LIPIDI (dal greco lipos, grasso)

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1 LIPIDI (dal greco lipos, grasso) Forniscono 9 kcal/g, sono per cui, una fonte di energia concentrata; alcuni sono nutrienti essenziali come gli EFA e le vitamine liposolubili; sono insolubili in acqua e solubili in solventi apolari (CCl 4, Et 2, ecc.); possono essere presenti senza necessità di acqua né di fibra molta energia in poco spazio; hanno dimensioni relativamente ridotte e lunghe catene carboniose; lipidi visibili (burro, margarina, olio, ecc.) e lipidi invisibili (carne, pesce, uova, frutta secca, ecc.); ad eccezione di quelli essenziali, possono essere sintetizzati dall uomo.

2 Il contenuto di sostanza grassa negli alimenti

3 di DEPSIT, 98 % (Trigliceridi; si trovano nei tessuti adiposi) anno funzione di: - riserva energetica; - di sostegno; - di isolamento termico; - estetica. LIPIDI CELLULARI, 2 % (fosfolipidi, glicolipidi, colesterolo; - funzione strutturale. Si trovano nelle membrane cellulari). CN SPECIFICE ATTIVITA BILGICE, tracce (in parte frazione insaponificabile; -grande importanza fisiologica; ormoni, messaggeri intracellulari, pigmenti per l assorbimento della luce, vitamine liposolubili, ecc.)

4 CLASSIFICAZINE CIMICA Frazione saponificabile (Acilgliceroli, fosfolipidi, glicolipidi, cere, steridi) R Trigliceride R Contengono almeno una molecola di acido grasso con legame estereo o ammidico e che quindi può essere liberata per idrolisi. R Na Glicerolo + 3 R - Na + Sapone Frazione insaponificabile (Terpeni, steroidi, eicosanoidi) Non contengono molecole di acidi grassi. CMe Progesterone

5 Costituenti delle sostanze grasse Trigliceridi (Triacilgliceroli) Fosfolipidi Es. trioleina P - N + (C 3 ) Es. lecitina Glicolipidi Componenti minori (cere, steridi, terpeni, ecc.) Es. colesterolo

6 ACIDI GRASSI Acido stearico C18 Molto abbondanti nel corpo umano, non si trovano liberi (eccetto piccole quantità), ma esterificati con glicerolo o colesterolo, sfingosina, alcoli monovalenti superiori; i più abbondanti negli alimenti sono i trigliceridi; le catene carboniose hanno generalmente più di dieci atomi di carbonio e sono lineari; hanno un numero pari di atomi di carbonio (sintesi dall acetil-coa) ad eccezione di quelli dei pesci (2-6%) e dell acido propionico;

7 i saturi prevalgono nel regno animale di cui i più comuni sono il palmitico (C16) e lo stearico (C18); Acido palmitico C16 Acido stearico C18 gli insaturi nei vegetali e negli animali che vivono a basse temperature; il più comune tra i monoinsaturi è l oleico (18:1, ω-9), tra i polinsaturi il linoleico ( 18:2, ω-6) e linolenico (18:3, ω-3); Ac. leico 18:1, ω-9 Ac. Linoleico 18:2, ω-6 Ac. Linolenico 18:3, ω-3

8 negli acidi grassi naturali insaturi, la configurazione del d.l. è cis; minore impacchettamento ginocchiatura molecole (ca. 40 ) Ac. leico 18:1, ω-9 li (liquidi a t.a.) minore p. f. dei trans e dei saturi (solidi a t. a.) i d. L. di tipo trans possono formarsi nei processi di raffinazione e nelle idrogenazioni (preparazione margarine); gli acidi grassi sono molecole anfipatiche quindi in acqua si dispongono in maniera particolare.

9 Possibili strutture in acqua delle molecole anfipatiche Aggregazioni micellari Struttura monostrato Liposoma

10 NMENCLATURA Due d. L. Ac. Linoleico 18:2, ω-6 18 atomi di C C18:2, n-6 C18:2, 9 Il primo d. L. a partire dal C metilico è al C6. Lunghezza della catena; es.: C18 o 18; Numero di doppi legami; es.: C18 : 2 o 18 : 2; Il primo d. L. a partire dal C carbossilico è al C9. Posizione dei doppi legami; es.: 18:2 ω - 6 o C18:2 n - 6 o C18 : 2 9 Si può indicare quella di un solo d. L. e sottintendere gli altri; la catena carboniosa può essere numerata a partire dal carbossile (in tal caso il nome dell acido linoleico diventa C18:2 9 ) oppure a partire dal metile terminale (in tal caso il nome è: C18:2 ω-6, oppure C18:2 n-6).

11 ACIDI GRASSI PLINSATURI Sono importanti sia il numero di doppi legami C, C sia la posizione; I d. L. sono intervallati da unità metileniche. 1. Serie ω-9: LEICA 2. Serie ω-7: PALMITLEICA EFA 3. Serie ω-6: LINLEICA 4. Serie ω-3: LINLENICA EFA Sono acidi grassi essenziali (Essential Fatty Acids), necessari al benessere dell organismo; sono indispensabili per la struttura delle membrane biologiche; regolano i lipidi ematici (colesterolo) prevenzione aterosclerosi. sono precursori degli eicosanoidi es. prostaglandine;

12 L uomo sintetizza gli acidi grassi a partire dall acetil-coa oppure aggiungendo unità di questo, all acido palmitico. Può anche desaturare, ma soltanto tra il C10 ed il carbossile, per cui non può sintetizzare gli EFA. Gli EFA devono essere perciò assunti con gli alimenti. Dagli acidi linoleico e linolenico, l uomo sintetizza gli altri acidi grassi polinsaturi; desaturazione Una carenza di EFA (rara nell uomo) provoca dermatite (pelle secca e squamosa) ed aumentata sensibilità alle infezioni.

13 Biosintesi di acidi grassi insaturi Gli acidi grassi insaturi vengono biosintetizzati a partire dai saturi ad opera di deidrogenasi che agiscono stereospecificamente sia nelle piante che nei tessuti animali. C è però una fondamentale differenza tra i mammiferi e gli organismi vegetali: i primi possono sintetizzare l acido oleico (ω-9) e da questo desaturare solo verso la estremità carbossilica. Allo stesso modo, possono desaturare il linoleico assunto con la dieta e quindi sintetizzare il gamma linolenico e l arachidonico per successiva elongazione della catena. gli organismi vegetali possono invece desaturare in entrambe le direzioni: verso il carbossile e verso il metile terminale. a c g 18:0 18:1 (9) 18:2 (9, 12) 18:3 (9, 12, 15) Stearico (18:0) leico (18:1, ω:9) Linoleico (18:2, ω-6) Linolenico (18:3, ω-3) b d e 18:2 (6,9) b 20:2 (8, 11) b 18:3 (6, 9, 12) 20:2 (11, 14) d e 20:3 (8, 11, 14) f 20:3 (5, 8, 11) 20:4 (5, 8, 11, 14) Arachidonico (20:4, ω-6) a, c, g: piante superiori; a, c, g & a, c, d, f: alghe; a, b & d, f oppure e, f: mammiferi.

14 Reazioni degli acidi grassi liberi Metilazione

15 Reazioni degli acidi grassi insaturi Alogenazione C C + IBr C C C C I + Br - I Br Trasformazione di FA di tipo isolene in FA coniugati Base 190 nm nm Formazione di complessi π con ioni Ag + C C + Ag + C C Ag + Idrogenazione cataliz zatore metallico

16 CR 1 ACILGLICERLI (GLICERIDI) CR 2 CR 3 Comprendono mono-, di-, e triesteri del glicerolo con acidi grassi (rispettivamente MAG, DAG, TAG); sono classificati come lipidi neutri; i grassi e gli oli alimentari sono costituiti quasi completamente da TAG. semplici se R 1 =R 2 =R 3, altrimenti misti; Es. tripalmitina, PPP (TAG semplice); dipalmitoleina, PP (TAG misto); palmito-oleo-linoleina (PL) Nella forma abbreviata, va nominato per primo l acido con la catena più corta o, a parità di lunghezza, l acido con meno insaturazioni; quando R 1 R 3 oppure quando il glicerolo è monoesterificato in posizione 1 o 3, oppure diesterificato in 1,2 (2,3), o in 1,3 con due acidi grassi diversi, la molecola è chirale. 2 C sn-1 sn-2 2 C sn-3

17 sn-ps indica il TAG in cui in sn-1 è esterificato il palmitico, in sn-2 è esterificato l oleico, in sn-3 è esterificato lo stearico. il numero di specie TAG totali N che si possono avere con n acidi grassi costituenti è: N = n 3 (se n=3 si hanno 27 possibili specie TAG) se non si considerano le specie enantiomeriche il numero di TAG totali si riduce a: N = (n 3 +n 2 )/2 (se n=3 si hanno 18 possibili specie TAG) disposizione non casuale degli acidi grassi nei gliceridi naturali: la posizione 2 è sempre (98% dei casi) esterificata con acido grasso insaturo (percentuali >2% indicano probabili grassi di sintesi; eccezioni: latte umano, strutto); grassi con composizione acidica simile possono avere composizione delle specie TAG anche molto diversa (es. strutto e burro di cacao); il p. f. aumenta all aumentare degli atomi di C e diminuisce all aumentare del grado di insaturazione; i gliceridi che hanno liberi possono formare micelle proprietà tensioattive e proprietà emulsionanti ADDITIVI ALIMENTARI; Subiscono IDRLISI ACIDA, BASICA (SAPNIFICAZINE) o ENZIMATICA.

18 Fusione e cristallizzazione I grassi sono caratterizzati da un intervallo di fusione piuttosto che da un punto di fusione, a causa delle differenti specie triacilgliceroliche costituenti; Inoltre ciascuna specie molecolare presenta diverse forme polimorfiche, cioè strutture cristalline diverse che hanno diversi punti di fusione, le principali sono α, β, β, in ordine crescente di stabilità: p. f. ( C) delle diverse forme polimorfiche dei trigliceridi L intervallo di fusione e le caratteristiche di cristallizzazione sono molto importanti per valutare l utilità di un grasso. Un ampio intervallo di fusione garantisce buone caratteristiche di plasticità.

19 Composizione in acidi grassi di alcuni grassi alimentari

20 Distribuzione degli acidi grassi saturi e degli insaturi nello scheletro glicerolico SSS SSI SIS SII ISI S=saturo I=insaturo III * * Grasso di manzo Grasso di pollo Strutto lio di Palma Burro di cacao lio di arachidi Analisi stereospecifica dei triacilgliceroli per via enzimatica R 2 C R 1 lipasi C R 2 C + R 2 C R 1 lipasi C R 2 C C R 3 C R 3 (I) triacilglicerolo (TAG) (S)-DAG ATP (R)-DAG (III) 2-MAG DAG chinasi ADP C R 1 R 2 C P 3 2 (II) acido fosfatidico (PA)

21 FSF e GLICLIPIDI Insieme a proteine e colesterolo, sono i building blocks delle membrane biologiche quindi sono presenti in tutti gli alimenti, sia di origine vegetale che animale; Sono costituiti da una porzione polare (zucchero, gruppo fosforico) ed una idrofobica (residuo acilico, sfingosina), quindi sono tensioattivi e formano strutture ordinate in acqua. Latte Soia Grano Mela Lipidi totali (%) TAG MAG e DAG steroli < sterol esteri 1 2 fosfolipidi glicolipidi solfolipidi 1 altri

22 Derivati fosfatidici -R 3 = acido f osfatidico R 2 C CR 1 - P R 3 N 3 + C - N 3 + f osfatidiletanolammina(cef alina) f osf atidilserina f osf atidilinositolo + fosfaticolina(lecitina) NMe 3

23 lecitine (lekitos, tuorlo) Sono le molecole fosfolipidiche più importanti; presenti nel tuorlo, nel germe di grano, nei semi di soia; usate anche come additivi, emulsionanti, antiossidanti. plasmalogeni R 2 C - R 1 legame etereo con una lunga catena carboniosa α, β insatura P N + Me 3 Costituiscono circa la metà dei fosfolipidi del sangue; Sono inoltre presenti nella frazione fosfolipidica del latte, nelle membrane delle cellule nervose e muscolari.

24 Sfingolipidi Gli sfingolipidi derivano dal ceramide (ammide della sfingosina con un acido grasso a lunga catena). Sfingomieline sono gli sfingolipidi più rappresentati nel tessuto animale; presenti nelle membrane plasmatiche, nelle guaine mieliniche delle fibre nervose e nella sostanza bianca del cervello. Fosforilcolina (fosforiletanolammina o fosforilglicerolo)

25 GLICLIPIDI Glicosilacilgliceroli nelle piante, nelle cellule nervose dei vertebrati. C 2 CR 1 CR 2 Sfingoglicolipidi R N-CR 1 derivano dal ceramide; possono legare una molecola di glucosio o di galattosio; 6% dei lipidi presenti nelle membrane cellulari; intervengono nella trasmissione dell impulso nervoso; rendono specifici i gruppi sanguigni.

26 CERE esteri di acidi grassi con alcoli monoossidrilici a catena lineare (C8-16) o ramificata (C18-36), saturi o insaturi; cera carnauba (regno vegetale); cera d api, lanolina, spermaceti (regno animale); costituiscono lo strato di protezione dei vegetali, della pelle, dello scheletro di molti insetti. STERIDI esteri degli steroli con acidi grassi; struttura base: ciclopentanoperidrofenantrene. Colesterolo costituente delle membrane e delle lipoproteine plasmatiche; precursore degli ormoni steroidei e degli acidi biliari;

27 può avere origine endogena (sintesi da parte del nostro organismo) o esogena (introduzione con gli alimenti); colesterolo esogeno colesterolo endogeno (max 300 mg/d ) quando questo equilibrio non funziona più, l organismo continua produrlo anche se è già eccessivo quello introdotto con la dieta; a colesterolemia: max 200 mg /100 ml valori più alti predispongono all aterosclerosi; viene utilizzato per importanti processi biosintetici; se in eccesso viene esterificato o con ac. grassi polinsaturi, o con ac. grassi monoinsaturi o, in mancanza, con acidi grassi saturi con cui forma composti insolubili, placche ateromatose che si depositano nelle arterie. La dieta deve essere ricca di acidi grassi insaturi

28 Contenuto di colesterolo degli alimenti ALIMENT CLESTERL CLESTERL mg/100 g di parte edibile mg/100 g di parte edibile Uovo intero tuorlo albume Pesci vari Cervello Molluschi Cuore Grasso di palma 3-6 Fegato Burro Muscolo manzo vitello maiale pollo agnello

29 L INSAPNIFICABILE Terpeni Multipli dell isoprene ciclici o aciclici; sintetizzati a partire dall acetil-coa; i monoterpeni contengono 2 unità isopreniche; Isoprene o 2-metilbutadiene appartengono a questa classe la vitamina A, E, K, il coenzima Q, le xantofille (molecole appartenenti alla famiglia dei carotenoidi, insieme ai caroteni), lo squalene. Eicosanoidi (Eikosi: venti) Derivano da acidi grassi polinsaturi a 20 atomi di C, delle serie ω-3 e ω-6; hanno azione ormonosimile (modulatori locali); C hanno molteplici attività fisiologiche; appartengono a questa classe le prostaglandine, i trombossani, i leucotrieni, e gli idrossiacidi.

30 PRPRIETA NUTRIZINALI Fonte di energia concentrata (9 Kcal/g); veicolano vitamine liposolubili e apportano EFA; rendono i cibi più appetibili e danno senso di sazietà; apportano il 20-30% delle calorie giornaliere; si raccomanda che 1/3 sia di origine animale e 2/3 vegetale e che gli EFA siano il 2,5%; costituiscono la principale riserva energetica sotto forma di trigliceridi nel tessuto adiposo (90000 Kcal, 10 Kg nell uomo magro); fanno parte delle membrane cellulari, delle guaine mieliniche; sono precursori di ormoni, di prostaglandine, di vitamine; sono isolanti termici; proteggono e sostengono gli organi; modellano il corpo.

31 PRCESSI DI DEGRADAZINE (IRRANCIDIMENT) DEI GRASSI Irrancidimento idrolitico L idrolisi di un acilglicerolo può essere di tipo chimico o di tipo enzimatico. Gli enzimi idrolitici (idrolasi) sono presenti negli alimenti e nei microrganismi. difetto rancidità (latte o burro) Rilascio di acidi grassi a corta catena (C 4 -C 12 ) aromi (desiderati) di alcuni formaggi Rilascio di acidi linoleico e linolenico Sensazione di amaro e pungente (inevitabile durante la frantumazione di semi oleosi; promuove la formazione di schiuma) rettifica R 1 R 3 R 2 glicerolo R 1 R 2 acidi grassi liberi R 3

32 Le lipasi sono enzimi che agiscono all interfaccia tra la gocciolina lipidica e la fase acquosa. Possono essere specifiche (per la posizione 1 o 3, per un acido grasso, ecc.) o aspecifiche. Spesso resistono alle alte temperature, quindi non vengono inattivate nella pastorizzazione. R 2 C C R 1 lipasi pancreatica R 2 C + R 2 C C R 1 C R 3 C R 3 TAG 2,3-DAG 1,2-DAG lipasi pancreatica C R 2 Determinazione dell acidità Titolazione acido-base utilizzando una soluzione di K in etanolo. Si titola alla fenolftaleina, con K etanolica, una soluzione in etere etilico/etanolo dell olio in esame. Viraggio da incolore-giallo a rosa. R 2 C 2-MAG 1-MAG lipasi pancreatica + R 2 C A (%) = [V K (ml)* N K (mol/l) *282 (peso molecolare acido oleico)] [10*m (peso in grammi di olio prelevato)] Il valore che si ottiene è l acidità espressa come percentuale in peso di acido oleico.

33 IRRANCIDIMENT SSIDATIV L irrancidimento ossidativo è un processo di degradazione dei grassi insaturi che avviene ad opera dell ossigeno presente nell aria e viene innescato dalla luce e/o dal calore. Questo processo di degradazione porta allo sviluppo di odori e sapori sgradevoli dovuti ai prodotti dell ossidazione. Il processo avviene in tre stadi: 2 assorbito Induzione R + X. R. + X 2 Propagazione R. + 2 R. R. + R R + R. 1 2 R R. + R. + 2 Terminazione R. + R. R-R L innesco della reazione (formazione delle specie radicaliche X. ) è dovuto all ossigeno singoletto, 1 2, specie molto reattiva che si può generare dalla specie a minor energia ossigeno tripletto, 3 2, in molte reazioni. Autossidazione lipidi acilici insaturi: 1. Bassa concentrazione specie proossidanti; 2. Alta concentrazione di specie proossidanti. tempo

34 R 2 R 2 2 R 2 R R 2 + R. R R 1 R 1 R 1 Il processo è catalizzato dalla presenza di metalli, dal calore e dalla luce; I perossidi sono i prodotti primari della ossidazione, le aldeidi, i chetoni, gli alcoli sono i prodotti secondari dell ossidazione; a questi ultimi sono dovuti gli odori caratteristici di un olio irrancidito; Durante la frittura a elevate temperature, per tempi prolungati, avvengono anche processi di polimerizzazione che causano l aumento di viscosità e la formazione di schiuma; È consigliabile cambiare l olio di frittura anziché rabboccarlo, perché la degradazione avviene attraverso un processo radicalico a catena; Alcuni metodi per misurare il grado di irrancidimento ossidativo: 1. numero di perossidi, 2. assorbimento a 232 e nell intorno di 270 nm (dieni e trieni coniugati), 3. reazione malonaldeide con TBA

35 Determinazione numero di perossidi I perossidi che si formano nell irrancidimento sono capaci di ossidare lo ioduro di potassio (KI). Lo ione ioduro diventa iodio molecolare (I 2 ). Sfruttando questo principio si può determinare la quantità di perossidi presente in un grasso. KI + perossidi I 2 ( + prodotti di riduzione dei perossidi) Lo iodio che si sviluppa è proporzionale al numero dei perossidi presenti nell olio. Lo iodio sviluppato si determina titolando con una soluzione di Na 2 S 2 3. Lo iodio si riduce e l Na 2 S 2 3 si ossida. 2Na 2 S I 2 Na 2 S NaI Al punto equivalente la soluzione (in cui era stata messa salda d amido come indicatore) passa da blu a bianco. La quantità di Na 2 S 2 3 utilizzata ci permette di risalire alla quantità di perossidi presenti nell olio espressa come milliequivalenti di ossigeno attivo per Kg di campione. N= [V(ml Na 2 S 3 )*N(Na 2 S 3 )*1000]/m (peso del campione in g)

36 IRRANCIDIMENT CETNIC L irrancidimento chetonico è un processo di degradazione che riguarda gli acidi grassi liberi a corta catena ed è dovuto ad enzimi di origine microbica. Avviene un ossidazione all atomo di carbonio β e si ha la formazione di un β-chetoacido. Questo decarbossila e si formano così dei metil chetoni. E questo un processo che ha luogo durante la maturazione dei formaggi e nella produzione del burro. enzimi, 2 -C 2 R R R Il processo può essere evitato aggiungendo degli antimicrobici, ma in alcuni casi può essere desiderato (in alcuni tipi di formaggi).

37 Estrazione dei lipidi neutri: estrattore di Soxhlet