Chimica degli alimenti: appunti schematici

CHIMICA DEGLI ALIMENTI

Lezione introduttiva

Definizione di alimento

Un alimento è qualsiasi sostanza, trasformata o meno, destinata all’ingestione

 umana.

Riferimento normativo: Regolamento CE 178/2002, che stabilisce principi e

 requisiti della legislazione alimentare.

Sicurezza alimentare

La sicurezza alimentare è un bene primario per la popolazione.

 L’UE ha adottato una strategia “dai campi alla tavola”.

 La sicurezza riguarda l’intero percorso dell’alimento: materie prime → produzione →

 commercializzazione → consumo.

Obiettivo: impedire la vendita e il consumo di alimenti a rischio.



Normativa principale

Reg. CE 178/2002 – principi generali, istituzione EFSA.

 Reg. CE 852/2004 – igiene dei prodotti alimentari.

 Reg. CE 853/2004 – norme specifiche per alimenti di origine animale.



Alimenti a rischio e tipi di pericoli

Pericolo (definizione)

Agente biologico, chimico o fisico in grado di provocare effetti nocivi sulla salute.

Tipologie

Pericoli biologici: batteri patogeni, muffe, virus, parassiti, infestanti.

 Pericoli fisici: frammenti di vetro, metallo, plastica, pietre, oggetti personali.

 Pericoli chimici:

 Pesticidi, antibiotici, ormoni.

o Contaminanti ambientali (metalli pesanti, diossine, IPA).

o Contaminanti da imballaggi.

o Contaminanti di processo (acrilamide, acroleina, grassi trans).

o

Chimica degli alimenti: perché è importante

Permette di conoscere composizione, sicurezza, legalità e qualità nutrizionale

 degli alimenti.

Serve ad accertare la conformità alle norme e alle dichiarazioni in etichetta.

 Tutela il consumatore.



Definizione nutrizionale di alimento

Un alimento fornisce:

Energia

 Materiale plastico (per crescita e riparazione dei tessuti)

 Materiale regolatore (per funzioni metaboliche)



Costituenti degli alimenti

Macronutrienti

Assunti in grammi.

 Funzioni:

 Energia: carboidrati, grassi

o Materiale plastico: proteine

o

Micronutrienti

Assunti in mg o µg.

 Funzione regolatrice.

 Comprendono vitamine e sali minerali.



Costituenti minori

Effetti positivi: antiossidanti, precursori vitaminici, polisaccaridi utili alla flora

 intestinale.

Effetti negativi:

 Fattori antinutrizionali (inibitori enzimatici, chelanti).

o Composti nocivi da processi tecnologici (acrilamide, acroleina, grassi trans).

o

Qualità nutrizionale

Dipende da:

Contenuto di nutrienti

 Biodisponibilità: percentuale di nutrienti effettivamente assorbita e utilizzata.



Fattori che influenzano la biodisponibilità

Fattori intrinseci all’organismo

 Fattori intrinseci alla dieta, come:

 Acido ossalico

o Acido fitico (che possono ridurre l’assorbimento di minerali)

o

Carboidrati: ruolo e classificazione

Sono la fonte primaria di energia per l’organismo (1 g ≈ 4 kcal).

 In una dieta equilibrata devono fornire >50% dell’energia totale.

 Formula empirica: Cₙ(H₂O)ₙ.

 Classificazione in base al grado di polimerizzazione:

 Carboidrati semplici: monosaccaridi, disaccaridi, oligosaccaridi.

o Carboidrati complessi: polisaccaridi (amidacei e non amidacei/fibra).

o

Principali carboidrati alimentari

Monosaccaridi: glucosio, fruttosio, galattosio.

 Disaccaridi: saccarosio, lattosio, maltosio.

 Polisaccaridi: amido, glicogeno, cellulosa.

 Fonti alimentari: frutta, verdura, latte, cereali, patate, zucchero, legumi.



Monosaccaridi: struttura e classificazione

Sono poliidrossialdeidi o poliidrossichetoni.

 Classificazione basata su:

 1. Gruppo carbonilico: aldosi vs chetosi.

2. Numero di atomi di carbonio: triosi, tetrosi, pentosi, esosi.

Presentano centri chirali, quindi molte forme stereoisomere (per gli aldoesosi: 2⁴ =

 16 stereoisomeri).

Isomeria nei carboidrati

Isomeri strutturali: differente ordine di legame.

 Stereoisomeri:

 Enantiomeri: immagini speculari (serie D e L).

o Diastereoisomeri.

o Epimeri: differiscono per un solo centro chirale.

o

La serie D/L dipende dalla posizione dell’OH sul carbonio chirale più lontano dal

 gruppo carbonilico.

Forme cicliche dei monosaccaridi

Gli zuccheri con ≥5 atomi di carbonio tendono a ciclizzare formando emiacetali.

 Due tipi di anelli:

 Furanosici (5 termini)

o Piranosici (6 termini)

o

Si formano due anomeri: α e β, distinguibili per la posizione dell’OH sul carbonio

 anomerico.

Rappresentazioni: Fischer, Haworth, conformazione a sedia.



Reazioni dei monosaccaridi

Ossidazione:

 Con Tollens/Fehling → acidi onici.

o Con HNO₃ → acidi arici.

o Con HIO₄ → scissioni specifiche.

o

Riduzione:

 Porta alla formazione di polialcoli (es. sorbitolo, xilitolo).

o

Potere dolcificante e valore energetico

Il fruttosio ha potere dolcificante maggiore del saccarosio.

 Polialcoli: potere dolcificante variabile, valore energetico inferiore.



Disaccaridi e legami glicosidici

Formati da due monosaccaridi uniti da un legame glicosidico.

 Tipi:

 Monoglicosidico: coinvolge un solo gruppo emiacetalico.

o Diglicosidico: coinvolge entrambi i gruppi emiacetalici (es. saccarosio).

o

Esempi:

 Maltosio: legame α(1→4).

o Lattosio: legame β(1→4).

o Saccarosio: legame α,β(1→2).

o

Metodi analitici per la determinazione degli zuccheri

Metodo di Fehling

Basato sul potere riducente degli zuccheri.

 Gli zuccheri riducenti trasformano Cu²⁺ (azzurro) in Cu₂O (rosso mattone).



Polarimetria

Misura la rotazione del piano della luce polarizzata da parte di sostanze

 otticamente attive.

Il potere rotatorio specifico dipende da:

 concentrazione

o lunghezza del cammino ottico

o temperatura

o lunghezza d’onda

o

Polisaccaridi: definizione e classificazione

I polisaccaridi sono polimeri formati da molti monosaccaridi uniti da legami glicosidici. Si

classificano in base a:

Struttura

Lineari o ramificati

 Omopolisaccaridi (un solo tipo di monoso)

 Eteropolisaccaridi (monosi diversi)



Funzione biologica

Di riserva: amido, glicogeno, mannani

 Di sostegno: cellulosa, emicellulose, pectine

 Complessi: mucopolisaccaridi, glicoproteine



Aspetto nutrizionale

Disponibili (amidacei): amido, glicogeno

 Non disponibili: fibra alimentare



Amido

Polimero dell’α-D-glucosio, composto da amilosio (lineare) e amilopectina

 (ramificata).

Presente in granuli con struttura cristallina.



Gelatinizzazione

Avviene con riscaldamento in acqua: i granuli si gonfiano, perdono la struttura

 cristallina e diventano più digeribili.

Parametri influenti: contenuto d’acqua, temperatura, origine vegetale

 (rapporto amilosio/amilopectina).

Retrogradazione

Raffreddandosi, l’amido tende a ricristallizzare parzialmente → formazione di amido

 resistente.

Amidi modificati

Ottenuti tramite trattamenti chimici o fisici.

 Usati come addensanti/emulsionanti (es. E1410, E1414, E1422).

 La normativa richiede l’indicazione dell’origine vegetale se può contenere glutine.



Glicogeno

Polimero ramificato di glucosio con legami α-1,4 e α-1,6.

 Principale forma di riserva glucidica negli animali.



Fibra alimentare

Definizione

Insieme di sostanze vegetali non digeribili dagli enzimi umani.

Classificazione

Frazione insolubile: cellulosa, emicellulose, lignina

 Frazione gelificante/solubile: pectine, gomme, galattomannani, polisaccaridi

 algali

Composizione chimica

Ogni tipo di fibra ha:

una catena principale (glucosio, xilosio, mannosio, acido galatturonico…)

 catene laterali variabili

 una specifica struttura tridimensionale



Ruoli fisiologici della fibra

La fibra agisce grazie alla sua indigeribilità, alle sue proprietà chimico-fisiche e alla

fermentazione da parte della flora intestinale.

Effetti principali

Sazietà e prevenzione dell’iperalimentazione

 Regolazione intestinale: aumenta massa fecale e accelera il transito

 Modulazione dell’assorbimento dei nutrienti

 Supporto alla flora batterica: produzione di acidi grassi a catena corta, riduzione

 del pH

Possibile chelazione di cationi (Zn, Fe, Mg, Ca)



Dose consigliata

30–35 g al giorno

Funzioni dei carboidrati

Energetica: 55–65% delle calorie totali

 Di riserva: glicogeno, amido

 Strutturale: cellulosa, emicellulose

 Plastica: componenti di molecole biologiche

 La fibra contribuisce a: sazietà, regolarità intestinale, modulazione dell’assorbimento,

 salute del microbiota.

Caratteristiche generali dei lipidi

lìpos

Derivano dal greco = grasso.

 Insolubili in acqua, solubili in solventi organici.

 Densità < 1 kg/L, consistenza untuosa.

 Elevato potere energetico: circa 9 kcal/g.

 Svolgono funzioni biologiche fondamentali:

 Componenti delle membrane cellulari.

o Precursori di prostaglandine, ormoni steroidei, acidi biliari.

o Trasporto delle vitamine liposolubili (A, D, E, K).

o

Classificazione chimica

Lipidi semplici

Acidi grassi (FFA)

 Mono-, di-, trigliceridi

 Cere

 Steroli



Lipidi composti

Fosfolipidi

 Lipoproteine

 Glicolipidi (legati rispettivamente a fosfato, proteine, zuccheri)



Contenuto lipidico negli alimenti

Esempi:

Oli vegetali: ~99%

 Burro/margarina: ~82%

 Frutta secca: 50–60%

 Tuorlo d’uovo: 30%

 Latte intero: 3.5%

 Farina integrale: 2.2%



Acidi grassi

Catene alifatiche con >4 atomi di carbonio.

 Saturi: solo legami C–C.

 Insaturi: uno o più doppi legami C=C.

 Monoinsaturi

o Polinsaturi

o

Esempi:

Acido stearico (C18:0)

 Acido oleico (C18:1)

 Acido linoleico (C18:2)

 Acido linolenico (C18:3)



Acidi grassi essenziali

Presenti in semi, piante, pesci, alghe.

 Funzioni:

 Struttura delle membrane.

o Precursori delle prostaglandine.

o Regolazione di trigliceridi e colesterolo.

o

Isomeria e conformazione

Isomeri cis/trans negli acidi grassi insaturi.

 Il trans è raro in natura e deriva da processi industriali (idrogenazione, raffinazione).

 La presenza di doppi legami abbassa il punto di fusione.

 Maggiore insaturazione → minori interazioni intermolecolari → minore T° di fusione.



Proprietà fisiche

Molecole anfipatiche (testa polare + coda apolare).

 Funzione di emulsionanti.



Trigliceridi

Formati da glicerolo + 3 acidi grassi.

 Molecole apolari, insolubili in acqua.

 Principale forma di riserva energetica.



Fosfolipidi

Componenti fondamentali delle membrane cellulari.

 Molecole anfipatiche che formano doppio strato lipidico.



Cere Esteri di acidi grassi e alcoli a lunga catena.

 Funzione protettiva in animali e piante (es. cera d’api).



Steroli

Struttura a quattro anelli fusi.

 Alcoli steroidei (es. colesterolo).

 Composizione variabile negli oli vegetali.



Estrazione dei lipidi: Soxhlet

Metodo classico per estrarre lipidi da matrici solide

 Composto da un pallone, un estrattore e un refrigerante.



Principali trasformazioni dei lipidi

Reazioni chimiche più importanti che coinvolgono i lipidi:

Idrolisi – scissione dei trigliceridi in glicerolo e acidi grassi.

 Saponificazione – reazione con basi forti che produce saponi (sali degli acidi grassi).

 Idrogenazione – saturazione degli acidi grassi insaturi tramite aggiunta di idrogeno.

 Interesterificazione – redistribuzione degli acidi grassi tra diversi trigliceridi.

 Autossidazione – ossidazione spontanea dei lipidi, responsabile dell’irrancidimento.



Saponificazione e molecole anfipatiche

I saponi sono molecole anfipatiche (parte idrofila e parte idrofoba).

 Formano schiuma perché abbassano la tensione superficiale dell’acqua,

 stabilizzando le bolle.

Idrogenazione e acidi grassi trans

L’idrogenazione avviene con nichel come catalizzatore, a 160–220°C e 2–10 atm.

 Può generare acidi grassi trans (dal 5% al 40%).

 Effetti negativi associati:

 alterazioni del metabolismo lipidico

o modifiche delle membrane cellulari

o aumento del rischio di malattie cardiovascolari, cancerogenesi,

o degenerazioni nervose

Regolamento UE: massimo 2 g di grassi trans per 100 g di grasso.



Interesterificazione

Rompe e riforma i legami estere dei trigliceridi, senza mantenere la posizione

 originaria degli acidi grassi.

Permette di ottenere grassi con proprietà fisiche modificate (punto di fusione,

 consistenza).

Spesso si combinano oli fluidi (es. soia) con grassi solidi (es. palma).



Produzione della margarina

La margarina è un’emulsione di grassi vegetali e animali, idrogenati e non.

 Deve contenere:

 ≥80% di materia grassa

o ≤2% di umidità

o

Materie prime tipiche:

 grasso di cocco, palma

o oli di soia, mais, arachide, girasole

o

Nelle margarine industriali compaiono anche grassi animali (es. sego).

 Processo produttivo:

 1. Emulsione acqua/lipidi

2. Solidificazione

3. Impastamento

4. Confezionamento

Uso di additivi liposolubili (emulsionanti, antiossidanti) e idrosolubili (conservanti,

 coloranti, sale).

Frittura e degradazione dei grassi

Durante la frittura avvengono:

Idrolisi dei trigliceridi → acidi grassi + glicerina

 Ossidazione degli acidi grassi insaturi → formazione di isomeri trans

 Dalla glicerina si forma acroleina, irritante e tossica

 Si generano centinaia di composti (volatili e polimeri ad alto peso molecolare)



Punto di fumo di alcuni oli:

Punto di

Grasso/Olio fumo

Strutto >260°C

Olio di arachide 180°C

Punto di

Grasso/Olio fumo

Olio di mais 160°C

Olio di soia 130°C

Olio di girasole 130°C

Olio extravergine di 210°C

oliva

Che cos’è l’ossidazione

È una reazione radicalica, chimica o enzimatica.

 Coinvolge soprattutto i lipidi.

 Ha impatto su:

 qualità e conservazione degli alimenti (oli, grassi, carne, formaggi)

o aspetti tossicologici

o

Radicali liberi e specie reattive dell’ossigeno

I radicali liberi danneggiano cellule e tessuti.

 Sono coinvolti in patologie come:

 aterosclerosi

o cataratta

o diabete

o tumori

o malattie infiammatorie intestinali

o malattie renali e cardiovascolari

o processi di invecchiamento

o

Radicali liberi: definizione

Atomi o gruppi di atomi con un elettrone spaiato.

 Si formano tramite scissione omolitica dei legami.

 Sono altamente reattivi.



Autoossidazione dei lipidi

Reazione dell’ossigeno con acidi grassi insaturi → formazione di prodotti di

 degradazione.

Provoca irrancidimento (odori e sapori sgradevoli).

 La velocità aumenta con il grado di insaturazione.



Fasi dell’ossidazione dei grassi

a) Innesco / Iniziazione

Formazione dei primi radicali e perossidi.

 Può essere favorita da luce, calore, lipossigenasi.



b) Propagazione

Reazione a catena: i radicali reagiscono con altri acidi grassi generando nuovi radicali

 e perossidi.

c) Terminazione

I radicali si combinano formando prodotti più stabili.

 A temperature >160°C si formano polimeri (aumento viscosità, imbrunimento).



Prodotti finali dell’ossidazione

Aldeidi

 Chetoni

 Esteri

 Alcoli

 off-flavours

Responsabili degli



Esempi specifici

Autoossidazione dell’acido oleico: formazione di radicali allilici.

 Autoossidazione dell’acido linoleico: struttura 1,4-pentadienica → radicali stabilizzati

 per delocalizzazione.

Fattori che influenzano l’ossidazione

Acceleranti

Alte temperature

 Luce UV

 Perossidi

 Metalli (Cu, Fe)

 Enzima lipossigenasi



Inibenti

Refrigerazione

 Antiossidanti

 Contenitori opachi

 Esclusione dell’ossigeno

 Agenti sequestranti



Antiossidanti

Regolati dalla legislazione italiana come additivi alimentari.

 Definizione: sostanze che rallentano o impediscono l’ossidazione dei grassi.

 Agiscono anche a basse concentrazioni.



Classificazione (radical

Antiossidanti di primo tipo: interrompono la catena radicalica

 scavengers).

Antiossidanti di secondo tipo: rallentano l’iniziazione (chelanti dei metalli, oxygen

 scavenger, oxygen quencher).

Antiossidanti

Gli antiossidanti si dividono in due categorie principali:

Antiossidanti di primo tipo (radical scavengers)

Interrompono la propagazione della catena radicalica.

 Reagiscono con radicali lipidici (R•, RO•, ROO•) trasformandoli in specie più stabili.

 Funzionano cedendo un elettrone e formando radicali fenossilici stabilizzati per

 risonanza.

L’attività aumenta con:

 presenza di due gruppi ossidrilici (orto → stabilizzazione tramite legame H

o intramolecolare)

possibilità di formare semichinoni e chinoni (para-diidrossibenzeni).

o

Antiossidanti di secondo tipo

Agiscono nella fase di iniziazione della catena radicalica tramite:

Sequestro dell’ossigeno (oxygen scavengers)

 Chelazione dei metalli (agenti sequestranti)

 Spegnimento dell’ossigeno singoletto (oxygen quenchers)



Antiossidanti naturali di primo tipo

Composti fenolici

Categorie principali:

Acidi fenolici (cinnamici e benzoici)

 Flavonoidi

 Alcoli fenolici

