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E957 Taumatina
E959 Neoesperidina DC
E960 Glicosidi steviolici,
La Taumatina è una miscela di proteine strettamente correlate estratte dal frutto di Thaumatococcus daniellii Benth (frutto katemfe). Nel frutto sono state trovate cinque isoforme della proteina, vale a dire taumatine I, II, III, a e b, e sono tutte dolci. Taumatina I e II sono le forme principali. Ognuna è costituita da una singola catena polipeptidica di 207 aminoacidi e differiscono solo in quattro aminoacidi. La proteina principale è la taumatina 1, mentre la taumatina 2 comprende non più del 45% della miscela. Hanno masse molecolari rispettivamente di 22.209 e 22.293. Questa dimensione è simile a quella di altre piccole proteine come caseina, tripsina e papaina. 
Thaumatococcus daniellii cresce spontaneamente come arbusto nella foresta pluviale dell’Africa occidentale. La pianta si trova ampiamente in Nigeria, Ghana e Camerun e in Costa d’Avorio, ed è stata introdotta nelle foreste pluviali dell’Australia settentrionale. Raggiunge i 3-4 m di altezza con grandi foglie cartacee lunghe fino a 46 cm. Il suo frutto trigonale, di colore rosso spettacolare, ha un diametro di circa 4 cm e contiene fino a tre grandi semi neri lucidi ciascuno con un arillo bianco o giallo chiaro (una conseguenza del punto di attacco del seme) al suo apice, circondato da una gelatina trasparente. 
L’arillo è la fonte di taumatina, mentre la gelatina può essere un problema durante l’estrazione del dolcificante perché si gonfia durante il processo. Tradizionalmente, la frutta viene raccolta in natura. Gli arilli vengono asportati a mano dal frutto nel paese di origine e poi congelati. L’estrazione avveniene con acqua o un tampone diluito e quasi neutro. L’estratto viene concentrato mediante osmosi inversa o cromatografia a scambio ionico, quindi liofilizzato per produrre taumatina di elevata purezza. Sono stati suggeriti altri processi, tra cui la precipitazione dell’addotto alluminio della taumatina dalla soluzione e la liofilizzazione preliminare del frutto. Quest’ultimo processo rende gli arille fragili e facilita la loro separazione meccanica dal resto del frutto mediante agitazione e vagliatura. Gli arilli separati vengono macinati o frantumati in polvere ed estratti con acido diluito (pH 2.7–3.0) Dopo l’estrazione, la soluzione acquosa ottenuta viene ultra-filtrata e liofilizzata per ottenere taumatina. L’orzo transgenico ha dimostrato di essere una valida fonte di taumatina con rese superiori a 2 g di taumatina per kg di materiale del kernel. Nonostante le attrattive di essere in grado di produrre quantità virtualmente illimitate di taumatina in un clima temperato, il processo deve ancora essere commercializzato.
La Taumatina è una polvere igroscopica marrone chiaro con un odore caratteristico. La solubilità della taumatina è elevata – oltre il 20% può essere sciolto in acqua a temperatura ambiente. È anche facilmente solubile (10% o più) nella maggior parte dei solventi polari come etanolo, isopropanolo, glicerolo e glicole propilenico, a condizione che il contenuto di acqua del solvente sia pari o superiore al 20%. In soluzione acquosa la proteina ha un assorbimento massimo a 277 nm e questo è stato utilizzato come base per un saggio spettrofotometrico. A causa di un’elevata percentuale di amminoacidi basici, il punto isoelettrico della taumatina è elevato (pH 11).
La struttura terziaria è stabilizzata dalla presenza di otto ponti disolfuro. Questi bloccano la molecola nella forma e conferiscono resistenza alla denaturazione sia per calore che per pH estremi. Il mantenimento della struttura terziaria è fondamentale per la funzione tecnica della taumatina, poiché la scissione di un solo ponte disolfuro, provoca una perdita di dolcezza. La stabilità termica della taumatina dipende dalla matrice. Il solido liofilizzato è stabile mentre, in soluzione, la dolcezza della taumatina I viene mantenuta dopo essere stata bollita per un’ora ad un valore di pH inferiore a 5,5. A questi valori di pH acido, il dolcificante è considerato stabile ai processi termici tra cui pastorizzazione, inscatolamento, cottura e UHT. In forma purificata, tuttavia, la proteina si aggrega e perde il suo potere dolcificante ad una temperatura di 70°C a pH 7.0. Uno studio dettagliato della cinetica di reazione in soluzione acquosa ha mostrato che la ripartizione è di primo ordine. La stabilità massima è apparentemente intorno al pH 2, ma questo pH è più acido di qualsiasi prodotto alimentare e gli autori non hanno testato il valore più rilevante del pH 3. In questo stesso studio la stabilità della taumatina era adeguata ma non impressionante. Il tempo per la perdita del 10% a 20°C è stato di 43 giorni a pH 2, 19,7 giorni a pH 4 e solo 9,3 giorni a pH 6. Queste cifre implicano una durata di conservazione a pH 4 di circa 60 giorni e a pH 6 inferiore a 40 giorni, prima che si perda il 25% di dolcezza (un grado di perdita spesso usato come indicatore del limite di conservazione della dolcezza).
La Taumatina viene digerita come qualsiasi altra proteina alimentare e ha un contenuto energetico di 4 kcal/g. Il Potere Dolcificante della Taumatina è riconosciuto essere da 2000 a 3000 volte superiore a quello del saccarosio. La potenza è molto più alta a concentrazioni più basse, per esempio è affermato di essere circa 6000 a 1% SE. La dolcezza della taumatina è significativamente ritardata nell’insorgenza rispetto al saccarosio. A concentrazioni molto superiori a 3-5 mg/l, la taumatina ha un sapore e un retrogusto rinfrescanti simili alla liquirizia che tendono a limitarne l’uso. In comune con alcuni altri dolcificanti naturali questa nota di liquirizia tende ad aumentare abbastanza rapidamente con l’aumentare della concentrazione.
Per le ragioni sopra indicate, la taumatina non è in realtà un dolcificante molto pratico in sé, sebbene possa essere quantitativamente sinergico con altri dolcificanti. E ‘più utile come modificatore e potenziatore di gusto. Sia i prodotti salati che quelli dolci possono essere migliorati con l’aggiunta di taumatina. Può migliorare il gusto umami in salse e zuppe e aumentare l’impatto di una vasta gamma di sapori. Ad esempio, 0,5 mg/kg di taumatina sono sufficienti a ridurre significativamente la soglia di percezione di molti sapori. La sostanza è spesso utilizzata come ingrediente nei loro prodotti ed è molto efficace con i sapori di menta e frutta. Questi ultimi appaiono nelle bevande a base di frutta, sia alcoliche che analcoliche. Il miglioramento della sensazione in bocca è un’altra area di applicazione, in particolare nei latticini e in altri alimenti a basso contenuto di grassi, dove l’impressione di cremosità può essere migliorata da 0,5-2 mg / kg di taumatina. Infine, questa molecola viene utilizzata per mascherare e sopprimere l’amarezza. La sua insorgenza tardiva e la dolcezza persistente sono positivamente vantaggiose per questa questa prospettiva. Per esempio il dolcificante è particolarmente utile per mascherare l’amarezza di lunga durata di farmaci come gli analgesici, applicazioni che a volte richiedono livelli fino a 500 mg/kg.
Può essere utilizzata a bassi livelli per correggere alimenti contenenti soia, e per ridurre i caratteristici sapori collaterali dei glicosidi steviolici. Gli usi non alimentari includono il cibo per animali domestici, in cui la taumatina migliora il sapore e riduce l’amarezza, e per il mascheramento e la dolcificazione del tabacco.
La Taumatina è consentita in più di 30 paesi tra cui Svizzera, Israele, Canada, Messico, Hong Kong, Giappone, Corea, Singapore, Australia, Nuova Zelanda e Sud Africa. Nell’UE è approvato sia come dolcificante che come esaltatore di aroma con il numero E957.
Un altro dolcificante naturale intenso non calorico derivato dagli agrumi è un composto glicosilato noto come NEOESPERIDINA DIIDROCALCONE, che è circa 1000 volte più dolce del saccarosio e molto stabile al calore. Questo dolcificante ha un uso limitato tuttavia a causa di una serie di inconvenienti. Ha un intenso effetto rinfrescante sulla lingua, ha un sapore amaro simile alla liquirizia, tende ad essere lento nel suo esordio e ha un gusto persistente che lo differenzia dal gusto del saccarosio; Non è popolare tra i consumatori. Un’altra limitazione della neoesperidina diidrocalcone è che ha una solubilità molto limitata in acqua.
La neo-DHC viene sintetizzata mediante trattamento chimico della neoesperidina, un componente amaro della buccia e della polpa di arancia amara, pompelmo e altri agrumi. È usato per mascherare il sapore amaro negli agrumi, nel miglioramento della dolcezza di altri dolcificanti e per mascherare l’amarezza nei prodotti farmaceutici.
Il Potere Dolcificante della Neosperidina è da 1000 a 1800 volte superiore a quello del saccarosio. E’ facilmente solubile in acqua calda, ma molto poco solubile in acqua fredda, praticamente insolubile in etere e in benzene.
I glicosidi steviolici sono un gruppo di molecole strettamente correlate e potentemente dolci prodotte nelle foglie della pianta di stevia, Stevia rebaudiana Bertoni. I glicosidi ammontano tipicamente a circa il 10-15% della sostanza secca delle foglie.
Ci sono dieci glicosidi principali, anche se c’è qualche dubbio sul fatto che steviolbioside e rebaudioside B siano presenti nella pianta o siano prodotti per idrolisi parziale durante l’estrazione. 
Tutti sono glicosidi diterpenoidi ent-kaurene con un nucleo comune di steviolo. Lo stevioside è il più abbondante, seguito dal rebaudioside A, e questi due sono anche i più significativi commercialmente. Gli altri glicosidi si verificano solo in quantità minori.
Il rebaudioside A è ampiamente accettato come il più gustoso, un fatto che ha incoraggiato programmi di selezione vegetale volti ad aumentare la resa relativa a questo glicoside. Esistono ora cultivar in cui il rebaudioside A rappresenta il 40% e più del contenuto totale di glicosidi. La Stevia rebaudiana è originaria del Paraguay, dove le sue foglie sono state utilizzate come fonte di dolcezza per secoli. La pianta è ora coltivata commercialmente in Sud America e in Asia. È una pianta perenne, ma spesso coltivata come annuale, specialmente dove il terreno si congela, poiché le radici delle piante non possono resistere a tali condizioni. Le piantagioni commerciali sono in gran parte limitate a fasce approssimativamente comprese tra 20° e 40° Sud e Nord dell’equatore, perché meno di 12 ore di luce diurna favorisce la fioritura, che impoverisce le foglie di glicosidi dolci. La coltivazione è anche limitata alle aree a basso costo del lavoro perché la pianta non germina in modo affidabile dai semi. Di conseguenza, il 98% del raccolto mondiale viene coltivato da talee. Queste vengono prelevati, stabilite e trapiantate a mano nei campi colturali perché la pianta è anche intollerante alla compattazione del suolo che si verifica quando vengono utilizzati metodi meccanizzati. La stevia impiega in genere circa quattro mesi per crescere dal taglio al raccolto. Due colture all’anno possono essere raccolte, nelle colture annuali, ma la maggior parte delle colture asiatiche annuali vengono raccolte solo una volta, in genere a circa il 5% di fioritura. Dove le condizioni lo permettono, S. rebaudiana è trattata come una pianta perenne con tre “raccolti” all’anno. Il primo di questi è principalmente quello di incoraggiare la futura crescita delle foglie e non è una seria fonte di foglie. Il secondo taglio è normalmente il più produttivo, con un terzo raccolto più piccolo preso più tardi. Il risultato di questo sforzo sono foglie secche, spesso prodotte da piccoli agricoltori che coltivano la stevia come coltura a breve termine. Non è economico trasportare le foglie lontano, quindi la maggior parte viene venduta ai grossisti locali che possono anche gestire un impianto di estrazione.
L’estrazione primaria comporta la macerazione delle foglie secche in acqua, un processo sufficiente per sciogliere i glicosidi steviolici. Il materiale vegetale in eccesso viene eliminato e vengono aggiunti flocculanti come i sali di calcio per far precipitare le proteine solubili. Dopo la concentrazione, i glicosidi vengono essiccati a spruzzo per produrre un estratto grezzo. La composizione di questo varia, ma potrebbe comprendere il 50% di stevioside, il 25% di rebaudioside A e circa il 10% di altri glicosidi, con l’equilibrio costituito da componenti vegetali non caratterizzati. Il glicoside più pregiato è il rebaudioside A. Questo può essere purificato dall’estratto grezzo sciogliendo quest’ultimo in alcool acquoso da cui, in condizioni appropriate, il rebaudioside A cristallizza selettivamente ad alta purezza (97%) a temperatura ambiente, ma il sistema è metastabile e il glicoside forma un idrato che può cristallizzare in qualsiasi punto.
La vera solubilità all’equilibrio a temperatura ambiente è dello 0,8%, sebbene anche la forma idratata di rebaudioside A diventa molto solubile (30-50%) e stabile, in acqua a circa 60°C.
I glicosidi sono stabili se conservati asciutti, anche se può essere necessario prestare attenzione poiché il rebaudioside A è marcatamente igroscopico. Per quanto riguarda la stabilità in soluzione, è stata prestata particolare attenzione allo stevioside e al rebaudioside A. Quest’ultimo è più stabile tra i valori di pH 4-8, con stabilità decrescente nei sistemi più acidi e stabilità marcatamente inferiore a pH 2, anche se questo è piuttosto un punto accademico in quanto nessun alimento è così acido. La stabilità in soluzione è fortemente dipendente dalla temperatura e, come il grafico sotto dimostra, varia su cinque ordini di grandezza tra le temperature di refrigerazione e di ebollizione.
La decomposizione del rebaudioside A è di primo ordine. Il 25% è un limite arbitrario, scelto perché, nel caso dell’aspartame, questo grado di perdita viene utilizzato nell’industria per indicare la durata di conservazione di fine dolcezza. Tuttavia, va notato che i prodotti di degradazione del rebaudioside A sono essi stessi glicosidi steviolici e sono quindi anche loro HPS. Ciò significa che la perdita di dolcezza è molto inferiore a quanto suggerirebbe la perdita analitica di rebaudioside A. Per mettere la stabilità del rebaudioside A nel contesto di altri dolcificanti, è sostanzialmente più stabile dell’aspartame, praticamente in tutti i prodotti e processi, ed è simile alla stabilità del sucralosio in molti. Vecchi suggerimenti che i glicosidi steviolici non siano fotostabili sono stati confutati.
I singoli glicosidi steviolici mostrano potenze diverse che vanno da circa 30 (dulcoside A, rebaudioside C) a 200-300 (rebaudioside A). Le curve concentrazione-risposta per temperatura ambiente, stevioside acquoso e rebaudioside A sono visibili nella figura sotto da cui risulta che la potenza dello stevioside è 120 e quella del rebaudioside A 250, entrambi misurati al 5% di equivalenza con il saccarosio.
I glicosidi differiscono anche nella misura in cui hanno sapori collaterali non dolci, generalmente indesiderabili. Si ritiene che il Rebaudioside A abbia l’ultima di queste caratteristiche, spesso descritte come amaro e liquirizia. Il loro impatto negativo tende ad essere significativo solo ad alte concentrazioni di rebaudioside A ( >6% di equivalenza con il saccarosio). Al contrario, lo stevioside è marcatamente inferiore al rebaudioside A nella qualità del gusto. La dolcezza del Rebaudioside A è duratura, cioè viene percepito più a lungo del saccarosio o dell’aspartame a livelli di dolcezza di picco approssimativamente simili.
I glicosidi steviolici non hanno valore energetico. Tutti si rompono sotto l’influenza delle glucosidasi batteriche del colon per rilasciare steviolo. Gli esseri umani assorbono lo steviolo attraverso il sistema portale epatico, lo trasformano in glucuronide di steviolo nel fegato, e lo espellono nelle urine.
A causa di questa via metabolica comune, la DGA dei glicosidi è espressa come assunzione di steviolo. Ciò significa che la DGA effettiva in termini di glicoside è diversa per ciascuno, a seconda della sua massa molecolare. Ad esempio, 4 mg di steviolo sono forniti da 10,11 mg di stevioside o da 12,15 mg di rebaudioside A. I glicosidi inoltre non hanno alcun effetto sulla concentrazione di glucosio nel sangue o sulla domanda di insulina.
A causa della dolcezza massima relativamente modesta ottenibile con il rebaudioside A e dell’impatto dei gusti laterali a concentrazioni più elevate, di solito non viene impiegato come dolcificante unico. Tuttavia, il glicoside è un partner eccellente nelle miscele sia con altri HPS che con dolcificanti calorici. Il rebaudioside A è quantitativamente sinergico con molti HPS sintetici e, nonostante può sembrare strano abbinare un HPS naturale con uno artificiale, in realtà i risultati di queste sinergie possono essere molto buoni.
Anche con i dolcificanti calorici, si possono sviluppare sistemi completamente naturali che consentono di risparmiare fino al 50% di calorie mantenendo un’eccellente qualità di dolcezza e un profilo temporale vicino al saccarosio. Le miscele con l’Eritritolo per esempio, sono un caso speciale. L’Eritritolo a basse concentrazioni (1-3,5%) migliorano notevolmente la qualità della dolcezza del Rebaudioside A. Questa combinazione consente un risparmio calorico ancora maggiore, grazie al bassissimo apporto energetico dell’eritritolo.
L’elevata stabilità del rebaudioside A fa si che possa resistere a tutti i processi termici comuni, tra cui sterilizzazione in autoclave, ultra-alta temperatura (UHT), alta temperatura breve tempo (HTST) e altre pastorizzazioni. Può essere cotto senza perdite rilevabili. Non viene attaccato dai batteri nelle colture di yogurt e può quindi essere aggiunto pre-pastorizzazione. Il glicoside è adatto a una vasta gamma di bevande gassate e non gassate, tra cui latte e succhi di frutta. Viene utilizzato in preparazioni di bevande analcoliche in polvere, prodotti lattiero-caseari come yogurt, gelati e dessert surgelati, e può essere impiegato in dolciumi senza zucchero, tra cui caramelle dure e mentine. È efficace nei prodotti a base di cereali e, naturalmente, come dolcificante da tavola.
I glicosidi steviolici sono autorizzati in Europa e sono ampiamente consentiti altrove, tra cui Sud America (Argentina, Brasile, Messico, Paraguay, Perù), Asia (Cina, Giappone, Corea, Malesia, Singapore), Israele, Russia, Australia e Nuova Zelanda.
