La chimica in cucina (o la cucina è chimica!) Primo Ciclo di Laboratori Scientifici per i studenti delle Scuole Medie Inferiori DENTRO LA MATERIA Modulo di chimica As 2012 - 13 Laboratorio di scienze Via Monti 14, Brescia La chimica in cucina (o la cucina è chimica!) Prof. Michela Brusetti Con la gentile collaborazione di: Bertagnoli Alessandro, Bianchini Piergiorgio, Casari Sofia, Consalvi Andrea, Maiolini Nicola, Mannarino Giulia, Mannarino Luca, Marchesi Marianna, Martini Francesco, Masserdotti Chiara, Meanti Leonardo, Pagliuca Isabella, Pesce Alberto, Pulcini Lucrezia Francesca, Uberti Beatrice

Prerequisiti: Sostanze idrofile Sostanze idrofobe Miscugli omogenei eterogenei soluzioni Emulsione Principi nutritivi

Un sistema formato da due o più sostanze pure è un miscuglio

Una soluzione è un miscuglio di due o più sostanze fisicamente omogeneo. Il componente più abbondante della soluzione si chiama solvente, gli altri si chiamano soluti.

Un miscuglio eterogeneo è formato da componenti chimicamente definiti e da fasi fisicamente distinguibili.

Emulsione = originata dall’apparente miscibilità tra liquidi immiscibili I colloidi costituiscono una classe di materiali che ha caratteristiche intermedie tra quelle dei miscugli omogenei e quelle dei miscugli eterogenei.

Cosa abbiamo bisogno per vivere?

IL LATTE* Dati Latte vaccino Densità 1,03 kg/L pH 6,5 Residuo secco 12,9 % Proteine > 3,0% Lattosio > 4,7% Grasso > 3,5 % Fonti Dialma Balasini – Zootecnica applicata – Calderini Ed. Agricole www.agraria.org/industrie/marlatte.htm

Per il grasso Latte grasso intero ≥ 3,2% Parzialmente scremato 1,5% - 1,8% scemato 0,3%

3 mesi 1 anno

La Struttura del latte

Lipidi del latte I lipidi nel latte sono presenti sotto forma di globuli del diametro di 3 μm. Tali globuli, avendo un peso specifico inferiore all’acqua, tendono a disporsi in superficie. Per tale motivo nel processo di caseificazione il latte può essere sottoposto ad un processo di omogeneizzazione in maniera da assicurare una omogenea distribuzione della componente lipidica.

Le proteine del latte possono essere divise in due categorie: le caseine e le sieroproteine. Le caseine non si sciolgono e opportunamente coagulate danno, insieme al grasso, struttura ai formaggi. Contengono Ser e Thr fosforilate, molte Pro, ma non ponti disolfuro. Le sieroproteine restano invece in soluzione e spesso rimangono nel siero dopo la caseificazione. Contengono ponti disolfuro e non sono fosforilate.

α (s)-Caseina K-Caseina Le caseine non coagulano con il calore; per questo motivo non subiscono perdite significative durante la pastorizzazione o la sterilizzazione del latte. Le caseine coagulano invece per acidificazione o per l'azione di alcuni enzimi proteolitici. α (s)-Caseina K-Caseina

Le sieroproteine non coagulano né per effetto degli enzimi, né per acidificazione ma si denaturano facilmente per azione del calore. Le principali sieroproteine sono la β-lattoglobulina e da α-lattoalbumina. Struttura tridimensionale della α-lattoalbumina Struttura tridimensionale della β-lattoglobulina

Caseine: poco strutturate, emulsionanti, schiumogene, digeribili, stabili a T Sieroproteine : strutturate, compatte , instabili a T

Fosfato di calcio colloidale CN CN CN CN

-O P O OH CH2 Ca2+ (Ca2+ O - ( n C O- Ser Thr Asp Glu

Effetto del calore su interazione caseine-sieroproteine Struttura delle sieroproteine nativa denaturata Effetto del calore su interazione caseine-sieroproteine

Nel latte le caseine si trovano sotto forma di micelle, particelle proteiche con tendenza ad unirsi e coagulare; in condizioni standard ciò non avviene per due motivi: il primo risiede nella loro carica elettrica, che a pH naturale risulta negativa (particelle con carica uguale si respingono); il secondo nella presenza di una catena oligosaccaridica nella parte C-terminale della K-caseina. La mancanza di uno o di entrambi i fattori determina la coalescenza di queste particelle, quindi la coagulazione.

Coagulazione acida Quando il pH raggiunge il valore di 4,6 (punto isoionico) le micelle perdono la loro carica negativa e diventano neutre; a questo punto, persa la repulsione elettrica, iniziano a coagulare.

Coagulazione presamica Il presame, o caglio, ricco in CHIMOSINA (O RENNINA), viene aggiunto al latte ad una temperatura di 30-37°C. Gli enzimi determinano il distacco della parte C-terminale della K-caseina, conferendo alle micelle la capacità di coagulare tra loro.

Aggiunta caglio (rennina) Come si fa il formaggio? Acidificazione Aggiunta caglio (rennina)

Mozzarella A 3 litri di latte crudo freddo si aggiungono 3-3.6 g di acido citrico. Si scalda a 37 °C sotto agitazione e si aggiungono 0.6 g di caglio. Si lascia riposare 10-15 minuti fino alla formazione della cagliata. Si rompe la cagliata e si lascia riposare per 40-45 minuti. Si lascia sgocciolare bene la cagliata. Si fila la mozzarella in acqua salata calda (85-90 °C). Si lascia riposare almeno 2 ore la mozzarella in acqua fredda. Conservare in frigorifero.

Ricotta Scaldare a 75 °C il siero filtrato ottenuto dallae lavorazioni precedenti. Aggiungere il latte (0,9 litri latte/5 litri siero) e scaldare a 90 °C. Aspettare che fiorisca la ricotta (5-6 minuti). Raccogliere la ricotta con uno scolino e riporla in appositi cestelli. Lasciare raffreddare. Conservare in frigorifero.

Ringraziamenti: Università degli Studi di Milano Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Commissione Orientamento del Collegio Didattico del Dipartimento di Chimica Prof. Pierantonio Biondi Prof. Elena Cariati Prof. Lucia Carlucci Dr. Federica Riva