Struttura e funzione delle molecole organiche negli alimenti

ADDITIVI ALIMENTARI

Gli additivi alimentari sono sostanze deliberatamente aggiunte ai prodotti con determinate funzioni tecnologiche, ad esempio per colorare, dolcificare o conservare. Gli additivi che è possibile impiegare sono definiti per legge a livello europeo e sono classificati in base alla loro funzione. La legislazione stabilisce anche la quantità massima che è possibile utilizzare per ciascun additivo. Affinché l'uso di una nuova sostanza come additivo possa essere autorizzata dall'autorità competente (EFSA), devono essere eseguiti studi clinici che provino l'assenza di rischio per la salute nelle quantità impiegate.

L'elenco degli additivi è in costante aggiornamento, in quanto vengono approvate nuove sostanze, mentre per altre in uso viene identificata la presenza di un rischio per la salute, per cui vengono ritirate. Le valutazioni di sicurezza si

basano sull'esame di tutti i dati tossicologici disponibili, dal mercato.comprese le indagini sugli esseri umani e su modelli animali. Sulla base di tali dati, si stabilisce il livello massimo di additivi che non abbia effetti tossici dimostrabili. Viene definito il NOAEL, dall'inglese "no observed adverse effect level" ossia livello effetto zero" che si utilizza per stabilire il dato relativo alla "dose giornaliera ammissibile" DGA di ogni additivo alimentare. La DGA prevede un ampio margine di sicurezza e si riferisce alla quantità di additivo alimentare che può essere assunta giornalmente nella dieta quotidiana, anche per tutto l'arco della vita, senza rischi. La quantità giornaliera utilizzabile (DGA), è un valore molto più basso rispetto a quello associato a rischio per la salute (NOAEL). Il Comitato Scientifico dell'Alimentazione Umana (SCF) incoraggia l'impiego di un livello minimo di additivi.

negli alimenti. Per assicurarsi che le persone non oltrepassino la DGA, la regolamentazione europea esige che vengano condotte ricerche per esaminare il livello di assunzione di tali additivi da parte della popolazione e che vengano corrette le eventuali alterazioni delle modalità di consumo. Se occasionalmente il consumo giornaliero dovesse superare la DGA, è difficile che si verifichino effetti dannosi dato l'ampio margine di sicurezza che è stato fissato e che è basato su un fattore 100. Tuttavia, se la valutazione di consumo indicasse che le "dosi giornaliere ammissibili" dovessero essere regolarmente superate da alcune particolari categorie di popolazione, il Comitato potrebbe ritenere necessario diminuire i livelli di additivi nei prodotti alimentari o ridurre la gamma degli alimenti in cui tali additivi sono permessi. Tutti gli additivi alimentari sono identificati da un numero preceduto dalla lettera E. Gli additivi alimentari vengono sempremenzionati nell'elenco di ingredienti degli alimenti in cui essi sono impiegati, l'etichetta presente. In Europa, ogni volta che gli additivi alimentari vengono utilizzati negli alimenti, la confezione deve riportarne sia la funzione nel cibo finito (es. colorante, conservante, ecc.) sia la sostanza specifica usata, utilizzando il riferimento E seguito da un numero (per esempio E415) oppure la denominazione ufficiale. I principali additivi sono antiossidanti, coloranti, emulsionanti, stabilizzanti, gelificanti, addensanti, esaltatori di sapidità, conservanti, edulcoranti. Negli alimenti avvengono diverse reazioni che portano a modifiche molecolari con effetti sia sulle caratteristiche sensoriali (es. sapore amaro), sia sulla salute (es. produzione di IPA). Le principali reazioni che avvengono negli alimenti sono: - Reazioni di ossidazioni; - Reazioni correlate ai trattamenti termici; - Reazioni di idrolisi. ANTIOSSIDANTI Per quanto riguarda le reazioni di ossidazioni sonoreazioni irreversibili che causano alterazioni. Sono reazioni degradative indesiderate nell'alimento. di ossidoriduttive in cui le specie ossidanti sono metalli in alto stato di ossidazione come il permanganato di potassio (KMnO4) o il bicromato di sodio (Na2Cr2O7), i perossidi (es. H2O2), i sistemi ossidativi enzimatici (ossidasi, perossidasi, deidrogenasi) e l'ossigeno molecolare (O2). Queste reazioni di ossidazione sono associate alla formazione di specie radicali. I radicali (o radicali liberi) sono specie chimiche estremamente instabili e reattive che presentano un elettrone spaiato. I radicali si formano per idrolisi omolitica di un legame covalente (dalla scissione eterolitica di ottengono due ioni con un doppietto elettronico disponibile). Un radicale può stabilizzarsi reagendo con un'altra molecola così formando, però, un altro radicale che a sua volta dovrà stabilizzarsi. Questo fenomeno procede molto velocemente ed è.

detto propagazione a catena. Negli alimenti i radicali possono essere al carbonio e all'ossigeno. La stabilità di un radicale al carbonio è diversa a seconda del fatto che sia primario, secondario, terziario o quaternario (in ordine dal meno stabile al più stabile). Fra i radicali al carbonio, due sono particolarmente stabili: il radicale allilico e il radicale benzilico. Il radicale allilico si forma su un carbonio legato ad un altro atomo di carbonio con un doppio legame [residuo allilico -CH -CH=CH ]. In particolare, si forma quando avviene la 2 2 8 Struttura e funzione delle molecole organiche Giada Pastorelli [CHrottura eterolitica del legame fra il C2 ed il C3 =CH-CH2•]. Questo radicale è stabile perché l'elettrone spaiato viene delocalizzato per risonanza su tutto il sistema allilico, può muoversi su tre atomi di carbonio: . Nel caso del radicale benzile, l'elettrone spaiato è stabilizzato sull'intero anello

aromatico deltoluene e per questo risulta meno reattivo: Sulla base della stabilità: - radicale vinilico < radicale metilico < carbonio1 < carbonio2 < radicale allilico < carbonio2 < radicale benzilico • CH(Radicale vinilico =CH-)2 Se in una molecola sono presenti residui allilici o benzilici esse sono particolarmente soggetti ad attacco radicalico e, quindi, la matrice in cui si trovano è facilmente degradabile. Le molecole con doppi legami (dieni e polieni) danno origine a radicali stabili per cui sono soggette ad attacco di tipo radicalico. I trigliceridi sono triesteri del glicerolo con tre acidi grassi. Gli acidi grassi sono acidi monocarbossilici a lunga catena con numero pari di atomi C. Possono essere saturi, senza doppi legami, oppure insaturi con doppi legami sempre con configurazione cis, in natura. Gli acidi grassi abbondanti in natura sono l'acido palmitico (16:0), più stearico (18:0) e oleico (18:1). Gli acidi grassi saturi hanno

punto di fusione maggiore e, quindi, i trigliceridi con acidi grassi saturi hanno punto di fusione maggiore. Aumentando la lunghezza della catena, l'acido eicosatetraenoico (acido arachidonico) è un acido grasso a 20 atomi di carbonio con 4 insaturazioni, precursore delle prostaglandine. Gli enzimi che intervengono nella trasformazione dell'acido arachidonico in prostaglandine sono la fosfolipasi e la cicloossigenasi (inibita dai FANS). I fosfolipidi sono costituiti da una molecola di glicerolo esterificata con 2 acidi grassi, ed un gruppo fosfato a sua volta legato ad un residuo polare variabile. Il nome del fosfolipide dipende dal residuo polare variabile (fosfatidil... colina/serina/inositolo/ecc). Gli acidi grassi saturi non sono sensibili alle reazioni di ossidazioni, mentre lo sono quelli insaturi in quanto hanno posizioni alliliche sugli atomi di C prima e dopo il doppio legame. Nei lipidi si hanno

Prevalentemente due tipologie di reazioni di degradazione:

• Irrancidimento idrolitico: idrolisi, ossia rottura in presenza di acqua, del legame estereo.
• Irrancidimento ossidativo: le catene polinsature degli acidi grassi dei lipidi sono esposte all'attacco dei radicali particolarmente liberi a causa della vulnerabilità delle posizioni alliliche.

Le reazioni radicaliche avvengono in tre fasi: inizio, propagazione e terminazione.

Durante l'iniziazione si ha la formazione di un radicale al carbonio dopo scissione omolitica con allontanamento di un idrogeno del gruppo allilico.

RH → R∙ + H∙

Nella fase di propagazione si formano numerose specie radicaliche:

R∙ → ROO∙+ O (radicale perossido)

ROO∙ + RH → ROOH + R∙ (idroperossido)

2 ROOH → ROO∙ + RO∙

ROOH → RO∙ + HO∙ (radicale ossidrile)

(radicale alcossido) + H O e2─ RO∙ + RH → ROH + R∙

ROO∙ + RH

→ ROOH + R⋅Terminazione: due specie radicaliche reagiscono fra loro. In queste reazioni vengono prodotti composti come ammine e aldeidi (dalla scissione degli idroperossidi) di rancido.

I fenoli sono molecole organiche in cui un gruppo OH è direttamente legato ad un anello aromatico. Essi e loro derivati sono ossidati facilmente. Fenoli e polifenoli sono presenti negli alimenti dove agiscono come antiossidanti. Dai fenoli per polimerizzazione si ottengono tannini, lignani e lignine. In particolare, i lignani si ottengono per condensazione di due molecole di alcol coniferilico. Per polimerizzazione di quest'ultimo, invece, si ottengono le lignine. Fenoli e polifenoli sono molto stabili all'ossigeno, sensibili alle reazioni di tipo radicalico in quanto possono dare radicali delocalizzando l'elettrone spaiato sull'anello aromatico.

Struttura e funzione delle

molecole organiche Giada Pastorelli

Più radicali fenolici possono condensare a dare molecole stabili non radicaliche (polimerizzazione ditipo radicalico). La lignina è un polimero ad alto peso molecolare, prevalentemente costituito da unitàche si forma per polimerizzazione (xn) dell’alcol coniferilico. La lignina è unfenilpropanoidiche,composto che deriva un fenolo e non ha nulla a che fare con la cellulosa (polimero di glucosio). Itannini sono un gruppo di sostanze organiche vegetali, di alto peso molecolare, contenenti moltisi ottengono per polimerizzazione dell’acido gallico (acido 3,4,5-gruppi fenolici liberi. I tanniniQuest’ultimo polimerizzatriidrossi benzoico). facilmente dare a strutture complesse che presentanonumerosi gruppi OH. I flavonoidi sono una classe di composti fenolici naturali con due anelloaromatico legati fra loro da una catena lineare a 3 atomi di carbonio. Molti di questi composti hannoun sistema