Diapositiva 1

Seconda Università degli Studi di Napoli
DiSTABiF
Anno Accademico 2015-16
Corso di Laurea Magistrale in
SCIENZE DEGLI ALIMENTI E DELLA NUTRIZIONE UMANA
Insegnamento di
BIOCHIMICA e BIOTECNOLOGIE
degli ALIMENTI
-Nollet, LML
- Adrian J
- Gigliotti e Verga
Prof. Augusto Parente
Lezione 22
Modificazioni degli alimenti
Durante la conservazione, la cottura e le numerose manipolazioni industriali cui
vanno incontro gli alimenti, i principi nutritivi in essi contenuti possono subire
modifiche e trasformazioni.
In generale si tratta di fenomeni o processi di natura
- Fisica
- fisico-chimica
- chimica
- microbiologica
che spesso interagiscono fra loro in un sistema di trasformazioni complesso, più o
meno drastico, che dipende dalle caratteristiche intrinseche del prodotto, dalle
condizioni operative, dagli intervalli di tempo che intercorrono.
POSITIVE NEGATIVE
Nella preparazione di prodotti, si usa il termine trasformazione quando il
processo porta a risultati desiderati e, quindi, è positivo.
Si usa invece il termine alterazione quando il processo porta a risultati
indesiderati, se non addirittura dannosi.
Uno stesso processo o fenomeno può essere definito in certi contesti come una
trasformazione desiderata, in altri come un'alterazione.
Es. Il processo di imbrunimento
Le alterazioni si svolgono sempre spontaneamente:
1. fenomeni ordinari integrati nel ciclo della sostanza organica;
2. fenomeni indotti da particolari condizioni ambientali od operative errate o
non ottimali.
Le trasformazioni derivano dalla combinazione di più fenomeni e più vie
metaboliche, parallele o consecutive, di cui:
le trasformazione principali sono alla base della tecnologia che identifica
genericamente il prodotto trasformato:
es. - la fermentazione alcolica nella vinificazione,
- la coagulazione della k-caseina nella caseificazione.
I processi complementari secondari conferiscono poi le
organolettiche che tipizzano il prodotto (aroma, consistenza, ecc.).
proprietà
La maggior parte delle trasformazioni sono di natura biochimica, e sono
dovute all'azione di:
 enzimi endogeni (come gli enzimi propri dell'organismo da cui deriva
l'alimento);
 enzimi esogeni (come quelli aggiunti o prodotti da microrganismi che
vengono a contatto, accidentalmente o meno, con l'alimento).
PRODOTTI LATTIERO-CASEARI
IL LATTE
Secondo una definizione biologica, il latte è il prodotto della ghiandola
mammaria, destinato all’alimentazione dei giovani mammiferi
La composizione del latte è adattato alla velocità di accrescimento del giovane al
quale è destinato.
Caratteristiche nutrizionali del latte di varie specie animali (per 100 mL)*
Lipidi
(g)
Lattosio
(g)
Proteine
(g)
Ceneri
(g)
Energi
a
(kcal)
Calorie lipidi/
Calorie glucidi
Donna
3,5
7,0
1,5
0,2
70
1,1
Vacca
3,6
4,7
3,5
0,7
65
1,6
Asina
1,1
6,6
1,6
0,3
50
Pecora
4,3
4,7
4,0
0,8
105
2,1
Scrofa
6,0
5,4
6,0
0,9
100
2,5
Renna 17,5
2,5
10,5
1,5
210
15,5
Bufala
5,1 **
4.5
8,5
4,2
Caratteristiche nutrizionali del latte di varie specie (per 100 mL)
Il latte è costituito da 4 fasi fisiche:
- Una fase gassosa che comprende essenzialmente CO2, al
momento della mungitura;
- Una fase grassa, costituita di globuli di grasso circondati da una
membrana polare (MFGM- milk fat globule membrane) , che
contengono lipidi veri ed elementi liposolubili;
- Una fase colloidale, costituita dalle micelle di caseina associate a
fosfati e citrati di calcio e magnesio;
- Una fase acquosa costituita da proteine “solubili” (proteine del
siero di latte), lattosio e sali minerali.
* i valori riportati di seguito si riferiscono al latte di vacca
Grassi: i triacilgliceroli costituiscono quasi il 98% dei grassi presenti nel latte.
La parte rimanente è costituita da diacilgliceroli, monoacilgliceroli, acidi grassi
liberi, fosfolipidi e steroli.
Relativamente alla composizione degli acidi grassi si ha: i) acidi grassi saturi
(palmitico 26% e stearico 15%). Sono anche presenti acidi grassi a corta e media
catena , tra cui anche il 3,3% di acido butirrico.
Questi acidi grassi ed i relativi prodotti di degradazione contribuiscono a
determinare il sapore di molti prodotti lattiero-caseari
Proteine: il latte contiene due classi di proteine.
LE CASEINE- Rappresentano fino all’80% delle proteine del latte di
vacca, sono insolubili a pH 4,6 e sono stabili al calore.
LE PROTEINE DEL SIERO- Sono solubili a pH 4,6, ma sono sensibili al
calore. Comprendono 4 proteine principali: -lattoglobulina (50%), lattoglobulina (20%), albumina serica ematica (10%) ed
immunoglobuline (10%).
Queste proteine contengono un elevato numero di cisteine e cistine ed
in seguito a trattamento termico possono formare legami disolfurici
con altre proteine.
Oltre a questi componenti il latte contiene diversi enzimi
Latte di vacca
Latte di donna
-amilasi
11-800
60-000
Catalasi
0
3
Lipasi
110
275
Perossidasi
21-000
750
Fosfatasi alcalina
160
3
Fosfatasi acida
70
110
Xantina ossidasi
175
0
0,04
39
(in U/100mL)
In mg/100mL
Lisozima
PASSAGGI CHIAVE NELLA PREPARAZIONE DI PRODOTTI LATTIERO-CASEARI
Fermentazione lattica.
I batteri lattici: Lactococcus lactis spp; Leuconostoc
(eterofermentante); Streptococcus e Lactobacillus usano il lattosio
presente nel latte per produrre acido lattico ed altri importanti
composti aromatici presenti nei prodotti lattiero–caseari. Molti di
questi batteri hanno attività lattasica ed idrolizzano così il lattosio
in galattosio e glucosio.
-> intolleranza al lattosio
I batteri lattici omofermentanti producono acido lattico come di
seguito mostrato:
Lattosio + 4ADP + 4H3PO4--> 4 Acido lattico+ 4ATP+ 4H2O
Le molecole di glucosio sono metabolizzate attraverso la glicolisi,
mentre quelle di galattosio attraverso la via del tagatosio.
Metabolismo del galattosio
Quando è trasportato come
galattosio 6P mediante PTS
(fosfotrasferasi),
è
fermentato secondo la via
del D-tagatosio-6P.
I batteri eterofermentanti metabolizzano il lattosio e producono anidride carbonica, acido
acetico ed etanolo:
Lattosio + 2ADP + 2H3PO4--> 2 Acido lattico + 2 etanolo + 2CO2+ 2ATP+ H2O
Questi batteri non posseggono aldolasi e quindi gli zuccheri vengono metabolizzati
attraverso la via dei pentoso-fosfati anziché attraverso la glicolisi.
Inoltre, diversi batteri (tra cui Lactobacillus delbrueckii spp. bulgaricus, Lactococcus lactis
spp. lactis biovar diacetylactis, Streptococcus thermophilus, non posseggono la
deidrogenasi ed accumulano acetaldeide.
Acido acetico
, Pi
anaerobiosi
Da una molecola di esoso sono prodotti una molecola di acido lattico (in rapporto
stechiometrico di 1,8 moli/1mole di glucosio), una di CO2, una di etanolo (in
anaerobiosi) o una di acido acetico (in aerobiosi) e una di ATP.
La produzione di acido da parte dei batteri lattici è importante per
1- la qualità e la sicurezza dei prodotti lattiero-caseari. Infatti la riduzione del pH fa
aumentare la shelf life e la sicurezza dei prodotti attraverso la inibizione di
processi di deterioramento ad opera di microrganismi patogeni ;
2. La precipitazione delle caseine nella formazione di diversi prodotti lattierocaseari come: i) yogurt, ii) panna acida, e iii) formaggi freschi.
Questi batteri possono anche contribuire alla degradazione di proteine e lipidi che può
portare allo preparazione di formaggi con una struttura unica e sapori caratteristici dei
prodotti lattiero-caseari. Questo è particolarmente vero nei formaggi stagionati.
Il metabolismo dell’acido citrico* (naturalmente presente, anche se in quantità limitate
nel latte o aggiunto – 1,1/1,3 gL- per demineralizzare il latte) da parte di Lactococcus,
Leuconostoc, e altri batteri lattici porta alla formazione di :
- Diacetile (2,3-butandione; sapore
di burro)
- Acetoino (liquido incolore con un gradevole odore di burro o mandorle)
3HC
- 2,3- butandiolo
che sono importanti composti volatili che danno sapore ai prodotti lattiero-caseari
*L’acido citrico viene anche aggiunto nel liquido di governo della mozzarella
CH3
VIA METABOLICA
DEL CITRATO
CITRATO
Citrato
permeasi
MEMBRANA
Acetato
CITRATO
Citrato liasi
OSSALACETATO
CO2
Ossalacetato decarbossilasi
PIRUVATO
ACETALDEIDE
2-acetolattato
decarbossilasi
ACETOINO
2-acetolattato sintasi
2-ACETOLATTATO
Diacetile sintasi
DIACETILE
LATTE FERMENTATO
DEFINIZIONE: i latti fermentati sono “i prodotti ottenuti dalla
coagulazione del latte senza eliminazione del siero, per azione
esclusiva di microrganismi specifici per ogni tipo di latte
fermentato, che devono mantenersi vivi e vitali fino al momento
del consumo”.
I processi fermentativi di natura acida o acida-alcolica provocano
modifiche alle caratteristiche organolettiche ed alla composizione
chimica del prodotto d’origine.
A seconda del tipo di fermentazione abbiamo:
- Latti acidi (yogurt e latticello fermentato – residuo nella
preparazione del burro, fermentato o meno);
-Latti acido-alcolici (kefir, koumis)
EFFETTI
PREPARAZIONE INDUSTRIALE dello YOGURT
STEPS
PASTORIZZAZIONE del latte a 72-78 °C per un tempo
brevissimo, raffreddamento a 8-10°C
Latte privo di patogeni;
- Perdita di vitamine, reintegrate
con l’azione dei fermenti.
CONCENTRAZIONE per evaporazione (se necessario)
Prodotto più denso
RISCALDAMENTO a 40-44 °C
Temperatura ottimale per l’azione dei fermenti
AGGIUNTA di batteri lattici Lactobacillus
bulgaricus e Streptococcus thermophilus
(incubazione per 3-6 ore)
OMOGENEIZZAZIONE del prodotto
RAFFREDDAMENTO
Riduzione delle particelle di grasso e
dell’affioramento della crema
Mantenimento della qualità e del contenuto in
fermenti.
AGGIUNTA di frutta o altro
CONFEZIONAMENTO
Si ha l’acidificazione del prodotto
per effetto dell’azione dei
fermenti.
Migliorare il gusto; aumentare la conservabilità (anche
con aggiunta di sorbato di potassio- antimuffa)
In condizione di sterilità
(30-40 giorni)
Lo yogurt può anche essere preparato in ambito casalingo, con una procedura simile, ma
semplificata rispetto a quella industriale.
- Ebollizione del latte
- Raffreddamento a 42-44 °C
- aggiunta dei fermenti lattici o yogurt già pronto
- acidificazione per 12-24 ore
- si conserva a 4°C fino al momento del consumo che comunque non può essere
PREPARAZIONE del KEFIR*
“Liquido cremoso, relativamente denso, in genere meno acidulo dello yogurt. Gusto
leggermente frizzante per la produzione di CO2 ed è debolmente alcolico (circa 1,5°).
E’ prodotto dalla fermentazione acido-alcolica per almeno 24 ore (e non più di 72 ore).
Batteri utilizzati: Lactobacillus caucasus, generi di Streptococcus, Leuconostoc e
Acetobacter.
I processi biochimici:
- Fermentazione lattica: acido lattico e CO2
- Fermentazione alcolica (ad opera di lieviti del tutto assenti nello yogurt- Torula kefir e
Saccharomices kefir): etanolo
-Il kefir può anche essere prodotto da acqua zuccherata con gli opportuni fermenti
*Termine turco =benessere
EFFETTI
PREPARAZIONE di FORMAGGI
STEPS
CORREZIONE del contenuto di grassi
A seconda del tipo di formaggio
PASTORIZZAZIONE del latte a 72-78 °C per un
tempo brevissimo (10-20 s); si raffredda
Usata spesso per i formaggi
freschi o per abbattere la carica
microbica
RISCALDAMENTO a 36-38°C
Temperatura di base
Il controllo della composizione microbica
assicura un decorso ottimale della caseificazione
e minimizza la presenza di batteri indesiderati
come quelli butirrici (formazione di gonfiori)
INNESTO CON fermenti lattici
selezionati e dedicati per ogni
particolare tipo di formaggio.
COAGULAZIONE DEL LATTE
SINERESI E SPURGO
La cagliata si contrae progressivamente rilasciando il
siero (con H2O, sieroproteine e lattosio)
ROTTURA DELLA CAGLIATA
e messa in forma
Si rompe la cagliata in pezzi la cui grandezza dipende
dal tipo di formaggio (duro, molle). Così pure la T (a
pasta cruda, f. semicotti, cotti cotti
STUFATURA/FILATURA (se richiesta)
SALATURA e formazione della crosta
MATURAZIONE (stagionatura)
Stufatura-> Gorgonzola; filatura->mozzarella
(formaggi a pasta filata)
Il pH del latte è circa 6,5-6,7. A questo valore di pH le caseine si trovano al di sopra del loro
pI:->carica negativa-> solubili. La liberazione di acido lattico fa abbassare il pH circa 4,6,
prossimo al loro pI-> precipitazione.
La coagulazione acida viene utilizzata per la preparazione di alcuni formaggi freschi e molli
(come cacio-ricotta, mascarpone). Nella maggior parte dei casi però si fa una coagulazione
presamica, con l’azione del caglio che contiene chimosina e pepsina e lipasi. Il caglio migliore
è quello che si ottiene dai lattanti in quanto contiene principalmente chimosina. Alternative
al caglio animale (come già detto) sono derivati vegetali come estratti del fiore del cardo
selvatico, di latice di fico, di funghi filamentosi)
In pratica si fa una coagulazione mista, ottenuta sia dai fermenti (coagulazione acida)
portando il latte alla temperatura opportuna, sia alla successiva azione del caglio. La seconda
prevale sulla prima nella produzione di formaggi duri e semiduri, mentre la prima prevale
nella preparazione di formaggi molli.
STAGIONATURA: Durante la maturazione avvengono lente e complesse modificazioni
che determinano la vera formazione del formaggio. Le modifiche sono determinate
da microrganismi ed enzimi: i)il contenuto di acidi grassi liberi aumenta; ii)
diminuisce la quantità di proteine con liberazione di peptidi ed amminoacidi.
AZIONE DELLE PROTEASI NELLA PRODUZIONE DI FORMAGGIO (che diventa così
un alimento predigerito)
Enzimi
Reazione
Coagulazione
Chimosina (rennina, EC 3.4.23.4)
K-Caseina ->Para-K-caseina + macroglicopeptide
Proteolisi
Proteasi
Proteine —> peptidi ad alto peso molecolare + amminoacidi
Amminopeptidasi,
dipeptidasi, tripeptidasi
Peptidi a basso peso molecolare —> amminoacidi
Proteasi, endopeptidasi,
amminopeptidasi
Peptidi ad alto peso molecolare —> peptidi a basso
peso molecolare
segue
AZIONE DELLE PROTEASI NELLA PRODUZIONE DI FORMAGGIO
ENZIMI
REAZIONE
Contribuisce all’aroma
esaltatore di sapidità
Trasformazione di amminoacidi
Aspartato transamminasi (EC 2.6.1.1)
Metionina y-liasi (EC 4.4.1.11)
Triptofanasi (EC 4.1.99.1)
Decarbossilasi
Possono aumentare la pressione
arteriosa e talvolta allergie alimentari
Deaminasi
(Deamminazioni non ossidative)
L-Aspartato + 2-chetoglutarato —> ossalacetato + L-glutammato
L-metionina —> metanotiolo + NH3 + 2-ossobutanolato
L-triptofano + H2O —> indolo + piruvato + NH3
Lisina
Ornitina
Arginina
Istidina
Provoca decarbossilazione ossidativa
Acido glutammico
Tirosina
Triptofano
Cadaverina
Putrescina
Agmatina
Istamina (nei formaggi stagionati; vitigno
di Sirah-valle del Rodano-;)
Acido  -amminobutirrico
Tiramina
Triptammina
Alanina —>
Triptofano —>
Glutammato —>
Serina —>
Treonina —>
piruvato
Indolo
-chetoglutarato
piruvato
 -chetobutirrato
CAMBIAMENTI DEI LIPIDI NELLA MATURAZIONE DEL FORMAGGIO
Enzima o azione
Lipolisi
Lipasi, esterasi
Acetoacetato decarbossilasi
(EC 4.1.1.4)
Reazione
Trigliceridi —> -chetoacidi, acetoacetato,
acidi grassi
Acetoacetato + H+ —> acetone + CO2
(l’odore di acetone indica maturazione avanzata)
Acetoacetato-CoA ligasi
(EC 6.2.1.16)
Acetoacetato + ATP + CoA —> acetil CoA
+ AMP + difosfato
Esterasi (reazione di sintesi)
Acidi grassi —> esteri
Conversione di acidi grassi
-ossidazione e
decarbossilazione
-cheto acidi --> metil chetoni (sapori
piccanti del gorgonzola)
____________________________________________________________________
Esempio: acido ottanoico
2-eptanone + CO2+ H2O
(acido caprilico) Penicillum roqueforti (essenza di chiodi di garofano e
aroma del gorgonzola)
Acido piruvico
Acido acetoacetico
Acido levulinico