Biochimica alimentare

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SCHEMA BIOCHIMICA Soluzione di alcol: prolamine (gliadine nel frumento; secaline)

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L'interazione proteine-ambiente definisce le caratteristiche del prodotto: texture, non solubili in un sistema alimentare: scleroproteine

modalità di conservazione, consistenza degli impasti... La solubilità può variare in base a fattori ambientali (non cambia la struttura nativa)

Regolo le interazioni tra proteine e macromolecole in modo da controllare le o per denaturazione.

caratteristiche del prodotto.

Le modificazioni proteiche possono essere: CASO 1: Forza ionica

Aumento la concentrazione dei sali in soluzione; essi dissociano, si idratano e

1. strutturali: modifica della funzione strutturale (actina miosina) o della l'acqua così non interagisce più con le proteine che espongono le regioni

struttura (denaturazioni) idrofobiche e nel mentre a causa dell'azione dei sali vedono le proprie cariche

2. funzionali: modifica di enzimi (funzione di conservazione o schermarsi, così sono costrette ad aggregarsi e poi precipitano (salting out) →

protetecnologica) diminuisce la solubilità. In questo caso la struttura della proteina non è cambiata

ACQUA: nell'alimento ha 3 ruoli:

• (fattore ambientale). Se allontano il sale ritornano solubili → processo reversibile.

solvente

• Conta anche la natura del sale; alcuni hanno un'azione più o meno violenta e

strutturante: influenza i sistemi tridimensionali quindi oltre a schermare modificano la struttura.

Suddividiamo l'acqua in base alla funzione strutturante in:

• I sali sono classificati in base alla loro affinità con l'acqua: strutturanti (sfera di

acqua pura Aw=1

• idratazione elevata), destrutturanti (sfera non elevata; rompono le coppie ioniche

acqua libera Aw=0.8-0.9 è a disposizione dell'attività microbica e delle delle proteine; SOLO IN QUESTO CASO HO DENATURAZIONE)

reazioni enzimatiche

• acqua coordinata Aw=0.8-0.25 solo per le reazioni enzimatiche (non ho CASO 2: pH

crescita microbica)

• se ho un pH elevato o basso la proteina è solubile; al PI però ho carica netta 0 e

acqua legata Aw=0.25-0.0 non congela mai; è un mezzo di reazione: sia quindi le proteine si aggregano e precipitano. Non ho modificazioni strutturali,

per MO che per enzimi tranne che a range limite di pH (proprio di ogni proteina).

Water Holding Capacity: capacità all'interno di un alimento di trattenere l'acqua la

quale altrimenti migrerebbe verso la superficie modificando la texture. La misuro Applicazioni variazione della solubilità negli alimenti:

tramite l'attività dell'acqua; in particolare guardando l'acqua legata, coordinata e • classificazione proteine nei cereali: citoplasmatiche (albumine e globuline)

libera. e di riserva (prolamine e glutenine)

L'interazione tra proteine-micromolecole può essere positiva (solubilizza i • controllo dei trattamenti termici: a pH 4.6 le caseine precipitano e se sono

micronutrienti es. ferro) o negativa (lega fortemente le vitamine) denaturate (hanno subito trattamento termico) precipitano anche le

Interazioni proteine-solvente: l'interazione proteine-acqua definisce la solubilità. La sieroproteine. Più trattamenti ho fatto, più sieroproteine avrò.

solubilità è influenzata da:

• caratteristiche ambientali: forza ionica, pH, presenza di metalli

• Modificazioni tecnologiche della solubilità:

struttura della proteina: nativa più solubile, denaturata meno solubile. • utilizzo il pH come agente modificante → formaggio

Classifichiamo in base alla solubilità in diversi mezzi: •

• riscaldo, acidifico e salo il latte → ricotta

water: albumine (sieroalbumine, lattoalbumine nel latte) •

• aggiunta di ioni metallici → tofu

soluzioni saline: globuline (immunoglobuline) possono essere fattori anti- • albumina subisce un trattamento termico: meringa o uovo sodo.

nutrizionali in quanto inibitori di proteasi. •

• Enzimi: tagliano le strutture in complessi più piccoli ed aumenta la

Soluzione alcaline o acide: gluteline (caseine nel latte; glutenine nel solubilità (birra)

frumento)

Gel: sostanza che evidenzia proprietà simili ad un sistema solido dove sono particolari caratteristiche: formaggio fuso, mozzarella per la pizza.

presenti grandi quantità di solvente. Posso modificare il pK dei gruppi fosfati e di conseguenza modifico l'associazione

con il calcio, oppure utilizzo un agente chelante che modifica la funzione del calcio

RICOTTA: gel irreversibile stabilizzato da interazioni idrofobiche ed elettrostatiche. (e quindi le interazioni tra submicelle). Otteniamo il formaggio fuso.

Prodotto dalle sieroproteine, contiene lipidi+acqua.

Acidifico con acido citrico il siero, riscaldo a 90°, sosta per 30 minuti, e raffreddo → COLLAGENE: gel REVERSIBILE stabilizzato da interazioni elettrostatiche, legami

si forma un gel dall'interazione di beta-latto-globuline e alfa-latto-globuline, idrogeno e legami covalenti. Se scaldo disorganizo i legami H, il collagene

stabilizzato da interazioni elettrostatiche idrofobiche. Le proteine a causa del calore solubilizza; se raffreddo le proteine si riorganizzano formando una rete stabilizzata

e dall'acidificazione denaturano e creano nuove strutture quaternarie che da legami H che ingloba acqua.

inglobano acqua e lipidi. TOFU: gel irreversibile formato da globuline della soia ricche di residui

UOVO SODO: gel irreversibile, stabilizzato da interazioni covalenti di tipo S-S e amminoacidici acidi; aggiungo il calcio si forma una rete proteica stabilizzata da

idrofobiche. Le ovoalbumine sono ricche di cisteine (tanto solfo), hanno 17 residui interazioni elettrostatiche. Può inglobare lipidi o acqua per una texture migliore;

di cisteina che formano 8 ponti intracatena mentre quello spaiato rimane uso il calcio che è meno amaro.

all'interno della struttura. Scaldo, denaturo e l'SH spaiato viene esposto e

interagisce con un ponte S-S determinandone la rottura e avviene lo scambio di Ruolo delle proteine nella stabilizzazione di duo fasi che altrimenti sarebbero

disolfuro. Il nuovo SH a sua volta interagisce con altri ponti e ciò crea un reticolo separate.

ben ordinato stabilizzato da interazioni S-S; e permette l'interazione con alte SOL: fase continua liquida la cui interno è dispersa una fase solida (caseine nel

proteine (ponte intercatena) latte)

EMULSIONE: fase liquida idrofilica al cui interno è contenuta un fase liquida

FORMAGGIO: ger irreversibile stabilizzato da interazioni elettrostatiche e idrofobica.

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idrofobiche. Maionese: le proteine del tuorlo hanno esposte le regioni idrofiliche,

Alfas1, alfa s2, beta: tramite azione meccanica denaturo e la proteina espone le zone

• non hanno una separazione di zone (idrofiliche-idrofobiche) idrofobiche che si legano all'olio → inglobo la sostanza grassa.

• elevato contenuto di serina e prolina (sono quelle delle curve) e sono La denaturazione deve essere controllata (azione meccanica regolare) e l'olio va

cariche negativamente. La serina può andare in contro a modificazioni post- aggiunto piano (altrimenti impazzisce – separazione nette fasi)

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traduzionali (fosforilazione e glicosidazione) → ciò porta la proteina ad assumere Burro: emulsione inversa; incorporo l'acqua in una matrice grassa.

una struttura random!

K-caseina: le zone idrofobiche sono concentrate verso la parte centrale; ci sono SCHIUMA: liquido idrofilico e un gas

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due residui di cisteina che formano un ponte. meringa: monto l'albume e per azione meccanica denaturo e inglobo aria

Per raggiungere una stabilità di cariche in ambiente acquoso deve creare delle → si forma una schiuma per scambio di residui S-S che formano un

micelle: risultato dell'associazione delle 4 caseine in una struttura che permette la reticolo che trattiene l'area.

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stabilità in acqua. Le caseine si associano in submicelle in modo da nascondere le Impasto: glutenine e gliadine si denaturano per azione meccanica

parti idrofobiche; il calcio fa da ponte e stabilizza i fosfati delle caseine stabilizzando formando il glutine (rete proteica stabilizzata da S-S e idrofobiche) che

la struttura e garantendo l'aggregazione. La micella è quindi stabilizzata da legami incorpora i gas che si sviluppano dalla lievitazione. Il sistema è però

elettrostatici mediati dal calcio e interazioni idrofobiche tra submicelle. instabile e quindi devo cuocerlo altrimenti si smolla. La struttura è formata

Posso modificare le interazioni tra le submicelle in modo da avere prodotti con da alveoli al cui interno c'è l'aria; le parti idrofobiche sono esposte

all'ambiente idrofobico, mentre le idrofiliche verso la fase acquosa allergeniche.

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continua. Le cause di instabilità: permeabilità del gas (esce dalla struttura), Proteine vegetali: proteine del pisello, soia, glutine e lenticchia.

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scorrimento dell'acqua verso in punti nodali, evaporazione dell'acqua. Per Soia: funziona bene ma è un OGM

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rallentare questi processi controllo la T o faccio un intervento Lenticchia: funziona male

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ingredientistico (aggiungo zucchero per aumentare la viscosità). Glutine: funziona male, crea allergie → dovrei dichiararlo

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Caratteristiche delle proteine in schiume ed emulsioni: Pisello: funziona bene e non va dichiarato

• entrambe devono avere zone idrofobiche e idrofiliche bilanciate Li confronto misurando la variazione di torbidità in diversi campioni di mosto.

• per la schiuma devono essere solubili nella zona continua Dopo aver chiarificato controllo la variazione dell'aroma: in alcuni casi possono

• per le emulsioni può essere stabilizzata da proteine non perfettamente perdere parte della componente aromatica.

solubili; l'importante è che espongano le zone idrofobiche. Denaturazione da processo delle proteine alimentari: distinguiamo i trattamenti in

base all'agente modificante

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MICROEMULSIONI: uso una sostanza solida per dare più rigidità all'emulsione in agenti fisici: calore e azione meccanica.

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quanto non avviene la compenetrazione tra fasi. La parte solida è rappresentata da agenti chimici: pH, glicosidazione, isomerizzazione..

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nanoparticelle. Ho caratteristiche differenti come si evince dallo spettro di agenti microbiologici e enzimatici: i cui prodotti sono peptidi e singoli

fluorescenza. amminoacidi.

Fluorescenza: tecnica spettroscopica che sfrutta la capacità di alcune specie Utilizzati per produrre prodotti come pasta, pane, formaggio..

chimiche di riflettere in un salto quantico discreto e ampio l'energia assorbita sotto Denaturazione termica: non ho la rottura del legame peptidico, ma cambiano le

forma di radiazione luminosa. interazione interne deboli (legami non covalenti; idrofobiche e S-S). l'effetto del

La lunghezza d'onda di emissione è superiore rispetto a quella di eccitazione. trattamento termico dipende dall'intensità del trattamento e dal tempo di

Spettro: caratterizzato dall'intensità di fluorescenza e dalla lunghezza d'onda del processo; il primo bersaglio sono:

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massimo d'emissione. cellule intere

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Le capacità emulsionanti delle proteine si hanno quando non sono denaturate. piccole molecole

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Le proteine trattengono i compisti volatili (aromi..) quindi possono essere integrate polimeri strutturati

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nella matrice per trattenere gli aromi. polimeri non strutturati

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ES: l'albumina del siero è in grado di legare acidi grassi (potenzialmente volati) spore

all'interno di una tasca idrofobica, ma se viene denaturata perde questa capacità. Con questo trattamento le proteine si denaturano a causa della disorganizzazione

dell'acqua intorno alle proteine. La denaturazione in questo caso può essere

Interazione proteine con i polifenoli: i polifenoli (antiossidanti) si legano reversibile o irreversibile e la struttura che la proteina acquista durante il processo

fortemente alle proteine modificando il funzionamento di alcuni enzimi è chiamata struttura transiente. L'effetto del trattamento dipende anche

→ assorbiamo meno peptidi. dall'ambiente intorno alla proteina: possono esserci composti che interagiscono

Nel vino posso influenzare positivamente il colore o formare degli aggregati che con la forma transiente o che la proteggono.

precipitano dando torbidità, quindi il mosto viene chiarificato in modo da eliminare 1. Primaria: non cambia niente a livello della sequenza amminoacidica

quest'ultimi. L'operazione di chiarifica migliora le propietà organolettiche (nei perché il legame peptidico non viene rotto, ma possono esserci

bianche migliora la stabilità): aggiungo proteine con affinità verso i polifenoli che modificazioni dei gruppi R (viene modificata di conseguenza la digeribilità

mi danno fastidio. ???? e il valore nutrizionale del prodotto). Reazione di Maillard tra una lisina e

Uso diversi tipi di proteine: lo zucchero; la lisina non è più utilizzabile perché non viene riconosciuta

• Beta-siero-albumina o ovoalbumina: vanno dichiarate in quanto sostanze dagli enzimi. È come se lo zucchero diventasse il nuovo R. La struttura

della proteina è più accessibile dagli zuccheri se è denaturata denaturare la proteine e aggiungere marcatori ottenendo una curva di titolazione

ottenendo le seguenti informazioni:

2. Secondaria e terziaria: sono influenzate dalla modifica dell'acqua intorno • Fluorescenza max: equivale al numero delle regioni idrofobiche (rilevo la

alla loro struttura e quindi si modifica l'interazione proteina-ambiente → variazione del numero di siti)

influenza le interazioni che stabilizzano la struttura della proteina e quindi • Costante di dissociazione: ci da informazioni relativa l'affinità tra il

la sua biodisponibilità e l'attività biologica. marcatore e la proteina (variazione regioni idrofobiche)

Per vedere queste modificazioni → Metodi di rilevazione delle modificazioni delle Il rapporto tra questi due parametri si chiama indice di idrofobicità superficiale.

proteine: senza danneggiare la struttura Analizzo campioni con diversa concentrazione della proteina e scopro che più è

1. misura dell'assorbanza: metodo che si basa sulla misura della fluorescenza concentrata meno si denatura (come prima).

del triptofano. Faccio uno spettro di fluorescenza e noto che il triptofano Utilizzando questo metodo riesco a distinguere un latte pastorizzato da uno sterile

riemette la luce a frequenze differenti a seconda della struttura in cui si (il primo ha subito trattamento termico → sieroproteine denaturate), ma non lo

trova il tiptofano (nativa-denaturata). distinguo da un UHT (entrambi hanno subito un trattamento termico). UTILE PER

ES. ALA ha tre residui di triptofano: dopo la pastorizzazione si denatura e lo vedo LE FRODI

con la fluorescenza:

• 2. Misura dell'assorbanza tramite l'utilizzo di marcatori: si basa sull'utilizzo di

ALA legata al calcio: siero del latte ottenuto per precipitazione isoelettrica. PROB (marcatori) unito alla spettroscopia. Utilizzo una sonda per mappare

Abbiamo una oloproteina; faccio la fluorescenza e vedo che fino a 60° non i gruppi R degli amminoacidi (tra i più comuni uso quello che analizza gli

ho modificazioni del max di emissioni (non denatura), dopo i 60° inizia a SH della cisteina). La sonda interagisce con l'SH e quindi il gruppo

modificarsi (denaturazione).

• idrofobico entra in risonanza emettendo una luce differente dalle altre. Se

ALA senza calcio: siero del latte ottenuto per coagulazione enzimatica. la proteina è nativa l'SH è interno quindi il marcatore non si lega e non

Abbiamo una apoproteina; dopo i 40° inizia già a denaturarsi emette luce, se invece la proteina è denaturata il marcatore si lega ed

In base a ciò che voglio ottenere uso uno piuttosto che l'altro. emette luce.

Ne conosco quindi la T critica → Aumentando la temperatura la velocità di esposizione aumenta

Se titolo con i marcatori durante il trattamento ed ottengo un valore x di

ES. BLG ha due residui di triptofano emissione, e a fine trattamento un valore y inferiore parte delle denaturazioni

Considero tre sieri con concentrazione di BLG diversa: confrontando i max di erano reversibili.

emissione notiamo che più la proteina è concentrata, più è meglio.

Ogni triptofano riemette l'onda in modo diverso all'interno della stessa proteina e La struttura quaternaria è alla base delle proprietà delle proteine e dei polimeri

ciò che ottengo (sul grafico) è una media dell'emissione dei tre. proteici.

Formazione polimeri: sono stabilizzati da interazioni covalenti di tipo idrofobico e

Gli altri due metodi si basano sull'utilizzo di marcatori (danno indicazioni rispetto dagli scambi di disolfuro. Le proteine coinvolte negli scambi di disolfuro devono

alla modificazioni avvenute) avere dei gruppi SH ce con il trattamento termico diventano reattive nei confronti

1. Mappatura regioni idrofobiche superficiali: si basa sulla fluorescenza. I delle interazioni SS intracatena; interferiscono rompendo i legami SS,

marcatori si legano alle zone idrofobiche superficiali (non entrano nelle appropriandosi dell'S formando un nuovo SS e un SH (si scambiano) per cui si crea

proteina); quando si denatura le parti idrofobiche vengono esposte e i un polimero nuovo. Ciò è un problema negli impianti perché a seguito di

marcatori si legano, quindi avrò una risposta differente (fluorescenza) dalla trattamenti termici se i polimeri sono troppo lunghi precipitano, si aggregano e

nativa. Se non si denatura non ho cambiamento. formano le incrostazioni.

Esistono diversi tipi di marcatori a seconda dell'ingombro sferico, della proteina ecc La formazione di incrostazione dipende dai processi di preriscaldamento e di

e posso anche usare marcatori di diverso tipo contemporaneamente. Posso

raffreddamento negli impianti; più lentamente il latte veniva esposto al calore membrana (vecchia+caseine).