UNIVERSITA DEGLI STUDI DI FOGGIA

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI FOGGIA FACOLTA DI AGRARIA Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Alimentari RELAZIONE SUL TIROCINIO IN PROCESSI DELLA TECNOLOGIA ALIMENTARE CARATTERIZZAZIONE DEI POLIMERI PROTEICI DI PASTE NUTRACEUTICHE Tutor: Dott.ssa Carmela Lamacchia Laureando Antonio De Gianni ANNO ACCADEMICO

2 Premessa 4

3 Premessa Negli ultimi anni, sfarinati diversi dal frumento, come cereali rustici e materie prime non convenzionali (Kwee et al., 1969; Lucisano et al., 1984; Marconi et al., 2000; Kasarda 2001; Marconi and Carcea, 2001;) sono stati impiegati, in maniera alternativa o parzialmente sostitutiva, per la produzione di paste speciali, aventi connotazioni salutistiche o destinate a target specifici come, ad esempio i celiaci, affetti da intolleranza alle gliadine, ai quali va somministrata una dieta rigorosamente gluten-free. L'impiego di sfarinati privi di glutine ha comportato però problemi di tipo tecnologico, primo fra tutti l indebolimento dell impasto, con conseguenti perdite dell amido nell acqua di cottura. Pertanto, il processo di produzione della pasta ha richiesto alcune modifiche rispetto alle tradizionali tecnologie di pastificazione e\o l'adozione di tecnologie alternative e di formulazioni idonee a bilanciare i cambiamenti nelle proprietà reologiche (Pagani et al.,1981; Consulting 2001). In tale contesto, è stato quindi di fondamentale importanza lo studio delle diverse classi proteiche che compongono gli sfarinati utilizzati e soprattutto dei polimeri proteici a più elevato peso molecolare, in quanto direttamente correlati alla forza degli impasti e alle caratteristiche organolettiche della pasta (Lamacchia et al., 2007). L obiettivo del presente lavoro di tirocinio è stato quello di studiare la distribuzione dei pesi molecolari di proteine polimeriche di paste prodotte con miscele di sfarinati di diverso tipo, quali avena, quinoa, fava, cece, soia e mais e di determinare la percentuale di proteine polimeriche inestraibili in SDS senza sonicazione, poiché direttamente relazionabili alle performance della pasta dopo la cottura. Tutte le analisi sono state effettuate in cromatografia liquida di esclusione ad alta pressione (SE-HPLC), in seguito all estrazione di polimeri totali, di polimeri solubili e insolubili, utilizzando un tampone Na-fosfato 0.1M ph 7 e seguendo protocolli specifici per ogni frazione polimerica estratta. Dallo studio dei profili cromatografici ottenuti, sono state evidenziate le eventuali interazioni molecolari tra le proteine di ogni sfarinato presente nelle relative miscele, la distribuzione dei pesi molecolari e la quantità di proteine polimeriche inestraibili (%UPP) di ogni tipo di pasta analizzata. 5

4 CAPITOLO I Stato dell arte 6

5 1.1 La pasta Definizione di pasta La legge n. 580/ 67, modificata dal D.P.R. 09/02/2001 n.187, definisce pasta di semola o di semolato di grano duro il prodotto ottenuto dalla trafilazione, laminazione ed essiccamento di impasti preparati esclusivamente con semola o semolato di grano duro ed acqua; la pasta viene classificata in base alle sue caratteristiche chimico-fisiche in (Tab. 1.1): Tipologie di PASTE Pasta di semola di grano duro Pasta di semolato di grano duro Pasta di semola integrale di grano duro % Umidità % min Ceneri % max Ceneri % min Proteine (% Azoto x 5,70) Acidità in gradi 12,5 / 0,90 10, ,5 0,90 1,35 11, ,5 1,40 1,80 11,50 6 Tab. 1.1-Classificazione delle paste alimentari 1 La semola e il semolato sono gli sfarinati ottenuti dalla macinazione del grano duro: lo stesso Decreto ne prevede le caratteristiche, in termini di contenuto massimo di umidità (14,5%), di ceneri e di proteine (Tab. 1.2). U% Ceneri Cellulosa Sost. Azot. Tipo e denominazione Max Min Max Min Max Max Semola 14,50 0,70 0,90 0,2 0,45 14,50 Semolato 14,50 0,90 1,20 / 0,85 14,50 Farina di grano duro 14,50 1,35 1,60 / 1 14,50 Tab. 1.2 Classificazione degli sfarinati di grano duro 1 I valori sono espressi in % sulla s.s. 7

6 Viene altresì denominata semola di grano duro o semplicemente semola il prodotto granulare a spigolo vivo ottenuto dalla macinazione e conseguente abburattamento del grano duro, liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità. La semola, pertanto, risulta essere lo sfarinato più raffinato, in quanto si ottiene in seguito all allontanamento della maggior parte degli strati cruscali più esterni alla cariosside. Il semolato, di conseguenza, risulta più ricco in proteine e sali minerali, in quanto deriva dalla macinazione di cariossidi non del tutto prive di strati cruscali, ragion per cui il grado di purezza è inferiore rispetto a quello della semola Processo industriale della pasta Il processo industriale di produzione della pasta secca (Fig. 1.1) prevede la lavorazione di impasti prodotti della semola (o semolato) di frumento duro con acqua. Quando l endosperma viene macinato e la farina impastata con acqua, le gliadine e le glutenine (proteine di riserva del glutine) formano una rete proteica chiamata glutine, che è responsabile delle proprietà viscoelastiche dell impasto. Tale rete proteica è costituita per l 80% da proteine, 8% da lipidi e la restante parte da carboidrati e sali minerali. La tecnologia di produzione della pasta si avvale sempre più di sistemi automatici, quali presse e sistemi di dosaggio degli ingredienti, nonché processi che utilizzano la tecnologia del vuoto, sia in un unica fase di processo che in due diversi stadi: il primo per miscelare lo sfarinato e l acqua (20-30%) e il secondo (gramolatura), durante il quale si spinge l impasto formato attraverso un cilindro (estrusore) con all interno una vite senza fine che lo forza a passare attraverso una trafila (in bronzo o in teflon) variamente forata. All uscita dalla trafila, il prodotto viene tagliato ed assume la forma definitiva, con un umidità del 30-35%. In seguito, la pasta, viene sottoposta all essiccazione in flusso d aria calda, fino a raggiungere un umidità del 10-12%, alternando fasi di essiccamento (o incartamento ) a fasi di riposo-essiccamento, al fine di equilibrare l umidità tra interno (pari ad un massimo di 14,50%) ed esterno. La tecnologia di essiccazione adottata dipende dalla tipologia di formato di pasta che si vuole ottenere: 60 C/17h, 70 C/12h, fino alle alte temperature HT 80 C e ad altissime temperature UHT>80 C per tempi variabili (da 6-9 ore per la pasta corta e 8-12 ore per la pasta lunga). L essiccazione è la fase più delicata di tutto il processo e va effettuata in 8

7 tempi relativamente lunghi, poiché un eccessiva velocità di essiccazione potrebbe modificare l aspetto e la qualità del prodotto finito. Fig. 1.1-Processo industriale della pasta 9

8 1.1.3 Composizione media e valore nutrizionale della pasta La pasta ha un elevato valore energetico apportato da vari componenti, riportati in Tab. 1.3 (il tenore proteico risulta maggiore nelle paste all uovo e in quelle con ripieno di carne): Composizione Media di 100g di Pasta Acqua Proteine Lipidi Carboidrati Fibra Alimentare Ferro Calcio Fosforo Sodio Potassio Vitamina B1 Vitamina B2 Vitamina PP Energia 12,4 g 10,8 g 0,3 g 82,8 g 2,8 g 1,3 mg 17,0 mg 165,0 mg 5,0 mg 160,0 mg 0,14 mg 0,11 mg 2,0 mg 356 kcal Tab. 1.3-Composizione media di 100g di pasta Le caratteristiche alimentari e nutrizionali della pasta secca possono essere riassunte nei seguenti punti: alta digeribilità e bassa % di scorie; alto valore energetico (elevata quantità di amido); discreto contenuto in proteine; basso contenuto in grassi e vitamine; squilibrio tra calcio e potassio; 10

9 limitato contenuto di amminoacidi essenziali (lisina). I condimenti aggiunti possono minimizzare le carenze nutrizionali della pasta: ad esempio, l'aggiunta grassi vegetali (quali olio, burro, ecc.), migliora l apporto in acidi grassi polinsaturi; i formaggi apportano amminoacidi essenziali ed il calcio, carenti nella pasta; il pomodoro o le verdure in generale migliorano l apporto vitaminico, specialmente se aggiunti crudi o appena sbollentati; ideale è l'abbinamento con le leguminose (pasta e ceci, pasta e fagioli, ecc.) in quanto queste apportano proprio gli amminoacidi essenziali (lisina)e la vitamine di cui la pasta deficita, dando luogo ad un piatto bilanciato e completo. Un miglioramento intrinseco si ha nelle paste all'uovo, poiché l aggiunta di tale alimento innalza il valore biologico delle proteine e aumenta il contenuto di calcio, ferro e fosforo, ma anche dei lipidi, della vitamina B1 e della vitamina A. Contrariamente a quanto spesso si pensa, la pasta cotta "al dente", cioè consistente in superficie e all'interno, risulta più facilmente digeribile, poiché masticata più a lungo. 1.2 Paste funzionali e paste prodotte con sfarinati alternativi Definizione di alimento funzionale e di paste nutraceutiche Il concetto di functional foods (alimenti funzionali) ha avuto origine in Giappone e da lì si è diffuso in tutto il mondo. Nel 1991 è stato approfondito lo studio di questi alimenti, sempre più specifici in quanto utilizzati per migliorare lo stato di salute e\o per ridurre o ritardare l insorgenza di malattie. In seguito alla loro diffusione, è stato coniato il termine FOSHU, cioè Foods for Specified Health Use e, nello stesso anno, sono state anche stilate le norme relative ai prodotti FOSHU, ufficialmente definiti come un sottogruppo di alimenti destinati a speciali usi dietetici. Tuttavia, anche se in Giappone i functional foods costituiscono una categoria ben definita di prodotti alimentari, negli altri Paesi la situazione non è ancora ben definita, tanto che, sebbene diverse organizzazioni e autorità nazionali abbiano proposto delle definizioni per questo tipo di prodotti, non esiste ancora una definizione universalmente accettata per i functional foods. Funzionale può essere un alimento integrale naturale, a cui è stato aggiunto o da cui è stato eliminato un componente, con mezzi tecnologici o biotecnologici o ancora un alimento in cui è stata modificata la natura o la biodisponibilità di uno o più componenti. 11

10 Inoltre un alimento funzionale può essere destinato a gruppi specifici di persone che hanno particolari esigenze nutritive o distinte in base all età o alla costituzione genetica (Milena Marega, Università degli Studi di Udine). Esempi di alimenti funzionali sono le sostanze nutraceutiche le quali, oltre al tradizionale apporto in nutrienti, conferiscono benefici alla salute. Il cresciuto interesse per i cibi funzionali ha fornito una nuova opportunità all industria alimentare per sviluppare nuovi tipi di paste, prodotte con cereali alternativi ed innovativi (Wood, 1996). La pasta rappresenta un ottimo veicolo per assumere ingredienti che hanno effetti benefici sulla salute umana. In alcuni casi, però, è necessario ricorrere a materie prime non-tradizionali per produrre paste destinate a consumatori affetti da intolleranza ad alcune componenti proteiche del glutine, le gliadine. Questa intolleranza alimentare, detta celiachia, presenta i classici sintomi di una enteropatia, cioè: diarrea intermittente, crampi addominali, vomito, perdita di peso e debolezza generale. L unico modo per tenere sotto controllo la celiachia è adottare una dieta priva di glutine, cioè in cui sono state eliminate le proteine sopra citate. Per tale motivo è importante produrre un tipo di pasta gluten-free, ottenuta utilizzando materie prime diverse dai cereali o comunque prive di proteine responsabili di questa intolleranza (prolammine o gliadine) (Abecassis et al., 1989; Bonafaccia e Kreft, 1994; Kwee et al., 1969; Pagani, 1986; Pagani et al., 1981) Sfarinati utilizzati per la produzione di paste gluten-free La necessità di produrre nuove tipologie di pasta a partire da sfarinati con un ridotto tenore in glutine o gluten-free, ha spinto tecnologi e ricercatori a sperimentare nuove formulazioni al fine di migliorarne le caratteristiche tecnologiche ed organolettiche. Gli sfarinati alternativi utilizzati per la produzione di prodotti senza glutine sono di diverso tipo e di seguito elencati: - farina di riso: prodotta dalla macinazione del riso privato delle impurità e dagli stati più esterni; la farina integrale di riso, invece, deriva dalla macinazione del riso non del tutto privato degli strati cruscali esterni, ha un sapore più intenso, una consistenza più granulosa ed un alto valore nutritivo. Poichè nella crusca sono presenti gli olii, in generale la farina integrale si conserva meno a lungo di quella bianca e tende ad assumere col tempo un sapore più intenso; 12

11 - crema di riso: prodotta dalla macinazione molto fine del riso, viene spesso arricchita con vitamine e utilizzata come alimento per lo svezzamento del lattante, ma sempre glutenfree. In genere si tratta di crema di riso precotta, che quindi può essere usata con maggiore rapidità ed essere meglio digerita dal bambino. In commercio si trova anche la crema di riso integrale (derivata dalla macinazione del riso non del tutto privato della crusca), non precotta e non arricchita, indicata per la prima infanzia; - semolino di riso: deriva da una macinazione più grossolana del riso. Può sostituire il semolino di grano in molti piatti (dal semolino al latte, agli gnocchi alla romana, alla "frittura dolce" piemontese). Si trova nei negozi di alimenti naturali; - farina di riso "glutinoso": nonostante il nome, può essere tranquillamente usata dai celiaci perché si tratta della farina derivata dalla macinazione di un particolare tipo di riso, particolarmente ricco di amido e quindi molto "colloso". E' con questa farina che per secoli i cinesi hanno preparato i loro spaghetti di riso; - farina di mais bramata: deriva dalla macinazione del mais e viene comunemente usata per la polenta. Si trova anche precotta, con ovvi vantaggi sui tempi di preparazione; - farina di mais fioretto: è un prodotto semoloso, più fine della farina bramata; - farina di mais fumetto: è una farina sottilissima, che viene usata di solito per la pasticceria; - farina di mais integrale: come la farina integrale di grano o di riso, contiene una certa percentuale di crusca. Può essere mescolata, in piccole quantità, alla farina di mais bramata o fioretto per la preparazione di polente; - farina di mais bianca: è tradizionale del Veneto, dove si usa per la polenta bianca. Può essere impiegata anche per preparare dolci e pane; - amido di mais (o maizena): viene usato di solito per addensare salse e sughi, nei budini, per rendere più leggera la pasta di certi dolci, e così via. Nella cucina senza glutine può essere impiegato, mescolato con altre farine, come sostituto della farina di grano. La maizena si trova comunemente in negozi e supermercati e si conserva a lungo; - farina di avena: deriva dalla macinazione delle cariossidi di avena (Avena sativa L.), un cereale molto importante sia per l apporto in proteine ad elevato valore nutrizionale, sia per gli effetti benefici sulla salute legati alla presenza di un tipo particolare di fibra solubile, i β-glucani. La farina di avena, a causa dell elevato contenuto in fibre e proteine, determina un aumento dell assorbimento di acqua da parte dell impasto, un aumento nella ritenzione dei gas ed una conseguente modifica nella struttura del prodotto; di questo si deve tenere conto nella formulazione del prodotto addizionato di farina o derivati dell avena; 13