Argomenti del corso di Chimica degli Alimenti

Gli alditoli hanno effetto lassativo perché trattengono acqua e poi sono fermentati dalla microflora

dell’ambiente intestinale.

2.7 Reazioni di isomerizzazione: riarrangiamento di Lobry de Bruyn-van Ekestein

Gli zuccheri, se sottoposti ad un

aumento di temperatura in soluzione

acquosa, cambiano la loro struttura.

Per esemplificare tale fenomeno, si

pensi che il solo trattamento di

sterilizzazione porta a dei cambiamenti

nell’alimento. 14

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2.8 Reazione di Maillard

2.8.1 Reazione di Maillard: cosa si forma

È una reazione tipica di prodotti

che contengono carboidrati e

proteine. Tanto più elevata è la

presenza di zuccheri semplici e

aminoacidi tanto maggiore sarà la

velocità di reazione e tanto

maggiore sarà la percentuale di

composti che giunge al termine

della reazione stessa. Se non vi è

questa situazione la reazione si

ferma a stadi precedenti quelli

finali, e ad esempio può non

avvertirsi la tipica colorazione

brunastra (e ciò può essere un

pregio, come nel latte pastorizzato

e UHT -i quali devono essere il più

possibile simili al latte fresco-).

La prima conseguenza della reazione di Maillard è la formazione di composti bruni polimerici detti

melanoidine (imbrunimento non enzimatico), desiderati in prodotti da forno o arrostiti, indesiderati invece

in latte condensato, sughi e prodotti in polvere.

Si ha poi la formazione di:

- Sostanze aromatizzanti non volatili di sapore amaro, desiderate nel caffè, indesiderate in carne e pesce

alla griglia;

- Composti volatili, desiderati in prodotti da forno o arrostiti o fritti, indesiderati a seguito di

pastorizzazione e sterilizzazione;

- Perdita di aminoacidi essenziali (lisina -la più reattiva, tra l’altro-, metionina, cisteina), non in maniera

completa ma solo in parte;

- Composti che possono provocare formazione di cross-linking nelle proteine, ovvero formazione di

legami covalenti crociati tra i due substrati, che hanno come conseguenza:

o Aumento della digeribilità per formazione di legami covalenti che prima non erano presenti;

o Creazione di un reticolo amido-proteina, con aumento della tenuta di cottura;

- In base a diversi test effettuati, sono state rilevate sostanze diverse, con effetti opposti, quali:

o Riduttoni, composti ad attività anti-ossidante;

o Sostanze ad attività mutagenica. 16

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2.8.2 Reazione di Maillard: il processo

Consideriamo ora la

reazione di Maillard

suddivisa in 3 step

principali, sulla base dei

prodotti isolabili e

caratterizzabili al termine

di ognuno.

Prima fase: la reazione

inizia tramite l’interazione

tra la forma aperta del

glucosio e il gruppo

amminico di un

aminoacido costituente

una proteina. In soluzione

acquosa la forma aperta

del glucosio è quella

presente in minore

quantità, tuttavia durante

la reazione questa esigua

quantità viene sottratta e per

il principio dell’equilibrio

mobile di LeChatelier-

Brown se ne formerà

dell’altra (mutarotazione),

permettendo così la

prosecuzione della reazione. 17

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I furanoni presentano

diverse strutture conferenti

diversi aromi. Sono

presenti valori soglia al di

sotto dei quali l’aroma non

viene percepito. 19

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Di seguito si riportano le reazioni con le relative spiegazioni. 20

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Segue un riassunto della reazione di Maillard 28

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2.8.3 Formazione di flavours

2.8.4 Caramellizzazione 32

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2.9 Disaccaridi

I disaccaridi (e poi gli oligosaccaridi) sono composti da diverse unità monomeriche (2 per i disaccaridi, tre per

i trisaccaridi, fino ad un massimo di 9 per gli oligosaccaridi) unite tra loro dal legame glicosidico. Disaccaridi

e oligosaccaridi si definiscono riducente se presentano l’estremità emiacetalica libera, mentre se è legata ad un

atomo di carbonio allora sono non riducenti.

Possono poi essere dei polimeri lineari o con ramificazioni. Se ramificati (conformeri), sono stabilizzati da

legami idrogeno.

2.9.1 Disaccaridi: saccarosio

Disaccaride formato da glucosio e fruttosio, molto diffuso

nel regno vegetale (canna, barbabietola, sorgo, acero

zuccherino, frutta, alcuni tipi di verdura -ma meno

frequentemente-). 33

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È uno dei soli tre disaccaridi digeribili dall’uomo (tutti i monosaccaridi sono invece digeribili). In particolare,

se due zuccheri sono legati tra loro tramite un legame α

(rivolto verso il basso), allora il nostro sistema digerente è in

grado di digerire tale composto perché i nostri stessi enzimi

riconoscono la struttura α.

Zucchero da tavola: granulato (400-600 mm), semolato (200-

450 mm) a velo (10-15 mm), ottenuto tramite setacciatura con

maglie via via più fini

Molto diffuso nel regno vegetale (barbabietola, canna da

zucchero, frutta)

Non riducente, non dà mutarotazione.

2.9.1.1 Disaccaridi: saccarosio, zucchero invertito

Ponendo il saccarosio in soluzione acquosa e misurando l’angolo di rotazione con il polarimetro, si ottiene un

risultato di +66.5° (dato dalla rotazione del piano della luce polarizzata che colpisce le molecole). La rotazione

è specifica per ogni zucchero analizzato.

La presenza di ioni H scinde il legame tra saccarosio e fruttosio, quindi in soluzione si ritrovano i due

+

monomeri. L’angolo misurato dal polarimetro sarà quindi dato dalla somma dei poteri ottici rotatori specifici

(valore approssimativo, poiché la quantità percentuale non è la stessa). La soluzione ottenuta è detta “zucchero

invertito” proprio perché da destrogira è diventata levogira.

Tale soluzione è più viscosa e mantiene soffice il prodotto a cui è aggiunta. 34

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2.9.2 Disaccaridi: maltosio

2.9.3 Disaccaridi: lattosio 35

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2.10 Oligosaccaridi

Gli oligosaccaridi sono polimeri costituiti da 3 a 9 unità monosaccaridiche.

Le ciclodestrine sono polimeri composti da 6-7-8 unità di glucosio legato con legami α-1,4, che presentano

struttura lineare ad anello e tridimensionale a tronco di cono.

Derivano dall’amido per degradazione enzimatica. Si tratta di agenti chelanti, usati come additivi per legare

le molecole, tramite legami idrogeno e di Van der Waals. Negli alimenti legano aromi, coloranti, vitamine,

quindi sono dei buoni stabilizzatori alimentari. Legano e neutralizzano anche sapori sgradevoli come l’amaro,

e sono utilizzate per rimuovere parte del colesterolo dai grassi alimentari come il burro. Il gruppo -OH del

colesterolo è legato dalle ciclodestrine, e viene intrappolato all’interno della ciclodestrina stessa.

2.11 Polisaccaridi

Il 60% della dieta è composta da carboidrati, di cui il 75% devono essere complessi e il 25% semplici, al fine di

bilanciare l’indice glicemico del nostro organismo.

Gli omopolisaccaridi hanno solitamente funzione energetica, mentre gli eteropolisaccaridi hanno funzione

strutturale.

Negli alimenti i polisaccaridi legano l’acqua e rallentano la separazione di fase.

2.11.1 Polisaccaridi: amido

Nell’amilopectina ci sono catene principali (B) e secondarie (A), legate tra loro, e quindi le une le ramificazioni

delle altre. Strutturalmente sono presenti regioni più organizzate, dette cristalline, altre meno organizzate, più

disordinate, dette amorfe.

I gruppi -OH del glucosio liberi formano legami idrogeno con l’acqua.

Dove vi è una singola catena è presente lo strato amorfo.

2.11.1.1 Processo di gelificazione

L’acqua penetra nel granulo di amido, il sistema si rigonfia, l’amilosio fuoriesce e aumenta la densità.

Alcuni granuli collassano.

Una volta che il sistema si raffredda ci sono zone di interazione diverse e meno ordinate, e si formano così gel

instabili, con fuoriuscita di acqua. Avviene così la sineresi, con modifica delle proprietà strutturali del gel. Vi

sarà meno acqua legata, e quindi più soggetta ad evaporazione. 36

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2.12 Amidi modificati chimicamente

Sono una soluzione alla retrogradazione dell’amido.

Per la modifica degli amidi si possono utilizzare le seguenti reazioni:

a) Esterificazione (alcool+anidride→estere), serve per rimuovere l’idrogeno. Se si funzionalizza

completamente la catena di amido si ottiene l’acetato di cellulosa, quindi la modifica è sempre

parziale;

b) Amido + epossido, si addiziona una catena idrocarburica;

c) Si addiziona un’anidride con catena idrofobica. Si ottiene un amido modificato in cui una parte del

polimero è idrofobico mentre l’altra parte è idrofilo. Questo permette di creare microincapsulati per

ottenere composti idrofobi;

d)

e) ed e) portano a reticolazioni, in particolare in d) si formano dei ponti solfato che mantengono le catene

ad una distanza fissa le una tra le altre. Tanto più si formano legami crociati tanto più è rigido il

sistema che riesce a stabilizzare il gel in modo efficace. Sono additivi usati in basse quantità.

DP è il grado di polimerizzazione. Gli sciroppi ad alto DE sono molto polimerizzati, e aumentano molto la

quantità in soluzione di zuccheri, aumentando quindi anche la dolcezza.

Gli sciroppi a basso DE sono utilizzati nei gelati, per limitare la formazione di cristalli di ghiaccio. 38

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2.13 Ciclodestrine

Le ciclodestrine sono prodotte da microrganismi che oltre ad idrolizzare l’amido lo riallacciano formando una

struttura circolare. Tridimensionalmente sono strutture a tronco di cono con i gruppi -OH tutti all’esterno dei

bordi. All’interno della cavità è idrofobica, mentre l’esterno è idrofilo. Le ciclodestrine riesc