I Principi Alimentari

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1 I Principi Alimentari Gli alimenti sono sostanze complesse, costituite da più elementi, che comunemente vengono classificati in: * principi organici: carboidrati, grassi, proteine e vitamine; * principi inorganici: elementi minerali, acqua. 1

2 Le Funzioni Degli Alimenti Funzione energetica Funzione plastica Funzione protettiva Funzione regolatrice Funzione di riserva 2

3 L ACQUA COME ALIMENTO 3

4 PRINCIPALI SOSTANZE NUTRITIVE Dr.ssa/Prof.ssa S. R. Stazi Proteine (formano le fibre muscolari) Grassi o lipidi (riserve energetiche a lunga scadenza) Zuccheri e carboidrati (riserve energetiche a corta scadenza) Vitamine e sali minerali (per il corretto funzionamento del metabolismo) L acqua è una sostanza chimica, componente principale di tutti i sistemi biologici e degli alimenti Mari, laghi, fiumi Oltre 95% Frutti acquosi 80-95% Latte 88% Organismo umano 60-70% Foglie 59-75% Pane 30-40% Frutti oleosi 25-30% Roccia gessosa circa20% farina 15% Oli estratti da frutti e semi 0% 4

5 ACQUA NELL ORGANISMO Dr.ssa/Prof.ssa S. R. Stazi Embrione 90% Neonato 80% Adulto 60% Anziano 50% Con l età i tessuti si disidratano, le proteine perdono la capacità di legare l acqua 5

6 Idrata i tessuti FUNZIONI DELL ACQUA Regola la digestione e i metabolismi Trasporta le sostanze nel sangue e nelle cellule Depura l organismo Funzione termoregolatrice 6

7 Caratteristiche chimiche dell acqua L acqua è un composto di idrogeno H e ossigeno O ogni atomo di ossigeno è legato a 2 atomi di idrogeno a formare la molecola H 2 O I 3 atomi sono tenuti assieme da legami covalenti Legami tra ossigeno ed idrogeno sono covalenti polari L ossigeno si trova ibridizzato sp 3 con un angolo di (non è un tetraedro regolare) La molecola H 2 O non presenta una carica elettrica, ma la disomogenea distribuzione degli elettroni (-) attorno i nuclei (+) la rende polare La polarità della molecola H 2 O è alla base delle eccezionali proprietà dell acqua H O δ+ - δ H 7

8 CARATTERISTICHE CHIMICHE Dr.ssa/Prof.ssa S. R. Stazi Ha una molecola con un polo positivo e un polo negativo cioè bipolare Allo stato liquido le molecole si attraggono fra di loro tramite opposti poli e formano catene e grappoli Questo tipo di legame è detto legame a idrogeno o ponte a idrogeno 8

9 Rappresentazione dei legami a idrogeno nell acqua L immagine è presa da 9

10 CARATTERISTICHE FISICHE Dai ponti a idrogeno tra le molecole derivano molte caratteristiche peculiari dell acqua: Stato liquido tra 0 e 100 C Elevato calore specifico* Elevato calore di evaporazione Elevata conducibilità termica Elevato potere solvente per le molecole polari * CALORE SPECIFICO = quantità di calore necessaria ad elevare di 1 C la temperatura di una sostanza ACQUA = 1cal/g FERRO = 0,11 cal/g 10

11 Le forme dell acqua sulla Terra L acqua si trova nei 3 stati fisici Liquida -mari, fiumi, laghi, falde sotterranee- Gassosa o vapor d acqua atmosfera- Solida o ghiaccio ghiacciai, banchisa polare, iceberg- Gli stati fisici dipendono dall energia cinetica delle molecole di acqua: bassa nel ghiaccio, media nell acqua liquida, alta nel vapore Molecola ghiaccio acqua vapore 11

12 CARATTERISTICHE CHIMICHE Dr.ssa/Prof.ssa S. R. Stazi Allo stato solido è un cristallo Allo stato liquido presenta una fase continua con molecole una dietro l altra e una fase discontinua con molecole a grappoli Allo stato gassoso è un monomero, cioè è composta da molecole isolate Acqua allo stato solido 12

13 l acqua ha una elevatissima capacità termica può immagazzinare grandi quantità di calore senza che la sua temperatura aumenti di molto e lo cede gradualmente per elevare di 1 C 1 g di acqua - da 14 a 15 - occorrono 4,184 joule, ossia 1 caloria questa proprietà dipende dai legami a idrogeno: l agitazione termica delle molecole viene contrastata dalle forze di attrazione Dr.ssa/Prof.ssa S. R. Stazi capacità termica sostanza acqua, liquida acqua, ghiaccio acqua,vapore carbonio, diamante carbonio, grafite alluminio ferro argento vetro, Pyrex Calore specifico ( J/g C) 4,184 2,03 1,86 0,51 0,71 0,90 0,45 0,24 0,736 13

14 CAPILLARITÀ i legami a idrogeno permettono alle molecole di arrampicarsi lungo le pareti del contenitore se questo è sottile come un capello, la cordata può raggiungere altezze notevoli così l acqua può arrivare anche alle foglie più alte di un albero e partecipare alla fotosintesi! ma anche raggiungere, arrampicandosi lungo un muro, un piano alto dell abitazione! o, ancora, da una falda sotterranea, raggiungere le radici delle piante mantenendole in vita 14

15 Acqua negli alimenti Percentuale di acqua presente nei più comuni alimenti Verdure in genere Latte Frutta in genere Pesci Patate Pasta asciutta Uova Carni crude Pane Emmental, parmigiano Burro Pasta, riso, fagioli secchi Zucchero e olio 95-90% 90-80% 90-80% 85-50% 78% 75-65% 74% 70-65% 40-35% 35-30% 17-15% 12-10% 0% 15

16 ACQUA NEGLI ALIMENTI Dr.ssa/Prof.ssa S. R. Stazi Quasi tutti gli alimenti contengono una percentuale più o meno elevata di acqua. L acqua negli alimenti si trova sotto due forme: ü Acqua libera è la maggior parte dell'acqua contenuta negli alimenti, congela a temperature inferiori rispetto all'acqua pura ed in relazione ai soluti disciolti, ed utilizzabile dai microrganismi. ü Acqua legata alle proteine organizzata in strati sovrapposti, non congelabile e non utilizzabile dai microrganismi 16

17 ATTIVITÀ DELL ACQUA (DEFINIZIONE) a w è il rapporto tra la tensione di vapore acqueo di un alimento (p) e la tensione di vapore dell acqua pura (p o ) alla stessa temperatura. a w = p / p o 0 < a w < 1 17

18 ACQUA LEGATA Acqua di struttura Acqua dello strato molecolare: ha un attività molto ridotta e non congela al congelare degli alimenti Acqua immobilizzata: ha un attività ancora molto ridotta e la sua eliminazione ostacola molte reazioni chimiche ed impedisce a crescita batterica ACQUA LIBERA Si tratta di acqua contenuta nei macrocapillari. Costituisce la gran parte di acqua negli alimenti La sua attività è di poco inferiore all acqua pura Congela ad una temperatura inferiore dell acqua pura. 18

19 ACQUA NON LEGATA L attività microbica e l alterazione degli alimenti non dipendono dal contenuto totale di acqua, ma solo dalla frazione non legata, disponibile..il miglior modo per calcolare questa disponibilità è calcolare l attività (a w ), che fornisce un indicazione della stabilità degli alimenti nei confronti delle alterazioni causate dai microrganismi. 19

20 ATTIVITÀ DELL ACQUA (1) Dr.ssa/Prof.ssa S. R. Stazi La crescita ed il metabolismo dei microrganismi richiedono acqua Non tutta l acqua degli alimenti è disponibile per i microrganismi Il grado di disponibilità dell acqua è misurato dall attività dell acqua(a w ) 20

21 ATTIVITÀ DELL ACQUA (2) L esigenza di acqua varia per i diversi microrganismi Anche le reazioni chimiche ed enzimatiche sono influenzate dalla disponibilità di acqua 21

22 ATTIVITÀ DELL ACQUA (3) Velocità di reazione Ossidazione lipidica Imbrunimento non enzimatico Attività enzimatica Crescita di: muffe lieviti batteri 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 A w 22

23 LIVELLI MINIMI DI A W CHE CONSENTONO LA CRESCITA (alla temperatura ottimale) Muffe Aspergillus chevalieri 0.71 Aspergillus ochraceus 0.78 Aspergillus flavus 0.80 Penicillium verrucosum 0.79 Fusarium moniliforme 0.87 Lieviti Saccharomyces rouxii 0.62 Saccharomyces cerevisiae 0.90 Batteri Bacillus cereus 0.92 Clostridium botulinum (proteolitico) 0.93 Clostridium botulinum (non proteolitico) 0.97 Escherichia coli 0.93 Salmonella 0.95 Staphylococcus aureus

24 VALORI DI A W DEGLI ALIMENTI E LORO FLORA MICROBICA a w Alimenti Flora microbica > 0.98 Carne fresca Pesce fresco Frutta fresca (C. perfringens Vegetali freschi Salmonella) Conserve vegetali in acqua e sale Conserve di frutta in sciroppo leggero (Pseudomonas) (< 3,5% sale, 26% zucchero) Salsicce fermentate (B. cereus, Formaggio stagionato C. botulinum, Pane Salmonella) Latte evaporato lattobacilli, Conserva di pomodoro bacilli e (10% sale, 50% zucchero) micrococchi 24

25 VALORI DI A W NEGLI ALIMENTI E LORO FLORA MICROBICA Dr.ssa/Prof.ssa S. R. Stazi a w Alimenti Flora microbica Salsicce essiccate e fermentate S. aureus Prosciutto crudo (17% sale, Muffe che producono saturato con saccarosio) micotossine; lieviti alteranti e muffe Frutta secca Farina Funghi xerofili 0.6-0,85 Cereali Pesce sotto sale Alofili Nocciole Lieviti osmofili Dolciumi < 0.6 Miele Nessuna crescita ma Uova e latte in polvere rimane vitale Tagliatelle 25

26 ATTIVITÀ DELL ACQUA (4) La a w si può ridurre: Togliendo acqua (essiccamento) Diminuendo la disponibilità dell acqua attraverso la cristallizzazione (congelamento) Diminuendo la disponibilità dell acqua attraverso agenti leganti come zucchero, sale 26

27 CONCENTRAZIONI DI NaCl E GLUCOSIO A VARI LIVELLI DI A W (a 25 C) a w % w/w NaCl % w/w glucosio

28 ISOTERMA DI ASSORBIMENTO (1) T 1 < T 2 L isoterma di assorbimento è una curva che mostra la relazione tra contenuto di acqua ed a w Contenuto di umidità Attività dell acqua 28

29 ISOTERMA DI ASSORBIMENTO (1) La a w e l isoterma di assorbimento variano con la temperatura Ciò è importante per la sicurezza di alimenti a bassa a w confezionati in contenitori o confezioni sigillate Contenuto di umidità T 1 < T 2 T 1 T 2 Attività dell acqua 29

30 KARL FISHER METHOD La reazione di Karl Fischer è una reazione utilizzata per la misura di tracce di acqua nelle sostanze. Il metodo è stato messo a punto dal chimico tedesco Karl Fischer, da cui ha preso il nome, e consiste in una titolazione il cui punto finale è generalmente rilevato automaticamente tramite un elettrodo. È un metodo molto sensibile, capace di rilevare tracce di acqua in un campione fino a poche parti per milione. 30

31 Determinazione dell acqua col metodo di Karl Fischer (dosaggio diretto con iodio) Reattivo di Karl Fischer : soluzione di iodio, anidride solforosa e piridina in alcool metilico assoluto. L'anidride solforosa e la piridina sono in grande eccesso rispetto allo iodio I 2 + SO 2 + H 2 O + 3C 5 H 5 N 2C 5 H 5 N-HI + C 5 H 5 N-SO 3 C 5 H 5 N-SO 3 + CH 3 OH C 5 H 5 NH-SO 4 CH 3 I prodotti di reazione sono incolori. La titolazione del campione è eseguita col reattivo di Karl Fischer fino a che nella soluzione non compare la colorazione dello iodio. 31