Biochimica delle trasformazioni alimentari

FT-NIR: l'assorbimento del legame peptidico nella regione del vicino infrarosso

L'assorbimento del legame peptidico nella regione del vicino infrarosso è anch'esso sensibile alle interazioni del legame con altri atomi, come avviene in strutture secondarie sia ad alfa elica che a beta sheet. L'utilizzo di potenti strumenti di calcolo, come le trasformate di Fourier, consente di isolare i contributi spettrali di ciascun tipo di struttura e di analizzarli in modo quantitativo. In sistemi isolati, e quindi in proteine pure, questo sistema risulta molto efficace, ma in matrici alimentari si hanno più proteine, quindi si ottiene un'informazione che risulta essere la media di varie strutture (tecniche qualitative ma non quantitative per quanto riguarda le matrici complesse).

Esempio: Si sono fatte delle misurazioni su una matrice pasta in differenti momenti del processo di trasformazione, ottenendo delle differenti caratteristiche per ogni fase produttiva. Tali informazioni sono state ottenute, però, a seguito dell'estrazione.

Applicando una corrente alternata ad un cristallo piezoelettrico da cui passa un fascio luminoso. Gli studi CD possono essere condotti anche nella regione spettrale attorno ai 280 nm, fornendo in questo caso informazioni sulla struttura terziaria delle proteine. Il loro utilizzo consente di valutare l'effetto di altri componenti del sistema sulla stabilità di vari tipi di struttura in proteine diverse.

Risonanza magnetica cellulare (NMR)
In questo tipo di misure si valuta quale sia la variazione di energia necessaria per invertire lo spin di un nucleo atomico. Questo richiede l'impiego di microonde in campi magnetici di grande intensità, generati con l'uso di superconduttori che lavorano a temperature vicine allo zero assoluto. I nuclei rilevabili sono solo quelli di isotopi (naturali non radioattivi) con numero atomico dispari, come H, C, N. L'energia necessaria dipende dallo stato chimico del nucleo interessato, sia in termini di formazione di

legami diretticon altri atomi ma anche dalla distanza di un certo gruppo da un altro, consentendo un’analisi strutturalemolto fine. Il solo spettro NMR di una proteina non offre molte informazioni strutturali. Queste richiedonol’applicazione dell’NMR a due dimensioni, in cui si eccita un determinato protone, e si vede se si eccitanoanche quelli vicini. Questa metodologia può essere applicata anche utilizzando atomi diversi dal protone15come N , e permette di risolvere in grandissimo dettaglio la struttura di proteine in soluzione.

Luce polarizzata circolarmente: luce che ha una capacità di formare un cerchio quando polarizzata, la formazione delcerchio ha una componente che sale da destra e una che sale da sinistra

Centro chirale: centro otticamente attivo

Esempio peptidi bioattiviÈ stata applicata una metodologia basata su misure NMR bi-dimensionali a spiegare perché l’attività biologica di unpeptide presente in materiale

lattiero caseario fosse diversain materiale proveniente da produttori diversi. L'analisiNMR ha dimostrato che il peptide esiste in due isomericonformazionali, uno attivo e l'altro inattivo. Talestrutturazione differente relativa alla differenza di un soloamminoacido, rispetto alla totalità della struttura formatada circa 5-6 amminoacidi, comporta un'azione differentedei due peptidi.

NMR imagingMolte metodologie basate su misure NMR possono anche essereapplicate, con opportuni accorgimenti, ad alimenti "come tali" anche chese questi approcci risultano difficili e molto costosi. È invece più semplicel'utilizzo di NMR imaging (allo stato solido) per valutare la quantità o lamobilità dell'acqua in differenti fasi del processo. Sulla misura dellamobilità dell'acqua si basa anche l'impiego diagnostico di NMR, checonsente di vedere anche i tessuti molli. Nell'immagine a fianco sinotano delle

differenze di presenza e mobilità dell’acqua in spaghetti a differente grado di cottura, le zone nere rappresentano un’assenza di acqua mobile, mentre più la zona è colorata si hanno delle differenti mobilità dell’acqua

Altri metodi

Metodi di analisi termica

La calorimetria differenziale a scansione (DSC) fornisce informazioni sui determinanti della stabilità termodinamica di una struttura proteica. Una misura DSC valuta l’energia richiesta o fornita dalla formazione o dalla rottura di legami in funzione della temperatura, ottenendo indicazioni sulla loro natura e sulla loro sensibilità alla temperatura, anche in funzione di altri componenti. Queste misure sono fattibili anche su sistemi complessi e multifasici come quelli alimentari.

Proteolisi controllata

Questo approccio consente di valutare l’esposizione di residui che rappresentano il sito di azione di proteasi specifiche e viene usato in combinazione con tecniche di separazione/identificazione.

Anche queste misure sono fattibili su sistemi complessi e multifasici come quelli alimentari.

Esempio prione BSE:

Nel definire se una carne è contaminata da tale prione si può sfruttare il fatto che le proteine passano da alfa elica a beta sheet, e quindi cambiano la loro struttura tridimensionale. La proteasi è una serin-proteasi, ovvero un endoproteasi che agisce scindendo il legame peptidico adiacente al gruppo carbossilico diamminoacidi alifatici o aromatici. Tale proteasi è quini in grado di scindere la proteina quando è in forma alfa elica, quindi quando risulta modificata dal prione non viene proteolizzata.

Esposizione di gruppi reattivi:

Questo approccio valuta l'esposizione di residui di cisteina (SH, residuo solitamente poco esposto all'esterno della proteina), che sono identificati usando reattivi specifici (probes). Anche queste misure sono fattibili su sistemi complessi e multifasici come quelli alimentari.

Amido - Caratteristiche

L'amido è depositato nei vegetali sotto forma di granuli semi-cristallini, specifici per ogni specie, ad esempio nel riso risultano essere molto piccoli e nella patata più grossi. L'amido è formato da due tipologie di polisaccaridi:

• Amilosio, con struttura lineare
• Amilopectina, con struttura ramificata

L'amilosio costituisce circa un quarto del granulo, tuttavia ci sono di solito circa 150 molecole di amilosio per ogni molecola di amilopectina. In alcuni cereali, detti waxy, non c'è amilosio, e questo impedisce la cristallizzazione dell'amido, impartendo appunto una consistenza simile a quella della cera. Le regioni ad elica nella struttura dell'amido sono in grado di ospitare al loro interno altre molecole, come lo iodio, utile per la determinazione dell'amido.

Modifiche a carico dell'amido

L'amido diventa solubile in acqua solamente quando viene riscaldato, rigonfiandosi di acqua e formando

Un network d'amido (gel) al cui interno trattiene acqua, effetto chiamato gelatinizzazione, che visivamente causa un aumento di viscosità. L'amido, nel tempo, può andare incontro a fenomeni di retrogradazione, in cui l'amido gelatinizzato dalla cottura e dall'acqua dapprima associata alle proteine cede l'acqua alle proteine del reticolo proteico e ritorna ad assumere una struttura più ordinata (semi-cristallina), con conseguente indurimento della struttura complessiva del prodotto.

Il pasting profile è il profilo che viene rilevato con un viscoamilografo che misura la variazione di viscosità di un impasto, sottoposto a riscaldamento e raffreddamento.

Processi enzimatici

La degradazione enzimatica dell'amido è rilevante per molti processi alimentari. I principali responsabili della degradazione dell'amido sono tre enzimi:

• Alfa-amilasi, endoenzima che taglia all'interno di catene lineari, lontano dai punti di

ramificazione▪ Beta-amilasi, esoenzima che rimuove molecole di maltosio dalle estremità non riducenti di amilosioe amilopectina▪ Pullulanasi, famiglia di enzimi in grado di rompere i legami alfa-1,6 nelle ramificazioni▪ Amiloglucosidasi, rompe i legami alfa-1,4 anche in polimeri molto corti, generati da alfa-amilasi edalla rottura dei legami alfa-1,6

In generale, gli enzimi di origine batterica sono più termostabili degli enzimi da funghi, organismi animali o vegetali, e lavorano meglio a valori di pH più elevati. Per questo, in applicazioni dove è richiesta l'inattivazione dell'enzima sono di origine fungina. Un esempio è nella panificazione dove le amilasi utilizzate come coadiuvante facilitano la crescita di S. cerevisiae durante la lievitazione, grazie alla produzione di maltosio e glucosio.

Amilasi e miglioratori per farine

Il principale utilizzo delle amilasi al di fuori della filiera di trasformazione dell'amido riguarda

La formulazione dei cosiddetti miglioratori per farine, ovvero delle miscele di alfa- e beta-amilasi che vengono utilizzate per ottenere un prodotto con caratteristiche migliori. In questo caso l'aggiunta di amilasi risponde a diverse esigenze:

• Lievitazione: l'azione dei due enzimi amilolitici fornisce i substrati ideali per la fermentazione da parte di S. cerevisiae, riducendo i tempi necessari per la lievitazione, in quanto, senza dover attendere che il lievito produca gli enzimi necessari per il nutrimento e li secerna all'esterno della cellula. Tale miglioramento si riflette sulla crescita in volume del pane e sulla struttura migliorata della mollica.
• Raffermimento: la parziale degradazione dell'amilosio rallenta il processo di retrogradazione dell'amido. Se si ottengono dei frammenti di molecole la loro capacità di trattenere l'acqua, rispetto