Minerali, chimica degli alimenti

MINERALI

Nell’organismo umano gli elementi essenziali svolgono importanti funzioni quali quelle: di controllo, di regolazione, di struttura.

Sono necessari per:

1. La catalisi: molti enzimi responsabili nell'organismo sono delle metalloproteine e quindi è importante la componente inorganica in quanto rende possibili le reazioni enzimatiche
2. il trasporto delle sostanze attraverso le membrane biologiche, sia a livello gastrointestinale che a livello cellulare;
3. La biosintesi di numerosi composti, come enzimi e ormoni;
4. Il mantenimento degli equilibri acido-base in tutti i distretti dell’organismo;
5. Il mantenimento di un adeguato bilancio idrico, per il loro effetto sulla pressione osmotica nei fluidi corporei;
6. La trasmissione dell’impulso nervoso,
7. La regolazione della contrazione muscolare.

CLASSIFICAZIONE

Si possono suddividere in macroelementi e microelementi (o oligoelementi). Questa caratterizzazione fa riferimento a quelle che sono le quantità di questi nutrienti all'interno dell'organismo, che ovviamente devono essere assunti con la dieta.

Sodio, potassio, calcio, magnesio, zolfo, fosforo e cloro sono macroelementi e quindi devono essere introdotti all'interno dell'organismo nell'ordine dei grammi, infatti sono presenti nell’organismo in quantità dell’ordine del grammo e devono essere introdotti a dosi che variano da 0.1 a 5 g al giorno.

I microelementi devono invece essere introdotte in misura minore e sono ferro, rame, zinco, selenio, iodio, manganese, cobalto e fluoro, sono presenti nell’organismo in quantità dell’ordine del mg o meno ed il loro fabbisogno varia tra 0.05 e 20 mg al giorno

Ci sono degli elementi che non hanno funzione biologica o che addirittura hanno una tossicità anche a livelli molto bassi: Pb, Hg, Cd e As (residui di metalli tossici).

Una funzione biologica positiva o tossica può però verificarsi anche per uno stesso elemento, questo ovviamente dipende dai dosaggi. Questo vale anche per gli elementi essenziali che ad alti livelli possono diventare tossici.

Essenzialità: tra gli oligoelementi Ferro, Rame, Zinco, Cobalto, Manganese, Molibdeno, Selenio, Cromo, Iodio sono riconosciuti essenziali per l’uomo.

Tossicità: Piombo, Cadmio, Arsenico, Mercurio, un certo grado di tossicità è propria di tutti gli elementi, ed è funzione della concentrazione alla quale è esposto l’organismo

FATTORI INFLUENZANTI LA BIO DISPONIBILITA'

Un altro aspetto da prendere in considerazione è la BIODISPONIBILITA':

I nutrienti che vengono introdotti all'interno dell'organismo possono non sempre essere assorbiti completamente.

Prima della biodisponibilità di parla di bioaccessibilità: la quota di nutriente che a liv. Intestinale viene rilasciata da parte del prodotto, ci possono essere delle condizioni del prodotto che non permettono il completo rilascio dei nutrienti. Per misurarla bisogna identificare prima la concentrazione di nutrienti all'interno del prodotto e poi vedere come il prodotto agisce all'interno del fluido dell'intestino

• È importante avere una biodisponibilità elevata dei nutrienti, ma bisogna tenere in

• considerazione la forma chimica del minerale dell’alimento. Infatti certe forme chelate risultano poco biodisponibili, ad esempio il ferro eme è più biodisponibile del ferro inorganico, perché viene assorbito come complesso, quindi si evince che è importante la forma dello stesso elemento per essere assorbita.
• Attività redox di componenti dell’alimento. (es. sostanze riducenti aumentano l’assorbimento del Fe sostanze ossidanti lo riducono). Il Fe²⁺ è più assorbito del Fe³⁺. Molti integratori di ferro vengono somministrati insieme all’acido ascorbico, perché l’acido ascorbico è un potente riducente e riduce il Fe³⁺ a Fe²⁺. Una sostanza ossidante invece al possono ridurre e quindi diminuirebbero la biodisponibilità del ferro.
• Interazioni tra minerali. Ci possono essere delle interazioni di Zn e Fe, per cui quando c’è molto zinco può ridurre l’assorbimento del ferro.
• Regolazione omeostatica dei minerali, l’assorbimento di alcuni minerali (Ca, Fe, Zn) aumenta in stato di carenza
• Fibra, fitati, ossalati e tannini, riducono l’assorbimento dei minerali. La fibra che è un polisaccaride non digeribile, le componenti della fibra hanno degli zuccheri (derivati acidi) dove ci possono essere degli uroni, che presentano funzioni carbossiliche e quindi la funzione di chelare i cationi è possibile.
• Acloridria, riduce l’assorbimento di Ca e Fe. (L’acloridria è una disfunzione dell’apparato digerente, consiste nell’assenza di acido cloridrico nel succo gastrico.)
• Malassorbimento, dovuto all’età o a situazioni patologiche

CALCIO

Il Ca è il minerale più largamente rappresentato nell’organismo umano. Nell’adulto è contenuto nella misura di 1200 g circa, il 99% del quale nello scheletro e nei denti. Il rimanente 1% è ripartito tra tessuti molli e liquidi extracellulari.

Nelle ossa il Ca svolge un ruolo strutturale come componente dell’idrossiapatite e costituisce una riserva per il mantenimento della concentrazione plasmatica grazie all’azione omeostatica svolta da: paratormone, 1.25 di OH-colecalciferolo e calcitonina. Quando le concentrazioni ematiche sono elevate il calcio viene deposto sulle ossa, mentre quando le concentrazioni ematiche sono basse viene deratto dalle ossa.

Nell’ambito extra ed intracellulare lo ione Ca è richiesto per lo svolgimento di funzioni altamente specializzate: contrazione muscolare, trasmissione dell’impulso nervoso, attivazioni enzimatiche, permeabilità delle membrane, moltiplicazione e differenziazione cellulare.

L’assorbimento del Ca avviene attraverso due meccanismi:

• trasporto attivo transcellulare (saturabile) nell’intestino prossimale, mediante una proteina legante il Ca (CaBP),
• diffusione passiva paracellulare (non saturabile), attraverso i complessi giunzionali degli enterociti; questo meccanismo richiede elevate concentrazioni intraluminali di Ca ed è quindi molto limitato

Fabbisogno di Ca: adulti 800-1000 mg/die - gravidanza e allattamento: 1200 mg/die

Intestino: quando si ha un basso livello di calcio ematico, l’assorbimento da parte dell’intestino aumenta.

Fonti alimentari: Latte e derivati (latte, 120 mg/100 mL, 250 mL= 30%RDA), tuorlo d’uovo, legumi, frutta secca, carciofi, cardi, indivia, spinaci e acqua potabile

CONTENUTO DELLE CENERI:

Si tratta di una caratterizzazione iniziale, le ceneri possono essere quantificate in un prodotto e rappresenta la totalità del componente inorganico all'interno del prodotto. Una volta conosciuto quindi il contenuto delle ceneri si deve andare a fare il contenuto delle sostanze inorganiche singole.

IMPORTANZA:

• Etichetta nutrizionale.
• Qualità
• Stabilità: anche la crescita microbica necessita delle componenti inorganiche, così come necessita dell'acqua
• Aspetti nutrizionali
• Trattamenti tecnologici

DETERMINAZIONE DELLE CENERI

Si va ad allontanare tutte le altre componenti che sono all'interno del prodotto, quindi acqua e sostanze organiche. Deve quindi rimanere un residuo insolubile, che si ottiene a temperature elevate e con l'utilizzo di un agente ossidante.

PROCEDURE ANALITICHE

Dry ashing (=incenerimento a secco) quando si fa si deve realizzare la completa ossidazione delle sostanze organiche, inducendo così un completo allontanamento delle sostanze organiche (CO2 per esempio) Wet ashing (=incenerimento in umido) Entrambi rappresentano un incenerimento, ma solo con il dry ashing si ha come risultato un residuo insolubile, il quale si può pesare e quindi per via gravimetrica abbiamo il campione delle ceneri.

Si pesano dai 1 a 10 gr. se all'interno del prodotto abbiamo più sostanza inorganica si può utilizzare meno prodotto, mentre se il componente ha poca sostanza inorganica si devono pesare più grammi. Se il contenuto dei lipidi è molto elevato si procede con l'eliminazione dei lipidi senza dover estrarre anche i componenti inorganici, si può per esempio eseguire un'estrazione con solventi organici. Il solido deve essere finemente macinato per eseguire al meglio la procedura.

Necessità di evitare le contaminazioni dall'esterno, ci sono per esempio reattivi e solventi, che non apportano dall'esterno i componenti inorganici, che anche se in traccia possono interferire.

DRY ASHING

Temp. 500-600°C, 24h - AOAC Official Methods of Analysis- (Fe, Pb, Cl) Il componente è posto in una capsula di Pt, in una muffola, inizia una decomposizione delle sostanze organiche. All'interno della muffola si realizza un ossidazione completa, dove le ceneri che prima erano nere per carbonizzazione diventano bianche. Per rendere il procedimento più veloce si aggiunge perossido di idrogeno, quindi si estrae la capsula dalla muffola, si lascia raffreddare e si aggiunge perossido di idrogeno e poi si rimette nelle muffola. Per il cloruri bisogna rimanere a t più basse come per esempio 500°C.

La % delle ceneri:

• % SECCA = (PESO CENERI / PESO ALIQUOTA SECCA) × 100

Questo metodo ha il vantaggio di essere sicuro, si utilizzano pochi reattivi (H2O2), i tempi sono un po' elevati, ma ci dà il tempo di realizzare l'incenerimento per più campioni. Le ceneri possono essere utilizzare per determinare il contenuto dei specifici minerali. Inoltre non è richiesto molto lavoro in laboratorio. Gli svantaggi sono invece che il procedimento richiede molto tempo, compreso tra le 24 e le 48 ore, inoltre i costi sono elevati. Si può avere la perdita dei minerali volatili ad alte temperature.