Università degli Studi di Napoli Federico II. Studio dell influenza delle matrici lipidiche sulla struttura del pane mediante l Analisi d Immagine

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1 Università degli Studi di Napoli Federico II Facoltà di Agraria Studio dell influenza delle matrici lipidiche sulla struttura del pane mediante l Analisi d Immagine di Roberto Scognamiglio Relatore : Prof. Paolo Masi Correlatore : Prof Cavella A. A

2 1. INTRODUZIONE 1.1 Il pane Senza dubbio il pane ha esercitato e continua ad esercitare una notevole influenza sul genere umano e sulle varie fasi di civilizzazione. Il controllo della produzione e della distribuzione del pane è stato spesso utilizzato in questi ultimi duemila anni come mezzo per esercitare una influenza politica. Anche ai giorni d oggi, la scarsità del pane o aumenti indiscriminati del suo prezzo sono considerati indicatori di periodi di recessione economica. Il pane è un solido morbido, e, come molti altri alimenti, è costituito a livello macroscopico da due fasi: una fluida (l aria) ed una solida (la mollica). Quando si osserva una sezione trasversale della mollica di pane, sembra che la fase solida sia interamente interconnessa; quelle porzioni che non lo sono, non formano un unica mollica di pane, ma rappresentano propriamente diverse molliche di pane (Scanlon and Zghal, 2001). Comunque, in tre dimensioni, almeno una porzione (e forse la maggior parte) delle celle sono connesse. La frazione volumetrica delle fasi e la natura della loro connettività determinano la struttura e, conseguentemente, le proprietà meccaniche del pane. In base alla legislazione italiana il pane è il prodotto ottenuto dalla cottura totale o parziale di una pasta convenientemente lievitata, preparata con sfarinati di grano, acqua, lievito, con o senza aggiunta di sale comune (Legge 4/7/1967, n.580, Art.14 e successive modifiche). 2

3 Il pane con aggiunta di sostanze grasse deve contenere non meno del 3% di materia grassa totale riferito alla sostanza secca (D.P.R 30/11/1998, n.502, Art.4). Gli ingredienti di base del pane sono rappresentati dalla farina, dall acqua, da un agente lievitante e dal sale. I lipidi sono considerati degli ingredienti facoltativi. La farina è l elemento principale secondo cui varia la tecnologia di produzione. La farina di frumento è la sola ad avere la capacità, quando è miscelata con acqua in corrette proporzioni, di formare un impasto sufficientemente elastico, in grado di trattenere il gas prodotto durante la fermentazione e di sviluppare una struttura soffice ed elastica durante la cottura in forno. Il fenomeno che rende possibile la produzione di pane di frumento, con caratteristiche peculiari rispetto a quello che può essere realizzato con altre specie di farine, dipende fondamentalmente dalla presenza di particolari proteine del grano tenero che danno origine al glutine (Cubadda, 1991). I due tipi fondamentali di proteine formanti il glutine sono le gliadine e la glutenine. Queste proteine, quando vengono idratate separatamente, presentano comportamenti completamente differenti. Le caratteristiche dell impasto quali la deformabilità, l attitudine alla laminazione, all estrusione, la capacità di trattenere i gas che si sviluppano, il tipo e la distribuzione dell alveolatura che si ottiene a cottura ultimata, nonché la consistenza del prodotto finito, dipendono dalle proprietà reologiche che esso possiede. Tali proprietà sono influenzate notevolmente dallo sfarinato adoperato, per cui è importante scegliere tra le semole e le farine presenti in commercio, quelle che meglio rispondono alle diverse esigenze dell industria. Gli impasti di farina ed acqua hanno un comportamento viscoelastico: essi manifestano allo stesso tempo 3

4 caratteristiche proprie dei liquidi viscosi unitamente ad alcune tipiche dei solidi elastici. Al pari di un liquido viscoso, l impasto è in grado di scorrere e di deformarsi senza perdere continuità (si pensi ad esempio alla laminazione delle sfoglie). Al pari di un solido elastico, un impasto è in grado di incamerare parte dell energia recuperando in parte la sua forma nel momento in cui cessa l applicazione della forza esterna (si pensi all allargamento degli estrusi all uscita della trafila o al fatto che un impasto possa risalire lungo l asse dell impastatrice). Una farina di grano di buona qualità per la panificazione contiene amido (70-80%), proteine (8-18%), lipidi (circa 2%), pentosani (2%), enzimi ed altre componenti minori (Oates, 2001). In particolare, per quanto concerne alla frazione lipidica, i triacilgliceroli sono i principali lipidi di riserva. Essi sono comunemente definiti lipidi non polari; gli altri sono lipidi strutturali presenti in varie membrane ed organelli e comprendono numerosi glicolipidi e fosfolipidi, comunemente denominati lipidi polari. I lipidi dell endosperma sono divisi in lipidi non amidacei, che influenzano la performance di cottura, e lisofosfolipidi amidacei (Gan et al.,1995). L acqua è un ingrediente fondamentale ai fini della formazione del glutine, in quanto permette alle proteine di stabilire interazioni intra e intermolecolari. La fase acquosa è necessaria per dissolvere i composti solubili, per fornire il mezzo per le reazioni che hanno luogo nell impasto e per facilitare la dispersione delle cellule di lievito. Anche la formazione di composti lipo-proteici si presuppone che avvenga durante l impasto (De Cindio et al., 1987). Il comportamento reologico dell impasto è profondamente influenzato dalla quantità di acqua aggiunta. È noto che, se è aggiunta 4

5 alla farina in piccole quantità, l impasto risultante può essere caratterizzato da insufficiente coesività e non essere capace di sostenere stress meccanici. Al contrario, una quantità di acqua troppo elevata, può portare alla formazione di un impasto poco resistente e viscoso. I lieviti più comunemente usati per la panificazione appartengono al genere Saccharomyces Cerevisiae. Le cellule di lievito metabolizzano gli zuccheri fermentabili (glucosio, fruttosio, saccarosio, maltosio) in condizioni di anaerobiosi producendo anidride carbonica e alcol etilico. I lieviti, inoltre, possono produrre in seguito a fermentazione secondaria anche dei metaboliti come esteri e alcoli superiori, che hanno un ruolo importantissimo nel delineare il profilo aromatico del prodotto finito. Gli esteri si formano dalla reazione di esterificazione di acidi grassi con alcol etilico e, in misura minore, con alcoli superiori. La concentrazione di esteri dipende dal tipo di fermentazione. Generalmente il lievito viene aggiunto all'impasto con un rapporto rispetto alla farina che va dal 3 al 6%. Il cloruro di sodio addizionato all impasto svolge molteplici funzioni: oltre a migliorare le caratteristiche organolettiche, il cloruro di sodio agisce sulla formazione del glutine, rendendo l impasto più compatto e più lavorabile, e favorisce lo imbrunimento superficiale del pane, dando alla crosta una colorazione più vivace, maggiore fragranza e colore. Il cloruro di sodio svolge anche una blanda azione antisettica rallentando le fermentazioni secondarie dei microrganismi. 5

6 1.2 I lipidi La produzione di prodotti da forno richiede frequentemente l impiego di quantità non trascurabili di sostanze grasse (chiamate lipidi). Per lipidi si intende una classe alquanto eterogenea di composti organici. La natura e il contenuto dei lipidi nei prodotti da forno sono molto variabili a seconda della tipologia del prodotto e della formulazione. In generale i lipidi più utilizzati nella preparazione dei prodotti da forno sono burro, strutto, oli vegetali idrogenati, margarine, ed olio di oliva (Manley, 1991). I lipidi sono composti idrofobici e si presentano come miscele di trigliceridi: particolari molecole costituiti da glicerolo i cui tre gruppi ossidrilici sono esterificati con tre acidi grassi. La struttura molecolare degli acidi grassi è essenzialmente riconducibile ad una catena di atomi di carbonio di lunghezza variabile (denominata catena alifatica) in genere lineare, con un gruppo carbossilico ad una estremità. Gli acidi grassi possono essere distinti in saturi (ovvero privi di doppi legami), in monoinsaturi (dotati di un doppio legame) e poli-insaturi (con due o più doppi legami). Un lipide che è liquido a temperatura ambiente di 25 o C è chiamato olio, mentre se nelle stesse condizioni si presenta in forma solida o semi-solida è indicato con il termine di grasso. In effetti la struttura di ogni acido grasso esterificato con il glicerolo influenza notevolmente le proprietà fisiche di un alimento: elevate concentrazioni di acidi grassi saturi a 16 e/o 18 atomi di carbonio conferiscono concretezza al grasso (è il caso dell olio di palma); più elevata sarà la concentrazione 6

7 di acidi grassi con catena lunga intorno ai atomi di carbonio, più il grasso assumerà carattere di fluidità. Grassi e oli commestibili provengono da fonti sia animali che vegetali ed hanno importanti proprietà funzionali e nutrizionali nei cibi. Certi costituenti dei grassi sono nutrienti richiesti come carriers di vitamine lipo-solubili. Essi, inoltre, hanno un alto valore calorico ed hanno proprietà montanti, emulsionanti, lubrificanti. Oli e grassi svolgono numerose ed importanti funzioni tecnologiche nei prodotti da forno, grazie all instaurarsi di interazioni chimiche e fisiche con gli altri ingredienti dell impasto. Il risultato macroscopico di tali interazioni è rappresentato dall ottenimento di prodotti da forno con le caratteristiche di texture e fragranza desiderate. Queste funzioni tecnologiche possono essere esplicate sia dai lipidi endogeni (contenuti nelle farine), sia da quelli addizionati in fase di formulazione. E importante considerare in questo senso la costituzione di base delle miscele di grassi, ma anche il successivo processo di cristallizzazione. La morfologia dei cristalli di grasso riveste un ruolo importante quando si deve comprendere la funzione di un grasso nella creazione di un prodotto da forno. Questa morfologia spiega il polimorfismo dei grassi, in quanto diverse molecole di trigliceridi si raggruppano in modi differenti quando si cristallizzano. Le principali funzioni tecnologiche dei lipidi nei prodotti da forno sono: 1) Aerazione degli impasti: è la capacità degli impasti di incorporare aria o i gas prodotti durante la fermentazione; i gas occupano le cavità generate durante la miscelazione dell impasto. In questo caso la funzione principale del grasso è 7

8 quella di lubrificare i complessi gliadina-lipide-glutenina e, quindi, di migliorare la capacità dell impasto di incorporare aria (Brooker, 1993) 2) Ritenzione dei gas nella maglia glutinica: dato che i grassi aumentano la temperatura di gelatinizzazione dell amido e l aumento di volume dell impasto si arresta solo quando l amido risulta gelatinizzato, l addizione dei grassi consente di prolungare nel tempo il momento di fine espansione dell impasto e, quindi, di ottenere prodotti più lievitati e soffici. 3) Azione plasticizzante: è la proprietà che rende possibile la fase di miscelazione ed il mantenimento di una consistenza costante dell impasto; poiché la concentrazione dei lipidi nell impasto è inversamente proporzionale al contenuto in acqua, un dosaggio di queste componenti permette di modulare i valori di umidità nel prodotto. 4) Azione anti-raffermamento: i lipidi (soprattutto quelli con un maggiore grado di insaturazione) sono in grado di ritardare il processo di retrogradazione dell amido (che è alla base del raffermamento dei prodotti da forno) grazie alla formazione di complessi lipidi-amilosio insolubili in acqua; in questo modo il grasso può avere proprietà di barriera prevenente l assorbimento di acqua dall ambiente esterno. 5) Proprietà sensoriali: l ammontare e il tipo di grassi usati sono di fondamentale importanza per la qualità percepita dal consumatore (in effetti la maggior parte delle farine è liposolubile). Gli attributi sensoriali maggiormente influenzati dalla presenza di grassi nella formulazione sono l aroma, l aspetto (oli 8

9 spruzzati sulla superficie del prodotto dopo la cottura conferiscono un aspetto traslucido apprezzato dal consumatore) e caratteri a loro volta legati alle caratteristiche reologiche del prodotto, quali morbidezza e croccantezza. In quest ultimo caso la funzione tecnologica del grasso è quella di rompere la struttura del glutine e di consentire al prodotto di spezzarsi facilmente sotto l azione dei denti. Inoltre le componenti grasse di un impasto devono essere scelte in maniera tale da ridurre i fenomeni di irrancidimento ossidativo e da aumentare la vita di scaffale del prodotto da forno finito. 1.3 Sviluppo della struttura del pane durante le fasi di lavorazione Il processo di panificazione consente di trasformare lo sfarinato in un alimento appetibile e digeribile che, a livello macroscopico, presenta una struttura porosa differenziata in una crosta friabile e in una parte alveolata. A livello microscopico è possibile riconoscere una struttura reticolare, il glutine, più o meno sviluppata in una maglia regolare e omogenea che contiene l amido (Scanlon and Zghal, 2001). Al fine di convertire gli ingredienti in pane, devono essere effettuate le seguenti operazioni unitarie: 1) Miscelazione degli ingredienti 2) Lievitazione 3) Cottura 9