L’alterazione degli alimenti   Si narra che quando il celebre condottiero del popolo mongolo (1336-1405) decise di insediarsi a Samarcanda per farne la capitale del suo impero, volle individuare il punto migliore dove costruire i depositi delle derrate alimentari. A questo scopo, fece appendere nei vari quartieri delle carcasse di agnello a pali conficcati nel terreno. Laddove si trovava la carcassa meno decomposta dopo un certo periodo di tempo, Tamerlano individuò il punto più ventilato e salubre della città, il più adatto per conservare al meglio le riserve alimentari. Tamerlano Questo semplice aneddoto fa capire che e sono : da una parte la natura completa i suoi cicli biologici degradando tessuti e molecole, dall’altra l’umanità, ingegnandosi per frenare tali processi, finisce per comprenderli meglio. conservazione alterazione concetti complementari Traendo inizialmente spunto dai fenomeni che osservava in natura, l’uomo ha via via adottato metodi di conservazione sempre più sofisticati, fino ad automatizzarli. Le prime tecniche di conservazione erano basate non sulla conoscenza scientifica dei processi di alterazione, bensì sull’osservazione diretta dei fattori che garantivano una durata maggiore al cibo. Solo con la nascita della , nella seconda metà del XIX secolo, le cause del deterioramento alimentare sono divenute chiare. microbiologia La comprensione profonda dei processi degenerativi ha permesso, col tempo, di sviluppare sempre più efficaci e sicure. tecniche di conservazione Ancora oggi la in questo settore è in costante evoluzione, grazie soprattutto al contributo delle aziende alimentari. ricerca Prima dell’avvento dell’industria alimentare molti alimenti venivano conservati essiccandoli all’aria e al sole; ancora oggi il merluzzo viene essiccato e diventa stoccafisso.  Le cause dell’alterazione   Un alimento si definisce quando subisce nelle sue caratteristiche nutrizionali e sensoriali tali da renderlo . alterato modificazioni degenerative non più commestibile Le che concorrono all’alterazione degli alimenti sono numerose e tra loro molto diverse. A far degenerare il cibo possono essere, per esempio, l’esposizione alla luce, all’umidità, all’ossigeno o a temperature inadeguate, o ancora l’azione di enzimi e quella di esseri viventi. cause Tutti questi fattori possono essere distinti sulla base della loro origine oppure sulla base della loro natura. esseri viventi. Si definiscono invece endogeni quei fattori che operano dall’interno dell’alimento e che dipendono dalla sua stessa costituzione. Riguardo all’ origine , si distinguono fattori esogeni ed endogeni . Si definiscono esogeni tutti quei fattori che causano il deterioramento dall’esterno, come la luce, l’ossigeno, gli  sensoriali Riguardo alla natura , si distinguono fattori biologici e chimico-fisici . Costituiscono fenomeni biologici i processi di decomposizione della materia organica, spontanei o operati dagli esseri viventi che contaminano l’alimento. Invece, i fattori di natura chimica e fisica (come ossigeno, temperatura e luce) contribuiscono a stimolare oppure rallentare l’attività dei microrganismi e possono alterare direttamente le caratteristiche (aspetto, aroma, sapore, consistenza) dell’alimento. La stessa acqua contenuta negli alimenti è un fattore endogeno di deterioramento.  >> pagina 390  Classificazione dei principali fattori di alterazione Fattori di alterazione Origine Natura   Esogena Endogena Biologica Chimico-fisica microrganismi x   x   enzimi x x x   macrorganismi x   x   ossigeno x x   x acqua e umidità x x x x temperatura x     x luce x     x Nella tabella sono elencati i principali fattori responsabili dell’alterazione alimentare. Si nota che la maggior parte delle cause di alterazione è esogena, cioè proviene dall’esterno. Inoltre, dalla tabella appare evidente che l’origine e la natura dei fattori di alterazione sono due variabili indipendenti l’una dall’altra: sia i fattori esogeni sia quelli endogeni possono essere di natura biologica o di natura chimico-fisica. GUIDA ALLO STUDIO  Che rapporto c’è tra conservazione e alterazione degli alimenti? 1.  Quali sono le principali cause di alterazione degli alimenti? 2.  Come possono essere classificati i fattori di alterazione alimentare? 3. Microrganismi decompositori I composti organici presenti in tutte le sostanze non viventi, e dunque anche negli alimenti, attirano i , per i quali rappresentano una fonte ideale di nutrimento. Infatti, nei tessuti morti le barriere fisiologiche da superare sono assenti o facilmente penetrabili senza innescare meccanismi di difesa immunitaria. L’ambiente è popolato da innumerevoli , , , (e dalle loro spore) che si depositano su tali superfici, portati da qualche vettore o veicolo di (vedi Unità 2, La contaminazione degli alimenti), sommandosi progressivamente. Una volta insediati, i microrganismi attivano una serie di che innescano processi di perforazione, penetrazione, digestione e assorbimento delle sostanze nutritive del tessuto. I prodotti di queste reazioni sono sostanze repulsive per i nostri gusti, oltre che tossiche. Nei casi in cui l’attività microbica determini la comparsa di caratteristiche gradevoli e non tossiche (per esempio la muffa del gorgonzola), si preferisce utilizzare l’espressione “ ” anziché alterazione. microrganismi decompositori virus batteri lieviti muffe contaminazione enzimi trasformazione alimentare Le muffe del genere   sono microrganismi decompositori del pane. Mucor Decomposizione aerobica e decomposizione anaerobica Sul piano chimico, i microrganismi possono decomporre gli alimenti in presenza di ossigeno (decomposizione aerobica) o in assenza di ossigeno (decomposizione anaerobica). Nella   i microrganismi, reazione dopo reazione, degradano quasi completamente le molecole del cibo, trasformandole in anidride carbonica (CO ) e acqua (H O). In altri termini, questi processi biologici svolgono in tempi molto lunghi ciò che il fuoco realizzerebbe in un attimo. decomposizione aerobica 2 2 Nella  , che può avvenire nel sottosuolo, all’interno di un frutto, nell’intestino di un animale, in un insaccato o dentro una conserva, i microrganismi trasformano gradualmente le molecole del cibo in vari  , che spesso hanno un odore caratteristico, molte volte sgradevole e pungente. decomposizione anaerobica gas Esempi di sostanze maleodoranti generate dalla decomposizione anaerobica sono l’ammoniaca (NH ), l’acido solfidrico (H S) e la fosfina (PH ); sono invece privi di odore il metano (CH ) e l’idrogeno (H ). 3 2 3 4 2  >> pagina 391   Alimenti… morti   Come sappiamo, l’uomo è un organismo  : deve cioè cibarsi di altri esseri viventi (o di loro “prodotti”, come il latte o le uova) per rifornirsi di molecole da cui trarre materia prima ed energia. Spesso non ci pensiamo, ma gran parte dei nostri alimenti è costituita da organismi morti, derivanti per esempio dalla macellazione di un animale o dallo sradicamento di una pianta. eterotrofo Alcuni animali, definiti  , hanno un sistema immunitario tale da consentire loro di cibarsi di animali in decomposizione senza essere intossicati dalle sostanze prodotte dall’alterazione. necrofagi L’essere umano non possiede le difese immunitarie di cui sono dotati, per esempio, avvoltoi e iene. Per questa ragione, il tempo che intercorre dal momento della macellazione a quello del consumo della carne deve essere abbastanza breve, e l’alterazione dell’alimento non deve aver prodotto sostanze tossiche. Enzimi Gli sono in grado di favorire l’unione o la scissione delle molecole organiche. A causare l’alterazione degli alimenti sono principalmente quelli che operano scissioni, detti . Essi infatti accelerano notevolmente reazioni spontanee che, in loro assenza, avverrebbero in tempi secolari. enzimi proteine enzimi catabolici Gli enzimi possono avere origine endogena o esogena. Gli sono quelli presenti naturalmente nelle cellule di ogni organismo. Alla morte dell’organismo, gli enzimi racchiusi nei lisosomi delle sue cellule vengono liberati nel citosol e le molecole e gli organelli vengono autodigeriti in un processo detto , che si conclude con il rigonfiamento e lo scoppio delle cellule. Nelle sue , l’autolisi ha una sugli alimenti: gli enzimi endogeni sono responsabili, per esempio, della maturazione della frutta e di alcune verdure e della frollatura della carne. Se l’azione degli enzimi endogeni si prolunga nel tempo, però, finisce con lo stimolare e facilitare la . enzimi endogeni ▶  autolisi fasi iniziali funzione sensoriale positiva contaminazione microbica Gli sono invece quelli prodotti dai microrganismi decompositori presenti nell’ambiente o dai microrganismi che popolano le mucose dell’organismo morto. Questi ultimi alla morte del soggetto che li ospita aumentano approfittando della scomparsa delle difese immunitarie dell’ospite. Gli enzimi esogeni causano la in essi contenuti, a partire sia dalle superfici interne sia da quelle esterne. enzimi esogeni digestione dei tessuti e dei nutrienti Quando l’azione combinata di enzimi endogeni ed esogeni si protrae a lungo, la digestione delle sostanze nutritive produce molecole di dimensioni sempre più piccole e leggere, quindi facilmente volatili. Esse sono di scarsa utilità per il metabolismo umano e in certi casi risultano addirittura tossiche. Il nostro di esseri umani evoluti le ha connotate come fortemente per “tenerci lontano” dalla loro assunzione. olfatto sgradevoli Autolisi |   Autolysis  | Con il termine autolisi si indica genericamente l’autodistruzione di una cellula. Più precisamente è un processo fisiologico nel quale una cellula “digerisce” se stessa dall’interno. L’autolisi avviene non appena si interrompono le funzioni vitali della cellula e rappresenta uno dei fenomeni più significativi che accadono durante la necrosi: con questo termine si indica l’insieme delle trasformazioni che si verificano in una cellula dopo la morte.  >> pagina 392  L’azione degli enzimi causa fenomeni di decomposizione avanzata noti come putrefazione, irrancidimento enzimatico e fermentazione. Gli enzimi nei processi di decomposizione La è un processo di . Viene operato da enzimi specifici, chiamati , in assenza di ossigeno. Attraverso la putrefazione si generano molecole nauseanti come le (istamina, tiramina, cadaverina, putrescina); alcune fra queste molecole, se assunte in dosi eccessive, possono causare effetti da quali nausea, dolori addominali e vomito. putrefazione digestione avanzata degli amminoacidi proteasi ammine biogene intossicazione L’ è un processo di che avviene in presenza di ossigeno a opera di enzimi specifici, definiti . Questo processo genera, tra l’altro, e dall’odore sgradevole. irrancidimento enzimatico idrolisi degli acidi grassi lipasi acido propionico butirrico La è un processo di , generalmente a carico dei glucidi, che avviene in assenza di ossigeno (anaerobiosi). Vari operano questo tipo di reazione: anche in questo caso i prodotti hanno spesso un odore forte. fermentazione ossidazione microrganismi La maturazione della frutta, che in molti casi prosegue anche dopo la sua raccolta, è una delle conseguenze positive della presenza di enzimi endogeni nell’alimento: essa comporta trasformazioni relative al colore, alla consistenza, al contenuto di acqua, zucchero e nutrienti. L’effetto benefico è però limitato alle fasi iniziali; quando invece si prolunga nel tempo, questo processo favorisce la contaminazione e l’alterazione. L’acido butirrico è un acido grasso saturo presente naturalmente nel latte e nei suoi derivati, in particolare nel burro e in altri grassi. Ha un sapore acre e un odore poco piacevole, che ricorda quello del sudore. L’irrancidimento del burro libera questo acido che, caratterizzato da un basso peso molecolare, raggiunge facilmente l’olfatto, rendendo sgradevole l’alimento.  La frollatura   Quando un animale muore, il suo corpo va incontro a : il ( ), l’ ( ) e infine lo   ( ). tre processi abiotici raffreddamento algor mortis irrigidimento rigor mortis sbiancamento livor mortis Dopo questi tre stadi iniziali si concretizzano i processi biotici, cioè riconducibili all’attività biologica, di  . putrefazione Durante le prime fasi della putrefazione, la   delle fibre muscolari ha una funzione importante nel rendere la carne più tenera, digeribile e succosa al palato umano. Questo fenomeno è definito  : può avvenire in modo controllato, per esempio ponendo in celle frigorifere i grossi tagli da macello per un paio di settimane. Durante la frollatura, la digestione parziale delle proteine coinvolte nella contrazione determina il rilassamento dei muscoli e conferisce alla carne la morbidezza, l’odore e il colore tipico di quella che troviamo esposta in macelleria. digestione enzimatica frollatura  >> pagina 393  Macrorganismi Tutti i rappresentano potenziali se entrano in contatto con un alimento (o se questo viene a contatto con le loro secrezioni corporee, come saliva, escrementi, sudore). Particolarmente insidiosi sono insetti, vermi e roditori. macrorganismi vettori di contaminazione biologica Gli come mosche, scarafaggi e tarme del cibo (le “farfalline”) presentano uno specifico elemento di rischio che contribuisce all’alterazione del cibo. Infatti, spesso essi depositano le loro negli alimenti non protetti; dalle uova si sviluppano in breve tempo che si nutriranno dell’alimento, favorendone la decomposizione. Le larve di alcune specie di mosche, se ingerite con le vivande che le ospitano, possono causare lesioni dei villi intestinali. insetti uova larve e bachi Ossigeno L’aria contiene circa il 21% di . Questo elemento chimico è e tende a legarsi a molecole e metalli, causandone l’ossidazione. ossigeno fortemente reattivo L’ di una molecola organica comporta in alcuni casi la sua inattivazione con conseguente . È il caso delle vitamine A e C, di alcune sostanze aromatiche e dei pigmenti colorati. Il fenomeno dell’ di alcuni frutti, come mele e pere, una volta esposta la loro polpa all’aria, è appunto dovuto all’azione dell’ossigeno atmosferico. L’ossigeno, inoltre, favorisce la come le muffe, i lieviti e molti batteri. ossidazione impoverimento nutrizionale imbrunimento crescita dei microrganismi aerobi L’annerimento delle fette di pera è dovuto all’azione dell’ossigeno e può essere limitato con l’uso del succo di limone. Acqua L’ rappresenta il fattore determinante per lo sviluppo della . Essa è il mezzo in cui avviene qualunque reazione biologica e la sua assenza causa la morte degli organismi o, in alcuni casi, la formazione di spore resistenti. Al contrario, quando è abbondante, l’acqua esercita un forte richiamo per qualunque organismo e ne stimola la moltiplicazione. acqua vita Sulla superficie di un alimento secco lo risulta fortemente inibito, ma al crescere del suo tasso di umidità l’alimento diventerà sempre meno friabile e fragrante: inizieranno a svilupparsi dapprima le muffe e successivamente i batteri, i quali prediligono ambienti con un significativo contenuto di acqua. sviluppo dei microrganismi Nei vegetali l’acqua determina anche il turgore delle parti verdi. L’ , ossia l’appassimento irreversibile, che consegue allo sradicamento delle piante, è un’alterazione dovuta al crollo della pressione osmotica nell’insieme del vegetale. avvizzimento La conservazione della farina in luoghi eccessivamente umidi può comportare lo sviluppo di muffe (spesso invisibili), con conseguente produzione di micotossine.  >> pagina 394  Temperatura Il è una forma di energia capace di influenzare direttamente la : se aumenta, entro certi limiti, la reazione avviene più velocemente, se diminuisce, la reazione richiede più tempo. calore velocità delle rea­zioni chimiche Nelle zone più calde del pianeta, le favoriscono notevolmente le reazioni biologiche fra enzimi e substrati, accelerando per esempio la progressione delle infezioni e anche le alterazioni alimentari. alte temperature atmosferiche Le comportano invece un graduale delle reazioni alterative, ma possono comunque determinare una perdita di nutrienti per i danni generati dai cristalli di ghiaccio che si formano all’interno dei tessuti cellulari. basse temperature rallentamento Nelle zone più calde del pianeta i processi degenerativi sono molto veloci, e questo limita notevolmente la conservazione degli alimenti. Luce L’energia contenuta nella induce in alcune molecole organiche la liberazione di sostanze chimiche altamente reattive, dette . Questi, prima di essere neutralizzati, possono generare reazioni a catena che contenute negli alimenti, come le vitamine A, B e C. Inoltre danneggiano alcune sostanze proteiche o grasse (in quest’ultimo caso si parla di irrancidimento ossidativo) e modificano il colore (alterando i pigmenti), l’odore, il sapore e la consistenza dell’alimento stesso. luce radicali liberi inattivano molecole sensibili 2 Per evitare che la luce possa causare tali danni, molti contenitori alimentari sono (bottiglie per birra, vino, olio) o del tutto (contenitori per latte, succhi di frutta). scuri opachi  I radicali liberi e le molecole antiossidanti   Nelle molecole biologiche la scissione di un legame chimico produce generalmente due ioni di carica opposta: uno negativo, che ha assorbito gli elettroni del legame, e uno positivo, carente di elettroni. Alcune forme di energia (radiazioni, luce, calore) possono, però, determinare  : anziché due ioni, in questo caso si generano due molecole che, alla scissione del legame, ricevono ciascuna un solo elettrone. Le specie così ottenute, che presentano elettroni spaiati nell’orbitale più esterno, si definiscono “ ” e sono estremamente reattive: hanno una fortissima tendenza a legarsi subito ad altre molecole, spesso danneggiandole. Per giunta, il legame fra un radicale e un’altra molecola comporta spesso la generazione di altri radicali. scissioni omolitiche radicali Si creano così cascate di reazioni dannose che si interrompono solo quando il radicale viene ricevuto da molecole definite “ ” (come le vitamine E e C) che, pur danneggiandosi, non producono nuovi radicali liberi. È ormai dimostrato che le cascate innescate dai radicali liberi sono all’origine dell’ . antiossidanti invecchiamento cellulare GUIDA ALLO STUDIO  Quali sono i principali microrganismi responsabili dell’alterazione alimentare? 1.  Che differenza c’è tra enzimi endogeni ed esogeni? 2.  Quali sono i principali processi degenerativi causati dagli enzimi? 3.  Quali macrorganismi possono causare alterazioni agli alimenti? E in che modo? 4.  In che modo l’acqua influisce sull’alterazione degli alimenti? 5.  Che rapporto c’è tra temperatura e crescita batterica? 6.  Che cosa sono i radicali liberi? Come possono essere influenzati dalla luce? 7.  >> pagina 395  concetti in mappa