formazione di acidi grassi trans. Anche gli acidi grassi trans aumentano il punto di fusione perché hanno una conformazione spaziale più simile a quella dei saturi e quindi hanno proprietà più simili a loro.

Le catene insature sono anche esposte a processi ossidativi favoriti dalle alte temperature (es. frittura), dalla luce e da altri catalizzatori come i metalli. Le conseguenze nutrizionali sono negative perché si formano dei prodotti di ossidazione dannosi. Per la frittura, gli oli meno adatti sono quelli ricchi di acidi grassi insaturi (es. olio di soia) perché alle alte temperature, gli acidi grassi insaturi si ossidano più facilmente. L'olio di oliva è ricco di acido oleico, un acido grasso monoinsaturo che resiste bene alle alte temperature. L'olio di oliva è un buon compromesso tra gli acidi grassi saturi e i polinsaturi.

Effetto degli acidi grassi sul metabolismo del colesterolo

L'effetto principale degli acidi grassi sul nostro organismo è legato al colesterolo. Il colesterolo è una molecola lipidica fortemente presente negli alimenti di origine animale (è meno presente negli alimenti di origine vegetale). Per quanto riguarda l'assorbimento, abbiamo un diverso meccanismo interindividuale, cioè alcune persone ne assorbono in grande quantità, altre meno. Una volta assorbito, va in circolo e viene trasportato dalle lipoproteine plasmatiche. Le lipoproteine plasmatiche, a seconda dei costituenti, si classificano in proteine a bassa, molto bassa e alta densità. Il colesterolo viene trasportato in particolare dalle HDL (colesterolo buono) e dalle LDL (colesterolo cattivo).

Le HDL sono proteine ad alta densità con componente proteica maggioritaria, tendono a prelevare il colesterolo dai distretti periferici del nostro organismo e portarlo al fegato. Le LDL sono proteine a bassa densità con componente lipidica maggioritaria, tendono a prendere il colesterolo e a portarlo verso la periferia del nostro organismo dove viene depositato a livello vasale dando origine alle placche ateromatose e a problemi cardiovascolari.

Gli acidi grassi saturi, in particolare quelli che hanno una lunghezza compresa tra 12 e 16 atomi di carbonio, aumentano il colesterolo totale circolante e le LDL (colesterolo cattivo) e non hanno effetto sulle HDL (colesterolo buono). Gli acidi grassi insaturi trans sono peggio degli acidi grassi saturi perché fanno aumentare il colesterolo totale e le LDL e tendono ad abbassare le HDL. Gli acidi grassi monoinsaturi e polinsaturi fanno diminuire il colesterolo totale e le LDL e fanno aumentare le HDL. I polinsaturi hanno un effetto più intenso dei monoinsaturi.

Acidi grassi trans

Gli acidi grassi trans sono quelli che hanno un effetto nutrizionale maggiormente negativo. Si formano prevalentemente durante dei trattamenti industriali oppure durante le cotture molto prolungate. Si formano anche per ossidazione. Esistono dei livelli massimi consentiti all'interno degli alimenti. Non può essere superata la quantità di 2 g/100 g di grasso nei prodotti per vendita diretta. Negli alimenti venduti all'ingrosso, il superamento di questo valore deve essere segnalato all'azienda che compra quella materia prima in modo che la utilizzi diluendola, facendo sì che nei suoi prodotti la quantità di trans non superi il livello massimo. C'è l'obbligo di indicazione in etichetta se tale quantità viene superata nelle materie prime industriali. Questa legge è stata aggiornata il 24 aprile del 2019 (2019/649) e gli alimenti non conformi potevano essere venduti fino ad aprile 2021. Questo è stato fatto per salvaguardare la salute dei consumatori.

Ossidazione degli oli

Gli oli che subiscono più facilmente l'ossidazione sono quelli particolarmente ricchi di acidi grassi polinsaturi. Per capire il grado di insaturazione posso andare a valutare il numero di iodio. Lo iodio si addiziona ai doppi legami, quindi, più è alto questo parametro, maggiore è la presenza di doppi legami. Per scegliere un olio adatto alla frittura devo valutare il numero di iodio e il punto di fumo (momento in cui il glicerolo si degrada e l'olio inizia a fumare). Avere un basso numero di iodio e un alto punto di fumo sono caratteristiche fondamentali per scegliere un olio soprattutto per la frittura e a caldo. Si sceglie il miglior compromesso tra polinsaturi e saturi, quindi si scelgono oli ricchi di monoinsaturi. Si può usare l'olio di oliva oppure l'olio di arachidi (ha composizione simile all'olio di oliva). L'olio di girasole è meno costoso di questi oli ma in commercio ne esistono due varietà: quella ad alto oleico e quella a basso oleico. Per la frittura bisogna scegliere la varietà ad alto oleico. Per ottenere delle varietà di girasole con alto oleico sono stati fatti degli incroci tra varie specie che hanno portato ad acquisire una mutazione genetica.

Alcuni acidi grassi sono essenziali. Sono l'acido linoleico e l'acido linolenico. Questi acidi grassi non possono essere sintetizzati dall'organismo, quindi devono essere introdotti con la dieta. La distribuzione degli acidi grassi degli oli è specifica. A seconda dell'olio che consumo avrò delle frazioni differenti di acidi grassi.

Gli acidi grassi saturi sono presenti principalmente negli alimenti di origine animale (50% degli acidi grassi totali).