Industrie Agrarie

Industrie agrarie

Principi nutritivi che apportano energia

I principali nutrienti che forniscono energia sono glucidi, lipidi e proteine.

Lipidi

Il nome deriva dalla parola Lipos che significa grasso. Sono sostanze insolubili in acqua (liposolubili) ma solubili in esano, etere, cloroformio, alcol, ecc. L’insolubilità deriva dalle lunghe catene di carbonio che caratterizzano queste sostanze. Nell’organismo i lipidi svolgono la funzione di riserva energetica, fanno parte della struttura delle membrane, sono in grado di garantire un buon isolamento termico e svolgono importanti attività biologiche e funzionali. Possiamo trovare lipidi in numerosi alimenti come: oli, burro, salumi, formaggi, pesce, carne, frutta secca, ecc.

Classificazione dei lipidi

• Lipidi di deposito (98%): svolgono funzione di riserva energetica (es: trigliceridi)
• Lipidi cellulari (2%): formano le membrane (es: fosfolipidi, colesterolo, glicolipidi)
• Lipidi funzionali: lipidi con specifiche attività biologiche (es: ormoni)
• Lipidi saponificabili: in grado di divenire saponi (sali alcalini di acidi grassi) in seguito a reazione con basi forti. Fra questi troviamo: gliceridi (trigliceridi), fosfolipidi, steridi (esteri di steroli con acidi grassi), glicolipidi, cere.
• Lipidi non saponificabili: non danno origine a saponi in seguito a reazione. Fra questi troviamo: steroidi, terpeni, eicosanoidi.
• Lipidi apolari: non formano monolayers all’interfaccia olio-acqua. Fra questi troviamo: trigliceridi, esteri del colesterolo.
• Lipidi polari: formano monolayers all’interfaccia olio-acqua (formano micelle e membrane). Fra questi troviamo: mono e digliceridi, colesterolo, fosfolipidi e glicolipidi.

Molecole anfipatiche dei lipidi

• Acidi grassi: Acidi organici a catena medio-lunga (4-36 C) con formula R-COOH, con R: C Hn n (anche se è possibile l’idrossilazione). In natura “n” è un numero pari (è dispari solo nel grasso del pesce). Possiamo distinguerli in:
  • Acidi grassi a corta catena (4-6 C)
  • Acidi grassi a media catena (7-10 C)
  • Acidi grassi a lunga catena (più di 10 C)
  Prevalentemente hanno struttura lineare anche se è possibile la metilazione con la presenza di catene ramificate. Gli acidi grassi sono prevalentemente componenti di lipidi complessi. Classificazione:
  • Saturi (grassi): sono solidi a temperatura ambiente e hanno origine animale.
  • Insaturi (oli): sono liquidi a temperatura ambiente, presentano uno o più doppi legami all’interno della catena carboniosa, sono mono o polinsaturi e hanno origine vegetale.

Isomeria cis-/trans- negli acidi grassi

Esiste una netta prevalenza delle forme cis- in quanto hanno una maggiore importanza nutrizionale. I trans- sono metabolizzati più lentamente, sono legati ad alcune patologie e sono indici di scarsa qualità di un acido grasso. L’operazione della rettifica degli oli aumenta la percentuale di acidi grassi trans-.

Acidi grassi essenziali

L’organismo umano è in grado di sintetizzare acidi grassi a partire dall’Acetil CoA. L’acido palmitico è quindi essenziale in quanto è la base per l’ottenimento di acidi grassi superiori o insaturi. Inoltre, l’organismo umano non è in grado di deidrogenare gli ultimi 6 carboni della catena degli acidi grassi quindi l’acido linoleico (Omega-6) e l’acido linolenico (Omega-3) diventano essenziali in quanto sono la base per la sintesi di tutti gli altri polinsaturi.

• Acilgliceroli: Sono costituiti da una molecola di glicerolo esterificata da acidi grassi. Un esempio sono i trigliceridi. Sono i principali lipidi di riserva energetica e li possiamo trovare sia negli animali (adipociti) che nelle piante (semi). La posizione degli acidi grassi legati al glicerolo non è casuale: sul C del glicerolo 2vanno prevalentemente acidi grassi insaturi (eccezioni: strutto e grasso del latte umano). La presenza di acidi grassi insaturi abbassa la temperatura di fusione. Classificazione:
  • Grassi: sono solidi o semisolidi a temperatura ambiente e hanno origine animale (un esempio è la Tristearina)
  • Oli: sono liquidi a temperatura ambiente e hanno origine vegetale (un esempio è la trioleina)

Idrolisi degli acilgliceroli

• Chimica: saponificazione
• Enzimatica: lipasi pancreatica, microbica, dell’alimento. Può essere positiva (come ad esempio nei formaggi) o negativa (come ad esempio nell’olio di oliva).

• Steridi/Steroidi: sono caratterizzati da uno scheletro carbonioso, il ciclopentanoperidrofenantrene.
  • Due metili in C10 e C13
  • Doppio legame in C5
  • Catena laterale in C17 (differenziazione)
  • -OH in C3 (esterificato negli steridi)
  • Steridi: esteri degli steroli con acidi grassi.
  • Steroli: alcoli derivati dello sterolo (solidi a temperatura ambiente).

Tipi di steroli

• Zoosteroli: origine animale (es: colesterolo)
• Fitosteroli: origine vegetale
• Micosteroli: origine fungina
• Steroli di origine marina

Colesterolo

Componente delle membrane (garantisce la stabilità) e precursore di ormoni e acidi biliari, origine esogena o endogena. La biosintesi è inversamente proporzionale all’apporto con la dieta. Inoltre, viene utilizzato dall’organismo per processi biosintetici.

• Fosfolipidi: Componenti base delle membrane biologiche in grado di garantire la flessibilità di quest’ultime. Sono molecole anfipatiche e possono essere saturi o insaturi. Fra i fosfolipidi troviamo:
  • Fosfogliceridi (glicerolo): gliceridi con gruppo fosfato. Sono derivati del glicerolo 3-P. Troviamo fra questi: fosfatidilinositolo, fosfatidilglicerolo, cefaline e leticine (componenti delle membrane e importanti per il sistema nervoso).
  • Sfingolipidi (sfingosina)

Proprietà nutrizionali dei lipidi

Hanno un apporto energetico di 9 kcal/g (maggiore di carboidrati e protidi). I lipidi alimentari si dividono in: condimenti (visibili) e “naturalmente presenti” (occulti).

Globuli di grasso

Il grasso si presenta in forma di globuli. La membrana cellulare stessa forma tali globuli. I grassi si presentano in emulsione e l’acqua si trova all’esterno di tali globuli. Il burro è l’unico caso di emulsione invertita: l’acqua è intrappolata fra i globuli.

Carboidrati

Composti organici con formula bruta C (H O)_n. Sono detti anche glucidi e saccaridi. Hanno notevole importanza nutrizionale: compongono il 50/60% della dieta. Inoltre, sono precursori di notevoli altre sostanze e mettono in comunicazione diverse vie metaboliche.

Classificazione dei carboidrati

• Monosaccaridi (e derivati)
• Oligosaccaridi
• Polisaccaridi

Monosaccaridi

Monomeri, zuccheri semplici che conferiscono il sapore dolce agli alimenti. Sono solubili in acqua e cristallizzano in solventi organici. Sono classificati in aldosi (se contengono il gruppo aldeidico; dalla gliceraldeide) e chetosi (se contengono il gruppo chetonico; dal diidrossiacetone). I monosaccaridi si differenziano inoltre per la lunghezza della catena: triosi (3 C), tetrosi (4 C), pentosi (5 C), esosi (6 C). Sono composti otticamente attivi e abbiamo enantiomeri della seria D e L. In natura prevalgono i monosaccaridi della serie D (sono anche tutti quelli di interesse alimentare).

Formule di Haworth

Potere riducente dei monosaccaridi: tutti i monosaccaridi sono riducenti. Il reattivo sfrutta la proprietà della forma aldeidica di reagire con Cu²⁺.

Monosaccaridi negli alimenti

• Pentosi:
  • D- & L-arabinosio: arabinani (gomma arabica), pectine
  • D-xilosio: pectine, emicellulose, xilani (legno)
  • D-ribosio: RNA, coenzimi (NAD, NADP, FAD, ATP, CoA)
• Esosi (presenti in maggior quantità e più sensibili alle trasformazioni):
  • D-(+)-glucosio (destrosio): presente in frutta, verdura; è il più utilizzato dall’organismo
  • D-(-)-fruttosio (levulosio): presente in miele, uva, zucchero invertito; ha potere dolcificante maggiore del saccarosio.
  • D-(+)-galattosio: presente in formaggio, latte

Derivati dei monosaccaridi: polialcoli

Un esempio è l’inositolo, un componente dei fosfolipidi. Da un isomero (mioinositolo) deriva l’acido fitico (estere esafosforico). I polialcoli sono fattori antinutrizionali e sono metabolizzati dalla flora intestinale.

Oligosaccaridi

Gli oligosaccaridi sono classificati in disaccaridi e trisaccaridi.

Disaccaridi

I disaccaridi sono solidi cristallini, solubili in acqua e hanno un sapore dolce. Fra questi troviamo:

• Maltosio: deriva dall’idrolisi dell’amido. Viene idrolizzato dalla maltasi. È riducente e mutorotante (avendo un -CHO libero). Formato da glucosio e glucosio uniti con legame α-(1,4).
• Cellobiosio: elemento caratterizzante della cellulosa. È riducente e mutorotante. Formato da glucosio e glucosio uniti con legame β-(1,4).
• Lattosio: elemento caratterizzante del latte. Viene fermentato da batteri nell’acido lattico (la fermentazione lattica abbassa il pH e aumenta la conservazione). È riducente e mutorotante. Formato da galattosio e glucosio uniti con legame β-(1,4).
• Saccarosio: ottenibile dalla barbabietola, canna e altre piante. Non è riducente né mutorotante. Formato da fruttosio e glucosio. In ambiente acido fruttosio e glucosio si separano: durante la rottura il potere rotatorio è invertito.

Polisaccaridi

Sono polimeri di monosaccaridi uniti tramite legame glicosidico. Svolgono funzioni di riserva (es: amido) e sostegno (es: cellulosa). Sono la fonte principale di carboidrati ma non hanno sapore dolce come gli zuccheri semplici. Sono poco o non solubili in acqua e non sono riducenti. Vengono idrolizzati per via chimica o enzimatica.

Classificazione dei polisaccaridi

• Omopolisaccaridi
• Eteropolisaccaridi

Esempi di polisaccaridi

• Amido: polisaccaride di riserva dei vegetali. È strutturato in granuli la cui forma è caratteristica per ogni vegetale. È composto da due molecole: amilosio e amilopectina. L’amilosio origina catene lineari, è più piccola ed è la parte interna dei granuli; reagisce con I₂. L’amilopectina origina catene ramificate, è più grande, è insolubile in acqua.
• Cellulosa: polisaccaridi di sostegno dei vegetali; è un polimero di β-D-Glu e ha struttura lineare. Compone le fibre: catene parallele che sono stabilizzate da legami ad H. La cellulosa è insolubile in acqua (assorbe comunque molta acqua e ciò facilita il transito intestinale). La fibra alimentare viene degradata dai batteri presenti nei ruminanti (batteri del rumine) o da batteri intestinali di erbivori non ruminanti con produzione di metaboliti come H₂O, CO₂, CH₄ e acidi grassi a catena corta che donano sapore e profumi; è degradata solo parzialmente dai batteri nell’intestino umano. La fibra inoltre riduce l’assorbimento dei nutrienti e il transito gastrico ma accelera il transito intestinale.
• Glicogeno: polisaccaride di riserva degli animali; è un polimero di α-D-Glu (ha struttura simile all’amilopectina ma risulta essere più ramificato). È presente in forma di granuli nei muscoli e nel fegato. In seguito alla morte dell’organismo il glicogeno subisce il processo di idrolisi e il Glu viene convertito ad acido lattico. Questa proprietà viene sfruttata con la frollatura in quanto abbassa il pH aumentando la conservabilità (dei salumi per esempio).

Proprietà nutrizionali dei carboidrati

Hanno apporto energetico pari a 4 kcal/g. Nel caso nella dieta non ci fosse un apporto sufficiente di carboidrati l’organismo ricorre alla gluconeogenesi: formazione di Glu da proteine e lipidi (questo processo può anche portare a problemi come la formazione di corpi chetonici e perciò è consigliato un buon apporto di carboidrati nella dieta).

Protidi

I protidi sono polimeri di amminoacidi e perciò sono composti organici contenenti principalmente atomi di C, O, H, N. Hanno diverse funzioni:

• Plastica (nei muscoli, nelle cartilagini, nel collagene)
• Funzionale/regolatrice (ormoni, anticorpi, allergeni, antibiotici, tossine)
• Duplicazione, trascrizione e traduzione del DNA
• Enzimi e inibitori di enzimi
• Di trasporto (es: emoglobina)

Amminoacidi

Gli amminoacidi sono molecole fondamentali che vengono usate come “mattoni” per costruire le proteine. Contengono sia i gruppi -NH₂ e -COOH. Sono solubili solo quando raggiungono il punto isoelettrico (diverso per ogni amminoacido). Delle centinaia di amminoacidi noti solo 20 formano le proteine.

Esempi di amminoacidi

• Glicina
• Alanina

Classificazione degli amminoacidi

• Amminoacidi essenziali: non sintetizzati o sintetizzati lentamente dall’organismo e assunti quindi solo con la dieta. Fra questi troviamo: Phe, His, Ile, Leu, Lys, ecc.
• Amminoacidi non essenziali: sintetizzati a partire da Ala, Asp, Glu, Tyr, Cys, ecc.
• Amminoacidi semi essenziali: diventano essenziali in alcune condizioni (es. patologie). Fra questi troviamo: Gly, Pro, Ser, Arg, Asn, Gln.

Struttura delle proteine

Diversi livelli di organizzazione:

• Primaria: lineare, gli amminoacidi che compongono la proteina
• Secondaria: α-elica (es: α-cheratina) o β-foglietto
• Terziaria: ansa o barile
• Quaternaria

La struttura condiziona le proprietà delle proteine come ad esempio la solubilità e la funzione. Le proteine si classificano in base a tali proprietà:

• Forma (fibrose, globulari)
• Funzione (enzimi, ormoni)
• Interazioni con altre molecole (semplici, coniugate – gruppo prostetico)
• Proprietà fisico-chimiche: solubilità

Solubilità delle proteine

• Aumenta vicino al pI (punto isoelettrico)
• Diminuisce con la denaturazione (temperature elevate)

Il riscaldamento denatura le proteine provocando l’unfolding.

• Un riscaldamento blando (es. pastorizzazione) intacca solo la struttura primaria
• Un riscaldamento energetico intacca anche la secondaria
• La degradazione può essere reversibile o irreversibile
• Il riscaldamento rende le proteine più digeribili

Proprietà funzionali delle proteine

1. Interazione con acqua
2. Interazione con macromolecole (es: proteina-proteina)

Gli effetti macroscopici di queste proprietà possono essere: viscosità, formazione di gel, schiume, emulsioni, proprietà reologiche, definizione della tessitura, proprietà sensoriali. I fattori condizionanti di queste proprietà invece possono essere: concentrazione, pH, temperatura, presenza di altre sostanze (es. lipidi, glucidi, sali minerali).

Interazione proteine-acqua

Le proteine sono le principali leganti per H₂O. Acqua legata:

• Acqua assorbita sulla superficie
• Acqua di struttura (intrappolata all'interno della struttura proteica)
• Legami H (es. collagene) o dipolari (Van der Waals)

Interazione proteina-proteina

• Legami H, S-S, Van der Waals, ionici, idrofobici
• Idratazione: stabilizza le proteine in soluzione (meno interazioni)
• Disidratazione = interazione
• Interazione ordinata (gelificazione) o disordinata (precipitazione)

Formazione di gel

Unfolding (gruppi non polari esposti). Es: denaturazione parziale (allontanamento di H₂O e riorganizzazione del reticolo). Esiste l’intervento di cationi divalenti (Ca²⁺).

• Gel termicamente reversibili: legami H (gelatina)
• Gel termicamente irreversibili: legami S-S (ovoalbumina – albume cotto)

Proprietà di superficie

Molecole afobatiche.

• Schiuma: bolle d’aria disperse in fase continua liquida (es. bianco d’uovo montato a neve, birra, spumanti). Elasticità dello strato proteico all’interfaccia. La presenza di zuccheri è favorevole mentre la presenza di lipidi è sfavorevole.
• Emulsione: Tipicamente: fase continua acquosa, fase dispersa lipidica (es. latte, panna). Meno frequente: contrario (es. burro). Le emulsioni sono destabilizzate dal riscaldamento.

Proprietà nutrizionali delle proteine

Hanno valore energetico pari a 4 kcal/g. Il valore proteico degli alimenti è legato alla quantità, qualità e digeribilità delle proteine (le fibrose sono meno digeribili delle globulari). Il contenuto proteico è maggiore negli alimenti di derivazione animale ed è minore in quelli di origine vegetale. La cottura aumenta la disponibilità proteica e le rende più digeribili grazie alla denaturazione. La cottura può però anche provocare problemi come la diminuzione della disponibilità delle proteine a causa della reazione di Maillard o generare fattori anti-nutrizionali.

Proteine famose

Caseine: gruppo eterogeneo.