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I PARAMETRI DELLE MACROMOLECOLE

Quando si ha a che fare con le molecole molto grosse, come i polisaccaridi (idrocolloidi, polisaccaridi, fibre, ecc.), bisogna tenere presente che le loro caratteristiche e proprietà sono sempre influenzate da due parametri importanti:

⊃ dal numero di unità che le compongono definito anche come Grado di Polimerizzazione (DP)

⊃ dal loro peso molecolare, espresso in Dalton (Da)

I due parametri sono correlati e direttamente proporzionali, più è grande il primo, più lo sarà anche il secondo.

Altri parametri che possiamo incontrare in questo ambito, e che approfondiremo in questo articolo sono : il Grado di Sostituzione (DS), il Grado di Esterificazione (DE).

DP_GRADO DI POLIMERIZZAZIONE (Degree of Polimerization)

Il grado di Polimerizzazione è come anticipato sopra, il numero di unità che compongono la macromolecola. Può essere il numero di unità di saccaridi nei polisaccaridi, negli idrocolloidi o nelle fibre.

Il DP è sempre proporzionale alla Peso Molecolare (PM) della molecola, perchè è uguale al rapporto tra il peso molecolare del polimero e il peso molecolare delle singole unità ripetitive di cui è costituito.

DP =  Peso Molecolare Macromolecola

     Peso Molecolare delle  unità

Le proprietà delle macromolecole sono influenzate dal loro grado di polimerizzazione, e questa influenza è più accentuata se si confrontano macromolecole a più basso peso molecolare, mentre all’aumentare del peso molecolare ci si avvicina ad un valore limite, per cui l’influenza del peso molecolare è minore. Per esempio, in relazione alla capacità di alcune molecole di formare un gel, è stato dimostrato che la forza del gel è proporzionale alla loro massa molecolare ma solo fino a ca. 100.000 kDa, ma poi in molecole con valori più alti di PM, non dipende più da essa.

MASSA MOLECOLARE/ PESO MOLECOLARE e kDA

Il peso molecolare e la Massa Molecolare sono entrambe grandezze che esprimono la massa di una molecola, con la differenza che il primo è una grandezza adimensionale, cioè priva di un’unità di misura, mentre la massa molecolare è espressa in unità di massa atomiche unificate (Da), in grammi oppure in chilogrammi.

MM → massa in g, in Kg. o in dalton.

PM →  numero puro

Massa molecolare e peso molecolare non sono altro che la generalizzazione dei concetti di massa atomica e peso atomico.

Il dalton o unità di massa atomica unificata (simboli: Da o u) è un’unità di massa non definita dal SI (Sistema internazionale di unità). La definizione di dalton non è stata influenzata dalla ridefinizione del 2019 delle unità di base SI, cioè, 1 Dalton nel SI è rimansto ancora definito come 112 della massa di un atomo di carbonio-12.

Il dalton è comunemente usato in fisica e in chimica per esprimere la massa di oggetti su scala atomica, come atomi, molecole e particelle elementari; mentre per le masse molecolari molto più grandi come le  proteine, gli acidi nucleici e altri grandi polimeri sono spesso espresse con le unità kilodalton (kDa)megadalton (MDa).

1kDa = 1,66 x 10-24 kg

DS_GRADO DI SOSTITUZIONE

Il DS da Degree of Substitution, è il numero medio di gruppi ossidrilici sostituiti per unità di anidroglucosio. Il termine è stato utilizzato principalmente nella chimica della cellulosa. La cellulosa è un polimero lineare di monomeri di D-glucosio uniti da legami glicosidici β-D (1 –> 4), disposti in unità ripetitive di cellobiosio, ciascuna composta da due unità di anidroglucosio. Sfruttando il fatto che, tutte le unità di D-glucosio nella catena polimerica della cellulosa hanno 3 gruppi ossidrilici disponibili ad essere sostituiti, il polimero di cellulosa attraverso dei trattamenti specifici può essere modificato chimicamente. Queste cellulose, presentano la stessa spina dorsale della cellulosa, mentre parte dei gruppi ossidrilici (-OH) vengono sostituiti da carbossimetili (-CH2-COOH).

Si ottengono cellulose con diverse caratteristiche e  funzionalità; e ad eccezione dell’etilcellulosa (E 462) e della carbossimetilcellulosa sodica reticolata (E 468), sono tutte perfettamente solubili in acqua.

DS = 3* significa che tutti e 3 gli ossidrili di ogni unità sono stati sostituiti

DS = 1 significa che 1 dei tre ossidrili di ogni unità è stato sostituito

Nella Carbossimetilcellulosa (CMC) il grado DS, insieme all’uniformità della sostituzione, influenza la reologia della soluzione. Le soluzioni di CMC con DS basso sono tixotropiche, mentre con DS più alto tendono alla pseudoplasticità. Il  Grado  di Sostituzione consentito  dal Reg.1333/2008 va da 0,2 a 1,5 ma per le applicazioni alimentari, normalmente il DS è nell’intervallo 0,6 – 0,95.

*Senza eccezioni, il DS richiesto per produrre proprietà desiderabili è molto al di sotto del massimo teorico di 3, che peraltro sarebbe al di sopra del massimo consentito .

Grado di Esterificazione o Destrosio Equivalente?

Con questa sigla, ci si può trovare davanti a due significati diversi: se stiamo parlando di idrocolloidi, più precisamente di pectine, allora sicuramente il DE indica il loro GRADO di ESTERIFICAZIONE (vedi pectine). Se invece stiamo parlando di Sciroppi di Glucosio o Maltodestrine allora non ci sono dubbi, stiamo parlando di DESTROSIO EQUIVALENTE (vedi articolo Sciroppi di Glucosio).

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