UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PERUGIA FACOLTA DI AGRARIA

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PERUGIA FACOLTA DI AGRARIA Corso di Laurea Magistrale in Tecnologie e Biotecnologie degli Alimenti Dipartimento di Scienze Economico - Estimative e degli Alimenti Sezione di Tecnologie e Biotecnologie degli Alimenti Tesi di laurea Grano saraceno per la valorizzazione del pane fresco per celiaci Laureando Maria Elena Coraggi Relatore Prof. GiuseppePerretti Anno Accademico 2010/2011 1

2 Riassunto La malattia celiaca, o celiachia, è un intolleranza alimentare permanente al glutine, in particolare ad una sua frazione proteica, la gliadina, e determina un alterazione infiammatoria della mucosa intestinale, con conseguente malassorbimento. Ad oggi, l unico trattamento idoneo per i pazienti celiaci è l adesione permanente a una dieta priva di glutine, in cui vengono esclusi tutti gli alimenti contenenti frumento, orzo, segale, avena. Tuttavia, questo può risultare un compito difficile per i celiaci poiché, la maggior parte dei prodotti da forno presenti nei supermercati sono preparati con grani contenenti glutine. Anche trovare una buona qualità degli alternativi prodotti glutenfree, non facilita l adesione a questa dieta. Secondo i Rapporti annuali al Parlamento sulla celiachia degli ultimi anni, il numero di persone celiache cresce dell 1-1,5 % ogni anno. Conseguentemente anche il numero di prodotti senza glutine e di aziende produttrici è aumentato. Questi dati permettono di evidenziare un crescente interesse per tale patologia, sia in ambito medico, al fine di accrescere il numero di casi diagnosticati, sia in ambito di ricerca e sviluppo alimentare, per migliorare le caratteristiche organolettiche e nutrizionali dei prodotti attualmente in commercio. Tali considerazioni hanno portato a sviluppare nuove tipologie di pane gluten free adatte al consumo fresco. Lo studio delle materie prime idonee alla dieta priva di glutine, attraverso numerose prove tecnologiche, ha permesso di realizzare due ricette che si differenziano per la presenza della farina di mais. Il pane senza farina di mais è stato il punto di partenza per la realizzazione di una nuova tipologia pane gluten free a cui è stata aggiunta farina di grano saraceno in tre diverse percentuali ( %), al fine di migliorare il contenuto proteico e quello della fibra totale. Dal punto di vista reologico i tre tipi di pane hanno ottenuto buoni risultati e, rispetto al pane senza farina di mais, hanno riportato una percentuale di grassi totali inferiore e un contenuto di proteine e fibre maggiore. Dal punto di vista sensoriale, la differenza fra le tre tipologie è sta percepita e, il pane con 5% di farina di grano saraceno, è risultato essere quello maggiormente apprezzato. I risultati del presente lavoro di tesi sono solo un punto di partenza per la produzione del pane fresco per celiaci ma permettono di ipotizzare la fattibilità di realizzazione delle tre tipologie di pane fresco con farina di grano saraceno, anche a livello industriale. 5

3 Abstract Celiac disease is permanent food intolerance to gluten, especially at a fraction of protein, gliadin, and alters inflammation of the intestinal mucosa, resulting in malabsorption. The only appropriate treatment for patients with celiac disease is lifelong adherence to a gluten-free diet, they are excluded all foods containing wheat, barley, rye, oats. However, this can be a difficult task for people with celiac disease, because most of the baked products present in supermarkets are made with glutencontaining grains. Also find a good quality of alternative products "gluten-free" does not facilitate adhesion to this diet. According to annual reports to Parliament on celiac disease in recent years, the number of people with celiac disease grows 1-1, 5% each year. Consequently the number of gluten-free products and companies has increased. These data allow to highlight a growing interest in this disease, both in the medical field, in order to increase the number of diagnosed cases, both in food research and development, to improve the organoleptic and nutritional products currently on the market. These considerations have led to develop new types of bread gluten free suitable for fresh consumption. The study of materials suitable for gluten-free diet, through extensive testing technology, has allowed to make two recipes that are differentiated by the presence of corn flour. Bread no corn flour was the starting point for the construction of a new type of bread "gluten free" to which was added buckwheat flour in three different percentages ( %), to improve the protein content and the total fiber. From the rheological point of view, the three types of bread have obtained good results, compared to bread "no flour corn," reported a lower percentage of total fat and more protein and fiber. From the sensory point of view, the difference between the three types it is perceived, and the bread with 5% of buckwheat flour, was most appreciated. The results of this thesis are only a starting point for the production of fresh bread for celiacs, but allow to hypothesize the feasibility of implementing the three types of fresh bread with buckwheat, even in the industry. 6

4 1. Introduzione 1.1 Il Pane Il pane è un elemento importante della dieta base che risale all era del Neolitico. Il primo pane fu preparato nel a.c., circa o più di anni fa, attraverso la semplice sperimentazione con acqua e farina di grano. Gli Egiziani sono stati i pionieri che hanno creato l'arte della panificazione famosa in tutto il mondo. (Mondal A. and Datta A.K., 2007) Il controllo della produzione e distribuzione del pane, nel passato, è stato utilizzato come uno strumento per influenzare politicamente la popolazione. Ancora oggi una carenza di pane è sinonimo di tempi duri, mentre la promessa di poterne usufruire in abbondanza è indicatore di benessere sociale. Attualmente, sono numerosi gli studi dedicati ai cereali e al loro utilizzo tecnologico, ciò attribuisce alla ricerca l impegno indirizzato verso lo studio dei fattori che influenzano la qualità del pane. (Scanlon M.G. and Zghal M.C, 2001) I prodotti da forno, tra cui è incluso anche il pane, costituiscono una categoria molto eterogenea. Elementi comuni alle diverse tipologie di prodotti sono gli ingredienti base - costituiti da farina, acqua, agente lievitante e alcune fasi comuni a tutti i processi produttivi quali l impastamento, la lievitazione e la cottura. (D Egidio M.G., 2004) La classificazione dei prodotti da forno può essere basata su numerosi criteri. Un primo criterio (Fig. 1.1), quello più largamente impiegato a livello merceologico, discrimina i prodotti sulla base della loro sofficità, dunque del volume specifico e dell umidità, e della presenza nella formulazione di una quantità di zucchero apprezzabile a livello sensoriale, corrispondente al 10% del peso della farina. ( Lucisano M., Pagani M.A, 1997) 7

5 Figura 1.1: Classificazione dei prodotti da forno secondo criteri di tipo merceologico e tecnologico (Lucisano M., Pagani M.A, 2004) Secondo tale schema il pane è stato posto tra i prodotti soffici, salati (non dolci), a lievitazione biologica e umidità compresa tra il 18 e il 35%. Campione Acqua (g) Proteine (g) Grassi (g) Carboidrati (g) Calorie Pane , Fabbisogno giornaliero % del fabbisogno giornaliero da 100 g di pane (g) ,6 Tabella 1.1: Valutazione nutrizionale del pane (Lucisano M., Pagani M.A, 2004) 8

6 Dal punto di vista nutrizionale il pane rappresenta un ottima fonte di calorie, essendo ricco di carboidrati (58%) e, tuttavia, contiene circa 9% di proteine consentendo di ricoprire il 32% del fabbisogno giornaliero di proteine vegetali. (Tab. 1.1) Analizzando la frazione proteica del pane, la lisina è l amminoacido limitante e il valore biologico, rappresentato dall Essential Aminoacid Index, è pari al 58%. Come si può osservare nella Tab la composizione aminoacidica essenziale differisce nelle diverse frazioni proteiche del pane. (Quaglia G., 1984) Aminoacidi Uovo Albumina Globulina Gliadina Glutenina Lisina 7,03 3,60 3,84 0,56 1,67 Treonina 4,74 3,61 3,43 1,80 2,39 Valina 6,61 5,33 4,39 3,13 3,46 Metionina 3,12 1,88 1,22 0,95 1,29 Isoleucina 5,41 3,50 3,26 3,43 3,22 Leucina 8,56 6,39 6,36 5,73 6,15 Fenilalanina 5,22 3,51 3,72 4,88 4,13 Indice chimico A.A limitante - Lisina Metionina Lisina Lisina Tabella 1.1.2: Composizione aminoacidica delle frazioni proteiche del pane 1.2 Normativa È denominato "pane" 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). (Art. 44 della Legge del 22 febbraio 1994, n. 146, pubblicata nella Gazzetta Ufficiale del 4 marzo 1994, n. 5) Il Decreto del Presidente della Repubblica del 30 novembre 1998, n. 502, entrato in vigore il 16 febbraio 1999 (pubblicato su Gazzetta Ufficiale n. 25, del 1 febbraio 1999) contiene il Regolamento recante le norme per la revisione della normativa in 9

7 materia di lavorazione e di commercio del pane a norma dell'articolo 50 della legge 22 febbraio 1994, n Figura 1.2.1: Varie tipologie di pane Il D.Lgs. 27 gennaio 1992, n. 109 ed il Decreto n 502, nell Art. 1, stabiliscono che il pane ottenuto mediante completamento di cottura da pane parzialmente cotto, surgelato o non surgelato, deve essere distribuito e messo in vendita in comparti separati dal pane fresco e in imballaggi preconfezionati, prevedendo le denominazioni specifiche ottenuto da pane parzialmente cotto surgelato (in caso di provenienza da prodotto surgelato); ottenuto da pane parzialmente cotto in caso di provenienza da prodotto non surgelato né congelato). Nell Art.2 dello stesso Decreto è regolamentata la produzione di pane ottenuto dalla miscelazione di diversi tipi di sfarinati, il quale deve essere denominato pane al seguito dal nome dello sfarinato caratterizzante utilizzato. Gli sfarinati utilizzati, devono essere presenti nell'elenco degli ingredienti del prodotto. Inoltre il pane, qualora venga ottenuto esclusivamente con le farine elencate dall art. 17 della legge n. 580/67, deve continuare ad essere denominato secondo quanto 10

8 previsto in questa norma (pane di tipo 00, tipo 0, tipo 1, tipo 2, tipo integrale, di semola, di semolato ) Il Decreto n 502, abrogando l art. 20 della legge n.580/67, dove si faceva riferimento alla tipologia dei pani speciali, impone solamente l obbligo di completare la denominazione di vendita del pane con l indicazione degli ingredienti impiegati senza imporre espressamente la denominazione di pane speciale. I coadiuvanti tecnologici, consentiti nella produzione del pane, sono definiti dall Art.3 del Decreto n 502, già regolamentati dall art.19 della Legge n 580 del 1967, e sono i seguenti: farine di cereali maltati; estratti di malto; alfa e beta amilasi ed altri enzimi naturalmente presenti negli sfarinati utilizzati; paste acide essiccate; (purché prodotte esclusivamente con gli ingredienti previsti dagli art. 14 e 21 L. 4 luglio 1967, n. 580.) farine pre-gelatinizzate di frumento; glutine; amidi alimentari; zuccheri. Le caratteristiche chimiche del pane sono definite dalla Legge n. 580 Disciplina per la lavorazione e commercio dei cereali, degli sfarinati, del pane e delle paste alimentari e l articolo 16 recita: Il contenuto in acqua del pane a cottura completa (così modificato dall'art. 22, comma 2, del D.L.vo , n.109), qualunque sia il tipo di sfarinato impiegato nella produzione del medesimo, con la sola eccezione del pane prodotto con farina integrale, per il quale è consentito un aumento del 2 per cento, è stabilito in base alla pezzatura (vedi Tab ) : Per le pezzature di peso intermedio, tra quelle sotto indicate, il contenuto massimo in acqua è quello che risulta dalla interpolazione fra i due valori limite. 11

9 Pezzature Umidità massima % Fino a 70 grammi 29 Da 100 a 250 grammi 31 Da 300 a 500 grammi 34 Da 600 a 1000 grammi 38 Oltre 1000 grammi 40 Tabella 1.2.1: Umidità massima ammessa. (D.L.vo , n.109). 2. Aspetti tecnologici 2.1 Produzione del pane La prima fase di lavorazione dell impasto consiste nel miscelare l acqua alla farina ed agli altri ingredienti, che variano a seconda del tipo di lavorazione e prodotto che si vuole ottenere. I prodotti da forno sono realizzati mediante l applicazione di vari metodi. Il primo metodo è l impastamento diretto che avviene mescolando contemporaneamente tutti gli ingredienti. Il secondo metodo, semidiretto, consiste nell impastare tutti gli ingredienti in un'unica fase aggiungendo poi il lievito o la pasta lievitata il giorno precedente. Il terzo metodo, sponge e dough method o indiretto, prevede di mescolare gli ingredienti in due tempi. Gli agenti lievitanti sono mescolati ad una determinata quantità di acqua e di farina. La miscela ottenuta è lasciata lievitare per poche ore e, in seguito, è unita al resto degli ingredienti. (Mondal A. and Datta A.K., 2007) L impasto-lievito preparato nella prima fase è chiamato anche biga o polish, in base alla proporzione degli ingredienti. Nel caso polish la miscela costituita da acqua e farina in rapporto 1:1, e lievito. 12

10 Dopo la lievitazione di poche ore, essa viene aggiunta agli altri ingredienti. L impasto che si ottiene viene sottoposto ad una seconda lievitazione per un ora circa, successivamente tagliato, modellato, lasciato riposare per un ora e infine cotto. Per quanto riguarda il metodo indiretto è possibile utilizzare il lievito di pane prelevato dall impasto del giorno precedente, opportunamente fermentato e conservato in ambiente refrigerato. L impastamento consiste nell amalgamare tutti gli ingredienti, che variano a seconda del tipo di lavorazione e del prodotto che si vuole ottenere. Gli obiettivi della fase di impastamento sono: distribuire omogeneamente gli ingredienti, formare una struttura glutinica uniforme e coerente, includere aria sotto forma di microscopiche bolle che aumenteranno di dimensione durante la seguente fase di lievitazione. (Pagani M.A e Manzoni M.., 2007) Durante questa fase avviene l assorbimento dell acqua da parte della farina, i cui costituenti assorbono l acqua in modi e tempi differenti. Ad esempio, l amido, assorbendo acqua, si rigonfia, e la sua capacità di assorbimento è del 36%. Le proteine, invece, hanno una maggiore capacità di assorbimento dell amido. La gliadina e la glutenina, in presenza di acqua, si combinano formando un complesso proteico, chiamato glutine, mentre le proteine idrosolubili, albumine e globuline, formano soluzioni colloidali. La quantità di acqua assorbita durante l impastamento dipende da alcune caratteristiche della farina utilizzata, quali la granulometria, il contenuto proteico e l umidità della farina. Il grado igrometrico dell ambiente e la consistenza finale dell impasto che si desidera ottenere sono altri due fattori importanti che influenzano la quantità di acqua assorbita. In media l idratazione della farina è circa 60%, ma per quanto riguarda le farine di forza, con un elevato contenuto in proteine, l idratazione è compresa tra il 68 e il 70 %. La temperatura dell acqua da aggiungere alla farina è importante poiché influisce, insieme a quella della farina e a quella dell ambiente, sulla temperatura finale dell impasto, il cui optimum è di 21 C in estate e 25 C in inverno. 13

11 2.1.2 La lievitazione Gli agenti lievitanti sono sostanze che permettono il rigonfiamento dell impasto dei prodotti da forno. L azione principale degli agenti lievitanti consiste nel produrre anidride carbonica per gonfiare l impasto e renderlo soffice. Queste sostanze facilitano la maturazione dell impasto e, inoltre, producono un insieme di composti chimici responsabili dell aroma del prodotto. La fonte di anidride carbonica solitamente è il bicarbonato di sodio, che ne permette la formazione attraverso la seguente reazione: 2NaHCO 3 + heat -> Na 2 CO 3 + CO 2 +H 2 O Questa reazione solitamente richiede temperature piuttosto elevate (>120 C) per avere un livello di CO 2 apprezzabile. (Stauffer C. E, 1990) Più tipicamente il bicarbonato viene utilizzato insieme ad una sostanza acida, in modo tale che la sua decomposizione sia completa e così da mantenere costante la produzione di anidride carbonica. Perciò la reazione è NaHCO 3 + H -> Na + + CO 2 +H 2 O Altri lievitanti chimici sono il bicarbonato di potassio, il carbonato e il bicarbonato di ammonio. (Stauffer C. E, 1990) I vantaggi dell impiego di bicarbonato di sodio risiedono nel suo basso costo, nell assoluta innocuità, nella facilità d uso, nell assenza di sapori e odori nel prodotto finito e nell elevato grado di purezza del prodotto commerciale. Le polveri lievitanti (baking powder), sono una miscela di sostanze acide e bicarbonato di sodio, con o senza amido o farina. Questa miscela non deve produrre meno del 12% dell anidride carbonica disponibile. Solitamente le sostanze impiegate sono l acido tartarico (o i suoi sali), i sali dell acido fosforico, composti a base di alluminio, lattato di calcio, silicato idrato di calcio. (Quaglia G, 1984) 14

12 L'uso dei lieviti nella trasformazione degli alimenti ha origini antiche, come nella produzione della birra, del pane e del vino, in cui tutto dipende dalla capacità del lievito di svolgere la fermentazione anaerobica degli zuccheri, producendo anidride carbonica ed etanolo. (Stauffer C. E, 1990) Il lievito di birra, utilizzato nella lievitazione del pane, è prodotto ad un ritmo di 1,8 milioni di tonnellate ogni anno ed è uno dei maggiori prodotti del settore. I lieviti sono organismi unicellulari appartenenti al regno dei Funghi, e si riproducono per gemmazione. In generale sono microrganismi mesofili con un optimum di temperatura tra C, un massimo a circa 40 C ed un minimo che si aggira intorno a 0 C - +5 C. Un optimum di ph compreso tra con un minimo di circa 3 ed un massimo intorno a 7. (Byong H. L., 1996) Principalmente il lievito del pane è il Saccharomyces cerevisiae. Appartengono a questa specie centinaia di ceppi con diverse proprietà. Altre specie di lieviti sono utilizzati per la lievitazione di alcune tipologie di pane, per esempio, il Saccharomyce exiguus è presente nel pane a lievitazione naturale di San Francisco, o in Germania troviamo il Candida krusei e il Torulopsis holmii. (Stauffer C. E, 1990) I fattori che agiscono sull attività dei lieviti sono la quantità di substrato (zuccheri fermentescibili) presenti nella farina, la presenza di sostanze che possono diminuire la capacità fermentativa, il ph e la temperatura. Gli zuccheri sono disponibili grazie all azione degli enzimi (amilasi) che scindono l amido in amilosio o in destrosio. Le amilasi, a seconda del punto di attacco della molecola del substrato, vengono distinte in ά-amilasi e β- amilasi. Le prime attaccano i legami glicosidici della parete interna della molecola dell amido, formando prevalentemente destrine. Le β- amilasi, invece, attaccano i legami glicosidici della parete esterna della molecola dell amido formando, amilosio e successivamente due molecole di glucosio. Questo è il motivo per cui queste amilasi vengono chiamate saccarogene, mentre le ά-amilasi sono chiamate destrinogene o liquefacenti (diminuendo la viscosità dell amido). Gli zuccheri complessi, ottenuti dall azione delle amilasi, vengono convertiti in glucosio grazie all azione di un enzima presente nei lieviti: la zimasi. Un altro fattore che influenza l attività dei lieviti è la temperatura: sopra 43 C viene rallentata e arrivando a C il lievito viene distrutto. 15

13 Il lievito può essere conservato ad una temperatura di 4 C per circa sei settimane senza alterare il suo potere fermentativo. Basse temperature, al contrario di quelle alte, durante la fermentazione riducono la produzione di gas, e comportano anche una minor perdita di prodotto. Il Saccharomyces cerevisiae trova le condizioni ottimali ad un ph di circa 5. Ad un ph più elevato (circa 6), il corso della fermentazione porta alla formazione di una quantità eccessiva di altri composti, la glicerina e l acido acetico, oltre all alcool etilico e l anidride carbonica. La fermentazione alcolica si compie attraverso un ciclo che porta alla formazione dell alcool etilico e dell anidride carbonica, accompagnati da altri composti, come la glicerina, l aldeide acetica, alcool polivalenti e monovalenti. Nel suo complesso la fermentazione può essere riassunta così: C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2CO 2 Insieme alla fermentazione alcolica avvengono, in maniera più o meno intensa, altre fermentazioni da parte di microrganismi diversi con formazione di acido lattico, acido acetico e acido butirrico. La fermentazione lattica avviene per idrolisi del lattosio o del saccarosio, che producono glucosio, il quale viene trasformato in acido lattico secondo la seguente reazione: C 6 H 12 O 6 2C 3 H 6 O 3 I responsabili di questa fermentazione sono i batteri lattici, che si trovano sotto forma sporigena nella farina e negli ingredienti dell impasto, o possono essere aggiunti in piccole quantità nel lievito compresso. La temperatura ottimale della fermentazione lattica è 35 C. La fermentazione acetica consiste nella trasformazione dell alcool etilico in acido acetico, causata dall azione dei mycodermaceti. 16