Quaderno analisi chimiche

Trimarchi Giulia, Matr. 960216

Quaderno di laboratorio analisi chimiche dei prodotti alimentari

Indice

• Acqua
• Sfarinati; Umidità; Ceneri; Lipidi; Proteine (Kjeldhal); Carboidrati.
• Olio: acidità, numero di perossidi, esame UV-visibile, rancidità, numero di iodio, preparazione insaponificabile e TLC dei costituenti.
• Cromatografia HPLC: determinazione della vitamina C nei succhi di frutta; GG/MS: applicazioni su campioni liquidi e volatili.
• Vino: acidità totale e volatile, anidride solforosa, grado alcolico effettivo e potenziale, zuccheri riducenti, estratto secco totale e netto, polifenoli totali.
• Latte: densità, acidità, residuo secco-totale e magro, lattosio, materia grassa (Gerber), saggio fosfatasi e perossidasi.
• Cereali
• Aceto

Definizione di alimento e macronutrienti

Alimento: fonte di energia e di nutrienti necessari all’organismo per assicurare il normale svolgimento delle funzioni vitali. Macronutrienti: molecole complesse che vengono degradate in molecole più semplici dal sistema digerente che possono essere assorbite ed utilizzate nelle specifiche condizioni metaboliche. Tra i micronutrienti vi sono proteine, grassi, carboidrati. (Le proteine contengono azoto). I grassi e i carboidrati sono entrambi formati da carbonio, idrogeno e ossigeno, ma i grassi non sono solubili in acqua, sono solubili in solventi organici. Micronutrienti: indispensabili per le normali funzioni dell’organismo, come acqua, sali minerali, vitamine.

Altri gruppi di sostanze presenti: acidi organici, coloranti, aromi, enzimi.

Sostanze indesiderate presenti

- Sostanze naturali: glicosidi, micotossine (aflatossina, patulina; prodotte da funghi), estrogeni. - Residui di varia natura (contaminanti): pratiche zootecniche e veterinarie, cessione da parte di materiali utilizzati per l’imballaggio, inquinamento ambientale e fall out radioattivo. - Additivi volontari di largo impiego nella preparazione degli alimenti.

Fattori che determinano la qualità di un alimento

• Assenza di rischio: la sicurezza d’uso è il prerequisito perché un alimento possa essere considerato tale, ed essere utilizzato
• Valore nutritivo: contenuto totale di nutrienti, biodisponibilità -> percentuale del contenuto totale di nutrienti assorbita e successivamente utilizzata dall’organismo
• Valore biologico: si riferisce alla presenza di determinati componenti

Modifiche alle caratteristiche di un alimento

- ALTERAZIONE (umidità, luce, temperatura, microrganismi) - SOFISTICAZIONI (aggiunta di zucchero o alcool etilico al vino) - ADULTERAZIONI (annacquamento del latte, scrematura del latte dichiarato intero) - FALSIFICAZIONI (margarina al posto del burro) - CONTRAFFAZIONI

Le caratteristiche di un alimento possono risultare alterate per cause naturali, involontarie, o subire delle modifiche volontariamente prodotte. I fenomeni spontanei di alterazione possono essere causati da cattiva conservazione o da una conservazione troppo prolungata nel tempo, come i processi di irrancidimento idrolitico dei grassi, decomposizione, aumento di acidità. Queste alterazioni possono essere evitate o rallentate con procedimenti di conservazione fisici (controllo temperatura, acqua, atmosfera controllata), biologici (enzimi, microrganismi) o chimici (aggiunta di sale, di zucchero, di olio o di aceto), appropriati per ciascun alimento.

Modifiche alle caratteristiche di un alimento possono essere apportate volontariamente sia per migliorarne la qualità sia a scopo illecito, di lucro, a danno dell’acquirente. Queste operazioni vengono solitamente indicate con il termine di sofisticazione. Le adulterazioni sono considerate sofisticazioni, anche se, peggiorano la qualità dei prodotti mediante aggiunta di materie prime a basso costo (es. aggiunta di acqua al latte o al vino).

Con il termine falsificazione si intende la completa sostituzione di un prodotto con un altro. Non si ha però, la falsificazione se la difformità viene dichiarata come nel caso dei surrogati che hanno diversi caratteri intrinsechi ma caratteri esteriori analoghi (caffè, caffè d’orzo), o dei succedanei che hanno differenti caratteri esterni ma analoga composizione (caviale, uova di lompo). La contraffazione è una particolare falsificazione consistente nel sostituire la denominazione o il marchio di un prodotto. Non costituisce frode la denaturazione.

Alimento, definizione normativa

Regolamento (CE) 178/2002, articolo 2 (definizione di alimento) -> si intende per alimento (anche indicato come prodotto alimentare) qualsiasi sostanza o prodotto trasformato, parzialmente trasformato o non trasformato, destinato ad essere ingerito o di cui si prevede ragionevolmente che possa essere ingerito da esseri umani. Sono comprese le bevande, le gomme da masticare, e qualsiasi sostanza compresa l’acqua, intenzionalmente incorporata negli alimenti nel corso della loro produzione, preparazione o trattamento. Non sono compresi i mangimi, i medicinali, le sostanze stupefacenti, i dispositivi medici, i prodotti del tabacco, ecc.

Affinché un alimento sia commercializzabile, devono essere soddisfatte due condizioni:

• Qualsiasi sostanza o prodotto trasformato, destinato ad essere ingerito o di cui si prevede ragionevolmente che possa essere ingerito
• Con una storia di consumo significativo in ambito UE tale da deporre a favore della sicurezza.

Alimento potenziale

Qualsiasi prodotto trasformato o sostanza, destinato ad essere ingerito senza storia di consumo significativo in ambito UE al 15 maggio 1997. Affinché diventasse un potenziale alimento, l’alimento in questione, doveva possedere un’autorizzazione detta ‘preventiva autorizzazione’ che veniva data da ogni paese unitario singolarmente. Per avere l’autorizzazione bastava che una sola persona si prendesse a cuore un prodotto facendo le specifiche analisi finché non veniva considerato a tutti gli effetti e quindi riconosciuto come alimento. Era un processo molto complesso, quindi si decise di ricorrere alla norma Novel Food.

Norma Novel Food

La prima norma NOVEL FOOD (Reg. CE 258/97) è una procedura di autorizzazione complessa, onerosa con numerose criticità e tempistiche lunghe. Il Reg. UE 2015/2283 modifica il Reg UE 1169/2011 e abroga il Reg UE 258/97. Il regolamento 2015/2283 promuove nuove tecnologie e le innovazioni nella produzione alimentare poiché questo potrebbe ridurre l’impatto ambientale nella produzione alimentare, migliorare la sicurezza e apportare benefici ai consumatori, a condizione che sia garantito il livello di tutela del consumatore.

Categorie di Novel Food

Alimenti con una struttura molecolare nuova o volutamente modificate che non era utilizzata come alimento o in un alimento UE prima del 15 maggio 1997. Alimenti costituiti, isolati o prodotti da microrganismi, funghi, alghe o da materiali di origine minerale, da piante (animali come gli insetti) o parti delle stesse, o degli stessi tranne quando la pianta (animale) è ottenuta con pratiche tradizionali o comunque che non comportino nessun cambiamento significativo (valore nutritivo, metabolismo o sostanze indesiderate). Alimenti costituiti da nanomateriale ingegnerizzato prodotto intenzionalmente e caratterizzato da una o più dimensioni dell’ordine di 100 nanometri o inferiori, che conferiscono proprietà chimico specifiche differenti rispetto allo stesso materiale non in forma nano.

Esclusioni dal regolamento 2015/2283

Esclusioni dal campo di applicazione del regolamento 2015/2283 sono rappresentati dagli alimenti geneticamente modificati, alimenti usati come enzimi alimentari, additivi alimentari, aromi alimentari e solventi da estrazioni usati o destinati alla preparazione di alimenti.

La chimica degli alimenti

La chimica degli alimenti studia la composizione chimica degli alimenti e le proprietà dei loro costituenti che contribuiscono a definire il loro valore nutrizionale e merceologico. Inoltre, studia le modificazioni chimiche che i costituenti degli alimenti subiscono nel loro percorso ‘dalla fattoria alla tavola’, in seguito ai trattamenti casalinghi ed industriali a cui sono sottoposti, che nel corso della loro conservazione.

L’analisi degli alimenti viene effettuata con scopi diversi: accertare la conformità di un dato alimento ai requisiti stabili della legge o alle caratteristiche dichiarate in etichetta dal produttore, definire la qualità di un prodotto o il suo valore nutrizionale, rivelare frodi ed alterazioni, individuare la presenza di sostanze xenobiotiche potenzialmente dannose per la salute umana. Le procedure analitiche impiegate possono basarsi sulle tradizionali tecniche dell’analisi quantitativa o avvalersi delle più moderne tecniche di cromatografia e spettroscopia.

Alimenti alternativi

Nei paesi industrializzati, l’allungamento della vita media, la sedentarietà, un’alimentazione iperlipidica, uno scarso consumo di fibra, hanno favorito l’espressione di malattie cronico-degenerative, come obesità, diabete, tumori. Oggi, l’industria alimentare propone nuovi prodotti alimentari, frutto dell’impegno della ricerca per meglio rispondere alle attese dei consumatori.

• Alimenti leggeri (light)
• Alimenti fortificati, cioè alimenti che vengono resi più ricchi di vitamine e sali minerali, senza modificare il valore calorico
• Alimenti biologici
• Alimenti integrali, sono definiti integrali in base al tasso di abburattamento, cioè la quantità di sfarinato che si ottiene dalla macinazione di 10 Kg di cereali
• Alimenti funzionali (functional food), contengono elementi aggiuntivi come microrganismi tipo probiotici, lactobacilli, ecc.
• Alimenti innovativi (novel food), rientrano gli alimenti che vengono prodotti con parti di animali, piante e alghe

Valore energetico degli alimenti

Il valore energetico o nutritivo di un alimento esprime il numero di calorie che una sostanza alimentare sviluppa per completa combustione, riferito a 100g di sostanza. Esso è proporzionale alla quantità di zuccheri, proteine, lipidi ed eventualmente alcool. L’unità di misura è rappresentata dalla kilocaloria (Kcal) o kilojoule (Kj).

Kcal e Kj

KCAL: L’unità di misura dell’energia espressa come quantità di calore, ovvero la quantità di calore necessaria per elevare da 14,5 a 15,5 °C 1 kg di acqua (1 kcal = 4,186 kJ).

KJ: Unità di misura dell’energia espressa come quantità di lavoro, ovvero la forza costante che dà a 1 kg, l’accelerazione di 1 metro/secondo quadrato per lo spostamento di un metro nella direzione e nel senso della forza. (1kJ = 0,2388 cal).

Società di Nutrizione Umana (SINU)

La Società di Nutrizione Umana (SINU) ha indicato i livelli di assunzione giornalieri raccomandati di energia e nutrienti per la popolazione italiana (LARN).

Acqua

È il primo costituente degli alimenti e del nostro organismo, infatti l’acqua è presente in ogni cellula del nostro organismo e partecipa a tutte le reazioni che si svolgono in esso. Essa svolge funzioni di trasporto e regolazione, viene eliminata sotto forma di sudore, lacrime e urina. È contenuta non solo nell’acqua semplice ma anche nelle bevande e negli alimenti, e non ha calorie. L’acqua rappresenta il 65% del peso corporeo, ed è distribuita in: acqua intracellulare 40%, acqua extracellulare 60% -> acqua interstiziale 15%/acqua plasmatica 5%.

Funzioni e fabbisogno

- Solvente di gas (O₂, CO₂), di elettroliti e di colloidi - Trasporta alle cellule le sostanze nutritive e allontana i prodotti di rifiuto - Partecipa ai processi di termoregolazione

L’acqua è un dipolo, ha un elevato punto di fusione e di ebollizione rispetto alle molecole simili. (100°C punto di ebollizione). La sua densità massima è a +4°C.

L'acqua negli alimenti

L’acqua presente nei tessuti animali e vegetali, si può ritrovare essenzialmente sotto due forme:

• Acqua legata o incongelabile:
  • Acqua di idratazione -> acqua legata a ioni positivi e negativi (interazioni elettrostatiche)
  • Acqua di struttura e di cristallizzazione -> sono molecole d’acqua che si trovano nella struttura di un sale o molecole organiche
  • Acqua dello stato monomolecolare -> fortemente unita all’esterno ai gruppi polari e carichi delle molecole
  • Acqua immobilizzata -> in molteplici strati successivi al precedente vicini al soluto
• Acqua libera: contenuta nei microcapillari e trattenuta solo da forze fisiche è detta anche acqua disponibile, è evaporabile e dalla sua presenza dipende l’attività microbica e quindi le alterazioni degli alimenti.

Attività dell'acqua

L’acqua fornisce una misura di acqua libera utilizzabile dai microrganismi e si indica con aw.

Come determinare l'umidità di uno sfarinato

Il contenuto di acqua in un alimento può essere determinato tramite diversi metodi:

• Metodo gravimetrico classico: essiccamento in stufa, o in alternativa, tramite la termobilancia gravimetrica.
• Metodo della distillazione con solventi: effettuato tramite l’apparecchio di Marcusson
• Metodo di Karl Fisher
• NIR (Near Infrared Spectrophotometry): spettrofotometria nel vicino infrarosso, con radiazioni a basso contenuto energetico
• NMR (Nuclear Magnetic Resonance): molto costosa.

Metodo gravimetrico classico

Determina l’umidità dell’alimento tramite la perdita di peso per essiccamento in stufa, a 105°C a pressione atmosferica, fino a peso costante. Ha un’applicabilità generale, tranne per i prodotti facilmente degradabili o con sostanze volatili.

Materiale necessario

• Stufa
• Bilancia analitica
• Essiccatore, un recipiente in vetro munito di coperchio, che sotto il piano forato può avere cloruro di calcio anidro o gel di silice con sali di cobalto dal colore azzurro-rosa, sono sostanze che assorbono umidità dal campione. Eventualmente è possibile spalmare del silicone sui bordi per isolare, e si attacca al coperchio una pompa per effettuare il sottovuoto e favorire l’evaporazione.
• Capsula Petri o pesafiltri

Procedimento

1. Porre in stufa, a 105°C per 30 min., un pesafiltri e far raffreddare in essiccatore, successivamente pesare con una bilancia analitica.
2. Pesare con la bilancia analitica il campione, nel recipiente tarato.
3. Porre in stufa a 105°C per 6h, o a 133°C per 1h e 30 min.
4. Far raffreddare in essiccatore e successivamente effettuare una nuova pesatura.

Formula

Umidità% = \((p1 - p2)/p1 \times 100\)

È necessario controllare la tenuta del disseccante, il cloruro di calcio, che non deve essere liquido. Inoltre, alcuni prodotti pastosi come il latte condensato o i formaggi, devono essere impastati con della sabbia silicea per cui la capsula deve essere tarata con sabbia ed una piccola bacchetta di vetro.

Metodo gravimetrico con termobilancia

È un procedimento abbastanza rapido, infatti viene utilizzato nelle analisi di routine.

Caratteristiche principali

• Fornello di essiccazione in acciaio inox
• Riscaldamento ottenuto tramite radiatore a raggi infrarossi o lampada alogena
• Regolazione della temperatura a microprocessore, con lettura digitale
• Il risultato appare sul display

Procedimento

1. Depositare il campione direttamente sul piattino della bilancia, senza previa pesata.
2. Chiudere e leggere sul display il risultato, che corrisponde al contenuto di umidità.

Essendo un metodo gravimetrico determina l’acqua presente nel campione attraverso la perdita di peso.

Formule

Hu% = \( (1/10) \times 100 \)

Es: campione di 10 g, perde 1 g di umidità

Hu% = (1/10) x 100

Che risponde alla proporzione -> 1:10=x:100

Metodo della distillazione con solvente

Viene utilizzato quando il prodotto contiene delle sostanze volatili facilmente solubili in solventi organici, come gli oli essenziali. Lo strumento utilizzato è rappresentato nella figura a sinistra, esso presenta un palloncino alla base che ospita il campione. Il palloncino è raccordato con un tubo di vetro che a sua volta presenta un raccordo graduato laterale. Sl di sopra abbiamo un refrigerante. Tutto viene collegato da raccordi smerigliati.

Procedimento

1. Nel palloncino, viene inserito il campione pesato con il solvente.
2. Aziono il refrigerante e scaldi sotto il palloncino, l’acqua e il solvente si allontanano dal palloncino per evaporazione e si depositano per condensazione nella tacca graduata.
3. Il solvente e l’acqua si depositano su strati separati per via della loro diversa densità, e grazie alla tacca graduata leggo il volume e il peso dell’acqua che ha abbandonato il campione.
4. Arresto il processo nel momento in cui non percepisco più un aumento di volume di acqua nella teca graduata.

Metodo di Karl Fisher

È un metodo volumetrico specifico, si basa su reazioni in cui lo iodio viene ridotto ad anidride solforosa solo se è contemporaneamente presente anche l’acqua.

Il reattivo si compone di 2 soluzioni che si mescolano 24h prima dell’uso:

• Una costituita da iodio, piridina e alcol metilico anidro (usato come solvente)
• L’altra costituita da anidride solforosa in piridina ed alcol metilico anidro.