Solitamente le proteine presenti nei cibi sono costituite da L-amino acidi, ma anche gli enantiomeri D- sono largamente diffusi e si possono generare sia naturalmente (come nei molluschi o nei cibi fermentati) che artificialmente, in seguito a processi di trasformazione degli alimenti (ad esempio temperature molto elevate, ambienti fortemente alcalini) o a fenomeni di deterioramento (Friedman, 1999). In Tabella 1 viene riportata una lista di cibi contenenti D-amino acidi (D-AA).

Tabella 1. Distribuzione dei D-amino acidi nei cibi [adattamento da Zagon et al., 1994].

D-amino acidi generati da processi tecnologici

La disponibilità di alimenti preparati industrialmente che contengono elevate quantità di D-AA sta aumentando sempre più (ad es. patate al forno, succhi e polpa di frutta, cereali per la colazione, polpa di pomodoro, latte, ecc.). I principali fattori che influenzano la racemizzazione sono valori alcalini di pH, la durata del trattamento, l’eccessivo riscaldamento e la relativa durata (spesso troppo lunga) [Genchi, 2017].

Il latte, la carne e alcuni succhi di frutta, che normalmente contengono basse quantità di D-AA, spesso vengono sottoposti, durante la preparazione per renderli idonei al consumo, a condizioni che favoriscono la racemizzazione. In particolare il latte e i latticini sono degli ottimi esempi di come la naturale composizione di alcuni cibi possa essere alterata dai processi industriali. Un’indagine condotta sul contenuto in amino acidi del latte ha evidenziato l‘assenza di racemizzazione in campioni esposti ad elevate temperature ma per un breve tempo (come la pastorizzazione e i processi ultra-high temperature UHT), mentre alti livelli di D-AA sono stati riscontrati nel latte sterilizzato o in polvere, come risultato dei processi tecnologici a cui è stata sottoposta la materia prima [Gandolfi, 1994]. In questi casi è stato osservato un incremento nel contenuto di D-Ala da un minimo del 3-4% (concentrazione di riferimento considerata fisiologica) fino ad un massimo del 12%. La D-metionina (D-Met) può essere modificata chimicamente durante i trattamenti e L-fenilalanina (L-Phe) e L-tirosina (L-Tyr) vengono trasformate rapidamente nei corrispondenti D-enantiomeri in seguito a trattamento con alcali ad elevate temperature [Csapò et al., 2008]. La Figura 4 dell’articolo di [Friedman, 1999] riporta l’effetto della temperatura sul contenuto di D-serina (D-Ser) e D-treonina (D-Thr) nelle proteine della soia, e in Tabella 2 dello stesso lavoro la composizione delle proteine trattate con alcali.

Per questo motivo, la presenza di D-AA nei cibi può essere utilizzata come biomarcatore di trattamenti termici spinti o trattamenti alcalini.

Presenza dei D-amino acidi negli alimenti fermentati

Negli alimenti fermentati, la presenza di D-AA può essere considerata “naturale”. Qui la loro formazione può derivare dalla materia prima oppure può essere dovuta all’attività microbica durante i processi fermentativi. Elevati livelli di D-Ala, D-Asp and D-Glu sono spesso presenti nei formaggi, nello yogurt, nel vino, nell’aceto, nella birra, nel sake, nella salsa di soia, etc. Nel vino, birra e aceto, la presenza della D-prolina (D-Pro) è utilizzata come indicatore dell’invecchiamento [Chiavaro et al., 1998]. L’impiego di batteri lattici e lieviti nella lievitazione prima della cottura porta alla produzione di D-Ala e D-Glu [Gobbetti et al., 1994]. Il miele e i condimenti pronti a base di spezie presentano un contenuto variabile in D-AA liberi [Pawloska and Armstrong, 1994; Friedman, 1999]. Elevati livelli di D-Ala, D-Asp e D-Glu sono presenti anche nei formaggi a lunga stagionatura come il Parmigiano Reggiano e il Grana Padano (fino a 5 g/kg). La quantità di D-amino acidi è differente a seconda del tipo di formaggio e cambia durante la produzione e la maturazione [Marchelli et al., 1997; Innocente and Palla, 1999; Marchelli et al., 2007].

I D-amino acidi come indice di contaminazione (in alimenti non fermentati)

Gli amino acidi D-Ala, D-aspartico (D-Asp), D-arginina (D-Arg) e D-glutammico (D-Glu) sono presenti in basse quantità in alcuni frutti come mele, uva e arance, ma anche in alcune verdure come carote, pomodori, cavoli e nei rispettivi succhi [Gandolfi, 1994]. La presenza di specifici D-AA (e la loro concentrazione) può essere utilizzata per verificare la purezza dei succhi, escludendo la contaminazione da altri frutti (ma anche l’adulterazione o l’arricchimento dei prodotti) [Gandolfi, 1994]. Inoltre, la concentrazione di questi D-AA può essere impiegata come indicatore di contaminazione batterica o di scarsa qualità della materia prima utilizzata per la preparazione dei succhi di frutta [Gandolfi, 1994].

Il gusto dei D-amino acidi

I D-AA sono molto più dolci dei rispettivi L-enantiomeri, generalmente più amari. In alcuni casi, il potere dolcificante della D-valina (D-Val), D-fenilalanina (D-Phe) e D-triptofano (D-Trp) è maggiore rispetto a quello del saccarosio [Linden and Lorient 1999]. L’Alitame (l-α-aspartil-N-(2,2,4,4-tetrametil-3-tioetanil)-d-alaninammide) (Figura 1), un dipeptide artificiale contenente L-Asp and D-Ala, è interessante da un punto di vista commerciale poiché è circa 2000 più dolce del saccarosio, circa 10 volte più dolce dell’aspartame, e 6 volte più dolce della saccarina [Chattopahyay et al., 2014].

Sono i D-amino acidi buoni per la salute umana?          

L’effetto del metabolismo dei D-AA negli esseri umani è ancora controverso. Nei mammiferi la degradazione dei D-AA avviene tramite deaminazione ossidativa a chetoacidi, catalizzata dall’enzima D-amino acido ossidasi e successiva transaminazione a L-amino acidi. Non è ancora chiaro se l’organismo umano sia capace di utilizzare completamente i D-AA, sebbene la D-amino acido ossidasi sia presente in fegato e reni. Infatti, le reazioni di racemizzazione interessano solo specifici amino acidi (soprattutto la D-serina) e tessuti selezionati. Nei mammiferi, il contributo più significativo al metabolismo dei D-AA viene fornito dal microbiota.

E’ stato riportato come livelli alterati di D-AA inducano seri danni soprattutto a carico dei reni; cambiamenti nella concentrazione dei D-AA in tessuti e nel sangue sono stati collegati a diversi stati patologici, permettendo così l’identificazione di biomarcatori innovativi e potenzialmente migliori (vedere la sezione “D-AA nelle malattie”) [Marchelli et al., 2007].Inoltre, è in studio l’uso della D-Ser come supplemento nei trattamenti per la cura della schizofrenia [MacKay et al., 2019]. Il valore nutrizionale dei D-AA è stato ampiamente analizzato in topi sottoposti a dieta a base di soli amino acidi sintetici [Friedman and Levin, 2012]. L’effetto biologico dei D-AA è differente a seconda che essi vengano ingeriti come amino acidi liberi oppure come componenti di proteine. Il potere nutrizionale dei D-AA essenziali dipende dalla composizione, dalla loro digeribilità e utilizzazione in seguito alla degradazione delle proteine. In effetti, legami peptidici con configurazioni D-L, L-D o D-D sono resistenti agli enzimi proteolitici con conseguente minore digeribilità ed eventuale formazione di oligopeptidi ad attività biologica sconosciuta. Non sono stati osservati effetti tossici in trials condotti su adulti e giovani alimentati per via parenterale con una miscela di D,L-AA liberi [Marchelli et al., 2007]. Considerando i singoli D-AA, la D-Met è poco utilizzata dagli esseri umani quando consumata oralmente o nella nutrizione parenterale, la D-Tyr può diminuire significativamente la crescita nei topi, così come D-Met e D-Lys [Friedman and Levin, 2012]. Alla luce di quanto detto, i D-AA possono essere utili nel controllo del peso corporeo grazie al loro specifico valore di sostituzione (ovvero alla concentrazione relativa del corrispondente L-amino acido).

Il gruppo Shiseido ha scoperto che i livelli di D-Asp diminuiscono con l’età, e di conseguenza diminuisce anche la produzione di collagene. Dopo un trial in cui per 2 mesi è stato assunto D-Asp, lo spessore della pelle risultava decisamente incrementato. Grazie a questi risultati, è stato prodotto il primo “functional food” arricchito in D-AA chiamato “kireinosusume” [Mutaguchi et al., 2016].