Lo studio della chimica organica e il pane sono in stretta correlazione tra loro. Un impasto per pane, “nasconde” al suo interno numerosi processi chimici invisibili che appartengono alla branca definita chimica organica (che nonesula da nozioni di fisica).
Pane e pasta sono cibi ricchi di carboidrati (idrati di carbonio o zuccheri complessi). Essi sono considerati una delle più importanti fonti di energia per l’organismo umano assieme ai grassi (lipidi) e alle proteine, preposte a svolgere processi metabolici. Per realizzare un pane, ci serviamo principalmente di ingredienti come farina, acqua, lievito e sale.
- La farina, come sappiamo è il prodotto risultante dalla macinazione del grano, un cereale ricco di amido e quindi di zucchero.
- L’acqua è un liquido incolore e insapore che in chimica viene definito “soluto”, utile a permettere reazioni chimiche.
- Il lievito è una cellula che abbraccia il sistema biologico e che non esula da reazioni di carattere chimico.
- Il sale è un composto chimico alquanto neutro, dato da un insieme di ioni e che comunque, nella panificazione assume una sua importanza.
Quello che verrà trattato di seguito, si riferisce principalmente ai legami chimici tra molecole all’interno di una cellula, a partire dai composti che riguardano la parte organica della chimica.
La chimica organica e le sue caratteristiche
In chimica, i composti si distinguono in organici e inorganici. Prima di proseguire, cerchiamo di capire come ogni reazione chimica sia legata alla sollecitazione di particelle più o meno piccole che compongono una sostanza e quale sia la loro denominazione.
La parte più microscopica di una sostanza che compone la materia è l’atomo. Pur se esso resta inalterabile, è in grado di subire variazioni di carattere fisico quando viene sollecitato da cariche elettriche definite elettroni.
La condivisione di elettroni tra due o più atomi crea dei “legami” chimici (legami covalenti) che, a seconda di come sono strutturati, stabiliscono la natura e le proprietà degli elementi che compongono la materia: solida, liquida o gassosa.
La molecola è la parte più piccola di una sostanza e anche se conserva caratteristiche chimiche e fisiche proprie, influisce sul comportamento chimico-fisico della sostanza stessa.
Il carbonio è uno dei costituenti essenziali del regno animale e vegetale.
Gli atomi di carbonio possono formare dei “legami covalenti” quando si combinano con atomi ed elettroni.
La struttura complessiva di una molecola organica è data dalla disposizione degli atomi di carbonio sulla struttura della molecola stessa e questa disposizione contribuisce a determinarne funzionalità e proprietà.
Molecole funzionali
Le proprietà chimiche di una molecola organica appartengono principalmente a gruppi di molecole definite “funzionali” ossia: quando un atomo di idrogeno (H) si lega ad un atomo di ossigeno (O), un elettrone esterno, spaiato, appartenente all’ossigeno stesso, può formare un legame con un altro atomo (ad esempio il carbonio “C”). Molti gruppi di molecole funzionali possiedono zone di carica positiva e zone di carica negativa per cui sono definiti “gruppi polari“.
La forza di un legame chimico viene espressa in termini di energia (kilocalorie per mole) e il legame che si stabilisce è chiamato “legame a idrogeno“. Per approfondimenti leggi anche “L’acqua è chimica pura – di Simona Lauri)
La cellula e la membrana cellulare
Tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule: eucariotiche (in animali e piante) o procariote (cellule batteriche). Le cellule di lievito ad esempio, sono cellule eucariote e il loro comportamento è simile a quello della cellula umana.
Una singola cellula, al suo interno contiene migliaia di molecole differenti. Solo alcune di queste tuttavia costituiscono notevole importanza per l’organismo:
- carboidrati (molecole costituite da zuccheri)
- lipidi (molecole apolari che comprendono i grassi e le cere)
- proteine (molecole costituite da aminoacidi)
- nucleotidi (molecole complesse che giocano un ruolo chiave negli scambi energetici e che, se combinati tra loro, formano le grandi molecole o gli acidi nucleici).
Le cellule assorbono o producono cibo, si riproducono, sono sensibili ai cambiamenti ambientali, controllano le reazioni chimiche, posseggono proprietà tali da caratterizzare “la vita” (umana, animale o vegetale).
Quando le molecole all’interno della cellula vengono metabolizzate, viene rilasciata energia utile al loro meccanismo di sopravvivenza.
La cellula è rivestita in superficie da una membrana detta membrana plasmatica. Essa è molto fragile e il suo ruolo è quello di controllare quali sostanze possono entrare e uscire da essa. È parzialmente permeabile e solo alcune sostanze sono in grado di attraversarla. Le piccole dimensioni e la solubilità in acqua delle molecole di glucosio, ad esempio, riescono ad oltrepassare la membrana cellulare così come i fosfolipidi (lipidi contenenti fosfato) poiché essendo in costante movimento, creano dei piccoli pori che permettono alle particelle più minute di attraversare la membrana plasmatica cellulare.
Una molecola fosfolipidica è in parte attratta dall’acqua (viene definita idrofila), in parte invece la respinge (idrofoba). All’interno del substrato cellulare le parti idrofile si trovano sia all’esterno che all’interno del fluido cellulare, mentre le parti idrofobiche (quelle che respingono l’acqua) si trovano nel mezzo della membrana plasmatica.
I Carboidrati
Detti anche idrati di carbonio, saccaridi, polisaccaridi o più comunemente zuccheri, sono una grande fonte di energia per gli esseri viventi sia animali che vegetali. Essi si compongono di molecole derivanti dal carbonio (C) in combinazione con idrogeno (H) e ossigeno (O).
I carboidrati più semplici o zuccheri “singoli”, rappresentativamente, possono essere considerati come dei piccoli “mattoncini” lego che, uniti insieme ad altri simili, formano dei mattoni più grandi.
In base al numero di zuccheri di cui sono composti, i carboidrati vengono distinti in:
- monosaccaridi (una sola molecola di zucchero)
- disaccaridi (due molecole di zucchero)
- polisaccaridi (più molecole di zucchero legate tra loro)
I monosaccaridi (glucosio e fruttosio) sono molto solubili in soluzioni acquose. Se accoppiati a molecole con più di 5 atomi, possono variare drasticamente la struttura della molecola al punto tale da liberare energia che viene espressa sotto forma di calore. Una delle principali risorse umane o animali (vertebrati) è il glucosio che a sua volta è composto da due molecole: α-glucosio e β-glucosio. Due molecole di glucosio formano il maltosio. Tra i monosaccaridi, oltre al glucosio, troviamo il galattosio, il fruttosio, il ribosio e desossiribosio. Questi ultimi, appartengono rispettivamente ai nucleotidi (RNA e DNA).
I disaccaridi sono invece dei trasportatori di energia. Vengono chiamati anche zuccheri derivati e scaturiscono dal legame tra due zuccheri. Il saccarosio ad esempio, deriva dall’unione di molecole di glucosio + fruttosio, il lattosio è costituito da glucosio + galattosio. I disaccaridi sono solubili in acqua tuttavia non riescono ad attraversare la membrana cellulare perché sono troppo grandi. Vengono quindi scomposti in monosaccaridi così da poter raggiungere la cellula attraversando la membrana cellulare.
Quando durante la combinazione tra molecole, una molecola d’acqua resta libera, si assiste ad un fenomeno chimico detto condensazione.
Quando un disaccaride viene scisso da due monosaccaridi, la molecola d’acqua libera si aggrega nuovamente e crea energia. Questo fenomeno è chiamato: idrolisi (reazione chimica di scissione/disgregazione molecolare).
I polisaccaridi
I polisaccaridi sono molecole di grandi dimensioni. Essi costituiscono la riserva degli zuccheri. Il principale polisaccaride di riserva vegetale è l’amido che deriva dall’unione di unità ripetitive di glucosio. Esso è presente sotto forma di amilosio e amilopectina, entrambi, derivanti dal glucosio.
L’amido viene idrolizzato nel corpo umano e produce il glucosio il quale, attraversa la cellula e viene utilizzato nel metabolismo. All’interno della cellula, il glucosio può essere polimerizzato per produrre glicogeno che funge da accumulatore di carboidrati. La polimerizzazione consiste nel legame tra più molecole anche dette monomeri ed è una reazione chimica che conduce alla formazione di una lunga catena dove, un monomero ripetuto ciclicamente, dà luogo ad un’unità ripetitiva.
Quando più monomeri si agganciano l’un l’altro si ottengono legami e reazioni chimiche che assumono la denominazione di polimerizzazione ad “addizione” o a “condensazione” (in base al rispettivo meccanismo di reazione: a catena o a stadi).
Le proprietà chimiche di un polisaccaride dipendono da svariati fattori:
- Lunghezza della catena polimerica (di solito le catene sono molto lunghe)
- Estensione della ramificazione e tipo di aggregazione (laterale o agli estremi della catena)
- Inclinazione (catena lineare, a reticolo o ad anello)
Ai polisaccaridi appartiene anche la cellulosa, un carbonio organico presente nella biosfera. Le fibre di cellulosa che rivestono l’involucro esterno della cellula, hanno, rispetto all’amido, uno scopo ben diverso in natura poiché la cellulosa è molto più tenace a causa della disposizione polimerica nonché del legame a idrogeno tra le catene adiacenti. La cellulosa non viene idrolizzata nell’intestino per assenza di enzimi digestivi e quindi non può essere fonte di energia per l’uomo a differenza invece degli erbivori e dei ruminanti che, mediante l’enzima cellulasi, possono metabolizzarla facilmente.
La cellula di lievito non si discosta molto da quanto scritto più su e questo vale per le cellule delle piante, degli animali e dell’uomo.
Tutti i processi invisibili che avvengono in un impasto quando realizziamo un pane o una pizza, ma anche un piatto di pasta asciutta o una torta, sono dunque riconducibili ad un singolare e complesso sistema chimico legato a reazioni e combinazioni molecolari, ognuna delle quali, se sottoposta a stimoli, provoca l’incontro/legame tra singoli elementi che costituiscono la materia. Nel nostro caso, farina, acqua, lievito e sale, ognuno con un proprio “tratto somatico” ben definito, capace di interagire a sua volta con un ulteriore sistema metabolico unico nel suo genere: la vita che incontra un’altra vita.
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