INTRODUZIONE AL LATTE
I Principi Alimentari analizzati finora (acqua, sali minerali, glucidi, protidi, lipidi
e vitamine) sono, a varia entità, i costituenti degli alimenti che occorre introdurre
nell’organismo per rifornirlo di energia e materia per poter crescere, svilupparsi e
mantenersi in uno stato di buona salute.
Questi stessi Principi Alimentari devono costituire gli ingredienti degli alimenti da
destinare anche agli individui che necessitano di un’alimentazione particolare o
di un’alimentazione particolare dietetica, eventualmente presentati o modificati
in maniera opportuna per l’aspetto quali-quantitativo, per soddisfare i loro bisogni
nutrizionali nel particolare stato fisio-patologico in cui si trovano.
L’ alimento di più largo impiego nella popolazione infantile è il LATTE. Esso
che può essere:
• latte materno, come alimento di base
• latte vaccino, nelle varie forme di preparati lattei artificiali
• latte speciale, dedicato ad una popolazione infantile particolare
Oltre al latte ci sono vari altri alimenti con destinazione particolare e specifica, sia
per l’alimentazione dei bambini che degli adulti.
Di essi parleremo in ambito della legislazione corrente e in alcuni momenti
successivi all’aspetto normativo.
A questi argomenti facciamo ora precedere la trattazione sull’alimento LATTE
per vedere le sue caratteristiche costitutive e le differenze nell’ambito delle varie
specie di mammiferi.
IL LATTE E’ UN ALIMENTO COMPLETO
IL LATTE
Definizione e generalità
Secondo la legge “il latte è il prodotto della mungitura regolare, completa e
ininterrotta della mammella di bovine che si trovino in buono stato di salute e di
nutrizione e non siano affaticate dal lavoro”.
Il latte non proveniente da bovina deve essere evidenziato con il nome della
specie da cui proviene, es. latte di pecora. Il latte che ha subito almeno un
trattamento termico o altro trattamento equivalente può essere classificato come
segue:
• latte intero, contenente almeno il 3,5% di grasso;
• latte parzialmente scremato, contenente tra l’1,5 e l’1,8% di grasso;
• latte scremato, contenente meno dello 0,3% di grasso;
• latte concentrato, è quello in cui viene fatta evaporare acqua per cui rimane
arricchito di tutti i costituenti;
• latte in polvere, è il prodotto ottenuto dalla disidratazione quasi completa del
latte;
• latte industriale, è quello utilizzato per la fabbricazione di burro e formaggio.
Dal punto di vista biologico il latte è un secreto della ghiandola mammaria
prodotto in parte a spese del sangue (es. globuline) ed in parte elaborato dalla
mammella stessa (es.caseina).
Il colostro è il primo liquido secreto dalla mammella subito dopo il parto. è
denso, di colore giallognolo che in circa 3 giorni modifica le sue
caratteristiche fisiche e chimiche, assumendo quelle specifiche del latte. E’
indispensabile al vitello appena nato esplicando funzioni immunitarie a livello
intestinale, e nutritive (molto ricco di vitamine).
Dal punto di vista chimico-fisico il latte è una miscela di acqua che tiene in
soluzione zuccheri, sostanze azotate, vitamine, sali, e tiene in sospensione
grassi, alcune vitamine, proteine e alcuni sali. La percentuale dei diversi
componenti varia a seconda delle specie che lo hanno prodotto e, per gli animali
della stessa specie, a seconda della razza, dell’età, della fase di lattazione, dello
stato di salute e delle tecniche di alimentazione e di allevamento.
COMPOSIZIONE DEL LATTE
Acqua
Libera e parzialmente legata con micelle
proteiche
Proteine
Soluzione e dispersione colloidale
Composti azotati non proteici
Soluzione
Glucidi
Soluzione
Lipidi, Vitamine (liposolubili)
Emulsione
Sali minerali
Soluzione
Vitamine (idrosolubili)
Soluzione
Enzimi
Soluzione
Ormoni
Soluzione
Acidi organici
Soluzione
Fattori di difesa o immunitari
Soluzione
IL LATTE INTERO DI VACCA
Contenuti
Dettaglio dei contenuti
Acqua
Caseine (76%)
Sieroproteine (18%)
enzimi
Trigliceridi (95%)
di-monogliceridi (2-3%)
Lipidi
acidi grassi liberi (1%)
steroli (colesterolo etc.)
lattosio
Glucidi
aminozuccheri
calcio, magnesio, potassio, fosforo e
sodio
Sostanze minerali
fosfati, cloruri, solfati e bicarbonati
Acidi organici
citrati e lattati
aminoacidi liberi
Sostanze azotate non
urea e ammoniaca
proteiche
creatina e nucleotidi
liposolubili
(A, D, E e K)
Vitamine
idrosolubili
(B1, B2, B12, PP, C, acido
pantotenico)
Gas
ossigeno e azoto
zinco, ferro, rame, selenio, iodio,
Micro elementi
silicio e cromo
Fibra alimentare
Parte di prodotto digerita dopo 1 ora
Proteine
Composizione
chimica
Valori
(%)
87,3
3,18
3,64
4,72
0,56
0,18
0,4
-
0
32
GLI ALIMENTI PER LATTANTI
Gli alimenti per lattanti sono i prodotti destinati a soggetti con meno di 12
mesi di età. L'alimentazione nel primo anno di vita è fondamentale perché
indirizza ogni individuo verso un approccio alimentare corretto o scorretto in
età adulta; predisporre precocemente una corretta alimentazione significa
fornire una delle armi più potenti che abbiamo a disposizione per prevenire le
malattie degenerative dell'età adulta ed avanzata (diabete, malattie tumorali e
cardiovascolari). Un intervento di educazione alimentare in età pediatrica
presenta due vantaggi:
1) il soggetto è molto recettivo
2) una correzione di cattive abitudini in età precoce può risolvere e rendere
reversibili eventi negativi che si siano già instaurati (ad esempio l'obesità).
L'ALLATTAMENTO AL SENO
Non si può parlare di prodotti per l'allattamento artificiale senza introdurre una
trattazione relativa all'allattamento al seno. La totalità delle Scuole
Pediatriche e delle Comunità Scientifiche indica infatti il latte materno
come l'unico in grado di soddisfare tutte le esigenze del lattante, intendendo
non solo il fabbisogno di nutrienti ma anche l'apporto di fattori funzionali, quali
anticorpi ed ormoni.
In Italia, c'è sempre stata un'ampia diffusione dell'allattamento naturale anche
quando negli anni '60-'70 si era osservata nei Paesi Industrializzati una generale
diminuzione del numero di donne che allattavano il proprio bambino. Negli
ultimi decenni si è avviata invece, in tutti i Paesi occidentali, un'importantissima
controtendenza che, restituendo al latte materno il suo giusto e fondamentale
ruolo, ha dato nuove e importanti indicazioni al mondo industriale per la
messa a punto di prodotti destinati all'allattamento artificiale. Nella Tabella
seguente vengono elencate le motivazioni scientifiche e pratiche che
consigliano l'allattamento al seno.
Le principali ragioni che indicano il latte materno come
primo ed insostituibile alimento per il neonato
Caratteristica
Principali vantaggi
Composizione
Presenza di nutrienti in quantità e
proporzioni adeguate
Protezione nei confronti delle infezioni
batteriche
Apporto di immunoglobuline,
lattoferrina, lisozima e cellule del sistema
immunitario
Azione preventiva
Riduzione dell'incidenza di allergie
alimentari in età adulta
Riduzione della comparsa di obesità
precoce
Benessere psicologico
Miglioramento del rapporto madre-figlio
Praticità
Sempre pronto, fresco e a temperatura
corporea
Aspetto economico
Costo molto contenuto
Come discuteremo in seguito, il latte materno è l'unico alimento che presenta la
composizione in nutrienti idonea alle esigenze del neonato; questo aspetto è forse
quello meno critico in quanto si può giungere ad una composizione simile, anche se
non equivalente, nei prodotti formulati. L'aspetto che non è in alcun modo
riproducibile è la sua "funzione immunitaria"; particolarmente importante è il
contenuto di anticorpi, soprattutto immunoglobuline di classe IgA, in grado di
indurre nel neonato immunità passiva verso numerosi patogeni. In studi sperimentali
sono stati identificati e dosati nel latte materno anticorpi contro i Clostridi, gli
Stafilococchi, gli Pneumococchi, l'Escherichia coli, il Vibrione del colera, il
Rotavirus, il Poliovirus, la Candida albicans ed altri.
Accanto agli anticorpi specifici ci sono altre componenti in grado di proteggere il
neonato dalle infezioni batteriche e virali, ovvero la lattoferrina, il lisozima e
cellule immunocompetenti come macrofagi, linfociti e neutrofili. Questa batteria di
fattori di difesa spiega perché i neonati allattati al seno contraggono meno
facilmente patologie e giustifica l'insostituibile ruolo dell'allattamento naturale nella
sopravvivenza dei bambini nei paesi del terzo mondo. Nello stesso modo agli inizi del
XIX secolo, in assenza di adeguate norme igieniche e terapie antibiotiche efficaci, la
disponibilità di latte materno era la carta in più a disposizione per combattere la
mortalità infantile in tutto il mondo.
E stato anche dimostrato che l'allattamento al seno è fondamentale per la
prevenzione delle allergie alimentari. L’allattamento artificiale porta infatti ad un
incontro con proteine di altra specie in una fase della vita in cui il sistema immunitario
non è ancora pronto a riconoscere gli alimenti come agenti non pericolosi (induzione
della "tolleranza").
Altri dati epidemiologici hanno evidenziato che l'allattamento al seno induce nel
neonato un miglior autocontrollo nell'assunzione di latte, per cui meno numerosi
sono i bambini tendenti al sovrappeso.
Evidente è l'importanza dell'allattamento al seno nell'instaurarsi di un rapporto
psicologico positivo tra la madre e il figlio, a beneficio di entrambi. Altrettanto
intuitive sono 1) la praticità del latte materno, disponibile in qualunque momento
nelle condizioni di temperatura ideale e 2) il modico costo che si limita
all'alimentazione materna che deve essere incrementata, sia per apporto calorico che di
alcuni nutrienti, di una piccola percentuale.
Affinché il latte materno venga sempre proposto come prima alternativa
nell'alimentazione del lattante, l'OMS-UNICEF ha stilato le dieci regole guida
per l'ospedale amico del bambino (Tabella). Si tratta di regole da rispettare nei
reparti di ostetricia al fine di aiutare tutte le donne ad allattare al seno.
Ovviamente queste regole possono essere applicate in modo diverso, tenendo
conto delle pratiche pediatriche del singolo ospedale e delle esigenze specifiche
della madre. Ad esempio non tutte le madri accettano con favore il rooming-in,
ovvero la presenza del bambino in camera nelle 24 ore; alcune preferiscono
affidare per un certo numero di ore la cura del bambino al personale
ospedaliero. Anche l'allattamento a domanda risulta stressante per certe madri che
tenderanno a regolarizzare l'orario delle poppate. Infine sebbene molto comune
negli Stati Uniti, la pratica dei gruppi di supporto psicologico non ha molta
tradizione nei Paesi mediterranei.
Le dieci regole dell'ospedale amico del bambino (OMS/UNICEF)
- Avere un protocollo scritto sulle strategie di promozione dell'allattamento al
seno
- Istruire tutto il personale a mettere in pratica queste strategie
- Informare tutte le donne in gravidanza sui benefici dell'allattamento al
seno
Aiutare le madri ad iniziare l'allattamento al seno entro mezz'ora dalla
nascita
- Mostrare alle madri il miglior modo per allattare al seno
- Non dare ai neonati altri alimenti o bevande oltre al latte materno, a meno
di indicazione medica
- Praticare il "rooming-in", permettendo alle madri e ai loro bambini di rimanere
insieme tutto il giorno
- Incoraggiare l'allattamento a domanda
- Non utilizzare tettarelle artificiali e succhiotti
-Incoraggiare la formazione di gruppi di supporto ed indirizzarvi
-le madri
LE BASI SCIENTIFICHE PER LA FORMULAZIONE
DI PRODOTTI PER LATTANTI
Da quanto detto in precedenza è evidente che l'allattamento naturale va sempre
e comunque promosso, tranne nei casi di comprovata impossibilità o di gravi
controindicazioni. Per comprovata impossibilità si intende la reale assenza di
latte, che deve essere stabilita sulla base di più tentativi; per gravi
controindicazioni si intendono invece patologie gravi (tumori, epatopatie, cardiopatie gravi, ecc.), anomalie del seno (malformazioni o interventi chirurgici) ed
assunzioni di farmaci essenziali per la madre, in grado di passare nel latte e
dare problemi nel neonato (anticonvulsivanti, antidepressivi quali i sali di litio,
altri farmaci con azione sul sistema nervoso, alcuni antibiotici, ecc.).
Composizione chimica del latte materno e vaccino
Partendo dal presupposto che tutte le formulazioni, destinate a lattanti sani, attualmente
in commercio hanno come componente di base il latte vaccino, verranno qui di seguito
elencate le principali differenze osservabili in senso quali-quantitativo tra il latte
umano e quello vaccino. Sulla base di queste differenze saranno poi descritti i processi
tecnologici utilizzati per modificare la composizione del latte di partenza, il latte
vaccino, al fine di avvicinarla il più possibile a quella del latte materno. Nella
Tabella che segue viene riportata in parallelo la composizione del latte materno e del
latte vaccino. Vi sono descritti tre tipi di latte materno: il colostro, il latte di transizione
e il latte maturo. Per colostro si intende il latte prodotto dal primo al quinto giorno di
lattazione; per latte di transizione quello secreto dal quinto al decimo giorno e infine
per latte maturo quello successivo al decimo giorno. La composizione percentuale è
molto diversa e discuteremo in seguito l'importanza di questa progressiva variazione
del latte materno. Il sodio viene riportato in Tabella ad indicare le differenze osservabili
nella componente minerale del latte. Da una osservazione superficiale della tabella, si
potrebbe definire il colostro simile, in composizione percentuale, al latte vaccino;
dimostreremo però che tra questi due prodotti vi sono differenze fondamentali.
Composizione media dei diversi tipi di latte materno e del latte vaccino
(i dati sono espressi per 100 grammi)
Tipo di latte
Proteine (g)
Lipidi (g) Zuccheri
(g)
Sodio
(mEq)
Colostro
2.7
2.0
5.0
2.1
Latte di transizione
1.6
2.8
6.5
0.6
Latte maturo
1.1
3.2
7.0
0.7
Latte vaccino
3.2
3.7
4.8
2.2
LIPIDI
La frazione lipidica del latte è il grasso alimentare più complesso che si
conosca ed è unico nel suo genere; è costituita principalmente da
TRIGLICERIDI che contengono oltre 140 acidi grassi diversi. Nella Tabella
che segue sono riportate la distribuzione delle varie classi lipidiche nel latte
vaccino e nel latte materno; di quest'ultimo vengono riportate le variazioni nel
contenuto medio durante la lattazione. Il contenuto percentuale di grassi nel
latte vaccino e nel latte materno è sovrapponibile, soprattutto quando si
considera la composizione del latte umano maturo. La distribuzione percentuale
delle varie classi di lipidi è ancora una volta simile nei due latti; nel latte
vaccino però troviamo piccole quantità (1-2%) di monogliceridi, digliceridi,
acidi grassi liberi ed esteri del colesterolo che sono presenti solo in tracce nel
latte umano.
Le differenze tra latte umano e vaccino divengono fondamentali quando si
paragoni, delle due frazioni lipidiche, il contenuto in acidi grassi (Tabella a
seguire).
Distribuzione percentuale delle varie classi lipidiche nel
latte vaccino e materno
Classe lipidica
Lipidi totali
(% nel latte)
Colostro
(m ± DS)
Latte
di transizione
(m ± DS)
2.04±1.32
2.89 ± 0.31
Latte maturo Latte vaccino
(m ± DS)
(m ± DS)
3.19 ± 0.43
3.7
Fosfolipidi
Colesterolo
1.1
1.3
0.8
0.7
0.6
0.5
0.20-1.00
0.42-0.46
Trigliceridi
Digliceridi
Monogliceridi
97.6
98.5
98.9
95.8-98.0
0.28-0.59
0.16-0.38
Acidi grassi liberi
Esteri del colesterolo
0.10-0.44
tracce-0.02
Contenuto percentuale (in peso) in acidi grassi della frazione
lipidica
del latte vaccino e materno
Acido grasso
Atomi di carbonio Latte materno
e insaturazioni (intervallo)
2.0-4.0
1.0-3.8
0.90-1.9
Acido butirrico
Acido capronico
Acido caprilico
C4
C6
C8
Acido caprinico
C10
Acido 9-decenoico
Acido laurico
Acido lauroleico
Acido miristico
Acido miristoleico
Acido palmitico
Acido palmitoleico
Acido stearico
C10:1
C12
C12:1
C14
C14:1
C16
C16:1
C18
tracce-0.10
5.5-7.5
tracce-0.10
6.2-8.5
0.40-0.60
20.4-25.0
2.90-3.30
6.5-8.0
0.20-1.9
2. 2- 5. 0
0.2
9.0-16.0
1.1-4.0
14.8-35.3
1.7-5.7
9.0-15.2
Acido oleico
Acido linoleico
Acido linolenico
Acido arachidonico
Acido
eicosapentaenoico
Acido
docosaesaenoico
C18:1
C18:2
C18:3
C20:4
C20:5
31.3-37.8
7.0-11.0
0.25-0.90
0.46-0.90
0.12-0.20
20.0-44.0
1.3-3.7
0.5
0.2
C22:6
tracce-0.40
tracce-0.15
tracce-0.46
Latte
vaccino
(intevallo)
1.0-2.0
0.30
1.2-4.0
DIFFERENZE
una maggior presenza nel latte
vaccino di acidi grassi saturi
(circa il 65%) a scapito di quelli
insaturi che sono invece più
abbondanti nel latte materno
- uno scarso contenuto nel latte
vaccino di acidi grassi essenziali;
in particolare il contenuto di acido
linoleico è circa il 20% di quello
riscontrabile nel latte umano
- nel latte umano sono contenuti
l'acido eicosapentaenoico (EPA)
e docosaesaenoico (DHA) che
sono importanti nello sviluppo del
sistema nervoso centrale.
ALTRE DIFFERENZE
- l'acido palmitico nel latte umano, a differenza di quello vaccino si trova
preferenzialmente nella posizione centrale (posizione beta o 2) del trigliceride;
questa caratteristica determina una migliore solubilizzazione e un accresciuto
assorbimento dell'acido palmitico. I trigliceridi vaccini al contrario, tendono a
formare saponi di calcio insolubili, che rendono meno biodisponibili sia l'acido
palmitico sia il calcio;
- nel latte umano, l'acido butirrico è praticamente assente e questo riduce il
verificarsi del rigurgito che può essere stimolato dall'azione irritante di questo acido
grasso;
PROTEINE
Esistono sostanziali differenze nella composizione proteica del latte umano e
vaccino. Innanzi tutto la concentrazione di proteine nel latte umano è circa un
terzo di quella riscontrabile nel latte vaccino ed è comunque sempre inferiore
a quella del latte di altri mammiferi comunemente allevati nel nostro Paese.
Come si può osservare la concentrazione proteica del latte di una certa specie è
direttamente proporzionale alla sua velocità di crescita nel primo periodo della
vita: il coniglìo, che raddoppia in sei giorni il peso registrato alla nascita, ha
bisogno di un apporto plastico, ovvero di proteine, molto elevato.
Mammifero
Contenuto proteico
(%)
Tempo di raddoppio
del peso corporeo rispetto
alla nascita (giorni)
Donna
1.1
180
Cavalla
2.0
60
Vacca
3.2
47
Capra
4.3
22
Pecora
4.9
15
Scrofa
5.8
14
Coniglia
10.4
6
Contenuto proteico medio
del latte e accrescimento
corporeo neonatale
in alcune specie di
mammiferi
Tra latte materno e latte di altri mammiferi esiste una differenza importante
nella distribuzione delle proteine nelle due classi principali: caseine e sieroproteine (Tabella). L'elevato contenuto caseinico rende il latte vaccino (e
quello di altri mammiferi filogeneticamente simili) meno digeribile per il
neonato, infatti le caseine al pH dello stomaco subiscono il fenomeno della
coagulazione acida.
Distribuzione
delle proteine nel
latte di diverse
specie animali
(% del totale
proteico)
Mammifero
Caseine
Sieroproteine
Donna
35
65
Vacca
80
20
Pecora
84
16
Capra
84
16
Asina
33
67
Bufala
60
40
Le sieroproteine hanno un elevato valore biologico, perché non coagulano a pH
acido ma danno un precipitato soffice facilmente aggredibile dagli enzimi
proteolitici del tratto gastrointestinale.
Nella Figura 5 è illustrata la separazione elettroforetica delle proteine del latte
vaccino e del latte di donna; di quest'ultimo sono confrontati campioni di colostro,
latte di transizione (6° giorno) e latte maturo (31° giorno).
Il latte vaccino è costituito da quattro componenti principali; dall'alto al
basso del gel si succedono a,-caseina, b-caseina, b-lattoglobulina e alattoalbumina. Nei campioni di latte umano abbiamo invece un numero superiore
di bande con un profilo elettroforetico diverso in relazione al periodo di lattazione
considerato.
Il colostro è molto più ricco di sieroproteine e in particolare presenta due bande,
in diverse posizioni della corsa elettroforetica, molto abbondanti: queste bande
corrispondono alla catena pesante e leggera dalle immunoglobuline, in particolare
di classe A. La presenza consistente di anticorpi nei primissimi giorni di lattazione
(dalla montata lattea al terzo-quarto giorno) assume un' importanza critica, in quanto
nei primissimi giorni di vita l'intestino del neonato è più permeabile e consente il
passaggio anche di macromolecole. Gli anticorpi potranno quindi fornire
immunità passiva al neonato a livello sistemico; nei periodi successivi
l'assorbimento di macromolecole risulta molto contenuto (se non in situazioni
patologiche) e il ruolo delle IgA si limiterà a una protezione locale a livello del tratto
gastro-intestinale
Entreranno cioè a far parte del sistema GALT (Gut Associated Lymphoid
Tissue ovvero tessuto linfoide associato all'intestino), di cui tratteremo nel
capitolo dedicato alle allergie alimentari.
Anche nel latte di transizione e maturo, vi è una preponderanza di proteine
appartenenti alla classe delle sieroproteine, mentre le cascine sono molto meno
abbondanti.
Nella Tabella 9 è riportata la composizione media delle principali proteine
del latte materno e vaccino; per il latte materno si sono considerati valori
relativi al latte maturo. E però importante ricordare che il latte materno subisce
alcune modifiche nella sua composizione procedendo dal colostro al latte
maturo; queste variazioni sono sensibili per alcune proteine come illustrato in
Tabella 10. In Figura 6 è rappresentato a titolo di esempio l'andamento della
lattoferrina, determinato analizzando il latte di sei donne che hanno partorito a
temine.
Partendo dal gel illustrato in Figura 5, descriveremo le diverse sieroproteine
del latte umano e vaccino.
SIEROPROTEINE DEL LATTE UMANO
La lattoferrina ha un peso molecolare di circa 80 kDa ed è costituita da due lobi
globulari separati, collegati da una porzione ad a-elica. Ogni lobo lega un atomo
di ferro e ogni atomo di ferro è coordinato a quattro ligandi: una istidina, un
aspartato e due tirosine.
La lattoferrina, legando ferro, svolge due funzioni importanti:
a) migliora la biodisponibilità del ferro per il neonato
b) inibisce la moltiplicazione di batteri e funghi patogeni, a cui sottrae il ferro
necessario per la crescita.
La sieroalbumina è la principale proteina del siero da cui viene veicolata nel
latte; ha un peso molecolare di circa 67 kDa ed è presente alla concentrazione di
circa 0.2-0.6 g/litro. Il suo ruolo nel latte non è ancora completamente conosciuto,
ma riferendosi alle funzioni di carrier della sieroproteina nel sangue, si può
ipotizzare che anche nel latte funga da carrier passivo di ligandi (acidi grassi.
calcio, elementi in tracce, ormoni, ecc.).
Le immunoglobuline presenti nel latte appartengono principalmente alla classe
delle IgA; la forma nettamente più abbondante (oltre il 95%) è quella dimerica detta
IgA secretoria o IgAs. Le IgAs sono costituite da due monomeri identici di IgA
unite da un polipeptide di 15 kDa detto J chain e complessate ad un glicopeptide di
75 Ma detto componente secretoria; il peso molecolare complessivo è di circa 380
kDa. Le immunoglobuline come già descritto precedentemente, svolgono un ruolo
immunitario fondamentale.
Il lisozima ha un peso molecolare di circa 15 KDa ed è presente nel latte umano a
concentrazioni molto superiori rispetto a quelle riscontrate in altre specie di
mammiferi. Il lisozima catalizza l'idrolisi di specifici legami a livello della parete
batterica e questa caratteristica fa ipotizzare un suo contributo alle proprietà
batteriostatiche del latte materno. La sua corsa elettroforetica è molto vicina alla
b-lattoglobulina vaccina da cui però si discosta molto per composizione
amminoacidica e caratteristiche chimiche.
L' a-lattoalbumina rappresenta il 10-20 % delle proteine totali del latte
materno e ha un peso molecolare di 14.1 kDa. L' a-lattoalbumina entra a far
parte della lattosio sintetasi, enzima responsabile della sintesi del lattosio a
livello della ghiandola mammaria. Il ruolo più importante di questa proteina è però
probabilmente legato all'apporto nutrizionale; infatti, la composizione
amminoacidica della a-lattoalbumina soddisfa esattamente il fabbisogno di
amminoacidi dei neonati.
Oltre a queste componenti, più abbondanti, si riscontrano altre proteine con
funzione enzimatica o di carrier: lipasi (fondamentale per la digeribilità della
porzione lipidica) e proteine che legano folati, vitamina B 12, vitamina D, tiroxina e
corticosteroidi.
SIEROPROTEINE DEL LATTE VACCINO
Le sieroproteine del latte vaccino comprendono principalmente due componenti: la
a-lattoalbumina e la b-lattoglobulina.
L' a-lattoalbumina bovina è una proteina con peso molecolare di circa 14 kDa;
presenta un'omologia di sequenza con la corrispondente proteina umana del 78%.
La b-lattoglobulina, nonostante il nome, è una albumina con peso molecolare di
18 kDa; è presente in natura come miscela di monomeri e dimeri. Questa proteina,
molto rappresentata nel latte vaccino. è assente nel latte umano e per questo
motivo in passato si riteneva che la b-lattoglobulina costituisse il principale
allergene del latte. Vedremo nel capitolo sulla patologia allergica, che in realtà la
b-lattoglobulina è solo uno dei possibili allergeni coinvolti nell'allergia al latte
vaccino.
Sempre di questa frazione fanno parte alcune altre componenti, presenti in quantità
inferiore: immunoglobuline, sieroalbumina, lattoferrina ed alcuni enzimi (catalasi.
perossidasi, fosfatasi, ecc.).
CASEINE DEL LATTE UMANO
Le caseine umane si organizzano come quelle delle altre specie animali in
micelle che conferiscono al latte il classico aspetto bianco opalescente; nelle
micelle sono inglobate, oltre alla porzione proteica, il fosfato di calcio e alcuni
altri costituenti ionici.
Nell'uomo l'abbondanza della frazione caseinica è minore: nel colostro è
quasi assente e aumenta progressivamente con il procedere della lattazione fino
ad arrivare a circa il 40% del totale delle proteine nel latte maturo.
Le caseine umane sono costituite da b-caseina e K-caseina; poste in campo
elettrico migrano in modo diverso rispetto alle corrispondenti proteine vaccine,
avendo caratteristiche chimiche diverse da queste ultime, ovvero peso
molecolare e carica.
La b-caseina umana ha un peso molecolare di circa 24 kDa e presenta diversi
siti di fosforilazione (in vivo ne sono stati identificati fino a 5). La
caratterizzazione della k-caseina umana risulta complessa, essendo presente in
quantità molto piccole e altamente sensibile alla proteolisi. Ha un peso
molecolare di circa 37 kDa di cui 19 kDa sono apportati dagli zuccheri.
Il ruolo fisiologico della caseina umana sembra principalmente quello di
apportare al neonato amminoacidi, calcio e fosfato; si ritiene però che
altre funzioni possano essere attribuite alla caseina o meglio a polipeptidi
prodotti durante la digestione gastro-intestinale;
tra questi ricordiamo:
i caseinfosfopeptidi o CPP: sono frammenti N-terminali della b-caseina
umana altamente fosforilati e quindi in grado di mantenere il calcio nella
forma solubile, ovvero più biodisponibile;
le casomorfine: frammenti liberati dalla proteolisi gastro-intestinale del latte
umano hanno una dimostrata attività oppioide in vitro, anche se molto meno
importante di quella osservata con le casomorfine da latte vaccino. Sebbene
non vi sia al momento alcuna dimostrazione definitiva di un'attività nel
neonato, si ipotizza che questi peptidi possano svolgere un ruolo
nell'induzione del sonno e nella modulazione di alcuni ormoni (insulina e
somatostatina);
sono stati descritti peptidi con altre possibili funzioni nel neonato; tra questi
i peptidi ad attività iminunostimolante.
CASEINE DEL LATTE VACCINO
Nel latte vaccino le caseine si distribuiscono nelle frazioni a-caseina (aS1 e aS2), bcaseina (con tracce dei frammenti g) e -K-caseina, che si organizzano in strutture
micellari, complessi macromolecolari che inglobano minerali (fosfato di calcio,
magnesio). La K-caseina si dispone nella porzione esterna della micella e, grazie
alla sua porzione saccaridica, ha una funzione colloidal-protettrice ossia
impedisce l'aggregazione e precipitazione delle micelle in condizioni normali.
L' a-caseina, assente nel latte umano, è la componente più abbondante; costituisce
infatti il 40-50% di questa frazione. Ha peso molecolare di circa 24 kDa e un
numero variabile di siti di fosforilazione (fosfoserine).
La b-caseina rappresenta circa il 30% della frazione caseinica e contiene 5 siti
fosforilati in corrispondenza dell'amminoacido serina. La K-caseina rappresenta
circa il 15% del totale ed ha come già detto funzioni stabilizzatrici
sulle micelle. Le g caseine sono frammenti carbossi terminali a diverso peso.
CARBOIDRATI
Anche nel caso della componente carboidratica si osservano differenze qualiquantitative tra il latte di donna e quello vaccino.
In Tabella 11 viene illustrato il contenuto di carboidrati nelle due tipologie di
latte; nel latte umano il tenore di zuccheri è superiore e si osserva la presenza
di una percentuale significativa di oligosaccaridi, 1.1. % contro lo 0.1 % del
latte vaccino.
Il lattosio viene scisso in glucosio e galattosio ad opera della lattasi (bgalattosidasi), enzima legato all'orletto a spazzola degli enterociti.
Il lattosio ha per il neonato un importante ruolo energetico e nutrizionale;
infatti, oltre a fornire una quota importante delle calorie (circa il 40% del totale)
svolge alcune specifiche funzioni:
- facilita l'assorbimento di calcio e magnesio nell'intestino;
- regola il pH dell'intestino, contribuendo ad aumentare la resistenza nei
confronti dei microrganismi patogeni;
- il galattosio, liberato per idrolisi del lattosio, partecipa alla sintesi dei
cerebrosidi che sono indispensabili alla normale maturazione del SNC.
Gli oligosaccaridi sono presenti in quantità significativa solo nel latte umano;
comprendono diverse molecole (un centinaio) di cui solo circa 60 sono conosciute
dal punto di vista della struttura chimica. Le funzioni di questi composti, pur non
ancora del tutto chiarite, possono essere così riassunte:
- la maggior parte degli oligosaccaridi contenuti nel latte umano sono digeriti a
livello intestinale ed utilizzati sia a scopo energetico sia a scopo sintetico
(glicolipidi, glicoproteine, ecc.);
- per l'alto peso molecolare contribuiscono alla regolazione della osmolarità del
latte, riducendo i processi fermentativi;
- favoriscono la crescita della flora batterica acidogena, contrastando quella dei
microrganismi patogeni.
VITAMINE
Nel latte, il contenuto vitaminico è fortemente influenzato dalla dieta della
donna o della vaccina. e quindi può risentire di diverse variabili tra cui le
integrazioni vitaminiche c/o il periodo stagionale. Nella Tabella 12 è riportato il
contenuto vitaminico del latte umano e vaccino; per le motivazioni sopra riportate,
i valori tabulati vanno intesi come indicativi e utili a identificare le differenze
macroscopiche. In particolare, nel latte materno si osserva un contenuto
significativamente più elevato di vitamina E e vitamina C; questo dato è
importante perché i valori del latte materno sono al limite del fabbisogno del
neonato e pertanto l' assunzione di latte vaccino (non modificato) potrebbe portare
a situazioni carenziali.
Al contrario, il latte materno risulta meno ricco in vitamina K, acido folico e
biotina. La vitamina K e l'acido folico vengono sintetizzati dalla flora batterica
intestinale, quindi si dovrà colmare questa "carenza" solo nel caso dei neonati
prematuri (o con particolari patologie) laddove la flora batterica intestinale non sia
in grado di sintetizzarle a sufficienza. Nel caso della biotina si ipotizza che la
"eritrodernmia desquamativa di Leiner" (più frequente nei neonati allattati al seno)
trovi una delle concause nella carenza di questa vitamina.
SALI MINERALI
Il contenuto minerale del latte umano è circa il 30% del corrispondente valore
nel latte vaccino: 0.2 contro 0.7 g/ 100 mL, rispettivamente. Il minor contenuto in
sali, come il ridotto tenore proteico, del latte umano determina un carico renale
meno stressante per il neonato. Il maggior contenuto minerale nel latte vaccino
riguarda principalmente i macroelementi, mentre minori differenze sono
osservabili nella quota di microelementi, quali ferro, rame, zinco, ecc. Analizzando
le principali differenze, illustrate in Tabella 13, possiamo affermare che:
- il contenuto di sodio del latte vaccino è eccessivo per il neonato che presenta
una ridotta capacità di escrezione;
- il contenuto di calcio nel latte umano soddisfa il fabbisogno nutrizionale del
neonato sano; il calcio è inoltre presente in forma biodisponibile: ne viene
utilizzato il 75% contro il 20% di quello apportato con il latte vaccino;
- il contenuto di ferro è scarso nelle due tipologie di latte (meno in quello umano)
ma molto diversa è la biodisponibilità: 50% da latte umano contro 10% da latte
vaccino;
- alcuni microelementi sono più abbondanti nel latte umano (iodio e rame).
CARATTERISTICHE DEI LATTI
ARTIFICIALI PER L’INFANZIA
La conoscenza della differenza di composizione tra latte umano e vaccino ha
portato allo sviluppo di processi tecnologici per la produzione industriale di latti
artificiali il piu’ possibile vicini al latte di donna, che è considerato l’alimento
ottimale per il lattante. Per fare cio’ vengono apportate MODIFICHE SUL LATTE
VACCINO.
ALIMENTI LATTEI ARTIFICIALI PER L’INFANZIA
Vengono prodotti e commercializzati nelle forme
LIQUIDA
IN POLVERE (prevalente)
A partire dal latte vaccino adattato alle caratteristiche del latte materno
LE TECNICHE DI PRODUZIONE E DI CONSERVAZIONE
La preparazione di un prodotto dietetico dovrebbe sempre prevedere il ricorso
a tecniche che preservino l'integrità dei nutrienti, sia a prodotto finito, sia
durante il previsto periodo di conservazione. Si deve infatti considerare che il
consumatore di un prodotto destinato ad un'alimentazione particolare è in
genere un individuo che si trova in condizioni fisiologiche meritevoli di
particolari attenzioni o in condizioni patologiche più o meno gravi.
I principali trattamenti effettuati nelle varie fasi del processo produttivo di un
prodotto dietetico sono in linea di massima inquadrabili in quelli impiegati
normalmente nell'industria alimentare e che prevedono il ricorso a mezzi
fisici, chimici e biologici.
L'impiego di MEZZI FISICI comprende il ricorso a filtrazioni,
centrifugazioni, alte e basse temperature, alte e basse pressioni, radiazioni,
campi elettrici ad alta intensità, ecc.
L'impiego di MEZZI CHIMICI consiste nell'aggiungere all'alimento
determinate sostanze che ne migliorino alcune caratteristiche e ne prolunghino
la conservazione.
Infine, il ricorso a MEZZI BIOLOGICI si basa sull'utilizzazione di
microrganismi, o, più semplicemente, di enzimi che, oltre a rendere il prodotto
conservabile nel tempo, può sovente trasformarne e migliorarne anche le
caratteristiche nutritive ed organolettiche.
I processi impiegati per la produzione alimentare possono prevedere anche il
contemporaneo ricorso a più mezzi. Ad esempio, si può sottoporre un alimento a
radiazioni mantenendolo nel contempo a basse temperature, oppure trattarlo
termicamente e aggiungere determinati additivi, oppure ancora affumicarlo in
modo da scaldarlo e contemporaneamente trattarlo con sostanze ad azione
antisettica presenti nei fumi.
TRATTAMENTI CON MEZZI FISICI
Gli interventi di natura fisica sono particolarmente importanti in questa
trattazione, perché sono quelli più frequentemente utilizzati per la produzione e
la conservazione di un prodotto destinato ad un'alimentazione particolare. Gran
parte dei trattamenti effettuati nell'industria dietetica si basano infatti su
un'applicazione o una sottrazione controllata di calore e sull'impiego di
contenitori isolanti e protettivi, per impedire una riumidificazione e/o una
ricontaminazione microbica.
I parametri principali considerati in tali trattamenti sono, oltre naturalmente alla
temperatura, il tempo, la presenza d'acqua ed il pH, ed anche su questi si
opera in modo estremamente controllato per salvaguardare il più possibile la
qualità nutrizionale del prodotto. Inoltre va ricordato che per determinati
prodotti, come quelli per l'infanzia, non è consentito l'uso di conservanti e la
conservazione è garantita esclusivamente dal ricorso a trattamenti di tipo fisico.
Nelle Figure che seguono sono schematizzati i percorsi che portano alla
produzione di alimenti per lattanti, liquidi ed in polvere, e di prodotti per lo
svezzamento, omogeneizzati e liofilizzati. Si può notare che tali produzioni
prevedono un alto numero di fasi in cui si effettuano interventi di natura fisica.
Trattamenti
fisici
previsti per la
produzione di
alimenti per
lattanti
In questi ultimi anni, per salvaguardare in modo sempre più soddisfacente l'integrità
dei nutrienti e le caratteristiche organolettiche dei prodotti alimentari, si sono studiate
possibilità d'impiego di nuove "tecniche dolci", o "mild technologies", come il ricorso
a radiazioni o ad alte pressioni, che possano essere alternative soprattutto ai
trattamenti termici. Per gli alimenti liquidi, ad esempio, si sono approntati speciali
sistemi di filtrazione con i quali il prodotto viene fatto passare attraverso speciali
membrane artificiali che consentono la separazione di particelle di dimensioni
estremamente ridotte. Altri trattamenti, basati come la filtrazione su un'azione
meccanica, sono la centrifugazione e l'omogeneizzazione. Con la centrifugazione si
possono separare due parti dell'alimento a diversa densità, come la crema dal latte o
solidi finemente dispersi nel liquido, come i cristalli di saccarosio dalle acque madri.
Utilizzando l'ultracentrifugazione si possono separare componenti ancora più piccoli
a struttura macromolecolare, come le proteine globulari.
Con l'omogeneizzazione, invece, si possono rendere più uniformi ed in definitiva
più stabili determinati prodotti. Ad esempio, l'omogeneizzazione del latte porta ad
una sensibile riduzione delle dimensioni dei globuli di grasso con miglioramento
anche del gusto e della digeribilità. Tale tecnica è anche ampiamente utilizzata per
ridurre prodotti solidi di origine vegetale ed animale in particelle così minute da non
essere masticabili. Si ottengono così gli omogeneizzati, prodotti dalla consistenza
omogenea e cremosa, impiegati abbondantemente in pediatria, ma anche in geriatria
e in alcune patologie gastrointestinali.
IMPIEGO DELLE ALTE TEMPERATURE
Il ricorso alle alte temperature consente l'inattivazione degli enzimi e la parziale
o totale eliminazione della carica microbica presenti nell'alimento.
L'attività enzimatica può essere bloccata irreversibilmente mantenendo
l'alimento per alcuni minuti a 60-80 °C.
La termoresistenza dei microrganismi dipende:
a) dalla natura del microrganismo stesso: ad esempio, i batteri sono meno
termoresistenti delle muffe e dei lieviti;
b) dalle caratteristiche dell'alimento: ad esempio un pH acido rende l'ambiente
meno favorevole ai microrganismi;
c) dalla temperatura e dal tempo di esposizione del microrganismo a tale
temperatura: un determinato aumento di temperatura comporta un incremento
della velocità di distruzione dei microrganismi nettamente superiore a quella delle
reazioni di alterazione dell'alimento; per questo si tende ad utilizzare temperature
sempre più alte per tempi sempre più brevi.
I trattamenti con i quali l'alimento, come tale, viene sottoposto ad alte temperature
sono la pastorizzazione e la sterilizzazione.
Ricorrendo alle alte temperature si può anche allontanare l'acqua dall'alimento, come
avviene con la concentrazione per evaporazione e con l'essiccamento. Con queste due
tecniche si ottiene una riduzione di peso e volume del prodotto, ma soprattutto, con
l'eliminazione di buona parte dell'acqua, si può creare un ambiente meno favorevole
alla proliferazione microbica.
In un materiale organico, come quello che costituisce normalmente un alimento,
l'acqua è presente in forma "libera", indispensabile per la vita dei microrganismi, e in
forma "legata", come può essere, ad esempio, quella di cristallizzazione o quella
bloccata dalle proteine, che hanno per essa una grande affinità. Tale forma non facilita
l'attività microbica, né la mobilità dei reagenti e quindi non favorisce lo sviluppo di
reazioni biochimiche.
Un parametro utilizzato per indicare la presenza d'acqua in un alimento è l'attività
dell'acqua, aw data dall'espressione:
aw= p/p0
dove p rappresenta la tensione di vapore dell'acqua sulla superficie dell'alimento e po
la tensione di vapore dell'acqua pura a quelle stesse condizioni di pressione e
temperatura. È quindi evidente che per rendere più ostile l'ambiente ai
microrganismi e per ostacolare i processi degradativi occorre avvicinare il più
possibile a zero il valore di a, ossia allontanare l'acqua dall'alimento per far
tendere a zero il valore di p.
Il trattamento che prevede somministrazioni di calore comporta inevitabilmente,
modificazioni fisiche e chimiche dell'alimento proporzionali all'intensità del
trattamento stesso. È fondamentale quindi ottimizzare il processo termico, tenendo
conto del possibile sviluppo di reazioni utili o indesiderate, della loro energia di
attivazione e dell'influenza della temperatura sulla loro velocità.
LA PASTORIZZAZIONE
La pastorizzazione è impiegata soprattutto per trattare alimenti liquidi, come latte,
vino, succhi di frutta ed altre bevande. Essa è indicata soprattutto per prodotti di
origine vegetale, mentre per quelli di origine animale è poco utilizzata, fatta
eccezione per il latte e i suoi derivati, perché non distrugge alcune forme di
microrganismi che potrebbero compromettere l'integrità dell'alimento con rischi per
la salute dei consumatori. Con tale processo è possibile inattivare gli enzimi ed
eliminare buona parte della carica microbica.
Il prodotto pastorizzato può essere conservato per tempi più meno lunghi a seconda
del tipo di alimento, delle condizioni di riscaldamento impiegate e della temperatura
di conservazione. Ad esempio la pastorizzazione del latte elimina i germi patogeni
(tifo, tubercolosi, ecc.) e consente la conservazione per alcuni giorni a basse
temperature, mentre la pastorizzazione di un succo di frutta, già protetto da un pH
inferiore a quello del latte, può protrarre la conservazione anche per diversi mesi a
temperatura ambiente.
La pastorizzazione è abbinata spesso ad altri trattamenti che concorrono anch'essi alla
conservazione del prodotto, come l'impiego di basse temperature (ad esempio per il
latte), l'aggiunta di additivi (ad esempio per i succhi di frutta) e il confezionamento
sotto vuoto.
A seconda delle temperature impiegate e della durata del trattamento si
possono individuare tre diversi tipi di pastorizzazione:
- la bassa pastorizzazione, quando si tratta l'alimento a 60-65 °C per circa 30 minuti;
- l'alta pastorizzazione, quando si opera a temperature di 75-85 °C per 2-3 minuti;
- la pastorizzazione rapida o HTST (High Temperature Short Time), quando le
temperature sono di 75-85 °C, ma i tempi di trattamento sono di soli 15-20 secondi.
Il latte pastorizzato si conserva 6 giorni
La bassa pastorizzazione viene usata anche per liquidi molto densi e solidi,
impiegando sistemi a bagnomaria, vasche a doppio fondo, stufe, ecc. Per alimenti
di alto valore nutritivo, come il latte, si preferisce invece evitare la bassa
pastorizzazione, perché si è constatato che i nutrienti subiscono meno danni se si
alza sensibilmente la temperatura e contemporaneamente si accorciano molto i
tempi di trattamento.
LA STERILIZZAZIONE
Con questo trattamento termico, si distruggono tutte le forme microbiche, in
modo che il prodotto, una volta sterilizzato nel proprio contenitore, possa essere
conservato per molto tempo a temperatura ambiente. In alcuni casi, come negli
omogeneizzati, il confezionamento può essere fatto sotto vuoto.
Con la sterilizzazione tradizionale il calore viene applicato per un tempo che
dipende dal grado di contaminazione microbica del prodotto, dalle sue
caratteristiche, in particolare dal pH, e dalla velocità di penetrazione del
calore nel prodotto stesso. Tale velocità di penetrazione dipende, a sua volta, oltre
che dal tipo di prodotto, anche dalle caratteristiche del contenitore e dello
sterilizzatore.
Tenendo conto di questi fattori la sterilizzazione viene fatta essenzialmente in
due modi:
a) a 100 °C, in bagno aperto e per tempi variabili, per prodotti a basso pH,
ossia quelli a base di vegetali, come frutta e ortaggi;
b) a 115-120 °C in autoclavi (statiche, rotative) per tempi non inferiori ai
20 minuti, per prodotti a pH neutro o poco acido, comprendenti soprattutto
quelli di origine animale, come latte e derivati, carni e pesce. Questa tecnica
di conservazione effettuata in contenitori sigillati, detta appertizzazione
(dall'inventore francese F. Appert), trova un'ampia applicazione anche in
campo dietetico. Ad esempio nella preparazione dei già ricordati
omogeneizzati è il trattamento conclusivo, eseguito dopo il loro
confezionamento sotto vuoto.
Per prodotti liquidi si può effettuare una sterilizzazione UHT (Ultra High
Temperature), che consiste in un trattamento a temperature molto alte,
dell'ordine dei 140-150 °C, per tempi ridotti a pochi secondi. Questo tipo di
sterilizzazione può essere diretta, detta anche uperizzazione, se si effettua
un'iniezione di vapore caldo direttamente nel prodotto, o indiretta, se esso viene
messo a contatto con scambiatori di calore.
Questi sono in genere costituiti da lamine metalliche riscaldate sulle quali si fa
passare uno strato sottile del prodotto, in modo che esso venga tutto rapidamente
portato e mantenuto per brevissimo tempo alla temperatura di sterilizzazione.
Per ridurre al minimo i danni al valore nutritivo e alle caratteristiche
organolettiche di alimenti fluidi pastorizzati o sterilizzati (latte, succhi di frutta,
ecc.), il trattamento termico, che è applicato in continuo, viene seguito
immediatamente da raffreddamento e da confezionamento asettico. Tale tecnica
prevede anche la sterilizzazione dell'impianto, il trasporto asettico del prodotto e la
sua immissione nel contenitore. Quest'ultimo può essere preventivamente
sterilizzato se il prodotto deve essere conservato a lungo o non è sufficientemente
acido.
Il latte UHT si conserva 3 mesi
LATTE CONCENTRATO E LATTE IN POLVERE
Sono considerati «latte conservato» dalla vigente legislazione (Direttiva 2001/114
CE, attuata con DLgs 49/2004):
il latte concentrato o parzialmente disidratato, che si ottiene dal latte intero,
parzialmente o totalmente scremato o da una miscela di tali prodotti con eventuale
aggiunta di crema di latte e/o di latte totalmente disidratato. Nel prodotto finito,
l'aggiunta di latte totalmente disidratato non deve superare il 25% dell'estratto secco
totale;
il latte in polvere o totalmente disidratato, che è il prodotto solido ottenuto
direttamente mediante eliminazione dell'acqua dal latte intero, parzialmente o
totalmente scremato, dalla crema di latte o da una miscela di tali prodotti, il cui
tenore in acqua è uguale o inferiore al 5 % del peso del prodotto finito.
Latte parzialmente
disidratato
Latte totalmente
disidratato
LA
DISIDRATAZIONE
DEL LATTE
LATTE IN POLVERE
LATTE CONCENTRATO
Il latte parz. e totalm. disidratato
METODI DI DISIDRATAZIONE DEL LATTE
A) LATTE PARZIALMENTE DISIDRATATO
(o evaporato o concentrato a 1/3 del volume iniziale)
Mediante
•
•
•
EVAPORAZIONE A PRESSIONE RIDOTTA (40-50°C, 50-100 mmHg)
CRIOCONCENTRAZIONE (-3, -7°C)
OSMOSI INVERSA (t.a. 30-60 atm P)
Metodi particolarmente
vantaggiosi,
non c’è riscaldamento,
il prodotto
rimane integro
A) LATTE TOTALMENTE DISIDRATATO, in polvere (acqua < 5%)
Mediante
•
•
•
ESSICCAMENTO PER CONTATTO CON SUPERFICIE RISCALDATA (essiccatori a tamburo o rulli)
ESSICCAMENTO CON ARIA CALDA (Sistema Spray Drying a spruzzo, Sistema Foam Drying a schiuma)
ESSICCAMENTO PER LIOFILIZZAZIONE (in autoclave a t <20°C, p < 1 torr)
I latti parzialmente disidratati per riscaldamento possono presentare come difetti
parziale perdita di vitamine termolabili, imbrunimento di Maillard, sabbiosità dovuta
a cristalli di lattosio
LA CONCENTRAZIONE PER EVAPORAZIONE
La concentrazione di un prodotto alimentare ottenuta per riscaldamento si basa sulla
progressiva evaporazione dell'acqua, ottenuta con appositi apparecchi chiamati
appunto evaporatori. Questa tecnica viene ampiamente utilizzata nell'industria
alimentare; ad esempio, può costituire un pretrattamento di prodotti da sottoporre a
successive trasformazioni, come l'essiccamento e la cristallizzazione, oppure può
servire per ottenere un prodotto da destinare all'industria di trasformazione o un
prodotto già finito che, se è chiuso ermeticamente, può essere conservato per tempi
molto lunghi.
Un evaporatore convenzionale ha generalmente una struttura cilindrica
parzialmente circondata da uno scambiatore di calore a fascio tubiero. Nella
parte intermedia della camera cilindrica entra il prodotto, mentre dalla cima esce il
vapore e dal fondo il prodotto concentrato. Un tale apparecchio può essere messo in
serie con un secondo evaporatore in modo da costituire un evaporatore a multiplo
effetto, ossia un'apparecchiatura in cui il vapore caldo che si libera nel primo
elemento diventa il fluido riscaldante per il secondo.
Spesso si opera a pressione ridotta per evitare che il prodotto, portato
all'ebollizione per favorire l'allontanamento dell'acqua, venga a trovarsi a
temperature troppo alte. In tal caso il "vuoto" è fatto da una pompa meccanica
preceduta da un condensatore che blocca il vapore che si libera dal prodotto. Ad
esempio per marmellate, conserve di pomodoro, ecc. si possono usare evaporatori a
boule, di forma semisferica, la cui parete è cava per permettere la circolazione del
fluido riscaldante. Essi operano ad una pressione ridotta che consente di mantenere
la temperatura di ebollizione del prodotto a circa 60°C. L'evaporatore può essere
seguito da uno scambiatore di calore che consente di abbassare abbastanza
rapidamente la temperatura del prodotto a circa 20 °C, per salvaguardarne il più
possibile le caratteristiche sensoriali e nutrizionali.
Alla concentrazione spesso si fanno seguire altri trattamenti a caldo effettuati sul
prodotto dopo che questo è stato confezionato.
CRIOCONCENTRAZIONE: l’acqua viene allontanata dal sistema previa
trasformazione in ghiaccio (per il latte –3, -7°C)
OSMOSI
Negli ultimi decenni, i processi fondati sull'impiego di membrane sono passati da
uni fase sperimentale a una di sviluppo, grazie alla realizzazione di membrane
sempre piu’ perfezionate e adatte a una applicazione industriale.
Può essere definita membrana qualsiasi struttura di spessore molto ridotto che
separa due fasi omogenee fluide (il solvente puro da una sua soluzione o due
soluzioni dello stesso solvente a diverse concentrazioni) e risulta chimicamente e
fisicamente distinta da queste. A differenza delle membrane biologiche, quelle
artificiali si presentano generalmente solide, con una struttura ben definita e un
numero di funzioni molto più limitato. Attualmente, le membrane più utilizzate,
costituite da polimeri organici (acetato di cellulosa o composti sintetici), possono
essere:
- omogenee a struttura simmetrica: composte da sottili strati di un'unica
sostanza, non possiedono pori ma funzionano per diffusione;
- porose a struttura simmetrica: si comportano come setacci, lasciando passare
particelle di diametro inferiore a quello dei pori;
- asimmetriche: formate da due strati sovrapposti, uno sottilissimo e omogeneo e
uno con micropori, più spesso.
Una struttura che lasci fluire selettivamente il solvente e trattenga i soluti viene detta
membrana semipermeabile. In presenza di membrane semipermeabili, si assiste al
fenomeno dell'osmosi (dal greco osmós = spinta), cioè del passaggio del solvente
puro dalla soluzione più diluita a quella più concentrata. Per impedire questo
passaggio, occorre applicare, dalla parte della soluzione più concentrata, una pressione
idrostatica, per esempio con un pistone; tale pressione prende il nome di pressione
osmotica (Fig 14.4). L'entità della pressione osmotica è diversa per differenti soluzioni;
essa dipende esclusivamente dal numero di particelle ioniche e non ioniche presenti in
soluzione (concentrazione osmolare oppure osmolale*) e non dalle loro dimensioni,
forma, carica elettrica.
P = R•T•C
in cui:
c = concentrazione osmolale
R = costante dei gas
T = temperatura assoluta
Il fenomeno dell'osmosi, largamente presente in natura, può essere sfruttato
industrialmente per concentrare una soluzione diluita, nel nostro caso l'alimento,
mettendola a contatto con una a maggiore concentrazione, appositamente preparata, per
mezzo di una membrana semipermeabile.
Basandosi su questi principi, è stata messa a punto una tecnica di disidratazione di
alimenti solidi (frutta e verdura) denominata osmosi diretta. Essa consiste
nell'immergere i prodotti in soluzioni ipertoniche eventualmente riscaldate. In questo
caso, la membrana separatrice è quella delle cellule che si trovano in superficie.
Il termine osmosi indica in chimica e in fisica il fenomeno consistente nel movimento
di diffusione di due liquidi miscibili di diversa concentrazione, attraverso un setto
poroso o una membrana, semipermeabile o permeabile ai due mezzi. Due metodi di
conservazione dei cibi che sfruttano l'effetto osmotico, sia a livello industriale che in
ambito casalingo, sono ad esempio la salatura e la salamoia. Ogni soluzione possiede
una pressione osmotica che è direttamente proporzionale alla sua molarità. Quando sui
due lati della membrana si trovano soluzioni a diversa concentrazione, la differenza di
pressione osmotica muove le molecole di solvente dalla soluzione più diluita
(ipotonica) verso la soluzione più concentrata (ipertonica), fino a quando le
concentrazioni delle due soluzioni diventano identiche (isotoniche) e i due potenziali
chimici si equivalgono.
L'osmosi inversa è invece il fenomeno che si verifica quando si applica, alla superficie di
una membrana semipermeabile che separa due soluzioni di concentrazione diversa, una
differenza di pressione contraria alla pressione osmotica e a essa superiore, per cui il
flusso del solvente avviene dalla soluzione più concentrata a quella più diluita. L'osmosi
inversa è una delle tecnologie usate per rendere potabile l'acqua marina e purificare le
acque degli acquedotti dal rubinetto di casa.
ULTRAFILTRAZIONE E IPERFILTRAZIONE
(OSMOSI INVERSA)
I metodi basati sull'uso di membrane preparate artificialmente consentono la
separazione dei componenti delle soluzioni in base alle dimensioni dei pori
della membrana e quindi alla capacità di questa di trattenere particelle più o
meno grosse. In tal senso, si possono distinguere quattro processi:
Gli impianti sono molto semplici e poco ingombranti, costituiti da supporti su cui
vengono collocati i filtri (membrane), pompe di alimentazione, dispositivi per il
controllo di pressione e temperatura. La superficie filtrante può essere aumentata con
l'impiego di membrane aggiuntive, consentendo una notevole flessibilità nelle
prestazioni quantitative.
La MICROFILTRAZIONE viene utilizzata quando si vogliono filtrare liquidi con
particelle in sospensione del diametro di 0,1-10 µm, utilizzando membrane porose
simmetriche, di solito di tipo tubolare, con circolazione parallela del liquido (flusso
tangenziale), e non perpendicolare, rispetto al filtro, a velocità tale da evitare la
formazione di depositi sulla superficie. Acqua, macromolecole e sostanze disciolte
passano attraverso la membrana. Vengono trattenute le sospensioni, i batteri, i
colloidi, i macrocristalli.
I processi più largamente impiegati a livello di industria alimentare sono l'ultrafil
trazione (UF) e l'osmosi inversa (RO) (Reverse Osmosis).
ULTRAFILTRAZIONE
Mediante questo processo, si possono separare i solidi sospesi, le sostanze colloidali e
le macromolecole dal filtrato in cui restano disciolti i soluti a basso peso
molecolare (sali, zuccheri ecc.). Le membrane utilizzate sono di tipo asimmetrico e
possono avere diverse configurazioni. Anche in questo caso, il flusso è tangenziale e
non perpendicolare. Si parla invece di nanofiltrazione (NF) quando le membrane
lasciano passare solo acqua e ioni monovalenti.
Le applicazioni dell'UF sono molteplici:
- trattamento del latte per produzione di yogurt, creme e dessert;
- trattamento del latte prima della caseificazione (per standardizzare il prodotto);
- trattamento del siero di latte per recupero delle proteine ed eliminazione del pro
blema degli scarichi inquinanti;
- estrazione di proteine dal latte di soia, dall'uovo intero e dall'albume, dal sangue; purificazione di enzimi, vitamine e ormoni;
- chiarificazione di succhi di frutta, mosti, vini, birra, aceto: allontanamento di gomme
e mucillagini.
OSMOSI INVERSA
In un normale processo osmotico, l'acqua passa attraverso la membrana
semipermeabile dalla soluzione più diluita a quella più concentrata, fino al
raggiungimento di un equilibrio (uguale pressione osmotica nelle due soluzioni).
Nei processi di osmosi inversa, dalla parte della soluzione più concentrata
(alimento) si applica una pressione idrostatica superiore alla pressione
osmotica con conseguente inversione del flusso del solvente che fuoriesce dalla
soluzione.
Le membrane utilizzate sono quelle per iperfiltrazione che, praticamente, si
possono considerare omogenee e attraverso le quali il trasporto del solvente
avviene per diffusione. Esse sono permeabili solo all'acqua, con perdite di
componenti a basso p.m. trascurabili.
Facendo scorrere il fluido tangenzialmente alla superficie delle membrane, come
nella microfiltrazione e nell'UF, non si formano depositi su di esse, che così si
autopuliscono consentendo una migliore funzionalità per un tempo più lungo.
Mentre negli altri processi a membrana si impiegano pressioni piuttosto modeste
(1-10 bar*), per l'osmosi inversa queste devono essere di molto superiori (30-60
bar) al fine di vincere la notevole pressione osmotica esercitata dai componenti a
basso peso molecolare trattenuti in soluzione.
Le ricerche sull'osmosi inversa, iniziate fin dai primi anni Sessanta del
Novecento, hanno raggiunto il pieno sviluppo nel campo della potabilizzazíone di
acque salmastre e di scarico: in questo caso, il prodotto che interessa non è il
concentrato, ma il permeato, cioè l'acqua, che deve essere più pura possibile.
Superate alcune difficoltà inerenti alle caratteristiche delle membrane con la
creazione di nuovi materiali, il settore di impiego dell'osmosi inversa si è esteso
alla concentrazione degli alimenti, per gli indubbi vantaggi che provengono
dall'operare a temperatura ambiente, evitando così ogni alterazione da calore.
Le principali applicazioni consistono in:
-concentrazione di estratti di tè e caffè prima della liofilizzazione;
-concentrazione del latte e dei succhi di frutta;
- concentrazione del pomodoro per salse destinate al consumo diretto o alle
industrie per la produzione di doppio o triplo concentrato;
- concentrazione del mosto d'uva (dopo un eventuale pretrattamento dello stesso
con UF).
L’ESSICCAMENTO
L'essiccamento è sicuramente uno dei metodi più antichi per conservare gli
alimenti, basta pensare all'esposizione al sole dei cereali, dei pomodori ecc. Il
prodotto essiccato presenta notevoli pregi, come una sensibile riduzione di peso e di
volume e la possibilità di essere conservato per mesi a temperatura ambiente, se
convenientemente confezionato, evitando l'assorbimento di umidità o, meglio ancora,
se si compie una sigillazione ermetica sotto vuoto o in atmosfera di gas inerte.
Con tale tecnica si elimina gran parte dell'acqua dall'alimento, attraverso
operazioni che vanno condotte ìn modo controllato per non danneggiare
eccessivamente i nutrienti. Allontanare acqua per evaporazione da materiale organico
è infatti un'operazione molto più difficoltosa di quella necessaria per essiccare
materiale inorganico. Se, ad esempio, si scalda un letto di sabbia, l'acqua si allontana
completamente per evaporazione, passando agevolmente attraverso una porosità che
resta praticamente costante durante tutta l'operazione.
Nel materiale biologico, invece, il vapore deve passare attraverso una matrice
che diventa sempre più densa, in cui l'aumento della concentrazione di sali
comporta una progressiva riduzione della tensione di vapore dell'acqua rimasta, le
cui molecole sono anche in parte "legate" a composti macromolecolari, come le
proteine. Inoltre, col progredire del processo di essiccamento, nell'alimento
avvengono modifiche superficiali che rendono sempre più difficile l'ulteriore
allontanamento dell'acqua; ad esempio la rapida evaporazione superficiale può
formare una pellicola dovuta alla gelatinizzazione degli amidi e alla
denaturazione delle proteine. Per questo insieme di ragioni il progressivo
allontanamento dell'acqua da tessuti biologici richiede condizioni sempre più
drastiche, tanto che ci si deve rassegnare alla presenza di un minimo contenuto
di umidità nel prodotto essiccato.
Da quanto è stato esposto emerge chiaramente che l'essiccamento di un
prodotto di interesse dietetico va effettuato tenendo soprattutto
presenti due aspetti:
a) la difficoltà crescente di allontanare l'acqua dall'alimento,
b) la necessità di non impiegare temperature troppo alte.
Per questo sono state sempre più affinate le tecniche di essiccamento per
le quali sono oggi disponibili vari tipi di apparecchiature. Tali tecniche
possono essere ricondotte essenzialmente a due tipi di processi base:
a) essiccamento a pressione normale,
b) essiccamento a pressione ridotta.
ESSICCAMENTO PER CONTATTO DIRETTO
CON UNA SUPERFICIE RISCALDATA
In questo caso, il calore arriva al prodotto tramite una superficie metallica che
funziona anche da supporto. I più diffusi strumenti che sfruttano tale metodo sono gli
essiccatori a tamburo (figura 14.8) o drum dryer, adatti per alimenti pastosi che
vengono distribuiti su due cilindri ravvicinati, ruotanti in senso opposto e riscaldati
dall'interno con vapore. Sulla superficie si forma una crosta di prodotto più o
meno spessa, a seconda della minore o maggiore vicinanza dei tamburi, che viene poi
raschiata con appositi coltelli e macinata.
Vi sono anche essiccatori per contatto in cui si possono lavorare sottovuoto
prodotti alimentari termosensibílí. L'energia termica è fornita attraverso la parete della
vasca, a contatto con il prodotto, che viene poi raccolto in un depolverízzatore posto
sulla cima dell'apparecchio (i, figura 14.9).
ESSICCATORE A TAMBURO
ESSICCAMENTO CON ARIA CALDA
In questo metodo, che risulta il più diffuso, l'aria calda ha una duplice
funzione: quella di trasmettere il calore all'alimento e quella di asportare il
vapore che da esso si libera. L'umidità assoluta dell'aria, cioè la quantità di
vapore assorbibile fino alla saturazione, aumenta con l'aumentare della
temperatura; quindi, l'alimento essiccherà tanto più velocemente quanto più
alte saranno la temperatura e la velocità di circolazione dell'aria che
consente il ricambio di quella umida con quella più secca.
L'essiccamento, tuttavia, non deve avvenire in maniera troppo rapida, per
evitare l'indurimento degli strati superficiali che farebbero da barriera
all'umidità di quelli sottostanti, compromettendo la buona riuscita del processo;
infatti, come si vedrà, le temperature, dapprima abbastanza alte, vengono poi
abbassate a valori di poco superiori a quelli ambiente.
Di seguito uno degli essiccatori piu’ diffusi:
Essiccatori a spruzzo o spray drying
Questo sistema, il più utilizzato per l'essiccazione dei prodotti fluidi, consente di
operare in maniera continua. Il fluido (latte, caffè, tè, succhi di frutta o pomodoro)
viene pompato dal serbatoio e condotto all'atomizzatore, quindi è nebulizzato
all'interno di una camera in cui circola aria filtrata e riscaldata. Le gocce di
liquido, durante la caduta verso il basso, si prosciugano e si raccolgono, come
polvere, nel fondo dell'apparecchio, per venire poi trasportate all'esterno dal flusso
stesso dell'aria. Le camere hanno dimensioni variabili da alcuni metri di altezza fino
a 30 m. I vantaggi di questo sistema risiedono nella brevità dei tempi di trattamento
(Vfigura 14.7).
Essiccamento a pressione ridotta. La liofilizzazione.
L'essiccamento a pressione ridotta ha il vantaggio, rispetto a quello a pressione
normale, di una riduzione dei tempi del trattamento, di una minore presenza di
ossigeno e di un'esecuzione a temperature più basse. Tale trattamento richiede però
il ricorso ad apparecchiature un po' più complesse; ad esempio, nel caso di essiccatori
per materiale solido, il fluido riscaldante non può circolare liberamente, come l'aria
negli essiccatori ad armadio e a tunnel descritti, ma è immesso in cavità ricavate nei
ripiani sui quali è riposto il prodotto da essiccare.
Particolarmente importate è l'essiccamento effettuato su materiale che almeno per la
prima fase del processo è congelato. Tale processo prende il nome di liofilizzazione
ed è basato sul passaggio di stato dell'acqua dell'alimento dallo stato solido
direttamente a quello di vapore. In Figura 5 è riportato il diagramma di stato
dell'acqua in cui è tracciato un ipotetico percorso effettuato per la sua sublimazione.
Il prodotto si trova inizialmente nel punto a,
ossia in condizioni di temperatura e pressione inferiori a quelle relative al punto
triplo (T = 0°C, p = 4.6 mm Hg), in cui vi è la coesistenza delle tre fasi, solido,
liquido e vapore; con un progressivo riscaldamento e mantenendo costante la
pressione si giunge in b, alle cui condizioni di temperatura e pressione l'acqua
inizia ad allontanarsi per sublimazione.
Un impianto di liofilizzazione di tipo industriale comprende i settori di
preparazione, congelamento, liofilizzazione e confezionamento.
Nel settore di preparazione vengono approntate le linee di lavorazione adatte
ai vari prodotti da liofilizzare, che possono essere a base di carne, vegetali o
liquidi. Ad esempio per le carni si può compiere una macinazione del prodotto
congelato seguita da cottura e omogeneizzazione (vedi Figura 2).
Il settore di congelamento è costituito da celle frigorifere, mantenute ad una
temperatura di circa-35°C, in cui vengono introdotti i carrelli con i vassoi sui quali
sono state sistemate porzioni del prodotto. i tempi devono essere rapidissimi per
favorire una solidificazione dell'acqua che danneggi il meno possibile il prodotto.
Se quest'ultimo è liquido si può utilizzare un'apparecchiatura a cilindri rotanti, simile
a quella usata per ottenere prodotti essiccati, che lo congela sotto forma di scaglie;
queste potranno passare successivamente ad una granulatrice, che li trasformerà in
granuli, in modo da poter ottenere poi un'alta velocità di sublimazione.
Nel settore di liofilizzazione i carrelli sono immessi in apposite camere in cui sono
create le condizioni di temperatura e pressione necessarie per la sublimazione
dell'acqua. Il riscaldamento può essere fornito da piastre scaldate anche fino a 150200 °C, ma poste in modo da fornire calore solo per irraggiamento e garantire
così un riscaldamento uniforme ed una altrettanto omogenea liofilizzazione. È
però importante che la temperatura delle piastre venga rapidamente abbassata,
quando gran parte dell'acqua è sublimata, per evitare il surriscaldamento superficiale
del prodotto
Il vapore acqueo, che si sviluppa durante la fase di essiccazione, è raccolto in
un condensatore collegato alla camera di liofilizzazione. La temperatura del
condensatore è, in genere, tale da garantire, attraverso un'opportuna condensazione
del vapore, una pressione che consenta di operare sempre in liofilizzazione fino ad
un'umidità residua del prodotto inferiore all' 1 %.
Infine nel settore di confezionamento il prodotto liofilizzato è chiuso in appositi
contenitori. Il suo confezionamento, sotto vuoto o in atmosfera di gas inerte, è molto
importante perché, essendo molto poroso e con una grande superficie, occorre evitare
il contatto con l'aria e quindi con l'ossigeno e l'umidità.
I vantaggi della liofilizzazione sono numerosi:
- lavorando a pressione ridotta l'ossigeno è presente in piccole quantità;
- si hanno scarse perdite di composti volatili;
- l'umidità finale è molto contenuta;
- il prodotto spesso mantiene la struttura e il volume iniziale con la stessa di
stribuzione dei componenti solidi e può quindi essere comodamente ripristinato con
l'aggiunta d'acqua;
- il prodotto può essere liofilizzato già nel contenitore definitivo e, una volta chiuso
ermeticamente, può essere conservato a lungo a temperatura ambiente;
- la leggerezza, la possibile riduzione di volume per compressione, la facilità di
conservazione e di trasporto, fanno del liofilizzato un prodotto ideale in determinate
situazioni d'emergenza.
La liofilizzazione in campo alimentare comporta, però, alti costi, che rendono il
prodotto poco competitivo rispetto a quelli che hanno subito altri trattamenti. Inoltre
grandi quantità di materiale richiedono tempi lunghi, perché il riscaldamento non
deve compromettere il valore nutritivo del prodotto.
Un'ottima soluzione per superare gli inconvenienti creati dal riscaldamento
tradizionale in liofilizzazione è rappresentato dal ricorso alle microonde.
Per prodotti pregiati, come quelli per lo svezzamento, l'incremento dei costi di
produzione richiesti dalla liofilizzazione potrebbero essere giustificati
dall'ottenimento di un prodotto con migliori caratteristiche nutrizionali. Occorre
però considerare l'incremento dei danni nutrizionali che possono derivare
dall'inserimento di un ulteriore trattamento, come la liofilizzazione, all'interno
della linea di produzione.