Trasformazioni molecolari - Appunti

Trasformazioni molecolari e composti di neoformazione

Indice

Introduzione

• Categorie degli alimenti
• Fabbisogno energetico
• Metaboliti finali dei nutrienti
• Componenti degli alimenti

Acqua

• Acqua come bevanda
• Interventi di potabilizzazione
• Acque minerali
• Acque di sorgente
• Acque potabili ricostruite
• Attività dell’acqua (aw)

Glucidi

• Funzioni
• Suddivisione
• Monosaccaridi
• Disaccaridi
• Tri-tetra-saccaridi
• Polisaccaridi o glicani
• Glicogeno
• Cellulosa
• Fibra alimentare
• Proprietà funzionali dei carboidrati
• Reazioni dei carboidrati

Protidi

• Amminoacidi
• Stereochimica degli AA
• AA equilibri in soluzione acquosa
• Proprietà sensoriali: sapore degli AA
• Legame peptidico
• Strutture proteiche
• Classificazione
• Valore nutrizionale di una proteina
• Indici di valore nutrizionale di una proteina
• Modificazioni delle proteine (trattamenti tecnologici-shelf life)
• Enzimi
• Reazione di Maillard

Lipidi

• Generalità
• Acidi grassi
• Acilgliceroli
• Fosfolipidi e sfingolipidi
• Glicolipidi
• Cere
• Steridi
• Alterazione lipidica
• Inibizione della perossidazione lipidica

Vitamine

Sali minerali

• Funzioni
• Macro e oligoelementi
• Caratteristiche

Caratteri organolettici

• Colore
• Pigmenti organici naturali
• Sapore degli alimenti
• Olfatto
• Aromi e legislatura

Cause di alterazione e metodi conservativi

• Cause di alterazione
• Principali metodi di conservazione degli alimenti
• Metodi fisici
• Additivi alimentari

Latte

• Definizione
• Caratteri fisico-chimici
• Valore nutrizionale del latte
• Risanamento e conservazione del latte
• Latte pastorizzato
• Latte UHT
• Latte sterilizzato
• Latti speciali
• Derivati del latte

Sostanze ricche di carboidrati

Cereali

• Frumento
• Farina
• Semola
• Pane
• Pasta
• Riso
• Mais
• Ortaggi ricchi di zucchero

Uova

• Composizione

Carne e salumi

• Composizione chimica media
• Muscolo mammifero adulto
• Modificazioni post-mortem
• Classificazione delle carni
• Valore nutritizionale della carne
• Salumi

Prodotti della pesca

• Classificazione
• Composizione chimica
• Deperibilità
• Valore nutrizionale
• Metodi di conservazione/trasformazione
• Produzione di farina e olio
• Marker di qualità

Oli e grassi

• Estrazione di oli e grassi
• Olio d'oliva
• Categorie di olio
• Valore nutrizionale dell'olio d'oliva
• Controllo qualità degli oli d'oliva
• Olio di semi
• Rettifica degli oli e processo di rettifica
• Oli e acidi grassi
• Margarina
• Grassi di origine animale

Vegetali

• Classificazione
• Composizione chimica
• Composizione e valori del tubero
• Modificazione da cottura
• Conservazione di verdura e frutta
• Legumi
• Soia
• Frutta

Bevande e alimenti fermentati

• Classificazione bevande alcoliche
• Prodotti della fermentazione
• Aceto
• Vino
• Birra

Alimenti e bevande nervine

• Caffè
• Cacao
• Tè

Contaminazioni

• Contaminazioni di derivazione biologica
• Contaminazione da prodotti industriali e dell’ambiente
• Rischio alimentare
• OGM

Reazioni avverse ai cibi

• Allergie
• Intolleranze alimentari

Prodotti dietetici e integratori

• Alimenti destinati a diete ipocaloriche
• Alimenti dietetici destinati ai fini medici speciali
• Prodotti dietetici per gli sportivi
• Integratori alimentari
• Derivati da vegetali erboristici
• Alimenti arricchiti e funzionali
• Alimenti funzionali con azione sull’intestino
• Nutraceutici

Miele

• Lavorazione del miele
• Composizione chimica del miele
• Proprietà funzionali del miele
• Precauzioni nel consumo del miele
• Il controllo della salubrità del miele
• Altri prodotti dell’alveare

Metodi di analisi dei componenti degli alimenti

Introduzione

Alimenti o cibi

Sono sostanze che contengono dei nutrienti e che forniscono:

• Apporto energetico (per il catabolismo),
• Materiale plastico (per l’anabolismo es. AA),
• Materiale regolatore (es. vitamine).

In base alla loro utilità si dividono in:

• Sostanze energetiche: apportano energia all'organismo
• Sostanze plastiche: servono per la costruzione dei tessuti e di altre sostanze. Le proteine sono le più importanti.
• Sostanze regolatrici: Ormoni: non vengono assunti dall’esterno, ma hanno biosintesi interna. Vitamine: devono essere introdotte in piccole quantità (mg/kg) e regolano l’attività enzimatica (coenzimi).
• Oligoelementi: Ni, Hu, Co, Zn, Ca, Na ecc.

Classificazione

• Alimenti primari: assunti quotidianamente per soddisfare le mancanze dell’organismo di micronutrienti e macronutrienti (latte, pane, pasta, carne, frutta, verdura).
• Alimenti secondari: soddisfano solo il gusto, non hanno grande rilevanza.
  • Sostanze alcoliche
  • Sostanze nervine
  • Condimenti
  • Insaporitori
  • Specialità culinarie (es. funghi)
• Alimenti di origine animale
• Alimenti di origine vegetale
• Alimenti dietetici (pochi o molti principi nutritivi)
• Alimenti funzionali
• Alimenti alleggeriti (es. latte scremato)
• Alimenti biologici
• Alimenti accessori e coordinati (spezie, erbe, dolci, olio, aceto)
• Alimenti di nuova gamma

Alimenti di nuova gamma

• 1^a gamma: alimenti freschi.
• 2^a gamma: alimenti conservati con trattamento termico.
• 3^a gamma: alimenti congelati e surgelati.
• 4^a gamma: alimenti ready to eat.
• 5^a gamma: alimenti semilavorati, confezionati sotto vuoto o in atmosfera modificata.

Categorie degli alimenti

1. Carne, uova, pesce: Prodotti con proteine ad alto valore biologico, Fe, vitamine del gruppo B.
2. Latte, derivati: Fonti di Ca, proteine ad alto valore biologico, vitamine gruppo B, vitamine idrosolubili, fosfato organico (legato alla serina della caseina).
3. Cereali, tuberi: Pasta, pane, pasta all’uovo, fonte di carboidrati (amido), proteine di scarso valore biologico, vitamine gruppo B.
4. Legumi: Legumi secchi, fagioli, ceci, lenticchie, piselli, fave, fonti di proteine a medio valore biologico, Fe, vitamine gruppo B.
   • Perché i legumi sono ricchi di proteine? Le leguminose presentano nelle radici un microorganismo chiamato Rhizobium Leguminosarium che vive in simbiosi con esse e permette la fissazione dell’N atmosferico in forma gassosa in una forma facilmente assimilabile per la pianta.
   • Come si definiscono le proteine ad alta importanza? Si usano delle proteine di riferimento cioè le proteine dell’uovo per fare delle comparazioni con quelle degli altri alimenti. Se stressotermicamente la farina, calano le quantità di AA essenziali perché si legano ai carboidrati formando composti chiamati immine. Più la farina viene macinata più aumenta l’amido e diminuiscono le proteine insieme alle fibre (8-15% di proteine nelle farine).
5. Grassi da condimento: Lipidi, grassi, oli, burro, strutto, lardo, sego (bovino), sugna (suino - grasso renale). Fonte di trigliceridi e colesterolo, fitosteroli, AG ω-3 e ω-6.
   • Burro di cacao: fonde a 35°C perché è fatto da:
     • Acido palmitico (C16)
     • Acido oleico (C18:1)
     • Acido stearico (C18)
6. Frutta e verdura (vit. A): Fonti di vitamina A caroteni precursori della vitamina A, sali e fibre, attività antiossidanti.
7. Frutta e verdura (vit. C): Fonti di vitamina C, sali, fibre, antiossidanti.

Fabbisogno energetico

Fabbisogno giornaliero:

• 2000-2500 Kcal/die per la donna adulta.
• 2500-3000 Kcal/die per l’uomo adulto.

Unità di misura:

• Caloria (piccola caloria - cal): calore necessario per alzare di 1°C 1ml di acqua da 14,5 a 15,5°C.
• Joule (joule): lavoro ottenuto quando la forza di 1N viene applicata ad un corpo spostando questo di 1m nella direzione della forza. 1 cal = 4,18 joule, 1 Kcal = 4186 joule

Calcolo del valore energetico degli alimenti

• Metodo diretto: misura del calore sviluppato per combustione nella bomba calorimetrica.
• Metodo indiretto: sommatoria dei contributi energetici dei nutrienti principali, usando questi fattori energetici di conversione. Glucidi: 3,6 - 4,0 Kcal/g, Proteine: 4,2 - 5,2 Kcal/g, Lipidi: 9,0 Kcal/g, Etanolo: 7,2 Kcal/ml
• Glucidi: si considera che l’amido dia 4 Kcal/g ca. perché più è complesso lo zucchero, più è calorico. Monogliceride = 3,6 Kcal/g - Digliceride = 3,8 Kcal/g. Esistono inoltre polisaccaridi non metabolizzabili che fanno parte della fibra alimentare che danno un apporto energetico minimo.
• Proteine: tanto più vengono ossidate, tanta più energia forniscono.

Il tenore calorico degli alimenti da essenzialmente due vantaggi:

• Metà serve a mantenere il calore corporeo.
• Metà serve per produrre energia chimica come l’ATP per le reazioni endoergoniche che ne necessitano. Serve inoltre a rendere alcune reazioni termodinamicamente favorevoli e permettere la biosintesi di nucleotidi ridotti come il NADH.

Dispendio energetico e dieta equilibrata

Il dispendio energetico giornaliero deriva dalla somma di questi dispendi energetici:

• MB o metabolismo basale (60-75%): calorie minime necessarie per fornire l’energia richiesta dal nostro corpo in condizioni stazionarie: serve per la respirazione, funzionalità epatica, funzionamento del cervello, del cuore, della respirazione, dei reni.
• Attività fisica (15-30%): dipende dall’intensità dell’esercizio fisico.
• Termogenesi (10-15%): quota consumata nei processi digestivi (dietoindotta o ADS).

In una dieta equilibrata si consigliano i seguenti apporti di macromolecole:

• Carboidrati: 55-65% di cui 10% semplici, 90% complessi (amidi).
• Proteine: 15%.
• Lipidi: 30-25% di cui 10% saturi, 15% polinsaturi, 75% monoinsaturi.

Di sostanze “sensibili”:

• Colesterolo: max 300mg/die
• NaCl: max 5g/die
• Fibra: 30g/die
• Alcol: max 0,3g/kg/die

Distribuzione calorie nel corso della giornata:

• Colazione: 20%
• Pranzo: 35%
• Spuntino: 35%
• Cena: 10%

Metaboliti finali dei nutrienti

Composti azotati: Molto importanti sono l’Urea e l’acido Urico. Quest’ultima molecola è una sostanza chimica di origine naturale a carattere fortemente acido che si forma negli organismi viventi superiori come sottoprodotto nel metabolismo degli AA e delle purine.

Se togliamo un H da un N avviene una delocalizzazione della carica dall’O che diventa O e favorisce la creazione di un doppio legame e quindi la stabilizzazione. È più facile strappare un H dall’acido urico rispetto all’urea e questa caratteristica gli conferisce l’acidità.

Carboidrati: CO₂, H₂O

Lipidi: CO₂, H₂O

Componenti degli alimenti

Componenti principali:

• Acqua
• Glucidi
• Protidi
• Lipidi

Componenti secondari:

• Sali
• Vitamine
• Sostanze determinanti proprietà organolettiche (aspetto, aroma, gusto)

Composizione centesimale (INN - Istituto Nazionale per la Nutrizione)

Esistono delle tabelle nutrizionali che permettono di visualizzare per i principali alimenti esistenti la loro composizione per 100g di parte edibile.

Come capire la quantità di sostanze negli alimenti

• Acqua: viene posto l’alimento in stufa per 105°C fino a peso costante. Si pesa prima e dopo e si fa la differenza.
• Proteine: si fa digerire l’alimento in acido solforico concentrato e si fa bollire. Le sostanze azotate mineralizzano e si trasformano in ammonio. Si aggiunge soda, si alcalinizza e si distilla il tutto. Si calcola l’ammoniaca estratta. Si calcola quanta N c’è e si moltiplica per un fattore di conversione (6,25).
• Lipidi: solubilizzati in solventi organici apolari (es. etere etilico).
• Fibra: si estraggono i lipidi. Si tratta con acido solforico per 30m in ebollizione. Avviene la dissoluzione dei carboidrati idrolizzati come amido e le proteine (idrolisi acida e poi basica). La parte solida si tratta con soda per 30m in ebollizione. Si eliminano i composti che si sciolgono in soluzioni alcaline (derivati fenolici, proteine). Il residuo secco è la fibra.
• Zuccheri solubili: estrazione lipidica, si fa bollire in acqua, si ottiene un filtrato limpido con zuccheri sciolti, si analizza per via cromatografica (HPCL - separa le sostanze in base alla polarità e solubilità) oppure grazie all’indice di rifrazione.

Indice di rifrazione: sulla concentrazione di sostanza. La deviazione della luce è proporzionale alla concentrazione acquosa.

Amido idrolisi dell’amido in glucosio e si misura questo. Amido è una policondensazione del glucosio.

Glucidi disponibili: amido + zuccheri solubili. Se è più alto allora ci sono dei glucidi idrolizzabili che non sono i primi due (fibra gelificante). Glucidi disponibile = zuccheri + (amido per 1.1).

Nei mangimi: si calcolano i carboidrati idrolizzabili: glucidi disponibili.

Acqua

Introduzione

Acqua nell’organismo

Un uomo adulto è composto per il 60% da acqua (peso corporeo).

• 40% acqua intracellulare.
• 20% acqua extracellulare:
  • 15% acqua interstiziale
  • 5% acqua plasmatica

Funzioni

L’acqua per le sue caratteristiche chimico-fisiche regola numerosi processi biologici:

• Solvente di gas (O e CO₂) di elettroliti e colloidi.
• Trasporta alle cellule le sostanze nutritive e allontana quelle di rifiuto.
• Partecipa ai processi di termoregolazione al mantenimento dell’equilibrio termico cellulare.
• Costituisce il mezzo in cui avvengono tutte le reazioni metaboliche e digestive.
• Come componente fondamentale, svolge funzioni plastiche dando turgore cellulare.

Fabbisogno

In condizioni normali servono 2-3 litri di acqua al giorno introdotti con acqua e cibo o meglio:

• 1ml/Kcal per l’adulto
• 1,5ml/Kcal per il bambino e il lattante

Acqua negli alimenti

Si trova in due forme:

• Acqua legata o incongelabile:
  • Acqua di struttura e di cristallizzazione: molecole hanno posizioni precise.
  • Acqua dello strato monomolecolare: unita all’esterno ai gruppi polari o carichi delle proteine e dei sali. Non congela e ha attività ridotta.
  • Acqua immobilizzata.

È in grado di influenzare la struttura, la consistenza e la stabilità microbica degli alimenti.

Acqua come bevanda

Acqua potabile: è un’acqua limpida, inodore, incolore, insapore, innocua, priva di m.o. patogeni e sostanze chimiche per l’uomo.

• D.P.R. n°236/88
• D.M. Sanità 542
• D.M. del 31/05/01
• Dlgs 31/01 attua la Direttiva europea in materia e stabilisce le caratteristiche che deve avere l’acqua potabile.

Acque destinate al consumo umano:

• Parametri organolettici
• Parametri chimico-fisici: sostanze naturalmente presenti che oltre ad una certa soglia sono tossiche per l’uomo (indice di inquinamento).
• Parametri indesiderabili: indicano inquinamento di origine esterna (fecale).
• Parametri microbiologici.

Vengono stabiliti inoltre i VG (valori guida) e le CMA (concentrazioni massime ammissibili) espressi in ppm (parti per milione) e ppb (parte per miliardo).

Acqua potabile - parametri chimico-fisici

• Temperatura: tra 12-25°C
• pH: tra 6,5 e 9,5 (alcalino se ricco di bicarbonato NaHCO₃, Na₂CO₃)
• Conducibilità: fino a 2500 µSiemens a 20°C. In base al tenore salino.
• Abbassamento crioscopico: -0,1°C.
• Residuo fisso a 180°C: fino a 1500mg/l
• Durezza totale in gradi francesi: tra 15 e 50 (1°F = 10mg/l di CaCO₃).

Si considerano due tipi di durezza:

• Durezza temporanea: data dal bicarbonato di calcio che col riscaldamento precipita come carbonato svolgendo CO₂.
• Durezza totale: è data dai sali solubili di calcio e magnesio che non precipitano durante l’ebollizione (cloruro, solfati e nitrati). La somma delle due durezze danno la durezza totale.

Acqua potabile: principali parametri chimici

Si considerano i principali anioni e cationi che contribuiscono alla mineralizzazione dell’acqua. Per alcuni sono fissate le concentrazioni massime ammissibili (CMA).

• HCO₃^-
• SO₄^2- (max 250 mg/l)
• Cl^- (max 250 mg/l): cloruri da inquinamento da deiezioni animali o di origine minerali
• NO₃^- (max 250 mg/l): ione nitrato, ultimo stadio dell’ossidazione dell’azoto proteico si trova nelle falde a causa dei fertilizzanti.
• F^- (max 1,5 mg/l)
• Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺
• Na⁺ (max 200mg/l)
• Fe²⁺ (max 0,2 mg/l): alterano i caratteri organolettici perché si ossidano a composti fenici insolubili.
• Mn²⁺ (max 0,05 mg/l)
• Al³⁺ (max 0,2 mg/l)

Cationi e inquinamento:

• Ione nitrito (NO₂^-): deriva dall’ammonio
• Ammoniaca o ione ammonio (NH₄⁺): inquinamento organico-biologico.

Sostanze inquinanti: tensioattivi, antiparassitari, sostanze organiche, metalli pesanti.