Gli aromi degli alimenti. ODORE Una proprietà delle sostanze volatili rilevata dai recettori olfattivi del naso

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Gli aromi degli alimenti

Con il termine aroma si intende l’insieme delle percezioni di gusto e odore

GUSTO

•Percepito nella bocca non solo dalle papille gustative della lingua, ma ovunque nella cavità orale

•E’ una proprietà dei

liquidi o dei solidi o dei gas in soluzione

Filiform Papillae

Circumvallate Papilla

Taste Buds

Connective Tissue Salivary Glands Muscle Layer

ODORE

•Una proprietà delle sostanze volatili rilevata dai

recettori olfattivi del naso

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Gli aromi degli alimenti

Vi sono in realtà

pochissimi aromi per i

quali le sensazioni di

gusto ed odore siano

nettamente scindibili

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Problematiche nello studio degli aromi

Non esiste nessuna sonda di natura chimica o fisica in grado di rilevare una sostanza di interesse in modo specifico.

In molti casi vengono usati degli

sperimentatori olfattivi o assaggiatori.

Raramente un aroma è costituito da una sola sostanza

Spesso per ricostruire un aroma non basta identificare i

componenti principali, perché anche costitutenti presenti in quantità estremamente ridotte influenzano profondamente le caratteristiche sensoriali del prodotto.

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La gas cromatografia è la tecnica più usata

Viene iniettato lo spazio di testa di una soluzione ovvero le componenti gassose in equilibrio con la fase liquida o inserita nell’apparecchio una cartuccia impregnata delle componenti volatili

Metodologie nello studio degli aromi

All’uscita della colonna le sostanze separate vengono

intrappolate per condensazione e quindi analizzate

mediante spettrometria di massa o identificate con un

olfattometro

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2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 m in 0.0

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0uV(x100,000)

Analisi GC dell’aroma di caffè tostato

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Analisi bidimensionale dei componenti presenti

Il picco contrassegnato con

# rappresenta il risultato della co-eluizione di due

componenti determinabili solo attraverso GC x GC

2

1 #

0 5 10 15 20

4

3

2

1

0

min

sec

Arabica Coffee

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I principali gusti ed i siti di percezione

SALATO

NaCl

Cloruro di sodio [0.0037%]

ACIDO

HO₂C-CHOH-CHOH-CO₂H Acido Tartarico

[0.00094%]

DOLCE

Saccarosio [0.086%]

O HO

HO

O OH OH

OH

OH HO O

OH

AMARO

Chinina solfato [0.000049%]

N MeO

HO N

H

.H₂SO₄

UMAMI

L-Glutammato monosodico

[0.012%]

NaO₂C CO₂

H₃N H

[ ] = Soglia di rilevazione in acqua [w/v]

Localizzazione dei siti ad alta sensibilità sulla lingua

Acido

Salato

Dolce

Amaro e Umami

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MOLECOLE DOLCI di origine naturale

SACCAROSIO GLUCOSIO GALATTOSACCAROSIO

(i.e. Epimero al C-4 del saccarosio)

(1x) (0.6x) (Appena dolce)

O HO

HO

OH

OH H OH

O HO

HO

OH

H

OH OH

Il dolce

(n.x) = dolcezza rispetto al saccarosio I mono e disaccaridi sono generalmente dolci, ma vi

possono essere grandi differenze nell’intensità del dolce

Carboidrati

a-D-mannose (sweet) b-D-mannose (bitter)

La scala è stabilita da un gruppo di assaggiatori. Si mediano i risultati ottenuti da gruppi numerosi per ottenere dati il più possibile oggettivi

(stabilito su glicosidi)

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a-AMINO ACIDI

L- D- L- D-

Triptophan B S (35x) Isoleucine F (or B) F (or S)

Phenylalanine B S (7x) Lysine F (or B) F (or S)

Tyrosine B S (6x) Proline F F

Hystidine B S (7x) Serine F (or S) F (or S)

Leucine B S (4x) Threonine F (or S) F (or S)

Glycine S (1.5x) Valine F (or B) F (or S)

Alanine S(1.5x) B Glutamic

Acid U F

Arginine F (or B) S

(sligthly)

Aspartic Acid

U

(sligthly) F

MOLECOLE DOLCI di origine naturale

S= sweet B= bitter F= flat U= umami

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MOLECOLE DOLCI artificiali

S NH O

O O

SACCARINA (350x)

Sintetizzata nel 1878 entrò nella produzione industriale già alla fine del secolo. Nel 1901 la Monsanto Chemical Company iniziò la produzione industriale negli USA

H H

H

H H

H H H

H

NH S O Na O

O

- +

CICLAMMATO (150x)

Dolcifica senza apportare calorie. Non è substrato per i batteri responsabili della carie dentale. Ha un retrogusto metallico.

N O S C

H₃

O

K+

- O O

ACESULFAME K (45x)

Risultato cancerogeno nel 1969 e ritirato negli USA.

Ulteriori saggi non hanno

confermato il risultato ed è

stato reintegrato.

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MOLECOLE DOLCI artificiali

Ha un sapore pulito simile al saccarosio. E’ stabile tra pH 3 e 6

soprattutto a T> 70 °C. Usato soprattutto nelle bevande analcoliche.

Il consumo di aspartame in Europa varia tra 2.8 e 10.1 mg/kg peso

corporeo al giorno. E’ un valore ben al di sotto della dose giornaliera

consentita ( Acceptable Daily Intake ADI) definita da esperti delle

organizzazioni mondiali della salute ( Food and Agriculture Organization, World Health Organization) anche per i bambini e forti consumatori come i diabetici.

A seguito dell’ ingestione, l’ aspartame non entra come tale nel sangue ma subisce nell’intestino decomposizione ai tre componenti, acido

aspartico, fenilalanina e metanolo.Pertanto la concentrazione ematica di fenilalanina può

aumentare a seguito di assunzioni massicce e superare il valore ADI, mentre questo non avviene per l’aspartico ed il metanolo.

NH₃ H

NH

O H CO₂Me

-O₂C -O₂C

NH₃ H

NH

O H CO₂Me

NH₃ H

NH O H

CO₂

CO₂Me

_

+

L-Glu-L-Phe-OMe amaro

ASPARTAME L-Asp-L-Phe-OMe (180x)

tutti gli altri stereoisomeri sono amari

(800x)

+ +

ma:

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OH O OH

O

H OH

HO OH HO

OH

ALOINS A or B (Aloe ferox, Aloe vera)

O

OH

O OH

RO

R= rutinose

NARINGIN (Citrus paradisi)

1:10 000

MOLECOLE AMARE di origine naturale

N

N N

N

CAFFEINE (Coffea arabica)

O

L’amaro

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O

H OH

O H

H

H OH H

H

CH₂OH O

O

H H

O H

H

OH H OH H

H CH₂OH

b-D-Glucopiranosio b-D-Fruttopiranosio

AH,B AH,B

MODELLO DI SHALLENBERGER–ACREE (1967)

SWEET MOLECULE

RECEPTOR A

B

H B'

H A' 2.5-4.0 Å

Modello a due siti di interazione

Requisiti strutturali per il sapore dolce

B’ e A’H gruppi sul recettore proteico. Devono presentare una distanza simile a B e AH .

Se AH e B fossero più vicini formerebbero legame idrogeno intramolecolare e non con il recettore

H₂N

H O

H R

O

S N O

H

N H

NH₂ Cl

O O

Saccarina

_

(AH) (B)

D-a-Amminoacidi m-Nitroaniline

+

(AH) (B)

O O

(AH)

(B) +

-

Glicoforo

A

^d-

-H

^d+ = gruppo elettronegativo ; donatore idrogeno

B

= gruppo elettronegativo;

accettore idrogeno

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KIER’S THEORY (1972)

~ 5.5 Å

~ 3.5 Å

~ 2.6 Å

Modello a tre siti di interazione

X = terzo sito di legame basato su forze dispersive, gruppo idrofobico

≡

X

AH B

Requisiti strutturali per il sapore dolce

Ciclammato di sodio

-OOC C

NH₃ C H

H₃

CH CH₂ C

H₃

-OOC C

NH₃

H CH₃

CH C H₂

CH₃

AH B

D-Leucina (dolce)

L-Leucina (amara) +

AH B

+ X

X

N H

O S

O O

Na

(X) (AH)

(B) SODIUM CICLAMATE

~ 3.5 Å

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WIESER and BELITZ THEORY (1975)

Modello a due siti di interazione (AH, X)

Zona di contatto idrofobico

Requisiti strutturali per il sapore amaro

L -amminoacidi idrofobi risultano amari

NH₃ CO₂ H₂C

H R

X' ZONE

Gruppo AH

Se X cade in una regione in cui x o z <0→ amaro BELITZ (1979)

-y

AH B

X sweetness

+x

+z

+y

-x

-z

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Modello unificato del recettore amaro/dolce secondo Okai

X

A’ B’

X’

X X’

B’

bitter sweet

AH

A’H B’

AH

A’H B

X X’

sweet/bitter inhibitor

A’H B’

B

Requisiti strutturali per il sapore dolce/amaro

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L’umami

Dal termine giapponese umai= delizioso

CIBI NATURALI E TRASFORMATI A GUSTO UMAMI

Carni di manzo, maiale, pollo, prosciutto, salsicce;

Pesce;

Frutti di mare;

Formaggi (parmiggiano, emmental);

Funghi;

Pomodoro

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CO₂ NH₃ CO₂

H Na

Monosodium Glutamate (MSG) (1x) [ 0.012%]

NH O

O

H

H CO₂

H₃N

L-Tricholomic Acid (5x) [ 0.03%]

NH O

O

H CO₂ H₃N

L-Ibotenic Acid (5x) [ 0.03%]

(n.x) = capacità di esaltare il gusto

[%] = soglia di percezione del sale sodico in acqua (w/v)

SOSTANZE UMAMI

GRUPPO MSG

X = H → 5’-inosine monophosphate (IMP) [0.015%]

X = NH₂ → 5’-guanosine monophosphate (GMP) [0.015%]

GRUPPO DEI 5’-RIBONUCLEOTIDI

O

HO OH

N N

N

NH O

P OH

O

OH

O

X

Ottenuto da carni di

pesce essiccato

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AZIONE SINERGICA TRA COMPOSTI UMAMI

MSG + IMP and/or GMP

10 MSG + 1 IMP = 55 MSG 10 MSG + 1 GMP = 209 MSG

IMP GMP MSG

mg per 100 g

Parmigiano 1200

Sardine 193 280

Tonno 188

Succo di pomodoro 260

Funghi Shitake 30 67

Gamberi 92 43

Maiale 122 3 23

Merluzzo 44 9

Salmone 20

Latte umano 22

Latte vaccino 2

Come additivo alimentare 20-80

Contenuto di composti umami in vari alimenti

Origine composti umami

Il glutammico (MSG) presente in piccole quantità nel tessuto muscolare, si genera in quantità significative nella carne durante la frollatura.

Inosina monofosfato (IMP) si origina dalla degradazione dell’AMP a sua volta derivante dall’ATP

ATP

^-fosfato

ADP AMP IMP

^-fosfato ^-NH³

[O]

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A. X= S > O > N > H (1)

X= (17x)

B. -SH > =O > -NH₂

C. Modificazioni agli ossidrili in 2’ e 3’ riducono notevolmente la capacità di esaltare il sapore

D. non attivo

(amaro)

S O

P O

OH

OMe P

O

OH

NH₂ S

O

; ; OH

H CO₂

NH₃ X

H

H R₁ H

O H H

H H

O

OH OH

NH

N N

O

N X P ONa

NaO

O 1

2 4 3 5 6 7

8 9

1' 3' 2'

4' 5'

B

A

C D

R₁= H X=CO₂^- (1x) R₁= OH X=CO₂^- (1.7x) R₁= H X=SO₃^- (1.5x)

RELAZIONI STRUTTURA/ATTIVITA’ NEI COMPOSTI UMAMI

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Il salato

L’acido

C H₂

C C H₂ O H

COOH COOH

COOH C

CH₂ OH H

COOH COOH

Acido citrico

Acido malico E’ caratteristico di molti sali inorganici.

Nel caso degli alogenuri di metalli alcalini se la somma dei diametri delle specie ioniche è minore del KBr prevale il gusto salato, per es. NaCl, se è maggiore, per es MgCl₂ , prevale l’amaro.

Associato a soluzioni a basso pH, ma per il gusto sono molto più importanti le forme indissociate degli acidi organici

Fino al 5% nell’aceto

C

H₃ COOH

Acido acetico

C H

CH₃ OH COOH

Acido lattico

In forma di lattato di sodio usato per insaporire le patatine fritte. Conferisce un sapore tra salato ed acetoso

Contenuto di acidi (mmol dm^-3) Malico Citrico Tartarico

Arancia 13 51 -

Pompelmo 42 100 -

Limone 17 220 -

Uva 7 16 80

Contenuto di acidi organici in alcuni succhi

di frutta

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LE CELLULE DEL GUSTO

SALT

SWEET

Il salato e l’acido sono mediati da canali

ionici, mentre gli altri gusti sono mediati

da recettori accoppiati alla proteina G.

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sweetor bitter

molecule K⁺ Na⁺ Ca⁺⁺

G-protein

Enzyme Second

Messenger

Release stored Ca⁺⁺

Receptor

Close K⁺ channel

Open Na⁺

channel Open Ca⁺⁺

channel

Gustducin transducin

Cell

Membrane

Adenylyl cyclase → synthesis of cAMP

Phosphodiesterase → breakdown of cAMP or cGMP Phospholipase C → release of IP₃+diacylglicerol

SISTEMA DI TRASDUZIONE DEL GUSTO DOLCE/AMARO

- Metabotropic glutamate receptor (mGluR)

- Taste receptors (T_nR_m) n=1→ sweet (and umami)

receptors

n=2→ bitter receptors

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SENSAZIONI Astringenza

E’ percepita dall’intera cavità orale e non solo dalla lingua.

Ha un ruolo determinante nel gusto del vino e nel tè. E’ da attribuire ai tannini.

O

O O

OH OH

OH OH OH OH

O H

OH

(-)-Epigallocatechingallato (EGCG) 12%

Nel tè la maggior parte dei polifenoli contribuisce all’astringenza, ma un ruolo fondamentale è giocato dalle unità di pirogalloli (es. nell’epigallocate-chingallato) in associazione alla caffeina che da sola risulta amara. Per diminuire tale sensazione si aggiunge limone che reprime la dissociazione dei gallati o latte le cui proteine competono con quelle delle papille gustative nel legarsi ai polifenoli.

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Piccante

NH

O OH

OMe

SENSAZIONI

E’ caratteristico di molte spezie e piante appartenenti alle Cruciferae

Il peperoncino rosso Capsicum frutesens.

I principi attivi sono i capsaicinoidi il

principale dei quali è la capsaicina

Le sensazioni di bruciore e dolore associate alla capsaicina derivano dalla sua interazione chimica con i neuroni sensoriali.

Come membro della famiglia dei vanilloidi la capsaicina si lega ad un recettore chiamato recettore vanilloide di tipo I (VR1). E’ un recettore di tipo canale ionico che può essere stimolato anche con calore ed abrasione fisica, permettendo ai cationi di passare attraverso la membrana cellulare. La risultante depolarizzazione del neurone determina l’invio del segnale al cervello.

Della famiglia

dei vanilloidi

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O CH₂OH H H OH

H OH

OH H H

S C R

N OSO₃-

R C N

S C N R

SO₄^2- N C S

R

C N OSO₃- R

SH H₂O glucosio

SO₄ , S, H^2- ₂S

SO₄^2-

Nitrili Tiocianati

Isotiocianati

mirosinasi Tioidrossamato-O-solfato

Il cavolo, cavolino di Bruxelles, ravanello contengono glicosinolati.

Al momento del taglio la mirosinasi presente nel citoplasma catalizza l’idrolisi del legame C-S portando a composti come isotiocianati responsabili dell’ odore e sapore pungente

Immergendo in acqua bollente le verdure di questa famiglia si denatura la mirosinasi impedendo la formazione degli isotiocianati. Si formano altre sostanze solforate responsabili dell’odore poco gradevole che deriva dalla cottura di questi ortaggi.

A questi composti sono state attribuite proprietà chemopreventive nei confronti del tumore del colon