Carboidrati semplici e ruolo edulcorante

Tiziana Bacchetti

I carboidrati: classificazione

SEMPLICI

COMPLESSI

I glucidi di interesse alimentare possono essere distinti in base alla loro struttura chimica in:

MONOSACCARIDI, DISACCARIDI e OLIGOSACCARIDI,POLIOLI

POLISACCARIDI

Amido (amilosio,amilopectina,amidi

modificati)Polisaccaridi (DP>9)

Raffinosio, stachiosio, fruttooligosaccaridi (FOS), galattooligosaccaridi (GOS)

Oligosaccaridi (DP=3-9)

Glucosio, Fruttosio, GalattosioMonosaccaridi (DP=1)

Saccarosio,lattosio, maltosioDisaccaridi (DP=2)

SEMPLICI

Polisaccaridi non amidacei (cellulosa, emicellulosa, pectine,…)

COMPLESSI

ComponentiGruppo

DP=grado di polimerizzazione

Principali carboidrati di interesse agro-alimentare

Ruoli dei carboidrati semplici

ü Ruolo energetico :i glucidi forniscono 4Kcal/g

ü Ruolo plastico: alcuno derivati dei monosaccaridi sono costituenti di glicolipidi, glicoproteine, proteoglicani, acidi nucleici…..

ü

ü Alcuni disaccaridi e polisaccaridi non digeribili

Regolazione della glicazione non enzimatica di proteine cellulari e plasmatiche (albumina, emoglobina,lipoproteine)

ü

Forniscono la sensazione di dolce

SEMPLICI

I carboidrati semplici comprendono i MONOSACCARIDI e i DISACCARIDI

DISPONIBILIO

DIGERIBILI

NON DISPONIBILI

ONON DIGERIBILI

un punto di vista

nutrizionale

Monosaccaridi e disaccaridi

-Monosaccardi (Xilosio)-Disaccaridi e oligosaccaridi (lattulosio,raffinosio, stachioso…)

n Quando il cibo viene ingerito, la masticazione disgrega i componenti dei cibi in molecole che vengono disciolti nella saliva

n Queste molecole arrivano alla bottoni gustativi formazioni incorporate in piccoli rigonfiamenti chiamate papille che rivestono tutta la lingua, il palato molle, epiglottide e la mucosa della guancia.

Dolce: basi molecolari

Ci sono 4 diversi tipi di papille DI CUI SOLO TRE contengono recettori del gusto.

q Papille filiformi: si trovano sulla parte anteriore della lingua e NON HANNO recettori del gusto

q Papille fungiformi: assomigliano a piccoli funghi e anche esse sono locate nella parte anteriore della lingua. In media si trovano 6 recettori del gusto per ogni papilla fungiforme

q Papille fogliate che si trovano ai lati della bocca e assomigliano a piccole pieghe che contengono i recettori

q Papille a muraglioni (Papillae Circumvallate): formano una V invertita alla base della lingua

• Bottoni gustativi: gruppi dicellule recettoriali (cellule gustative)

La sensibilità nei confronti dei quattro sapori fondamentali non èuniformemente distribuita sulla lingua

Dolce

• Recettore T1R2/T1R3 • I recettori sono accoppiati alla proteina G:

aumento dell’AMP ciclico, attivazione proteinakinasi A, chiusura di un canale al K+

• La depolarizzazione della membrana provoca l’entrata del Calcio e la liberazione di neurotrasmettitori su un neurone postsinaptico che, a sua volta, produce potenziali d'azione che raggiungono il cervello.

• La frequenza e la durata della depolarizzazione sono proporzionali alla concentrazione della sostanza.

Il perché una molecola sia dolce non si può affermare con certezza ma nel 1967 Shallenberger ha individuato nelle sostanze dolci una parte della molecola responsabile di questa caratteristica “Saporous unit”

Secondo questa teoria queste molecole devono possedere un atomo elettronegativo , indicato con A, unito covalentemente ad un atomo di H (AH) ed un altro atomo elettronegativo indicato B ad una distanza di 0,3nm dall’atomo di H.

Questo sistema è in grado di formare legami H sul recettore (X e YH) portando , attraverso le modifiche di membrana , alla sensazione dolce.

E’ stata individuata una regione non polare , detta γ tale da bloccare stereochimicamente la molecola.

“Saporous unit “ teoria di Shallenberger

Questa teoria è estesa anche alle molecole non “zuccherine” con buon successo.

n Dolce:

q L’unico strumento per valutare la dolcezza è la lingua

q La sensazione del dolce non permettere di distinguere fra vari tipi di dolce. Quello che si può discernere è l’intensità di quanto dolce risulta una sostanza mangiata (es più dolce o meno dolce)

n confronta l’intensita con il saccarosion e.g. 1 g/l di soluzione di glucosio è dolce quanto una soluzione 0.6

g/l saccarosion L’intesità relativa intensity del glucosio è 0.6Intensità relativa < 1 è meno dolce del saccarosioIntensità relativa > 1 è dolce più del saccarosio

Definizioni

n Zuccheri intrinseci e estrinseci : i primi sono i carboidrati naturalmente presente negli alimenti; i secondi sono quelli aggiunti deliberatamente

n Zuccheri: sono definiti i monosaccaridi e disaccaridi , mentre con il termine “zucchero” si intende il disaccaride saccarosio.

D-glucosio D-galattosio D-fruttosio

- Monosaccaridi

I più importanti monosaccaridi nell’alimentazione umana sono:

O

1

2

6

3

4

5

CH2OHO

1

2

6

3

4

5

CH2OH

O

O

1

2

6

3

4

5

CH2OH

OHOCH2

CH2OH

O

1

2

6

34

5

O O

O

CH2OH CH2OH

Glucosio + glucosiomaltosio

Galattosi + glucosiolattosio

Glucosio + fruttosiosaccarosio

- Disaccaridi

-N=1 raffinosio-N=2 stachiosio-N=3 verbascosio

Galattosio

Glucosio

(β 1→2)

Fruttosio

-N=3-10 fruttooligosaccaridi (FOS)-N>10 fruttani

Glucosio

- Oligosaccaridi-

Dolcezza relativa degli zuccheri

11,520,760,5

0,330,33

SaccarosioFruttosioGlucosio

GalattosioLattosioMaltosio

Dolcezza relativaZucchero

Glucosio: il più diffuso in natura, si trova sia in forma libera che combinata in tutti gli organismi animali e vegetali.

s Costituisce la forma in cui devono essere trasformati gli altri zuccheri per poter essere utilizzati dall’organismo umano.

s E’ fermentascibile (fermentazione alcolica :alcol etilico e anidride carbonica).

La fermentazione alcolica è la reazione chimica responsabile di diversi fenomeni che vediamo ogni giorno, quali la lievitazione delle torte o la trasformazione del mosto in vino. Essa è operata da una particolare classe di microrganismi, i Saccharomyces, dei quali il più comune è senz'altro il cerevisiae, presente sulla buccia dell'uva come nel lievito di birra.

C6H12O6 ? 2 C2H6O + 2 CO2

Fruttosio :s contenuto nella frutta, nel miele e alcuni vegetali (cipolla, e

cicoria). s E’ fermentascibile da parte di lieviti (fermentazione alcolica :alcol

etilico e anidride carbonica).s Poter edulcorate superiore a quello del saccarosio (1,5)

Galattosio: • non si trova quasi mai allo stato libero, si trova combinato al

glucosio e costituisce il lattosio, lo zucchero del latte. Inoltre entra nella composizione di glucidi più complessi come galattooligosaccaridi.

• Potere edulcorate basso (0,60)

Si forma in uno degli stadi dell’idrolisi dell’amido (es.amido di malto) catalizzata da un enzima (diastasi) sviluppato durante la germinazione dell’orzo. Può essere ottenuto per parziali idrolisi dell’amido (idrolisi acida). Potere edulcorante 0,33Dalla scissione si ottengono 2 molecole di glucosio (maltasi). Per tale prerogativa trova largo impiego nella preparazione di alimenti per neonati e di bevande. Viene usato come substrato per la fermentazione del lievito ed è importante nel processo di produzione della birra.

Il SACCAROSIO

α-D-glucosio + ß-D-fruttosiolegame α-1,2-glicosidico

Il più comune zucchero usato come dolcificante per gli alimenti. Presente in vari vegetali, in particolare la barbabietola e la canna da zucchero, da cui viene estratto.

Il LATTOSIO

ß-D-galattosio + ß-D-glucosiolegame ß-1,4-glicosidico

Presente esclusivamente nel latte. Il latte materno contiene dal 2-8,5% di lattosio e costituisce il principale nutriente glucidico per i neonati.

Rientra nei processi produzione di produzione di altri carboidrati di interesse nutrizionale come il lattulosio, e galattooligosaccaridi.

Il lattosio non è direttamente fermentascibile, ma lo diventa quando viene scisso nei due componenti. Tale processo può avvenire per riscaldamento con acidi o mediante scissione enzimatica (lattasi).

Il lattosio è attaccato facilmente da numerosi microrganismi che provocano leprincipali fermentazioni del latte e del formaggio (Fermentazione lattica).

Lattosio → 1glucosio + 1 galattosio→ 2 glucosio

4 acido lattico

Acidificazione del latte

- Oligosaccaridi-

-Raffinosio (barbabietole, miele, legumi) -Stachioso (legumi)-Verbascosio (legumi)-Frutto oligosaccaridi (FOS) Si definiscono più propriamente fruttooligosaccaridi (FOS) i derivati del fruttosio con grado di polimerizzazione (DP) compreso tra 3 e 10, fruttani quelli con valori di DP più elevati.

Sono polimeri costituite da poche molecole di monosaccaridi (3 fino a 9 monosaccaridi) unite da legame glicosidico.

Sono zuccheri per lo più non digeribili che pongono resistenza alla digestione nel tratto gastrointestinale superiore; arrivano nel

colon immutati e qui avviene la fermentazione.

n Sono soprattutto presenti in alcune piante commestibili ,in particolare nelle leguminose (porri – aglio – soia-lenticchie e fagioli)

n I fruttani sono carboidrati di riserva accumulati negli organi vegetativi di varie specie di piante tra le quali il tupinambur, la cicoria, le graminacee da granella e le foraggere dei climi temperati-freddi. Questi carboidrati sono inoltre componenti naturali di molti alimenti, quali ad esempio carciofi, porri, cipolle, aglio, banane, frumento

n Si possono formare in seguito a processi tecnologici

Zuccheri e derivati

Zucchero di barbabietola Zucchero di canna Zucchero liquidoZucchero invertitoSciroppo di glucosioGlucosioFruttosioHigh Fructose Corn Syrup (HFCS)

Mannitol

Isomalt

Maltitol

Xylitol

Sorbitol

Lactitol

Erythritol

Intensivi

Polialcoli

Aspartame

Acesulphame

Cyclamate

Saccharin

Sucralose

Neotame

Alitame

Thaumatin

Neohesperidine

Stevioside

Glycyrrhizin

Brazzein

Approved in EU

DOLCIFICANTi INTENSIVI E DI MASSA NON CALORICI

0,1 1 10 100 1000 10000

Saccarosio

Ciclammati

Aspartame

Acesulfame-K

Fructosio

Glucosio

Sucralosio

Sorbitolo

Saccarina

HFCS

Taumatina

Dolcezza relativa

Sciroppo diglucosio

Il D-glucosio depurato e cristallizzatoDestrosio

Soluzione acquosa depurata e concentrata di glucidi alimentari, ottenuta da amido/fecola e/o da inulina

Sciroppo di glucosio

soluzione acquosa di saccarosioZucchero liquido

D-fruttosio depurato e cristallizzato Fruttosio

La soluzione acquosa, eventualmente cristallizzata, di saccarosio parzialmente invertito mediante idrolisi, nella qualeil tenore di zucchero invertito deve essere superiore al 50 %

Zucchero invertito

Saccarosio depurato e cristallizzatoZucchero raffinato o bianco raffinato

Saccarosio depurato e cristallizzatoZucchero di fabbrica

DEFINIZIONE DENOMI-NAZIONE

Denominazione e definizione relativi a determinati tipi di zuccheri destinati all’alimentazione umana

Soluzione acquosa depurata e concentrata di fruttosioSciroppo di fruttosio

Due grandi famiglie di zuccheri

The Sucrose-based family

Zucchero da barbabietola

Zucchero di canna

Zucchero inverito

The Starch-based family

Sciroppo di glucosio

Glucose/dextrose

High Fructose Corn Syrup

Industrialmente è prodotto da estrazione da barbabietola e canna da zucchero

Barbabietole vengono

spezzate e lavate

Impianto di estrazione con acqua

calda, dove per diffusione ,il

saccarosio viene solubilizzato , arricchendo

progressivamente l’acqua di estrazione

(sugo grezzo)

Il sugo grezzo viene depurato

con calce e mediante

filtrazione (sugo leggero).

Il sugo leggero subisce un processo di

evaporazione per

eliminare acqua

Il sugo denso che si forma viene fatto cristallizzare in

concentratori noti come “bolle di cottura”. Mediante

centrifugazione i cristalli vengono separati dallo sciroppo e inviati negli essiccatoi, dove viene eliminata acqua residua.

Il saccarosio raffreddato e stoccato in grandi silos viene

quindi confezionato.

Canne da zucchero vengono private delle foglie

e sfibrata meccanicamente.

Si ottiene una pasta che viene

lavata sotto acqua corrente

Si ottiene un succo di

saccarosio che contiene

impurezze

Il succo di saccarosio viene purificato in un processo in cui

vengono realizzate anche reazioni

chimiche.

La soluzione viene filtrata e

concentrata

Lo zucchero ottenuto è di

colore scuro e può subire processi di

decolorazione prima della

cristillizzazione.

Zucchero di canna e di barbabietola

Lo zucchero che si ottienedopo la completaraffinazione è sempresaccarosio

Lo zucchero che si ottienedopo la completaraffinazione è sempresaccarosio

Barbabietola / canna

Zucchero bianco

Granulato Liquido

Molasses

Processo di raffinazione e cristallizzazione

Zucchero grezzo

Zucchero liquido viene raccolato

Molasse

n Molasse contengonoq Zuccheriq Saliq Acidi organiciq Composti aminiciq Prodotti della

reazione di Maillard

Zucchero liquido

n Trovano molteplici impieghi nel campo della pasticceria e della gelateria; la loro caratteristica di essere incristallizzabili ne fanno un ingrediente indispensabile nei prodotti dolciari da forno, o nei gelati che conserveranno anche nel tempo.

n Hanno un colore trasparentissimo che permettono loro di disperdersi nei liquidi, nei succhi, nelle passate e in qualsiasi altro liquido, impasto, miscela dove è necessaria una buona solubilità

Lo

zucchero

ZUCCHERO INVERTITO

La miscela equimolare di D-glucosio e di fruttosio che si ottiene o mediante enzima invertasi o mediante idrolisi acida , prende comunemente il nome di “zucchero invertito”. Lo zucchero invertito ècostituto da uno sciroppo che non cristallizza utilizzato nella preparazione di alimenti. Esso si trova naturalmente nel miele (api secernono enzima invertasi). Lo zucchero invertito si utilizza in sostituzione dello zucchero nella fabbricazione di marmellate, conserve, frutta sciroppata essendo piùdolce di circa 1/4 del saccarosio

Due grandi famiglie di zuccheri

The Sucrose-based family

Zucchero da barbabietola

Zucchero di canna

Zucchero inverito

The Starch-based family

Glucose syrups

High Fructose Corn Syrup

n Nel 1811 il chimico russo G.S.C. Kirchoff scoprì un processo per produrre glucosio e altri dolcificanti utilizzando l’amido di patata sottoposto a una soluzione debole di acido solforico.

n Negli Stati Uniti questo metodo fu adattato all’amido di mais a metà del 1800 e i primi impianti furono costruiti a Buffalo, New York, nel 1866. Oltre all’acido solforico, l’amido può essere idrolizzato anche utilizzando acido cloridrico.

n L’drolisi dell’amido di mais utilizzando acidi inorganici, proseguìfino al 1967, quando si iniziarono ad usare anche degli enzimi.

n Gli enzimi utilizzati per idrolizzare l’amido sono diversi: l’alfa amilasi permette di ottenere sciroppi con un contenuto di circa 10-20% di glucosio. Un ulteriore trattamento con l’enzima gluco-amilasi porta a rese del 93-96% di glucosio.

Alfa-amilasi (105-110°C) (Bacillus licheniformis, B. stearothermophilus o B amloliquefaciens)

Glucoamilasi (55-60°) (Aspergillus niger)

Amido di mais

Destrine

SCIROPPO DI GLUCOSIO (95%)

Fase di liquefazione

Fase di saccarificazione

Dolcezza relativa dei sciroppi di glucosio

STARCH

MALTODEXTRIN DE 4-20

GLUCOSE SYRUP DE 30

GLUCOSE SYRUP DE 40

GLUCOSE SYRUP DE 60

GLUCOSE SYRUP DE 90

GLUCOSE /DEXTROSE DE 100

n Il progredire delle tecnologie alimentari e l’uso di enzimi immobilizzati, tra cui la glucosio isomerasi, hanno portato alla commercializzazione di sciroppi di mais ad alto contenuto di fruttosio (HFCS).

n Il Fruttosio è del 30% più dolce del saccarosio ed è piu’ solubile.

High Fructose Corn Syrup

F

Glucosio isomerasi (60°C)(Streptomyces murines)

Alfa-amilasi (105-110°C) (Bacillus licheniformis, B. stearothermophilus o B amloliquefaciens)

Glucoamilasi (55-60°) (Aspergillus niger)

Amido di mais

Destrine

Amido di mais

Destrine

GLUCOSIO

FRUTTOSIO (sciroppo di fruttosio)

Fase di liquefazione

Fase di saccarificazione

Fase di isomerizzazione

Alfa-amilasi(105-110°C)

Glucoamilasi(55-60°)

Glucosio isomerasi(60°C)

n Troviamo lo sciroppo di glucosio-fruttosio in molti prodotti alimentari (dolci, cereali, biscotti, snacks e yogurth,sport drinks,ketchup…ecc…)

n Lo sciroppo di glucosio-fruttosio prodotto utilizzando amido di mais e enzimi, può essere etichettato come un dolcificante naturale?

n La battaglia che ha coinvolto raffinatori di mais da una parte e associazioni di consumatori dall’altra, ha portato alla decisione della Food Drug Administration (FDA). Sebbene glucosio e fruttosio esistano in natura, la produzione degli sciroppi a partire dall’amido, e l’ uso di acidi inorganici e/o enzimi, ha portato la FDA ad esprimere un parere negativo.