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I Carboidrati


Dal punto di vista chimico, i carboidrati, o glucidi, o idrati di carbonio, o saccaridi, o più comunemente chiamati zuccheri, sono composti organici definiti ternari, ossia costituiti dal punto di vista molecolare da atomi di idrogeno H, carbonio C e ossigeno O.

Il termine di glucide o saccaride (dal latino saccharum, zucchero, nome derivato dalla canna da zucchero Saccharum officinarum), significa dolce, in quanto la dolcezza è una delle principali caratteristiche di queste molecole. Nelle diete ipocaloriche, gli zuccheri sono sostituiti dai dolcificanti, i quali tuttavia non appartengono per niente alla classe dei carboidrati (es: saccarina sodica, ciclammato sodico, dulcina e aspartame).

I carboidrati costituiscono la sostanza organica più abbondante sulla Terra, nonchè il principale alimento energetico sia del regno animale che vegetale. In questa classe di composti, rientrano molti zuccheri, presenti in tantissimi alimenti come il glucosio, il fruttosio, le destrine, l'amido e la cellulosa. Tuttavia i vari carboidrati differiscono tra di loro per quanto riguarda alcune delle loro proprietà quali la solubilità, la fermentescibilità e il potere edulcorante o dolcificante, differenze dovute al diverso numero di atomi che costituiscono la molecola, ma anche alla diversa posizione degli atomi all'interno della molecola stessa.

Nei vegetali, i carboidrati sono i costituenti organici più abbondanti, dove si originano grazie al processo di fotosintesi clorofilliana, a partire da sostanze inorganiche come l'acqua e l'anidride carbonica, utilizzando la luce solare. Il glucosio, il saccarosio, l'amido e la cellulosa sono gli esempi di carboidrati più importanti prodotti a seguito del processo fotosintetico. Siccome i vegetali grazie alla fotosintesi clorofilliana, hanno la possibilità di fabbricarsi autonomamente le sostanze organiche e in particolar modo gli zuccheri, tali individui vengono definiti autotrofi. Viceversa gli animali e l'uomo, non avendo la possibilità di sintetizzare autonomamente la sostanza organica, vengono definiti eterotrofi e per nutrirsi hanno bisogno di consumare specie vegetali che invece tali sostanze le producono direttamente.
Come si diceva prima una delle proprietà caratteristiche dei carboidrati è il loro potere dolcificante, il quale viene misurato in termini relativi dando arbitrariamente il valore 100 al saccarosio (lo zucchero da cucina).

Sia negli animali che nelle piante, i carboidrati svolgono una funzione energetica sia immediata che di riserva. Per questo quando ce n'è bisogno, il materiale viene subito degradato in composti più semplici ed ossidato per fornire energia. Inoltre molti composti organici che ritroviamo sia nei tessuti animali che vegetali, derivano spesso da processi di trasformazione dei carboidrati. Le stesse proteine per esempio, sono costituite da amminoacidi derivanti, da reazioni tra molecole di zuccheri e di ammoniaca. Anche i lipidi vengono sintetizzati ha partire dalle reazioni di degradazione del glucosio (glicolisi). Alcuni carboidrati sono in grado di reagire con altri costituenti degli alimenti, come gli amminoacidi e le proteine, dando origine a composti che influenzano l'aroma, il sapore e il colore del prodotto. I carboidrati più complessi possono formare attraverso dei legami, delle strutture tridimensionali, le quali sono responsabili della consistenza dell'alimento.

A seconda del numero di atomi di carbonio che costituisce l'unità molecolare, gli zuccheri più semplici sono classificati in:

1) Triosi a tre atomi di carbonio (gliceraldeide fosfato e diidrossiaceton fosfato).
2) Tetraosi a quattro atomi di carbonio (eritrosio).
3) Pentosi a cinque atomi di carbonio (ribosio, deossiribosio, arabinosio, xilosio, ramnosio e ribulosio).
4) Esosi a sei atomi di carbonio (glucosio, fruttosio, galattosio, mannosio e sorbosio).
5) Eptosi a sette atomi di carbonio (sedeptulosio).

In base invece alle unità molecolari da cui sono costituiti, i carboidrati vengono classificati in:

1) Monosaccaridi o monosi, o più propriamente chiamati zuccheri semplici, non scindibili ulteriormente in altri zuccheri (glucosio, fruttosio e tutti quelli che abbiamo menzionato sopra).

2) Disaccaridi o diosi, costituiti da due unità di monosaccaridi (saccarosio, lattosio, maltosio e cellobiosio).

3) Trisaccaridi o treosi, costituiti da tre unità di monosaccaridi (raffinosio e stachiosio).

4) Oligosaccaridi o oligosi, costituiti da due a dieci unità di monosaccaridi (destrine).

5) Polisaccaridi o poliosi, costituiti da numerose catene di monosaccardi (amido, cellulosa, glicogeno, gomme, mucillaggini ecc.).

Monosaccaridi o Monosi

Tra tutte le categorie di zuccheri che abbiamo citato, sicuramente quelli più importanti dal punto di vista alimentare sono i monosaccaridi, specialmente quelli a sei atomi di carbonio come il glucosio e il fruttosio. La loro importanza dal punto di vista biologico deriva dal fatto che oltre ha possedere delle caratteristiche molecolari ben precise, rappresentano le unità o mattoncini di base per la produzione degli altri zuccheri complessi (amido e cellulosa), largamente diffusi nel Mondo vegetale e animale. Per esempio l'amido e la cellulosa sono costituiti da glucosio, mentre l'insulina è costituita da fruttosio. Nelle cellule viventi, i monosaccaridi possono venire accumulati come fonte energetica di riserva (amido, cellulosa e glicogeno), possono venire trasformati in lipidi o proteine, oppure degradati per fornire energia immediata. I monosaccaridi risultano molto solubili in acqua, poco solubili nell'alcol etilico e insolubili in solventi organici (etere, benzene e cloroformio), hanno sapore dolce e per lo più risultano solidi, cristallini e di colore bianco. Molti di essi specialmente il glucosio e il fruttosio sono fermentescibili, rappresentando il substrato attaccato dai lieviti per la fermentazione alcolica che trasforma il mosto d'uva in vino o il mosto di mele in sidro. Gli zuccheri a cinque atomi di carbonio (pentosi), non sono fermentescibili e quindi non sono dolci. Il sapore dolce è percepito selettivamente sulla punta della lingua, dove si trovano numerose papille gustative specializzate nella percezione di questo sapore.
Tra i monosaccaridi triosi a tre atomi di carbonio ricordiamo:

Gliceraldeide Fosfato e Diidrossiaceton Fosfato

: Sono zuccheri metabolici, nel senso che non vengono accumulati in natura, ma si riscontrano nelle reazioni metaboliche della respirazione cellulare e della fermentazione alcolica. Si formano anche nel corso della fotosintesi clorofilliana e durante la sintesi del fruttosio.

Tra i monosaccaridi tetraosi a quattro atomi di carbonio ricordiamo l'

Eritrosio

che si forma nel corso della fotosintesi clorofilliana, ed è necessario per la sintesi dei fenoli e polifenoli.

Tra i monosaccaridi pentosi a cinque atomi di carbonio abbiamo:

Ribosio

Presente nell'RNA e nell'uva.

Deossiribosio

Presente nel DNA.

Arabinosio

Presente nelle gemme vegetali, nelle mucillaggini e nell'uva.

Xilosio

Presente nell'uva, nelle farine dei cereali, nei funghi e nelle alghe.

Ramnosio

Presente nell'uva e nei coenzimi.

Ribulosio

Zucchero metabolico che si forma durante le reazioni di fotosintesi clorofilliana.

Tra i monosaccaridi esosi, i più importanti sono:

Glucosio

È lo zucchero più diffuso in natura, in molte specie di frutta e nel miele, sia in forma libera che combinata. Si trova anche accumulato nel fegato e nei muscoli. Si forma in seguito alla degradazione acida dell'amido o di altri carboidrati. È utilizzato dall'organismo ai fini energetici, mediante la respirazione cellulare. In ambiente anaerobico (assenza di ossigeno), và incontro alla fermentazione alcolica da parte dei lieviti, con la formazione di alcol etilico e anidride carbonica. È presente nel sangue umano in una concentrazione compresa tra lo 0,08% e lo 0,18%. Il glucosio sotto forma solida, trova impiego praticamente in ogni genere di lavorazione di tipo alimentare. Il glucosio presenta anche una buona capacità di penetrare i frutti, caratteristica che ne permette di preservare l'aroma, la forma e il colore. Viene impiegato nella produzione di sciroppi, sottaceti, salse di pomodoro, ciocciolato fondente, creme e gelati. Nelle bevande analcoliche l'aggiunta di glucosio, permette di aumentare il contenuto di zuccheri, senza alterare gli aromi e senza provocare un eccessivo aumento della dolcezza, agendo anche da stabilizzante del colore e dell'aroma.

Fruttosio

Chiamato anche levulosio, è lo zucchero più abbondante nella frutta (da cui prende il nome) e nel miele. Lo ritroviamo in forma combinata nell'insulina e nel saccarosio. Il fruttosio è 100 volte più dolce del glucosio e del saccarosio. Infine il fruttosio tende ha rilasciare l'energia più lentamente nel tempo rispetto al glucosio.

Galattosio

È simile al glucosio e si forma a seguito di un processo di trasformazione di quest'ultimo. Il galattosio è uno dei costituenti dei tessuti nervosi, passa più facilmente la barriera intestinale, favorisce l'assorbimento del calcio ed è poco metabolizzato dall'organismo. Assieme al glucosio forma la molecola di lattosio.

Mannosio

È uno zucchero presente nella frutta e in molti altri alimenti vegetali.

Sorbosio

Zucchero tipico e presente in alte quantità nei frutti del sorbo.

Infine tra i monosaccardi eptosi a sette atomi di carbonio il più importante è il

Sedeptulosio

, zucchero metabolico che si forma nel corso della fotosintesi clorofilliana.

Disaccaridi o Diosi

Sono zuccheri costituiti da due unità di monosaccaridi. I più importanti sono:

Saccarosio

È uno degli zuccheri considerato tra i più importanti dal punto di vista alimentare e commerciale. Il saccarosio è presente in quantità elevata nella canna da zucchero (25% circa), nella barbabietola da zucchero (15-25%), nelle carrube (25%), nei sorghi zuccherini (20%), nelle banane (10%), nel mais (8%), nelle arance (5%) e nel miele (10%). È considerato il tipico zucchero da cucina.

Lattosio

Si tratta di uno zucchero estremamente raro in natura. È presente invece in quantità notevoli (5% circa) solo nel latte delle principali specie degli animali domestici e nei latticini suoi derivati. È sintetizzato direttamente dalla mammella e rappresenta il fattore limitante nella produzione del latte, perché la quantità di latte prodotto dipende essenzialmente dalla possibilità di sintesi del lattosio da parte della mammella. Durante le principali trasformazioni alimentari dell'industria lattiero-casearia, il lattosio non si trova nei prodotti principali, ma sempre nei loro sottoprodotti (latte magro, siero di latte e latticello). Il potere dolcificante del lattosio è molto debole, ed è per questo che è considerato qualitativamente più importante dal punto di vista dietetico verso coloro che si nutrono esclusivamente di latte. Il lattosio per lungo tempo è stato considerato il costituente del latte bovino più sacrificato e scartato. Nonostante che si conoscano degli ottimi metodi per il suo recupero e larghe possibilità di utilizzazione, il lattosio spesso finisce nei canali assieme alle acqua di lavaggio dei caseifici, quando non viene dato all'alimentazione dei suini. È utilizzato nell'industria farmaceutica come legante dei componenti chimici che fanno parte dei medicinali. l'intolleranza al lattosio, è dovuta al fatto che alcuni soggetti non hanno la capacità di produrre un enzima (lattasi), capace di scinderlo e utilizzarlo ai fini energetici. Per questo motivo il lattosio non digerito arrivando a livello intestinale tende ha fermentare, dando dei disturbi che si manifestano con aereofagia e meteorismo.

Maltosio

È costituito da due molecole di glucosio. Si ricava dalla degradazione dell'amido, durante la fermentazione del malto d'orzo per la produzione della birra.

Cellobiosio

Anch'esso è costituito da due molecole di glucosio e si ricava dalla degradazione della cellulosa.

Trisaccaridi o Treosi

Sono zuccheri costituiti da tre unità di monosaccaridi. I più importanti sono:

Raffinosio

È lo zucchero più diffuso nella barbabietola da zucchero, accumulandosi durante l'estrazione delle melasse e nei succhi di raffineria. È presente anche nei semi di frumento, orzo e cotone. Tracce consistenti le ritroviamo anche nei semi di leguminose.

Stachiosio

Zucchero presente in quantità elevata nei semi di leguminose, dove a seguito della fermentazione intestinale provoca flatulenza o meteorismo.

Polisaccaridi o Poliosi

Sono zuccheri costituiti da numerose catene di monosaccardi. In natura ne esistono numerose classi di polisaccaridi presenti nei semi, nelle pareti cellulari delle piante e nelle gelatine di frutta. I più importanti polisaccaridi sono:

Amido È considerato il carboidrato di riserva più importante e abbondante (accumulato in granuli) dei vegetali, dove si forma a seguito della condensazione delle molecole di glucosio, nel corso della fotosintesi clorofilliana. Come composto transitorio, è presente sotto forma di granuli piccoli dei cloropasti (cellule fotosintetiche), ed in cellule amilogene di riserva nelle quali si deposita a seguito di un processo di polimerizzazione del glucosio. Come prodotto di riserva, viene accumulato in granuli più grossi nei semi dei cereali (65-75%). A livello industriale l'amido si estrae dai semi di frumento, mais e riso mediante lavaggi e trattamenti che permettono la rimozione di proteine e grassi (raffinazione). I granuli di amido, isolabili facilmente dai semi, risultano formati a strati successivi. l'amido è insolubile in acqua fredda, ma in acqua calda fornisce una soluzione mucillaginosa solubile, la quale se fatta riposare precipita formando una struttura polverosa. Ad una certa temperatura (60-70° C), subisce un processo di gelatinizzazione con formazione di una struttura amorfa, a cui fà seguito un cambiamento fisico della struttura dell'amido originario. I composti che si formano a seguito dell'idrolisi acida, o seguito del processo digestivo dell'amido, sono chiamate destrine (amilodestrina, eritrodestrina, acrodestrina e maltodestrina). Dal punto di vista molecolare e chimico l'amido è costituito da due componenti importanti come l'amilosio e l'amilopectina. Mentre l'amilosio forma catene lineari, l'amilopectina forma catene ramificate.

Cellulosa

La cellulosa è considerato lo zucchero più importante dei vegetali, nel quale và ha costituire l'impalcatura principale per la costituzione delle pareti cellulari. La cellulosa presenta una struttura tipicamente fibrosa, le cui unità di base sono rappresentate dalle cosiddette fibre. l'associazione delle fibre una sopra all'altra, tende a formare una struttura tridimensionale a fasci aggrovigliati, capace di fornire a tale composto la tipica resistenza, robustezza ed elasticità. Alle fibre di cellulosa si associano poi le fibrille, avvolte a spirale attorno ad un asse centrale comune. Le fibre di cellulosa più resistenti (cotone, canapa e lino), possono essere facilmente filate e tessute, essendo costituite da 6000-9000 unità di glucosio circa. La cellulosa è l'unico zucchero vegetale non digeribile per l'uomo, perché esso non presenta enzimi capaci di degradare questo composto. Gli unici esseri viventi capaci di digerirlo sono i batteri, le termiti e i ruminanti (bovini, ovini e caprini), perché nel loro sistema digestivo, grazie all'attività di alcuni batteri, producono un enzima (cellulasi), capace di degradare la cellulosa a glucosio ed utilizzarla a scopi energetici.

Glicogeno

Detto anche amido animale, il glicogeno è il tipico zucchero di riserva degli animali i quali lo accumolano principalmente nel fegato e nei muscoli, dove all'occorrenza può essere degradato in glucosio e utilizzato a scopi energetici. Nell'alimentazione l'amido derivante dai vegetali (patate, cereali o prodotti derivati dai cereali come il pane e la pasta), viene degradato in glucosio, il quale poi arrivato nel fegato viene di nuovo polimerizzato a glicogeno. Il glicogeno è presente anche come zucchero di riserva dei funghi.

Altri polisaccaridi biologicamente importanti sono: l'inulina, si tratta di un polimero del fruttosio e lo ritroviamo nei tuberi del topinambur, della dalia, nelle foglie della cicoria e della lattuga, nei funghi e nei carciofi. Ci sono poi i galattani, derivanti della polimerizzazione di molecole di galattosio e presenti nelle alghe rosse. Vi sono i pentosani (polimeri degli zuccheri pentosi), presenti nelle foglie e rivestimenti dei semi e dei frutti. Abbiamo i mannani (polimeri del mannosio), presenti nel legno di alcune conifere. Infine vi è la chitina, uno zucchero strutturale costituito da molecole azotate (N-acetilglucosammina), presente nei funghi e nell'esoscheletro degli insetti e dei crostacei.

Informazioni gentilmente offerte dal Dott. Di Gioia Fabio laureato in scienze e tecnologie agrarie presso la facoltà d'agraria di Firenze.
Per informazioni: fabio_digioia@libero.it

01/02/2011