Uova in Laboratorio: Approfondimenti e Applicazioni Didattiche

L'obiettivo è quello di far apprendere agli studenti le varie fasi lavorative, sia teoriche che pratiche, e di acquisire manualità con gli strumenti e la vetreria di laboratorio. Stimolandoli il più possibile alla collaborazione, abbiamo creato le basi per l'acquisizione e l'analisi dei dati sperimentali.

• Microscopio
• Vetreria
• Pinzette
• Spatole
• Sali di nitrato piomboso e solfato rameico
• Becco Bunsen
• Acqua distillata
• Alcool
• Carta da filtro
• Fotocamere

La metodologia si basava sulla comprensione teorica attraverso le lezioni frontali e sull'esecuzione di attività pratiche da parte dei gruppi, seguite da esposizioni personali e di gruppo. Questo approccio rinforzava capacità, competenze, conoscenze e abilità comunicative, mentre il commento sulle diverse fasi sperimentali attestava il processo di apprendimento.

Le linee guida erano strutturate in sette punti per facilitare la comprensione delle seguenti tematiche:

1. Esame dell’uovo: le sue tre componenti e la tecnica per valutarne la freschezza
2. Composizione e considerazioni nutritive, differenze tra uovo cotto e crudo
3. Problemi nella cottura dell’uovo sodo: il solfuro ferroso nel tuorlo e la sua determinazione
4. Esame del guscio, dei suoi pori e considerazioni igieniche
5. Cottura dell’albume e denaturazione chimica con metalli pesanti
6. Ovoalbumina: capacità di legare metalli pesanti e calcolo relativo, evidenziato dal cambiamento di colore durante la cottura
7. Approfondimenti sul DNA

L'uovo, come mostrato nella figura, è strutturato da guscio, albume e tuorlo.

L'uovo può essere visto come una grande cellula con tre componenti principali: il guscio, l'albume e il tuorlo. L'albume rappresenta il citoplasma di questa "cellula", mentre il tuorlo corrisponde al nucleo. Il guscio è composto da due membrane: una che funge da membrana cellulare per l'uovo e l'altra che aderisce al guscio stesso, consentendo lo scambio di ossigeno attraverso dei pori.

Data la dimensione notevole di questa "cellula", vi sono anche due calaze che contribuiscono alla stabilità del nucleo. All'interno dell'uovo, ci sono riserve significative di nutrienti necessari per lo sviluppo dell'embrione, e una camera d'aria che varia in dimensioni a seconda del tempo. Questa camera d'aria si ingrandisce principalmente a causa dell'evaporazione dell'acqua contenuta nell'albume.

La freschezza dell'uovo può essere determinata dalla sua capacità di galleggiare in acqua: le uova fresche tendono ad affondare, mentre quelle più vecchie galleggiano a causa dell'aria accumulata nella camera d'aria. Esistono anche prove tradizionali, come l'uso di soluzioni saline di diversa concentrazione, per valutare la freschezza delle uova.

Oggi, esistono metodi più precisi come l'ovoscopia, che utilizza una luce fredda di frequenza specifica per esaminare dettagliatamente le caratteristiche interne dell'uovo senza danneggiarlo. Questa tecnica consente di valutare la posizione precisa del tuorlo e altri parametri importanti.

Nel contesto della ricerca sperimentale, è cruciale esaminare le proporzioni percentuali in peso delle componenti dell'uovo: il guscio costituisce circa il 10%, l'albume il 60% e il tuorlo il restante 30%. La camera d'aria, menzionata in precedenza, è un indicatore significativo della freschezza dell'uovo.

Per procedere con il lavoro, è fondamentale comprendere la composizione delle uova per guidare l'esecuzione pratica. Il tuorlo, particolarmente nutriente, contiene proteine, lipidi, fosfolipidi, vitamine (inclusa la luteina) e sali minerali, tra cui il ferro e il calcio che ne valorizzano il valore nutrizionale, insieme alla lecitina. Nonostante sia spesso sottovalutato per il suo contenuto di colesterolo, non è l'unico alimento ad averne.

L'albume è costituito circa dal 13% di proteine chiamate genericamente ovoalbumine, le quali denaturano con il calore e con i metalli pesanti, assumendo una caratteristica colorazione biancastra. È importante ricordare anche l'avidina, un'altra proteina presente nell'albume, che interagisce con la vitamina H (biotina), inattivandola; questa interazione diminuisce sbattendo l'uovo e ancor di più durante la cottura.

Complessivamente, l'uovo presenta circa il 13% di proteine, oltre alle vitamine A, B1, B2, E, H, PP e ai minerali come Calcio (Ca), Potassio (K), Zolfo (S), Magnesio (Mg), Fosforo (P) e Ferro (Fe). I grassi costituiscono circa l'11% e i carboidrati l'1%. È considerato uno degli alimenti proteici con il più alto valore biologico, essenziale per la sintesi delle proteine nel nostro corpo.

Dal punto di vista commerciale, ha un costo generalmente vantaggioso rispetto ad altri alimenti proteici. Per quanto riguarda la cottura, le uova possono presentare problemi simili ad altri cibi durante la frittura, mentre le uova sode possono mostrare situazioni derivanti da errori di cottura, come illustrato di seguito.

La metodica prevede la cottura delle uova in acqua bollente per nove minuti, seguita dall'immersione immediata in acqua fredda. Questo processo impedisce la formazione di una patina giallo-verde intorno al tuorlo, considerata dannosa. Tale patina è causata dal solfuro ferroso (FeS), che si forma quando il ferro abbondante nel tuorlo reagisce con lo zolfo presente nell'albume. Questa reazione è evitabile immergendo l'uovo in acqua fredda, poiché lo zolfo tende a migrare verso le zone più fredde e a pressione minore: dall'albume verso il tuorlo durante la cottura prolungata. Se la temperatura intorno all'uovo diminuisce esternamente, il percorso della reazione si inverte e il solfuro non si forma più. Questo avviene quando l'uovo entra a contatto con l'acqua fredda, poiché chimicamente dipende dall'incontro tra H2S e Fe.

Questa patina non solo è dannosa, ma riduce significativamente l'apporto nutritivo di ferro e zolfo, elementi chimici di grande importanza nutrizionale. Nell'allegato fotografico, è visibile una metà del tuorlo separato dall'albume, rivestito da uno strato verdastro di FeS, che è molto evidente anche nella parte aderente all'albume. Lo strato è stato raccolto con una spatola e disposto in un vetrino da orologio come mostrato nella foto a destra, per essere esaminato attraverso il saggio alla perla.

L'attenzione igienica verso le uova non si limita al modo in cui vengono cucinate, ma anche all'uso delle uova crude, che possono trasmettere batteri come le salmonelle, responsabili di malattie come il tifo e il paratifo. Questi batteri, presenti nell'intestino degli uccelli, possono contaminare le uova attraverso i loro pori, utilizzati normalmente solo per lo scambio di gas durante lo sviluppo dell'embrione del pulcino.

Le salmonelle sono batteri peritrichi, caratterizzati da numerosi flagelli che permettono loro di muoversi facilmente. Una volta nell'organismo umano, possono raggiungere la cistifellea dall'intestino e persistere a lungo, anche dopo la guarigione, creando il rischio di "portatori sani", che possono diffondere i batteri nell'ambiente attraverso le feci, simile a quanto avviene con i liquami di molti animali o in impianti fognari non adeguatamente funzionanti.

Fortunatamente, la cottura delle uova può uccidere questi patogeni, riducendo così il rischio di contaminazione. Le norme igieniche HACCP (Analisi dei Rischi e Controllo dei Punti Critici) impongono regolamenti severi per la vendita di alimenti contenenti uova crude, come la maionese e i suoi derivati, proprio per prevenire il rischio di contaminazione.

Nella fotografia allegata, ottenuta tramite microscopio elettronico, è possibile osservare l'aspetto caratteristico dei batteri peritrichi.

Dal punto di vista statistico, le uova di oca e di anatra sono le più suscettibili al problema dei batteri, seguite in misura minore dalle uova di gallina. Negli allevamenti intensivi, il rischio è limitato grazie all'uso di mangimi trattati contenenti antibiotici e altri additivi. L'esame microscopico del guscio di diversi volatili rivela la presenza di pori, microcanali obliquamente disposti sulla superficie del guscio. Questi pori sono evidenziati quando il guscio viene posizionato su un vetrino da microscopio e illuminato da sotto con luce. È necessario rimuovere la membrana testacea interna per ottenere una visione chiara, spezzando il guscio in pezzi di circa 1 o 2 cm quadrati.

È possibile confermare la presenza dei pori versando 2 o 3 ml di alcol nella cavità interna del guscio; dopo alcuni secondi, l'alcol fuoriesce macchiando la carta di rosso, come mostrato nel fotogramma a sinistra. Nel fotogramma a destra sono visibili due pori dell'uovo, osservati tramite i frammenti del guscio al microscopio.

La cottura delle uova non solo elimina i microbi, ma anche molti batteri non sporigeni, ciò fa della cottura un processo igienicamente valido, ma denatura le proteine presenti. Questo processo altera la struttura delle proteine, rendendole più facili da digerire, un effetto che si osserva anche in molti altri alimenti. Un segno evidente di questa trasformazione è il cambiamento di colore: l'albume diventa bianco quando viene cotto, e si nota una variazione simile nel colore di altri cibi sottoposti a cottura.

Dal punto di vista chimico, è noto che alcuni composti come i sali dei metalli pesanti possono indurre la denaturazione delle proteine. Abbiamo esplorato questo effetto utilizzando concentrazioni diluite di nitrato piombico e solfato rameico disciolti in acqua, aggiungendoli gradualmente all'albume delle uova. Questi sali hanno denaturato l'albume, conferendo ai campioni un colore tipicamente bianco. È stato essenziale aggiungere questi sali goccia a goccia, specialmente nel caso del rame, il quale ha mostrato una tendenza a assumere una leggera sfumatura azzurra quando si è legato con l'acqua. Questo approccio ci ha permesso di determinare con precisione la quantità necessaria di sali per completare il processo di denaturazione.

Inoltre, è interessante notare che le albumine, le proteine principali presenti nell'albume dell'uovo, hanno la capacità di legarsi ai metalli pesanti. Questa proprietà è sfruttata anche in campo farmacologico per trattare le intossicazioni da metalli pesanti a livello intestinale. Abbiamo quindi testato questa capacità utilizzando l'albumina dell'uovo, osservando una discreta efficacia nel bloccare l'assorbimento di metalli pesanti, un risultato che abbiamo accuratamente quantificato. Questo esperimento è stato parte integrante del modulo di farmacologia del quinto anno, come illustrato nella figura allegata.

È evidente che la soluzione al 15% di Pb(NO3)2, nitrato piomboso, ha denaturato l'albume dell'uovo. Dai circa 40 grammi di albume (39,8 grammi), sono stati utilizzati 24 ml di questa soluzione. Il calcolo stechiometrico ha indicato che l'albumina, contenente circa il 12% di piombo, ha una capacità di legare questo metallo. Partendo dal peso molecolare del nitrato (Pb(NO3)2), che è 331,19 g/mol (calcolato come 207,19 per il piombo, 2x14 per l'azoto e 3x16 per l'ossigeno), sono stati utilizzati 15 grammi per preparare una soluzione al 15% in acqua, equivalente a 22,079 grammi, dei quali 9,384 grammi erano di piombo. Tuttavia, per denaturare l'albume, sono stati sufficienti solo 24 ml di questa soluzione su 100 preparati, corrispondenti a 9,384:100 = 0,09384

quindi se volessimo calcolare i grammi di piombo: 0,09384 x 24 = 2,252 g.

Dato che l'albumina contenuta nell'albume è al 12%, corrispondente a circa 4,8 grammi, questa quantità è stata sufficiente per neutralizzare 2,252 grammi di piombo. Quindi, ogni grammo di albumina ha legato circa 0,469 grammi di piombo, perché 2,252:4,8=0,469 g.
Questi risultati hanno portato a una conclusione significativa, specialmente per gli studenti dell'ultimo anno, che hanno compreso come questa proteina, sebbene trattata e purificata, possa essere utilizzata per neutralizzare intossicazioni da metalli pesanti come il piombo, simili a quelle in farmacologia.

L'esperimento, condotto da tre o quattro gruppi per classe, ha confermato questi dati. La stessa procedura è stata applicata anche con il solfato rameico CuSO4, che, a differenza del piombo, ha denaturato l'albume alla stessa concentrazione del 15%, ma con 40 ml. Il calcolo finale ha mostrato che per ogni grammo di albume erano necessari circa 0,793 grammi di rame per ottenere il risultato desiderato.

Sia il piombo che il rame hanno coinvolto le calaze, che, pur essendo albumine modificate e filamentose, hanno dimostrato una buona capacità di legare entrambi i metalli. Alcune considerazioni riguardo allo stato chimico-fisico dell'albumina, come la presenza di sali derivanti da una dieta variabile e spesso imposta, potrebbero influenzare i risultati, anche se tali variabili non sono state oggetto di valutazione in questa fase dello studio.

L'uovo, essendo una cellula, contiene il suo DNA generalmente in forma aploide. Se viene fecondato, il DNA si dispone in forma diploide durante la fase ovogenica primaria, con un numero di cellule che varia da 200 a 300, pronte a svilupparsi nei vari tessuti e organi del pulcino durante l'incubazione. Durante l'isolamento del DNA, è stato necessario adottare una metodica adeguata, considerando la sua scarsa quantità presente. A volte si è ricorsi alla PCR per amplificarne la quantità, facendo duplicare il DNA molte volte utilizzando una polimerasi specifica.

Un altro problema riguardava la membrana vitellina che protegge il DNA, avvolgendolo strettamente per formare il disco germinativo, come rappresentato nella figura allegata. Questa membrana, composta principalmente da proteine e zuccheri, rendeva difficile la separazione dal DNA, un problema tecnico di notevole importanza non affrontabile nei nostri laboratori scolastici. Risulta invece più facile separare il DNA da frutti e cellule vegetali, che ne contengono grandi quantità e possono essere identificati con la colorazione al blu di metilene, fornendo agli studenti dati tangibili durante l'osservazione al microscopio.

È stato possibile ottenere risultati positivi gestendo le diverse fasi del lavoro e suddividendole in più sessioni di esercitazione, al fine di completarle con precisione e renderle comprensibili.
La partecipazione attiva degli studenti ha contribuito a chiarire concetti e ha fornito spunti per approfondimenti ulteriori, talvolta attraverso la ripetizione delle prove.
Questo momento di sfida, spesso interpersonale tra gli studenti, è stato estremamente utile per sviluppare le capacità esecutive proprie di un tecnico maturo e competente.

L'esperienza si è dimostrata estremamente positiva, coinvolgendo frequentemente anche gli studenti più motivati dalla curiosità e dall'interesse, determinati a portare a termine gli esperimenti con risultati promettenti. In alcune classi, alcuni passaggi fondamentali sono stati riproposti l'anno successivo per verificare le competenze pratiche acquisite.

Sono stati utilizzati diversi testi che cito:

• Merceologia di M.Cerilli (Tramontana)
• Manuale di merceologia diG.Quaglierini (Ed.Debono)
• Scienza dell’alimentazione di Borsarelli-Sicheri (Hoepli)
• Enciclopedia della scienza e della tecnica (De Agostini)
• Eataly.net
• Zanichelli.it.

I ringraziamenti vanno all’ assistente tecnico Famigliari M. agli ITP: Cama G. Festa G. e al collega di chimica prof. Repaci P. che ha allestito il saggio alla perla.

Si spera che la lettura sia gradita e possa essere di spunto per attività didattiche per studenti e docenti.