Riassunto esame Analisi chimiche degli alimenti, prof. Cosio

Proteine delle farine e calcoli

Quante proteine o azoto è presente in una semola?

Acidità dell'olio e calcolo

Come si calcola l'acidità dell'olio?

Classificazione delle acque minerali

Descrizione e criteri per la classificazione delle acque minerali.

Calcolo del grado alcolico del vino

Calcolo e teoria

Come si esegue il calcolo del grado alcolico del vino e quali strumenti si utilizzano?

Olio: classificazioni e DOCG

Classificazioni dell'olio e significato di DOCG.

Indici di tipicità dell'olio e valori di legge

Come si determinano i meqO? Qual è il loro significato legale?

Costituenti del vino

Di formazione e pre-esistenti nel mosto.

Punto crioscopico, pH e altri parametri

Descrizione, valori e utilità nel calcolare l'aggiunta di acqua.

Un alimento

Un alimento è fonte di energia e nutrimento all’organismo per le sue funzioni biologiche. È composto da macronutrienti e da micronutrienti e altre sostanze (acidi organici, coloranti, aromi…); i macronutrienti sono molecole complesse che vengono degradate in molecole più semplici dal sistema digerente che possono essere assorbite ed utilizzate nelle specifiche condizioni metaboliche (proteine, grassi e carboidrati). Le micromolecole sono indispensabili (acqua, sali minerali e vitamine). In un alimento vi sono anche sostanze non desiderate che possono essere naturali, additivi o residui di varia natura. I fattori che determinano la qualità nutrizionale di un alimento sono:

• Assenza di rischio: la sicurezza d’uso è il prerequisito perché un alimento deve essere utilizzato
• Contenuto totale di nutrienti
• Biodisponibilità: % del contenuto totale di nutrienti assorbita e successivamente utilizzata dall’organismo per le sue specifiche funzioni.

Un alimento può andare incontro a diverse modificazioni che possono essere spontanee o volontarie volute dall’uomo:

• Alterazione: umidità, luce, temperatura, microorganismi…
• Adulterazioni: annacquamento del latte, scrematura del latte dichiarato come intero…
• Contraffazioni: cognac per brandy, dichiarazione di una marca diversa…
• Sofisticazioni: aggiunta di zucchero o di alcol etilico al vino…
• Falsificazioni: margarina al posto del burro…

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” (alimento e prodotto alimentare), in seguito ai trattamenti casalinghi ed industriali a cui sono sottoposti e nel corso della loro conservazione.

L’analisi degli alimenti viene effettuata con scopi diversi:

• Accertare la conformità di un dato alimento ai requisiti stabiliti dalla 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 tradizionali e alternativi

Tradizionali

Un alimento tradizionale è qualsiasi prodotto derivante dell’agricoltura, zootecnia, caccia e pesca.

Alternativi

• Alimenti leggeri (light): sottratti di una percentuale di grasso
• Alimenti fortificati: aggiunta di sostanze non nutrienti (sali e vitamine)
• Alimenti biologici: prodotti senza l’uso di pesticidi e non contro natura (frutta e verdura di stagione)
• Alimenti integrali: prodotti da farine integrali, cioè semi macinati e non setacciati (grado di abburrattamento; quantità di farina che ottengo da 100 grammi di frumento)
• Alimenti funzionali: modificano le funzioni fisiologiche e si possono suddividere in:
• Probiotici: favorisce la proliferazione dei m.o.
• Antibiotici: combatte la flora batterica
• Prebiotici: contengono dei fruttoligosaccaridi utili per le attività fisiologiche.
• Alimenti dietetici speciali: per persone con disturbi alimentari (celiaci)
• Alimenti innovativi: prodotti con tecnologie diverse da quelli tradizionali.

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 100 g 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).

Kilocaloria (Kcal): 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).

Kilojoule (Kj): unità di misura dell’energia espressa come quantità di lavoro, ovvero la forza costante che dà a 1 kg l’accelerazione di 1 m/s² per lo spostamento di un metro nella direzione e nel senso della forza (1 kJ = 0,2388 kcal).

Piramide alimentare

La piramide alimentare "sana ed equilibrata" è il simbolo che ci deve guidare nella scelta giornaliera degli alimenti. La piramide è formata da 6 sezioni contenenti vari gruppi di alimenti. Ciascun gruppo deve essere presente nella nostra dieta in modo proporzionale alla grandezza della sua sezione. Alla base della piramide troviamo gli alimenti che possiamo utilizzare più liberamente mentre al vertice troviamo quelli che è meglio limitare.

• Limitare al minimo indispensabile condimenti e dolci.
• Alternare e moderare il consumo di secondi piatti quali carni, pesci, uova, salumi, formaggi.
• Verdura e frutta non devono mai mancare.
• Pasta e pane devono essere assunti ogni giorno.

La Società Italiana di Nutrizione Umana (SINU) ha indicato i livelli di assunzione giornalieri raccomandati di nutrienti per la popolazione italiana (LARN) che mirano a:

• Proteggere l’intera popolazione dal rischio di carenze nutrizionali.
• Fornire elementi utili per valutare l’adeguatezza nutrizionale della dieta media della popolazione o di gruppi di essa rispetto ai valori proposti.

In generale i valori raccomandati NON rappresentano un limite minimo al di sotto del quale esiste un reale rischio di malnutrizione, ma piuttosto rappresentano un livello di sicurezza valido per l’intera popolazione o per gruppi di essa.

Acqua

L’acqua è il composto più diffuso in natura ed è circa il 65% del peso corporeo distribuita in:

• Acqua intracellulare 40%
• Acqua extracellulare 20%: 15% interstiziale e il 5% plasmatica

È il componente principale di tutti i sistemi biologici:

• Solvente di gas, di elettroliti e colloidi
• Trasporta alle cellule le sostanze nutritive e allontana i prodotti di scarto
• Partecipa ai processi di termoregolazione
• Costituisce il mezzo in cui avvengono tutte le funzioni digestive e metaboliche

Caratteristiche

È un composto idrogenato dell’ossigeno formato da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno. I legami tra l’ossigeno e l’idrogeno sono covalenti e l’angolo di legame è di 104,5° dovuto dalla compressione esercitata dai doppietti elettronici liberi dell’ossigeno. A causa della notevole differenza di elettronegatività tra i due elementi, questi legami sono polarizzati. La polarità della molecola e la presenza di numerosi legami a idrogeno determinano le caratteristiche chimico-fisiche:

• Proprietà solventi per composti ionici (sali, acidi e basi, sostanze organiche e gas)
• Elevato punto di fusione ed ebollizione
• Densità massima a +4°C

Negli alimenti

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

• Acqua legata o incongelabile: si può suddividere ulteriormente in acqua di struttura e di cristallizzazione, acqua dello strato monomolecolare, e acqua immobilizzata.
• Acqua libera: contenuta nei macrocapillari e trattenuta solo da forze fisiche, è evaporabile e dalla sua presenza dipende l’attività microbica e quindi le alterazioni degli alimenti.

Il miglior modo per determinare questa disponibilità consiste nel calcolare l’attività dell’acqua; più questo numero si avvicina a 1, più l’acqua è disponibile e, se si parla di un alimento, sarà più degradabile. Per essere sicuri che un alimento sia conservabile l’a_w deve essere inferiore a 0,65.

Analisi per determinare il contenuto di umidità

Essiccatore: utilizzato nei laboratori di chimica per mantenere asciutte sostanze che assorbono l'umidità, consiste in un recipiente di vetro con coperchio. A metà altezza del recipiente si trova un piano forato in ceramica su cui vengono poggiati i contenitori delle sostanze da essiccare. Al di sotto del piano viene posta una sostanza fortemente igroscopica, ad esempio gel di silice addizionato di sali di cobalto che cambiano colore dal blu al rosa in funzione del loro grado di idratazione, dando un'indicazione visiva dell'efficacia disidratante della silice. Il bordo del coperchio viene in genere ingrassato con del silicone per isolare l'interno. Alla sommità del coperchio spesso è posta una valvola collegabile ad una pompa meccanica per porre sotto vuoto l'interno e favorire l'evaporazione dell'acqua contenuta nella sostanza da essiccare.

Metodo gravimetrico (analisi centesimale)

Scopo: Determinare l'umidità mediante la perdita di peso per essiccamento in stufa a 105°C. Il metodo è di applicabilità generale, esclusi i prodotti che contengono sostanze volatili o facilmente degradabili.

Vetreria: Capsula Petri o pesafiltri.

Procedimento: Porre in stufa a 105°C per circa 30 minuti una capsula Petri o un pesafiltri. Raffreddare in essiccatore e pesare mediante bilancia analitica (p₁). Pesare, sempre su bilancia analitica, circa 5g di campione nel recipiente tarato (p₂). Porre in stufa a 105°C per circa sei ore. Dopo raffreddamento in essiccatore, pesare nuovamente (p₃) fino a peso costante.

Calcoli: Umidità % = (p₂ - p₃) / (p₂ - p₁) × 100

Note: Controllare la tenuta dell’essiccatore eventualmente spalmare un sottile strato di silicone sui bordi del coperchio. Controllare lo stato del disseccante: il cloruro di calcio non deve essere liquido; il gel di silice deve essere di colore azzurro: eventualmente porlo in stufa a 105°C. Alcuni prodotti pastosi (latte condensato, formaggi) devono essere impastati con della sabbia silicea per cui la capsula deve essere tarata con sabbia ed una piccola bacchetta di vetro.

• Riscaldamento in stufa da vuoto
• Metodo della distillazione con solventi
• Metodo di Karl-Fisher: SO₂ + I₂ + H₂O → H₂SO₄ + 2HI
• NIR (near infrared spectrophotometry)
• NMR (nuclear magnetic resonance)

Esercizio

La percentuale di proteine nel riso è del 7.6%. Calcolare la quantità di proteine sul secco sapendo che l’umidità del prodotto è del 14%. 100g - 14g = 86g sostanza secca. Su 100g 7.6% di proteine cioè 7.6g. 7.6g : 86g = x : 100. x (risultato) = 8.84g. Errato sarà scrivere: 7.6 : 100 = x : 86 x = 6.5%.

Lipidi

Funzioni dei lipidi:

• Riserva energetica: 1g di lipidi produce 9Kcal.
• Plastica-strutturale: costituisce le membrane cellulare e del tessuto nervoso.
• Bioregolatrice: es trasporto di ormoni liposolubili.
• Termoregolazione: assicurano una certa protezione termica e meccanica.
• Forniscono AGE (acidi grassi essenziali) e danno appetibilità ai cibi.

Secondo i LARN, il fabbisogno quotidiano di lipidi in un uomo adulto e in buona salute deve essere tale da garantire il 20-25% delle calorie totali necessarie (fabbisogno energetico). Secondo le RDA, la quantità minima giornaliera di lipidi deve corrispondere a 0,7-1 g per kg di peso corporeo. I nutrizionisti indicano un apporto quotidiano costituito da 1/3 di lipidi di origine animale e 2/3 di origine vegetale. Secondo l’OMS, l’apporto quotidiano di colesterolo non dovrebbe superare i 300 mg.

In caso di eccesso, si avrà un aumento del peso e obesità, incremento dei trigliceridi e colesterolo nel sangue, aterosclerosi e malattie cardiovascolari. In caso di carenza, si avrà secchezza e inaridimento della pelle, perdita capelli, arresto o riduzione della crescita, diarrea, maggiore suscettibilità a infezioni.

Caratteristiche e diffusione

I lipidi (dal greco lipos = grasso) sono sostanze non solubili in acqua e solubili in solventi apolari. Sono composti organici ternari che, a differenza delle proteine e dei polisaccaridi, hanno dimensioni ridotte, ma sono caratterizzati da una catena carboniosa con idrogeno e ossigeno. Hanno più carbonio che ossigeno ed è proprio per questo che hanno funzione di riserva (bruciano più lentamente, ma con maggiore sviluppo di energia).

Aspetti chimici

I lipidi si possono classificare in:

• Saponificabili (99,9% oli vegetali): (contengono acidi grassi)
• Trigliceridi
• Digliceridi
• Monogliceridi
• Acidi grassi
• Cere
• Esteri degli steroli
• Fosfolipidi*
• Lipoprotidi*
• Glicolipidi* (nel sistema nervoso) *lipidi complessi o composti
• Insaponificabili (0,1 % oli vegetali): (non contengono acidi grassi)
• Steroidi
• Terpeni

Acidi grassi

Sono catene do C e H legati tra loro da legami semplici o doppi:

• Saturi: legami singoli (solidi di origine animale –grassi-)
• Insaturi: presenza di doppi legami (liquidi di origine vegetale –oli-)

I principali acidi grassi insaturi sono:

• Ac. Oleico C ω9 18:1
• Ac. Linoleico C ω6 18:2
• Ac. Linolenico C ω3 18:3
• Ac. Arachidonico C ω6 20:4

ω6 indica da dove si parte per contare per mettere il doppio legame: dal CH₃ (carbonio carbossilico) e no dal COOH.

Punto di fusione

Il punto di fusione varia:

• Aumenta con l’aumentare della catena carboniosa.
• Diminuisce all’aumentare dei doppi legami.
• Aumenta nei trans isomeri: è poco diffuso in natura e viene introdotto facilmente come modificazione secondaria conseguente ad alcuni trattamenti chimico-fisici (catalizzazione).

Acido grasso    p.f. (°C)
Butirrico       -7,9
Capronico       -3,4
Caprilico       16,7
Caprinico       31,6
Laurico         44,2
Miristico       54,1
Palmitico       62,7
Stearico        69,6
Arachidico      75,4
Oleico          10,5
Linoleico       -0,5
Linolenico      -11
Arachidonico    -49,5
Elaidinico      43,7

Acidi grassi essenziali

L’organismo può sintetizzare gli acidi grassi a partire dall’acetil CoA, ma non ha la capacità di deidrogenare gli ultimi 6 atomi di C (dalla parte del metile). Gli acidi grassi con un doppio legame a 6 o 3 atomi di C dal fondo della catena non possono essere biosintetizzati e devono essere introdotti con la dieta (essenziali).

Il capofila degli ω-6 è l’acido linoleico. Particolarmente ricchi sono la maggior parte degli oli vegetali e alimenti di origine animale come fegato e selvaggina. Il capofila degli ω-3 è l’acido linolenico. Particolarmente ricchi sono l’olio di noce, oli di pesce (aringhe, salmoni, sgombri, acciughe).

Hanno come funzioni:

• Indispensabili per la struttura delle membrane biologiche come costituenti dei fosfolipidi
• Precursori degli eicosanoidi
• Regolano i lipidi ematici, in particolare il colesterolo, svolgendo un’azione preventiva nei confronti dell’arteriosclerosi.

Gliceridi

Essi sono ottenuti mediante l’esterificazione tra glicerina e acidi grassi. I monogliceridi contengono solo 1 ac. grasso, i digliceridi ne contengono 2 e i trigliceridi ne contengono 3. I trigliceridi possono essere semplici o misti a seconda che gli acidi grassi che esterificano la glicerina siano uguali o diversi.

Fosfolipidi

I fosfolipidi sono lipidi complessi che rivestono importanza biologica in quanto entrano a far parte del protoplasma cellulare e vengono perciò denominati anche lipidi cellulari. Tra i principali fosfolipidi ricordiamo le lecitine (colina), presenti in elevata concentrazione nel tessuto nervoso e nelle membrane di quasi tutte le cellule, nel tuorlo d’uovo e nei semi di soia. In cucina sono usate come emulsionanti (maionese, creme, gelati, cioccolato E322 additivo). Ricordiamo anche le cefaline in cui al posto della colina è presente l’etanolammina. Le cefaline di solito accompagnano le lecitine nei tessuti e si ritrovano soprattutto nei tessuti nervosi.