Saccarosio: storia, produzione e digestione

Che cos’è il saccarosio?

Saccarosio
Fig. 1 – Cucchiaino di Zucchero

Il saccarosio e’ uno dei dolcificanti più antichi ed è il dolcificante calorico più utilizzato sia per uso domestico che commerciale.
Detto anche zucchero da cucina, zucchero liquido, zucchero di canna, zucchero bianco, o semplicemente zucchero, è formato da una molecola di glucosio ed una di fruttosio legate da legame glicosidico α-(1→2).
Con l’amido ed il lattosio è uno dei tre più comuni carboidrati assunti con la dieta.
E’ prodotto dalle piante attraverso la fotosintesi clorofilliana utilizzando come “mattoni” acqua, anidride carbonica (CO2) ed energia solare, energia che viene immagazzinata nei legami chimici della molecola. Pertanto il saccarosio è presente in praticamente tutte le piante ma economicamente la sua estrazione è vantaggiosa solo a partire da:

  • Canna da zucchero (Saccharum officinarum); circa il 75% della produzione mondiale di zucchero, 146 milioni di tonnellate nel 2004, deriva questa pianta.
  • Barbabietola da zucchero (Beta vulgaris ssp. vulgaris var. altissima), specialmente in Europa; il contenuto in saccarosio, grazie a selezioni continue negli ultimi due secoli, è passato dal 4,5% al 16-18%.

L’estrazione, tranne per le fasi iniziali, è per il resto molto simile da entrambe le fonti.

La storia del saccarosio

Sembra che lo zucchero sia stato scoperto in India nel VI secolo a seguito della bollitura del succo di canna (nell’antichità il miele era il dolcificante più diffuso); sono gli arabi che lo introducono in Europa. Nel 1747 Andreas Sigismund Marggraf, un chimico tedesco, scopre il saccarosio nella barbabietola e nel 1802 Franz Achard, un suo studente, mette a punto il primo processo industriale per la sua estrazione. Lo stesso processo verrà poi adattato anche alla canna da zucchero.

Estrazione dalla canna da zucchero

Saccarosio
Fig. 2 – Canna da Zucchero

La canna da zucchero, una volta tagliata, deve essere lavorata velocemente in quanto si deteriora rapidamente.
La prima fase della lavorazione, dopo la raccolta, è la macinatura e lo schiacciamento per l’estrazione, grazie anche all’acqua, del sugo. Il residuo legnoso restante, detto bagasse, è seccato e utilizzato come combustibile.
Segue la filtrazione del sugo. Per evitare che il saccarosio presente nel filtrato sia trasformato in glucosio e fruttosio dagli acidi organici presenti, in un processo definito di “inversione” (vedi zucchero invertito), si aggiunge idrossido di calcio (Ca(OH)2) detto anche calce spenta o latte di calce.
Il sugo “neutralizzato” viene portato a 95 °C e, grazie all’azione dell’idrossido di calcio, è “chiarificato” ossia si verifica la precipitazione (non completa) di impurezze e residui (glucosio, fruttosio, fibre, pectine, ceneri inorganiche, aminoacidi, proteine ed altre), che formano una fanghiglia, poi separata per gravità o centrifugazione.
Tramite riscaldamento si ottiene una parziale evaporazione dell’acqua, che arriva ad una concentrazione del 35% del sugo. Gli ioni calcio (Ca2+) presenti, derivanti da Ca(OH)2, vengono allontanati attraverso la CO2 che è fatta gorgogliare nel sugo: la reazione tra CO2 e Ca2+ forma il carbonato di calcio che precipita depositandosi sul fondo.
Il passo successivo è la cristallizzazione con la quale, attraverso più fasi di centrifugazione ed evaporazione, il saccarosio è separato dalla melassa (utilizzata come mangime per gli animali, per produrre etanolo, rum, acido citrico e lievito in compresse): il prodotto è lo zucchero grezzo di canna pronto per la vendita.

Da zucchero grezzo a zucchero bianco raffinato

Lo zucchero bianco raffinato è ottenuto da quello grezzo a seguito della separazione dei residui di melassa, che nutrizionalmente hanno un valore del tutto trascurabile.
Dopo aver sciolto lo zucchero grezzo in acqua calda, si aggiunge nuovamente idrossido di calcio per far precipitare i rimanenti residui di melassa ed ottenere una ulteriore chiarificazione.
A questo punto la soluzione contenente residui giallastri è fatta passare su carbone attivo che assorbe i residui in soluzione.
Infine, attraverso una serie di cristallizzazioni e centrifugazioni si ottiene lo zucchero bianco.

Estrazione dalla barbabietola da zucchero

Saccarosio
Fig. 3 – Barbabietola da Zucchero

L’estrazione del saccarosio dalla barbabietola da zucchero avviene in maniera simile a quanto visto per la canna da zucchero.
Dopo essere state raccolte e lavate sono tagliate in fette e messe in acqua a 60-80 °C, trattamento che porta alla rottura delle membrane cellulari ed al rilascio dello zucchero, insieme ad altre sostanze. In questa soluzione, detta sugo grezzo, insieme al saccarosio, in una concentrazione del 10-15%, ci sono anche molte impurezze, sia inorganiche, come sali, che organiche, quali acido glutammico, proteine (compresi enzimi responsabili di processi di ossidazione), fenoli, acidi, saponine, betaine, pectine, che conferiscono un colore che va dal marroncino al nero, e che ovviamente dovranno essere eliminate. Gli eventuali microrganismi resistenti al calore sono eliminati aggiungendo un disinfettante come ad es. l’anidride solforosa (SO2).
Come per la canna da zucchero, anche in questo caso viene utilizzato Ca(OH)2 per far precipitare parte delle impurezze e, successivamente, nel succo verrà fatta gorgogliare CO2 per far precipitare il bicarbonato di calcio che porta con se parte delle impurezze.
Il passaggio seguente consiste nell’aggiunta alla soluzione di SO2 per prevenire successive reazioni di imbrunimento e degradazione.
I passaggi finali di evaporazione e cristallizzazione corrispondono a quelli visti per lo zucchero di canna e portano alla produzione di uno zucchero con purezza superiore al 99,7%.

Saccarosio: scissione enzimatica

La reazione che porta alla liberazione di una molecola di glucosio ed una di fruttosio a partire da una di saccarosio (reazione α-(1→2)-glicosidasica) è catalizzata da un enzima multifunzionale, localizzato a livello dell’orletto a spazzola degli enterociti. L’enzima detto saccarasi-isomaltasi, è dotato di due siti attivi: in uno catalizza la scissione del saccarosio mentre nell’altro la liberazione dalle destrine limite di nuove catene lineari (reazione α-(1→6)-glicosidasica) su cui agisce l’amilasi (si parla per questo anche di enzima deramificante). Infine in entrambe i siti attivi è in grado di catalizzare anche l’idrolisi del maltosio (attività maltasica, reazione α-(1→4)-glicosidasica).

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