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I conservanti alimentari naturali sono generalmente preferiti dai consumatori a causa della loro sicurezza percepita rispetto ai conservanti artificiali. Gli organismi viventi (animali, piante e microrganismi) contengono varie molecole con proprietà antimicrobiche che si sono evolute come meccanismi di difesa dell’ospite e hanno potenziali applicazioni nell’industria alimentare come conservanti. La maggior parte, se non tutti i conservanti classificati come naturali, svolgono anche una serie di altre importanti funzioni, ad esempio come antiossidanti, aromi e antibatterici. Questa tipologia di conservanti tende a prolungare la durata di conservazione di molti alimenti come carne e prodotti a base di carne. Esempi di composti conservanti naturali includono la lattoperossidasi presente nel latte, il lisozima presente nell’albume d’uovo, le saponine e i flavonoidi estratti da erbe e spezie, le batteriocine estratte dai batteri dell’acido lattico, i composti antimicrobici di origine vegetale, i composti di derivazione microbica (principalmente enzimi litici), il chitosano presente nei gusci dei gamberetti e i derivati del chitosano-saccaride (ad esempio chitosano-menta, chitosano-glucosio e xilanglucosio).
Le piante, comprese le erbe e le spezie, sono note per contenere composti come oli essenziali e altri componenti fenolici con attività antimicrobica. Ad esempio, il glicoside fenolico oleuropeina delle olive è stato segnalato per avere difese antimicrobiche contro Staphylococcus aureus e Salmonella enteritidis.
Oli Essenziali
Dal punto di vista chimico, gli oli essenziali (noti anche come oli volatili o eterei) sono liquidi oleosi aromatici provenienti principalmente da fonti vegetali o parti di piante (fiori, boccioli, semi, foglie, ramoscelli, corteccia, erbe, legno, frutti e radici). Gli oli essenziali sono ottenuti attraverso una serie di processi chimici tra cui la fermentazione, l’estrazione chimica e, la procedura più comunemente usata, di distillazione a vapore. Gli oli essenziali sono stati segnalati per avere proprietà antimicrobiche con potenziali applicazioni nell’industria alimentare. Per esempio, gli oli essenziali estratti dalla menta e dalla gomma mastice sono stati segnalati per essere attivi contro Salmonella enteritidis e Listeria monocytogenes. A causa delle diverse sostanze chimiche all’interno degli oli essenziali, le loro proprietà antimicrobiche potrebbero non seguire un singolo meccanismo o bersaglio nell’organello cellulare microbico, in ogni modo la proprietà chiave degli oli essenziali è la loro idrofobicità, che consente loro di attraversare la membrana citoplasmatica idrofobica con una struttura lipidica a doppio strato, nonché le proteine di membrana e l’organello mitocondriale. Questo li rende suscettibili alla permeabilità da parte delle biomolecole (contenuto cellulare) che si trovano all’interno del citoplasma.
Estratti Fenolici Vegetali
Le piante contengono composti fenolici che svolgono un ruolo di conservanti nei prodotti alimentari. Anche gli oli essenziali visti sopra, specialmente quelli che possiedono la più forte attività antimicrobica, sono composti da funzionalità fenolica come il carvacrolo, l’ eugenolo (2-metossi-4-(2-propenil) fenolo) e il timolo. Si crede che il meccanismo d’azione di questi composti fenolici coinvolga la rottura della membrana citoplasmatica. Tuttavia, le strutture chimiche dei singoli componenti dell’olio essenziale influenzano il loro rispettivo meccanismo d’azione e le loro proprietà antimicrobiche.
Eugenolo
Il meccanismo d’azione dell’eugenolo è attribuito alla presenza del gruppo ossidrile sulla molecola che svolge un ruolo importante nel legame con le proteine, impedendo così il normale funzionamento degli enzimi microbici.
Cinnamaldeide
La modalità d’azione della cinnamaldeide (3-fenil-2-propenale) è attribuita alla presenza del gruppo carbonile che si lega alle proteine e quindi disturba l’azione delle amminoacide decarbossilasi all’interno del microrganismo.
p-cimene
il p-cimene è noto per essere insolubile e quindi contribuisce al gonfiore della membrana cellulare, facilitando il trasporto del suo composto precursore (carvacrolo) attraverso la membrana citoplasmatica e interrompendo la struttura lipidica a doppio strato della membrana cellulare microbica.
Carvone
Con formula chimica (2-metil-5-(1-metiletenil)-2-cicloesen-1-one), il carvone agisce disturbando lo stato energetico metabolico delle cellule microbiche
Altri
Altri composti fenolici estratti dalle spezie (cannella), per esempio l’acido cinnamico sono stati utilizzati anche come conservanti e aromatizzanti in un certo numero di prodotti alimentari come il pesce. Nonostante l’abbondanza di estratti vegetali con attività antimicrobiche, c’è una limitazione al loro uso efficace: normalmente devono essere utilizzati ad una concentrazione più elevata per avere un effetto degradante sulle cellule microbiche, e questo è indesiderabile negli alimenti in quanto può influenzare altre proprietà dell’alimento come il sapore.
La classe degli insetti è nota per essere una fonte di composti utili che vengono utilizzati come additivi nell’industria alimentare. Uno di questi composti è la propoli, un prodotto naturale resinoso prodotto dalle api (Apis mellifera) e ottenuto da secrezioni vegetali. Chimicamente, la diversa composizione della propoli dipende principalmente dalla natura botanica delle piante da cui si ottengono le secrezioni vegetali, nonché dalla loro origine fitogeografica. La composizione chimica della propoli comprende un’ampia varietà di sostanze tra cui polifenoli, chinoni, cumarine, steroidi, aminoacidi e composti inorganici. 
La maggior parte dei componenti della propoli sono di natura fenolica, principalmente flavonoidi che sono noti per avere forti attività antimicrobiche. Le tre sostituzioni del gruppo –OH nell’anello B e un terzo gruppo –OH nell’anello C nelle strutture dei flavonoidi costituiscono le strutture necessarie ai composti fenolici flavonoidi e miricetinici, presenti nella propoli, per dimostrare una certa attività antimicrobica.
Gli enzimi litici sono biomolecole proteiche in grado di distruggere/rompere una cellula biologica o di degradare qualsiasi biomolecola indesiderata come i polisaccaridi. Gli studi hanno dimostrato che hanno il potenziale per essere utilizzati come conservanti alimentari nuovi e “naturali”. Esempi questi enzimi litici includono, il lisozima da albumi d’uovo di gallina, che ha attività antimicrobica contro le specie batteriche di clostridium ed è stato segnalato per essere utile nel prevenire il deterioramento clostridiale nei formaggi a pasta dura in Francia. Sono noti anche un certo numero di altri enzimi litici con attività contro il deterioramento del lievito negli alimenti, tra cui mannanasi e glucanasi; una classe di enzimi litici che distruggono i componenti mannano e glucano dei lieviti, rispettivamente.
Ci sono una varietà di microrganismi noti per causare il deterioramento degli alimenti e rispondono in modo diverso a diversi tipi di conservanti e in diversi meccanismi. Questo spiega perché ci sono una grande varietà di conservanti alimentari sul mercato.
Chitosani coniugati
Il chitosano è un biopolimero che è stato segnalato per avere un potenziale uso come additivo nell’industria alimentare. È stato dimostrato che ha forti proprietà antimicrobiche contro una serie di microrganismi di origine alimentare ed è quindi un potenziale conservante naturale degli alimenti. In combinazione con altri composti polimerici, il chitosano (estratto naturalmente dai gusci dei gamberetti) è stato riportato in un certo numero di articoli come potenziale conservante alimentare. I coniugati di chitosano che hanno dimostrato il maggior potenziale per essere utilizzati come conservanti alimentari includono: lo xilano-chitosano, miscela di chitosano e menta, e complesso glicemico chitosano. Il chitosano è un derivato deacetilato della chitina, e forma complessi con alcuni materiali polimerici. Il chitosano ha gruppi amminici nella sua struttura chimica, che possono offrire molti punti selettivi per la modificazione chimica utilizzando, ad esempio, la base di Schiff, la N-acilazione e l’alchilazione riduttiva.
Enzymatic Production of Antioxidants and Their Applications pag.888 libro 1