degli alimenti L’alterazione [ percorso interdisciplinare ] 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. Curiosamente l’industria della conservazione alimentare si sviluppò ancor prima che i processi alla base dell’alterazione degli alimenti fossero compresi a pieno. Solo con la nascita della , nella seconda metà del XIX secolo, le cause del deterioramento alimentare sono divenute chiare: grazie al contributo di importanti ricercatori, si superò la vecchia idea della , secondo la quale alcuni organismi potevano prendere vita dalla materia non vivente. Era il caso, per esempio, di vermi e insetti che, secondo questa teoria, potevano generarsi spontaneamente sulla carne in decomposizione. microbiologia generazione spontanea 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. Pasteur e la fine della generazione spontanea La teoria della   ebbe molto credito almeno fino al XVII secolo, pur se sostenuta da considerazioni di scarso o nessun rigore scientifico. generazione spontanea Nonostante già nel Settecento lo scienziato italiano   ne avesse dimostrato l’infondatezza, nel 1864 l’Accademia delle Scienze di Parigi decise di premiare chiunque fosse stato in grado di fornire una prova definitiva e inconfutabile a favore o a sfavore della teoria della generazione spontanea. Lazzaro Spallanzani Fu il chimico e microbiologo   (1822-1895) a vincere il premio e a infliggere il colpo mortale alla teo­ria, dimostrando che dalle presunte “sorgenti di vita”, come il cibo avariato, non nasceva assolutamente nulla se esse venivano trattate in modo adeguato con il calore. In tal modo, oltre a evidenziare gli effetti disinfettanti del calore, egli dimostrava che … a meno di non essere contaminato da esseri viventi, come insetti o microrganismi. Louis Pasteur  ciò che non ha vita non genera vita Le cause dell’alterazione Un alimento si definisce quando subisce nelle sue caratteristiche nutrizionali e organolettiche 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 (dai microrganismi, come i batteri, ai macrorganismi, come i roditori). Tutti questi fattori possono essere distinti sulla base della loro origine oppure sulla base della loro natura. cause Riguardo all’ , si distinguono ed . Si definiscono esogeni tutti quei fattori che causano il deterioramento dall’esterno, agendo sulle superfici dell’alimento, come la luce, l’ossigeno, gli esseri viventi. Si definiscono invece endogeni quei fattori che operano dall’interno dell’alimento e sono quindi riconducibili alla sua stessa costituzione. origine fattori esogeni endogeni Riguardo alla , si distinguono e . 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 o addirittura ad alterare direttamente le qualità organolettiche dell’alimento. natura fattori biologici chimico-fisici La stessa acqua contenuta negli alimenti è un fattore endogeno di deterioramento.  >> pagina 340  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 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. Microrganismi decompositori I composti organici presenti in tutti i tessuti morti, 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 a ”ondate” su tali superfici, portati da qualche vettore o veicolo di , sommandosi progressivamente. Una volta insediati, i microrganismi attivano batterie di che innescano processi di perforazione, penetrazione, digestione e assorbimento delle sostanze nutritive del tessuto. Queste ultime vengono così trasformate in prodotti nuovi, generalmente repulsivi per i nostri gusti, oltre che tossici. Nei casi in cui l’attività microbica determina la comparsa di caratteristiche gradevoli e non tossiche, si preferisce utilizzare l’espressione anziché alterazione. microrganismi decompositori virus batteri lieviti muffe contaminazione enzimi “trasformazione alimentare” 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. 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  , definiti “di palude” per via dell’odore caratteristico e pungente. decomposizione aerobica 2 2 decomposizione anaerobica gas Esempi di sostanze maleodoranti generate dalla decomposizione anaerobica sono l’ammoniaca (NH ), l’idrogeno solforato (H S) e la fosfina (PH ); sono invece privi di odore il metano (CH ) e l’idrogeno (H ). 3 2 3 4 2 Le muffe del genere Mucor sono microrganismi decompositori del pane.  >> pagina 341  Alimenti... morti Come sappiamo, l’uomo è un organismo eterotrofo: 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. A ben vedere, la distinzione che passa fra un   e uno   (ossia che si nutre di carogne) è data solo dal tempo intercorso tra la morte dell’animale di cui essi si ciberanno e il momento nel quale lo mangiano. Allo stesso modo, è solo una questione di tempo anche la distinzione tra un   e un organismo  , che si nutre cioè di materia organica in decomposizione. animale carnivoro necrofago animale erbivoro saprofita Il tempo è infatti un fattore fondamentale, poiché l’alterazione dei tessuti morti genera molecole via via più semplici, ma incrementa anche il numero di sostanze tossiche. Per gli organismi che si nutrono di cibo “morto”, il momento in cui possono assumere i vari alimenti dipende dunque dal rapporto fra le loro   e l’efficienza del loro  . L’essere umano è caratterizzato da un apparato digerente capace di digerire molecole complesse, ma il suo sistema immunitario non ha difese confrontabili a quelle di cui sono dotati, per esempio, avvoltoi e iene. capacità digestive sistema immunitario 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 organolettica 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, infatti, si trasformano in “opportunisti” alla morte del soggetto che li ospita, cioè aumentano approfittando di una condizione di deficitaria resistenza dell’ospite. Gli enzimi esogeni provvedono alla 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 le parole 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  : con questo termine si indica l’insieme delle trasformazioni che si verificano in una cellula dopo la morte. Autolisi:  necrosi  >> pagina 342  Gli enzimi nei processi di decomposizione L’azione degli enzimi causa fenomeni di decomposizione avanzata noti come putrefazione, irrancidimento enzimatico e fermentazione. 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), i , l’ e lo ; 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 mercaptani indolo scatòlo intossicazione 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 È un processo di , generalmente a carico dei glucidi, che avviene in assenza di ossigeno (anaerobiosi). Vari operano questo tipo di reazione: i loro prodotti sono anch’essi fortemente connotati dal punto di vista olfattivo. Fermentazione. ossidazione microrganismi 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   in sequenza, definiti  : il   ( ), l ( ) e infine lo  ( ). Dopo questi tre stadi iniziali si concretizzano i processi biotici, cioè riconducibili all’attività biologica, di  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. tre stadi abiotici raffreddamento algor mortis ’irrigidimento  rigor mortis sbiancamento  livor mortis putrefazione.  digestione enzimatica frollatura Macrorganismi Tutti i rappresentano potenziali se entrano in contatto con un alimento (o se questo viene a contatto con le loro deiezioni corporee, come saliva, escrementi, sudore). Particolarmente insidiosi sono insetti, vermi e roditori. macrorganismi vettori di contaminazione biologica Gli come mosche, scarafaggi e farfalline presentano uno specifico elemento di rischio che contribuisce all’alterazione del cibo e va ad aggiungersi agli elementi di rischio comuni anche agli altri macrorganismi. 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 mosca, se ingerite con le vivande che le ospitano, possono causare all’apparato digerente per la loro capacità di conficcarsi tra i villi intestinali. insetti uova larve e bachi ulcerazioni 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’ delle mele, 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  >> pagina 343  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 forme di Al contrario, quando è abbondante, l’acqua esercita un forte richiamo per qualunque organismo e ne stimola la moltiplicazione. acqua vita ▶  criptobiosi . 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. 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. L’avvizzimento può avvenire anche su una pianta viva per opera di , in particolare funghi e batteri che si sviluppano nei dotti linfatici, cioè nei ”canali” all’interno dei quali scorre la linfa delle piante. sviluppo dei microrganismi avvizzimento parassiti le parole Con il termine criptobiosi (dal greco, letteralmente “vita nascosta”) si indicano tutte quelle forme di resistenza di un organismo il cui metabolismo è azzerato. Tra gli organismi criptobionti ci sono le spore di batteri e funghi, i semi delle piante, alcuni piccoli crostacei e gli invertebrati detti tardigradi, in grado di sopravvivere addirittura in forma “liofilizzata”. Quando le condizioni ambientali diventano critiche per la loro esistenza (assenza di acqua o di nutrienti, temperature troppo alte o troppo basse...), essi sospendono tutte le loro funzioni biologiche. Questi organismi sono poi in grado di uscire dallo stato di morte apparente e di riprendere il loro “funzionamento” al ripresentarsi di condizioni ambientali favorevoli alla vita. Criptobiosi: Temperatura Il è una forma di energia capace di influenzare direttamente la : se aumenta, la reazione avviene più velocemente, se diminuisce, la reazione richiede più tempo. Già alla temperatura di 40 °C tutte le molecole sono in forte stato di . Questa condizione favorisce notevolmente le reazioni biologiche fra enzimi e substrati, accelerando per esempio la progressione delle infezioni e anche le alterazioni alimentari. calore velocità delle reazioni chimiche agitazione termica 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 Luce L’energia contenuta nella induce in alcune molecole organiche la liberazione di specie 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 e modificano il colore, 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 i due elettroni del legame, e uno positivo, carente di elettroni. Alcune forme di energia (radiazioni, luce, calore) possono, però, determinare   scissioni omolitiche : 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 “ radicali ” 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. 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.