Chimica e Funzionalità dei Carboidrati: Dalla Struttura alle Reazioni Alimentari

Cosa sono i Carboidrati? Utilizzo e Origine

I carboidrati sono i composti organici che vengono prodotti a partire da CO2 e acqua, grazie alla radiazione solare nelle cellule fotosintetiche delle piante.

Quali sono i più utilizzati dall'uomo?

I più utilizzati dall'uomo sono l'amido e il saccarosio.

Classificazione dei Carboidrati

• Monosaccaridi (Aldosi, Chetosi)
• Oligosaccaridi
• Polisaccaridi

Omoglicani ed Eteroglicani

Definizione

Omoglicani: Polisaccaridi in cui le loro unità costituenti sono lo stesso tipo di zucchero (monosaccaride).

Eteroglicani: Polisaccaridi costituiti da diversi tipi di zuccheri.

Igroscopicità: Definizione e Implicazioni

L'igroscopicità è la capacità di assorbimento dell'acqua.

Implicazioni nell'Industria Alimentare

• Vantaggi: Aiutano a mantenere l'umidità in alcuni alimenti.
• Svantaggi: Nel caso della forma granulare o in polvere, l'assorbimento di acqua provoca la formazione di agglomerati, limitando la solubilità dello zucchero.

Lo Stato Vetroso (Stadio Amorfo)

Lo stato vetroso è uno stato amorfo in cui la viscosità è così alta da impedire la cristallizzazione dello zucchero.

Metodi di Ottenimento

Può essere ottenuto in due modi principali:

1. Mediante congelamento rapido o disidratazione concentrata di una soluzione.
2. Dalla fusione termica di alcuni zuccheri cristallini seguita da un rapido raffreddamento che impedisce alle molecole di riorganizzarsi e formare un cristallo.

Il Processo di Cristallizzazione

La cristallizzazione si ottiene raffreddando lentamente soluzioni sature di zuccheri. Questo processo comporta l'immobilizzazione e la riorganizzazione delle molecole che formano un cristallo.

L'Inversione degli Zuccheri

L'inversione degli zuccheri consiste nell'idrolisi di una molecola di zucchero (saccarosio), catalizzata da un enzima (invertasi) o chimicamente (ad esempio, idrolisi con HCl ad alta temperatura o l'uso di resine solfoniche). Il prodotto ottenuto è noto come zucchero invertito.

Proprietà Funzionali dei Polisaccaridi

• Solubilità
• Idrolisi
• Viscosità
• Capacità di formare gel

Polisaccaridi, Acqua e Consistenza

Le Fibre Alimentari

Le fibre sono un gruppo di polisaccaridi insolubili che contribuiscono alle proprietà degli alimenti, come la coesione e la consistenza. Nel caso delle fibre alimentari, contribuiscono anche alla motilità intestinale.

Controllo della Mobilità dell'Acqua

Perché i polisaccaridi controllano la mobilità dell'acqua?

Contengono gruppi idrossilici (OH) in grado di stabilire legami (ponti idrogeno) con l'acqua. Questo legame permette ai polisaccaridi di controllare e modificare la mobilità dell'acqua.

Quando variano la consistenza di un alimento?

Quando i polisaccaridi si legano all'acqua.

Comportamento in Soluzione e Volume Effettivo

In soluzione, i polisaccaridi ruotano liberamente occupando uno spazio, chiamato volume effettivo.

Differenza nel Volume Occupato

• Se il polisaccaride è composto da molecole lineari, occupa più spazio.
• A parità di massa molecolare, se il polisaccaride è ramificato, il volume effettivo diminuisce.

Viscosità e Formazione di Gel

Viscosità

A parità di concentrazione, le soluzioni di polisaccaridi lineari sono più viscose di quelle ramificate.

Perché le soluzioni lineari sono più viscose?

Perché, ruotando, occupano un volume effettivo maggiore, scontrandosi con maggiore attrito e provocando un aumento della viscosità.

Fermezza di un Gel

La fermezza di un gel dipende interamente dalle forze con cui si uniscono le regioni cristalline.

Reazioni di Caramellizzazione

La caramellizzazione è una serie di complesse reazioni che si verificano quando si riscaldano i carboidrati, soprattutto saccarosio e altri zuccheri riducenti.

Meccanismo

Avviene per termolisi, che provoca reazioni di disidratazione degli zuccheri con l'introduzione di doppi legami e la formazione di anelli insaturi.

Effetti dei Prodotti Intermedi

• I doppi legami assorbono luce e causano la comparsa del colore.
• Gli anelli condensati, con perdita d'acqua, producono polimeri che conferiscono colore e aroma.

La Reazione di Maillard (Imbrunimento Non Enzimatico)

Definizione

È una serie molto complessa di reazioni in cui gli zuccheri riducenti reagiscono con il gruppo amminico delle proteine, producendo pigmenti di colore marrone scuro e modifiche dell'olfatto e del gusto.

Quando si verifica?

Si verifica durante i processi tecnologici o la conservazione degli alimenti. Il calore accelera la reazione, ed è quindi coinvolta in operazioni come:

• Cottura
• Pastorizzazione
• Sterilizzazione
• Disidratazione

Impatto Nutrizionale del Riscaldamento Intenso

Quando un alimento contenente proteine e zuccheri viene riscaldato fortemente, si subiscono perdite di aminoacidi essenziali, diminuendo il suo valore nutrizionale.

Modificazioni e Trattamenti degli Amidi

Effetti del Trattamento Acido

L'acido penetra negli spazi intermicellari e provoca l'idrolisi di un piccolo numero di legami, soprattutto nelle zone amorfe dei granuli, lasciando il cristallo quasi intatto. Si ottengono soluzioni di minore viscosità e consistenza gel inferiore.

Amido Pregelatinizzato

Preparazione e Utilizzo

Si prepara per disidratazione di una soluzione di amido precedentemente riscaldata al di sopra della temperatura di gelatinizzazione. È utilizzato in alimenti che richiedono una consistenza più rapida e più spessa (es. ripieni per torte, alimenti per l'infanzia, ecc.).

Amidi Reticolati

Perché rimangono viscosi più a lungo?

Facendoli reagire con agenti di reticolazione si provoca la comparsa di legami di tipo estere ed etere tra le molecole di amilosio e amilopectina. I granuli di amido si gonfiano ma non esplodono, rimanendo pertanto viscosi più a lungo.

Polisaccaridi Strutturali e Derivati

Amido e Glicogeno: Analogie

Entrambi contengono strutture ramificate (simili all'amilopectina).

Cellulosa

Localizzazione e Associazione

Si trova nelle pareti delle cellule vegetali insieme ad altri polimeri come la lignina e le emicellulose.

Carbossimetilcellulosa (CMC)

È il derivato più importante della cellulosa (il sale di sodio della carbossimetilcellulosa). È utilizzato per aumentare la viscosità degli alimenti, fornendo soluzioni stabili tra pH 5 e 10.

Emicellulose in Cottura

Sono utilizzate in cottura perché:

• Migliorano la capacità di ritenzione dell'acqua della farina.
• Riducono l'energia necessaria per la miscelazione.
• Collaborano alla costituzione delle proteine e aumentano il volume.

Definizione di Fibra Alimentare

È una serie di polisaccaridi non amilacei (solubili e insolubili) che sono resistenti all'idrolisi da parte degli enzimi digestivi intestinali (es. Cellulosa e Lignina).