Cottura degli alimenti: le più importanti modificazioni che avvengono

Le trasformazioni chimico-biologiche che si verificano durante la cottura degli alimenti, sono complesse; le differenti tecniche di cottura incidono in maniera più o meno rilevante, sia sulle trasformazioni a carico dei principi nutritivi (protidi, lipidi, glucidi, vitamine, sali minerali) sia sulle qualità organolettiche finali del cibo cotto.

Modificazioni a carico delle Proteine.
La denaturazione è una modificazione della struttura secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine, questo avviene senza intaccare la struttura primaria di esse.
Il meccanismo di questo fenomeno è assai complesso, le proteine globulari sono tenute insieme da differenti legami; la denaturazione rompe, più o meno completamente, questi legami e di conseguenza dispiega la catena, che perde così le proprietà biologiche originarie. In genere cambiano anche le proprietà chimico-fisiche, si formano stati di coagulazione, aggregazione ed avviene una diminuzione delle solubilità.
Il calore è sicuramente il principale agente fisico denaturante delle proteine alimentari. La denaturazione proteica inizia alle temperature di 60°C-70°C; ma può avvenire anche chimicamente per azione delle sostanze acide o di enzimi coagulanti.
La proteina denaturata migliora la sua digeribilità in quanto viene facilitato l'attacco degli enzimi proteolitici dello stomaco.


La Reazione di Maillard
Questa reazione comporta, nell'alimento, la produzione di alcuni composti bruni aromatici e sapidi durante la cottura.
Il principio è molto semplice: sotto l'azione del calore, quando un gruppo amminico NH2 di un amminoacido delle proteine viene a contatto con uno zucchero, si elimina una molecola di acqua ed i due reagenti si legano dando vita alla "base di Schiff", questa base è molto instabile e viene, a sua volta, trasformata in un altro prodotto, denominato "prodotto di Amadori", quest'ultimo, attraverso una serie di reazioni si trasforma in una serie di composti policarbonilici aromatici, aventi una struttura chimica complessa. Sono proprio questi che conferiscono quel particolare sapore di cotto ed il caratteristico colore bruno.
Bisogna ricordare che questa Reazione di Maillard dà luogo alla formazione di un composto intermedio molto importante, detto HMF (idrossimetilfurfurolo) ed anche a complessi chimici bruni detti melanoidine.
Da questa reazione deriva il motivo per cui i cibi arrostiti o fritti sono sempre più saporiti dei cibi bolliti o cotti al vapore.
Dal punto di vista nutritivo, la Reazione di Maillard, comporta leggere perdite dell'amminoacido lisina ed una diminuzione della digeribilità proteica a causa delle melanoidine, inattaccabili dagli enzimi digestivi.


L'idrolisi proteica
L'idrolisi delle catene polipeptidiche si verifica frequentemente durante la cottura, soprattutto se l'ambiente del cibo che cuoce è acido.
Questa reazione comporta la rottura del legame peptidico che unisce gli amminoacidi e la formazione di oligopeptidi ed amminoacidi liberi.
Questa trasformazione migliora la digeribilità delle proteine ed incide minimamente sul valore nutritivo dell'alimento.
Le temperature elevate, sopra i 100°C, agiscono modificando chimicamente la catena laterale di alcuni amminoacidi. Quelli più sensibili all'azione termica sono:
AA solforati: cisteina, cistina, metionina, questi sono amminoacidi che possono liberare idrogeno solforato;
AA eterociclici: triptofano, tirasina e istidina, quando si cuoce la carne alla griglia, con temperatura sicuramente sopra i 200°C, dal triptofano si possono formare derivati eterociclici tipo il benzopirene, dotati di potere mutageno e cancerogeno.
Durante i trattamenti termici prolungati ed in presenza dell'ossigeno può avvenire anche l'ossidazione dei gruppi R degli amminoacidi.

Modificazioni a carico dei Glucidi.
I Glucidi risentono in maniera positiva o negativa della cottura a seconda se si tratti di zuccheri semplici (saccarosio) o complessi (amido).
Il saccarosio e tutti gli zuccheri semplici, se riscaldati nell'acqua aumentano notevolmente la loro solubilizzazione. L'idrolisi del saccarosio è favorita dalla presenza di sostanze acide in soluzione(procedimento utilizzato in passato per generare lo zucchero invertito). Avviene così la scomposizione dello zucchero in glucosio e fruttosio (i suoi due costituenti).
Il saccarosio riscaldato a secco liquefa a 160°C e comincia a caramellizzare a 170°Ccirca. La caramellizzazione è dovuta ad una serie di reazioni di disadratazione che portano alla ricombinazione dei numerosi atomi di ossigeno costituenti gli zuccheri semplici. Si rendono così possibili nuove ridisposizioni molecolari, con la formazione di numerose sostanze, volatili e non, e loro polimeri (HMF).
Il caramello che ne deriva è un liquido bruno, molto denso, dall'odore caratteristico di zucchero bruciato, viene spesso utilizzato nell'industria alimentare anche come colorante (E 150a, E 150b, E150c, E 150d).
L'Amido, che è il principale componente dei cereali e delle patate, può essere cotto in acqua oppure a secco.
Durante la cottura in acqua i granuli di amido cominciano a rigonfiare ed inglobare rapidamente acqua in grandi quantità, alla temperatura di 65°C 70°C. L'inglobamento dell'acqua, chimicamente parlando, può avvenire fra gli ossidrili che collegano le molecole di amilopectina o di amilosio.
A temperature maggiori, 90°C 95°C si forma una massa gelatinosa dovuta al fatto che le molecole di acqua cominciano a penetrare liberamente tra le molecole di amido, diminuendo, a questo punto la temperatura, aumenta lo stato del gel causando il rigonfiamento del prodotto. I gel di amido tendono a liquefarsi facilmente col calore per riformarsi poi a temperatura ambiente. La formazione dei gel è ritardata da presenza di sostanze acide.
L'amido cotto a secco ed ad alte temperatura(160°C) subisce dapprima una parziale idrolisi con formazioni di molecole più semplici come destrine, maltosio ed anche glucosio. Successivamente gli zuccheri semplici così formati, subiscono le reazioni di caramellizzazione, avvengono cioè complesse reazioni di disidratazione degli zuccheri semplici, con formazione di numerosi composti tra cui l'HMF, che si polimerizza. Queste sostanze volatili, possono derivare dalla Reazione di Maillard nel caso in cui gli zuccheri semplici si combinino con i gruppi amminici delle proteine. (reazione che si verifica nella cottura del pane, dove gli amidi si combinano con il glutine dando origine alla formazione della crosta bruna aromatica tipica del prodotto).
Questo fenomeno è chiamato Imbrunimento da cottura, è una trasformazione chimica non mediata da enzimi, che avviene ad elevate temperature.


Tutti i prodotti da forno vanno incontro a notevoli trasformazioni dovute al calore, vediamo nel dettaglio che cosa succede con l'aumento della temperatura:

30°C	Inizia l'espansione del gas grazie all'intersificazione della fermentazione e la produzione enzimatica di zuccheri semplici a partire dall'amido che si ammorbidisce e si plasticizza
45°C-50°C	Inattivazione e morte dei microorganismi responsabili della lievitazione (saccaromiceti)
50°C-60°C	L'amido inizia a solidificarsi e le proteine iniziano a denaturarsi
60°C-80°C	L'amido è già solido e le attività degli enzimi si interrompe. L'alcol formatosi dalla fermentazione evapora
100°C	L'impasto diventa rigido, comincia la produzione di vapore acqueo e la formazione della crosta
110°C-120°C	Formazione di un colore giallo chiaro sulla crosta (dovuto alle destrine)
130°C-140°C	Formazione di un colore bruno della crosta
140°C-150°C	Caramellizzazione (Imbrunimento della crosta)
150°C-200°C	Formazione di prodotti croccanti aromatici

Come si comprende bene nella tabella, la fase in cui si formano i sapori è quella che si svolge tra 150°C e 200°C.
Le patate, come la farina, contengono una piccola quantità di glucosio. Quando questo si riscalda insieme a proteine o amminoacidi, le due sostanze si combinano per formare un complesso che se riscaldato ulteriormente si rompe e dà origine a colore e sapore. Anche se il colore prodotto è sempre, più o meno, uguale, il sapore è differente perchè dipende dal tipo di amminoacidi presenti.

Modificazioni a carico dei lipidi.
L'Idrolisi dei lipidi consiste nella rottura, in presenza di acqua, di un gliceride (trigliceride, digliceride, monogliceride) che libera in questo modo glicerolo ed acidi grassi. In presenza di acidi grassi insaturi, la cottura può favorire l'assorbimento molecolare di ossigeno con formazione di perossidi.
I perossidi sono composti chimici contenenti una unità strutturale, costituita da due atomi di ossigeno legati tra loro. Questa reazione di ossidazione degli acidi grassi viene anche catalizzata dalla luce e può essere bloccata dagli antiossidanti.
Il punto di fumo indica la temperatura al di sopra della quale avvengono le alterazioni dei grassi.
Durante la cottura in grassi (frittura) si raggiunge il punto di fumo quando l'olio (o altro grasso utilizzato) si decompone, in pratica libera un fumo biancastro. In questo modo si sviluppa una sostanza dall'odore pungente, chiamata Acroleina, che occorre evitare assolutamente perchè altamente tossica nei confronti del fegato.
Chimicamente si verificano due reazioni conseguenti: prima, l'idrolisi dei trigliceridi con liberazione di acidi grassi e glicerolo, poi, la trasformazione del glicerolo in acroleina o aldeide acrilica.
Il punto di fumo è un dato caratteristico di ogni grasso ed è in relazione alla presenza in termini quantitativi di acidi grassi liberi in esso contenuti.

Il punto di fumo di un grasso è in relazione alla quantità di acidi grassi liberi presenti
Tipi di olio	Acidità	Punto di fumo
Olio d'oliva	0,9	175°C
Olio di arachide	0,09	207°C
Olio di girasole	0,10	209°C
Olio di soia	0,04	213°C
Olio di colza	0,08	218°C
Olio di cocco	0,20	194°C
Olio di palma	0,06	223°C
Gli olii non debbono subire continui riscaldamenti

Perdita di vitamine e sali minerali.
Il trattamento termico provoca perdite vitaminiche più o meno spinte, che dipendono dalla natura delle vitamine stesse, dall'alimento in cui si trovano, e dalla tecnica di cottura adottata.
La Tiamina (vit B1) è instabile a tutti i trattamenti termici-, la Riblofavina (vit B2) sembra più resistente, ma tuttavia risente dei processi di sterilizzazione. L'Acido Pantotenico (vit B5) viene perso nei liquidi di cottura delle carni bollite.
La Niacina (vit B3 o Vitamina PP) è tra le più resistenti al calore, ma si perde per solubilità se la cottura avviene in acqua.
L'Acido ascorbico (vit C) è instabile al calore ma anche all'aria ed alla luce. Risente negativamente dell'attività enzimatica dell'acido ascorbico ossidasi e le perdite di questa vitamina sono generalmente consistenti nei vegetali cotti o male conservati.
Normalmente i recipienti di rame aumentano la velocità di ossidazione nella vitamina C.
Per tutte le vitamine idrosolubili le perdite maggiori si riscontrano negli alimenti lessati in abbondante acqua ed in recipienti aperti.
Le vitamine liposolubili risentono negativamente dell'aumento della temperatura, tuttavia, in alcuni casi, non si riscontrano perdite rilevanti.
I Sali minerali passano facilmente in soluzione nell'acqua impiegata per la cottura. Si consiglia di cuocere gli ortaggi od altri alimenti ricchi di minerali, in poca acqua o, meglio ancora, a vapore, è bene in ogni caso, riutilizzare l'acqua di cottura così da recuperare i sali solubilizzati.

La cottura a calore secco causa in genere, perdite irrilevanti di sali minerali.

Bollitura con molta acqua	perdita massima
Bollitura con poca acqua	perdita media
Cottura al vapore	perdita medio bassa
Bollitura con pentola a pressione	perdita minima
cottura la forno a microonde	perdita minima

Come si deduce dalla tabella, con la cottura in pentola a pressione si ottengono i risultati migliori perchè vengono uniti tempi ridotti alla eliminazione del contatto dell'alimento con l'acqua.
Il cambiamento del colore degli ortaggi è condizionato principalmente dal loro contenuto in clorofilla e carotenoidi. La clorofilla diventa più scura mentre l'arancione dei carotenoidi tende a sbiadire a causa di una ossidazione.
Il calore determina la frammentazione della cellulosa in fibre più corte, rendendo l'ortaggio più morbido. L'azione del calore sulla cellulosa è favorito dal Bicarbonato di sodio, ed è per questo che esiste l'abitudine di aggiungere questa sostanza nell'acqua di bollitura.

Inattivazione di sostanze dannose.
La cottura offre il vantaggio di trasformare alcune sostanze indesiderate o tossiche, naturalmente presenti negli alimenti, in molecole innocue per la salute. In questo modo è possibile rendere commestibili alcuni alimenti che altrimenti non lo sarebbero, ma anche ottimizzare il consumo dei prodotti alimentari.

Dal punto di vista igienico, una cottura adeguata degli alimenti, è importantissima per la distruzione dei microorganismi patogeni e le loro tossine, responsabili di numerose tossinfezioni alimentari.

Legumi	(soia, fagioli etc) contengono alcuni fattori antinutrizionali come le fitoemoagglutinine capaci di legarsi ai globuli rossi del sangue e i fattori antitriptici che inibiscono gli enzimi del pancreas. L'ammollo e la cottura disattivano la loro azione negativa.
I cavoli, le verze e le rape	se consumati in grandi quantità, possono disturbare il funzionamento della tiroide a causa della goitrina. Questa sostanza gozzigena viene inattivata dalla cottura
Le patate	contengono sotto la buccia e nei germogli due alcaloidi tossici per l'organismo, la solanina e la caconina. Una sbucciatura accurata e la cottura annullano gli effetti negativi di questi alcaloidi
I semi di frutta	riferiti solo ad alcune rosacee (mandorle, prugne, pesche etc) ed alcune varietà di fagioli (fagioli fi Lima) contengono l'amigdalina che svolge l'attività cianogena (liberazione di acido cianidrico). L'avvelenamento avviene consumandone elevate quantità, ma è bene ricordare che l'acido cianidrico è un gas che sfugge dal liquido in ebollizione nel momento in cui si forma
La cellulosa	costituente di numerose verdure, viwene resa più tenera e parzialmente decomposta con la cottura. In questo modo si rendono commestibili alcuni vegetali come gli asparagi, i carciofi i cardi
L'uovo	contiene l'avidina che è una proteina antivitamina H (impedisce l'utilizzazione della biotina). La cottura dell'albume inattiva questa sostanza antinutrizionale
Il grano e la segale	contengono alcuni inibitori enzimatici che vengono inattivati con la cottura
Il mais	contiene un'antivitamina specifica capace di legarsi alla vitamina PP ed impedirne l'utilizzazione. Per eliminare questo inconveniente occorre mettere in ammollo il mais prima della cottura

Riassumendo La cottura migliora i caratteri organolettici degli alimento in funzione di:

Odore	La cottura conferisce aromi gradevoli al cibo (prodotti volatili della Reazione di Maillard)
Sapore	Il gusto del cibo migliora tipicamente nel carattere del "cotto" (Reazione di Maillard e varie modificazioni dei macronutrienti)
Colore	la temperatura e le differenti tecniche di cottura agiscono sul cambiamento di colore del prodotto
Consistenza	l'alimento cambia consistenza e migliora la sua palatabilità

Modificazioni da cottura indesiderate sono quelle che portano alla formazione di:
Benzopirene (cancerogeno)
Derivati eterociclici di vario tipo (mutageni, cancerogeni)
Acroleina (tossica per il fegato)
Radicali perossidici (tossici, cancerogeni)

Tipi di cottura

250-300°	Gratinatura
250°	Temperatura alta di forno
220-250°	Alla griglia
200-220°	Arrosto
170°	Temperatura media di forno
160-240°	Cottura al salto
160-190°	Frittura
140-250°	Cottura al forno
140-200°	Brasatura in forno
140-160°	Cottura in casseruola
130-150°	Sbollentatura in olio
120-140°	Stufatura
110°	Temp. debole di forno
110-120°	Cottura a vapore sotto pressione
100°	Sbollentatura in acqua
100°	Bollitura
90-98°	Sobbollitura
80-90°	Infusioni di the e tisane
70°	Scongelazione delle pietanze precotte
65-85°	Affogatura
50°	Maggior parte delle pietanze calde

fonti: Alimenti e Alimentazione (A. Machado).