Analisi dei nitriti attraverso il loro impiego nell’industria alimentare e applicazione di un’indagine percettiva sui consumatori

Per affrontare al meglio il processo biochimico che porta alla formazione di nitrito e la sua degradazione in natura, è necessario approcciarsi con metodologia più ampia e delineare tante trasformazioni e flussi appartenenti al complesso del ciclo biogeochimico dell’azoto.
L’azoto è un elemento importantissimo per la vita sulla Terra ed è costituente di numerose sostanze biologicamente rilevanti, da quelle più complesse come proteine e acidi nucleici fino all’apparentemente più semplice ossido nitrico. Il gas azoto (N2) rappresenta ca. il 78% dei costituenti presenti in atmosfera, ed è altamente inerte, in quanto legato da un triplo legame (N≡N) che richiede una notevole quantità di energia per essere scisso.

Fissazione
La fissazione da azoto atmosferico in azoto biologicamente disponibile può avvenire attraverso quattro processi distinti:
1. Fissazione microbica dell’azoto
2. A livello industriale tramite il processo Haber-Bosch
3. La combustione di combustibili fossili
4. Fulmini

Iniziando dalla prima, è esclusiva del dominio dei procarioti; in particolare, gli eubatteri e gli archaea. Generalmente questi microrganismi si chiamano diazotrofi e si dividono in tre gruppi: a vita libera, simbiotici (all’interno delle radici delle piante) e in libera associazione con un altro organismo. La fissazione può avvenire solo in condizione anaerobiche, in quanto l’enzima nitrogenasi, responsabile della fissazione dell’azoto atmosferico, è sensibile all’ossigeno. Per mantenere le condizioni di anaerobiosi, entrano in gioco diverse tecniche, tra le quali un tasso di respirazione molto alto per mantenere una bassa tensione interna di ossigeno oppure attraverso il legame tra l’ossigeno alla leg-emoglobina (un omologo dell’emoglobina) nella radice delle leguminose.
La fissazione dell’azoto atmosferico attraverso il processo Haber-Bosch nasce come conseguenza dell’aumento d’importanza economica dell’azoto fisso per l’agricoltura dei fertilizzanti. Nel 1910 Fritz Haber ideò il processo che consiste nel far reagire i gas N2 e H2 a circa 500°C con pressione di 300 atm su un catalizzatore di ferro per produrre ammoniaca.
Ancora oggi, il processo Haber-Bosch è ampiamente utilizzato, tanto che si stima che il 40% delle proteine di origine vegetale consumate dagli esseri umani derivano da fertilizzanti che utilizzano l’azoto fissato da questo processo (Smil, 2004).
Per quanto riguarda la combustione di combustibili fossili, si basa sul principio che la combustione rilascia azoto già fissato, che tuttavia è stato sequestrato per lunghi periodi nei depositi geologici (Vitousek, 1997). Inoltre, a temperature sufficiente alte, si verifica un’ulteriore fissazione de novo. Viene stimato che la combustione di combustibili fossili per la produzione di energia sia responsabile di meno del 10% dell’azoto fisso biologicamente disponibile sulla superficie terrestre (Schlesinger, 2009).
Come detto in precedenza per scindere il triplo legame dell’azoto atmosferico è necessaria un’enorme quantità di energia, ed è proprio su questo principio che si basa l’ultimo meccanismo di fissazione: i fulmini. Ovviamente a livello globale non rivestono un ruolo di primaria importanza nel turnover dell’azoto; tuttavia, è interessante menzionarla in quanto ancora oggi studiata in chimica stratosferica e troposferica e il suo impatto sul clima (Schumann, 2007). La reazione comunque consiste nella conversione di N2 in NO e la rapida ossidazione in NO2, che reagendo con l’acqua produce acido nitroso (HNO2) o acido nitrico (HNO3).

Assimilazione dei nitrati nelle piante e nei batteri
La maggior parte delle piante non sono simbionte e non hanno un partner che le fornisca loro azoto fisso; pertanto, devono trovare altri metodi per assimilare azoto. Per quelle piante e batteri incapaci di fissare autonomamente l’azoto, la soluzione preferita è costituita dal nitrato (NO3-) che si trova nel suolo. Il nitrato viene inizialmente ridotto a nitrito e infine ad ammonio prima di essere incorporato nello scheletro carbonatico per il trasporto nella pianta. Alcune specie vegetali riducono velocemente il nitrato all’entrata nel sistema radicale, mentre altre trasportano nitrato non metabolizzato nella parte superiore della pianta dove verrà ridotto.

Nitrificazione
Un’ampia varietà di batteri e funghi possono convertire i composti organici contenenti azoto in ammonio, ovvero ammoniaca protonata (NH4+). L’ammonio può essere ossidato a nitrito e successivamente in nitrato in reazioni catalizzate dai batteri nitrosomonas e nitrobacter che utilizzano l’energia rilasciata per assimilare il C dalla CO2. L’ossidazione dell’ammoniaca in nitrato può avvenire anche direttamente, senza l’intermedio nitrito.