Micelle di caseina e il loro futuro

Caseina un futuro del passato

Preistorico è l’uso del latte animale per usi tecnologici, in particolare per fare pitture durevoli sulle rocce (Villa P, Pollarolo L, Degano I, Birolo L, Pasero M, Biagioni C, et al. – A Milk and Ochre Paint Mixture Used 49,000 Years Ago at Sibudu, South Africa – PLoS ONE 10 (6), 0131273, 2015), e numerosi sono gli usi tecnologici del suo principale componente proteico, la caseina, iniziando dalla fabbricazione di materie plastiche come la Galatite o Galalite e il Lanital. Questo interesse non è diminuito, anzi oggi è accresciuto dalle possibilità che le micelle di caseina (CM) hanno di divenire importanti componenti alimentari bioattivi (Uzma Sadiq, Harsharn Gill, Jayani Chandrapala – Casein Micelles as an Emerging Delivery System for Bioactive Food Components – Foods.; 10 (8), 1965. 2021).

Componenti alimentari bioattivi

I componenti alimentari bioattivi hanno potenziali benefici per la salute, ma sono suscettibili alla degradazione per effetto della luce, pH, temperatura e ossigeno, oltre ad avere scarsa solubilità, stabilità e biodisponibilità nel tratto gastrointestinale. Per questo le tecnologie in grado di conservarli e proteggerli sono importanti per l’industria alimentare e la loro microincapsulazione è una promettente tecnologia, soprattutto se si usano materiali biologici come le micelle di caseina (CM). Molti alimenti possono essere considerati “funzionali”, ossia in grado di modulare alcune funzioni fisiologiche e, per esser definiti tali, devono possedere naturalmente dei componenti bioattivi, sostanze che possono dare un beneficio fisiologico e o ridurre il rischio di sviluppare alcune patologie. Questi componenti si dicono bioattivi perché sono in grado di modulare funzioni biologiche e tra queste vi sono la diminuzione dello stress ossidativo, il miglioramento delle risposte del sistema immunitario, la attività antinfiammatoria e immuno-modulatoria, un’azione antibatterica, antivirale e antimicotica, il miglioramento del sistema cardiovascolare, e la riduzione del rischio tumorale. I componenti bioattivi, in base alla struttura chimica e alla classe di appartenenza, comprendono acidi grassi, acidi fenolici (acido caffeico e acido ferulico), carotenoidi (licopene, beta-carotene, luteina e zeaxantina), composti solforati (allicina), fitoestrogeni e fitosteroli, flavonoidi, prebiotici e probiotici, tannini e diversi altri composti.

Micelle di caseina

Le micelle sono particelle colloidali in sospensione, formate da più molecole tenute insieme da forze di tipo intermolecolare. Le micelle di caseina (CM) sono un insieme di quattro tipi di caseine, (αs1, αs2, β e κ caseina) con fosfato di calcio, e hanno proprietà idrofobiche e idrofile che le rendono ideali per l’incapsulamento di bioattivi alimentari. Le CM possono incorporare le molecole bioattive perché hanno una natura auto assemblante, notevole attività superficiale per stabilizzare le emulsioni e, quando riscaldate, capacità di legare componenti idrofobici. Inoltre, le CM agiscono come idrogel naturali, incapsulano i minerali, e si legano con i polimeri formando nanocapsule con un rilascio mirato e controllato di bioattivi nel tratto gastrointestinale. Significativi e interessanti sono i recenti progressi sulle conoscenze e su gli impieghi delle CM, e sono in corso studi per aumentare la comprensione di come la variazione delle proprietà strutturali dei CM può essere utilizzata per fornire bioattivi con diverse proprietà fisiche, chimiche e strutturali.

Micelle di caseina e sfide future

Le odierne conoscenze permettono di ritenere che le CM, per le loro proprietà tensioattive ed emulsionanti, natura auto assemblante e capacità distintive di legame, sono un promettente candidato per ottenere alimenti funzionali e nutraceutici. Anche i complessi di CM con polisaccaridi, gomme, pectina e polimeri hanno fatto progressi significativi negli ultimi anni. Inoltre, si è visto che le regioni idrofobiche delle CM, interagendo con altre sostanze idrofobiche, permettono di produrre nanoincapsule con proprietà tensioattive e di stabilizzazione delle emulsioni. Le CM sono anche un’ottima scelta per idrogel “intelligenti” che rilasciano biomolecole in una varietà di impostazioni perché le proprietà di assorbimento d’acqua degli idrogel a base di caseina consentono l’intrappolamento di molecole specifiche e il loro rilascio controllato.

Tecnologie non termiche come il trattamento ad alta pressione, il campo elettrico pulsato, gli ultrasuoni e la luce UV stanno avendo notevole attenzione da parte dell’industria alimentare e si sta vedendo che l’uso di queste tecnologie può modificare la struttura delle CM. La maggior parte degli studi fino ad oggi si sono principalmente svolti in laboratorio e ci si chiede come questi risultati potranno essere replicati e prodotti su scala pilota e in produzioni e utilizzazioni su larga scala.

Modello di micelle di caseina di Waugh 1958 (a), modelli di Schmidt nel 1982 (b), modello proposto da Walstra nel 1990 (c1) e 1999 (c2), (differisce nella posizione del fosfato di calcio), modello a doppio legame di Horne (2003) (d1) e interpretazione del modello di Schmidt nel 2005 (d2). (Uzma Sadiq, Harsharn Gill, Jayani Chandrapala – Casein Micelles as an Emerging Delivery System for Bioactive Food Components – Foods.; 10 (8), 1965. 2021).