Tecnologie di produzione di prodotti cerealicoli funzionali

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1 Tecnologie di produzione di prodotti cerealicoli funzionali

2 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.

3 I CEREALI: classificazione botanica

4 Il successo dei cereali deriva da alcune caratteristiche, quali: 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.

5 I cereali, costituiscono l'alimento principale per la maggior parte della popolazione del pianeta, fornendo circa la metà delle proteine alimentari

6 I CEREALI: diffusione Quantità procapite di cereali impiegati nell alimentazione umana Mondo Italia Frumento Riso Mais Orzo Altri Totale

7 I CEREALI: usi principali RISO (Oryza sativa L.) Cariossidi brillanti o parboiled Estrazione di amido SEGALE (Secale cereale L.) Produzione di farina da pane Alimentazione animale 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 AVENA ( Avena sativa L.) Produzione di farina (porridge) e fiocchi Usi cosmetici Alimentazione animale

8 I CEREALI: usi principali 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 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 Estrazione di amido, glutine ed olio

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10 Composizione in AA essenziali delle principali colture

11 Composizione chimica della cariosside di Frumento ENDOSPERMA AMILIFERO: granuli di amido STRATO ALEURONICO: proteine, grassi, minerali, vitamine, zuccheri GERME: lipidi, tiamina, riboflavina, proteine, acido pantotenico, niacina

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13 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.

14 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

15 Flagella, 2006 Sostanze bioattive nel grano

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20 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 75-85% da proteine, 5-7% da lipidi, 5-10% amido e 58% 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)

21 Gliadin Glutenin Starch granule = water Gluten

22 Gliadine Glutenine

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29 LA QUALITA DEI CEREALI Che cos è la qualità? 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) La qualità può essere definita prendendo in considerazione una serie di differenti parametri: chimici, fisici, microbiologici, tecnologici, reologici e sensoriali. produttore trasformatore deposito trasportatore distributore consumatore

30 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. produttore trasformatore deposito trasportatore distributore consumatore

31 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.

32 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 Proprietà del glutine

33 La filiera frumento duro Agronomic Quality Yield Adaptability Disease / Stress Resistance Commercial Quality Kernel Defects Foreign Matter Foreign Seeds PASTA Quality Cooking Value Appearance Safety Gluten Quality Protein Content Yellow Color Black Tips Technological Quality Test Weight Moisture Ash Content Milling Quality

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36 Temperatura dell impasto (max 48 C) e durata dell impastamento min. (corretta formazione del glutine). Se la T impasto supera i C il glutine si denatura e non è più lavorabile. Raffreddamento con camicia d acqua.

37 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). 2. Passaggio dallo stato plastico allo stato elastico

38 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

39 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 preessicazione. Da quel momento occorre controllare l evaporazione con maggiore cautela.

40 Fino a qualche anno fa si eseguiva l essiccamento a C per 12-28h, detto a bassa temperatura-lt. Oggi la tendenza prevalente è quella di condurre il processo con T max 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.

41 IL PROCESSO DI PANIFICAZIONE

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47 -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

48 -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).

49 -Biologica: -Non biologica: -Lievito industriale -Lievito naturale -Lievitazione chimica -Lievitazione fisica

50 -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.

51 -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; -Elevato assorbimento.

52 -E l operazione tramite la quale il pane assume una forma stabile e tutte le caratteristiche organolettiche tipiche. -Temperatura: C -Tempo: variabile a seconda della pezzatura

53 -Fino a C: intensificazione della fermentazione ed attività enzimatica; aumento del volume per dilatazione termica dei gas C: inizio coagulazione del glutine; inattivazione enzimi C: gelatinizzazione amido e completa coagulazione del glutine C: destrinizzazione dell amido e completa disidratazione della superficie, che solidifica C: caramellizzazione completa degli zuccheri C: formazione del colore bruno e di sostanze dotate di aroma.

54 -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.

55 -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.

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57 PRODOTTI CEREALICOLI FUNZIONALI

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62 CASO STUDIO: pasta arricchita

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65 RISULTATI SULL ARRICCHIMENTO DELLA PASTA

66 PASTA INTEGRALE

67 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»

68 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».

69 LE TECNOLOGIE DI FRAZIONEMENTO E RICOMBINAZIONE La tecnologia migliore per ottenere dalla cariosside dei cereali ingredienti ricchi in composti bioattivi è quella classica del FRAZIONAMENTO e RICOMBINAZIONE

70 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 - Estrazione con fluidi supercritici

71 LE TECNOLOGIE DI FRAZIONEMENTO E RICOMBINAZIONE

72 LE EVIDENZE SUGLI EFFETTI BENEFICI DI CEREALI INTEGRALI 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., Effetto di riduzione della percentuale di massa grassa 5. Effetto positivo sulla salute gastrointestinale

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74 Cereali che contengono glutine Frumento Orzo Segale Farro Triticale Cereali che non contengono glutine Riso Granturco/Mais Soia

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79 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 - Aumentano il senso di sazietà

80 «dietary fiber» consist of nondigestible carbohydrates and lignin that are intrinsic and intact in plants. «added fiber» consist of isolated, nondigestible carbohydrates that have beneficial physiological effects in humans. Total Fiber is the sum of Dietary Fiber and Added Fiber

81 FOCUS SUI BETA-GLUCANI

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85 LA PASTA «lowcarb»

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88 PANE FUNZIONALE : caso studio

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93 Attenzione alla diversa concentrazione nelle varietà!!!

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