Denaturazione delle Proteine: Cosa Significa e Come Influisce sulla Tua Alimentazione

Le proteine sono molecole complesse essenziali per la vita, svolgendo una vasta gamma di funzioni nelle nostre cellule. Comprendere il processo di denaturazione delle proteine è fondamentale per valutare l'impatto della cottura e della lavorazione degli alimenti sulla loro biodisponibilità e valore nutrizionale.

Cosa Sono le Proteine e Come Sono Fatte?

Le proteine sono composte da aminoacidi, che si combinano in modi diversi per formare una varietà di strutture proteiche. Bisogna immaginare le proteine come dei cavi del telefono, quelli tipici degli anni ’80. La loro struttura è organizzata in quattro livelli: primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. 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.

Cos'è la Denaturazione delle Proteine?

La denaturazione è solo la perdita della conformazione delle proteine (ed in un certo senso va anche bene ai fini della digestione), è un processo in cui le catene polipeptidiche perdono la loro conformazione nativa. Questo avviene quando i legami deboli, come i legami idrogeno, le interazioni idrofobiche e i legami ionici, vengono interrotti. La denaturazione può essere reversibile o irreversibile. In alcuni casi, le proteine possono riacquistare la loro struttura nativa una volta rimosso l’agente denaturante.

La denaturazione delle proteine è un processo fondamentale in biochimica e biologia molecolare. Questo fenomeno si verifica quando una proteina perde la sua struttura tridimensionale, essenziale per la sua funzione, a causa di variazioni ambientali come temperatura, pH o concentrazione di soluti.

Quando c’è la denaturazione delle proteine?

So che vuoi arrivare al sodo e capire se la denaturazione delle proteine possa farti male, ci arriviamo tra un attimo!

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Tipi di Denaturazione delle Proteine

La denaturazione delle proteine può essere causata da diversi fattori, tra cui:

• Denaturazione chimica: La denaturazione chimica delle proteine avviene quando le proteine vengono trattate con sostanze chimiche (acidi o basi, ad esempio) e può produrre altri legami tra le molecole circostanti, ma nel complesso non altera le proteine e la loro biodisponibilità. La somministrazione di gocce di limone ad un uovo è il classico esempio di denaturazione delle proteine (proprio perché il succo di limone è come se cuocesse gli alimenti).
• Denaturazione fisica: Comprende denaturazione meccanica e termica.
• Denaturazione meccanica: Lo sbattimento delle uova per mezzo delle fruste è la denaturazione meccanica.
• Denaturazione termica: La somministrazione di calore al cibo può generare denaturazione delle strutture proteiche del cibo, secondo un determinato range energetico. Questo vuol dire che se somministro troppo calore ad un cibo, le sue proteine coaguleranno e perderò la biodisponibilità delle strutture presenti nel cibo che mi appresto a consumare.

Il Ruolo del Calore nella Denaturazione

La temperatura è uno dei principali fattori che influenzano la denaturazione delle proteine. Le temperature critiche a cui le proteine denaturano variano notevolmente a seconda della loro struttura e funzione. Le proteine mesofile, che si trovano negli organismi che vivono a temperature moderate, tendono a denaturarsi a temperature comprese tra 40°C e 60°C. Le proteine psicrofile, presenti negli organismi che vivono in ambienti freddi, denaturano a temperature molto più basse.

Esempio Pratico: Le Proteine dell'Uovo

L’uovo è composto da albume (dove c’è una prevalenza di proteine) ed il tuorlo (dove ci sono proteine e grassi). Quando cuociamo un uovo fritto avremo l’albume che acquisisce una consistenza solida-morbida, mentre il tuorlo liquido-sabbiosa. Più aumentiamo la temperatura e più l’uovo può diventare tossico.

Infatti oltre ad assistere alla denaturazione, alla coagulazione delle proteine dell’uovo, se continuiamo a somministrargli calore, l’uovo sviluppa TMAO (trimetilammina-N-ossido) e diventa a tutti gli effetti nocivo per la salute! La trimetilammina-N-ossido è un metabolita che si sviluppa quando un uovo viene cotto troppo ed è correlato con l’aumento dell’incidenza di infarti ed ictus.

Denaturazione delle proteine entro i 60°

Rifacciamoci all’uovo, perché è uno degli alimenti più proteici e più studiati nella sua composizione proteica. È inutile discutere della denaturazione meccanica, perché al limite ci fermeremmo alla denaturazione delle proteine e non andremmo oltre.

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Aumento oltre i 60°

Ma se aumento la temperatura di cottura di oltre i 60° avrò la coagulazione delle proteine e la perdita della biodisponibilità delle proteine per le nostre strutture e funzioni cellulari.

Denaturazione vs. Coagulazione: Qual è la Differenza?

È importante sapere invece che la denaturazione delle proteine è tutt’altra cosa rispetto alla coagulazione e la differenza è determinante ai fini della del tuo cibo proteico o della tua integrazione proteica ideale. Si tratta della fase successiva alla denaturazione delle proteine.

La coagulazione non fa digerire le proteine, mentre la denaturazione sì. Sono due cose distinte, però. Per cui se sentirai parlare di denaturazione delle proteine, avrai di che stare tranquillo.

La coagulazione è il collasso delle catene polipeptidiche che convogliano in un ammasso di elementi non più assorbibili, che fanno assomigliare le proteine più ad un proteoma che ad altro! Il problema sopraggiunge quando coagulano.

La coagulazione fa male.

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Integratori Proteici e Denaturazione

La maggior parte degli integratori proteici prevede un surriscaldamento del siero del latte della materia prima fino oltre i 70° centigradi. Questo vuole dire che non avremo più la denaturazione delle proteine, ma la maggior parte di queste saranno coagulate.

Esempio della Ricotta

La ricotta scalda invece intorno ai 90° e c’è chi pensa di stare assumendo un cibo composto da proteine e grassi! Il problema è che con questi aumenti di temperatura ci sarà poco da potere beneficiare da un punto di vista nutrizionale!

Fattori che influenzano la denaturazione termica

Oltre alla temperatura, altri fattori possono influenzare la denaturazione termica. Il pH, ad esempio, può alterare la carica delle catene laterali degli amminoacidi, destabilizzando la struttura proteica. La concentrazione proteica è un altro fattore importante. In soluzioni altamente concentrate, le proteine possono interagire tra loro, influenzando la loro stabilità termica. Infine, la sequenza amminoacidica e la struttura primaria della proteina giocano un ruolo cruciale.

Implicazioni della Denaturazione per la Funzione Biologica

La denaturazione delle proteine ha un impatto significativo sulla loro funzione biologica. Ad esempio, gli enzimi, che sono proteine catalitiche, perdono la loro attività quando denaturano. Anche le proteine strutturali, come il collagene, possono perdere la loro funzione quando denaturano. Inoltre, la denaturazione può esporre regioni idrofobiche delle proteine, portando alla formazione di aggregati proteici.

Denaturazione Proteica e Cottura degli Alimenti

Cucinare gli alimenti è una pratica risalente alla notte dei tempi, come conseguenza della scoperta del fuoco. Lo sviluppo della tecnica della cottura molto probabilmente fu dovuta ai miglioramenti che la stessa apportasse in termini di digeribilità dei diversi prodotti provocando meno problemi intestinali (infettivi, digestivi eccetera) e, di conseguenza, garantendo una sopravvivenza più lunga.

Gli alimenti sottoposti ai vari trattamenti termici occupano oggi gran parte delle nostre scelte alimentari. I suggerimenti il tal senso sono quelli di consumare in rapporto più o meno equo - settimanalmente - cibo cotto e crudo, spesso però la quantità di quello cotto risulta essere molto maggiore.

Una scelta che ha conseguenze bifronti: da un lato, un impoverimento del cibo per la perdita di una buona quantità dei componenti termolabili, modificati o addirittura distrutti (vitamine in primis); dall’altro, non solo la protezione da batteri, microrganismi e tossine potenzialmente patogeni, ma anche una maggiore digeribilità di alcuni alimenti (ad esempio i legumi). Infine, molti cibi cotti risultano più gradevoli al consumo, non solo per il gusto, ma anche per i profumi che vengono sprigionati e che stimolano positivamente i meccanismi della digestione.

Iniziamo col dire che qualsiasi sia il metodo di cottura, questa provocherà inevitabilmente dei cambiamenti rispetto al prodotto di partenza (processi di trasformazione delle strutture molecolari dei costituenti principali), cerchiamo di analizzare in sintesi questi cambiamenti.

1. La denaturazione delle proteine, che approfondiremo più tardi nel dettaglio, limitiamoci a dire sostanzialmente può essere considerata una modificazione positiva, in quanto migliora la digeribilità di quasi tutti gli alimenti. Un’eccezione è però ad esempio il tuorlo d’uovo. Come esempio possiamo citare l’uovo bollito: il migliore non è quello sodo, ma quello à la coque, in cui l’albume è rappreso e il tuorlo quasi liquido.
2. La disidratazione dei carboidrati porta alla formazione di una crosta superficiale, di colorazione brunastra, associata di solito a una maggiore gradevolezza (pane, prodotti da forno in genere). Da evitare assolutamente è, però, ogni minima carbonizzazione della superficie.
3. Le componenti grasse (lipidi), vengono innescate nell’ossidazione e idrolizzate: l’ossidazione successiva - pur lenta - genera sostanze potenzialmente dannose e limita i tempi di conservazione; l’idrolisi induce la formazione di acidi grassi liberi che migliorano la digeribilità dell’alimento, ma che accelerano i processi ossidativi, riducendo più rapidamente i tempi di conservazione del prodotto.

È intuibile che quanto maggiore è la temperatura di cottura, minore è il tempo in cui il cuore del cibo raggiunge una desiderata cottura e allo stesso tempo più veloce sarà la formazione della crosta esterna.

Metodi di Cottura e Denaturazione Proteica

Diversi metodi di cottura influenzano le proteine in modi diversi:

• Cottura in umido: (in acqua o vapore come veicolo di trasferimento di calore). Partiamo col dire che la cottura al vapore è senz’altro meno efficiente di quella in acqua (bollitura) ma senz’altro preserverà una maggior quantità di nutrienti, soprattutto quelli idrosolubili che nel secondo caso andranno a riversarsi inevitabilmente nell’acqua di cottura (vitamine, minerali e zuccheri). Nella cottura al vapore al contrario le perdite saranno senz’altro inferiori, un trucco per recuperare gli elementi dispersi in acqua di cottura durante la bollitura è il riutilizzo dei liquidi per brodi o salse ad esempio.
• Frittura: È una cottura rapida legata alle alte temperature di “bollitura” degli oli, nell’alimento questo “shock termico” (immersione in olio bollente) provoca la rapida formazione di quella crosta di cui abbiamo parlato in precedenza mantenendo al contempo la sofficità del prodotto all’interno. I pregi della frittura sono senz’altro i bassi tempi a cui l’alimento viene sottoposto, sarà però importante evitare che gli stessi si “impregnino” eccessivamente di olio (max 8-20%) e che l’olio non raggiunga o superi il punto di fumo (formazione di composti dannosi per la salute). Sarà inoltre importante la scelta dell’olio, da prediligere senz’altro olio di arachide ed eventualmente olio di oliva, da evitare invece gli oli di semi (compreso quello di girasole), di mais o di soia contraddistinti da punti di fumo relativamente bassi.
• Cottura al forno: Utilizza calore secco e risulta essere meno efficiente della bollitura ma presenta diversi vantaggi, la possibilità di contenere o omettere l’utilizzo di oli e grassi, la possibilità ad esempio per la cottura delle carni di cospargere l’alimento con sale grosso in grado di proteggere da eventuali carbonizzazioni lo stesso o l’utilizzo del “cartoccio”, utilizzando cotture ad alte temperature ma preservando al contempo i nutrienti del prodotto in questione.
• Cottura al microonde: Utilizzato principalmente per lo scongelamento rapido degli alimenti (in particolare le carni) oggi viene utilizzato nella pratica casalinga per la preparazione di vere e proprie ricette e piatti, come cottura vera e propria degli stessi. Il risultato di una cottura al microonde può essere paragonato a quello ottenuto con la bollitura senza però quella perdita di nutrienti dovuta alla presenza dell’acqua di cottura, gli svantaggi sono per la maggior parte legati all’organoletticità del prodotto poiché difficilmente si andrà a formare la famosa crosticina superficiale.

Denaturazione Proteica nel Latte e nelle Uova: Esempi Specifici

Analizziamo ora nel dettaglio il fenomeno della denaturazione proteica andando a prendere poi un alimento come target valutando gli effetti della cottura sulla componente proteica e, dunque, valore biologico e digeribilità finale del prodotto.

Latte

Analizziamo ora la denaturazione vera e propria della quota proteica durante i trattamenti termici del latte, partendo col dire che nel latte le sieroproteine sono quelle più suscettibili a “perturbazioni” da parte del calore, mentre la caseina non subisce modificazioni visibili fino ai 100° C.

Le proteine suscettibili di denaturazione termica risultano essere principalmente la beta-lattoglobulina (?Lg) e l’alfa-lattoalbumina (?La). Il contenuto in sieroproteine rappresenta pertanto un indice significativo della valutazione dei trattamenti termici subiti dal latte insieme ad altri parametri chimici, tale denaturazione, viene descritta come un processo che avviene in due stadi, di cui il primo è la perdita di struttura secondaria e terziaria e la seconda è l’aggregazione.

Dunque quando sottoponiamo il latte o uno dei suoi derivati ad un trattamento termico (come la bollitura durante la colazione o la cottura di un formaggio per la preparazione di un qualsiasi piatto a base dello stesso) le modifiche ai danni della frazione proteica saranno: in primis (primi minuti dopo il raggiungimento di una temperatura compresa tra 80° - 130°) le sieroproteine inizieranno a denaturarsi successivamente (all’aumentare del tempo del trattamento termico) inizieranno invece ad interagire tra di loro e con le micelle caseiniche andando così a formare degli aggregati proteici solubili.

Il risultato di questi fenomeni sarà pertanto:

1. la possibilità di un decadimento delle proprietà nutrizionali dell’alimento causa diminuzione della biodisponibilità di alcuni aminoacidi;
2. aumento dei tempi e diminuzione dell’effettiva digeribilità del prodotto.

Uova

Andiamo a capire però quali possono essere i metodi di cottura migliori per sfruttare al meglio le componenti nutrizionali contenute nelle uova e valutando come di conseguenza possano cambiare i tempi di digestione delle stesse.

Analizziamo in generale le possibili modifiche nella composizione delle uova durante trattamenti termici, in letteratura vengono riportate principalmente danni a carico di tiamina e riboflavina che possono subire riduzioni fino al 20% rispetto al contenuto iniziale, mentre molto importante sempre riguardo le vitamine sarà la conservazione delle uova, sempre dati in letteratura riportano come temperature di conservazione superiori ai 15°C risultano in perdite di vitamine come vitamina A, niacina, riboflavina e tiamina, le temperature ottimali di conservazione risultano essere uguali o inferiori ai 10°C.

Passiamo ora alla componente proteica, uno studio ha valutato i possibili effetti della pastorizzazione (55°C per 180 min) sulla qualità proteica dell’albume, i ricercatori in questione dopo aver sottoposto 10 dozzine di uova a questo trattamento termico hanno valutato settimanalmente per 2 mesi il contenuto, la qualità e la digeribilità delle proteine.

I risultati comparati con albume non pastorizzato non rivelarono differenze e/o decadimenti nelle proprietà nutrizionali e nella qualità proteica e la digeribilità risultò addirittura migliore in quelle pastorizzate. Tali evidenze vengono confermato da un altro studio in cui vennero comparati assunzioni di uova cotte e uova crude marcate con “stable isotope-label” I cui risultati dimostrarono assorbimenti proteici a livello dell’ileo del 92% nel caso delle uova cotte e del 51% nel caso delle uova crude. Infine, per confermare ancora l’importanza del consumare uova cotte piuttosto che crude, un altro studio dimostrò come la cottura delle uova possa ridurre l’allergenicità delle stesse relative all’ovoalbumina.

Riassumendo, per le uova, non sembrano esserci decadimenti relativi alla cottura del prodotto che possano influenzare il contenuto o la qualità proteica, in ogni caso la cottura determinerà modifiche strutturali a carico della componente proteica che, non si rifletteranno in riduzioni della % di assorbimento/digeribilità della stessa che al contrario, aumenterà, ma avrà effetti diversi nelle tempistiche di digestione (in base al tipo di cottura).

Dunque per quanto abbiamo detto finora l’impatto della cottura in generale risulta essere diverso in base al tipo di matrice alimentare (e di conseguenza la componente proteica) che abbiamo di fronte, dunque non esistono regole universali.

Tabella Riassuntiva: Effetti della Cottura su Latte e Uova

Alimento	Trattamento Termico	Effetti sulla Qualità Proteica	Effetti sulla Digeribilità	Effetti Vitaminici
Latte	Prolungato (80-130°C)	Possibile decadimento della biodisponibilità degli aminoacidi	Diminuzione	Decadimento
Uova	Pastorizzazione (55°C per 180 min)	Nessun decadimento	Aumento	Possibile riduzione di tiamina e riboflavina

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