Riassunto esame Chimica degli alimenti, prof. Gianoncelli Alessandra

Chimica degli alimenti

Introduzione alla chimica degli alimenti

Si definisce alimento una qualsiasi sostanza che viene assunta dall’organismo per produrre, attraverso processi metabolici, energia, calore e materiale di reintegro ed accrescimento al fine di garantire le funzioni vitali. L’alimento può essere di origine: animale, vegetale, minerale e sintetico. Quando intendiamo un alimento come prodotto alimentare, ne consideriamo i processi di lavorazione e trasformazione subiti per ottenere il prodotto finito.

Bromatologia e merceologia

Distinguiamo la bromatologia: branca della chimica che studia la composizione, le alterazioni e la conservabilità delle sostanze alimentari dalla merceologia: disciplina che ha per oggetto lo studio delle merci. Questa si occupa della loro denominazione, composizione, origine e provenienza, caratteri organolettici, alterazioni e sofisticazioni (intese come igiene degli alimenti), stoccaggio e usi commerciali.

Chimica degli alimenti

Generalmente quindi la chimica degli alimenti si occupa della composizione delle materie prime e dei prodotti finali sotto, però, quattro aspetti fondamentali:

• Chimico generale: la chimica dei principi alimentari (proteine, carboidrati…)
• Analitico: chimica analitica applicata all’esame degli alimenti
• Tecnologico: descrizione dei processi di preparazione, trattamento e conservazione
• Chimico-igienico: contaminazione chimica degli alimenti

Questi aspetti possono essere sintetizzati in: caratterizzazione, aspetti nutritivi, qualità, genuinità e tipicità di un alimento.

Qualità, genuinità e tipicità

Qualità: rispondenza di un prodotto alimentare a determinati standard.

Genuino: se l’alimento non viene sottoposto a tecnologie diverse da quelle di tipo tradizionale né è stato addizionato di sostanze estranee.

Tipicità: insieme delle caratteristiche di un prodotto derivanti da una precisa zona di produzione e da sistemi di lavorazione legati ad antiche tradizioni.

Prodotti nutraceutici e funzionali

È possibile riconoscere un prodotto nutraceutico (nutriente + farmaceutico): sostanza dapprima contenuta in alimenti e successivamente isolata o sintetizzata (in polvere, capsule o compresse) con un buon effetto sulla salute e/o sulla prevenzione di alcune malattie. Esempi di alimenti nutraceutici:

• Probiotici: microrganismi vivi non patogeni (presenti o aggiunti negli alimenti) che apportano benefici (es. batteri lattici).
• Prebiotici: sostanze non assimilabili dall’organismo (fibre idrosolubili, non gelificanti…) utilizzate dalla flora intestinale.

Alimento funzionale: alimento simile a quello convenzionale assunto in dieta quotidiana, contiene ingredienti tecnologicamente avanzati dotati di vantaggio salutistico maggiore migliorando condizioni generali e diminuendo evoluzione di malattie.

Biotecnologie alimentari

Le biotecnologie alimentari sfruttano quindi l’impiego di microrganismi per la produzione di alimenti e bevande. Applicazione in campo agricolo ed allevamento per:

• Aumentare e stabilizzare produttività e rese agricole (anche in condizioni inadatte)
• Migliorare resistenza a malattie, parassiti e stress climatico
• Migliorare caratteristiche nutrizionali degli alimenti

In base a quanto detto un intervento biotecnologico può essere distinto in un intervento di:

• Processo: rende pratiche di coltivazione più efficienti. Questi interventi possono essere:
  • Complementari (es. modificazione genetica)
  • Di sostituzione (ottenimento di una resistenza nei confronti di un elemento antagonista, quali virus, batteri e/o parassiti)
• Prodotto: Questi interventi hanno due campi di applicazione:
  • Qualità del prodotto (modificazione della maturazione, composizione degli oli…)
  • Caratteristiche nutrizionali (salubrità dei frutti, diminuzione tossicità e aumento di componenti nutritivi…)

Note: Grazie a queste modifiche si introduce il concetto di “biofabbriche” (produzione, mediante trasformazione genetica, di principi attivi destinati a salute). Ulteriore beneficio apportato dalle biotecnologie è la salvaguardia di specie (animali e vegetali) in via di estinzione.

Valore nutritivo ed edonistico

La distinzione tra “nutrizione” e “piacere” legato ad un alimento introduce due importanti proprietà:

• Valore nutritivo (oggettivamente qualificabile). La crescente consapevolezza dei consumatori ha portato le fabbriche all’esposizione di un’etichetta del prodotto (facente riferimento a contenuti biodisponibili quali proteine, carboidrati…).
• Valore edonistico (valore più difficilmente qualificabile in quanto basato su aspetti organolettici)

Nota: La buona alimentazione richiede anche una “buona dieta” finalizzata ad evitare carenze e squilibri poiché questa non è basata su un singolo alimento.

Qualità degli alimenti

Ulteriore valutazione determinata da modalità di preparazione. Obiettivo dell’industria è quello di produrre alimenti di qualità uniforme tramite processi standardizzati.

Generalmente definita come “Insieme delle proprietà caratteristiche che conferiscono al prodotto la capacità di soddisfare esigenze espresse o implicite del consumatore” (norma UNI ISO 8402). Caratteristiche qualitative sono:

• Qualità nutrizionale e calorica: buona nutrizione quantitativa (apporto di sostanze nutrienti) e/o qualitativa (sopperisce a mancanza nutrizionale)
• Qualità tecnologica: legata a ciclo di fabbricazione del prodotto, materie prime, trattamenti subiti ed eventuali precauzioni
• Qualità igienico-sanitaria: riguardante requisiti fondamentali per la salvaguardia della salute dell’uomo (tossicità…)
• Qualità organolettica ed edonistica: correlata a caratteristiche estetiche, soggettive e sensoriali
• Qualità d’uso o di servizio caratterizzata dalla:
  • Capacità di conservazione (deperibilità, trattamenti conservativi e imballaggio/confezionamento)
  • Comodità impiego
  • Aspetto economico
  • Aspetti commerciali (presentazione, reperibilità, disponibilità…)
  • Aspetti regolamentari (etichetta informativa)

Controlli sui prodotti alimentari

Vengono effettuati dei controlli sui prodotti alimentari da autorità competenti mediante analisi chimiche col fine di:

• Acquisirne la composizione e le caratteristiche
• Accertare validità delle tecnologie di preparazione
• Verificare la correttezza dei valori previsti da norme commerciali
• Rispondenza alle disposizioni igienico-sanitarie

Principi nutritivi

Gli alimenti forniscono:

• Proteine (di origine animale o vegetale)
• Lipidi
• Glucidi (carboidrati)
• Vitamine
• Sali minerali (hanno funzione plastica e regolatrice)
• Acqua (Può essere un alimento a sé o un costituente di altri alimenti)

Esistono inoltre gli additivi alimentari con varie funzioni:

Funzioni degli alimenti

Gli alimenti hanno funzione:

• Energetica: forniscono energia per funzioni del corpo
• Plastica: forniscono materiale per costituzione di tessuti
• Regolatoria: modulano processi biochimici

Nutrizione

Quando parliamo di nutrizione definiamo l’utilizzo degli alimenti o dei principi nutritivi che essi contengono o apportano. I nutrienti forniscono energia necessaria al funzionamento dell’organismo.

Fabbisogno totale = fabbisogno metabolismo basale + fabbisogno per attività

Fabbisogno metabolismo basale = 1kcal*kg peso/h

Va detto però che il consumo di energia varia anche a seconda di:

• Età
• Sesso
• Massa corporea
• Attività fisica
• Stato fisiologico

Un’alimentazione corretta richiede la combinazione di gruppi (7, definiti da Istituto Nazionale della Nutrizione) di alimenti differenti che apportino energia e forniscano specifici elementi nutritivi:

• Gruppo 1: Cereali e derivati
• Gruppo 2: Carne, pesce, uova
• Gruppo 3: Latte e derivati
• Gruppo 4: Legumi secchi
• Gruppo 5: Grassi da condimento
• Gruppo 6: Ortaggi e frutta fonti di vitamina A
• Gruppo 7: Ortaggi e frutta fonti di vitamina C

Una volta definiti questi 7 gruppi nutrizionalmente omogenei, nel 1992 viene realizzata la piramide alimentare raffigurante la gerarchia nutrizionale quantitativa giornaliera degli alimenti.

LARN (Livelli di Assunzione Raccomandati di Energia e Nutrienti)

Vengono elaborati nel 1996. Definiscono un livello ottimale di assunzione, quanto piuttosto un livello di sicurezza valido per l’intera popolazione o per gruppi di essa e non per individui singoli. Hanno come obiettivo:

• Protezione di popolazione da carenze nutrizionali
• Fornire elementi per valutare qualità della dieta media della popolazione
• Pianificare politica degli approvvigionamenti alimentari nazionali

Genuinità, qualità e tipicità degli alimenti

• Genuinità: stato alimento senza contraffazione.
• Qualità: corrisponde a eventuale presenza di un qualcosa che rende il prodotto differente da quello considerato “genuino”.
• Tipicità: rappresenta l’esistenza di alcune caratteristiche zonali tipiche.

Per riconoscere alimenti che rispettano queste caratteristiche esistono bollini applicabili previo controllo (es. DOP e IGP). È inoltre possibile verificare la composizione dell’alimento grazie ad etichetta indicante ingredienti (es. grassi vegetali diventò obbligatorio specificare -> Olio di Palma) e allergeni (indicati appropriatamente es. frumento).

Struttura, caratteristiche, funzioni e classificazione dei glucidi

Glucidi (carboidrati): costituiti da C, H e O conferiscono sapore, consistenza e varietà oltre che essere la fonte principale di energia. In natura vengono prodotti dalle piante verdi mediante fotosintesi clorofilliana (catalizzazione di CO₂ + H₂O in D(+)-glucosio). I principali carboidrati di interesse alimentare sono gli zuccheri.

Monosaccaridi

• D(+)-Glucosio: monosaccaride più importante degli esosi. Potere edulcorante pari a 70-80% di saccarosio. In soluzione ruota a dx luce polarizzata (destrosio). Contenuto in vasta gamma di alimenti.
• D(-)-Fruttosio: chetoso. Soluzione ruota luce polarizzata a sx (levulosio). Presente in alimenti quali frutta e derivati. Produzione di fruttosio a partire da glucosio per isomerizzazione tramite processo enzimatico. Elevato potere edulcorante (1,50) con valore indice glicemico molto basso.
• D(+/-)-Galattosio: + e – sono epimeri, differiscono per configurazione di carbonio 4. Si trova in stato combinato come costituente del lattosio. Zucchero riducente. Poco solubile in H₂O. Fermentescibile. Potere dolcificante 0.60.

Disaccaridi

• Saccarosio (zucchero): estratto da barbabietola e canna da zucchero. Costituito da glucosio + fruttosio legate tra C-1gluc e C-2frut, questo legame blocca la rotazione delle molecole e attività riducente. Produzione da barbabietola suddiviso in:
  • Barbabietole lavate e tagliate in fettucce sottili
  • Fettucce inviate a impianto estrazione con acqua calda per solubilizzare saccarosio in “sugo greggio”
  • Sugo greggio viene depurato con calce per eliminare impurezze, si ottiene il sugo leggero
  • Sugo leggiero viene fatto evaporare per eliminare acqua ottenendo un sugo denso
  • Sugo denso viene fatto cristallizzare in bolle di cotture, si forma così la massa cotta costituita da cristalli di saccarosio e sciroppo zuccherino (acqua madre)
  • Mediante centrifugazione i cristalli vengono separati e successivamente essiccati. Saccarosio pronto per confezionamento.
• Maltosio: α-D-glucopiranosil-(1→4)-α/β-D-glucopiranoso (α-glucosio + β-glucosio), esiste sia in forma α che in forma β (quest’ultima più abbondante). Ottenuto attraverso parziale idrolisi dell’amido (enzima β amilasi). Facilmente digeribile mediante enzima maltasi che lo scinde in 2 glucosio. Grande impiego per alimenti di neonati e bevande. Usato come substrato per la fermentazione del lievito e produzione di birra.
• Lattosio: glucosio + galattosio, presente in latte. Digeribile solo attraverso enzima lattasi, se si = scissione molecole, se no = azione batterica, acido lattico, aumento peristalsi.

Polioli

• Sorbitolo, mannitolo…

Oligosaccaridi

• Malto-oligosaccaridi (maltodestrine)
• Altri (raffinosio, stachiosio…)

Polisaccaridi

• Amido (amilosio, amilopectine…): costituito da α-D-glucosio presente in cereali, legumi secchi e patate. Presente al 20% come amilosio, costituito da glucosio in conformazione a spirale. Restante 80% è amilopectina, catene polisaccaridiche ramificate con lunghezza media di 20-25 unità di gluc.
• Nel processo digestivo agiscono le α/β amilasi (legami 1→4) e le amilo α-(1-6)-glucosidasi (legami 1→6) per idrolisi.

Polisaccaridi non amidacei

• Cellulosa: costituita da β-D-glucosio in legame 1→4 presente in piante e fiocchi cotone. Componente principale di cellule vegetali. Non digeribili dall’uomo poiché non possiede enzima per idrolisi di legame β-glicosidico.
• Pectine: costituita da acido galatturonico legame 1→4. In natura combinate con cellulosa in spazi intercellulari dei tessuti vegetali (donano consistenza a frutta e verdura). Estratte da buccia arancia e polpa di mela. Fanno parte della frazione del gel forming della fibra. Usati in commercio per preparazione di marmellate e gelatine.

Indice glicemico (IG)

Incremento di glucosio in sangue determinato da assunzione di un dato alimento. Valore compreso tra 0 e 100 (con alcune eccezioni che superano il valore 100).

• 0-55 -> bassi
• 55-70 -> medi
• 70-100 -> alti

Fibra alimentare o dietetica

Si definisce come frazione di alimenti vegetali priva di interesse nutrizionale (cellulosa, lignina…). Nonostante questo è importante componente della dieta umana in quanto migliora la funzionalità intestinale. (LARN 30g/die). La fibra insolubile assorbe acqua da 5 a 25 volte il proprio peso e trattiene gas. La fibra solubile è fermentata da batteri intestino crasso con formazione di acidi grassi a catena corta (quindi non digeribile).

Edulcoranti intensivi

Sostanze che presentano alto potere edulcorante. Impiego in industria alimentare per disporre di dolcificanti alternativi con ridotto apporto calorico. Più impiegati sono:

• Saccarina (pot. Edulc. 300-500): Più noto e utilizzato da più tempo. Recentemente suo uso è stato ridotto perché in relazione con rischio genotossicità in correlazione con tumori vescica (ma a dosi usuali non tossica). Polvere bianca cristallina, inodore e retrogusto metallico. Parzialmente assorbita. Non favorisce insorgenza carie e stabile ad alte temperature.
• Aspartame (pot. Edulc. 130-250): Aminoacidi fenilalanina + acido aspartico in estere metilico. Utilizzabile in quantità minori del saccarosio ma con stesso effetto edulcorante, apporto calorico è irrilevante. Dolce persistente. Polvere bianca granulare, inodore, no retrogusto. Largo impiego in bevande ipocaloriche. Obbligo di riportare in etichetta dizione «contiene una fonte di fenilalanina», per affetti da chetonuria, difetto genetico del metabolismo fenilalaninico (deficienza o assenza enzima fenilalanina idrossilasi o fenilalaninasi) che catalizza la conversione dell'amminoacido fenilalanina in tirosina. Esiste campagna che lo associa a insorgenza allergie, intolleranze e tumori. Studi escludono queste problematiche a usi consigliati.
• Acesulfame K (pot. Edulc.160-250): Retrogusto amaro in alte concentrazioni, usato quindi spesso in sinergia. Non metabolizzato.
• Ciclammati (pot. Edulc. 30-80): Origine da Sali di sodio e di calcio di acido ciclamico. Spesso in associazione con saccarina per coprire retrogusto amaro. Ricerche in Usa e Us riscontrano effetti cancerogeni e disturbi di assorbimento.
• Neoesperidina diidrocalcone (pot. Edulc.2000-3000)
• Taumatina (pot. Edulc.2000-2500)
• Stevia Rebaudiana (pot. Edulc. 150-250): Potere edulcorante da stevioside e rebaudioside A. Origine in Sud America, già utilizzata da tempo come dolcificante, antiinfiammatori.