Caratteristiche del prodotto ―

Gli ortaggi sono rappresentati da una articolata gamma di specie afferenti a diverse famiglie botaniche che forniscono uno specifico gruppo botanico ed esibiscono un'ampia varietà di strutture della pianta che si possono raggruppare nei seguenti:

1) organi ipogei (radici, bulbi, tuberi, etc.) 2) organi vegetativi (germogli, foglie)

3) organi riproduttivi (infiorescenze, fiori, frutti e semi) (fig. 3)

Generalmente sul frutto si forma uno strato ceroso che funge da rivestimento, e quando giunge a maturazione si evidenzia una marcata riduzione della traspirazione, gli organi sotterranei invece non producono questo rivestimento per cui potrebbero essere conservati ad elevata umidità relativa per minimizzare la perdita di acqua.

Generalmente le infiorescenze posseggono una bassa riserva di carboidrati in comparazione con i frutti e possono essere paragonati agli organi vegetativi (Wills et al., 1998).

Le cellule delle piante sono delimitate da pareti cellulari più o meno rigide che sono costituite da diversi polimeri come le sostanze pectiniche, le emicellulose, le lignine e alcune proteine.

La parete cellulare è permeabile ad acqua e soluti e le principali funzioni sono quelle di:

racchiudere il contenuto cellulare e mantenere i rapporti con le cellule adiacenti;

sostenere la struttura cellulare ed i tessuti della pianta.

All'interno del plasmalemma è presente il citoplasma e diversi organelli tra i quali i vacuoli che contengono vari soluti come zuccheri, amminoacidi, acidi organici e sali, e sono circondati da una membrana semipermeabile, il tonoplasto. Insieme con il plasmalemma, che è semipermeabile, il tonoplasto è responsabile del mantenimento della pressione idroscopica della cellula, permettendo il passaggio di acqua ma restringendo il movimento di soluti o di

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macromolecole, come proteine ed acidi nucleici, determinando la turgidità cellulare.

Il citoplasma comprende una matrice fluida di proteine, altre macromolecole e vari soluti. Un importante processo che si verifica in questa parte fluida è la rottura delle riserve depositate, come i carboidrati mediante la glicolisi e la sintesi delle proteine.

Il citoplasma contiene, come dicevamo prima, diversi organelli che svolgono funzioni importanti:

1. Il nucleo è l'organello più grande. Esso è il centro di controllo e contiene il DNA, è coperto da una membrana porosa che permette il passaggio dell'mRNA presente nel citoplasma.

2. I mitocondri consentono la respirazione enzimatica del ciclo dell'acido tricabossilico (TCA) e rappresentano i centri della respirazione mediante il trasporto di elettroni attivati dall'adenosina trifosfato. I mitocondri utilizzano i prodotti della glicolisi per produrre energia utile per la vita della cellula e dell'organismo nel suo insieme.

3. I cloroplasti sono contenuti nelle cellule verdi, dove essi rappresentano l'apparato fotosintetico in quanto contengono la clorofilla e l'apparato fotochimico che converte l'energia solare in energia chimica.

4. I cromoplasti si sviluppano principalmente da cloroplasti maturi, quando la clorofilla è degradata e contengono carotenoidi.

5. Gli amiloplasti sono il sito di accumulo dei granuli di amido.

6. L'apparato di Golgi è rappresentato da una serie di vescicole piastrate, sede di sintesi e di secrezione di enzimi cellulari.

7. Il reticolo endoplasmatico è un sistema di cisterne e canalicoli delimitati da membrane di natura lipoproteica e consente il trasporto di secrezioni proteiche sintetizzate dai ribosomi.

8. I ribosomi sono i siti della sintesi proteica, sono strettamente ancorati al reticolo endoplasmatico anche se ve ne ritrovano liberi nel citoplasma. I ribosomi contengono acidi ribonucleici e proteine.

(fig. 4) (Raven et al, 2002).

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Molti frutti e ortaggi contengono più dell'80% di acqua, alcuni addirittura ne contengono il 95%, per contro i tuberi contengono circa il 50% di acqua mentre i semi circa il 20%. Il contenuto di acqua dipende dalla disponibilità di acqua nei tessuti al momento della raccolta (Gehhardt et al., 1982).

I carboidrati sono generalmente i più abbondanti costituenti dopo l'acqua. Loro possono essere presenti attraverso un ampia variazione di peso molecolare, da zuccheri semplici a polimeri complessi con più di 100 unità monomeriche di zucchero. Il contenuto di carboidrati nel prodotto è in genere pari al 2-4% e i principali zuccheri presenti nella frutta e negli ortaggi sono il saccarosio, il glucosio ed il fruttosio, presenti in rapporti diversi a secondo del prodotto. I frutti tropicali e subtropicali hanno la maggiore quantità di zuccheri, il sapore dolce, infatti, è una preferenza di gusto innata nell'uomo. L'uomo può digerire ed utilizzare zuccheri e lieviti e trarne energia, e gli ortaggi con elevati livelli di amido sono importanti per contribuire alla richiesta giornaliera di energia da parte dell'uomo (McCarthy e Matthews, 1984).

La fibra è costituita prevalentemente da cellulosa, sostanze pectiniche ed emicellulose, ma anche da lignina. La fibra non è digerita dall'uomo poiché non possiede gli enzimi necessari a rompere i legami che uniscono le unità monomeriche. Inizialmente si pensava che la fibra non fosse necessaria all'organismo umano, ma ben presto ci si rese conto che invece è utile per contrastare diverse malattie, specialmente quelle indotte dal miglioramento della ricchezza (obesità, diabete, appendicite, cancro al colon, malattie cardiache, etc.) (Haytowitz e Matthews, 1984).

I lipidi contenuti nella frutta e negli ortaggi generalmente sono meno dell'1%, eccezioni in tal senso sono rappresentate da l'avocado e l'oliva che ne contengono rispettivamente il 20% ed il 15%. Il basso contenuto di lipidi in frutta e ortaggi è un fattore positivo per combattere il rischio di malattie cardiovascolari (McCarthy e Matthews, 1984).

Frutta e ortaggi contengono elevati livelli di acidi organici e gli eccessi vengono immagazzinati nei vacuoli. Gli acidi dominanti di solito sono l'acido citrico e l‘acido malico. Oltre alla loro importanza biochimica, gli acidi organici, contribuiscono ad attribuire un certo sapore, specialmente nei frutti.

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Molto presenti in frutta e ortaggi sono le vitamine; la vitamina C ad esempio è un costituente minore ma è importante nella nutrizione umana per prevenire lo scorbuto. La richiesta giornaliera di questa vitamina è di 50 mg e molti prodotti contengono questa quantità in meno di 100 g di tessuto. Anche la vitamina A e l'acido folico sono molto presenti e la richiesta giornaliera è soddisfatta per il 40% dell'assunzione di ortofrutta; la vitamina A è utile alla salute degli occhi ed una sua carenza porta alla cecità. Il retinolo è il composto attivo della vitamina A, ma non è presente nei prodotti, però carotenoidi come β- carotene possono essere convertiti in retinolo dall'uomo. Solo circa il 10% dei carotenoidi presenti in frutta e ortaggi sono precursori della vitamina A. Il licopene del pomodoro è un carotenoide che non attiva la vitamina A. L'acido folico è coinvolto nella sintesi dell'RNA ed una deficienza porta all'anemia, una sua carenza durante i primi mesi di gravidanza è associata alla comparsa nel feto della spina bifida. Gli ortaggi da foglia sono una buona fonte di acido folico.

Il minerale maggiormente presente nella frutta e negli ortaggi è il potassio presente con più di 200 mg su 100 g di prodotto. I livelli più elevati sono presenti negli ortaggi da foglia che contengono circa 1200 mg su 100 g di prodotto (Gehhardt et al., 1982; Haytowitz e Matthews, 1984).

Tutti i frutti e gli ortaggi contengono sostanze volatili. Questi composti non sempre sono importanti dal punto di vista alimentare (normalmente sono meno di 10 mg su 100 g di prodotto), ma servono ma conferire l'aroma caratteristico dei frutti e di alcuni ortaggi. I composti volatili in un prodotto sono molteplici e migliori sono le attrezzature analitiche e più alta è la probabilità di individuarne altri. Questi composti sono principalmente esteri, alcoli, acidi e composti carbonilici (aldeidi e chetoni). Alcuni come l'etanolo sono comuni in frutta e ortaggi, mentre altri sono specifici come i volatili contenenti solfuro, che sono tipici delle Brassiche. In base allo stadio di maturazione si sviluppano determinati composti volatici per cui un soggetto bendato, se abile, potrebbe riconoscere e determinare la fase di sviluppo di un particolare prodotto solo dal suo aroma. (Maarse, 1991).

I prodotti orticoli dopo la raccolta, presentano un metabolismo molto intenso che innesca diversi processi catabolici. Durante la respirazione, ortaggi, frutti e fiori, assorbono ossigeno e rilasciano anidride carbonica e calore

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traspirando acqua. Quando frutta e ortaggi si trovano ancora sulla pianta ciò che perdono con la respirazione e la traspirazione li riprendono dal flusso della linfa che contiene acqua, fotosintati e minerali. Poiché respirazione e traspirazione continuano anche dopo la raccolta, il prodotto dovrà fare ricorso alle proprie risorse, non potendo più ricorrere alla linfa (Artés-Hernández et al., 2007).

Dopo una prima fase caratterizzata per ciascun organo dalla divisione cellulare e dalla successiva distensione cellulare, che determina la dimensione finale del prodotto, segue la maturazione dello stesso in conseguenza all‘attivazione di diversi processi metabolici. La fase di senescenza del prodotto invece è definita come il periodo dove i processi biochimici anabolici (sintesi) danno il via a processi catabolici (degradazione), portando all'ingiallimento ed alla morte dei tessuti (fig. 5) (Watada e Qi, 1999).

Il termine maturazione di solito viene riferito alla frutta: essa rappresenta in realtà l‘avvio dei processi di senescenza. E' difficile individuare specifici parametri biochimici e fisiologici per contraddistinguere le varie fasi di senescenza poiché tali parametri sono differenti in base al prodotto. I frutti vengono raccolti maturi o immaturi, mentre gli ortaggi vengono raccolti dall'inizio della maturazione (cetriolo) fino all'inizio della senescenza (pomodoro, anguria).

Il frutto maturo subisce molti cambiamenti fisiologici dopo la raccolta che determinano la qualità del suddetto che viene richiesto dal consumatore. La sua respirazione può essere descritta come la rottura ossidativa di complesse molecole presenti nelle cellule, come amidi, zuccheri ed acidi organici, con una conseguente produzione di energia e di altre molecole (Beaulieu e Lea, 2007).

La respirazione può essere aerobica (in presenza di ossigeno) o anaerobica (in assenza di ossigeno). La respirazione indica l'attività metabolica dei tessuti ed è una guida utile per la conservazione del prodotto. Nei frutti può essere climaterica o aclimaterica. La differenza consiste nel fatto che i frutti climaterici continuano a maturare anche dopo il loro distacco dalla pianta, mentre quelli aclimaterici no. Durante la fase di maturazione tutti i frutti producono etilene, però quelli climaterici ne producono più rispetto a quelli aclimaterici (Lelièvre et al., 1997).

Tutti gli organismi viventi richiedono un continuo apporto di energia necessaria per il normale decorso delle reazioni metaboliche e per mantenere

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inalterata l'organizzazione cellulare, il trasporto di metaboliti nei tessuti e la permeabilità della membrana cellulare. La maggior parte di energia richiesta dai prodotti orticoli è fornita dalla respirazione aerobica, che coinvolge la rottura ossidativa di alcune sostanze organiche immagazzinate nei tessuti. Un comune substrato per la respirazione è il glucosio che completamente ossidato produce anidride carbonica, acqua ed energia. La respirazione è essenziale per l'inversione di fotosintesi, dal quale l'energia derivante dal sole è stoccata come energia chimica, principalmente in carboidrati contenenti glucosio. Il glucosio è il composto principale coinvolto nell'iniziale fase ossidativa, ma spesso non è presente tal quale nella pianta. L'amido è la riserva principale di carboidrati della pianta che viene degradato a glucosio nella pianta grazie agli enzimi amilasi e maltasi o a glucosio-1-fosfato dall'enzima fosfatasi (Tucker, 1993).

Alcuni organi contengono saccarosio che deve essere idrolizzato a glucosio e fruttosio dall'enzima invertasi. La globale reazione può essere bilanciata come segue:

Glucosio + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD 2 piruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O

L'energia liberata dal sistema è intrappolata e stoccata in adenosin trifosfata (ATP) e ridotta in nicotinamide adenine dinucleotide (NADH); l'ossidazione di ogni molecola di NADH consente la formazione di 3 molecole di ATP. L‘energia richiesta per la conversione di una molecola di glucosio a piruvato necessita di 8 molecole di ATP. L'energia è resa disponibile alla pianta rompendo un legame fosfato nella reazione reversibile:

ATP ADP + Pi + Energia

Questa energia può essere usata per le reazioni di sintesi e interconversioni metaboliche della pianta. La reazione globale è la seguente:

Piruvate + 2,5 O2 + 15 ADP + 15 Pi 3 CO2 + 2 H2O + 15 ATP

L'energia di una molecola di glucosio originale dal ciclo TCA (ciclo dell‘acido Tricarbossilico) è equivalente a 30 molecole di ATP. L'anidride carbonica prodotta nella respirazione è derivata dal TCA in condizioni aerobiche e si svolge con il consumo di ossigeno. La percentuale di respirazione può quindi essere misurata con l'ammontare di CO2 prodotta e di O2 consumato. Il 90% di energia

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Esistono altri processi di respirazione come quella del pentosio fosfato (OPPP) che converte il glucosio-6-fosfato a fruttosio-6-fosfato, gliceraldeide-3- fosfato e anidride carbonica attraverso un complesso ciclo di reazioni. Questa respirazione fornisce ribosio-6-fosfato utile ai nucleotidi ed agli acidi nucleici. Gli acidi organici, specialmente quello malico e quello citrico, contenuti nei vacuoli, possono essere usati come substrato della respirazione mediante il seguente processo ossidativo:

C4H6O5 + 3O2 4CO2 + 3H2O

Tale processo genera più molecole di CO2 in rapporto a quelle di O2 consumate,

mentre l'ossidazione del glucosio genera un egual numero di molecole di CO2

per ciascuna delle molecole di O2 consumate. Questa relazione diventa

importante per misurare nella respirazione gli scambi gassosi, nei quali vengono misurati la CO2 evoluta e/o l'O2 consumato ( Raven et al., 2002; Goodenough et

al., 1985).

Il concetto di Quoziente Respiratorio (RQ) è stato elaborato per quantificare il rapporto tra la CO2 prodotta (ml) e l‘O2 consumato (ml); la completa ossidazione

del glucosio ha il valore di RQ uguale a 1. Un substrato alternativo potrebbero essere gli acidi grassi a lunga catena. La misura di RQ può indicare il tipo di substrato che è stato respirato (Salisbury e Ross, 1994).

La respirazione aerobica prevede l‘uso l'ossigeno. L'atmosfera è ricca di ossigeno e quindi quello disponibile ai tessuti è illimitato. In alcune condizioni di stoccaggio però il quantitativo di ossigeno nell'atmosfera può essere limitato ed insufficiente per mantenere l'intero metabolismo aerobico. In queste condizioni i tessuti possono iniziare la respirazione anaerobica ed il glucosio viene convertito in piruvato, che viene metabolizzato in acido lattico o acetaldeide ed etanolo nel processo definito di fermentazione. La respirazione anaerobica produce meno energia per mole di glucosio rispetto a quella aerobica, ma essa consente la disponibilità di energia ai tessuti anche in condizioni di stress. La fermentazione anaerobica comporta la formazione di cattivi odori in frutta e ortaggi. Controllare l'ambiente di conservazione dei prodotti è utile; dopo la raccolta di frutta di ortaggi questi di norma vengono conservati a basse temperature per rallentare i processi degradativi ed aumentare la loro vita, oppure in atmosfera controllata o

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modificata usando elevata quantità di CO2 e modeste di O2 per rallentare i

processi respiratori nel prodotto (Salisbury e Ross, 1994; Watada et al., 1996). L‘utilizzo di cultivar che producono prodotti con una modesta quantità di enzimi che innescano i processi degradativi è auspicabile al fine di poter ridurre le problematiche che emergono durante la fase di post-raccolta.

Grazie ai cambiamenti che avvengono durante la crescita e lo sviluppo di frutti ed ortaggi, il consumatore può riconoscere se il prodotto presenta le condizioni ottimali per essere ingerito.

Durante la germinazione il livello di zuccheri aumenta come risultato della rapida degradazione di grassi e amidi.

Nei frutti e nei semi secchi sono presenti modeste percentuali di metaboliti poiché hanno poca acqua nei tessuti. Al contrario, tutti i semi consumati come ortaggi freschi, legumi e mais, hanno alti livelli di attività metabolica poiché sono raccolti immaturi. La qualità di tali prodotti è determinata dall‘aroma e dalla consistenza e non dall'età fisiologica degli stessi. Nel decorso dei processi di maturazione gli zuccheri sono convertiti in amidi conferendo al prodotto poca dolcezza, il contenuto in acqua diminuisce e quello delle fibre aumenta (Dennis e Turpin, 1990).

Fiori, gemme, stelo e foglie possiedono un‘attività metabolica e una propensione al deterioramento differente. Infatti, gli steli e le foglie spesso vanno rapidamente incontro a senescenza, perdendo così la loro attrattiva ed il valore nutrizionale, segno visibile della senescenza è dell'ingiallimento dovuto alla sintesi dei composti carotenoidi. La consistenza del prodotto è la caratteristica principale per determinare l‘epoca di raccolta e la qualità. I processi di crescita, di divisione e distensione cellulare, e la sintesi di proteine e di carboidrati cessano dopo la raccolta, ed avviene l‘avvio dei processi catabolici (Borochov e Woodson, 1990).

Bulbi, radici e tuberi sono gli organi di riserva della pianta, e quando vengono raccolti i processi metabolici subiscono un rapido rallentamento; in condizioni di conservazione appropriate essi possono andare incontro a fenomeni di dormienza. La fisiologia di questi organi è indirizzata a rallentare le attività metaboliche per poter ridurre i consumi di energia durante la dormienza (Wills et al., 1998).

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Figura 3 – Origine di alcuni ortaggi dai diversi tessuti della pianta (Wills et al., 1998).

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Figura 4 – Rappresentazione della cellula vegetale (Wills et al., 1998)

Fig. 5 – Processo di accrescimento di prodotti climaterici ed climaterici (Wills et al., 1998)

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1.3.2 Effetti della temperatura e dell’atmosfera di conservazione del