PROBLEMATICHE DA PRODUZIONE DI SOSTANZE ENDOGENE: … · grado di lipolisi quantità di KOH necessaria a neutralizzare 1 g di materia grassa La lipolisi costituisce uno dei principali

PROBLEMATICHE DA PRODUZIONE DI PROBLEMATICHE DA PRODUZIONE DI SOSTANZE ENDOGENE:SOSTANZE ENDOGENE:

reazione di maillard e alterazione di grassi, proteine e glucidireazione di maillard e alterazione di grassi, proteine e glucidi

Stefania BalzanStefania BalzanDipartimento di SanitDipartimento di Sanitàà Pubblica, Patologia Comparata e Igiene Pubblica, Patologia Comparata e Igiene

VeterinariaVeterinariaUniversitUniversitàà degli Studi di Padovadegli Studi di Padova

[email protected]@unipd.it

Trattamenti a carico degli alimenti

Renderli edibiliPermetterne

la conservazione

Modificarne consistenza, aroma e sapore

Eliminare microrganismi e enzimi indesiderati

Sapore, sicurezza, qualità, aspetti nutrizionali possono migliorare

Occasionale formazione di composti tossici

Interazione tra i nutrienti e gli ingredienti

Formazione di composti a seguito di trattamenti

Marker di trattamento

Sviluppo di aroma e sapore(flore microbiche, enzimi, cottura)

Molecole con potenziale azione benefica (biopeptidi) Perdita shelf-life

Sicurezza del consumatore

Effetto dei trattamenti su composti “buoni” (sopra) e composti “cattivi” (sotto) (van Boekel et al., 2010)

- Prodotti dell’ossidazione dei lipidi- Acidi grassi trans -Acrilammide -HMF- Nitrosammine- Ammine eterocicliche aromatiche

Cooking food is always a chemical experimentCooking food is always a chemical experiment

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Modificazioni organolettiche Aroma e sapore di rancidoCambiamenti di colore e consistenzaPerdita economica

Perdita valore nutrizionale Acidi grassi essenzialiVitamine

Rischio per il consumatore Composti tossici, mutageni, ecc.Ritardo nella crescitaPatologie cardiovascolari

Rifiuto da parte del consumatore???

Lipolisi o Idrolisi o inacidimento

Irrancidimento chetonico

Irrancidimento ossidativo

Lipolisi, idrolisi o inacidimento

• Presenza di acqua nell’alimento grasso• Esposizione alla luce

Predispone all’ossidazione

Aromi e sapori gradevoliformazione composti aromatici

(salami, formaggi)

Odore e sapore sgradevole(es. acido butirrico, caproico e

caprilico nei formaggi)

Trigliceridi e fosfogliceridi vengono scissi in glicerolo e acidi grassi liberi

Lipasi e fosfolipasi endogene e di origine microbica

Determinazione dell’acidità titolabile (o libera)

Esprime la quantità ponderale di acidi grassi non esterificati, correlata al grado di lipolisi � quantità di KOH necessaria a neutralizzare 1 g di materia grassa

La lipolisi costituisce uno dei principali processi di degradazione dei lipidi durante la produzione di prodotti carnei

La lipolisi è determinata lipasi e fosfolipasi � cellule adipose, fibre muscolari, enzimi batterici (contributo di questi ultimi limitato) nei prodotti stagionati a causa delle condizioni non ottimali (Molly et al., 1997). Lipasi neutre, acide e basiche

Gli enzimi lipolitici rimangono attivi durante tutto il processo di stagionatura seppur con una diminuzione dell’attività

Giorni Stadio % acido oleico

0 Impasto 1,03 ± 0,34

6 Fine asciugatura 1,72 ± 0,30

15 Fase intermedia 2,25 ± 0,65

25 Maturazione 2,90 ± 0,87

60 Stagionatura min 4,78 ± 1,28

90 Stagionato 6,27 ± 1,39

***

Produttore A B C D E F SEM P 7,10a 7,87a 6,67ab 5,85c 6,17bc 5,74c 0,51 *

Acidità titolabile Bauernspeck a fine stagionatura (% acido oleico)

Acidità titolabile Sopressa Vicentina DOP (% acido oleico)

Le lipasi endogene al tessuto adiposo e muscolare manifestano la loro attività durante l’intero periodo di stagionatura e contribuiscono ad un incremento della quota di acidi grassi liberi nel tessuto adiposo e muscolare

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Olio di oliva

Acidità libera èparametro di qualità

secondo la normativa vigente

Parametro di qualitànel latte

-35 °C arresto attività enzimatica

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Irrancidimento chetonico

Chetonizzazione o �-ossidazione

Riguarda soprattutto gli acidi grassi con numero C6÷12 � azione di diversi microrganismi (es. Penicillium glaucum, Aspergillus niger)

Trasformazione in chetoni mediante ossidazione e decarbossilazione

I chetoni che si originano hanno un atomo di carbonio in meno rispetto all’acido grasso di partenza e odore spiccato

Aroma piccante formaggi erborinati

Acidi grassi insaturi o trigliceridi

Radicali liberi

+ Ossigeno

Idroperossidi

Polimerizzazione(colore scuro, composti tossici)

Insolubilizzazione proteine

Prodotti secondari(chetoni, aldeidi, alcoli,

epossidi, acidi)Rancidità

Ossidazione pigmenti,vitamine, aromi

Irrancidimento ossidativo

Una volta iniziata la reazione procede per meccanismo radicalico

Iniziazione

Propagazione

Terminazione

Reazioni a cascata

Formazione radicali liberi

1. IniziazioneRH �� R• + H•

Rimozione di un H dal gruppo �-metilenico del doppio legame di un acido grasso insaturo � radicale lipidico (R•)

Processo lento indotto da:

- Ossigeno singoletto (1O2) � processi metabolici, decomposizione HP, H2O2, ecc.

- Luce (con o senza fotoattivatori: riboflavina, clorofilla) � fotossidazione

- Metalli (Fe, Cu) � naturalmente presenti negli alimenti o da arricchimento � si previene con uso di chelanti (EDTA, acido citrico)

- Enzimi (lipossigenasi) � si previene con il blanching

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2. Propagazione

Idroperossidi �prodotti primari dell’ossidazioneLa decomposizione degli ROOH genera i prodotti secondari

dell’ossidazione lipidica (aldeidi e chetoni, alcoli, esteri, acidi, epossidi, idrocarburi e furani)

R• reagisce con l’ossigeno molecolare � formazione di un radicale lipidico perossido (ROO•)

ROO• è in grado di sottrarre un atomo di idrogeno a un altro acido grasso �propagazione a catena della reazione che si autoalimenta

Gli idroperossidi lipidici (ROOH) sono molecole piuttosto instabili e possono andare incontro a idrolisi con formazione di radicali alcossi (RO•) e idrossi (OH•) � avviano nuovamente la fase di inizio

3. Terminazione

Tutti i radicali, per collisione, si trasformano in specie neutre stabili

Possono intervenire anche metalli che terminano la reazione � spiega l’azione antiossidante di elevate concentrazioni di metalli

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Anonimo, 2011

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Carne bovina refrigerata conservata in condizioni di aerobiosi

Prodotti dell’ossidazione lipidica

IdroperossidiInodori e insapori, a volte amari

Determinazioni analitiche�titolazione o spettrofotometria

Indicazioni di legge Es. burro non salato max 0,3 meq.

ossigeno/1 000 g di grasso (Reg.CE 273/08)

Indice di qualità degli oli vergini di oliva (Reg. CE 2568/91 e integr.)

Aldeidi, chetoni, alcoli, esteri, acidi, epossidi, idrocarburi e

furani

Basso PM, spesso volatiliAroma e sapore Off-flavors

La stessa molecola, in base all’alimento e alla concentrazione

impartisce gusto o aroma di rancido

Proprietà citossiche, mutagene, lesioni aterosclerotiche (MDA)

Primari Secondari

Albrizio, 2011

Dieni coniugati nell’olio d’oliva

Smascherare la frode di miscelazione di un olio rettificato con un olio extravergine o vergine d�oliva

Verifica genuinità dell’olio d’oliva vergine

Si basa sulla considerazione che gli oli naturali ottenuti per semplice pressione non

contengono mai doppi legami coniugati � si formano durante i

processi di rettificazione

A 232 nm � prodotti primari A 270 nm � prodotti secondari che si originano per degradazione degli idroperossidi e che conferiscono il difetto di rancido all'olio

Dall’ossidazione di acidi grassi insaturi si ottengono aldeidi volatili

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Flavour di oli vegetali

Conservazione Olio di soia Olio di colza Olio di girasoleFresco Nocciola, burro Nocciola, burro Nocciola, burro

Al buio, leggermente ossidato

Fieno, erba, Cavolo, solfuro, erba, fresco

Pino, cedro, acido, erbaceo

Al buio, ossidato Rancido, pittura Rancido, pittura, pesce

Rancido

Alla luce Metallo, erba, burro, acido

Metallo, erba, burro

Urina, acido

Anonimo, 2010

I prodotti dell’ossidazione lipidica sono responsabili di processi patologici a carico delle cellule dell’organismo

Malonaldeide (MDA) indicata come mutagena, cancerogena e implicata nella formazione di pigmenti fluorescenti nelle cellule in via di invecchiamento

Sviluppo di malattie cardiache, neoplasiche e precoce invecchiamento cellulare negli animali da laboratorio

MDA origina dall’ossidazione di acidi grassi polinsaturi con tre o più doppi legami, prevalentemente associati ai fosfolipidi

MDA si forma anche da endoperossidi coinvolti nella sintesi di prostaglandine e dalla degradazione ossidativa degli aa

4-idrossi-2-nonenale (HNE) origina dai processi ossidativi a carico degli AGpolinsaturi soprattutto della serie n6, in particolare legati ai fosfolipidi

HNE possiede proprietà tossiche soprattutto a carico del tessuto renale ed epatico

Sviluppo sperimentale di tumore epatico in ratti

Si ipotizza che altri prodotti dell’ossidazione lipidica (trans-2-eptanale) possiedano proprietà citossiche assimilabili a quelle dell’HNE

MDA entro1 ppm, questo per ragioni di ordine organolettico e di tutela della salute pubblica.

Ossidazione del colesterolo

Formazione di composti dannosi per la salute del consumatore

Danno cellulare, mutagenesi, citotossicità, carcinogenesi, angiotossicità, ecc.

Aria, luce, calore, radiazioni, stoccaggio non adeguato

Autossidazione � inizia al C-7; gli idroperossidi lipidici possono favorire la reazione

Fotossidazione � doppio legame anello B

60 prodotti di autossidazione

Fattori pro-ossidanti

Fattori intrinseci

• Grado di insaturazione

• Presenza di enzimi

• Catalizzatori (Fe, Cu, ecc.)

• Attività dell’acqua

Fattori estrinseci-processo

• Presenza di ossigeno

• Esposizione alla luce

• Sale

• Temperatura

• Macinazione

• Emulsificazione

Fattori anti-ossidanti

• Conservazione con riduzione quantità ossigeno

• Tocoferoli

• Acido ascorbico

• Polifosfati

• Nitriti

• Polifenoli

Freddo e ossidazione

Ossidazione acido linoleico

Ossidazione n3

Trota congelataBaron et al., 2007

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Crudo Arrosto Brodo Bollito Significatività (P)

TBARs 0,18±0,04c 1,44±0,26b 1,80±0,30a 2,09±0,27a ***

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Crudo Olio d’oliva Olio di girasoleSalmone 0,28 ± 0,10a 0,60 ± 0,05b 0,73 ± 0,05cMerluzzo 0,06 ± 0,01a 0,05 ± 0,00a 0,53 ± 0,02b

Valori di TBA (mg MDA/kg prodotto; media±ds) per salmone e merluzzo crudi e dopo frittura (panati)

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Park et al, 2008

Confezionamento sottovuoto migliore rispetto al confezionamento in presenza di ossigeno � ritarda l’ossidazione lipidica

Filetto più sensibile all’ossidazione per la tipologie di fibre muscolari (ossidative + elevati livelli di PUFA nelle membrane) e > MOb

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Precauzioni per minimizzare l’ossidazione lipidica

• SV o MAP idoneo

• Oxygen scavenger

• Antiossidanti (non a fine processo!)

• Film a bassa permeabilità all’ossigeno

• N2 flushing

• Protezione dalla luce

• Controllo cottura (es. fritti)

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Sbiadimento ossidativo

Latte, formaggi, carne, pesce, oli, vegetali, succhi di frutta, ecc.

Perdita di caratteri sensoriali, sviluppo off-flavour, formazione prodotti dell’ossidazione

Ossidazione di grassi, colesterolo e proteine

Fotossidazione

Degradazione vitamine idro- e liposolubili per meccanismo

radicalico innescato dalla luce

Contenitori trasparentiRiduzione dell’uso di alluminio o altri fogli metallici

Illuminazione dei prodotti

Autossidazione fotolitica

Ossigeno tripletto � ossigeno singoletto � reazione con UFA

Percepita dopo una brevissima esposizione alla luca

Non frequente negli alimenti per la temperatura di conservazione e la

bassa presenza di UV ad alta energia

Ossidazione mediata da fotosensibilizzatori

Presenza di sostenze fotosensibilizzanti in grado di eccitare l’ossigeno per assorbimento e trasferimento di radiazioni luminose

Pigmenti naturali (clorofilla, porfirine)RiboflavinaMetalli Coloranti sintetici

Carotenoidi � fungono da filtro

Eccitazione di alcuni composti chimici a opera di fotoni

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0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0 6 24 48 72 168 216 336

Tempo di esposizione

A53

2/g

montagna buio

montagna luce

pianura buio

pianura luce

Tipo e quantità di grassoQuantità e tipo di aminoacidi e peptidi

Pro-ossidanti

Anti-ossidanti

Trattamenti a carico del prodotto

pH (acido favorisce)

Matrice (struttura compatta,

occhiature, ecc.)

Esposizione alla luce durante la lavorazione

(caldaia aperta, celle frigo, ecc.)

Confezionamento

Fotossidazione

Spessore materiale e struttura fisica

Ossigeno

Permeabilitàai gas

Luce impiegataIntensità e colore

Colore materiale(nero>marrone>blu>

rosso>giallo>incolore)

Mortensen et al., 2004

Alluminio e carta conferiscono maggiore

protezioneVetro intermedio

Fattori da considerare durante l’esposizione

• Tipologia di prodotto (grasso, riboflavina, carotenoidi)

• Intensità e � luce (400-500 nm zona > dannosa; bene monocromatica

366 nm)

• Colore luce (bianca – protettiva; rossa e verde + protettiva)

• Vicinanza della sorgente luminosa

• Tipologia di imballaggio (MAP, SV, aria, spazio di testa )

• Presenza di etichette che riducono la trasmissione

• Presenza di superfici riflettenti come specchi (possono aumentarla)

• Colore pellicola confezione

• Educazione del consumatore

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Lipidi � sostanze insolubili in acqua che possono essere estratte utilizzando solventi non polari

Lipidi di deposito � trigliceridi o triacilgliceroli Lipidi strutturali � fosfolipidi e colesterolo

Trigliceride

Acido grasso � acido carbossilico con catena carboniosa di lunghezza variabile (12-14 i più diffusi), carichi negativamente a pH fisiologico

In base al numero di atomi di C della catena idrocarburica:

•Corti C2-C6 (ac.acetico, propionico, butirrico, caproico)

•Media C8-C10 (ac.caprilico, caprico)

•Lunga C12-…. (ac.laurico, miristico, palmitico, stearico, …)

In base al grado di insaturazione:

•Saturi

•Monoinsaturi

•Polinsaturi

Saturi: solidi a temperatura ambienteInsaturi: punti di fusione diversi � liquidi

Olio, lardo, burroFluidità membrane

Doppio legameIsomeri cis o trans

cis � punto di fusione < trans“Impaccamento delle catene”

In natura � generalmente cis

Naturalmente presenti nei grassi dei ruminanti e nei prodotti derivatiPiselli, cavoli, melograno, ecc.

Fonti

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Isomero predominante prodotti da ruminanti

Intermedi dell’idrogenazione dell’acido oleico � CLA

trans-�10,cis-�12-C18:2cis-�9,trans-�11-C18:2

Batteri ruminali � trans 11

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Predominano trans da C18:1

Anche da C18:2 e C18:3

FontiNaturali � carne, latte, prodotti lattiero-caseari ruminanti (1-8% dieta)Idrogenazione di oli vegetali * Riscaldamento e frittura di oli a temperature elevate * (*40-50% dieta)

Lunga shelf-life

Maggiore resistenza all’ossidazione

Solidità a temperatura ambiente

Stabilità ad alte T

Consistenza, caratteri prodotto

Costo contenuto

IdrogenazioneSaturazione dei doppi legami

Basso costo e caratteristiche dei grassi saturiMiscela di doppi legami cis e trans a partire da oli vegetali

Effetti sulla salute

� HDL�LDL e trigliceridi ematiciAttività pro-infiammatoriaDisfunzione endoteliale �peso corporeo e grasso visceralePredisposizione insulino-resistenza?

Forte correlazione con le Patologie cardio-vascolari

Naturali? CLA?Potenziali effetti positiviDati a volte contrastanti

Craig-Schmidt, 2006

Consumo di TFA in alcuni Paesi europei

Innis et al., 1999

Contributo (%) di varie categorie di alimenti all’assunzione di TFA (TRANSFAIR, 1999)

Fonti di grasso per Italia

Innis et al., 1999

Difficile effettuare una valutazione generale del contenuto di TFA di un

alimento

Tipo di idrogenazioneTempo/temperatura/olio

Ricetta e cottura

Difficile valutazione del reale consumo di TFA

Eckert e Jenkins, 2007

1 gennaio 2006 USA: obbligo indicazione in etichetta presenza TFA

USA: 5 g � si dichiara incremento ogni grammo>0,5g e 2%

Senza grassi saturi (Reg.CE 1924/2006)

L’indicazione è consentita solo se la somma degli acidi grassi saturi e acidi grassi trans non supera 0,1 g di grassi saturi per 100 g o 100 ml.

Strategie per la riduzione di TFA negli alimenti

Azione su prodotti da forno e fast food

Utilizzo di oli vegetali alternativi - frittura: olio di colza, cotone, soia, girasole alto contenuto oleico- prodotti da forno: oli vegetali-consistenza e gusto (es. ciambella): lardo, burro, cocco, palma, oli totalmente idrogenati

Non eccedere con grassi saturi

Riformulazione del prodotto (> risparmio in alcuni casi)

Sostituire il 7,5% dell’energia derivante da grassi parzialmente idrogenati con altre fonti �� patologie cardiovascolari

Max 1,11 g di trans al giorno

Sostituzione con grassi saturi presenti in natura (palmitico C12, laurico C14, miristico C16) � Costo? Salute?

Uso oli tal quale � adeguamento ricette

Frazionamento oli vegetali � separazione componente satura

Idrogenazione totale � formazione di acido stearico C18

Interesterificazione

Conservabilità?

• Denaturazione 55° - 75 °C in funzione del

contenuto di cisteina (>150 °C caseina)

Precipitazione, formazione gelAumento digeribilità e >shelf-life

• OssidazioneLuce e calorePerdita aa essenzialiSviluppo off-flavor

• Racemizzazione Calore + trattamenti alcaliniRiduzione digeribilità e qualità

delle proteine

• ProteolisiTirosina e lisina � sapore di

stagionato,Acido glutammico � sapore salatoLeucina � sapore acidoEccessiva � sapore metallico e

amaroTirosina � cristalli di precipitazione

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REAZIONE DI MAILLARD o imbrunimento non enzimatico

Reazione di imbrunimento non enzimatico a seguito del trattamento termico Tra gruppi amminici liberi e gruppi idrosilici glicosidici di glucidi presenti nei sistemi alimentari

Reazione tra proteine e carboidrati(aminoacidi, peptidi, amine, vitamina C e zuccheri riducenti)

I prodotti terminali di una complessa serie di reazioni � melanoidine,polimeri azotati di colore scuro

Colorazione marrone del prodotto cotto (da idrossimetilfurfurale)

Aroma di tostato (4,5-dimetil-3-idrossifuranone)

Aroma del cioccolato (aldeidi volatili e pirazine)Colore, aroma e croccantezza della crosta del pane

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La velocità della reazione e la quantità di prodotti è funzione:1.concentrazione del substrato*2.temperatura (>valori alti)3.pH (>neutro o alcalino)4.contenuto d'acqua (>bassa concentrazione di umidità e/o attivitàdell'acqua)5.prolungata conservazione degli alimenti

*Glucosio, fruttosio, maltosio, lattosio e alcuni pentosi (non il saccarosio poiché privo di funzione riducente e neanche i polioli)

Ammina primaria o secondaria

Albrizi, 2011

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Degradazione di Strecker

T>90 °C�aw

�aa liberi�pH Aroma

Aldeidi + piridine, pirroli

Prodotti a stagionatura

idrolitica, fermentativa e mista

Formazione composti solforati (es. degradazione cisteina e metionina)

Aroma caffè, thé, prodotti cotti

Mercaptano, dimetildisolfuro(crostacei congelati, odore di cotto del latte)

Pro e contro delle reazioni di Maillard

ProPro

•Colore, aroma e sapore a vari alimenti (caffè, cioccolato, prodotti da forno dolci e salati, ecc.)

•Formazione di composti antiossidanti (soprattutto quelli in fase avanzata)

•Prodotti con attività antimutagena (test di Ames con amineterocicliche)

•Attivazione enzimi epatici con azione detossificante

•Formazione di composti ad attività antimicrobica

•� allergenicità di alcuni antigeni

ControContro

•Deterioramento degli alimenti durante i processi produttivi e lo stoccaggio

•Perdita di valore nutrizionale a causa della distruzione di aa essenziali, < digeribilità, inibizione enzimi proteolitici e glicolitici, aa glicosilati non utilizzabili

•Perdita lisina�formazione di furosina nel latte trattato termicamente

•� allergenicità (latte trattato termicamente e prodotti lattiero-caseari)

•Sviluppo composti con attività mutagena e genotossica e cancerogena

•Degradazione vitamina C e sequestro elementi minerali

•Legame con acrilammide???

Fattori predisponenti(pH, T°, umidità)

Controllo reazioni di Maillard

Uso di inibitori

Solfiti

Aminoacidi solforatiLegame con aldosi

Distruzione tiamina

Allergie

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Effetti tossici sull’organismo

• Neurotossico

• Genotossico � danni ereditari per formazione di addotti al DNA delle cellule germinali

• Cancerogeno su animali da laboratorio

Report EFSA

Confronto 2007 – 2009 � abbassamento dei livelli di acrilammide solo per 3 su 22 gruppi di alimenti (cracker, biscotti allo zenzero e prodotti per l’infanzia)

� in cracker svedesi, caffè istantaneo, invariati gli altri alimenti

I livelli medi più elevati di acrilammide sono stati rilevati in alimenti quali lepatatine e i succedanei del caffè (a base di cicoria o di cereali come l'orzo)

ADOLESCENTI E BAMBINIPatate fritte, patatine, biscotti e pane

morbido (principali responsabili dell'esposizione)

ADULTIPatate fritte, caffè torrefatto e il pane morbido (prodotti che maggiormente

contribuiscono all'esposizione )

International Agency for Research on Cancer (IARC) ha classificato l’acrilamide (2-propenamimide) come “probabile cancerogeno per l’uomo” (gruppo 2A)

Esposizione professionaleFumo di sigarettaAcqua potabile

Composto solubile in acqua, acetone e etanolo, inodore e insaporeElevata mobilità nel suolo e acque di scarico, biodegradabile

Usato come legante nel cemento e per formare polimeri (poliacrilammide) �industria tessile e della carta, cosmesi, trattamento acque reflue, filtrazione acque minerali, lavorazione dei minerali, pesticidi, colture idroponiche, ecc.

Trasferimento da packaging, depolimerizzazione nel suolo, flore microbiche, ecc.

1997 Tunnel in Svezia � forte contaminazione ambientale

1999 studio epidemiologico per valutare effetti sui lavoratori

2002 � dimostrazione presenza acrilammide negli alimenti trattati termicamente, soprattutto ricchi in carboidrati (Tareke et al.)

2000 � ratti alimentati con alimenti fritti e correlazione con il marker N-(2-carbamoietil)valina in emoglobina (Tareke et al.)

Reazione indotta dal calore tra il gruppo amminico dell’asparagina libera e il gruppo carbonilico

di zuccheri riducenti

Ignorato

RISCHIO DERIVANTE

DAGLI ALIMENTI

Valori 4 volte > rispetto al limite fissato per l’acqua

potabile da OMS

Friedman, 2003

Meccanismo di formazione dell’acrilammide

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Fonti di acrilammide nella dieta

Alimenti ricchi in asparagina e zuccheri riducenti trattati

termicamente

BiscottiPane

Patate fritteCaffè

Corn flakesSnack

CrackersPatate e cereali Apparentemente NO alimenti di

origine animale

Tostatura, frittura, cottura al forno, arrosto (T > 120 °C)

NO cibo crudo o bollitoMW formazione inferiore

Friedman e Levin, 2008

Fonte alimentare

Responsabile dei livelli di Hb-addotti nei non fumatori o in

soggetti non esposti professionalemente

Friedman, 2003

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Ridurre l’acrilammide nella fonte principale per una data

popolazione/categoria riducendola nell’alimento

maggiormente responsabile?

Necessità di sviluppare diversi approcci al problema

PATATEfonte

PRINCIPALE

Friedman e Levin, 2008

Contenuto di asparagina in vari alimenti

Friedman, 2003

Fattori che possono influenzare la formazione di acrilammide

Materie primeCultivar

ConservazioneSelezione genetica

PrecursoriZuccheri riducentiAminoacidi liberi

Composti dicarbonilici e altri precursori

TecnologiapH e acidificanti

Fermentazioni e agenti lievitantiTemperatura

Rapporto volume-superficieConservazione

Metalli Enzimi

Antiossidanti …

12

3

Riduzione nei prodotti a base di cereali

Selezione cultivar a basso contenuto di asparagina

Fertilizzazione adeguateOK solfati

< N

Meteo, clima, anno….�

99% ACR è nella crosta (>600 µg/kg) Attenzione a colore � �

Tempo cottura � �Temperatura di cottura � �

Rimuovere le parti bruciate!!

Usare sodio bicarbonatoNH4CO3 � promuove formazione

intermedi reattiviUso di glicina

Uso di zuccheri non riducenti (saccarosio e

trealosio)AsparaginasiGlucosio ossidasi

Lievitazione � �asparagina

Riduzione nei prodotti a base di patate

Selezione cultivar a basso contenuto di asparagina

Fertilizzazione adeguateOK solfati

< N

Stoccare le patate > 6 °C(riduzione cold-sweetening che

determina �glucosio) o praticare il ricondizionamento

(15 °C)

> Rapporto S/V > ACR Attenzione a colore � �

Tempo cottura � �Temperatura di cottura � �

Rimuovere le parti bruciate!!

Arrostire e friggere patate con zuccheri riducenti < 1g/kg Scelta della varietà di

patate in funzione della ricetta

Fruttosio > glucosio > lattosio nella formazione di ACR

Il contenuto d’acqua influenza in modo diverso la formazione nei vari alimenti

Incremento lineare tra 140° e 180 °C con inflessione a 165 °C

Blanching a 95 °C per 1-8’< zuccheri riducenti

pH < 6 riduce formazione per protonazione gruppo amminico ASP� non reattivo (NH3+)

e idrolisi a acido aspartico

Azione sul gusto!

Olio di palma � elevata formazione ACR

Fermentazioni

RACCOMANDAZIONE DELLA COMMISSIONE del 2 giugno 2010

sul monitoraggio dei tenori di acrilammide negli alimenti

Patatine fritte pronte per il consumo, patatineProdotti a base di patate destinati al consumo domesticoPane morbidoCereali per la prima colazioneBiscotti, cracker, pane croccante e similiCaffè e succedanei del caffèAlimenti destinati ai lattanti e ai bambini (esclusi gli alimenti a base di cereali) Alimenti a base di cereali destinati ai lattanti e ai bambiniAltri prodotti

COMMISSION RECOMMENDATIONof 10.1.2011

on investigations into the levels of acrylamide in food

NON rappresentano soglie di sicurezza!

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Toolbox EFSA per ridurre i livelli di Acrilammide in vari alimenti

ALCUNE REAZIONI A CARICO DEI GLUCIDI

Caramellizzazione

• Mutarotazione• Cristallizzazione• Caramellizzazione

Caramello Sostanza sciropposa e scura dal

sapore amaro-nocciolato

Il riscaldamento degli zuccheri in assenza di acqua o in soluzioni

Imbrunimento non enzimatico in assenza di composti azotati

I monosaccaridi e alcuni oligosaccaridi sono caratterizzati

da potere riducente per la presenza di un gruppo aldeidico libero o di un gruppo chetonico in grado di ossidarsi se riscaldato in

soluzione alcalina

Il saccarosio non ha potere riducente

Contribuisce all’imbrunimento degli alimenti Panificazione e cottura �

Latte condensato o disidratato �

Temperatura di caramellizzazione

Varia in funzione dello zucchero(200 °C per glucosio e saccarosio)

I prodotti della caramellizzazione sono costituiti da composti volatili e non, caratterizzati da

attività antiossidante

Contribuisce all’aroma degli alimentiAroma amaro nel caffè�

Carne cotta ��

Può prevalere la formazione dell’aroma o lo

sviluppo del colore

Sintesi Numerose reazioni, alcune poco noteHMF può fungere da precursore

Saccarosio � progressivo riscaldamento comporta la disidratazione dello zucchero e la successiva produzione di caramellano (C24H36O18, pigmento dal gusto amaro), convertito poi in caramellene (C36H50O25), quindi in umina o caramellina (C125H188O80, pigmento molto scuro e insolubile in acqua)

Il tipico odore acre è dato dalla presenza di acroleina (propenale), aldeide piruvica (2-ossipropanale) e gliossale (etandiale)

Il profumo di caramello sembra invece essere dovuto a composti ciclici quali acetilformoino e 4-idossi-2,5-dimetilfuran-3-one ottenuti per frammentazione e disidratazione dello zucchero

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5-IDROSSIMETILFURFURALE(5-HMF)

Zuccheri riducenti + aminoacidi o proteine � 5-HMF

L’HMF si forma in numerosi alimenti in seguito alla degradazione in ambiente acido dei monosaccaridi e costituisce un prodotto

dell’imbrunimento non enzimatico

FormazionepH e acidità totale

contenuto in mineralitemperatura e durata dei trattamenti termici

condizioni di stoccaggiocontenitori metallici, ecc.

Indicatore della qualità del miele e di altri alimenti conservati � indicatore di

trattamenti termici

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In generale elevati livelli nella frutta secca (prugne in particolare!) n# 1Pomodori essiccatiCereali per la colazione e pane n# 2Caffè n# 3Marmellate � lo stoccaggio incrementa HMF Aceto balsamicoBirra

il Gruppo CEF ha concluso che, nonostante le indicazioni di genotossicità

in vitro in condizioni che favoriscono la formazione di 5-[(sulfossi)

metil]furfurolo e lo studio limitato della genotossicità in vivo, i risultati

sostanzialmente negativi dello studio sulla cancerogenicità nei ratti e nei

topi indicano che il 5-idrossimetilfurfurale non dà luogo a

preoccupazioni nelle condizioni di destinazione d'uso

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Presenza di 5-HMF nel colorante caramello (0,001-3,37%) e nello zucchero caramellato

Secondo alcuni esperti il notevole consumo di tale colorante potrebbe rappresentare un rischio per il consumatore

Richiesta una valutazione del rischio in merito all’esposizione al colorante e al consumo di caffè

FurosinaFurosina

• Non è presente nel latte all’origine• Si tratta di un composto di un composto che si forma dalla reazione

di Maillard che si innesca a temperature superiori agli 80 °C• Contenuto massimo di furosina nel Latte crudo e latte pastorizzato

fosfatasi negativo e perossidasi positivo: 8,6 mg ogni 100g di proteine

• Indica spesso l’aggiunta fraudolenta di latte in polvere

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1978: IARC ha classificato numerose nitrosammine

Nitrosodimetilammina (NDMA)Nitrosodietilammina (NDEA)

Probabili cancerogeni (2A)

Nitrosodidibutilammina (NDBA)Nitrosopiperidina (NPIP)Nitrosopirridolina (NPYR)

Probabili cancerogeni

Ammine volatili

Possibile associazione con cancro allo stomaco, minori

evidenze per esofageo

40 anni di studi ma mancano ancora conclusioni

Ammine non volatili< attenzione

Inattive biologicamente

Fonti suolo, aria, acqua, esposizione

professionale, dieta, fumo di tabacco

Vie d’assorbimentocute, app.to respiratorio e

digerente

Possono contaminare alimenti, mangimi, farmaci, cosmetici, pesticidi

o formarsi nell’alimento

R2NH + NOX R2NNO + HXReazione chimica o microbica

Reazione tra un agente nitrosante (NOX) che deriva da nitriti o ossidi con sostanze che contengono un gruppo amminico (R2NH) come peptidi, amidi, ecc.

Dietrich et al., 2005

Nitrosammine e nitrosamidi

Il meccanismo e tasso di formazione dipende dalla struttura del composto amminico, dall’agente nitrosante e dalle condizioni di reazione

Presenza di NO2 e NO3Da amine aromatiche, urea, amidi

� ambiente acquoso acido < pH 4

Da aminoacidi e ammine secondarie � pH 2,5-3,5

Presenza di ossidi di NDa amine alifatiche ed

eterocicliche in ambienti acquosi (neutri e alcalini) e non acquosi

pH acido inibisce

Ossigeno, iodio e metalli � > formazione

Assunzione con la dieta

• Prodotti a base di carne

• Alimenti affumicati

•Alimenti essiccati anche usati come ingredienti

• Pesce salato

• Malto � birra, e whiskey

Concentrazione più elevata negli alimenti di provenienza asiatica

Drabik-Markiewicz et al., 2010

Lijinsky, 1999

Precursori nella dieta e non solo

• AmmineDiffusa presenza negli alimenti

Secondarie e terziarie meno diffuse (pesce: DMA e TMA)

Primarie abbondanti nei formaggi e in prodotti vegetali � facilmente deaminate � < formazione N-ammine

Minori informazioni su urea, ammidi e guanidina contenute negli alimenti

Proteine e peptidi � comportamento di ammidi e urea

Spermidina � può favorire formazione di NDMA


• Agenti nitrosantiNO3 ridotti a NO2 a livello di cavo orale + stomacoNO3 e NO2 usati come additivi alimentariTabacco e inquinamentoVegetali e acqua ricche in nitrati

Nitriti40% da prodotti a base di carne15% da vegetali35% da cereali

Nitrati85% da vegetali

Uso di fertilizzanti� NO3 e NO2 in acqua e vegetali

Vegetali ricchi in antiossidanti� riduzione formazione


• Acidi Acidi organici e tiocianati naturalmente presenti o aggiunti durante i

processi produttivi possono favorire la formazione di nitrosammine

• Flora microbicaNitrosazione in ambiente neutro, es. nello stomaco di soggetti con

ipocloridria

Riduzione dei nitrati da parte della flora microbica presente nel cavo orale (5% dell’ingestione)

NO2 che arrivano allo stomaco � 80% da riduzione salivare e 20% da alimento

Acido ascorbico, polifenoli, vitamina E �� antiossidanti �� riducono la formazione

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• Cottura di carne e pesce a elevate temperatura (frittura, griglia su fiamma diretta) e per lunghi periodi

• Reazione tra aminoacidi, creatine e zuccheri a elevata temperatura

• Effetti cancerogeni su animali da laboratorio con dosaggi 1000 volte superiori a quelli assunti con una normale dieta

• Cotture brevi

• Pre-cottura con microonde e poi alla griglia

• Rivoltamento frequente della carne

• Rimozione porzioni bruciate e “sugo”

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PROBLEMATICHE DA PRODUZIONE DI SOSTANZE ENDOGENE: … · grado di lipolisi quantità di KOH necessaria a neutralizzare 1 g di materia grassa La lipolisi costituisce uno dei principali