BIOCHIMICA e BIOTECNOLOGIE degli ALIMENTI

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1 Seconda Università degli Studi di Napoli DiSTABiF Anno Accademico Corso di Laurea Magistrale in SCIENZE DEGLI ALIMENTI E DELLA NUTRIZIONE UMANA Insegnamento di BIOCHIMICA e BIOTECNOLOGIE degli ALIMENTI Prof. Augusto Parente Lezione

2 DEGRADAZIONE DEI LIPIDI NEGLI ALIMENTI 1- IDROLISI (LIPOLISI: tappa iniziale del catabolismo dei lipidi che, per azione delle lipasi, trasforma i trigliceridi in acidi grassi liberi, glicerolo e gliceridi parziali) 2- REAZIONI DI OSSIDAZIONE 1- IDROLISI Le lipasi idrolizzano il legame estereo (dalle posizioni esterne; presentano regioselettività e chemioselettività ), rilasciando acidi grassi. Una volta rilasciati, gli acidi grassi sono maggiormente suscettibili alla ossidazione e più volatili. L attività delle lipasi costituisce un problema nella fase dopo macellazione, per cui vanno presi accorgimenti, es. abbassando la temperatura, per minimizzarne l attività. Al contrario i semi oleosi (es. la drupa dell olivo), nel periodo pre-raccolta vanno incontro naturalmente a lipolisi per cui nell olio si ritrovano acidi grassi liberi che determinano l acidità dell olio e la sua qualità (per l olio extravergine d oliva = 0,8; vergine 2,0 %). Nei formaggi, yogurt e pane una lipolisi controllata può produrre gli odori e aromi propri dell alimento, ad opera delle lipasi endogene e batteriche.

3 La lipolisi è anche responsabile del rilascio del sapore di rancido * del latte, determinato dal rilascio di acidi grassi a catena corta, come l acido butirrico CH 3 -CH 2 -CH 2 -COOH (presente nel burro, nel latte dei ruminanti, prodotto nella fermentazione dell amido, ecc. Ha un ruolo positivo sull intestino). Anche la frittura provoca lipolisi per l alta temperatura e per la presenza dell acqua. *Questo è l irrancidimento idrolitico. Esistono anche: i) l irrancidimento chetonico, dovuto alla produzione di chetoni derivanti dal metabolismo degli acidi grassi ad opera di microrganismi e, ii) l irrancidimento aldeidico dovuto al metabolismo di acidi grassi insaturi, con formazione di perossidi e di sostanze aldeidiche e chetoniche.

4 DEGRADAZIONE DEI LIPIDI ALIMENTARI NELLA GERMINAZIONE DEI SEMI Durante la germinazione, i lipidi sono degradati enzimaticamente per la sintesi di ATP. La germinazione dei semi è importante nella produzione di farina di malto * d'orzo per la produzione di pane e birra. ENZIMA REAZIONE Lipasi (corpi oleosi, oleosomi) Triacilgliceroli Diacilgliceroli + acidi grassi Triacilgliceroli Monoacilgliceroli + acidi grassi Diacilgliceroli Monoacilgliceroli + acidi grassi Acidi grassi + CoA-SH Acil-SCoA -ossidazione degli acidi grassi Acil-SCoA (gliossisomi) Ciclo del gliossilato (gliossisoma) 2 Acetil-SCoA (mitocondrio) Succinato Acetil-SCoA Succinato + ossalacetato Fosfoenolpiruvato (nel citosol; gluconeogenesi) Fosfoenolpiruvato Esosi Saccarosio Polisaccaridi *Il malto è la cariosside (chicco, granella) di un cereale (in questo caso l orzo) che ha subito la germinazione. Il termine malto in genere si riferisce al malto d orzo.

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6 I gliossisomi sono perossisomi specializzati nei quali avviene la degradazione degli acidi grassi durante la germinazione dei semi con riserva di grasso.

7 Durante lo sviluppo del seme molte piante sintetizzano grandi quantità di trigliceridi sotto forma di olio che si accumula in organuli definiti OLEOSOMI. Gli oleosomi sono delimitati da un monostrato di fosfolipidi derivante dal reticolo endoplasmatico. I fosfolipidi sono orientati con le teste polari verso la fase acquosa e le code lipofile verso il lume. Sulla superficie degli oleosomi sono presenti delle proteine definite oleosine (la cui funzione è quella di impedire la fusione degli oleosomi)

8 2- REAZIONI DI OSSIDAZIONE DEI GRASSI - L AUTOSSIDAZIONE È LA PRINCIPALE CAUSA DI OSSIDAZIONE DEI LIPIDI. I grassi vengono spesso utilizzati in preparazioni ad alte temperature (frittura), sia in ambito industriale che domestico. In tali condizioni (temperature di C) i grassi possono andare incontro ad un processo di ossidazione da parte dell ossigeno, processo nel quale si formano molte specie ossidate. L ossidazione può avvenire anche in altre condizioni e porta alla formazione, nella matrice alimentare, di prodotti sgradevoli (aldeidi, chetoni ) che rendono inaccettabile la qualità (è comunemente conosciuta come irrancidimento* -> odore rancido dei grassi- diapositiva n. 3 ). * Aldeidico o chetonico

9 La reazione di ossidazione dei grassi è una reazione in più passaggi: iniziazione, propagazione e terminazione E causato dall azione di radicali liberi sulla catena alifatica in una reazione a catena attraverso varie fasi: INIZIAZIONE: creazione di R, per catalisi metallica, luce o decomposizione di perossidi. OH (Radicale idrossile) Radicale lipidico perossido PROPAGAZIONE TERMINAZIONE

10 INIZIAZIONE La creazione di R, è di tipo auto catalitico ovvero si autoalimenta e la suscettibilità all ossidazione aumenta in funzione dell insaturazione dei grassi (ecco perché gli oli vegetali sono più delicati nei confronti dell irrancidimento). C è inoltre da sottolineare che i prodotti secondari della perossidazione lipidica (aldeidi e chetoni) non sono solo puzzolenti ma in molti casi anche tossici e cancerogeni. Esistono dei marker, come la MDA (malondialdeide) e il 4-idrossinonenale, che ci permettono di capire se lo stadio della ossidazione è avanzato.

11 Radicale idrossile

12 OSSIDAZIONE ENZIMATICA DI LIPIDI in SISTEMI ALIMENTARI L AZIONE DELLE LIPOSSIGENASI - Sono enzimi ubiquitari di origine vegetale (frutti, semi di leguminose e cereali) animale o microbica; - Agiscono sugli acidi grassi liberi, non esterificati, aventi il sistema di doppi legami NON coniugati 1-4 cis, cis pentadiene (RCH=CH-CH 2 -CH=CH-R COOH). (butadiene-> doppi legami coniugati CH 2 =CH-CH=CH 2 ); - Catalizzano l addizione di una molecola di ossigeno ad un doppio legame presente in acidi grassi insaturi, formando un idroperossido instabile (HO 2 -). - L addizione della molecola di ossigeno determina anche un riarrangiamento molecolare con spostamento del doppio legame a livello degli atomi di carbonio in cui avviene l addizione e la sua isomerizzazione dalla forma cis a quella trans (nell acido arachidonico a livello del C5, C12, C15).

13 - Le lipossigenasi sono importanti in legumi e cereali. Nella panificazione si aggiunge (si può aggiungere) alla farina di grano una piccola quantità di farina di fave o di soia, che è relativamente ricca di lipossigenasi. Gli idroperossidi che si formano durante l impastamento fanno aumentare l ossidazione dei gruppi tiolici delle proteine, con conseguente formazione di ponti disolfurici intermolecolari. L effetto complessivo è il rafforzamento della rete di glutine; - Le lipossigenasi causano odori e sapori aspri e sgradevoli (rancido);

14 - Gli idroperossidi e i radicali liberi intermedi possono provocare la distruzione di vitamine liposolubili (tocoferoli, caroteni ) e di sostanze colorate (pasta e pane diventano più bianchi per l ossidazione dei pigmenti carotenoidi). Inoltre, come detto, determinano l irrancidimento aldeidico dei prodotti alimentari ; - Le lipossigenasi determinano anche gli odori piacevoli di pomodori e cetrioli tagliati; - Generano l aroma del pesce fresco; - La 12-lipossigenasi produce idroperossidi che, per azione di una liasi, danno luogo ad aldeidi e quindi per riduzione ai corrispondenti alcool (con abbassamento della intensità degli odori).

15 - Lipossigenasi (lipossidasi, LOX) Inizialmente (1928) denominata carotene ossidasi 18:2 9,12-6 Linoleato + O 2 acido 13-idroperossi-octadeca- 9,11 dienoico Questo enzima catalizza la prima reazione della via della lipossigenasi che, nel regno vegetale, è coinvolta nella biosintesi di diverse molecole regolatrici, implicate nella risposta delle piante a stress di tipo fisico e a ferite di tipo meccanico.

16 - ALTRE LIPOSSIGENASI (Nei leucociti catalizzano la formazione di una famiglia di leucotrieni-> allergie) ENZIMA REAZIONE Arachidonato-5-lipossigenasi Arachidonato + O 2 acido 5-idroperossido (5-lipossigenasi) arachidonico Arachidonato-8-lipossigenasi (8-lipossigenasi) Arachidonato + O 2 acido 8-idroperossiarachidonico Arachidonato-12-lipossigenasi 12-lipossigenasi) Arachidonato + O 2 acido 12-idroperossiarachidonico Arachidonato-15-lipossigenasi (15-lipossigenasi) Arachidonato + O 2 acido 15-idroperossiarachidonico Acido arachidonico 6 C20:4 5,8,11,14 [20: 4(ω-6)]

17 Acido 12-idroperossi arachidonico: Il prodotto viene trasformato in 3,6 e 2,6 nonadienale (due aldeidi. Odore di cetriolo) Queste aldeidi possono essere ridotte ai corrispondenti alcool (odore di fico d india) Gli alcool hanno una soglia di detection più elevata (diminuzione dell odore). I composti a sei atomi di carbonio (es. esenale, trans-2-esenale, cis-3-esenale) forniscono odori di piante verdi. Sono tipici dei pesci di acqua dolce e sono invece solitamente assenti nei pesci di mare. Le molecole a otto atomi di carbonio (es. 1-otten-3-olo, 1-otten-3-one, 1-cis-5-ottadien-3-olo, 1-cis-5-ottadien-3-one) sono presenti nella maggior parte dei pesci e prodotti ittici. Sono responsabili di odori vegetali più intensi, come di foglie di geranio stropicciate, e di tipo metallico. I composti a nove atomi di carbonio (es. 3,6-nonadienale, 2,6-nonadienale, 3,6-nonadien-1-olo) sono presenti solo in alcuni pesci, specialmente d acqua dolce, e impartiscono aromi simili al melone e al cetriolo.

18 Altri Cambiamenti biochimici Alliina- 1- propenil cisteinil sulfossido Amminoacido non proteico ed un solfossido naturale costituente dell'aglio fresco

19 Altri Cambiamenti biochimici Aromi alimentari indotti biochimicamente (aglio, cipolla, fragola, tea, semi di limone e arancia, crocifere) Enzima Alliin liasi (allinasi) (aglio, cipolla) Le molecole di acido 1-propenilsolfenico vengono catturate da un secondo enzima chiamato Lachrymatory-Factor Synthase che produce il fattore di lacrimazione sinpropanethial-s-ossido. Reazione 1- propenil cisteinil sulfossido Quest ultimo è un composto volatile che si disperde nell aria e come gas arriva al film lacrimale (lo strato acquoso che umetta il bulbo oculare). Qui, reagendo con l acqua, si trasforma in acido solforico, un composto notoriamente irritante. L occhio, attaccato da una nuvola di acido solforico, si difende dall irritazione, aumentando la produzione di liquido lacrimale e tentando di disperdere l acido tramite le lacrime.