Acqua
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ACQUA. Fa parte della classe di nutrienti essenziali che non apportano energia Componente degli alimenti Alimento di per se. Quantità media di acqua negli alimenti. Funzioni negli alimenti. Solvente universale Sostanze inorganiche (sali, acidi e basi):

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ACQUA

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Presentation Transcript


Acqua

ACQUA

  • Fa parte della classe di nutrienti essenziali che non apportano energia

  • Componente degli alimenti

  • Alimento di per se


Quantit media di acqua negli alimenti

Quantità media di acqua negli alimenti


Funzioni negli alimenti

Funzioni negli alimenti

  • Solvente universale

    • Sostanze inorganiche (sali, acidi e basi):

    • Sali: ioni solvatati per dissociazione elettrolitica

    • Acidi e Basi: si ionizzano, aumentando, rispettivamente [H+] ed [OH-]

    • Sostanze organiche: composti polari contenenti un solo gruppo polare

    • –OH, -COOH, -NH2 (alcoli, vitamine, zuccheri, gas, pigmenti)

  • Molecola ionizzabile (H3O+, OH-)

  • Influenza aspetto/consistenza degli alimenti

  • Nelle reazioni chimiche/enzimatiche:

    • Fase solvente (ambiente di reazione)

    • Reagente (es. reazioni di idrolisi):

      • Proteine + H2O → n aminoacidi

      • Trigliceridi + H2O → glicerolo + acidi grassi

      • Polisaccaridi (amido) + H2O → monosaccaridi (glucosio)

  • Stabilizza i sistemi colloidali mediante l’idratazione

  • Indispensabile per la crescita dei micro-organismi


Propriet colligative dell acqua

Proprietà colligative dell’acqua

  • Sono correlate alla concentrazione del soluto disciolto ma indipendenti dalla sua natura

  • Tra queste:

  • Tensione di vapore  la presenza di molecole di soluto sulla superficie della soluzione riduce l’evaporazione

  • Punto di ebollizione  innalzamento del punto ebullioscopico;

  • Punto di congelamento  abbassamento crioscopico

  • QUESTE COSTANTI SONO IMPORTANTI PER VALUTARE LA QUALITA’ DI MOLTI PRODOTTI ALIMENTARI


Propriet chimico fisiche

PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE

  • Unico composto inorganico presente in natura allo stato solido, liquido e gassoso

  • Molecola binaria

  • Ibridizzazione O = sp3 (O è al centro di un tetraedro)

  • Lunghezza del legame O-H = 0.96Å

  • Struttura non lineare, angolo di legame = 104.5° in fase vapore

  • Legame O-H di tipo covalente (σ) con parziale carattere ionico (40%)

    • Elettronegatività O = 3.5, Elettronegatività H = 2.1

  • Dipolo elettrico con O δ- e H δ+

  • Forze di attrazione elettrostatica intermolecolari molto forti = Legami Idrogeno (lunghezza legame H---O = 1.86 Å)

  • Forte influenza su densità, tensione superficiale, punto di fusione, punto di ebollizione

  • Costante dielettrica (D) = 80x quella del vuoto


Legame idrogeno

Legame idrogeno

  • Si forma per effetto dell’affinità che possiede un atomo elettropositivo come l’idrogeno (H) verso atomi molto elettronegativi come l’ossigeno (O). L’energia di legame è circa il 10% del legame covalente

  • È il legame intermolecolare più forte : 10 Kcal/mol


Proprieta chimico fisiche

PROPRIETA’ CHIMICO-FISICHE

  • Stato solido: le molecole d’acqua unite da numerosi legami idrogeno formano una struttura a tetraedri regolari,separati da tunnel esagonali vuoti  ghiaccio come polimero di struttura cristallina.

  • Stato gassoso: vapore considerabile come monomero.

  • Stato liquido: due fasi

  • fase continua: singole molecole disordinate

  • fase discontinua: aggregati molecolari uniti da

    legami H, struttura ben definita simil-ghiaccio ma distanze intermolecolari minori

    Equilibrio dinamico tra f. continua e f. discontinua.

  • Polarità e legame idrogeno determinano le peculiari proprietà chimico - fisiche dell’H2O


Gli effetti del legame idrogeno dell acqua

Compounds

MW

MP(C)

BP(C)

CH4

16

-184

-164

34

-16

H2S

-86

18

100

(-80)

H2O

0

(- 90)

GLI EFFETTI DEL LEGAME IDROGENO DELL’ACQUA


Alcune costanti fisiche

Alcune Costanti Fisiche

  • Punto di fusione (1 Atm) 0.0 °C

  • Punto di ebollizione (1 Atm)100.0 °C

  • natura dipolare dell’acqua spiega le sue ottime proprietà solventi verso composti organici ed inorganici

  • Calore specifico a 15°C 1.0 cal/g

    • È il più alto delle sostanze conosciute

    • Acqua come importante sistema di regolazione della temperatura.

  • Calore di fusione a 0°C 79.8 cal/g

  • Calore di vaporizzazione a 100°C 539.2 cal/g

  • Calore di sublimazione a 0°C 675.6 cal/g

    • Liofilizzazione

  • Volume specifico (vapore)1674.0 ml/g

  • Volume specifico (liquido) 1.0 ml/g

  • Volume specifico (solido) 1.1 ml/g

  • Costante di dissociazione (Kw) 10-14


Diagrammi di fase

Diagrammi di fase


Diagramma di fase dell acqua

Diagramma di fase dell’acqua


Perch l acqua un buon solvente

PERCHÉ L’ACQUA È UN BUON SOLVENTE?

  • Tensione superficiale elevata: azione fisica di dispersione delle molecole di soluto dovuta alla elevata attività delle molecole di acqua sulla superficie del soluto

  • Costante dielettricaelevata: 80X quella del vuoto. Diminuisce l’efficacia delle forze attrattive di natura elettrostatica che tendono a tenere unite tra loro molecole/ioni di soluto

  • Legame a idrogeno: permette l’idratazione dei soluti polari


Forme di acqua negli alimenti

“Forme” di acqua negli alimenti

  • ACQUA LIBERA (o MOBILE), fino al 96%

    • Contenuta negli spazi intergranulari e all’interno dei macrocapillari (acqua intrappolata)

    • Trattenuta solo da forze fisiche

    • Conserva le tipiche caratteristiche chimiche dell’acqua

      • Solvente per sistemi cristallini e per molecole polari

      • Disperdente per i sistemi colloidali

      • Emulsionante per le sostanze grasse


Forme di acqua negli alimenti1

“Forme” di acqua negli alimenti

  • ACQUA LEGATA (o INCONGELABILE), fino al 4-5%

    • ACQUA DI CRISTALLIZZAZIONE (es. FeSO4 . 7H2O, stato solido):

    • residuo di acqua nei cristalli di un sale dopo evaporazione della soluzione

    • ACQUA VICINALE o DELLO STRATO MONOMOLECOLARE (0.5±0.4%)

      • Acqua di idratazione o solvatazione:se i soluti sono ioni. Legata con interazioni di natura elettrostatica

        • NaCl, 8 molecole di acqua nella prima sfera di idratazione

        • Fe3+, Cr3+, Ni2+ in acqua (complessi ottaedrici; ibridazione sp3d2)

      • Acqua dello strato monomolecolare (monostrato):se i soluti sono molecole polari (es. glucosio; amidi; pectine; proteine; ecc…). L’elevata energia di adsorbimento (1-15 kcal/mol) rende difficile l suo allontanamento dagli alimenti.

    • ACQUA IMMOBILIZZATA (multistrato), 3±2

      E’ quella che risente ancora del campo elettrostatico dei soluti e si sistema in molteplici strati successivi al monomolecolare.


Acqua legata acqua di cristallizzazione feso 4 7h 2 o

ACQUA LEGATAAcqua di cristallizzazioneFeSO4 .7H2O


Acqua legata acqua vicinale acqua di idratazione es na cl e fe 3

ACQUA LEGATAAcqua vicinaleAcqua di idratazione, es. Na+Cl- e Fe3+

  • Forze elettrostatiche tra H2O e ioni di soluto


Acqua legata acqua vicinale acqua monostrato es d glucosio

ACQUA LEGATAAcqua vicinaleAcqua monostrato, es. β-D-Glucosio

  • Legami idrogeno tra H2O e molecole con gruppi polari

  • 3.7 molecole di H2O x 1 di zucchero


Attivit dell acqua a w

Attività dell’acqua (aw)

  • Fornisce una stima quantitativa della frazione di acqua libera contenuta in un alimento

  • L’acqua libera:

    • è prontamente utilizzata dai micro-organismi per la loro riproduzione;

    • consente l’interazione per contatto dei reagenti nelle reazioni chimiche o enzimatiche, desiderabili o indesiderabili

      • imbrunimento termico o reazione di Maillard

      • imbrunimento enzimatico

  • È uno dei fattori più critici nel determinare qualità e sicurezza di alimenti, farmaci, cosmetici:

    • Stabilità chimica e biologica (shelf life, safety)

    • Aspetto, consistenza, sapore, odore


Attivit dell acqua a w definizione

Attività dell’acqua (aw) Definizione

  • È il rapporto tra la pressione di vapore presente al di sopra dell’alimento (pa), ad una certa temperatura, e la pressione di vapore dell’acqua pura (p0) alla stessa temperatura:

  • aw = pa / p0

    • aw è una costante caratteristica di ogni alimento (a t = cost.)

  • L’equazione è equivalente a quella che esprime la legge di Raoult per le soluzioni contenenti soluti non volatili:

  • xw = p soluzione/ p0 solvente

    • Poiché xw( frazione molare) è sempre < 1, p è sempre inferiore a p0

  • Analogamente il valore di attività dell’acqua negli alimenti è sempre inferiore a 1 (0 < aw <1)

  • In una camera ermetica l’acqua libera contenuta in un alimento, evaporando spontaneamente, tende a saturare l’ambiente fino all’equilibrio:


Velocit relative di deterioramento degli alimenti come funzione di a w

Velocità relative di deterioramento degli alimenti come funzione di aw


Valori approssimati di a w per alcuni alimenti

Valori approssimati di awper alcuni alimenti


Acqua

pH

  • Il pH esprime la concentrazione di ioni idrogeno in una soluzione (acidità)

    • pH = - Log10 [H3O+]

  • La cinetica delle reazioni chimiche ed enzimatiche dipende anche dal pH dell’ambiente

  • La maggior parte dei batteri si sviluppa in ambienti il cui pH è compreso tra 4,5 e 9.

  • La maggior parte dei batteri non si riproduce se l’ambiente è fortemente acido.


Deteriorabilit degli alimenti in funzione di a w e ph

Deteriorabilità degli alimentiin funzione di awepH


L alimento acqua

“L’ALIMENTO” ACQUA

  • “Access to safe water is a fundamental human need and, therefore, a basic human right. Contaminated water jeopardizes both the physical and social health of all people. It is an affront to human dignity.”

    (Kofi Annan, United Nations Secretery-General, in “Right to water”, 2003)

  • Poter disporre di acqua sicura (potabile) è una necessità fondamentale dell'uomo e pertanto un diritto fondamentale dell’umanità. Un’acqua contaminata compromette la salute fisica e sociale delle popolazioni. E’ un affronto per la dignità umana.


Definizione delle acque destinate al consumo umano d l 2 2 2001 n 31

DEFINIZIONE DELLE ACQUE DESTINATE AL CONSUMO UMANO (D.L. 2/2/2001, n. 31)

“Ai fini del presente decreto, si intende per acque destinate al consumo umano:

  • le acque trattate o non trattate, destinate ad uso potabile, per la preparazione di cibi e bevande, o per altri usi domestici, a prescindere dalla loro origine, siano esse fornite tramite una rete di distribuzione, mediante cisterne, in bottiglie o in contenitori;

  • le acque utilizzate in un’impresa alimentare per la fabbricazione, il trattamento, la conservazione o l’immissione sul mercato di prodotti o di sostanze destinate al consumo umano…”


Il componente principale del corpo umano

È IL COMPONENTE PRINCIPALE DEL CORPO UMANO


Coinvolta in una serie di funzioni

È coinvolta in una serie di funzioni:

  • Solvente per le numerose sostanze chimiche

  • Regola la temperatura corporea e il volume cellulare

  • Rende possibile il trasporto di nutrienti e la rimozione di scorie metaboliche

  • Favorisce i processi digestivi

  • È una fonte di sali minerali

  • Svolge un ruolo di diluente delle sostanze introdotte nell’organismo, farmaci inclusi


Il bilancio idrico

Il bilancio idrico

  • Acqua esogena

    • Introdotta con le bevande e gli alimenti

  • Acqua endogena

    • Prodotta con il metabolismo e non sufficiente a coprire il fabbisogno (circa 300 ml/die)

      • Carboidrati0.6 g/g

      • Proteine0.4 g/g

      • Lipidi1.07 g/g

  • Fabbisogno

    • Adulto: 1 ml/kcal

    • Bambino: 1.5 ml/kcal (a causa del maggior contenuto di acqua corporea per unità di peso)

  • In condizioni fisiologiche il turnover giornaliero nell’adulto è pari al 4% del peso corporeo


Il bilancio idrico1

Il bilancio idrico


Requisiti igienici fondamentali

REQUISITI IGIENICI FONDAMENTALI

  • BUONA ACCESSIBILITA'

  • GRADEVOLEZZA (requisito auspicabile ma non vincolante)

    • Limpida, incolore, inodore, insapore

  • INNOCUITA’ (esigenza obbligata)

    • Parametri microbiologici

    • Parametri chimici

    • Parametri indicatori

    • Radioattività

    • Parametri accessori


Criteri di scelta dei parametri microbiologici

CRITERI DI SCELTA DEI PARAMETRIMICROBIOLOGICI

  • L’obiettivo consiste nel verificare la possibilità di un inquinamento fecale pertanto:

    • non si ricercano direttamente i potenziali patogeni (batteri, virus, protozoi) che richiederebbero molte analisi complesse e molto tempo per ottenere i risultati

    • ma si ricercano degli “indicatori fecali” che sono assai più numerosi e sempre presenti


Acqua

CRITERI DI SCELTA DEI PARAMETRI CHIMICO-FISICIE DELLE MASSIME CONCENTRAZIONI AMMESSECOMPOSTI NON CANCEROGENI

  • Si calcola la dose giornaliera tollerabile (DGT) esente da effetti sfavorevoli:

    • NOAEL = Livello senza effetti sfavorevoli osservabili

    • LOAEL = Livello con effetti sfavorevoli osservabili minimi

    • FS = Fattore di sicurezza basato su variabilità individuale, tipo di effetto, etc. (da 1 a 1000)

  • Dalla DGT si deriva la concentrazione massima ammissibile (CMA) in funzione di peso corporeo (P), volume di acqua ingerito giornalmente (V) e presenza della sostanza in altri alimenti o matrici ambientali (F)


  • Acqua

    CRITERI DI SCELTA DEI PARAMETRI CHIMICO-FISICIE DELLE MASSIME CONCENTRAZIONI AMMESSECOMPOSTI CANCEROGENI(per es. metalli pesanti, cianuro, arsenico, ecc…)

    • Come per l’aria, i valori proposti come limiti corrispondono in realtà ad una stima di aumento del rischio di cancro pari ad 1 caso su 100.000 in soggetti esposti per tutta la durata della vita (70 anni) alla concentrazione in oggetto.

    • Nota: talora 1/10.000 o 1/1.000.000


    Acque minerali naturali

    Acque minerali naturali

    • Definizione

      • “acque che, avendo origine da una falda o giacimento sotterraneo, provengono da una o più sorgenti naturali o perforate e che hanno caratteristiche igieniche particolari e, eventualmente, proprietà favorevoli alla salute”.

    • Per le acque potabili, le ultime due specificazioni (caratteristiche igieniche e proprietà salutari) non sono invece richieste


    Classificazione in base al residuo fisso

    Classificazione in base al residuo fisso


    Classificazione in base alle sostanze disciolte

    Classificazione in base alle sostanze disciolte


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