Modificazioni chimico-fisiche dei prodotti alimentari

L'alterazione degli alimenti
Per alterazione di un alimento si intende un qualsiasi cambiamento che lo rende inadatto al consumo umano.
In particolare gli alimenti, in relazione al grado di suscettibilità al deterioramento si possono distinguere in:

• poco deperibili, come le farine, il riso bianco, i legumi secchi;
• deperibili, come le mele, le patate;
• molto deperibili, come il latte, la carne, il pesce ecc...

Le conseguenze dell'alterazione di un alimento sono soprattutto la diminuzione del valore nutritivo e la variazione delle caratteristiche organolettiche.

Le cause dell'alterazione degli alimenti possono essere dirette o indirette.

Sono cause dirette quelle caratterizzate da elementi che agiscono direttamente sull'alimento, modificandone i requisiti di genuinità. E' il caso dei parassiti e dei microrganismi che si sviluppano nel cibo compromettendone la commestibilità.

Sono invece cause indirette di alterazione quei fattori che favoriscono l'insorgere dell'alterazione sia favorendo l'azione delle cause dirette sia accelerando tutti quei fenomeni di deterioramento, che avverrebbero comunque spontaneamente in un tempo più o meno lungo.

Una temperatura di conservazione troppo elevata, accelera lo sviluppo dei germi, ma nel contempo aumenta la velocità delle reazioni chimiche decompositive.

Lo sviluppo dei microrganismi

E' la causa principale di alterazione. A seconda della specie, i microrganismi sono in grado di attaccare praticamente tutti i componenti degli alimenti.

L'alterazione causata dalla proliferazione e dall'attività metabolica dei microrganismi è associata spesso a profonde modificazioni delle caratteristiche organolettiche, talvolta estremamente pericolose per l'uomo.

Casi di alterazione diretta da parassiti sono legati, allo sviluppo di larve nel riso, piuttosto che nelle farine, nelle castagne ecc..., così come sono responsabili di alterazione diretta dei cibi i ratti che li rosicchiano per nutrirsene.

I parassiti pur danneggiando direttamente gli alimenti, fungono da vettori per germi che poi vi si sviluppano.

L'azione degli enzimi presenti negli alimenti

Gli enzimi sono costituenti cellulari indispensabili per la vita di tutti gli organismi viventi.

Le reazioni enzimatiche nelle carni macellate danno luogo al processo di intenerimento dei tessuti muscolari che, se prolungata o non controllata, porta alla loro rapida degenerazione e, quindi, alla putrefazione. Anche i prodotti ortofrutticoli risentono dell'azione degradativa degli enzimi, che può portare a un rammollimento dei tessuti e all'alterazione dei caratteri organolettici.

Le condizioni ambientali

Le caratteristiche dell’ambiente in cui si conservano gli alimenti sono fattori chimico-fisici essenziali per il loro mantenimento.

• La Temperatura influisce notevolmente sullo sviluppo dei microrganismi: nell’intervallo compreso tra 10 e 40°C tutti i germi più temibili trovano le condizioni ottimali per svilupparsi rapidamente e causare l’alterazione del cibo.
• L’umidità, favorisce di norma lo sviluppo e l’attività microbica.
• La luce, condiziona negativamente la conservazione degli alimenti che contengono pigmenti fotosensibili.

Anche l'ossigeno, reagisce facilmente con alcune sostanze presenti nei cibi.

L'ossigeno è il responsabile dell'ossidazione dei grassi che porta al loro irrancidimento, dell'imbruttimento della frutta e della verdura, la presenza di ossigeno rende l'ambiente adatto allo sviluppo di microrganismi aerobi (muffe), anch'essi responsabili di alterazioni.

Il termine alterazione può essere inteso, in senso più generale, come la trasformazione delle caratteristiche di un prodotto, cambiamento che non necessariamente è indesiderato, anzi in alcuni casi è ricercato e attuato attraverso alcuni processi di trasformazione.

Alterazioni a carico dei lipidi

La maggior parte dei lipidi presenti negli alimenti sono rappresentati dai trigliceridi, questi composti subiscono tre tipologie diverse di alterazione, note con il termine di irrancidimento idrolitico, chetonico e ossidativo;

• Irrancidimento idrolitico, si tratta di un fenomeno essenziale di natura enzimatica provocata dalle lipasi costitutive dell'alimento e di origine microbica, il processo chimico provoca l'idrolisi dei legami estere del lipide con liberazione del glicerolo e degli acidi grassi, ciò causa un incremento dell'acidità e spesso odori e sapori sgradevoli, quando gli acidi grassi sono a catena corta. Questa alterazione è favorita quando:

1.  contiene acqua libera;
2. contiene l'enzima lipasi;
3. è esposto alla luce, è favorita da temperature relativamente alte e raggiunge il culmine intorno ai 35-40°C.

Nell'olio il problema si presenta quando, per cause accidentali, le lipasi vengono in contatto con i trigliceridi, che nel frutto integro sono all'interno di piccoli sacchi intracellulari.

Nell'olio il rilascio di acido linoleico e linolenico porta alla comparsa della sensazione di amaro pungente. Il burro è più sensibile all'irrancidimento idrolitico poiché contiene un discreto contenuto di acqua ed eredita dal latte le lipasi, inoltre l'alterazione viene facilmente percepita a causa dell'elevato numero di acidi grassi a catena corta, che conferiscono al prodotto un anomalo odore di formaggio.

• Irrancidimento chetonico, questo tipo di alterazione chimico-enzimatica detto anche irrancidimento β-ossidativo, si verifica ad opera dell'enzima β-ossidasi, che catalizza l'ossidazione del gruppo metilenico, in posizione β rispetto al gruppo carbossilico dell'acido grasso libero. L'irrancidimento è provocato dall'azione di enzimi microbici di origine fungina e batterica, i suoi effetti risultano negativi per burro e creme, mentre può essere molto positivo in alcuni formaggi.
• Irrancidimento ossidativo, è un fenomeno di natura essenzialmente chimica, consiste nell'assorbimento di ossigeno da parte degli acidi grassi insaturi, sia liberi sia esterificati, in sintesi si osserva una fissazione di ossigeno in corrispondenza di un carbonio adiacente ai doppi legami dell'acido grasso insaturo. I fattori scatenanti sono:

1. ossigeno;
2. radiazioni luminose;
3. acidi grassi insaturi;
4. metalli.

a) iniziazione 

Formazione di molecole di acidi grassi dotate di elettroni spaiati ad opera di un agente attivante solitamente costituito da ossigeno allo stato eccitato.

Luce, calore e metalli reagiscono da catalizzatori della reazione.

b) propagazione

L'ossigeno atmosferico reagisce con i radicali liberi incontrando un altro acido grasso insaturo, strappano un H a un gruppo metilenico, si forma quindi un idroperossido e un nuovo radicale.

Negli acidi grassi monoinsaturi l'attacco dell'ossigeno si verifica sul carbonio α.

La reazione può coinvolgere, ma in forma minore, anche gli acidi grassi saturi che agganciano l'ossigeno sul carbonio in posizione β rispetto al gruppo carbossilico.

c) terminazione

Quando la concentrazione dei radicali è elevata questi cominciano a reagire tra loro formando dei prodotti più stabili. Il consumo dei radicali porta un graduale aumento alla terminazione della fase di propagazione.

L'irrancidimento porta alla formazione di perossidi, idroperossidi, nonché prodotti di polimerizzazione e di scissione, ciò comporta sia l'alterazione del gusto sia la riduzione del valore nutritivo.

Gli alimenti più soggetti sono quelli che strutturalmente trattengono con più facilità l'ossigeno, in particolare i liquidi più dei solidi e tra questi quelli che presentano una struttura porosa.

Per prevenire il fenomeno alterativo è necessario:

• ridurre il contatto dell'alimento con l'aria;
• evitare rialzi termici;
• evitare il contatto con metalli;
• riparare l'alimento dalla luce;
• impiegare sostanze antiossidanti.

Un'altra forma di alterazione dei lipidi si verifica quando i grassi subiscono riscaldamenti prolungati; in questo caso si verifica un processo di polimerizzazione, tali reazioni sono particolarmente frequenti negli oli di frittura e determinano aumento della viscosità e diminuzione della digeribilità.

Alterazioni a carico di proteine e amminoacidi

Sono causate soprattutto dall'azione delle alte temperature utilizzate nelle fasi di lavorazione e influenzate dal pH dell'alimento, il fenomeno non sempre è negativo in alcuni casi viene favorito con la cottura dell'alimento, che risulta più digeribile, possiamo distinguerle in:

• Denaturazione proteica;
• Modificazione delle catene laterali degli amminoacidi;
• interazione delle proteine con altri composti.

a) Denaturazione proteica

La denaturazione proteica comporta la disorganizzazione delle proteine parziale o totale della struttura secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine, in particolare:

• diminuzione della solubilità;
• tendenza all'aggregazione e alla coagulazione;
• incremento della sensibilità agli enzimi proteolitici per esposizione dei legami peptidici;
• perdita dell'attività biologica.

I fattori più importantiche possono determinare la denaturazione delle proteine sono:

• calore;
• freddo;
• essiccamento.

b) Modificazioni laterali delle catene laterali degli amminoacidi

Le catene amminoacidiche laterali possono decomporsi per l'azione del calore, in particolare si può verificare:

• desulfidrilazione dei residui di cisteina e cistina con liberazione di H2S;
• formazione di derivati ciclici, dotati di poteri mutageni;
• ossidazione di amminoacidi solforati.

c) Reazione di Maillard

La reazione si verifica quando l'alimento contiene proteine e composti carbonilici, come i carboidrati.

Con l'idrolisi si verifica la rottura del legame peptidico, che porta alla graduale demolizione delle proteine.

Alterazioni a carico dei carboidrati

I carboidrati in condizioni termiche elevate subiscono l'idrolisi dei legami glicosidici.

a) Caramellizzazione

La reazione di caramellizzazione avviene a temperature superiori a 100°C, per disidratazione degli zuccheri degli zuccheri, che polimerizzano dando origine a composti bruni e a un'ampia gamma di aromi.

Nel caso del saccarosio la caramellizzazione deve essere preceduta dalla sua idrolisi in ambiente leggermente acido, che porta alla liberazione di fruttosio e glucosio.

b) Reazione di Maillard

La reazione di Maillard avviene in seguito all'interazione tra composti carbonilici e composti amminici, in particolare le proteine, in condizioni di bassa presenza di acqua.

La reazione è favorita, oltre che dal calore, anche dalla luce, dalla presenza di metalli e da un pH leggermente alcalino.

Gli effetti della reazione di Maillard possono essere graditi in alcuni alimenti, come il caffè torrefatto, il pane, la carne arrostita dove i composti volatili conferiscono ai prodotti il loro tipico profumo.

Dal punto di vista nutrizionale la reazione causa una minor disponibilità di lisina e una diminuzione della digeribilità delle proteine.