Gruppo di specie maggiormente coltivato nel mondo. Frumento Riso Mais Orzo Sorgo Avena miglio Segale Grano saraceno (Polygonium fagopyrum L.

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1 I cereali Gruppo di specie prevalentemente della famiglia delle graminacee (monocotiledoni) la cui caratteristica comune è quella di produrre frutti o semi secchi, amidacei, utilizzati nell alimentazione umana o animale interi, sottoforma di sfarinati o come prodotti derivati. Gruppo di specie maggiormente coltivato nel mondo Frumento Riso Mais Orzo Sorgo Avena miglio Segale Grano saraceno (Polygonium fagopyrum L.)

2 I cereali Importanza storica Principale apporto calorico, lipidico, di sali minerali e vitamine sin dall origine della raccolta e poi della loro coltivazione (neolitico). Integratore della dieta a base proteica dell uomo cacciatore. La maggior parte delle civiltà antiche si sono estinte quando non sono state più autosufficienti per il fabbisogno di cereali. Più recentemente le politiche comunitarie in agricoltura (PAC) post-guerra sono state incentrate sul sostegno alla produzione cerealicola.

3 Notizie botaniche I cereali Apparato radicale fascicolato costituito da radici primarie (da 3 a 7) in sorgo, miglio, panico e riso (1), e radici secondarie o avventizie (si sviluppano allo stadio di 3-4 fg.) Le avventizie si sviluppano dai primi nodi del fusto sotto la superficie del terreno, nel mais si sviluppano anche nei primi nodi fuori suolo

4 Notizie botaniche I cereali Fusto Cilindro e cavo. È detto anche culmo. Costituito da nodi e internodi Ad ogni nodo è presente una foglia Foglie Tipiche delle monocotiledoni Alterne, lanceolate, parallelinervie Costituite da: guaina, lamina fogliare, ligula e auricole

5 I cereali Notizie botaniche Ligula e auricole Rappresentano un carattere importante per l identificazione della specie nelle fasi iniziali di sviluppo e della varietà prima dello sviluppo della spiga. La ligula svolge la funzione di sostegno della foglia determinandone la posizione eretta

6 I cereali Notizie botaniche Culmi di accestimento Formazione di culmi secondari dalla corona da cui si sviluppano le radici avventizie. Il numero varia da 1 a più di 20. È una caratteristica specifica e varietale. Viene influenzata dalle condizioni ambientali e di fertilità. Può supportare la produzione in seguito a stress. Nelle specie moderne viene limitata la capacità di produrli.

7 I cereali Notizie botaniche Infiorescenza Spiga (frumento, orzo, segale, triticale) Spadice (mais) Racemo (riso, sorgo, avena)

8 Classificazione botanica Famiglia: graminaceae Genere: Triticum Specie:Triticum durum (frumento duro) Triticum aestivum (frumento tenero) Triticum spelta, T. monococcum, T. dicoccum (farro) Origine: Tenero (medio oriente) Duro (Africa)

9 Diffusione mondiale Maggiori paesi produttori: Cina, india, USA, Russia Migliori rese: Germania, Regno Unito, Francia, Cina

10 Situazione italiana Secondo produttore mondiale di frumento duro. Prevale la produzione di frumento duro rispetto al tenero. Il tenero diffuso in pianura padana (Veneto, Lombardia, Emilia Romagna) Il duro nelle regioni del sud (Puglia, Sicilia, Campania, Molise, Basilicata)

11 Morfologia Culmo eretto cm nelle cultivar moderne; 5-8 nodi e internodi Culmi di accestimento (1,3 1,5) Foglie con auricole molto sviluppate Infiorescenza pannocchia spiciforme (spiga) resta o arista solitamente assente nel tenero (varietà mutiche)

12 Morfologia Cariosside Frutto secco indeiscente con tessuti del pericarpo concresciuti e saldati con quelli del seme. Costituita da: Involucri: pericarpo e tegumenti seminali (esterno) Endosperma (sostanze di riserva) Germe (embrione) Peso di 1000 semi g frumento tenero g frumento duro Il frumento

13 Cariosside Parametri qualitativi Il frumento

14 Ciclo vegetativo e riproduttivo Germinazione - Accestimento - Levata - Spigatura e fioritura Maturazione

15 Germinazione: allungamento degli organi del germe con conseguente rottura dei tegumenti seminali e fuoriuscita del germoglio. Specie microterma Temperatura ottimale 20 C. Temperatura minima 2-4 C (emergenza in gg) Fuoriuscita della radichetta protetta dalla coleoriza Fuoriuscita della piumetta protetta dal coleoptile Allungamento del epicotile Formazione del nodo di accestimento (corona) alla superficie Emergenza della prima foglia vera

16 Accestimento: emissione di nuovi culmi dal nodo basale (nodo di accestimento) da cui si dipartono anche le radici avventizie. È influenzato da: epoca e densità di semina e dalla fertilità Quantità di seme (kg/ha) Anticipata (1 ottobre) Epoca di semina Normale (15 ottobre) Ritardata (31ottobre) Medie 30 4,43 3,86 2,77 3, ,99 1,90 2,47 2, ,96 1,90 2,01 1, ,93 1,46 1,33 1, ,52 1,13 0,97 1,20 medie 2,57 2,05 1,91 2,17 Valori dell indice di accestimento su frumento duro a Bologna (Toderi G. in Coltivazioni erbacee - Baldoni e Giardini)

17 Levata: innalzamento rapido dello stelo dovuto all allungamento degli internodi. Si conclude con la fase di botticella (ingrossamento dell ultima foglia dovuto all innalzamento della spiga Rapido assorbimento di acqua ed elementi nutritivi. Una carenza in questo stadio determina una riduzione della taglia

18 Spigatura: fuoriuscita della spiga dall ultima foglia spinta fuori dall allungamento dell ultimo internodo Fioritura: estroflessione delle antere dalle glumette. Fecondazione cleistogama (autogamia) già avvenuta prima della fioritura. Fecondazione scalare Circa 2 fiori per spighetta (36-40 per spiga) in buone condizioni di coltivazione.

19 Maturazione: formazione dell embrione, accumulo ed elaborazione delle sostanze riserva (amido e proteine) Oltre il 90% delle sostanze della cariosside viene sintetizzata in questa fase Maturazione lattea (spiga di colore verde al massimo del suo volume; consistenza lattiginosa della cariosside) Maturazione cerosa (riduzione dell umidità, consistenza cerosa, foglie basali ingiallite, accumulo di sostanze di riserva) Maturazione piena (umidità attorno al 15%, consistenza dura, spiga e foglie ingiallite) Ultramaturazione (umidità 11-12%, conservazione naturale)

20 Esigenze ambientali Clima: di latitudine Esigenze termiche: germinazione (2-4 C); levata (10 C); fioritura (15 C); maturazione (20 C) Frumento duro più sensibile alle basse temperature rispetto al tenero. Danni da freddo (ingiallimento fogliare, danni alla spiga) Terreno: medio impasto, limoso argilloso, ph alcalino, non salini Soffre l asfissia radicale, terreni sciolti (sabbiosi) non adatti

21 Avvicendamento Entra in rotazione dopo colture da rinnovo (patata, pomodoro) o leguminose da granella o da foraggio Lavori colturali Lavorazione principale: Aratura o ripuntatura estiva (30 cm) lavoro di preparazione autunnale del letto di semina (15 cm) (erpicatura, fresatura)

22 Semina Epoca di semina (novembre, dicembre) Investimento (500 spighe a m 2 ) Semina a file (14-20 cm) Profondità 3-4 cm Il frumento

23 Concimazione Dotazione del suolo (Analisi chimico - fisica) Resa prevista Asportazioni della coltura Periodo di somministrazione Alla semina In copertura Il frumento

24 Concimazione di fondo: Resa in granella 4 T/ha (asportazioni N= 110 kg; P2O5=38 kg e K2O= 54 kg) Terreno argilloso (dotazione) P2O5 assimilabile = ppm K2O scambiabile = ppm N totale =1.5 %o Densità apparente = 1.3 g/cm3 Profilo = 40 cm Coefficiente di mineralizzazione dell humus 1.5%? Quanto pesa un ettaro di superficie interessata dalle radici? In che quantità gli elementi sono disponibili per la coltura? Quanto bisogna apportare con la concimazione

25 Concimazione di copertura: Azoto (50 kg) allo stadio di accestimento prima della levata e quando le temperature cominciano ad aumentare

26 Diserbo Il frumento

27 Trattamento antifungino Il frumento

28 Raccolta e componenti della resa Epoca: da metà giugno a metà luglio

29 Composizione della cariosside: Endosperma (87-89%) Semola, farina Antiossidanti e betaglucani, fibra solubile e totale (pareti cellulari dell endosperma) proteine di riserva (8-18%) amido (60-70%)

30 Composizione della cariosside: Tegumenti o crusca (8-10%) Embrione o germe (2-4%) Sottoprodotti della molitura Composti biologicamente attivi Relazione negativa tra contenuto di antiossidanti e suscettibilità ad attacchi fungini (fusariosi) Vitamine gruppo B Minerali Aminoacidi essenziali Fibre e antiossidanti Fattori antinutrizionali (tannini, fitati e resorcinoli)

31 Composizione chimica della granella di frumento duro composto Per 100 g composto Per 100 g Composti principali Fosforo (mg) 330 Acqua (g) 11.5 Magnesio (mg) 160 Proteine (g) 13 Zinco (mg) 2.9 Lipidi (g) 2.9 Rame (mg) 0.40 Amido (g) 53.9 Selenio (μg) 3.8 Zuccheri solubili (g) 3.2 Vitamine Fibra totale (g) 9.8 Vitamina A (μg) 2 Sali minerali Vitamine gruppo B Potassio (mg) 494 Tiamina (mg) 0.43 Ferro (mg) 3.6 Riboflavina (mg) 0.15 Calcio (mg) 30 Niacina (mg) 5.70

32 Composizione proteica della semola (endosperma) di frumento duro Funzione strutturale e metabolica Glutine (proteine di riserva) Gruppo solubilità proprietà Contenuto (%) Albumine Acqua Enzimatiche globuline Gliadine Glutenine Soluzione salina 70% etanolo Acidi, Basi emulsionanti Estensibilità 40 Elasticità e tenacità 40 Ricche in aminoacidi contenenti zolfo Proprietà viscoelastiche (qualità pastificatoria e panificatoria)

33 Fattori determinanti la qualità Il fattore ambientale prevale nell influenzare il contenuto proteico Il fattore genetico prevale sulla qualità del glutine Concimazione azotata incremento del contenuto proteico (gliadine e glutenine) Aumento del rapporto Gliadine/glutenine per aumento rapporto N/S Miglioramento degli indici tecnologici (W alveografico) Concimazione solfatica Diminuzione rapporto gliadine/glutenine Aumento della tenuta alla cottura della pasta Miglioramento delle caratteristiche dell impasto per la panificazione

34 Fattori determinanti la qualità Il fattore temperatura Alte temperature favoriscono l incremento del tenore proteico riducendo l accumulo di carboidrati e favorendo quello dell azoto Aumento della velocità di traslocazione dell azoto Aumento della sintesi proteica Temperatura alla maturazione C Migliorano le caratteristiche tecnologiche > 35 C Indebolimento della forza e tenacità del glutine (decremento glutenine/gliadine)

35 Fattori determinanti la qualità Stress idrico e salino Deficit idrico Aumento del contenuto proteico Aumento delle glutenine e della frazione insolubile Stress salino Incremento del tenore proteico Riduzione del tenore in ceneri Miglioramento delle proprietà tecnologiche

36 Amilosio: polimero lineare (22-36%) Il frumento Amido Amilopectina: polimero ramificato (65-78%) Le proprietà chimico-fisiche e la destinazione d uso della granella sono influenzate dal rapporto amilosio/amilopectina Al diminuire del contenuto di amilosio diminuisce la qualità di cottura della pasta L amilosio è considerato responsabile del 37% della qualità della pasta Alte temperature (>35 C) Non riducono la traslocazione del saccarosio alla spiga ma ne riducono la velocità di conversione del saccarosio in amido. Riducono i livelli di fruttosio e l attività di enzimi della via metabolica dell amido. Viene comunque ridotta la durata di accumulo dell amido (es. stretta)

37 La frazione lipidica I lipidi liberi (mono e digalatto-gliceridi) hanno un impatto considerevole sulle qualità dell impasto e dello sfarinato (es. volume alveolare del pane) I pigmenti responsabili del colore della pasta e della semola Xantofille (luteina) Flavoni (tricina) Carotenoidi (carotene): presenti in embrione ed endosperma Determinano il colore giallo alla pasta. Vengono ridotti durante il processo di pastificazione dai processi ossidativi (sbiancamento) Il contenuto in carotenoidi è considerato uno dei criteri principali per determinare il valore nutrizionale e commerciale della pasta Il colore bruno è determinato dal contenuto in ceneri e dal contenuto proteico

38 Composti biologicamente attivi nella granella Composti fenolici Tocoli Carotenoidi fibre Composti Acidi fenolici Flavonoidi Lignani Lignina Tocoferoli Tocotrienoli Caroteni Xantofille Principale localizzazione Enodosperma e pericarpo Germe Strato aleuronico e subaleuronico Endosperma, germe e pericarpo Funzione Ipocolesterolemica Antitumorale e antidiabetica Riduzione del rischio di malattie cardiovascolari e degenerative Solubili pareti endosperma Attività prebiotica Insolubili pericarpo Miglioramento peristalsi

39 Effetto protettivo determinato da azione sinergica dei singoli antiossidanti Granella integrale presenta una capacità antiossidante totale Da uno studio condotto su granelle integrali di diversi cereali, quelle di frumento risultano seconde solo a quelle di mais e davanti ad avena e riso Acido ferulico è il principale composto fenolico presente nel frumento I tocoli (vitamina E) sono maggiormente presenti nello strato aleuronico e germe (crusca). Aumentano con la concimazione solfatica Carotenoidi (beta-carotene e luteina) presenti negli sfarinati integrali. Aumentano con il deficit idrico e la concimazione solfatica

40 Lignani contenuto in elevate concentrazioni 5 ppm. Potenti antiossidanti che svolgono azione anticancerogena Fibra solubile (pentosani, pectine, gomme, mucillagini): azione prebiotica come substrato per la proliferazione dei batteri lattici intestinali. Controllo dell indice glicemico e del colesterolo ematico Fibra insolubile (cellulosa, parte di emicellulosa, lignina): miglioramento della peristalsi anale

41 Ruolo della cariosside immatura per la produzione di alimenti funzionali La cariosside allo stato di maturazione cerosa è ricca in fruttooligosaccaridi (FOS) o fruttani derivati del fruttosio (9%). Precursori della sintesi dell amido sono bassi nella granella matura. Alimenti prebiotici utili come substrato di proliferazione dei batteri lattici. Utilizzate nella preparazione di minestre, fiocchi o come sfarinati nella produzione di pane biscotti e pasta senza superare il 30%. Aumenta la velocità i digestione dell amido. Quantità superiore di vitamina C rispetto alla granella matura Stesso contenuto proteico ma con un migliore equilibrio aminoacidico

42 Metodo di coltivazione biologico sulle caratteristiche della cariosside Minore contenuto proteico e in glutine (disponibilità di azoto per la coltura) con peggioramento delle proprietà tecnologiche Aroma più intenso per il maggiore rapporto tra crusca ed endosperma Aumento del contenuto in ceneri ed in acido ferulico Nessuna differenza per l indice di giallo (carotenoidi)