Diamo per scontato che cucinare sia usare il calore per trasformare le materie prime in buoni piatti. Eppure, le alte temperature travolgono gli ingredienti per modificarli in diversi modi: ne influenzano la texture, il sapore, i nutrienti, la digeribilità. Il calore è un potente agente capace di causare i cosiddetti cambiamenti di stato nella materia, fondamentali per molte tecniche culinarie.
Cambiamenti di Stato e Cottura
Classico esempio è la trasformazione di un solido in liquido. Il ghiaccio diventa acqua quando viene riscaldato e, così facendo, assorbe energia in un processo noto come fusione. Il calore può poi spingersi oltre, trasformando l’acqua in vapore attraverso l’evaporazione. Accade quando l’acqua raggiunge il punto di ebollizione e le molecole si muovono abbastanza velocemente da sfuggire nella fase gassosa.
Questi cambiamenti di stato sono affascinanti dal punto di vista scientifico, ma sono anche la base per molte preparazioni culinarie. La fusione del burro è spesso uno dei primi passi nella preparazione di salse e dolci, mentre l’evaporazione dell’acqua è essenziale per la concentrazione dei sapori nelle riduzioni e nelle salse. Un altro esempio pratico che coinvolge un cambiamento di stato è la fusione del formaggio. Quando prepariamo una fonduta o una salsa al formaggio, il formaggio solido riscaldato passa allo stato liquido e può essere amalgamato con altri ingredienti per creare mix di sapori.
La Denaturazione delle Proteine
Le proteine sono molecole più o meno complesse che possiamo trovare in moltissimi alimenti. Le proteine contenute nei diversi alimenti sono moltissime, ma tutte sono costruite con un mix di mattoncini chiamati aminoacidi. Dico mix perché di aminoacidi ne esistono 20 diversi in natura, e possono combinarsi in modo diverso e con diverse percentuali a seconda della proteina che devono comporre.
Quando vengono sottoposte al calore le proteine tendono a denaturare, cioè perdono quella che era la loro conformazione spaziale. Infatti, gli atomi che le compongono si legano tra loro formando strutture anche molto grandi - nella scala delle molecole, si intende - e arzigogolate. Il modo preciso in cui le proteine si dispongono nello spazio, la loro forma, è essenziale affinché possano svolgere la loro funzione, cioè il compito per cui vengono sintetizzate da un cereale o un legume, animale o ortaggio. I legami degli atomi che compongono queste molecole vengono fortemente influenzati dal calore, che riesce a romperli facendo srotolare e intrecciare diversamente gli aminoacidi.
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Esempi Visivi di Denaturazione
La cottura delle uova! L’albume, quando da trasparente diventa bianco, è la prova visiva della denaturazione delle proteine che contiene. Questo ci suggerisce anche che la forma che le proteine hanno influenza il modo in cui la luce viene intrappolata e riflessa, così come il suo profumo e sapore. Altri esempi visivi di denaturazione proteica durante la cottura sono i colori che assumono il pesce o la carne. Il pesce, da traslucido e liscio, morbido, diviene di colore più intenso, opaco e friabile al tocco. La carne rossa vira verso il marrone quando ben cotta, e ha una consistenza più compatta.
Esperimento: Riconoscimento delle Proteine con il Test del Biureto
L’esperienza propone lo svolgimento di una reazione chimica finalizzata al riconoscimento delle proteine. Il campione contenente le proteine viene fatto reagire con il Biureto, un reattivo contenente rame (II) e tartrato di sodio e potassio. Le proteine in ambiente basico e in presenza di ioni $Cu^{2+}$ formano un complesso colorato violetto. Il test del Biureto è positivo per proteine e polipeptidi, mentre è negativo per dipeptidi ed amminoacidi liberi.
Preparazione dei Reattivi
- Si preparano 300 ml di $NaOH$ al 10% m/V.
- Si pesano separatamente 1,5 g di $CuSO_4$ e 6 g di Sodio e Potassio Tartrato.
- I due sali vengono disciolti nella soluzione di $NaOH$ al 10% (m/V).
- Si porta a volume di 1L con acqua.
- Conservare la soluzione al riparo della luce (contenitore scuro o avvolto in alluminio).
Il reattivo è così preparato in quanto il rame in soluzione, $Cu^{2+}$ in ambiente basico, dovrebbe precipitare come idrossido, $Cu(OH)_2$. La presenza del tartrato mantiene il rame in soluzione attraverso la formazione di un complesso in cui lo ione rameico centrale viene tetracoordinato dagli atomi di ossigeno delle funzioni carbossiliche.
Preparazione del Riferimento Positivo con Albume d'Uovo
- Rompere l’uovo ed estrarne solo l’albume.
- Prelevare mediante una siringa circa 1 ml di albume e versarlo in un bicchierino di plastica.
- Aggiungere 5 ml di acqua all'albume.
- Versare la soluzione albume-acqua in un provettone (contenitore di vetro).
- Inserire nella provetta, mediante l’uso di una siringa, 2 ml di reattivo di Biureto.
- Miscelare energicamente.
- Osservare la formazione di un cambiamento di colore della soluzione dal blu al viola, dovuta al fatto che il rame viene complessato dai gruppi funzionali della proteina.
La colorazione blu-viola in presenza di proteine è dovuta al fatto che gli ioni rameici del reattivo formano un complesso di coordinazione con gruppi NH (da due a quattro) appartenenti ad altrettanti legami peptidici. Per questo, il saggio sarebbe negativo con amminoacidi liberi e dipeptidi, mentre è positivo per tripeptidi, polipeptidi e molecole proteiche, in cui si ha un sufficiente numero di gruppi $-CONH^-$.
Preparazione del Riferimento Negativo con Acqua Distillata
Il riferimento negativo si può ovviamente considerare quello che si ottiene su acqua distillata, aggiungendovi due ml di reattivo: la colorazione intensa del reattivo mantiene la sua caratteristica tonalità azzurra.
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Indagine: Quali Alimenti Contengono Proteine?
L'insegnante propone agli studenti un'attività di indagine basata sulla metodica sperimentale precedentemente messa a punto per testare la presenza o l'assenza di componente proteica in vari tipi di alimenti.
Preparazione dei Campioni (Sostanze Liquide)
- Prelevare mediante una siringa circa 1 ml di del campione e versarlo in un bicchierino di plastica.
- Aggiungere 5 ml di acqua al campione.
- Versare il campione in un provettone (contenitore di vetro).
Struttura delle Proteine
Una proteina è un polimero costituito dall’unione di amminoacidi tenuti insieme da legami peptidici. Le proteine hanno una struttura complessa, si distinguono 4 diversi livelli di organizzazione strutturale. La struttura terziaria è rappresentata dalla configurazione tridimensionale completa che la catena polipeptidica assume nell’ambiente in cui si trova e determina la funzione biologica di una proteine; infine la struttura quaternaria deriva dall’unione di più proteine mediante legami deboli.
Denaturazione con Alcol
Rompere l’uovo in una padella ed aggiungere un po’ di alcol etilico. Le proteine contenute nell’uovo sono immerse nell’acqua che le circonda e sono ripiegate su se stesse secondo una configurazione ben precisa (stato nativo). L’aggiunta di alcol modifica l’ambiente acquoso in cui si trovano immerse le proteine e ne determina la denaturazione. Le molecole di alcol sono solubili in acqua e riescono ad avvicinarsi ai gomitoli proteici, indebolendo la forza dell’acqua che cerca di tenere le proteine nel loro stato nativo. Se la concentrazione dell’alcol è sufficiente le proteine si srotolano (denaturazione) e assumono una nuova forma (coaugulo).
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