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ASPETTI CHIMICI DELLA SICUREZZA DEI PRODOTTI

ALIMENTARI

Giovanni LerckerDipartimento di Scienze degli Alimenti

Università degli Studi di Bologna

La sicurezza alimentare

• Il “rischio uguale a zero” non esiste

• La sicurezza nel settore degli alimenti non è un pre-requisito della qualità

• La sicurezza nel settore degli alimenti è uno degli aspetti della qualità

Azioni patogeniche dovute ad alimenti

• INTOSSICAZIONI• ALLERGIE• INTOLLERANZE• EFFETTI: acuti, sub-acuti e di media intensità

• In ciascun individuo, nei paesi industrializzati passano annualmente attraverso il tratto gastrointestinale da 300 a 1000 kg di cibo

COMPORTAMENTI NUTRIZIONALI (AVVERSI) DI CARATTERE CHIMICO

• Additivi• Contaminanti (diretti ed indiretti)• Sostanze naturali antinutrizionali• Nutrienti• Componenti allergenici o che provocano

intolleranza

PRINCIPALI ORIGINI DELLE SOSTANZE PROBLEMATICHE PRESENTI NEGLI ALIMENTI

• Sostanze presenti nella normale composizione degli alimenti

• Sostanze xenobioticheContaminazioni volontarieParticolari processi tecnologiciContaminazioni accidentaliUtilizzazione di additivi chimici in zootecniaUtilizzazione di farmaci per la terapia di animaliPromotori della crescita utilizzati fraudolentemente

• Sostanze di neogenesi (all’interno dell’alimento)Sostanze che possono essere diminuite (LAL, Ammine biogeniche, PAHs, …)Sostanze che possono essere eliminate (Idrocarburi del petrolio, ..)

Settori e fasi relativi alla filiera di produzione, distribuzione e consumo di alimenti

MATERIE PRIME TRASPORTO TRASFORMAZIONE produzione STOCCAGGIO raccolta/macellazione CONSERVAZIONE conservazione

A B C

CONFEZIONAMENTO STOCCAGGIO CONSERVAZIONE

D TRASPORTO CONSERVAZIONE CONSERVAZIONE CUCINA VENDITA CONSUMO E F

Classificazione dei problemi di sicurezza, per gli aspetti chimici, in funzione della fase della filiera di produzione

settore Origine dei problemi di sicurezza

Componenti indesiderati

A

Trattamenti alle coltivazioni Alimentazione e trattamenti farmacologici Modificazioni dei componenti durante la conservazione Sviluppo di microrganismi

Pesticidi, fitofarmaci Farmaci: principi attivi e metaboliti Costituenti dei materiali ambientali* Tossine microbiche Modificazioni chimiche dovute alle condizioni e al tempo di conservazione

B

Mantenimento dell’eventuale catena del freddo Acquisizione di nuovi componenti (cessioni) Modificazioni dei componenti durante la conservazione Sviluppo di microrganismi

Costituenti dei materiali ambientali* Tossine microbiche Modificazioni chimiche dovute alle condizioni e al tempo di conservazione

C

Modificazione dei componenti in seguito ai trattamenti Acquisizione di nuovi componenti (cessioni, formulazioni complesse e neoformazioni) Sviluppo di microrganismi

Costituenti dei materiali ambientali* Tossine microbiche Composti di neoformazione Composti addizionati

D

Mantenimento dell’eventuale catena del freddo Modificazioni dei componenti durante la conservazione Acquisizione di nuovi componenti (cessioni) Sviluppo di microrganismi

Costituenti dei materiali ambientali* Tossine microbiche Modificazioni chimiche dovute alle condizioni e al tempo di conservazione

E

Mantenimento dell’eventuale catena del freddo Modificazioni dei componenti durante la conservazione Acquisizione di nuovi componenti (cessioni) Sviluppo di microrganismi

Costituenti dei materiali ambientali* Tossine microbiche Modificazioni chimiche dovute alle condizioni e al tempo di conservazione

F

Mantenimento dell’eventuale catena del freddo Modificazioni dei componenti durante la conservazione Acquisizione di nuovi componenti (cessioni) Errori domestici Sviluppo di microrganismi

Costituenti dei materiali ambientali* Tossine microbiche Modificazioni chimiche dovute alle condizioni e al tempo di conservazione

*acquisiti per contatto, compresi quelli derivati dai prodotti per la pulizia e l’igiene

Obiettivi delle tecnologie alimentari

• a) miglioramento dell'accettabilità organolettica (ad esempio il processo di raffinazione degli oli di semi elimina gli odori ed i sapori sgradevoli che li renderebbero non utilizzabili);

• b) riduzione dei costi (processi su larga scala consentono di ridurre i prezzi sul singolo pezzo di prodotto);

• c) aumento delle facilitazioni per il consumatore (ad esempio avere la possibilità di utilizzare alimenti tipo i precotti, i refrigerati e i surgelati);

• d) prolungamento del periodo di conservazione, miglioramento della qualità igienica (grazie ad una stabilizzazione del prodotto per inibizione della crescita o pereliminazione dei microrganismi, mediante l'utilizzo della refrigerazione e della surgelazione, o dei trattamenti di pastorizzazione e sterilizzazione).

LA MOLECOLA DEL COLESTEROLO

DC

A B

2520

76

54

3

21

HO

Cholesterol

89

19

10

22 24

23

21 27

26

14 15

1617

11

1812

13

Meccanismo di ossidazione

7-HCs7-KC

5α-HC

5α-HPC

7β-HPC

7α-HPC

O HH O

+

O O HH O

O

O H

O O HH O

H O

H O

O O HH O

H O

Cholesterol

Singlet Tripletoxygen oxygen

Prodotti dell’ossidazione dell’acetato di

colesterolo

o6-HPCAs

(20S)-HCA

4-HCAs5,7-CAD

25-HCA 3-KC-5-ene 3-KC-4-ene

(20S)-H CA

25-H PCA7-K-3,5-CD

3,5-CD 2,4,6-CT

3,5,7-CT

6-HCAs

5α-HCA

7-H s-CAEs7-KCA

5α-H PCA7-HCAs7-HPCAs

CAEsCA

O

O H

Ac OAc O

Ac O

Ac O

Ac O Ac O

Ac O

Ac O

Ac OAc OAc O

Ac OAc O

Ac O Ac O Ac O

O

O H

O H

O O H

O O H

O

O O HO

O H

O H

O O H

H O O

O HO O H

In sintesi

• l’ossidazione del colesterolo è simile a quella degli acidi grassi monoinsaturi

• i prodotti di ossidazione sono condizionati dai 7-idroperossidi

• l’acetato di colesterolo (e gli esteri) forma gli stessi prodotti di ossidazione del colesterolo

Alimenti problematici

• Carni fresche pigmentate

• Prodotti contenenti uova, sottoposti a forte riscaldamento e prolungata conservazione

Che cos’è l’acrilammide

• Più piccola ammide con un’insaturazionein α al gruppo ammidico

NH2

O

Acrilammide

Alcuni prodotti della reazione di Maillard

• Furosina

• Idrossimetilfurfurale (HMF)

• Acrilammide

Gli alimenti più ricchi di acrilammide

• - una tazza di caffè 2 μg• - 200 g di pane (50 ppb) 10 μg• - 100 g di pasta (20 ppb) 2 μg• - 30 g di crostini di pane (1000 ppb) 30 μg• - 100 g di pane con spezie (80 ppb) 15 μg• - 50 g Müesli (800 ppb) 200 μg• - 250 g di patatine fritte a stick (800 ppb) 200 μg• - 100 g di patatine chips (1500 ppb) 150 μg• - 300 g di patate arrosto (3000 ppb) 1000 μg

Perché in particolare le patate?

• Le patate contengono molta asparagina– 2-4,5 g/Kg sul peso fresco (10-20 g/Kg s.s.)

• Circa 100 volte di più della farina di frumento– Lo stesso trattamento termico produce 100 volte la

quantità di acrilamide– La crosta nera del pane: < 200 ppb di acrilammide– La crosta nera della patata: 2000-10.000 ppb

• 1000 ppb di acrilammide nelle patate con la conversione di solo 1‰ di asparagina

Ammine biogeniche

Sono generate a partire da amminoacidi per decarbossilazione

Caratteristiche di formaggi a lunga maturazione o di quelli a media maturazione ad elevato coefficiente di maturazione

Hanno una forte interazione con la pressione sanguigna (ammine pressorie)

Alimenti problematici

• Formaggi a prolungata stagionatura, soprattutto quelli che partono da latti crudi

• Salumi (fortemente proteolizzati) e pesci (mal o a lungo conservati)

Lisinoalanina (LAL)

CH COOHH2N

CH2

NH

H2N COOHCH

CH2 4

Meccanismi di formazione ipotizzati

CisteinaSerina

alcali

H2SH2O

CH2

C

COOHH2N

H2

N COOH

C

CH2

COOH

C

CH2

CH2 4

CH

COOH

+ L-Lisina

H

COOH

CH

4

CH2

C

COOH

H* *

H

COOH

CH

4

CH2

C

COOH

L-Lisina+

O fosfato

*

* Carbonio asimmetrico

A)

B)

H2N H2N

H2N H2N

CH2

CH2

H2N

H2N

H

NH NH

NH

Lisinoalanina(LAL)

Contenuto di LAL in alcuni alimentiAlimento Condizioni di cottura

LAL μg/g

Bianco d’uovo fresco - Bianco d’uovo bollito 3 min 140 Bianco d’uovo bollito 10 min 270 Bianco d’uovo bollito 30 min 370 Bianco d’uovo fritto in padella 10 min a 150 °C 350 Bianco d’uovo

fritto in padella 30 min a 150 °C 1100

Latte per l’infanzia campione commerciale 330 Latte evaporato campione commerciale 590 Latte condensato

360

Sodio caseinato 6900 Sodio caseinato

1000

Isolato di proteine di soia

0-370

Ovalbumina 1 h, 120 °C, pH = 2,0 150 Ovalbumina 1 h, 120 °C, pH = 2,0 250 Ovalbumina 1 h, 120 °C, pH = 4,6 310 Ovalbumina 1 h, 120 °C, pH = 6,0 570

Alimenti problematici

• Alimenti di origine animale che hanno subito un forte trattamento termico

Idrocarburi policicliciaromatici

UV

Fluorimetro

Alimenti problematici

• Alimenti affumicati (con tecnologia tradizionale)

• Alimenti sottoposti a cotture ad elevatissima temperatura (alla brace)

ALIMENTI CAUSA DI ALLERGIE

• Cereali contenenti glutine e loro prodotti derivati• Crostacei e prodotti derivati• uova e prodotti derivati• Pesce a prodotti ittici• Arachidi e prodotti derivati• Semi di soia e loro prodotti• Latte e latticini (incluso il lattosio)• Noci e prodotti derivati• Semi di sesamo• Solfiti a concentrazioni di 10 mg per kg or superiori

G R A Z I E P E R L’ A T T E N Z I O N E

• Alcaloidi• Glicosidi• Composti proteici, polipeptidi e ammine• Amminoacidi non proteici

• Tossine non azotate

Alcaloidi teratogeni

Steroidal alkaloids found in Veratrum spp. and Solanum spp. with theirrelative teratogenic potency, as determined in a hamster bioassay

Alcaloidi delle solanacee

Fitoestrogeni

A D D I T I V I

• Coloranti• Aromatizzanti• Dolcificanti• Preservanti• Antiossidanti• Antimicrobici• Antimbrunenti• Emulsionanti

Azione avversa dei nutrienti

Dibenzoclorurati

Componenti antinutrizionali

MICOTOSSINE

Gossipolo

Acidi grassi problematici

• Acidi grassi ciclici (ciclopropenici)

• Acidi grassi trans isomeri

• Acidi grassi saturi

Aflatossine