Tecnologie di produzione di prodotti cerealicoli
funzionali
I CEREALI
I cereali, con circa 500 generi e
più di 5000 specie,
appartengono alla famiglia delle
Graminacee e da migliaia di anni
costituiscono la base
dell’alimentazione umana.
La loro domesticazione ha coinciso con la nascita dell'agricoltura in tutte le parti del mondo:
•frumento in medio oriente, •riso nel Sud-Est asiatico, •mais in Sud America, •sorgo in Africa.
•prodotti che per potere calorico, contenuto proteico, lipidico, sali minerali e vitamine sono adatti per l’alimentazione umana •prodotti secchi facilmente trasportabili e conservabili,
idonei a costituire scorte alimentari
•conferiscono proprietà funzionali alle preparazioni alimentari di cui fanno parte.
I cereali, costituiscono l'alimento principale per la maggior parte
della popolazione del pianeta, fornendo circa la metà delle
I CEREALI: diffusione
Quantità procapite di cereali impiegati
nell’alimentazione umana
Mondo
Italia
Frumento
66.0
144.2
Riso
53.3
5.9
Mais
17.1
4.0
Orzo
0.9
0.4
Altri
9.4
0.5
Totale
146.7
155.0
RISO (Oryza sativa L.)
Cariossidi brillanti o parboiled Estrazione di amido
I CEREALI: usi principali
MAIS (Zea mays L.)
Produzione di farina e fiocchi
Produzione di snack (es. popcorn) Estrazione di amido (destrine e maltosio)
Estrazione della frazione oleosa del germe
Alimentazione animale
SEGALE (Secale cereale L.)
Produzione di farina da pane Alimentazione animale
AVENA ( Avena sativa L.)
Produzione di farina (porridge) e fiocchi Usi cosmetici
ORZO (Hordeaum vulgare L.)
Cariossidi brillanti o perlate Produzione di fiocchi
Produzione di orzo maltato (germinazione) Industria birraia
Farina di malto per prodotti da forno
I CEREALI: usi principali
FRUMENTO (Triticum turgidum sub. Durum, Triticum aestivum L.
Produzione di farina (anche maltata) e semola
Pane, pasta, prodotti da forno, fiocchi, cous cous, bulgur (turco) Cariossidi decorticate o parboiled
Composizione chimica della cariosside di
Frumento
ENDOSPERMA AMILIFERO: granuli di amido STRATO ALEURONICO: proteine, grassi, minerali, vitamine, zuccheriGERME: lipidi, tiamina, riboflavina, proteine, acido pantotenico, niacina
COMPONENTI NUTRIZIONALI
LIPIDI
Contenuti in quantità comprese tra l’1,5 e il 2%. Sono presenti quasi esclusivamente nel germe.
Prevalentemente si tratta di gliceridi esterificati ad acidi grassi insaturi (80-84%) e saturi
SALI MINERALI
Contenuti in quantità comprese tra l’1,5 e il 2%. Sono situati nella parte esterna della cariosside.
Quelli maggiormente rappresentati sono Fosfato di Mg e K. Il fosforo è inoltre presente come fitati, noti per la loro capacità di diminuire la biodisponibilità di alcuni minerali.
I cereali contengono inoltre tracce di ferro, rame e zinco.
Anche il selenio può essere presente in concentrazioni apprezzabili se il cereale è stato coltivato in terreni particolarmente ricchi di questo minerale.
VITAMINE
La cariosside di grano contiene notevoli quantità di alcune vitamine come B1, B2, niacina acido pantotenico, acido folico, biotina, tocoferoli. Invece è completamente privo di vitamine C e D. Anche queste sono localizzate quasi tutte negli strati esterni del seme per cui si perdono durante la macinazione
Flagella, 2006
Sostanze bioattive nel grano
Glutine
È un complesso proteico viscoelastico costituito da un insieme eterogeneo di gliadine e glutenine, associate da legami covalenti (disolfuro) e legami non covalenti (idrogeno, ionici), nonché da interazioni idrofobiche.
È costituito per il 785% da proteine, 7% da lipidi, 10% amido e 5-8% acqua. Nella cariosside di frumento o nella semola/farina il complesso visco-elastico del glutine non è presente; si forma solo in seguito all’idratazione della semola/farina e alla formazione dell’impasto e si ottiene per successiva lisciviazione (lavaggio con acqua) dell’impasto stesso. Le caratteristiche del glutine sono di grande importanza per la trasformazione tecnologica del frumento e per la destinazione d’uso dei semilavorati (semole/farine)
Glutenin
Starch granule
water
Gluten
Gliadin
Gliadine
“l’insieme degli aspetti e delle caratteristiche di un prodotto o di un servizio che si riveli in grado di soddisfare le esigenze dichiarate o implicite” (norma ISO 9000)
Che cos’è la qualità?
produttore trasformatore deposito trasportatore distributore consumatore
LA QUALITA’ DEI CEREALI
La qualità può essere definita prendendo in considerazione una serie di differenti parametri: chimici, fisici, microbiologici, tecnologici, reologici e sensoriali.
Il concetto di qualità col passare degli anni ha subito una
profonda evoluzione, grazie, soprattutto alla presa di coscienza
da parte dei consumatori stessi, della sua importanza.
Il consumatore richiede per caratterizzare un prodotto, oltre i
tipici parametri oggettivi rappresentati dalla dimensione, forma,
pezzatura, forma, colore, ecc, anche altri parametri quali: la
salubrità, i requisiti nutrizionali, il gusto, l'aroma, ecc.
Qualità igenico-sanitaria
Assenza di sostanze tossiche contaminanti, di tipo chimico o microbico, che possono arrecare danno alla salute.
Sicurezza alimentare ossia la garanzia che un alimento non causerà danno
dopo che e stato preparato e/o consumato secondo l'uso a cui esso e destinato (Codex Alimentarius)
Qualità nutrizionale
L'aspetto nutrizionale si identifica con il contenuto di principi nutritivi come glucidi, lipidi, proteine, vitamine, fibra e sostanze minerali.
Qualità tecnologica
Panificabilità e pastificabilità nei frumenti duri e teneri
La qualità molitoria è collegata alla RESA in macinazione
La qualità pastificatoria o panificatoria, cioè la qualità
tecnologica, è collegata alle proprietà dell’impasto
PASTA Quality • Cooking Value • Appearance • Safety “Agronomic” Quality • Yield • Adaptability • Disease / Stress Resistance “Technological” Quality • Gluten Quality • Protein Content • Yellow Color • Black Tips “Milling” Quality • Test Weight • Moisture • Ash Content “Commercial” Quality • Kernel Defects • Foreign Matter • Foreign Seeds
Temperatura dell’impasto (max 48 °C) e durata
dell’impastamento 20-25 min. (corretta formazione del
glutine).
Se la T impasto supera i 60-70 °C il glutine si denatura e
non è più lavorabile. Raffreddamento con camicia
d’acqua.
1. Evaporazione dell’acqua e ridistribuzione del glutine. I
componenti che si erano idratati e ora rilasciano acqua
sono l’amido e il glutine.
Il glutine ha una capacità ritentiva maggiore per cui l’acqua
viene ceduta dapprima dall’amido (da quello superficiale e
poi da quello interno che migra verso l’esterno) e poi dal
glutine (che infine migra anch’esso verso l’esterno
avvolgendo l’amido).
Corpo plastico: si deforma e mantiene la nuova forma
(impasto in estrusione)
Corpo elastico: si deforma ma tende a ritornare al suo
stato iniziale per cui si determinano tensioni interne che,
se superano l’elasticità, possono causare rotture
La pasta all’uscita della trafila ha un’umidità del 31-32% e
si presenta come un corpo plastico.
Ciò significa che tollera bene un trattamento anche
drastico (elevate T) e supera la contrazione di volume
senza problemi. Ciò coincide con la pre-essiccazione.
Quando raggiunge un umidità del 20% circa diventa un
corpo elastico. Ciò si verifica alla fine della
pre-essicazione. Da quel momento occorre controllare
l’evaporazione con maggiore cautela.
Fino a qualche anno fa si eseguiva l’essiccamento a 50-55 °C per
12-28h, detto a “bassa temperatura-LT”.
Oggi la tendenza prevalente è quella di condurre il processo con T
max 70-85°C per 8-12h, con la T più elevata di solito durante la
pre-essiccazione (HT).
Sono state proposte tecnologie di essiccamento ad “altissime
temperature (THT)” con T da 95 a 120°C.
Vantaggi:
Denaturazione totale del glutine (a T pasta > 70°C), con incremento della tenuta alla cottura e diminuzione della collosità.
Svantaggi:
Gelatinizzazione dell’amido i cui granuli si rigonfiano provocando la rottura del reticolo glutininico con scarsa tenuta alla cottura.
-Sono anche detti miglioranti dell’impasto perché
determinano un aumento della forza dell’impasto
(adatti a farine deboli).
-Hanno azione ossidante e apportano gruppi SH.
-Acido ascorbico, cisteina, solfito o bisolfito di
sodio
-E’ anche prevista l’aggiunta di glutine secco
“vitale” cioè ricavato da isolamento da farine e
successivo essiccamento a T tali da evitarne la
denaturazione e la conseguente perdita di
funzionalità (capacità di reidratazione ed
elasticità).
-Biologica:
-Non biologica:
-Lievito industriale
-Lievito naturale
-Lievitazione chimica
-Lievitazione fisica
-L’acido lattico conferisce maggiore elasticità all’impasto.
-L’acido acetico rende la maglia glutinica più corta e più
rigida.
-Il rapporto ottimale tra l’acido lattico e acetico
nell’impasto acido è 3:1. Per mantenere tale rapporto
occorre controllare che la T non sia troppo bassa.
-Le condizioni necessarie per una elevata percentuale
di acido lattico ed una bassa percentuale di acido
acetico sono:
-Temperatura 35°C;
-Quantità lievito madre 20%;
-Basse ceneri;
-E’ l’operazione tramite la quale il pane assume una
forma stabile e tutte le caratteristiche organolettiche
tipiche.
-Temperatura: 200-270°C
-Fino a 40-45°C: intensificazione della fermentazione ed
attività enzimatica; aumento del volume per dilatazione
termica dei gas.
-65-80°C: inizio coagulazione del glutine; inattivazione
enzimi.
-100°C: gelatinizzazione amido e completa coagulazione
del glutine.
-120-140°C: destrinizzazione dell’amido e completa
disidratazione della superficie, che solidifica.
-140-150 °C: caramellizzazione completa degli zuccheri.
-150-200°C: formazione del colore bruno e di sostanze
dotate di aroma.
-Dal momento in cui il pane esce dal forno e si raffredda,
inizia
un
processo
di
irrigidimento
dell’amido
gelatinizzato
(cristallizzazione),
fenomeno
detto
retrogradazione dell’amido.
-Il grado di gelatinizzazione e successiva retrogradazione
dipende dalla presenza di altre macromolecole in grado
di legare l’acqua e di rallentare il fenomeno.
-La retrogradazione consiste in un irrigidimento della
struttura dell’amido dovuto ad un avvicinamento
reciproco delle molecole di amilosio e amilopectina
con formazione di legami H (cristallizzazione).
-Entro certi limiti, il riscaldamento a T>60°C permette
un temporaneo recupero di croccantezza grazie alla
rottura di legami consentendo il ritorno alla forma
amorfa.
PRODOTTI CEREALICOLI
FUNZIONALI
CONCETTO DI «WHOLE GRAIN» COME
«NATURAL FUNCTIONAL FOOD
American Association of Cereal Chemists (AACC)
«Whole grain shall consist of the intact, ground, cracked or
flaked caryopsis, whose principal anatomical components- the
starchy endosperm, germ and bran- are present in the same
relative proportions as they exist in the intact caryopsis»
US Food and Drug Administration (FDA)
«Whole grain include cereal grains that consist of the intact,
ground, cracked or flaked caryopsis, whose principal
anatomical components- the starchy endosperm, germ and
bran- are present in the same relative proportions as they
exist in the intact caryopsis»
Nella nuova configurazione della piramide alimentare i cereali raffinati passerebbero dalla base al vertice e, quindi, da un consumo plurigiornaliero ad un’assunzione saltuaria di poche volte a settimana. Alla base della
piramide rimarrebbero esclusivamente i prodotti derivati da cereali integrali.
Il frumento si presta perfettamente ad essere lavorato sia per ottenere ingredienti ricchi in composti bioattivi che per lo sviluppo di
alimenti funzionali, in quanto contiene
numerosi composti bioattivi, presenti perlopiù negli strati epriferici della cariosside.
Per i suddetti motivi i prodotti a base di cereali integrali risultano
particolarmente adatti per veicolare composti con proprietà bioattive (phytochemicals) per la produzione di «functional foods».
La tecnologia migliore per ottenere dalla cariosside dei cereali ingredienti ricchi in composti bioattivi è quella classica del FRAZIONAMENTO e RICOMBINAZIONE
LE TECNOLOGIE DI FRAZIONEMENTO
E RICOMBINAZIONE
LE TECNOLOGIE DI FRAZIONEMENTO
E RICOMBINAZIONE
Le principali tecnologie di frazionamento/ricombinazione che possono essere applicate ai cereali per la separazione o concentrazione o arricchimento di composti bioattivi sfruttano la
diversa localizzazione nella cariosside, le differenti caratteristiche granulometriche e densitometriche degli sfarinati, il differente stato fisico e/o la diversa affinità con i fluidi supercritici.
Alcuni esempi di queste tecnologie sono: - Perlatura (abrasione, debranning)
- Macinazione e setacciatura
- Separazione e classificazione ad aria (turboseparazione) - Spremitura a freddo
LE TECNOLOGIE DI FRAZIONEMENTO
E RICOMBINAZIONE
Un recente simposio dell’American Society of Nutrition (2011) e
numerosi lavori scientifici hanno evidenziato che l’assunzione di cereali
integrali ha benefici multipli sullo stato di salute:
1. Riduzione dei fattori di rischio di patologie cardiovascolari, quali
colesterolo totale e LDL, pressione arteriosa (J. Medicial Food, 2011)
2. Riduzione del rischio di diabete e della glicemia post-prandiale
(Diabetologia, 2011; J. Nutr. Metab., 2012)
3. Riduzione del rischio di tumori (Cancer Causes Control., 2011
4. Effetto di riduzione della percentuale di massa grassa
5. Effetto positivo sulla salute gastrointestinale
LE EVIDENZE SUGLI EFFETTI BENEFICI
DI CEREALI INTEGRALI
Cereali che
contengono glutine
• Frumento
• Orzo
• Segale
• Farro
• Triticale
Cereali che non
contengono glutine
• Riso
• Granturco/Mais
• Soia
PASTA CON AGGIUNTA DI FIBRA
Le FIBRE sono dei componenti presenti negli alimenti vegetali che non «nutrono» ma che esplicano funzioni benefiche per il nostro organismo
Esse comprendono una frazione solubile e una insolubile.
Funzioni della fibra:
- Tendono a fissare acqua formando un gel viscoso e producono un rallentato svuotamento gastrico
- Interferiscono con l’assorbimento di nutrienti essenziali
- Ritardano e riducono il picco glicemico post-prandiale
