Il forno a microonde, scoperto per caso durante la Seconda Guerra Mondiale, rappresenta un metodo di cottura che produce significativamente meno composti mutageni e cancerogeni rispetto ai metodi tradizionali come griglia, frittura e barbecue. Gli studi dimostrano che la cottura a microonde riduce la formazione di ammine eterocicliche e nitrosammine, mantenendo temperature più basse grazie al contenuto d'acqua degli alimenti.
Storia del Microonde
In ambito tecnologico esiste una singolare classifica di scoperte importanti fatte per serendipità - della quale fanno parte, tra l'altro, anche la penicillina e il sildenafil (comunemente Viagra) - comprendente moltissime innovazioni che hanno cambiato profondamente alcuni aspetti della vita quotidiana. Tra queste il forno a microonde, pur non avendo radicalmente rivoluzionato il mondo della cucina, ha fornito una valida e più salutare alternativa ai classici metodi di cottura.
La scoperta di tale strumento è da attribuirsi all'ingegnere americano Percey Spencer; questi, durante gli anni della Seconda Guerra Mondiale, era impiegato della Raytheon, un'importante azienda nel settore della Difesa americana. Le forze politiche inglesi e statunitensi si erano appena incontrate per discutere dei radar da utilizzare durante il conflitto; Spencer fu incaricato di costruire dei magnetron - un tipo di valvola termoionica ad alta potenza destinata alla produzione di microonde non coerenti.
Durante la sperimentazione di uno di questi magnetron, l'ingegnere si accorse che la tavoletta di cioccolato all'interno della sua tasca si era sciolta ed in quel momento ebbe un'intuizione: Spencer capì che il magnetron emetteva microonde - radiazioni elettromagnetiche dalla lunghezza d'onda compresa tra infrarossi ed onde radio - in grado di riscaldare i cibi in modo efficiente e funzionale. La scoperta del processo di cottura a microonde fu subito brevettata e nel 1947 venne realizzato il primo forno a microonde, il quale venne battezzato Radarange ed era alto 1,8 m, con un peso di circa 340 kg (ben lontano, per dimensioni e per costi, dalle versioni domestiche che tutti conosciamo oggi)1.
Principio di Funzionamento ed Effetti sulle Matrici Acquose o Lipidiche
Il forno a microonde sfrutta una corrente elettrica ad alta tensione che viene inviata al dispositivo del forno - il magnetron - per produrre radiazioni a microonde nello spettro elettromagnetico. A livello pratico, tale strumento permette di cucinare i cibi utilizzando onde di energia simili alle onde radio ma più brevi. Il campo elettrico generato spinge molecole polari (ad es. l'acqua) a muoversi molto velocemente, dando luogo a specifiche vibrazioni. Queste vibrazioni indotte formano energia termica e quindi calore. Il processo in questione, come si può dedurre, è molto più efficiente nei liquidi rispetto ai solidi perché in questi ultimi la struttura molecolare limita il movimento.
Va sottolineato che il riscaldamento con questo metodo risulta meno efficiente sui grassi, poiché possiedono un momento dipolare minore rispetto all'acqua ed hanno una capacità termica inferiore, nonché una temperatura di vaporizzazione più elevata; queste caratteristiche comportano il raggiungimento di temperature estremamente elevate2.
Si possono infatti raggiungere temperature ben al di sopra del punto di ebollizione dell'acqua e abbastanza alte da indurre alcune reazioni che producono sostanze derivate dalla reazione di Maillard - si tratta di composti che donano il tipico odore di crosta di pane appena sfornato ma che possono avere effetti negativi - proprio come accade con i metodi di cottura convenzionali (ad es. la griglia, la piastra o la frittura). Per contro, gli alimenti ad alto contenuto di acqua e con pochi grassi, raramente superano la temperatura di ebollizione dell'acqua (ad esempio, la verdura). In un alimento con contenuto di umidità relativamente omogeneo, le microonde sono assorbite in egual misura dagli strati interni e da quelli esterni; dunque il forno a microonde non cuoce sempre gli alimenti dall'interno verso l'esterno, ma la cottura dipende appunto dalla distribuzione dell'umidità. Da una tale osservazione appare evidente che si debba prestare maggiore attenzione agli alimenti umidi esternamente, poiché non permettono una sufficiente propagazione del calore al centro del prodotto e potrebbero far sorgere problemi con la carica microbica.
Un primo vantaggio, quindi, che possiamo attribuire a questo metodo di cottura è la capacità di ridurre i tempi di cottura per il cuore del prodotto rispetto, ad esempio, alla piastra o alla padella (se non coperta), considerando sempre l'omogeneità dell'umidità.
In una matrice principalmente acquosa, si registrano raramente temperature elevate quanto quelle raggiunte con metodi di cottura più convenzionali (piastra, forno, griglia). Questo accade perché le molecole d'acqua permettono il raggiungimento del plateau di temperatura di ebollizione d'acqua. Sfogliando un libro di fisica di base si può assodare che l'energia fornita successivamente non servirà ad innalzare ulteriormente la temperatura, ma in un primo momento servirà per far passare di stato il liquido.
Formazione di Composti Mutageni nel Microonde e Confronto con Altre Modalità di Cottura
È stato assodato che la formazione di composti mutageni e la loro relativa quantità negli alimenti durante la cottura dipende dall'aumento della temperatura di alcuni gradi e dal tempo di riscaldamento, nonché, nel caso della carne, anche dalla sua disidratazione7,8. La scoperta secondo la quale negli alimenti potrebbero essere presenti composti dannosi quali le ammine eterocicliche (HCAs), gli idrocarburi policiclici aromatici (PHAs) o le nitrosammine è stata compiuta da Takashi Sugimura; costui, incuriosito dall'odore del pesce che la moglie stava arrostendo, si chiese se anche quel fumo potesse nuocere alla salute. Confermò la sua tesi in laboratorio9,10.
Come è lecito aspettarsi, anche altri ricercatori hanno voluto focalizzare l'attenzione sulla formazione di questi composti dannosi mediante cottura con il forno a microonde; in particolare essi fanno riferimento alle ammine eterocicliche, composti mutageni che sembrano causare attività procancerogena in diversi organi, tra i quali la prostata ed il colon3,4,5. Uno studio11 ha esaminato la produzione di composti mutageni nell'agnello e nel manzo cucinato e non ha trovato quantità significative di queste molecole dannose nelle braciole di agnello, nelle bistecche di controfiletto, nel cosciotto d'agnello o nel polpettone di manzo arrotolato cotti al microonde12. Un altro studio non ha riscontrato effetti avversi nei ratti legati a diete con alimenti cotti al microonde rispetto a quelle che prevedevano altri metodi di cottura.
HCAs (Ammine Eterocicliche)
Le HCA sono composti che compaiono nella carne cotta dopo che è stata sottoposta ad una temperatura elevata di cottura tramite il grill o barbecue, la piastra e la frittura. L'Agenzia Internazionale di Ricerca sul Cancro (IARC) ha classificato una delle HCA, IQ (2-Amino-3-methylimidazo[4,5-f]quinoline), come probabile composto mutageno per l'uomo (2A) ed altre nove come composti mutageni possibili (2B)13.
Uno studio condotto da Chiu CP et al14 ha osservato come la formazione di alcune HCA nelle cosce di pollo potrebbe essere ridotta utilizzando la cottura a microonde piuttosto che la frittura. Altri due studi15,16 invece hanno focalizzato l'attenzione sul vantaggio di precuocere gli alimenti nel microonde per poi ultimare la cottura con altri metodi ed hanno accertato una diminuzione significativa delle HCA rispetto al procedimento senza precottura nel microonde. Altri autori indicano che l'utilizzo del forno a microonde, senza la funzione grill, non porta alla formazione di HCA17,18,19,20.
PAHs (Idrocarburi Policiclici Aromatici)
I PAHs sono idrocarburi costituiti da due o più anelli aromatici, quali quello del benzene. Metodi di cottura come la tostatura, la grigliatura, il
Nitrosammine
Dalla reazione di un agente nitrosante (ad esempio i nitriti) con un'ammina secondaria o terziaria si formano le nitrosammine. La più studiata è sicuramente la N-nitrosodimetilammina (NDMA) che è stata classificata come probabile agente cancerogeno dall'IARC (2A)24. Uno studio condotto da Österdahl e Alriksson25 ha confrontato i livelli di nitrosammine volatili nella pancetta dopo la cottura a microonde e i corrispettivi livelli ottenuti dopo la frittura in padella. La pancetta cotta a microonde possedeva livelli significativamente più bassi di nitrosammine.
Modifiche a Carico dei Nutrienti
Dopo aver analizzato la formazione di sostanze nocive con il forno a microonde, sarà interessante valutare le modifiche a carico dei nutrienti con questo metodo di cottura.
Un occhio di riguardo Thed e Phillips26 l'hanno avuto per il miglioramento dell'indice glicemico (IG) o, meglio, del carico glicemico (CG) attraverso la formazione di amido resistente con la cottura. In tale contesto, quest'ultimo prende il nome di amido retrogrado o SR3, la cui disposizione tridimensionale delle catene di amido si rende meno accessibile alle amilasi, abbassando quindi la liberazione del glucosio. Loro dimostrarono che la frittura delle patate determinava la formazione del 9,1% di amido resistente, il 7,3% con la cottura a microonde, il 6,2% con la cottura al forno, e il 2,9% con la bollitura, attestando quindi il metodo di cottura in esame in questo articolo come uno dei migliori per la produzione di amido resistente.
Gunathilaka e Ekanayake27 compararono le differenze di IG in relazione al metodo di cottura di due varietà di riso basmati, pakistano ed indiano, concludendo che la cottura con il forno a microonde produce più amido resistente rispetto ad altri metodi più convenzionali. Le proteine vengono denaturate con la modifica della struttura molecolare al riscaldamento. I tassi di degradazione dipendono dal tempo e
Il cavolfiore, il porro e i piselli sono gli alimenti che hanno perso tra il 30% e il 50% della loro attività. Il resto delle verdure ha mostrato perdite tra il 5% e il 30%. Solo il sedano ha aumentato la propria capacità antiossidante (p<0.01).
I risultati dell'attività antiossidante espressa come inibizione dell'ossidazione del radicale ossidrile sono riportati nella tabella 3. L'ossidazione è un processo che viene valutato in termini di inibizione della formazione di radicali liberi dell'ossigeno.
BOLLITURA. Con la bollitura, le verdure con le più elevate perdite sono state il pisello e il porro (circa il 50%). Il fagiolino, l'asparago, gli spinaci, le carote e il cavolfiore hanno mostrato perdite tra il 30% e il 50% (p<0,01). Il resto dei vegetali ha perso tra il 5% e il 30%. Il carciofo, la cipolla e la melanzana hanno mantenuto invariata la loro attività antiossidante.
COTTURA IN PENTOLA A PRESSIONE. Con questo metodo di cottura, le perdite più significative sono state osservate nel pisello (circa il 38%), seguito dal cavolfiore e dal porro con perdite del 30%. Il resto delle verdure ha mostrato perdite comprese tra il 5% e il 30%. Il carciofo, l'asparago, la barbabietola rossa, la melanzana, la cipolla, gli spinaci e la bietola hanno mantenuto la propria attività antiossidante.
COTTURA AL FORNO. Con la cottura al forno, le perdite più significative sono state registrate nei broccoli, nel porro, nel pisello e nel pepe (tra il 30% e il 50%). Il resto delle verdure ha perso tra il 5% e il 30%. Il carciofo, l'asparago, la barbabietola rossa, la melanzana, l'aglio, il mais, la cipolla, gli spinaci e la bietola hanno mantenuto inalterata la loro capacità.
COTTURA AL MICROONDE. Il pepe ha mostrato la perdita più elevata (circa il 50%), seguito dai broccoli di Bruxelles, dalle carote, dal cavolfiore, dal sedano, dal fagiolino, dal porro e dal pisello che hanno perso tra il 30% e il 50% (p<0,01). Il resto delle verdure ha mostrato perdite tra il 5% e il 30%. Il carciofo, l'asparago, la barbabietola rossa, la melanzana, l'aglio, il mais, la cipolla, gli spinaci e la bietola hanno mantenuto la propria attività.
| VEGETALI | BOLLITURA | COTTURA A PRESSIONE | COTTURA AL FORNO | COTTURA AL MICROONDE | COTTURA ALLA GRIGLIA | FRITTURA |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Carciofo | --- | --- | --- | --- | --- | 7,0 ± 1,08bc |
| Asparago | 35,7 ± 1,56fg | --- | --- | --- | 6,5 ± 2,18bc | 12,5 ± 1,08cd |
| Barbabietola | 5,0 ± 0,85bc | --- | --- | --- | --- | 21,4 ± 0,88ef |
| Fava | 9,7 ± 0,69bc | 8,8 ± 0,60c | 10,5 ± 1,09d | 10,4 ± 0,72c | 8,0 ± 1,42bc | 11,8 ± 1,15cd |
| Broccoli | 22,7 ± 2,65de | 27,4 ± 1,66de | 41,8 ± 0,84f | 24,2 ± 0,60e | 15,1 ± 1,32de | 15,6 ± 1,03de |
| Broccoli (Bruxelles) | 23,0 ± 1,67de | 28,9 ± 2,19def | 21,8 ± 0,84e | 40,3 ± 1,50fg | 25,1 ± 1,32f | 22,4 ± 0,83ef |
| Carota | 45,0 ± 1,08h | 26,7 ± 0,61d | 26,4 ± 1,06e | 46,7 ± 1,55h | 11,8 ± 0,78cd | 23,9 ± 0,47f |
| Cavolfiore | 43,9 ± 1,45h | 33,7 ± 1,37fg | 21,7 ± 1,92e | 42,2 ± 0,96g | --- | 31,1 ± 1,47g |
| Sedano | 11,2 ± 1,17c | 24,3 ± 1,57d | 11,2 ± 1,09d | 30,7 ± 2,10e | -4,4 ± 3,28y | -5,1 ± 3,15z |
| Melanzana | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| Aglio | 22,5 ± 1,38de | 28,9 ± 1,15def | --- | --- | 15,5 ± 1,79de | 15,5 ± 1,79de |
| Fagiolino | 30,0 ± 2,54f | 15,9 ± 2,36d | 22,4 ± 2,00e | 33,0 ± 0,44ef | 14,6 ± 3,06de | 25,0 ± 2,44f |
| Porro | 46,1 ± 2,06h | 33,3 ± 1,78fg | 34,6 ± 1,77f | 36,3 ± 1,68f | 9,1 ± 2,56cd | 30,7 ± 2,44g |
| Mais | 13,1 ± 1,95cd | 16,4 ± 2,00d | --- | --- | 9,5 ± 1,74cd | 9,5 ± 1,74cd |
| Cipolla | --- | --- | --- | --- | 24,6 ± 1,20f | 24,6 ± 1,20f |
| Pisello | 50,5 ± 1,42i | 38,5 ± 1,04g | 38,7 ± 0,86f | 34,7 ± 1,05ef | 24,7 ± 1,16f | 28,2 ± 1,40g |
| Pepe verde | 17,9 ± 0,69d | 14,5 ± 1,23d | 49,8 ± 3,15g | 56,6 ± 2,29h | 52,9 ± 1,40h | 32,9 ± 1,40g |
| Spinacio | 31,6 ± 1,81f | --- | --- | --- | 7,8 ± 1,54bc | 7,8 ± 1,54bc |
| Bietola | 10,8 ± 1,09c | --- | --- | --- | 10,2 ± 1,34cd | --- |
| Zucchina | 21,2 ± 1,35de | 19,5 ± 0,51d | 17,5 ± 1,72e | 16,2 ± 1,11d | 13,1 ± 1,59de | 20,9 ± 1,71ef |
Anche in questo caso, l'alimento con le più alte perdite (con una differenza significativa per p <0.01), è il pepe. Il resto delle verdure ha perso tra il 5% e il 30% dell'attività antiossidante. Anche con la cottura alla piastra, il sedano ha aumentato la capacità antiossidante (p<0,01).
FRITTURA. La bietola
della struttura delle pareti cellulari e della compartimentazione subcellulare; 2. la produzione di forti antiossidanti radical-scavenger - ovvero che neutralizzano i radicali liberi - mediante reazione chimica termica; 3. la soppressione della capacità di ossidazione degli antiossidanti attraverso l'inattivazione termica degli enzimi ossidativi; 4. produzione di nuovi antiossidanti o la formazione di nuovi composti come prodotti di reazione di Maillard con attività antiossidante35.Tuttavia, Yamaguchi et al34 hanno dichiarato che non è chiaro in che misura ogni possibile fattore contribuisca all'aumento dell'attività. Dewanto et al36 nel 2002 e Nindo et al37 nel 2003, hanno dimostrato che la cottura del mais dolce, del pomodoro e di altri vegetali ha aumentato la loro capacità antiossidante forse come risultato dei prodotti della reazione di Maillard. Sultana et al30 nel 2007 hanno trovato un incremento del potere riducente nella carota dovuto in parte ad un eccezionale aumento dei carotenoidi che potrebbero aver compensato la perdita quasi totale di vitamina C e di altri composti nonfenolici antiossidanti presenti nel vegetale.
Con la bollitura o la cottura a pressione si verifica il fenomeno di lisciviazione o estrazione solido-liquido - processo che separa uno o più composti solubili da un solido. I fenoli infatti entrano nell'acqua di cottura riducendosi drasticamente di oltre il 90% o anche di più secondo Barroga et al (1985)39 e Rocha-Guzman et al (2007)40. La concentrazione di acidi fenolici è più alta negli strati esterni di alcune verdure (Turkmen et al 2005)41, portandoli ad essere esposti maggiormente all'acqua (Andlauer et al 2003)42 e venendo persi per dissoluzione si riduce il potere antiossidante di alcune verdure come piselli, spinaci, cavolfiori, cavoli (Sultana et al, 2007)30.
Tuttavia, anche se i fenoli totali sono in genere immagazzinati nelle verdure in reti di pectina o cellulosa e possono essere rilasciati durante il trattamento termico, i singoli composti fenolici possono talvolta aumentare perché il calore può rompere strutture sovramolecolari rilasciando i fenoli dai legami glicosidici con gli zuccheri (che reagiscono meglio con il reagente Folin-Ciocalteu (Bunea et al., 2008)38.
Gli studi comparativi sui metodi di cottura mostrano in generale che, se usata correttamente, la cottura a microonde non influisce sul contenuto nutrizionale degli alimenti in misura maggiore ai metodi di riscaldamento convenzionali, al contrario, vi è la tendenza verso una maggiore ritenzione di micronutrienti, probabilmente a causa del ridotto tempo di preparazione e delle temperature più basse utilizzate44. La bollitura può diminuire l'attività antiossidante diminuendo l'acido ascorbico, mentre la stessa capacità può aumentare come conseguenza dell'inattivazione di enzimi ossidativi come l'ascorbato ossidasi (Yamaguchi et al 2001)34.
Uherová et al46 determinarono il grado di ritenzione di vitamina B1 e B6 dopo il trattamento termico di carne di maiale e carne di pollo in un forno tradizionale e in due modelli differenti di forno a microonde (A e B). Nei campioni trattati a microonde
