Transcript Laboratorio sui carboidrati

LICEO SCIENTIFICO NICOLOSO DA RECCO
A.S. 2011/12
LABORATORIO
SUI CARBOIDRATI
INTRODUZIONE
NOZIONI GENERALI SUI
CARBOIDRATI
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.
I carboidrati svolgono principalmente tre funzioni:
1.
costituiscono una fonte di energia rapidamente
utilizzabile dalle cellule e dai tessuti
2.
forniscono scheletri carboniosi che possono essere
rielaborati per formare nuove molecole
3. vengono utilizzati come materiali di sostegno e di
rivestimento cellulare.
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
2. i disaccaridi (di, due) sono formati da due
monosaccaridi tenuti insieme da legami covalenti
3. gli oligosaccaridi (oligo, pochi) sono composti da tre a
venti monosaccaridi
4. i polisaccaridi (poli, molti), come l’amido, il glicogeno e
la cellulosa, sono polimeri di grosse dimensioni, formati
da centinaia o migliaia di monosaccaridi
1.
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.
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
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
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
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
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
Esosi
Alcuni monosaccaridi sono isomeri strutturali con lo
stesso tipo e numeri di atomi, ma disposti in modo
diverso: per esempio, gli esosi hanno 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
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.
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.
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.
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.
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
 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.
 Molecole di cellulosa (parallele)
 Molecole di amido (ramificate)
 Molecole di glicogeno (altamente ramificata)
APROFONDIMENTO SUL
PROCESSO DI
PANIFICAZIONE
Composizione della farina e ruolo del glutine
La farina contiene due componenti principali:
1.
granuli di amido, composti da due tipi di molecole,
l’amilosio e l’amilopectina
2. diverse proteine solubili ( albumine e globuline)
3.
diverse proteine insolubili (gliadine e glutenine)
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.
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.
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.
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).
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)
Una volta che le proteine sono allineate non
sono però libere: la formazione di nuovi legami a
idrogeno e ponti bisolfuro, questa volta intermolecolari, causa la formazione di un reticolo
tridimensionale chiamato glutine.
Contemporaneamente l’acqua dell’impasto
penetra all’interno dei granuli di amido rigonfiandoli
e attivando le amilasi.
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.
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.
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
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