Strutturazione di impasti per la produzione di pane e pasta contenenti sfarinati con alto valore funzionale

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1 Progetto Responsabile: Dr.sa M.G.D Egidio (CRA-ISC Roma) Unità di ricerca Dipartimento di Scienze e Tecnologie Alimentari e Microbiologiche UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO Strutturazione di impasti per la produzione di pane e pasta contenenti sfarinati con alto valore funzionale RESPONSABILE COLLABORATORI M. Ambrogina Pagani Mara Lucisano Manuela Mariotti Marco Riva Marta Zardi Ernestina Casiraghi Lorenzo Fongaro Roberto Foschino Agostina Moles DiSTAM ( via G. Celoria, Milano ambrogina.pagani@unimi.it OBIETTIVO GENERALE Caratterizzazione reologica e strutturale di impasti a base farina contenenti la massima quantità (indicazioni fornite dalle altre UR) di sfarinati di orzo, farro, segale, mais compatibile con processi tecnologici convenzionali di panificazione e pastificazione. N.B. Proteine di riserva dei CEREALI FUNZIONALI: qualità tecnologica inferiore a quelle del frumento 1

2 Unità di ricerca Dipartimento di Scienze e Tecnologie Alimentari e Microbiologiche UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MILANO Strutturazione di impasti per la produzione di pane e pasta contenenti sfarinati con alto valore funzionale OBIETTIVI SPECIFICI Caratterizzazione reologica degli impasti arricchiti con cereali ad alto valore funzionale Le miscele arricchite con sfarinati ad alto valore funzionale sono state prodotte presso l UR di S. Angelo Lodigiano. La valutazione delle caratteristiche reologiche utili a prevedere il comportamento in panificazione è stata completata presso il DISTAM, utilizzando test empirici (test viscoamilografico e reofermentografico) e fondamentali (determinazione del modulo elastico e viscoso). Messa a punto di protocolli di misura innovativi per il monitoraggio delle caratteristiche dell impasto durante la lievitazione e la cottura in forno mediante tecniche di ANALISI dell IMMAGINE Definizione e messa a punto di protocolli di misura innovativi, rapidi, efficaci, capaci di offrire una informazione completa sui fenomeni coinvolti nella strutturazione degli impasti, con particolare attenzione alle operazioni di lievitazione e di cottura in forno. Applicazione della spettroscopia NIR al monitoraggio on-line della lievitazione dei prodotti da forno Valutazione della fase di lievitazione mediante spettroscopia NIR su miscele arricchite con cereali funzionali. 2

3 Caratteristiche reologiche di impasti arricchiti con cereali ad alto valore funzionale M. Mariotti (1), M.A. Pagani (1), M. Corbellini (2), M. Lucisano (1) (1) DiSTAM, Università degli Studi di Milano, via G- Celoria 2, Milano, Italy (2) CRA-ISC, Sezione S. Angelo Lodigiano (LO) tel

4 Pane Il pane è uno degli alimenti più diffusi al mondo. Rappresenta una risorsa ed una ricchezza per l intera umanità. Ha assunto, nel tempo, anche una valenza sociale e spirituale. Definizione di legge (L. 580, art.14; mod. DL , n 109 e L.146/94, art.44) il prodotto ottenuto dalla cottura totale o parziale di una pasta convenientemente lievitata, preparata con sfarinati di grano, acqua e lievito, con o senza aggiunta di sale comune (cloruro di sodio) + = Il FRUMENTO è il cereale più utilizzato in panificazione grazie alla capacità delle sue proteine di formare glutine. GLIADINE estensibilità viscosità GLUTENINE + elasticità = tenacità GLUTINE viscoelasticità ESTENSIBILITÀ - VISCOSITÀ il reticolo del glutine si deforma consentendo l aumento in volume della massa (produzione di CO 2 durante la lievitazione) + = ELASTICITÀ - TENACITÀ il reticolo del glutine consente al prodotto di mantenere la forma durante gli stress meccanici (aumento di volume in lievitazione e cottura) 4

5 La riscoperta, in panificazione, di CEREALI DIVERSI DAL FRUMENTO è legata al crescente interesse verso ALIMENTI FUNZIONALI che esplicano un effetto benefico sull organismo. Alimenti Funzionali Commissione Europea. Proposta di "Regolamento del Parlamento Europeo e del Consiglio relativo alle indicazioni nutrizionali e sulla salute fornite sui prodotti alimentari" (COM /07/2003). Secondo il documento europeo di consenso sui "Functional" Foods": L alimento funzionale deve mostrare benefici effetti su una o più funzioni dell organismo. Mediante le proprietà nutrizionali l alimento funzionale deve promuovere uno stato di salute e di benessere. Gli alimenti funzionali non sono pillole o capsule. Un alimento funzionale può essere un cibo "naturale", oppure un alimento al quale, mediante trattamento tecnologico, è stato aggiunto o tolto un componente; può essere inoltre un alimento in cui uno o più componenti sono stati modificati. Un alimento funzionale deve essere tale per tutta la popolazione o per particolari gruppi di popolazione. L informazione sugli alimenti funzionali deve essere chiara. 5

6 Progetto MIUR - MIPAF Alimenti funzionali a base di cereali Tra gli obiettivi. Sviluppo e validazione di miscele a base di frumento tenero e cereali minori che consentano di ottenere pane e prodotti da forno di elevata qualità Obiettivi della presente sperimentazione Fase 1 Identificazione di genotipi di cereali minori interessanti per caratteristiche qualitative. Fase 2 Caratterizzazione chimico-reologica degli impasti arricchiti con cereali ad alto valore funzionale identificati nella Fase 1. 6

7 Cereali considerati FARRO fibra carotenoidi tocoferoli ORZO SEGALE MAIS fibra (β-glucani) fibra (pentosani) carotenoidi tocoferoli Tra i composti aventi PROPRIETÀ FUNZIONALI contenuti in quantità rilevanti in questi cereali si ritrovano fibra alimentare ed antiossidanti. 7

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9 Varietà e miscele Fase 1. Caratterizzazione qualitativa delle miscele - Test Farinografico - Baking Test (sperimentazione effettuata presso CRA-ISC S. Angelo Lodigiano) FARRO ORZO SEGALE MAIS 1 VARIETÀ 9 VARIETÀ 5 VARIETÀ 4 VARIETÀ Integrazione Integrazione Integrazione Integrazione 100% 30 50% 30 50% 20 30% 9

10 Fase 1: Identificazione di genotipi di cereali minori interessanti per caratteristiche qualitative Test farinografico (strumento, principio del metodo, tracciato farinografico) 1 a fase titolazione farina 2 a fase registrazione farinogramma Gli indici farinografici danno indicazioni sullo SVILUPPO del RETICOLO GLUTINICO (qualità del glutine) Per questo motivo il test, che riproduce solo l operazione di impastamento, è in realtà strategico per ottenere alcune informazioni sul comportamento della farina durante l intero processo di panificazione ( baking performance ) 10

11 Fase 1: Identificazione di genotipi di cereali minori interessanti per caratteristiche qualitative Baking Test (CRA-ISC S. Angelo Lodigiano) farina acqua lievito zucchero sale acido ascorbico grass o IMPASTAMENTO SPEZZATURA 25 min 2 a LIEVITAZIONE 60 min puntata 1 a LIEVITAZIONE 1 a RULLATURA 35 min appretto 2 a RULLATURA FORMATURA 3 a LIEVITAZIONE 25 min COTTURA PANE 11

12 Fase 1: Identificazione di genotipi di cereali minori interessanti per caratteristiche qualitative Assorbimenti farinografici delle diverse miscele considerate assorbimento farinografico (%) FT = 58.7% 50.0 orzo mais segale farro 30 Of 50 Of 20 Ms 30 Ms 20 Mf 30 Mf 30 Sfr 50 Sfr 30 Sfi 50 Sfi 100 Fs 12

13 Fase 1: Identificazione di genotipi di cereali minori interessanti per caratteristiche qualitative Stabilità farinografica delle diverse miscele considerate FT = 17.5 min 16.0 stabilità farinografica (min) orzo mais segale farro 30 Of 50 Of 20 M s 30 M s 20 M f 30 M f 30 Sfr 50 Sfr 30 Sfi 50 Sfi 100 Fs 13

14 Fase 1: Identificazione di genotipi di cereali minori interessanti per caratteristiche qualitative Volume specifico dei pani ottenuti dalle diverse miscele considerate FT = 6.5 ml/g volume soecifico pane (ml/g) orzo mais segale farro 30 Of 50 Of 20 Ms 30 Ms 20 Mf 30 Mf 30 Sfr 50 Sfr 30 Sfi 50 Sfi 100 Fs 14

15 Fase 1: Identificazione di genotipi di cereali minori interessanti per caratteristiche qualitative 7.0 Relazione stabilità farinografica miscele volume specifico pane volume specifico pane (ml/g) stabilità farinografica (min) orzo mais semola mais farina segale raffinata segale integrale farro frumento 15

16 Fase 1: Identificazione di genotipi di cereali minori interessanti per caratteristiche qualitative Criteri di scelta delle miscele: - significativa integrazione nutrizionale della miscela - interessante volume specifico del prodotto finito - caratteristiche sensoriali del pane (colore, aspetto ) gradevoli Miscele selezionate SPECIE ORZO (farina) MAIS (semola) VARIETÀ Zacinto Tevere Integrazione (%) CODICE 30 Of 30 Ms MAIS (farina) Lo Mf SEGALE (raffinata) Treviso Sfr SEGALE (integrale) Treviso Sfi FARRO (semola) Mosè Fs FRUMENTO commerciale FT 16

17 Fase 2: Caratterizzazione reologica degli impasti arricchiti con cereali ad alto valore funzionale identificati nella Fase 1. (sperimentazione effettuata presso DiSTAM, Università degli Studi di Milano, ed altre Unità CRA-ISC) Approfondimento della conoscenza delle proprietà chimiche e reologiche delle miscele che hanno mostrato le migliori performance in fase di selezione (Fase 1). a. Caratterizzazione chimica Composizione chimica: umidità, proteine, grassi, amido, amido danneggiato, ß- glucani, α-amilasi Valutazioni di reologia empirica: test viscoamilografico, test reofermentografico b. Caratterizzazione reologica Valutazioni di reologia fondamentale: determinazione del modulo elastico e viscoso 17

18 Fase 2: Caratterizzazione reologica degli impasti arricchiti con cereali ad alto valore funzionale identificati nella Fase 1. Caratterizzazione CHIMICA delle miscele selezionate campioni Umidità (%) Proteine (%s.s.) Grassi (%s.s.) Amido (%s.s.) Amido danneggiato (%s.s.) β-glucani (% s.s.) α-amilasi (IU/g s.s.) 30 Of ± ± ± ± ± Ms ± ± ± ± ± Mf ± ± ± ± ± Sfr ± ± ± ± ± Sfi ± ± ± ± ± Fs ± ± ± ± ± FT ± ± ± ± ± 0.01 (CRA-ISC Roma) (CRA-ISC Bergamo) (CRA-ISC Fiorenzuola) 18

19 Fase 2: Caratterizzazione reologica degli impasti arricchiti con cereali ad alto valore funzionale identificati nella Fase 1. Test viscoamilografico temperatura di apparizione del picco profilo termico appplicato (strumento, tracciato, indici) viscosità a 30 C temperatura di inizio gelatinizzazione (T gel ) viscosità al picco viscosità a 50 C MICRO VISCO-AMYLO-GRAPH tempo di inizio gelatinizzazione (t gel ) tempo di apparizione del picco viscosità a 95 C SETBACK viscosità dopo 30 a 95 C BREAKDOWN viscosità dopo 30 a 50 C 19

20 Fase 2: Caratterizzazione reologica degli impasti arricchiti con cereali ad alto valore funzionale identificati nella Fase 1. Comportamento VISCOAMILOGRAFICO delle miscele selezionate viscosità (UB) temperatura ( C) 30 Of 30 M s 30 M f 50 Sfr 30 Sfi 100 Fs 100 FT T ( C) tempo (min) La farina di farro si distingue dagli altri campioni per la maggiore temperatura di inizio gelatinizzazione, il più alto picco di viscosità ed il minor breakdown. 20

21 Fase 2: Caratterizzazione reologica degli impasti arricchiti con cereali ad alto valore funzionale identificati nella Fase 1. Test reofermentografico (strumento, principio, curve reofermentografiche) Valutazione della capacità di un impasto ad aumentare di volume per effetto della CO 2 prodotta dal lievito e della capacità del reticolo glutinico a trattenere i gas prodotti. T x CO 2 prodotta produzione gassosa H m CO 2 trattenuta CO 2 rilasciata tempo (ore) Curva di sviluppo in altezza Curve di produzione e ritenzione gassosa 21

22 Fase 2: Caratterizzazione reologica degli impasti arricchiti con cereali ad alto valore funzionale identificati nella Fase 1. Comportamento REOFERMENTOGRAFICO delle miscele selezionate Hm, altezza impasto (mm) Of 30 M s 30 M f 50 Sfr 30 Sfi 10 0 Fs 10 0 FT Curve di sviluppo in altezza degli impasti tempo (min) campioni 30 Of 30 Ms 30 Mf 50 Sfr 30 Sfi 100 Fs FT Indici ottenuti dalle curve di produzione e ritenzione gassosa Tx (min min) CO tot 2 (ml) CO 2 persa (ml) CO 2 tratt (ml) CR (% ) La miscela arricchita al 50% di farina raffinata di segale, le cui proteine di riserva partecipano con quelle del frumento a formare una struttura in grado di trattenere la quasi totalità della CO 2 prodotta dai lieviti, ha mostrato il comportamento più simile all impasto di frumento. Il cedimento strutturale dell impasto durante la lievitazione è stato particolarmente evidente nelle miscele contenenti mais. Sviluppi ridotti si sono ottenuti per le miscele contenti orzo. 22

23 Fase 2: Caratterizzazione reologica degli impasti arricchiti con cereali ad alto valore funzionale identificati nella Fase 1. Test oggettivi empirici (imitativi) - semplici, economici - simulano le reali condizioni di processo o di consumo - sono in qualche modo legati alla texture farinografo mixografo estensografo alveografo reofermentometro viscoamilografo Test reologici fondamentali - un test reologico è detto fondamentale quando vengono misurate grandezze assolute (forza, sforzo, deformazione: N, Pa, s ) - metodi statici (creep, stress relaxation) - metodi dinamici (regime oscillatorio) - strain sweep - frequency sweep IMPASTI sistemi molto complessi!!! In letteratura esistono numerosi studi volti ad identificare dei modelli matematici in grado di descrivere il comportamento reologico fondamentale degli impasti, ma non si è ancora giunti all identificazione di un modello definitivo. Condizioni analisi: MCR 100 Physica, geometria PP25 (piatto-piatto e piatti zigrinati) 23

24 Fase 2: Caratterizzazione reologica degli impasti arricchiti con cereali ad alto valore funzionale identificati nella Fase Comportamento REOLOGICO delle miscele selezionate Pa Strain sweep test (γ %, f = 1 Hz, 30 C) (G e tanδ) 30 O-F G' tan(δ) 1 30 M-S M-F 50 S-R S-I 100 F-S 100 FT % 100 Strain γ Physica Messtechnik GmbH 24

25 Fase 2: Caratterizzazione reologica degli impasti arricchiti con cereali ad alto valore funzionale identificati nella Fase Comportamento REOLOGICO delle miscele selezionate Pa Frequency sweep test (γ 0.5%, f = Hz, 30 C) (G e tanδ) 30 O-F G' tan( δ) 1 30 M-S M-F 50 S-R S-I F-S 100 FT Hz 100 Frequency f Physica Messtechnik GmbH

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