LICEO SCIENTIFICO NICOLOSO DA RECCO A.S. 2011/12

1. LICEO SCIENTIFICO NICOLOSO DA RECCOA.S. 2011/12 LABORATORIO SUI CARBOIDRATI

2. INTRODUZIONE NOZIONI GENERALI SUI CARBOIDRATI

3. Struttura e funzioni dei carboidrati I carboidrati costituiscono un gruppo eterogeneo di composti organici che comprende molecole contenenti soprattutto atomi di carbonio legati ad atomi di idrogeno e gruppi ossidrile (H-C-OH). C, H, O sono presenti nel rapporto Cx (H2O)y Alcuni sono relativamente piccoli, altri invece sono vere e proprie macromolecole, con peso molecolare dell’ordine delle centinaia di migliaia di unità di massa atomica.

4. I carboidrati svolgono principalmente tre funzioni: • costituiscono una fonte di energia rapidamente utilizzabile dalle cellule e dai tessuti • forniscono scheletri carboniosi che possono essere rielaborati per formare nuove molecole • vengono utilizzati come materiali di sostegno e di rivestimento cellulare.

5. Caratteristiche generali dei carboidrati Le categorie di carboidrati biologicamente importanti sono quattro: • i monosaccaridi (mono, uno; saccaride, zucchero), come il glucosio, il ribosio e il fruttosio, costituiscono i monomeri con cui si costruiscono i carboidrati di maggiori dimensioni • i disaccaridi (di, due) sono formati da due monosaccaridi tenuti insieme da legami covalenti • gli oligosaccaridi (oligo, pochi) sono composti da tre a venti monosaccaridi • i polisaccaridi (poli, molti), come l’amido, il glicogeno e la cellulosa, sono polimeri di grosse dimensioni, formati da centinaia o migliaia di monosaccaridi

6. I monosaccaridi (zuccheri semplici) I monosaccaridi sono gli zuccheri più semplici e sono formati da una sola unità. Tutte le cellule viventi contengono il monosaccaride glucosio, che viene utilizzato soprattutto come fonte di energia. I monosaccaridi sono prodotti dagli organismi autotrofi attraverso la fotosintesi; gli animali assumono poi direttamente o indirettamente tali molecole dalle piante.

7. Questi zuccheri contengono da 3 a 7 atomi di carbonio: un carbonio porta il gruppo carbonilico (C=O) e tutti gli altri portano un gruppo ossidrilico (o alcolico) -OH. Si tratta pertanto di composti polifunzionali. Si dividono in aldosi, che hanno il gruppo C=O all’inizio della catena chetosi, che hanno il gruppo C=O al secondo posto della catena

9. A seconda della posizione dei gruppi funzionali abbiamo: • Zuccheri della serie D se hanno l’-OH più lontano dal gruppo carbonile a destra della catena carboniosa • Zuccheri della serie L se hanno l’-OH più lontano dal gruppo carbonile a sinistra della catena carboniosa

11. Tutti i monosaccaridi con quattro o più atomi di C possono presentarsi in due forme: a catena lineare oppure ad anello La forma ad anello è più stabile nelle condizioni in cui si trovano normalmente le cellule e si incontra quindi molto più frequentemente di quella lineare

13. La chiusura ad anello avviene tra il gruppo aldeidico o chetonico e l’atomo di ossigeno del gruppo –OH legato ad uno degli atomi di C terminali, che diventa così l’ossigeno che chiude l’anello Glucosio α

14. A seconda della disposizione spaziale del gruppo ossidrilico del C-1, al momento della chiusura dell’anello si hanno due forme: se l’ –OH del C-1 è in posizione trans rispetto al gruppo -CH2OH legato al C-5 la molecola è α se l’ –OH del C-1 è in posizione cis rispetto al gruppo -CH2OH legato al C-5 la molecola è β

15. Esosi Alcuni monosaccaridi sono isomeri strutturali con lo stesso tipo e numeri di atomi, ma disposti in modo diverso: per esempio, gli esosihanno tutti la stessa formula (C6H12O6). Oltre al glucosio, gli esosi comprendono: il fruttosio (così chiamato perché scoperto per la prima volta nella frutta) il mannosio il galattosio

16. Pentosi I pentosi sono zuccheri a cinque atomi di carbonio. Due di essi, il ribosio e il desossiribosio, rivestono particolare importanza biologica: essi infatti formano l’ossatura degli acidi nucleici, il primo dell’RNA e il secondo del DNA. Questi due pentosi non sono isomeri; differiscono invece perché nel desossiribosio è andato perso un atomo di ossigeno dal carbonio 2. L’assenza di questo atomo di ossigeno è una delle principali differenze fra l’RNA e il DNA.

17. Zuccheri formati da più unità Disaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi derivano tutti da monosaccaridi che, in seguito a una reazione di condensazione tra gruppi –OH, si uniscono attraverso legami covalenti detti legami glicosidici. Un singolo legame glicosidico tra due monosaccaridi forma un disaccaride.

19. Disaccaridi Per esempio, una molecola di saccarosio (comune zucchero da tavola) è un disaccaride formato da una molecola di α glucosio e una di β fruttosio. Il lattosio (lo zucchero contenuto nel latte) è formato invece da β glucosio e β galattosio. Il maltosio (presente nel malto) è formato da due molecole di α glucosio Gli oligosaccaridi contengono un limitato numero di monosaccaridi legati in vari punti da legami glicosidici.

20. Polisaccaridi I polisaccaridi servono come riserve energetiche e materiali da costruzione. Sono polimeri giganteschi costituiti da centinaia di monosaccaridi legati da legami glicosidici. I polisaccaridi più diffusi sono l’amido, il glicogeno e la cellulosa, tre polimeri del glucosio.

21. Amido e cellulosa vengono prodotti dai vegetali, mentre il glicogeno è un polisaccaride prodotto da alcune cellule animali. L’amido comprende una famiglia di molecole molto ramificate che si accumulano sotto forma di granuli nelle cellule e che vengono utilizzate come riserva energetica dalle piante. Comprende due polimeri: l’amilosio e l’amilopectina

22. Il glicogeno ha una struttura simile all’amido e svolge la funzione di deposito di energia nel fegato e nei muscoli degli animali. • La cellulosa è un polisaccaride del glucosio, che differisce dall’amido per il modo in cui le molecole di glucosio sono legate tra loro. Le molecole di cellulosa infatti sono meno ramificate e si uniscono mediante legami a idrogeno formando fibre lunghe e sottili, molto rigide.

23. Molecole di cellulosa (parallele) • Molecole di amido (ramificate) • Molecole di glicogeno (altamente ramificata)

24. APROFONDIMENTO SUL PROCESSO DI PANIFICAZIONE

25. Composizione della farina e ruolo del glutine La farina contiene due componenti principali: • granuli di amido, composti da due tipi di molecole, l’amilosio e l’amilopectina • diverse proteine solubili ( albumine e globuline) • diverse proteine insolubili (gliadine e glutenine)

26. Se, al momento dell’impasto, ci troviamo di fronte a una pasta elastica, lo si deve alle proteine insolubili, che formano un reticolo chiamato glutine. Il glutine è un reticolo viscoelastico: tirato si allunga, ma poi, quando la tensione è eliminata, riprende parzialmente la sua forma iniziale.

27. In assenza di questo reticolo non si può dunque formare una pasta modellabile, ma non si può nemmeno avere una lievitazione efficace: il glutine, nella sua fase estensiva, permette infatti di formare le sottili pareti divisorie della mollica che intrappolano l’anidride carbonica, frutto della fermentazione dei lieviti.

28. Il frumento è l’unico cereale con cui formare una buona pasta da pane: la sua composizione è infatti tale che il glutine formato è elastico quanto basta da estendersi sotto la spinta della lievitazione, mantenendo però il gas intrappolato.

29. Trasformazioni in fase di impasto All’inizio le molecole delle proteine sono come catene ripiegate su di loro stesse in forma di gomitolo, tenute insieme da legami intra-molecolari: legami a idrogeno o ponti bisolfuro (tra due atomi di zolfo presenti nelle unità cisteiniche).

30. Prima dell’impasto questi legami sussistono solo tra gli atomi di una stessa molecola di proteina, da cui il ripiegamento di questa in forma di gomitolo. L’atto di impastare, tuttavia, separa le catene proteiche e srotola progressivamente tali gomitoli (denaturazione)

31. Una volta che le proteine sono allineate non sono però libere: la formazione di nuovi legami a idrogeno e ponti bisolfuro, questa volta inter-molecolari, causa la formazione di un reticolotridimensionale chiamato glutine. Contemporaneamente l’acqua dell’impasto penetra all’interno dei granuli di amido rigonfiandoli e attivando le amilasi.

32. Trasformazioni in fase di fermentazione Durante la fase di fermentazione i lieviti espellono CO2. Questo gas, grazie all’elasticità del glutine, non fuoriesce dall’impasto, ma lo rigonfia, rimanendovi intrappolato sottoforma di miriadi di alveoli. La velocità di fermentazione del pane aumenta proporzionalmente alla temperatura fino a 45-50°C. Al di sopra di tale temperatura l’attività dei lieviti diminuisce in quanto essi cominciano a morire cessando così, sopra i 60°C, ogni attività.

33. Per la notevole complessità delle reazioni coinvolte nella fermentazione, i lieviti producono anche diverse molecole aromatiche, oltre a etanolo e CO2. Sono state infatti identificate aldeidi, chetoni e alcoli diversi dall’etanolo, che concorrono a formare il caratteristico aroma e gusto del pane, una volta cotto.

34. Trasformazioni in fase di cottura Durante la cottura avvengono delle trasformazioni molto importanti. Dopo l'infornatura, la temperatura del pane passa dai valori ambientali a livelli superiori, salendo uniformemente all'interno e all'esterno del prodotto Fino ai 35-40°C i lieviti continuano a proliferare e si ha quindi un aumento dell'impasto Superati i 45-50°C, i lieviti iniziano a morire A 60°C circa la lievitazione cessa

35. Sopra i 90°C comincia a formarsi la crosta, molto importante perché impedisce all'acqua interna di continuare ad evaporare, garantendo la morbidezza della mollica L’amido gelifica in un reticolo chiamato salda, mentre le proteine del glutine perdono parte della loro acqua e coagulano: così si forma la mollica