Obiettivi formativi
Conoscenza e capacità di comprendere
Durante il corso lo studente dovrà acquisire una conoscenza approfondita della composizione chimica degli alimenti, delle caratteristiche dei diversi componenti, della loro influenza sulle proprietà dell’alimento, della loro reattività e delle trasformazioni che subiscono durante i processi tecnologici nonché delle problematiche analitiche relative alla loro determinazione. Lo studente dovrà acquisire capacità di correlare ed integrare gli aspetti generali con le caratteristiche specifiche dei singoli alimenti, comprendendo così la correlazione tra composizione e qualità e acquisendo la capacità di elaborare le informazioni presenti in etichetta. Tali conoscenze costituiscono la base per poter operare fattivamente in un contesto produttivo, di controllo e di analisi, di progettazione di nuovi prodotti e processi.
Comprensione dei parametri analitici da andare a determinare e delle metodiche da applicare per l’analisi di una matrice alimentare, sia qualitativa che quantitativa. Capacità di utilizzare il linguaggio specifico della chimica degli alimenti.
Competenze
Lo studente dovrà essere in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per comprendere e prevedere le trasformazioni molecolari negli alimenti a seguito dei processi tecnologici e della conservazione. Durante il corso, verranno fatte eseguire allo studente esperienze di laboratorio correlate allo studio teorico e mirate alla comprensione delle trasformazioni chimiche dei componenti principali e secondari degli alimenti nonché alla loro determinazione e caratterizzazione, illustrando i principali metodi di analisi dei prodotti alimentari e facendo così acquisire allo studente capacità operative. Capacità di gestire i principi alla base delle metodiche per l’analisi chimica delle matrici alimentari al fine di decidere in autonomia quali test applicare sugli alimenti e perché applicarli.
Autonomia di giudizio
Lo studente deve essere in grado di definire quali trasformazioni può subire o si possono indurre in un alimento e quali sono gli effetti delle diverse formulazioni sulle proprietà generali e sulla qualità di un prodotto alimentare e di individuare quali condizioni di processo o di conservazione possono influenzare la qualità globale del prodotto. Lo studente dovrà essere in grado di valutare autonomamente quali siano le modalità da scegliere e applicare per caratterizzare a fondo una matrice alimentare.
Capacità comunicative
Lo studente dovrà essere in grado di utilizzare in modo appropriato il linguaggio scientifico ed il lessico specifico della chimica degli alimenti, dimostrando la capacità di illustrare e trasmettere in forma orale e scritta i concetti acquisiti. Il quaderno di laboratorio dovrà essere redatto in forma corretta, con un linguaggio sintetico ed esaustivo e con una chiara esposizione e commento dei risultati sperimentali.
Capacità di apprendimento
Lo studente che ha frequentato il corso sarà in grado di approfondire le proprie conoscenze in materia di Chimica degli Alimenti, attraverso la consultazione autonoma di testi specialistici, riviste scientifiche o divulgative, anche al di fuori degli argomenti trattati strettamente a lezione. Lo studente dovrà essere in grado di sintetizzare e correlare i diversi argomenti trattati negli altri insegnamenti del corso di studio.
Prerequisiti
Gli studenti devono aver sostenuto gli esami dei corsi di Chimica Generale, Chimica Organica e Chimica Analitica.
Contenuti dell'insegnamento
Il corso di Chimica degli Alimenti si compone di una prima parte generale che riguarda la descrizione dei macrocomponenti degli alimenti (acqua, carboidrati, proteine, lipidi) e delle loro proprietà chimiche, fisiche e tecnologiche, lo studio della loro reattività generale nonché dei metodi di determinazione per la composizione centesimale dei prodotti alimentari.
La seconda parte del corso prende in considerazione diversi tipi di alimenti di origine animale e vegetale, descrivendone la composizione e le modificazioni chimiche e fisiche a seguito dei processi tecnologici e della conservazione, nonché gli aspetti analitici legati alla loro caratterizzazione.
La terza parte del corso riguarda argomenti di carattere trasversale, in particolare: cenni relativi agli additivi alimentari ed al loro utilizzo, approfondimenti relativi agli aspetti organolettici (colore e flavor degli alimenti).
Gli argomenti trattati a lezione sono oggetto di esperienze di laboratorio mirate ad illustrare le caratteristiche degli alimenti e le tecniche di analisi più diffuse.
In particolare, per quanto riguarda la parte di laboratorio, le prime lezioni riguardano argomenti di carattere generale relativi alle tecniche e alle strumentazioni di base in dotazione ad un laboratorio chimico-alimentare. La seconda parte del corso è invece dedicata alla trattazione e applicazione di specifiche metodiche per l’analisi qualitativa e quantitativa degli alimenti. Nella prima parte del corso vengono infatti affrontate metodiche e protocolli che prevedono un numero limitato di passaggi, per poi passare a esperimenti più complessi, ed arrivare infine alle tecniche strumentali. Le ultime esercitazioni sono dedicate alla trattazione dei dati raccolti nel corso degli esperimenti.
Programma esteso
Modulo: Chimica degli Alimenti
Introduzione. Che cos’è la Chimica degli Alimenti? Acqua. Struttura dell’acqua. Interazioni dell’acqua con i componenti degli alimenti e le matrici alimentari. Acqua legata, attività dell’acqua (aw): definizione e correlazione con umidità relativa % all’equilibrio. Isoterme di adsorbimento: significato e utilizzo. Metodi di misura del contenuto di umidità degli alimenti (per disidratazione, per distillazione, per titolazione Karl-Fischer, IR, NIR, termobilance), delle ceneri (in muffola o con acidi) e dell’attività dell’acqua (igrometri, sensori a cloruro di litio, sensori a punto di rugiada). Carboidrati. Monosaccaridi e oligosaccaridi negli alimenti: struttura, proprietà e distribuzione. Zucchero di canna e di barbabietola. Zucchero invertito, sciroppi di glucosio: preparazione e applicazioni. Alditoli: preparazione e applicazioni. Decomposizione degli zuccheri negli alimenti in ambiente acido, alcalino e con il calore. Idrossimetilfurfurale, maltolo e isomaltolo, lattulosio. Caramellizzazione e caramelli. Reazione di Maillard. Principali metodi di analisi dei carboidrati. Polisaccaridi. Amido. Gelificazione e retrogradazione. Amidi modificati e sciroppi da amido. Amilasi. Pectine. Pectinesterasi e pectinliasi. Polisaccaridi delle alghe marine (alginati e carragenani). Cellulosa, emicellulosa e fibre. Metodi di analisi della fibra alimentare. Gomme (gomma arabica, gomma xantano). Proprietà chimico-fisiche dei polisaccaridi e loro applicazione nei prodotti alimentari. La chimica dei prodotti fermentati: le bevande alcoliche, il vino, l’aceto e la birra. Esercitazioni: Determinazione di zuccheri riducenti e saccarosio in un succo di frutta col metodo di Lane e Eynon. Determinazione di amilosio e amilopectina in prodotti alimentari. Reazione di Maillard. Formazione di gel da alginati. Grado zuccherino di un mosto. Acidità e grado alcolico del vino. Mostimetri, alcolometri e rifrattometri. Lipidi. Acidi grassi: struttura e distribuzione negli alimenti. Punti di fusione e proprietà fisiche di oli e grassi. Reazioni degli acidi grassi insaturi. Idrogenazione, margarina e acidi grassi trans. Le reazioni di degrado ossidativo e la rancidità (autossidazione, fotossidazione e ossidazione enzimatica, lipossigenasi). Antiossidanti naturali e sintetici: classificazione, proprietà e meccanismo di azione. Parametri di controllo dei fenomeni ossidativi negli oli. Trigliceridi. Le forme cristalline dei trigliceridi: fusione e cristallizzazione dei grassi. Composizione chimica e proprietà: burro di cacao e cioccolato. Interesterificazione. Oli vegetali, grasso del latte, crema e burro: classificazione, composizione, produzione e trattamenti di rettifica. Tipi di emulsioni. Emulsionanti naturali e sintetici: caratteristiche e applicazioni. Il parametro HLB. Steroli. Lipidi polari. Colesterolo e fitosteroli: caratteristiche chimiche, distribuzione e stabilità. Principali metodi di analisi dei grassi. Esercitazioni: Determinazione del tenore di materia grassa di un alimento mediante Soxhlet. Determinazione del numero di perossidi e dell’acidità in oli alimentari. Determinazione degli indici spettrofotometrici in oli di oliva e di semi (K e DK). Emulsioni ed emulsionanti. Determinazione di colesterolo in paste alimentari. Determinazione della composizione in acidi grassi di alcuni grassi ed oli alimentari mediante analisi gascromatografica. Proteine. Ammino acidi e proteine negli alimenti. Reazioni di degradazione degli ammino acidi e delle proteine negli alimenti: effetto del calore e del pH. Denaturazione, racemizzazione, isopeptidi, lisinoalanina, furosina. Metodi di analisi. Proprietà tecnologiche delle proteine (idratanti, emulsionanti, schiumogene, gelificanti, ecc.). Sistemi alimentari proteici. Il latte: classificazione, componenti strutturali del latte, caseine e proteine del siero, struttura delle micelle caseiniche, lipidi e globuli di grasso, lattosio, trattamenti termici e omogeneizzazione del latte e loro effetto sui componenti, principali analisi sul latte. Il formaggio: classificazione e composizione, coagulazione e modificazioni chimiche durante la maturazione, proteolisi, indice di proteolisi, frazioni azotate, analisi principali. La carne e il pesce: classificazione e composizione, caratteristiche delle proteine della carne, modificazioni post-mortem, anomalie (carni DFD, PSE), mioglobina e colore della carne, additivi, prodotti carnei trasformati (salumi), analisi principali. I cereali e derivati: composizione chimica dei principali cereali, le proteine dei cereali, classificazione e proprietà, il glutine: formazione e proprietà, farine e semole, proprietà reologiche degli sfarinati, il pane e la pasta, additivi in panificazione, effetto della cottura e dell’essicazione. Esercitazioni: Determinazione del tenore di proteine di un alimento mediante Kjehldal. Test qualitativi per le proteine. Coagulazione delle proteine. Proprietà emulsionanti delle proteine. Formazione di schiume. Gelatina. Testuralizzazione di proteine vegetali (soia). Mioglobina: variazione del colore per effetto della temperatura e stabilizzazione mediante aggiunta di nitriti. Il colore degli alimenti. Le basi molecolari del colore. La misura del colore: colorimetri e spettrofotometri. Coloranti naturali: clorofilla, carotenoidi, antocianine, betalaine, melanine, curcuma e cocciniglia. Coloranti artificiali. Esercitazioni: Effetto del pH e della temperatura sul colore degli alimenti: clorofilla, antociani.Il flavour: aromi e sapori degli alimenti. Sapore: dolce, amaro, salato, acido, astringenza, piccante, sapore di carne. Aroma: carne, frutta, verdura, erbe aromatiche e spezie, aromatizzanti sintetici, odori anomali e contaminanti. I principi dell’analisi sensoriale. Additivi. Classificazione e numerazione. Descrizione delle proprietà chimiche delle principali classi di additivi alimentari (conservanti, antiossidanti, emulsionanti, ecc.).
Modulo: Laboratorio di Chimica Applicata agli Alimenti
Si prenderanno in considerazione tecniche per preparare ed analizzare soluzioni, tecniche di estrazione e di separazione cromatografica, tecniche per la sintesi di molecole di interesse alimentare, tecniche per la purificazione degli estratti, tecniche per l’analisi degli alimenti e infine anche tecniche per il trattamento dei dati ottenuti da analisi. Il corso comprende quindi: lo studio della preparazione ed analisi di soluzioni standard; analisi quantitativa tramite titolazione; estrazione di composti bioattivi da matrici alimentari e valutazione della purezza dell’estratto tramite misure strumentali; studio del recupero e del comportamento dei coloranti naturali; sintesi, purificazione ed analisi di aromi di interesse alimentare; metodi per la determinazione degli zuccheri in una matrice alimentare; metodi per la determinazione di aminoacidi e proteine negli alimenti; valutazione dei processi termici in un alimento (studio della reazione di Maillard); analisi della componente grassa di un alimento; proprietà emulsionanti; utilizzo di tecniche strumentali quali spettrofotometria UV-Visibile per determinare la presenza e la quantità di particolari composti in alimenti e/o bevande; gas-cromatografia accoppiata a spettrometria di massa (GC-MS) e cromatografia liquida (HPLC); strumentazione di base per un laboratorio di chimica degli alimenti come estrattore Soxhlet e metodica Kjeldhal; trattamento dei dati derivanti da analisi tramite appositi software.
Bibliografia
Testi per lo studio: Luisa Mannina, Maria Daglia, Alberto Ritieni (a cura di) “La chimica e gli alimenti. Nutrienti e aspetti nutraceutici” Casa Editrice Ambrosiana (Milano, 2019); T. P. Coultate, “La Chimica degli Alimenti”, Ed. Zanichelli (Bologna, 2004); P. Cabras, A. Martelli (a cura di) "Chimica degli alimenti“, Ed. Piccin (Padova, 2004); Paolo Cabras, Carlo I. Tuberoso, “Analisi dei prodotti alimentari”, Piccin (Padova).
Testi per approfondimento: H.D. Belitz - W. Grosch – P- Schieberle, “Food Chemistry”, Springer-Verlag Ed. (Berlin, Germany, 2005); O. R. Fennema, “Food Chemistry”, CRC Press Ed. (New York, USA); Leo M. L. Nollet eds., Handbook of Food Analysis, Marcel Dekker (New York, USA).
Metodi didattici
Durante le lezioni frontali, che saranno condotte con l’ausilio di presentazioni in power point e alla lavagna, si illustreranno e verranno discussi i diversi aspetti che caratterizzano gli alimenti e la loro produzione, con particolare riferimento alle modificazioni chimiche e fisiche e al loro controllo. Il corso sarà completato da esercitazioni di laboratorio, con esercitazioni individuali e pratiche mirate alla comprensione degli aspetti teorici e al comportamento dei sistemi alimentari, nonché alla illustrazione delle principali metodiche analitiche anche strumentali. Le esercitazioni verranno descritte da ogni studente in un quaderno di laboratorio che sarà parte integrante della valutazione finale.
Modalità verifica apprendimento
Per quanto riguarda il modulo di Chimica degli Alimenti, la verifica dell’apprendimento si effettuerà mediante esame scritto. L’esame scritto si comporrà di 6 domande aperte sui principali argomenti del corso, sia sugli aspetti delle reazioni chimiche più importanti sia sugli aspetti descrittivi della composizione e delle proprietà degli alimenti e dei loro componenti (valutazione: max 5 punti per domanda).
In caso di impossibilità di svolgere l’esame scritto in presenza per cause di forza maggiore imposte dall’Ateneo per l’emergenza sanitaria COVID-19, l’esame sarà svolto a distanza in forma orale attraverso Teams.
La valutazione del modulo di Chimica degli Alimenti concorrerà per il 50% alla valutazione finale dell’esame complessivo.
Al fine di valutare la comprensione degli argomenti illustrati durante il corso, sia nelle fasi di esercitazione in aula, sia in quelle di esercitazione in laboratorio, e la capacità dello studente di rielaborare in autonomia i concetti, l’esame di laboratorio è suddiviso in 2 parti:
1. Esame orale: costituito da domande a riposte aperta inerenti gli argomenti trattati nel corso, per un massimo di 24 punti totali. Le domande verificano il raggiungimento della conoscenza minima dei concetti fondamentali del corso e potranno prevedere uno o due esercizi di calcolo. L’esame si ritiene superato se si raggiunge la soglia minima di 14.5 punti.
2. Compilazione del quaderno di laboratorio: il quaderno di laboratorio prevede che lo studente stili una relazione per ciascuna delle esperienze pratiche effettuate in laboratorio. In ciascuna relazione dovranno essere indicate e ben descritte le procedure eseguite per effettuare l’esperimento, i passaggi fondamentali che hanno permesso di raggiungere i risultati ottenuti, comprensive di buone norme di sicurezza e prevenzione, i calcoli eventualmente effettuati, i risultati ottenuti e commenti/conclusioni. Il quaderno verrà valutato al fine di verificare la comprensione degli esperimenti effettuati e la capacità di valutare i risultati ottenuti. Il quaderno di laboratorio può essere steso utilizzando i normali software di scrittura e deve essere inviato al Docente tramite posta elettronica almeno 10 giorni lavorativi prima della data in cui è prevista la prova orale. Punti massimi: 6.
Il voto finale della prova di esame sarà dato dalla somma del punteggio ottenuta nella prova orale e quello ottenuto dalla valutazione del quaderno di laboratorio.
I risultati dell’esame sono pubblicati sul portale ESSE3 (https://unipr.esse3.cineca.it/Home.do) entro i tempi ragionevoli compatibili con il numero degli studenti iscritti o comunque entro 10-15 giorni dalla data dell’esame.
Il voto conseguito nel modulo di laboratorio peserà per il 50% sul voto finale del corso integrato.
Altre informazioni
La frequenza alle lezioni teoriche non è obbligatoria, anche se fortemente consigliata.
Compatibilmente con l’evoluzione dell’emergenza epidemiologica COVID-19, le lezioni saranno in presenza con registrazione delle stesse mediante piattaforma Microsoft Teams e caricamento sulla pagina Elly del corso, insieme al materiale didattico.
La frequenza delle esercitazioni di laboratorio è obbligatoria: lo studente sarà ammesso a sostenere l’esame se avrà frequentato tutte le esercitazioni (per documentati motivi sarà accettata l’assenza ad una esperienza tra quelle previste).
