chimica degli alimenti

LEZIONE 28\02\2019 L’acqua negli alimenti

Ruoli negli alimenti

- L’acqua è sempre presente, non esiste nessun alimento con 0% di acqua

- È il costituente principale degli alimenti liquidi (a parte gli olii)

- L’acqua in uenza la stabilita chimica in 3 modici fondamentali

- È il mezzo nel quale si muovono le molecole e in uenza la viscosità

- È un reagente o prodotto di numerose reazioni e le sue reazioni possono o

non essere favorevoli (reazioni all’equilibrio)

- Gli enzimi usano acqua

- In uenzano viscosità e consistenza di alimenti preferibile avere alimenti il meno

viscosi possibile per ridurre le di colta di lavorazione

- In uenza il carattere organolettico

- In uenza il sapore e la percezione del sapore perchè serve a sciogliere una

componente che poi va a interagire con i recettori

- È importante dal punto di vista tecnologico nella produzione di alimenti e deve

essere sempre e solo acqua potabile perchè deve entrare a contatto con

alimenti

Una caratteristica importante è che è una molecola molto piccola con un punto di

ebollizione molto alto.

Quando prendiamo in considerazione un acuì dentro un alimento quella non è tutta

uguale:

- libera

c’è una parte che è l’acqua si trova nell’alimento ed è legata in amneira

leggere alle componenti solide come carboidrati, proteine nelle cellule ed è

quella che eliminiamo dall’alimento per essiccamento anche spontaneo, si può

anche raccogliere (ad

esempio spremitura)

- La seconda porzione di

acqua

acqua si chiama

legata più piccola ed è la

quantità di acqua che si

trova legata fortemente con

legame ionici forti sopratutto

a proteine e carboidrati e

non la togliamo

spontaneamente e

dobbiamo fornire energia in

aggiunta 1

fl

fl

fl fl ffi fl

Analisi di acqua è una analisi molto importante ed è molto facile si può fare in tanti

modi:

Attività dell’acqua

Fino alla ne della seconda guerra mondiale si associava il fatto che un alimento

umido voleva dire alimento poco conservabile, infatti l’essiccamento è un metodo

sempre usato per la conservazione di alimenti, il contenuto di umidità è sempre

stato correlato alla migliore o peggiore conservazione di un alimento. Questo pero

non è sempre vero e anche con eccezioni notevoli, alla ne all’inizio degli anni 50’

si arrivò ad una de nizione dell’acqua in

attività

un alimento che è la

dell’acqua in un alimento e si è visto

come questo valore non è legato al

contenuto totale di acqua ma è

correlato principalmente alla parte di

acqua libera.

Isoterma di assorbimento

Per capire il legame tra

l’acqua dell’alimento cioè

l’umidità e la attività

dell’acqua si studiano dei

gra ci.

attività

La dell’acqua è

compresa tra 0 e 1 e si

x,

trova sull’asse dell sulle

y si trova un valore che

grammi

non è umidità ma

di acqua per ogni

grammo di alimento

espresso come materia 2

fi fi fi fi

secca ovvero per farlo prendo l’alimento secco e inizio ad aggiungere acqua e

questo vuol dire che un alimento con 10 gr di acqua ogni grammo di solido ha 10

ml di acqua. La maggior parte degli alimenti solidi ha un valore che si trova sotto il

valore di y=2.

Inoltre bisogna notare come la attività di acqua varia moltissimo per variazione

molto piccole di umidità.

Se la attività dell’acqua in uenza negativamente la conservazione di un alimento si

fondamentale controllare la presenza di acqua in un

comprende come è

alimento e di abbassarla quanto possibile, e si fa cercando di limitare l’acqua

all’interno di un alimento ad esempio producendo lio lizzati, prodotti disidratati

secchi.

La attività dipende dall’acqua libera per cui posso allontanarla pero a volte posso

farlo e a volte no perchè c’è il rischio di rovinare l’alimento e se non lo posso fare

devo cercare di trasformare l’acqua libera in acqua legata e posso farla usando la

salatura

tecnica della che oltre a modi care la osmolarità del prodotto questo

genera degli ioni che si legano fortemente al cristallo del sale per cui si formano

dei cristalli di sale Na-H2O, oppure posso usare i polisaccaridi (zuccheri). In

genere l’aggiunta di idro li all’alimento fanno in modo di legare l’acqua e di

abbassarne la sua attività.

Se ci concentriamo sulla parte

del gra co indicata nel riquadro

in rosso, si può sfruttare un

sistema tecnologico, simile al

congelamento per abbassare la

attività dell’acqua.

Sperimentalmente si è trovata

quella curva in un alimento che

ha attività dell’acqua molto

molto bassa. Si ottiene per

piccole aggiunte di acqua una

curva assorbimento,

detta di

arrivati al massimo di attività 3

fi fi fl fi fi

dell’acqua, poi si può iniziare a togliere l’acqua producendo un calo di attività

curva desorbimento

dell’acqua e generare una di e quasi mai coincidono e la

curva di desorbimento è sempre sopra quella di assorbimento.

Usare ad esempio il sale per togliere acqua la conservazione aumenta però

comunque le caratteristiche organolettiche cambiano.

Devo usare un altro metodo.

Sperimentalmente, tenendo conto delle curve di andamento della attività

dell’acqua, posso anche fare cosi: metto acqua (come punto di partenza punto

giallo) e segue la linea verde no ad arrivare ad un apice e poi inizio a toglierla

essiccando e seguendo la linea nera e questa però torna indietro sulla curva di

desorbimento non é quindi un processo inverso vero e proprio ma si segue un

andamento diverso e mi fermo alla stessa quantità di acqua iniziale che avevo io

ho che allo stesso valore di contenuto di acqua iniziale, seguendo la curva di

minore attività.

desorbimento di vede come l’acqua ha una

Questo perchè obbligo l’acqua già presente a cambiare legame con le molecole di

acqua dell’alimento. La aggiunta di acqua costringe a le molecole di acqua

presenti a legarsi più strettamente con le strutture chimiche delle sostanze solide

dell’alimento. Quindi dopo, togliendo l’acqua in eccesso quelle che ho costretto a

legarsi tenacemente resta legata fort. Quindi è come se avessi trasformato l’acqua

libera in acqua legata senza avere aggiunto nessun altro elemento.

Rapporto che esiste tra la attività dell’acqua e la velocità dei principali

processi o cause di degradazione in ambito alimentare. 4

fi batteriche

Le linee tratteggiate sono le crescite e la maggior parte di questi batteri

richiedono attività di acqua di circa 0.9 e questo vuol dire che se ho alimento con

0.9 di attività posso arrivare a 0.8 di attività per già inibire la loro azione.

lieviti

I ad esempio hanno enorme importanza per cui bisogna mantenerle sempre

vive e loro crescono con attività superiore a 0,8.

mu e

Lo stesso per le che in alcuni casi possono essere utile (formaggi).

Questo gra co non è veritiero sempre, perchè ci sono altre variabili come pH, le

fermentazioni (il pane fa la mu a perchè nel pane nito i lieviti sono morti,

nell’impasto le mu e competono con i lieviti che invece sono vivi)

attività enzimatica

La ha un valore molto basso di attività (la curva scende molto

in basso) a esempio delle lattasi che sono fenolo ossidasi che ossidano i fenoli

delle frutta ad esempio (banana, mele che scuriscono) oppure nelle verdure come

foglie di spinaci che hanno enzimi termolabili per cui le foglie non hanno bisogno di

essere cotte per molto tempo ma basta mettere ad esempio per 30 secondi in

acqua bollente giusto il tempo di disattivare gli enzimi altrimenti le foglie

imbiancamento

scuriscono fenomeno chiamato (blenching) delle verdure.

L’imbrunimento non enzimatico fa diventare i cibi scuri ma non è dovuto a

enzimi e sono principalmente le reazioni di Maillard.

ossidazione lipidica

La è il processo principale di degradazione dei lipidi.

Transizione di fase degli alimenti

Questo è utile per alimenti solidi (ma non per forza).

Un alimento solido è ad esempio

una caramella, la frutta secca in

realtà tutti gli altri sono detti

masticabili, si parla per questo

alimenti liquidi alimenti

di e

concreti in quanto hanno solo

una apparenza solida.

Tutti gli alimenti concreti

esistono dal punto di vista di

fase vetrosa

stato sico come

cioè è quello che si chiama

fase

alimento solido e

gommosa e un alimento non

solido.

È un gra co che fa vedere cosa

succede all’amido che in acqua

non si scioglie ma si disperde.

Se ho 100% acqua vuol dire

che c’è 0% amido e viceversa.

La linea rossa è la linea di transizione di fase della mistura tra fase

gommosa\vetrosa.

Se faccio una miscela al 50% la transizione di fase sarà a -50 T°. 5

fi fi fi ff ff ff fi

Ad esempio a 50° (punto blu

in alto) e 70% di umidità

l’alimento è deperibile io

che faccio?

Abbasso la temperatura e

scendo lungo la linea

verticale e la t° scende no

a 0° quindi l’acqua libera

inizia a congelare e nche

l’acqua congela la t° non

varia da 0° per cui ci

spostiamo solo verso

sinistra. Appena la fase di

congelamento nisce la

curva inizia a scendere e le

temperature inizia a calare

e posso decidere di

fermarmi a -50°.

Il risultato è che questo alimento è molto più conservabile rispetto allo stato iniziale

siamo passati alla fase vetrosa.

Nello stato vetroso le mie molecole non hanno più la mobilità che avevano uno il

cibo era solo congelato.

Se rimango alla ne della line orizzontale avrei un alimento congelato ma non ho la

vera e propria fase vetrosa.

Quindi quando congelo a casa con congelatori che

arrivano no al massimo a -17 non sempre si

raggiunge la transazione vetrosa dell’alimento.

Quindi quando vado ancora più giù rispetto alla linea

orizzontale di congelamento dell’acqua conservo al

massimo cioè non solo ho congelato ma metto

l’alimento in fase vetrosa.

Ci sono stati degli studi su vari alimenti che quindi ci

permettono di avere le varie temperature di

transazione degli alimenti.

Normalmente i freezer industriali e commerciali sono

a -50° e a -40° che comprendono un ampio range in

cui cadono le temperature di transazione vetrosa di

molti alimenti deperibili.

Congelamento: piccoli tagli e a temperature estremamente basse con azoto liquidi

si formano cristalli di ghiaccio più piccoli che quindi quando scongelano non

rilasciano molta acqua e non cambia molto le caratteristiche organolettiche

Il refrigeramento, avviene su pezzi grossi e a temperatura domestiche e quindi

porta più facilmente a rovinare dopo scongelamento l’alimento.

NOTA BENE: Il freddo non è mai battericida per gli organismi unicellulari

L’abbattimento (=abbassare la temperatura in modo molto veloce) per il sushi non riduce

assolutamente la carica batterica del pesce, ma serve per uccidere i parassiti: non riescono ad

adeguarsi al veloce abbassamento di temperatura. 6

fi fi fi fi fi .

I cibi possono essere

- Refrigerati, nel frigorifer

- Congelati nel freezer. Il congelato è congelato in pezzi gross

- Surgelati nel freezer. Il surgelato è stockato in piccoli pezzi

Abbassamento del T° di transazione

Se ho un alimento trasformato posso

aggiungere delle molecole ad alto peso

molecolare e le migliori, perchè sono

neutre, sono i polisaccaridi che

modi cano la t° di transizione.

Il gra co mostra l’andamento della

temperatura in funzione dell’aumento del

pm grazie all’ingrediente aggiunto

polisaccaride come il glucosio

maltoeptaosio oppure amido di mais e

questo aumenta la temperatura di

transizione di fase e questo serve ad

abbassare la temperatura di

trasformazione nella fase vetrosa e che

consente anche il trasporto e gli sbalzi di

temperatura dell’alimento.

L’acqua è determinante per la conservazione e mi permette di stimare la durata di

conservazione di un alimento e se poi conosco anche la attività la stima è ancora

migliore.

Ma è importante anche per questioni merceologiche cioè la scienza che studia gli

alimenti dal punto di vista legale.

In merceologia molti dati di composizione degli alimenti non sono riferiti al

prodotto fresco che si consuma ma al prodotto secco.

etichetta di composizione etichetta nutrizionale

C’è una e una (ciò che io

mangio)

In alcuni casi

Ad esempio i formaggi se si legge la loro etichetta compositiva (non nutrizionale

che è diversa solo a volte coincidono) è diversa da quella nutrizionale e importante

ad esempio il contenuto di grassi in un formaggio che viene indicato come

percentuale sul formaggio umido non secco che invece è quello che normalmente

si dovrebbe fare. La determinazione dell’acqua è importante perché serve per

stimare la conservazione dell’alimento, ma è importante anche per ragioni

merceologiche. La merceologia è la scienza che tratta la chimica degli alimenti

sotto il punto di vista legale, e molti dati compositivi degli alimenti non sono riferiti

al prodotto fresco ma al prodotto secco. Quindi determinare l’acqua è importante

per convertire i dati nutrizionali riferiti al prodotto secco nei dati nutrizionali del

prodotto fresco, ovvero quello e ettivamente assumiamo. 7

fi

fi : o ff . i

Carboidrati o glucidi

Sono sostanze ternario dei O, C ed H prodotti dai vegetali mediante la fotosintesi. I

glucidi possono essere classi cati in moltissimi modi. Comunemente viene

assegnato un valore energetico pari a 4 kcal\mol. Gli zuccheri sono solo quelli dal

sapore dolce e non altri.

I monosaccaridi

I monosaccaridi possono essere

poliidrossialdeidi o poliidrossichetoni che si

ottengono per elongazione della catena no

all’in nito ma in natura si arriva no a 6 (anche

7) l parte più importante è il gruppo

carbonilico che può essere in posizione 1 o 2

in base a se sono chetoni o aldeidi.

In base se discinge l’ultimo OH a dx o sx

otteniamo la serie D o L. I monosaccaridi

alimentari sono tutti della serie D. Quelli L

esistono ma non sono interessanti dal punto

di vista alimentare. 8

fi fi fi fi

Si intendono per zuccheri i carboidrati che sono dolci, ovvero quelli semplici.

monosaccaridi

I sono da considerare chimicamente delle poliidrossialdeidi

(aldosi) derivati dalla gliceraldeide (A) o dei polidrossichetoni (B) (chetosi) derivati

dal diidrossiacetone inserendo un'unità CHOH in più nella catena di carboni.

La presenza di almeno un carbonio asimmetrico nelle molecole produce l’esistenza

di enantiomeri e diasteroisomeri e conferisce capacità ottica rotatoria destrogira o

levogira. Tutti i monosaccaridi naturali presentano la con gurazione della D-

gliceraldeide sono quindi dei D-monosaccaridi.

I monosaccaridi di interesse alimentare sono gli esosi e i pentosi.

Il gruppo carbonilico è fondamentale e si trova in posizione 1 nel caso degli aldosi

e in posizione 2 nei chetosi.

ANOMERIA 9

fi

Quando disegniamo un monosaccaride secondo la struttura di Fischer non

scriviamo una struttura reale, perché le molecole di zuccheri si dispongono in

soluzione a ciclo (forme piranosiniche o furanosiniche).

A seconda di come avviene l’attacco nucleo lo per la chiusura dell’anello,

l’ossidrile risulterà sopra o sotto il piano generando l’anomero alfa o l’anomero

beta.

Le molecole cicliche così disegnate sono in continua inter-conversione con la

struttura aperta, e questo spiega perché le molecole continuano a mantenere le

proprietà riducenti.

La chiusura a ciclo delle molecole, nel caso degli esosi, porta ad una serie di

conformeri diversi (struttura a barca o a sedia). Le strutture più stabili sono quelle a

sedia, ma a seconda

dell’anomero alfa o beta

abbiamo delle conformazioni

diverse che sono indicate con

lettere.

Quando si considerano le

forme cicliche piranosidiche la

conformazione preferita è

quella a sedia ovviamente

vista la non simmetria delle

molecole possono esistere

due diverse conformazioni a

sedia per ognuno degli

anomeri. Nel caso del

glucosio:

Fino a qualche anno fa, questi aspetti non erano considerati importanti. Con l’NMR

possiamo fare un’analisi con cui distinguiamo i due anomeri, ma vedremo anche

delle situazioni leggermente diverse a seconda del conformero che si viene a

formare.

IGROSCOPICITÀ E SOLUBILITÀ importanti caratteristiche in campo alimentare

•L’assorbimento di umidità da parte dei monosaccaridi è piuttosto variabil

•Tutti i monosaccaridi e oligosaccaridi soprattutto quelli a bassa polimerizzazione sono molto

solubili in acqu

•Sono poco solubili in alcool e insolubili in solventi organici come etere o cloroformio

L’igroscopicità comporta dei problemi di conservazione, soprattutto nel caso di alimenti con elevata

percentuale di zuccheri semplici in quanto esercitano la loro igroscopicità anche in un alimento

complesso

Questi alimenti rammoliscono perché assorbono acqua. Il miele, se conservato chiuso, non ha

praticamente una data di scadenza; ma se teniamo il barattolo aperto si veri ca un assorbimento

di umidit&