Diapositiva 1

Seconda Università degli Studi di Napoli
DiSTABiF
Anno Accademico 2016-17
Corso di Laurea Magistrale in
SCIENZE DEGLI ALIMENTI E DELLA NUTRIZIONE UMANA
Insegnamento di
BIOCHIMICA e BIOTECNOLOGIE
degli ALIMENTI
Fibra alimentare; i carboidrati nell’industria alimentare; introduzione al metabolismo; legami/molecole ad alto
contenuto energetico.
Lezione 4
Prof. Augusto Parente
Venerdì 20 Marzo 2017
1
LA FIBRA ALIMENTARE - “glucidi indigeribili”
- CELLULOSA (I)
- EMICELLULOSE
- PECTINE
- AMIDO nativo
- AMIDO retrogradato (S). Frazione dell'amido che resiste al processo di idrolisi
- ALGINATI
- CARRAGENINE (costituite da catene di galattani)
- AGAR-AGAR (formato da un galattano (agarosio) e da un glicano solfato
(agaropectina). Utilizzato anche come supporto cromatografico.
(J. Adrian et al. )
(digestione) da parte degli enzimi digestivi dell'intestino tenue.
La retrogradazione si verifica successivamente alla fase di gelatinizzazione e
cottura dell'amido.
LA FIBRA ALIMENTARE - “glucidi indigeribili”
(solubile ed insolubile)
- FRUTTANI
(frutto-oligosaccaridi ed inuline)
- - GLUCANI (legami -1,4 oppure 1,3)
- GOMME (guar – catene di mannosio, con ramificazioni di
galattosio- guarano); xantano- catene di glucosio
legate con legame -1,4, con molecole di mannosio,
di acido glucuronico e piruvico in posizione laterale);
- LIGNINA (di natura fenolica e quindi non polisaccaridica)
FRUTTOLIGOSACCARIDI
(FOS)
detti anche oligofruttosio
o oligofruttani
Di origine vegetale, sono
invece
costituiti
prevalentemente da unità
di
D-fruttosio
unite
mediante
legami
βglicosidici (1-2).
1
1
6
2
INULINA
L'inulina è un polimero glucidico con
peso molecolare minore dell'amido
(circa 5000 Da), solubile in acqua e
totalmente accumulato nei vacuoli.
Si ottiene dalla polimerizzazione del
β-D-fruttosio.
E’ presente nella cicoria e nel
topinambur, ed anche in altri
vegetali.
Da notare l’estremità terminale di saccarosio
FOS e INULINA
favoriscono la crescita di batteri intestinali simbionti, utili per
promuovere la salute dell'intero organismo; questi oligosaccaridi sono definiti prebiotici.
La fermentazione di fibre solubili porta alla produzione di acidi
grassi a catena corta (SCFA) nel colon, tra i quali
- acido acetico
- acido propionico
- acido butirrico
(quest'ultimo considerato il substrato energetico
preferito per gli enterociti del colon).
I PREBIOTICI
I prebiotici furono identificati e chiamati così nel 1993 da Marcel
Roberfroid.
Sono nella grande maggioranza carboidrati, in particolare oligosaccaridi.
Tra questi in special modo rivestono un ruolo importante i frutto-oligosaccaridi
(conosciuti come FOS) e, tra questi, l'inulina risulta il prebiotico di maggiore
interesse.
I prebiotici favoriscono la crescita e l'attività di Bifidobacterium e di lactobatteri,
specie batteriche importanti per la salute digestiva dell'organismo ospite
(probiotici).
Inoltre mostrano interessanti proprietà nutrizionali in soggetti con: diabete,
obesità e allergie.
Tra le fonti di prebiotici troviamo alimenti vegetali ricchi di fibre come
Asparagi
Legumi
Avena
Aglio
Tarassaco
Frutta secca (con particolare riferimento alle noci)
Principali glucidi Fonti alimentari principali
Digeribilità
Prodotti della digestione
Monosaccaridi
Glucosio
Frutta e miele
Ottima
Glucosio
Fruttosio
Frutta e miele
Ottima
Fruttosio
Disaccaridi
Canna e barbabietole da
Saccarosio
Ottima
Glucosio e Fruttosio
zucchero
Incompleta negli
Lattosio
Latte e latticini
Glucosio e Lattosio
adulti
Polisaccaridi
Amido e destrine Cereali, tuberi, legumi, ecc.
Ottima
Glucosio
Glicogeno
Carne e pesce
Ottima
Glucosio
Inulina
Topinambur e cipolle
Parziale
Fruttosio
Mannosani
Legumi
Molto bassa
Mannosio
Pentosani
Frutta e gomme
Molto bassa
Pentosi
Foglie e gambi di vegetali,
Digeribile
involucro esterno di semi
parzialmente per
Cellulosa
Glucosio
(crusca), cereali integrali,
azione dei batteri
legumi, frutta
nell'intestino crasso
Digeribili
parzialmente per
Pectine
Frutta, carote, patate dolci
Galattosio, Arabinosio
azione dei batteri
nell'intestino crasso
USO INDUSTRIALE DEI CARBOIDRATI
L'impiego industriale dei carboidrati si basa sull’utilizzo delle loro proprietà fisiche.
In questo modo, si possono usare come:
- DOLCIFICANTI (edulcoranti)
- CONSERVANTI
- GELIFICANTI*
- EMULSIONANTI* *E ADDENSANTI***
* Agente di tessitura che provoca la trasformazione di una materia in struttura
organizzata tridimensionale, con la consistenza di gel.
**Sostanza complessa utilizzata per stabilizzare mezzi fisici eterogenei composti da
una fase acquosa e costituenti lipidici o idrofobici (J. Adrian et al.).
**Sostanze che potenziano l’attività dei gelificanti. Aumentano la consistenza dei gel
o rendono più sodi e croccanti i prodotti alimentari.
Glucosio
Fruttosio
I gruppi ossidrilici conferiscono ai carboidrati la capacità di:
i) formare legami H
ii) legare molecole di H2O e quindi di
iii) controllare il grado di umidità degli alimenti
Tuttavia le molecole di acqua legate dipende anche dalla struttura
della molecola: il fruttosio lega più acqua del glucosio (BK Simpson).
DOLCIFICANTI (edulcoranti)
POTERE DOLCIFICANTE
Il saccarosio è il carboidrato con maggior potere dolcificante.
Questo disaccaride è il parametro di riferimento utilizzato abitualmente
per determinare il potere dolcificante dei carboidrati.
Oltre al saccarosio, anche altri carboidrati presentano questa capacità.
Per esempio lo zucchero invertito (glucosio+fruttosio), prodotto di
idrolisi ottenuto dal saccarosio e che possiede un potere dolcificante
persino superiore.
SACCAROSIO
DOLCIFICANTI
(da J. Adrian et al.)
DOLCIFICANTI
(EDULCORANTI)
NATURALI
Valore
Relativo
DOLCIFICANTI
SEMISINTETICI
Valore
relativo
DOLCIFICANTI
SINTETICI
Valore
relativo
Saccarosio
1
Aspartame
180
Acesulfame K
120-200
Fruttosio
(Levulosio)
1,50
(1,37-1,70)
Alitame
2000
Saccarina
300-500
Miele
>1
Ciclammati
30
Galattosio
0,75
Glucosio (Destrosio)
0,75
Lattosio
0,17
Lattosio idrolizzato
0,80
Zucchero invertito
1,25
Xilitolo
1
Sorbitolo
0,6
Mannitolo
0,45-0,70
Stevia- Stevioside
275
CONSERVANTI
I glucidi rinforzano la stabilità chimica degli alimenti , perché riducono l’attività
dell’acqua (agenti “umettanti”) .
Il saccarosio viene utilizzato per ridurre o inibire lo sviluppo microbico nei
prodotti alimentari, riducendo l’attività dell’acqua (Aw).
La stessa azione è svolta dal cloruro di sodio (NaCl):
Saccarosio
Cloruro di sodio
Concentrazione (%)
(g/100 mL di acqua)
Attività dell’acqua
(Aw)
11
0,99
107
0,93
194
0,86
243
0,82
0,9
0,995
10,3
0,94
30,1
0,80
36,1
0,75
RELAZIONE tra intensità delle reazioni chimiche e biologiche e Aw
REAZIONI CHIMICHE
Ossidazione dei lipidi
Imbrunimento
non enzimatico
Attività enzimatica
Aw
Massima velocità a valori bassi ed alti di Aw
Massimo intorno a 0,6
Crescente al crescere di Aw
MICRORGANISMI
Batteri Gram -
0,97
Batteri Gram +
Lieviti
0,90
0,88
Muffe
0,80
Batteri alofili
0,75
Muffe xerofile
0,61
I d
N e
T l
E l
N e
S
I
R
T e
À a
z
R
i
E o
L
n
A
i
T
I
V
À
Ossidazione dei
lipidi
Reazioni di
imbrunimento non
enzimatico
Crescita
di muffe
Crescita
di lieviti
Batteri
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
Attività dell’acqua
0,8
0,9
1,0
Mappa della stabilità degli alimenti in relazione alla
attività dell’acqua (adattato da Labuza).
LIVELLI MINIMI DI AW CHE CONSENTONO LA CRESCITA
(ALLA TEMPERATURA OTTIMALE)
Muffe
Lieviti
Batteri
Aspergillus chevalieri
Aspergillus ochraceus
Aspergillus flavus
Penicillium verrucosum
Fusarium moniliforme
Saccharomyces rouxii
Saccharomyces cerevisiae
Bacillus cereus
Clostridium botulinum (proteolitico)
Clostridium botulinum (non proteolitico)
Escherichia coli
Salmonella
Staphylococcus aureus
0.71
0.78
0.80
0.79
0.87
0.62
0.90
0.92
0.93
0.97
0.93
0.95
0.83
ATTIVITA’ DELL’ACQUA
La Aw si può ridurre:
-Togliendo acqua (essiccamento);
- Diminuendo la disponibilità dell’acqua attraverso
il congelamento e la surgelazione;
- Diminuendo la disponibilità dell’acqua attraverso
agenti leganti come zucchero, sale.
POTERE CONSERVANTE ED ADDENSANTE
L’agar-agar è utilizzato come gelificante per le carni conservate .
Le pectine per la produzione di nettari e marmellate.
Gli alginati e le gomme servono come addensanti, soprattutto nei prodotti da
forno e nelle salse.
Probabilmente il carboidrato più noto per le sue proprietà addensanti è
l’amido che è presente nelle conserve, nelle zuppe, maionese, merendine.
Come stabilizzante si usano gli alginati e l’agar-agar oltre alle carragenine ed
alla gomma arabica.
Nel caso degli alimenti in polvere, il potere igroscopico è determinante poiché
il grado di umidità è direttamente proporzionale all’insolubilità degli alimenti;
al contrario è utile per rendere soffici i dolci.
INTRODUZIONE AL METABOLISMO
ALIMENTO
1- Sostanza, di origine agricola o industriale, il cui consumo serve in
primo luogo a coprire i fabbisogni nutrizionali e a mantenere
l’individuo in buono stato di salute, nel senso più ampio del termine
(OMS) .
2- Sostanza che, introdotta nell’organismo animale, sopperisce al
suo dispendio energetico, fornisce i materiali di reintegrazione,
quelli necessari per l’eventuale accrescimento e quegli elementi
(vitamine, minerali ecc.) indispensabili al normale svolgimento di
funzioni fondamentali per l’individuo e per la specie.
(vocabolario Treccani).
METABOLISMO
CATABOLISMO E ANABOLISMO
CATABOLISMO
+
+
Produzione di energia
Urea
METABOLISMO BASALE
E’ il dispendio energetico dell’organismo in condizioni “di base”,
ossia in completo riposo fisico e psichico, a digiuno da almeno
12-16 ore e in neutralità termica.
Esso rappresenta il fabbisogno calorico necessario al
mantenimento delle funzioni vitali (attività cardiocircolatoria,
respirazione, termoregolazione, ecc.).
Espresso per m2 il suo valore per l’uomo è di circa 900
kcal al giorno (o 3800 kJ).
METABOLISMO INTERMEDIO:
Corrisponde alle conversioni tra metaboliti aventi come scopo la
sintesi di composti che sono necessari:
i) al funzionamento dell’organismo;
ii) alla costituzione di sostanze di riserva;
iii) alla sintesi di sostanze che svolgono un ruolo importante in
molti prodotti alimentari.
In relazione al punto III, si consideri la sintesi di:
- acido lattico: rigor mortis; inacidimento o cagliatura del latte;
preparazione di prodotti fermentati (crauti), ecc.
- etanolo: vinificazione, panificazione, ecc.
- prodotti di processi fermentativi.
- Prodotti del metabolismo degli acidi grassi e delle proteine nella
maturazione dei formaggi, nei processi di deterioramento della
carne, ecc.
RICHIAMI AL METABOLISMO INTERMEDIO
METABOLISMO ENERGETICO: Produzione di ATP
ALIMENTI
1- Composti: Latte, Carne, Pollame, Pesce, Frutta, Verdura, Cereali, Cibi
funzionali, ecc.
2- Semplici : Lipidi, Carboidrati, Proteine, (Vitamine, Minerali)
Alcuni composti
ad alto
contenuto
energetico
ATP
NADH+H+
NADPH
GTP
NADH+H+
FADH2
UREA
NADPH
NADH+H+*
FADH2*
NADPH+H+*
ATP*
Tioesteri
+
- CO2
- H2O
- Urea
SINTESI di ATP
FOSFORILAZIONE A
LIVELLO DEL SUBSTRATO
Sintesi di ATP a partire da composti/legami
ad alto contenuto energetico
(fosfoanidridi, equilibrio cheto-enolico,
tioesteri)
FOSFORILAZIONE
OSSIDATIVA
Coenzimi ridotti (NADH+H+, FADH2)
Catena di trasporto degli elettroni
SINTESI di NADPH
(necessario per la sintesi
degli acidi grassi e per
altre biosintesi riduttive)
- VIA DEI PENTOSO-FOSFATI
- ENZIMA MALICO
LE MOLECOLE AD ALTO CONTENUTO ENERGETICO
ATP: molecola ad alto contenuto
energetico
1 kcal equivale 4,18 kJ
= - 7,3 kcal/mole
Ortofosfato stablizzato per risonanza
ALTRI COMPOSTI AD ELEVATO CONTENUTO ENERGETICO
-
4-
-
2
--
Fosfoenolpiruvato
(PEP)
Creatina fosfato
1,3-bisfosfoglicerato
PIROFOSFATO + H2O
2H+
+ 2
H
DG°’ = - 33 kJ/mol
DG°’ = - 10 kJ/mol
1 kcal equivale 4,18 kJ