Biochimica alimentare

Biochimica alimentare

Interazione delle proteine con l’acqua

In molti alimentii l’acqua è il componente principalei in alcuni è il 50%. Condiziona la hntelf life del prodotoi

l’interazione e la trahnformabilità.

L’acqua non è tuta uuualei hni hnuddivide in 4 tipi cte pohnhnono ehnhnere tut prehnenti o hnolo alcuni in un

alimento:

 tipo Io: acqua purai con un’atvità dell’acqua pari a 1

 tipo III: acqua liberai con atvità dell’acqua atorno a 0i,-0i9 in cui hnono hnolubilizzati dei hnali

 tipo II: acqua coordinata. Si oruanizza intorno a una proteina e ta un’atvità comprehna fra 0.,-0.25

 tipo I: acqua fortemente leuata; alle macromolecole come polihnaccaridii lipidi e altre hnohntanze.

Il tipo di acqua infuenza le funzioni cte può avere l’acqua all’interno di un alimento percté condiziona la

funzione hnolvente (hncouliere al hnuo interno un compohnto piccoloi uno ione) e quindi condizionare uli

equilibri ohnmoticii il pH. Può avere una funzione hntruturantei condiziona la hntrutura tridimenhnionale di una

molecola. È un mezzo di reazionei uli enzimi ne tanno bihnouno.

Come quehnti tipi di acqua infuenzano uli alimenti?

Per la crehncita di un MO e un’atvità enzimaticai l’acqua di tipo III è quella più importante. Facilita certi

enzimi piutohnto cte altri come quelli dell’imbrunimento non enzimatico. L’acqua coordinata condiziona la

hntrutura di una proteinai quindi la capacità di avere un certo livello.

Se l’acqua è coordinatai tipo IIi non hnarà dihnponibile per altre reazioni e quindi conferihnce la capacità di

tratenere acquai percté ehnhnendo coordinata con la proteina non hni hnepara dal rehnto dell’alimento. Quehnto

tipo di acqua condiziona atvità enzimaticoi ed è ancte una protezione da reazioni ohnhnidative e

dall’imbrunimento non enzimatico. C’è una compartimentazione nell’alimento dovuto all’acquai hne quehnta

hni toulie l’interazione fra triuliceridi e proteine è favorita e molecole cte prima non erano facilmente

ohnhnidabili lo diventano. L’acqua di tipo II viene mantenuta all’interno di un alimento.

L’acqua di tipo I non conuela. In un procehnhno di ehnhniccamento non avviene l’eliminazione di quehnto tipo di

acquai hni hnpenderebbe una urande quantità di eneruiai e ancte qui le proteine potrebbero interauire con i

lipidi (cte erano protet dall’acqua). Se l’ohnhniueno viene in contato con i lipidi provoca l’irrancidimento.

In un alimento hnono prehnenti in proporzioni diverhni quehnti tre tipi di acqua.

Proprietà delle proteine in un alimento

Interazione acqua/proteina: può avvenire una hneparazione totale della proteina (efeto indehniderato)

oppure hni hnolubilizza. SOLUBILIZZAZIONE: rendere proteine hnolubili. Solubilità intehna nel hnenhno più alto del

terminei come hntrutura tridimenhnionale di una proteina e la hnua capacità di fare ancte da ponte con altre

hnohntanze cte potrebbero non ehnhnere prehnenti in maniera uniforme nell’alimento.

Interazione proteine/micromolecole: condiziona il fato cte quehnte piccole molecole hniano dihnponibili.

Pohnhnono avere efet pohnitivi e alcuni neuativi. Ehn: alcune proteine hnono leuatei in oriuinei a delle vitamine.

Alcune proteine leuano compohnti aromaticii cte nell’alimento è un fatore pohnitivo poictéi ehnhnendo volatilei

evitano cte hne ne vadano dall’alimento.

Interazione proteine/lipidi: interfacciali. Una proteina può hntare in un ambiente idroflico mentre un lipide

è idrofobico. La proteine inuloba il lipide cte va a trovarhni hnull’interfaccia nella reuione idrofobica cte forma

la proteinai hni forma l’emulsione. Un altro ehnempio hnono le hnctiumei interazioni tra ambiente idrofobico

(aria) cte dà una certa hntruturai il rehnto dell’ambiente è acqua. Quehnti due ambienti diverhni hnono hntabilizzati

da proteine.

Interazione proteine/proteine: formano reticoli tridimenhnionali proteicii i uelhn.

Fatori che infuenzano la solubilità

Forza ionica: concentrazione hnalina prehnente in un ambiente. Si può aumentare o diminuire e oltre certi

limiti può aumentare o diminuire la hnolubilità della proteina SENZA cambiarne la hntrutura.

pH: la hnolubilità di una proteina è leuata la pH e al punto ihnoeletrico in cui ta la proteina ta una hnolubilità

minima.

Presenza di metalli e il loro stato: quello più utilizzato per cambiare la hnolubilità di una proteina è il calcio.

In quehnte modifcazioni indote dall’ambientei la proteina mantiene la hnua hntrutura nativa. Nel cahno dei hnali

una proteine può non ehnhnere più hnolubile ma mantiene la hntrutura nativai o una proteina cte non più

hnolubile ma con hntrutura denaturata.

Proteine che si solubilizzano in acqua: albumine. Nei cereali hnono molti enzimii la amilahni hnono albumine.

Proteine che si solubilizzano in soluzione acquose contenenti sali: ulobuline. Ehn: immunoulobulinei beta-

latoulobulina.

Proteine solubili di alcol: prolamine. Nel cahno del frumento hnono ctiamate uliadine.

Proteine solubili solo in ambienti acidi o alcalini: ulutenine (nel cahno di cereali e frumento). Le uliadine e le

ulutenine cohntituihncono il ulutine.

Forza ionica

Come condiziona la hnolubilità di una proteina la forza ionica?

Concentrazione a forza ionica molto bahnhna cte facilita la hnolubilizzazione di una proteinai SALTING IN.

Saltinu in: forza ionica per la quale hni ta la hnolubilizzazione di una proteina.

Si auuiunuono dei hnali e aumenta la forza ionicai hni arriva alla condizione per cui la forza ionica favorihnce

l’auureuazione delle proteinei diventano meno hnolubilii fno a punto tale in cui precipitano.

Altro ahnpeto importante: nelle condizioni in cui to hnaltinu in e hnaltinu outi la hntrutura tridimenhnionale della

proteina non cambia. Nel primo cahno hni avrà una proteina con la hnua hntrutura tridimenhnionale nativa cte è

perfetamente hnolubile. Nel cahno in cui è precipitatai la hnua hntrutura non è cambiata ma è variata hnolo la hnua

hnolubilità. Molto hnpehnhno il hnaltinu out è uhnato per conhnervare proteine la cui hntrutura è molto importante

per l’atvità cte hnvoluono. Se una proteina è auureuata in forma nativa è una hntrutura più hntabilei una

forma per conhnervare mauuiormente la hnua hntrutura.

In saltinn in e saltinn out varia solo la solubilità di una proteina senza alterarne la sua strutura

tridimensionale.

Se nell’alimento hni ta una proteina modifcata percté la concentrazione hnalina è cambiatai la hnua hntrutura

tridimenhnionale non è cambiata. Se la hntrutura cambia non è dovuto a hnaltinu in e hnaltinu out.

Perché un sale va a modifcare la solubilità di una proteina?

Nel momento in cui auuiunuo ad un hnolvente il hnalei il hnale hni hncioulie percté intorno allo ione (catione e

anione) hni forma una hnfera di idratazionei hnfera d’acqua cte hni oruanizza e hnolubilizza intorno allo ione. Ad

un certo puntoi hni avrà uno ione neuativo e uno pohnitivo. Come primo efetoi una volta cte lo ione hni idrata

avrà una carica neta e può interauire con le caricte hnuperfciali delle proteine. Nel cahno di uno ione pohnitivo

interauirà con le caricte neuativei andrà a hnctermarle in parte e quindi faciliterà ancte la dihnperhnionei la

hnolubilizzazione delle proteine percté dà una certa hntabilità.

Aumento ancora la concentrazione deuli ionii cohna hnuccede?

Primo efeto: uli ioni vanno a hnctermare le caricte hnuperfciali delle proteine quindi una proteina avrà

meno caricte nete. Le forze delle proteine prehnenti in hnoluzione venuono a diminuire e viene favorita

l’ahnhnociazione tra proteine percté non ci hnono più le caricte hnuperfciali cte le tenuono lontane.

Se hni continua ad auuiunuere hnale la hnoluzione diventa hnatura percté non c’è più a dihnpohnizione dell’acqua

per idratarei ci hnarà ancte un hnecondo efeto di competizione tra il hnale cte hni deve dihnciouliere e la

proteina prehnente in hnoluzione. Il hnale va a toccare i primi due livelli dell’acqua. L’efeto è favorire

l’ahnhnociazione tra proteinei formare forti polimeri ahnhnociati cte non sono più solubilii quindi precipitano.

Diauramma con hnolubilità in ordinate e la forza ionica in ahncihnhna. Le albumine hnono proteine cte hni

hnolubilizzano in acqua. A piccole quantità di albumine hni ta un piccolo aumento della hnolubilitài hni arriva a un

certo valore di forza ionica dove la proteina è hnolubile hnempre allo hntehnhno livello. Arrivo a un certo valore di

forza ionica e hni ta una drahntica perdita di hnolubilità.

Le ulobuline hnono proteine hnolubili in concentrazione moderata di hnalei quindi l’auuiunta di hnale facilita la

hnolubilizzazione di quehnta clahnhne di proteine. L’andamento del urafco nella prima partei nel cahno delle

ulobuline hni ta un aumento della hnolubilità fno a un valore di forza ionica dove le albumine erano uià

hnolubili. Se aumento il valore di forza ionica hni ta una diminuzionei hnaltinu out. La linea rohnhna rapprehnenta il

valore di forza ionica alla quale le ulobuline hnono inhnolubilii fahne di hnaltinu out. A quel valore di forza ionica

la albumine hnono ancora hnolubili.

Il valore di forza ionica viene uhnato per hneparare o favorire la formazione di certi auureuati formati da una

clahnhne di proteine rihnpeto ad altri. Un hnihntema è quello per hneparare uli anticorpi.

La forza ionica non è la concentrazione del hnalei NaCl e Na SO non tanno la hntehnhna forza ionica ancte hne

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tanno la hntehnhna concentrazione.

Altro ahnpeto importante è quello in cui la forza ionica in uenerale reuola la hnolubilitài ma molto hnpehnhno

dipende dalla natura del catione coinvolto. Una proteina può ehnhnere hnolubile in 1.2M NaCl ma inhnolubile in

0i4M di CaCl i cambia hnolo la carica del catione. Il catione 2+ può fare 2 interazioni eletrohntaticte con due

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caricte neuative cte hnono hnu due diverhne proteinei fan ponte e facilita la formazione di auureuati tra due

proteine. A parità di forza ionica atenzione ancte al tipo di catione prehnente percté può infuenzare

oppure no la hnolubilità. Fin ora hni è parlato di modifcazione della hnolubilità mantenendo la hntrutura

proteica inalteratai mantenendo la hnua funzione.

Non tut i hnali hnono in urado di fare hnaltinu in e hnaltinu out. Ci hnono alcuni hnali cte modifcano la hnolubilità di

una proteina percté cambiano e modifcano la hntrutura tridimenhnionalei fanno ahnhnumere alla proteina una

hntrutura diverhna da quella nativa. Primo cahno: hnolubile e inhnolubile.

Ehnempio: hnolubilità di una proteina in 1M di NaCl e in 1M NaClO i nel primo cahno è hnolubile mentre nel

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hnecondo è inhnolubile. Nel hnecondo cahnoi l’anione va a modifcare la hntrutura tridimenhnionale della proteina.

Quehnti ioni tanno la proprietà di rompere la hntrutura terziaria e hnecondaria di una proteinai vuol dire

modifcare le interazioni cte la hntabilihncono.

Secondo cahno: variazione della hnolubilità. Si auuiunuono hnempre i due hnalii in tut e due i cahni la proteina

precipita. Quehnte due proteine precipitate tanno la hntehnhna hntrutura o hntrutura diverhna?

Nel cahno del NaCl è precipitata per il hnaltinu out. Nel cahno del hnecondo motivo è precipitata hnia per aumento

della forza ionica ma hnopratuto percté la proteina ta cambiato la hnua hntrutura.

Ci hnono ioni dehntruturanti hnia pohnitivi cte neuativi lipoflicii molto piccoli e poco hnolvatatii quindi hnono ioni

cte pohnhnono penetrare all’interno della hntrutura proteica e vanno a rompere le coppie ionicte. Nella hncelta

hnaltinu in e out bihnouna porre atenzione al fato cte hni hnono hncelti hnali hntruturanti o dehntruturanti.

I hnali hntruturanti fanno hnaltinu in e hnaltinu out: amano l’acquai ta una hnfera di idratazione elevata cte con

l’interazione con una proteina hnta alla hnuperfcie.

Come ioni hntruturanti to il hnolfatoi il fohnfato. A hninihntra ci hnono quelli neuativii il ClO i il Litio. NaCl non è

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hntruturante e nemmeno dehntruturante.

 Non tut i hnali tanno lo hntehnhno efeto.

 Il fato cte la proteina precipiti o menoi dipende dalla forza ionica e non dalla concentrazione.

oariazione della solubilità dovuta al pH

Molto difcile da controllare hnulle proteine. Varia la hnolubilità percté variando il pH variano i pK di tute le

catene R deuli aa. C’è un certo valore di pH alla quale la carica neta dei uruppi R è uuualei carica 0i quindi

punto ihnoeletrico. La hnomma ulobale dei uruppi caricti deuli aa è uuuale a 0i le proteine tendono ad

ahnhnociarhni e ta il minimo di hnolubilità. Al punto ihnoeletrico hni ta il minimo di hnolubilitài hnopra e hnoto il

mahnhnimo aumento di hnolubilità. Quehnto parametro hni trova percté è il hnihntema con il quale venuono favoriti i

hnihntemi alimentari.

Applicazione di variazione della solubilità nenli alimenti

Quanto ulutine è prehnente in un determinato cereale?

Il ulutine intehno come inhnieme di proteine hnolubili in acidi o bahni deboli (ulutenine) o in alcoli (prolamine). È

importante percté tuto il rehnto delle proteine hnono hnolubili in hnoluzione di acqua o hnalinei albumine e

ulobuline. Se hni prendono due pannocctie di frumentoi il rapporto prolamine/ulutenine hnarà mauuiore

rihnpeto a quello di albumine e ulobuline. Se hni ta il urano hnaracenoi il rapporto prehnenterà molte più

albumine o ulobuline rihnpeto alle altre due.

Nel maihn ci hnono più albumine rihnpeto alle prolamine.

Nella hnemola hni uuarda la quantità di prolamine e ulutenine rihnpeto a ulobuline e albumine.

Nel frumento hni vuole capire hne è uerminato. Se il frumento è uerminato hni avrà una mauuiore atvità

enzimatica rihnpeto a uno non uerminato. Bihnouna hneparare e arricctire la frazione cte è ricca di quehnta

atvità. Gli enzimi hnono prevalentemente prehnenti nei cerealii ovvero albumine e ulobuline. Si fa una

hnolubilizzazione in Sali e quello cte rimane hni uhna per fare l’atvità enzimatica e capire hne quehnta farina

deriva da frumento uerminato. Se deriva da frumento uerminato è neuativo percté hni ta atvità cte

pohnhnono fare reazioni di Maillard; hne hni auuiunue acqua uli enzimi auihncono; ci può ehnhnere una proteolihni delle

proteine.

Solubilità in funzione del tratamento termico (calore: anente fsico)

Il calore può portare a una modifcazione hntruturale e rendere la proteina meno hnolubilei più denaturata

cte favorihnce la formazione di auureuati meno hnolubili.

Quehnta ohnhnervazione è del principio per defnire un late hne è hntato pahntorizzatoi crudoi ad alta qualità o

UHT. È noto cte il late ta una certa quantità di proteine hnolubili nel late crudo. Se hni porta il late a pH

ihnoeletrico delle cahneinei 4.6i le cahneine hnaranno inhnolubili quindi precipitano. Le hnieroproteinei dato cte

non tanno il punto ihnoeletrico delle cahneinei hnaranno hnolubili. A pH 4.6 precipitano tute le cahneine ed è

prehnente un certo valore di hnieroproteine. Se il late non era crudo ma termizzatoi quando hni andava al

punto ihnoeletrico delle cahneinei quehnte precipitanoi ma ancte le hnieroproteine in dipendenza del

tratamento termico hnubito. Se il late aveva hnubito un tratamento UHT o di pahntorizzazione a pH 4i6 la

quantità delle hnieroproteine hnolubili a quel pH dipende da quanto quehnto hnono denaturate. Se il late UHT o

hnterilei hne il late viene portato a 4.6 hnieroproteine hnolubili =0. Nel late pahntorizzato hnieroproteine hnolubilii

,0%. Il tratamento di pahntorizzazione o di alta qualitài nel primo cahno non hni erano denaturate e nel

hnecondo cahno denaturate. Da quehnto è hntata fata la leuue:

nel late pahntorizzato c’è almeno l’11% di hnieroproteine hnulle proteine totali. In quello frehnco pahntorizzato le

hnieroproteine hnono almeno il 14% delle proteine totali; il late Microfltrato Frehnco Pahntorizzato come il

precedente; il late Frehnco Pahntorizzato di Alta Qualità deve contenere almeno il 15i5% di hnieroproteine

hnulle totali e il 3i5% di urahnhni. Certe proteine in bahne alla loro hntrutura variano la hnolubilità.

Si ta quindi una variazione di hnolubilità in dipendenza dalla modifca hntruturale

Interazione fra proteine e proteine

Interazione più hnemplice: fra diverhne proteine

Quehnte interazioni pohnhnono ehnhnere determinate da diverhni fatorii e hnono alla bahne di una hnerie di

modifcazioni cte hni traducono come GELS.

Il GEL è una hnohntanza cte è hnolido ma ta la caraterihntica di contenere una urande quantità di hnolvente. Ci

interehnhnano quelli proteici. Hanno modifcazioni hntruturali a carico delle proteinei cte danno oriuine a una

hntrutura hnolida proteica cte è alla bahne della texture di diverhni prodot. Ci hnono tanti modi per clahnhnifcarli.

1: i uelhn hnono reverhnibili o irreverhnibili

2: in bahne alle interazioni tra proteine cte uenerano il uel.

Gels reversibili e irreversibili

Tut uelhn hnono irreverhnibili tranne quello in cui le proteine cte lo uenerano hnono hntabilizzate da interazioni a

idroneno. La GELATINA è reversibile. Tut uli altri ehnempi hnono irreverhnibili.

Le interazioni prevalenti cte hntabilizzano le ahnhnociazioni di uel pohnhnono ehnhnere eletrostatiche mediate dal

calcio. Un ehnempio hnono i FORMAGGI FUSIi percté al loro interno ci hnono proteine cte venuono

rioruanizzate in un’ahnhnociazione hntabilizzata dauli ioni calcio; hni crea cohnì una hntrutura proteica ricca di

acqua cte dà la texture. Altre interazioni hnono rapprehnentate da un’unione di interazioni eletrostatiche e

idrofobiche. Le proteine cte vanno a cohntituire il uel hnono ahnhnociat