Esperimenti naturali: la chimica nei funghi Teach article

Tradotto da Francesca Nuzzo. Quante “sostanze chimiche”sono presenti nei funghi freschi? Questi semplici esperimenti rivelano la chimica nascosta negli alimenti naturali.

Tutto attorno a noi e nel nostro corpo é fatto di sostanze chimiche, le quali reagiscono tra di loro per tenerci in vita. Tuttavia, molti studenti non pensano alla chimica come parte integrante della loro vita quotidiana; anzi, la chimica é spesso considerata come opposto alla “natura” –  persino come qualcosa di pericoloso da evitare. Ad esempio, molti cibi sono pubblicizzati come “privi di additivi chimici”, in quanto le sostanze in essi contenuti non sono molecole e composti, ma qualcosa di totalmente differente.

Questo è un fraintendimento importante, che può portare ad errori e decisioni non scientifiche. In questi articoli su “esperimenti naturali” (consultare anche Höfer, 2017), useremo dei metodi chimici per analizzare alimenti naturali. A prescindere dai risultati, tali esperimenti metteranno gli studenti di fronte all’evidenza che gli alimenti salutari e naturali sono sostanze appartenenti al regno della chimica.

Funghi edibili in vendita, incluso il fungo bianco Agaricus bisporus.
Skeeze/pixabay.com
 

La chimica nei funghi

Il cibo occupa una parte importante del nostro vivere quotidiano, quindi ha senso usare il cibo come mezzo per connettere la chimica alla vita di tutti i giorni. I funghi sono un esempio interessante, perché contengono una varietà di sostanze che possono essere facilmente identificate. Ciò potrebbe sorprendere gli studenti, che in genere iniziano gli esperimenti con poche aspettative sulla composizione dei funghi.

Queste sostanze includono carboidrati, grassi, proteine, ed in misura minore, anche vitamine e minerali, che gli studenti stessi potranno scoprire.

In questi esperimenti sui funghi commestibili, usiamo dei classici metodi chimici. Gli esperimenti sono adatti per le lezioni di chimica nella scuola secondaria. Possono essere effettuati dagli studenti in circa 1 ora, discussione inclusa. Ulteriore tempo é richiesto agli insegnanti per preparare l’occorrente per gli esperimenti 2 e 3.

Figura 1: Il corpo fruttifero di
un fungo coltivato.

U.S. Department ofAgriculture/Flickr

Cosa sono i funghi?

I funghi, non sono nè piante nè animali, ma appartengono al proprio regno tassonomico.

Sono organismi eucarioti, diversi quindi dai batteri. Come le piante, i funghi assorbono i nutrienti organici dal terreno circostante per osmosi, ma differiscono per la loro struttura e il loro modo di riprodursi. Come gli animali, I funghi sono eterotrofi:  non possono produrre da soli i nutrienti di cui necessitano. Le cellule funginee formano un reticolo di fibre detto micelio, nascosto nel suolo. Questo sistema di radici ramificate é responsabile dell’ assorbimento dei nutrienti. Essi hanno anche un corpo fruttifero, che si sviluppa superiormente al suolo ed è la parte (a volte commestibile) chiamata fungo (fig.1).

Dal punto di vista nutrizionale, i funghi sono una fonte importante della nostra dieta. Tra i vari nutrienti, contengono ioni sodio, cloruro e potassio, necessari al mantenimento dell’equilibrio dell’acqua; ioni fosfato per la stabilità di ossa e denti e la formazione dei globuli rossi; vitamina C, che protegge le cellule ed aiuta il corpo ad assimilare ferro.

Nei seguenti esperimenti, useremo i funghi da allevamento Agaricus bisporus, sia freschi che secchi. In cucina, questi sono noti come champignons, chiodini o (se maturi e marroni) funghi Portobello.

 

Note di scurezza

For all the experiments, students should wear safety glasses and follow the usual safety rules for chemistry classes, as some of the reagents are harmful or corrosive. Please also see the norme di sicurezza generale sul sito di Science in School.

 Esperimento 1: Misurazione delle proteine

Calcolare 5 minuti per il metodo del Biureto, e 10 minuti per il test della ninidrina (seguire il procedimento riportato di seguito).

Occorrente

  • Soluzione di idrossido di sodio(1 mol/l)
  • Soluzione di solfato di rame (II) (1mol/l)
  • Soluzione di ninidrina (2% w/w)
  • Funghi freschi edibili (es. Chiodini) – 1 fungo per studente o gruppo
  • Becco di Bunsen
  • Vetro da orologio
  • Coltello (non troppo appuntito)
  • Pipette
  • Pinze

Procedimento

Le proteine possono essere rilevate usando sia il test Biuretto sia quello della ninidirina. Tali procedure sono di seguito descritte.

Metodo Biureto

  1. Tagliare un fungo a metà (figura 2, a sinistra).
  2. Usando la pipetta, coprire la superficie tagliata del fungo con un sottile strato di soluzione di idrossido di sodio.
  3. Inserire una goccia di soluzione di solfato di rame (II) sulla superficie del fungo.

Se la proteina é presente, il colore virerà dal blu chiaro (il colore del solfato di rame (II)) al blu scuro o viola (figura 2, al centro). Il cambiamento del colore é dovuto alla formazione di un complesso proteina-rame.

Test della Ninidrina

  1. Mettere una fetta di fungo fresco in un vetro da orologio.
  2. Far gocciolare una goccia di soluzione di ninidrina sul fungo.
  3. Usando le pinze, mantenere la fettina di fungo nella parte non-luminosa della fiamma Bunsen (non deve essere una fiamma vivace).
  4. Spostare la fetta di fungo dalla fiamma ed osservare il colore.

Se ci sono proteine si formerà un composto viola scuro (figura 2, a destra). Tale composto, noto come Ruhemann’s purple, é prodotto dalla reazione della ninidrina con gli aminoacidi presenti nelle proteina.

Figura 2: A sinistra: fungo fresco non trattato; al centro: reazione del Biureto positiva; a destra: reazione positive alla ninidrina.
Farina Bunjes

Esperimento 2: Misurazione della vitamina C

Durata: circa 15 minuti. Gli insegnanti hanno bisogno di 45 minuti per preparare la carta da filtro con cloruro di ferro (III). Per farlo, immergere la carta da filtro in una soluzione di cloruro di ferro (III) e poi aspettare che si asciughi bene (circa 30 minuti).

Occorrente

Ogni studente (o gruppo) richiederà:

  • Uno spruzzino con una soluzione di esacianoferrato (III) di potassio (1% w/w)
  • Una carta da filtro imbevuta di una soluzione di cluoruro di ferro (III) ed asciutta
  • Un fungo fresco
  • Coltello (non troppo affilato)
  • Cappa

Procedimento

  1. Tagliare un fungo a metà e premere il lato del fungo appena tagliato sulla carta da filtro (figura 3, a sinistra).
  2. Rimuovere il fungo. Lavorando sotto cappa, spruzzare la carta da filtro con una soluzione di esacianoferrato (III) di potassio.

La soluzione di esacianoferrato (III) di potassio (III) colora la carta di azzurro, dovuta alla produzione della forma solubile di Prussian blue (o Turnbull blue). Se é presente la vitamina C, gli ioni ferro (III) si riducono a ioni ferro (II), formando un composto blu scuro (figura 3, destra).

Figura 3: A sinistra: la carta da filtro trattata con cloruro di ferro (III) e l’area in cui é stato impresso il fungo; a destra: dimostrazione della presenza di vitamina C nel fungo, dopo trattamento con esacianoferrato di potassio (III)
Farina Bunjes

Esperimento 3: Misura del potassio e del sodio

Durata: circa 10 minuti. Preparare in anticipo i funghi secchi tagliandoli e seccandoli a 105 °C in un essiccatore.

Potassio e sodio possono essere individuati grazie al loro caratteristico colore della fiamma. Usando il vetro cobalto per filtrare la fiamma gialla del sodio, si rende più visibile la fiamma lilla del potassio.

Occorrente

  • Fungo secco
  • Bunsen
  • Pinze per crogiolo
  • Vetro cobalto o altri filtri per luce blu

Procedimento

  1. Esporre con la pinza crogiolo, una fetta di fungo secco su un fiamma non luminosa del Bunsen.
  2. Osservare il colore della fiamma. Il colore giallo-arancio é indice della presenza di sodio, mentre il colore lilla indica il potassio.
  3. Per vedere più facilmente la fiamma lilla, guardarla attraverso il filtro blue, che filtra la fiamma gialla del sodio
Figura 4: Osservare il colore della fiamma mentre i funghi secchi bruciano. A sinistra: colore tipico della fiamma in presenza di sodio; a destra: dopo un po’, si nota il colore tipicamente lilla, dovuto al potassio.
Farina Bunjes

Esperimento 4: Misurare gli ioni fosfato.

Durata: circa 45 minuti (15 minuti per l’esperimento più altri 30 minuti per la preparazione delle ceneri). Gli insegnanti avranno bisogno di altri 15 minuti per preparare la soluzione di eptamolibdato di ammonio.    

Occorrente

Per la soluzione di ammonio eptamolibdato ((NH4)6Mo7O24):

  • 10g di ammonio eptamolibdato tetraidrato.
  • 20g di ammonio nitrato
  • 7ml si soluzione ammoniaca concentrate (30% w/w)
  • Acqua distillata
  • Fiasca tarata (100ml)
  • Pipette

Per l’esperimento, ogni studente (o gruppo) avrà bisogno di:

  • Acqua distillata
  • Funghi secchi (qualche fetta)
  • Acido nitrico diluito (2mol/l)
  • Piatto di porcellana
  • Pestello (per macinare)
  • Bunsen
  • Imbuto e carta da filtro
  • Provette e portaprovette
  • Pipette
  • Cartine tornasole
Cenere di fungo, prodotta
bruciando i funghi secchi.

Farina Bunjes

Procedimento

Prima della lezione, gli insegnanti devono prepare una soluzione di eptamolibdato d’ammonio, ((NH4)6Mo7O24): inserire 10g di molibdato d’ammonio tetraidrato e 20g di nitrato ammonio in una fiasca tarata. Aggiungere 7ml di una soluzione di ammoniaca concentrata (usando una pipetta), e portare a volume di 100ml con acqua distillata, sciogliendola completamente.

Il restante procedimento é adatto agli studenti.

  1. Preparare la cenere di fungo. Prima di tutto, mettere i funghi secchi in un piatto di porcellana e macinarli, bruciarli con un Bunsen a fiamma dolce, fino ad ottenere la cenere.
  2. Sciogliere la cenere di fungo in acqua distillata (non più di di 10ml), e filtrare la soluzione per eliminare le parti insolubili, raccogliere il filtrato.
  3. Acidificare il filtrato con acido nitrico diluito portando il pH al di sotto di 6. Nota: si ha bisogno della soluzione di cenere acidificata, sia per il prossimo esperimento, sia per il seguente.
  4. Usare una pipetta per mettere 5ml della soluzione di cenere di fungo acidificata in una provetta, ed aggiungere con un’ altra pipetta circa 10 gocce di souzione di eptamolibdato di ammonio.
  5. Scaldare la soluzione per due minuti al Bunsen, poi lasciare raffreddarla in un portaprovette.

Se gli ioni fosfato sono presenti, si formerà un precipitato giallo limone di ammonio fosfomolibdato ((NH4)3PMo12O40) (Figura 5). 

Figura 5: A sinistra: soluzione di cenere di fungo filtrata, subito dopo l’aggiunta della soluzione di eptamolibdato di ammonio; a destra: la soluzione, dopo averla riscaldata, mostra il precipitato giallo-limone.
Farina Bunjes

Esperimento 5: Misurare gli ioni cloruro.

Durata: circa 5 minuti

Occorrentte

Figura 6: Precipitato opaco
biancastro di cloruro di
argento in una soluzione di
cenere di fungo, indice della
presenza di ioni cloruro.

Farina Bunjes
  • Soluzione acidificata di cenere di fungo (vedere esperimento 4)
  • Soluzione di nitrato d’argento (5% w/w)
  • Provetta
  • Pipetta

Procedimento

  1. In una provetta, mettere 3-5ml della soluzione acidificata di cenere di fungo.
  2. Con una pipetta, aggiungere alcune gocce di soluzione di nitrato d’argento.

Un precipitato bianco indica la presenza di ioni cloruro (figura 6). Il precipitato di cloruro di argento (AgCl) è disperso, così il liquido si presenta come una soluzione opaca, biancastra.

Discussione

Mediante questi esperimenti, gli studenti possono identificare alcuni importanti composti nei funghi – che sono anche dei nutrienti. Ciò può essere spunto per discutere l’impatto che la chimica ha nella vita quotidiana. Ad esempio:

  • Come rispondereste se qualcuno affermasse, “ Preferisco cibo libero da sostanze chimiche”
  • Come i funghi contribuiscono ad una dieta bilanciata?
  • Sapreste indicare un esperimento che aiuta a distinguere tra piante e funghi? (Ricordate che i funghi non fanno fotosintesi, le piante si.)
  • In questi esperimenti, non si è misurato l’amido e il glucosio. Quali pensate sarebbero stati i risultati, se aveste testato anche queste sostanze?

Composizione dei funghi coltivati

Le informazioni seguenti potrebbero essere utili agli insegnanti per discutere dopo gli esperimenti.

Carboidrati

L’amido non è presente nei funghi coltivati, e il glucosio è quasi totalmente assente. I funghi contengono principalmente chitina e cellulosa come componenti strutturali della parete cellulare. Contengono anche trealosio (uno zucchero) e mannitolo (un alcool-zucchero).

Lipidi (grassi)

I lipidi si trovano come piccole gocce all’ interno del citoplasma dei funghi e nella parete cellulare (come doppio strato lipidico). I funghi contengono 0.3g di grassi per 100g di funghi freschi, una quantità minima.

Minerali

I funghi sono ricchi di minerali – specialmente potassio, con un sorprendente  quantitativo di 390mg per 100g di funghi freschi. È presente anche fosforo (circa 60mg per 100gr), soprattuto come fosfato. Il loro contenuto di sodio, pari a circa 5mg per 100g di funghi freschi, è comunque basso, come basso è il contenuto di calcio e ferro. I funghi freschi contengono circa 93% di acqua, sebbene la quantità di acqua dipende dall’eta del corpo fruttifero, quelli giovani ne contengono di meno.

Vitamine

I funghi contengono una notevole quantità di vitamina C (circa 2.1 mg per 100 g di funghi freschi), più alcune vitamine B (come B1, B2, B6 e la niacina, B3). I funghi sono inoltre ricchi di nicotinamide (5.2 mg per 100 g di funghi).

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References

Resources

Author(s)

Verena Pietzner insegna Chimica presso l’Università di Oldenburg, in Germania.

Peter Fleischmann é uno scienziato dell’Istituto di Chimica, presso l’ Università di Oldenburg e Farina Bunjes ha ottenuto un master per l’insegnamento della chimica e della matematica, sempre presso l’Università di Oldenburg. Holger Zorn è un professore e Martin Rühl è professore associato di chimica e biotecnologie alimentari presso l’ Università di Giessen, in Germania.


Review

Gli autori hanno individuato una delle principali difficoltà della scienza: studenti, e gran parte della gente, non apprezza che l’ambiente circostante e – persino il loro cibo – contenga sostanze chimiche.

Gli esperimenti sui funghi qui descritti, adatti per studenti senior, sono un ottimo modo per dimostrare che il cibo è, in natura, chimica. Gli esperimenti connettono la chimica con la biologia e ampliano la conoscenza degli studenti fornendo loro una parte pratica che non sempre rientra nel percorso scolastico..


Tim Harrison insegna all’Università di Bristol, nel Regno Unito




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CC-BY