Laboratorio di Didattica dell Agronomia e delle Coltivazioni Erbacee II (Prof. Teofilo Vamerali) Qualità delle farine per la panificazione

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1 Laboratorio di Didattica dell Agronomia e delle Coltivazioni Erbacee II (Prof. Teofilo Vamerali) Qualità delle farine per la panificazione

2 Programma del laboratorio N Lez. Modalità Titolo della lezione ORE Materiale didattico 1 In presenza Determinazione della qualità delle farine di frumento 3 Doc. in pdf 2 On-line Bilancio idrico e sistemi di irrigazione 3 Doc. in pdf 3 On-line Fertilizzanti e piani di concimazione 3 Doc. in pdf 4 On-line Strumentazione ottica per la misura dello stato nutrizionale delle piante 3 Doc. in pdf 5 In presenza Progettazione di un modulo didattico in laboratorio 3 Doc. in pdf

3 Contesto Istituto Professionale Statale per l Agricoltura e l Ambiente Classe IV composta da 15 maschi e da 5 femmine Materia in oggetto: Tecniche delle produzioni: Coltivazioni erbacee L unità didattica in oggetto è parte del modulo Le colture autunno-vernine Obiettivi didattici Acquisire le conoscenze scientifiche sui processi legati alle fasi produttive del frumento Acquisire la terminologia tecnico-scientifica adeguata Riflessione critica sulle tecniche impiegate Sapere individuare le varietà ottimali in funzione delle condizioni pedo-climatiche ed agli usi (per prodotti da forno, pasta, biscotti, pane crakers)

4 Obiettivi didattici Acquisire le competenze e le capacità necessarie per individuare ed applicare tecniche di produzione adeguate e nei tempi opportuni Sapere individuare il binomio caratteristiche qualitative dei prodotti e loro destinazione (in particolare quali sono le caratteristiche della farina da panificazione Competenze necessarie per impiegare le tecniche a minore impatto ambientale Sapere eseguire le principali analisi di laboratorio per rilevare i principali elementi di qualità delle farine Prerequisiti Conoscenza sul clima ed influenza sulle piante agrarie, sulla fisica chimica e biologia del terreno (es. granulometria e struttura, ph, microflora del terreno), sulle lavorazioni del terreno, l acqua nel terreno e le irrigazioni, sugli eccessi di acqua e regimazione, sulla fertilizzazione organica e minerale e sul controllo delle malerbe Non sono richieste conoscenze in merito alle avversità da patogeni delle colture erbacee in quanto vengono affrontate nello stesso anno (in IV)

5 Verifiche di ingresso Conoscenze di Agronomia di base (III anno) Contenuti L unità didattica in questione tratta la coltura del frumento (ciclo colturale, le tecniche agronomiche da eseguire ecc.) e nella stessa si inserisce la lezione avente per oggetto: La qualità delle farine ai fini della panificazione che prevede un incontro di 1-2 ore con presentazione in power-point in aula informatica, e di 2 ore di laboratorio per analizzare diversi tipi di farina Verifica Questionario a risposta multipla composto da dieci quesiti per la parte teorica Prove pratiche in laboratorio su campioni di farina

6 Criteri di valutazione Questionario: ad ogni quesito viene attribuito un punteggio pari a 10 per ogni risposta esatta, e quindi il risultato finale viene diviso per 10 Per l attività di laboratorio i criteri si basano su alcuni descrittori (v. tabella di seguito), anche in questo caso il risultato totale sarà diviso per 10 La sufficienza si avrà al raggiungimento in entrambe le prove con 60 punti (su un massimo di 100) Descrittore Punteggio Manualità nell uso delle 10 strumentazioni Rispetto tempi analisi 20 Bontà risultato ottenuto 40 (min 25) Capacità di collegare i risultati ottenuti con la parte teorica 30 (min20)

7 Contenuti Composizione cariosside del frumento (e prodotti derivati) Criteri commerciali qualità: A) Fisici B) Chimici Criteri di qualità delle farine per pane (proprietà tecnologiche)

8 Composizione cariosside frumento Pericarpo e strato aleuronico 13% crusca Endosperma 85% Embrione 2% Composizione analitica: - Amido 60-70% - Proteine 8-20% % (grani teneri di forza) 12-15% (grani duri) % (teneri da biscotti) - Lipidi 1.5-2%

9 Cariosside frumento e derivati Triticum aestivum frumento tenero esaploide: farine per pane, biscotti, dolci Triticum durum frumento duro tetraploide si ottiene semola per pasta Resa teorica 85% in realtà è minore Molitura 75-85% Farina 2.5-3% Farinette 20-22% Crusca 0.5-2% Residui e scarti

10 LE SPECIE COLTIVATE TETRAPLOIDI (2n=28) T. turgidum L., con 8 sottospecie: - turgidum L. (GRANO DEL MIRACOLO); - carthlicum (Nevski) A. Lóve & D. Lóve; - dicoccum (Schrank) Thell (FARRO GRANDE); - durum (Desf.) Husn. (GRANO DURO); - paleocolchicum (Manabde) A. Lóve & D. Lóve; - polonicum (L.) Thell.; - turanicum (Jakubz.) A. Lóve & D. Lóve (KAMUT); - dicoccoides (Kórn. ex Asch. & Graebn.) Tell. (progenitore selvatico). ESAPLOIDI (2n=42) T. aestivum L., con 5 sottospecie: - aestivum (GRANO TENERO); - compactum (Host) MacKey; - macha (Dekapr. & Menabcle) McKey; - spelta (L.) Thell. (SPELTA) - sphaerococcum (Percival) MacKey.

11 Farina frumento tenero Limiti legali Farina Umidità max. (%) Ceneri max. (%) Cellulosa max. (%) Glutine secco min. (%) 00 14,5% 0, ,65 0, ,8 0, ,95 0,5 10

12 Semola frumento duro Limiti legali Tipologia Umidità max. (%) Ceneri min.-max. (%) Cellulosa max. (%) Proteine (%) Semola 14,5% 0,7-0,85 0,2-0,45 10,5 Semolato 0,9-1,2 // - 0,85 11,5

13 Criteri commerciali di qualità FISICI A) Peso specifico apparente o peso ettolitrico (Kg/hl) LABORATORIO : si pesano dei semi in un contenitore di un litro e con semplici calcoli si esprimono infine in Kg/hl (in media Kg/hl) B) Peso di mille semi (simile ad A) C) Cariossidi danneggiate (rotture alla raccolta, bianconatura, volpatura) D) Impurezze (sabbia, insetti morti, semi erbe infestanti ecc.)

14 Criteri commerciali di qualità CHIMICI A) Umidità: dovrebbe aggirarsi sul % (7-8 % se destinato all esportazione) LABORATORIO : essiccamento di un campione pari a 10 g a C per 1,5 ore quindi si lascia raffreddare per e si esegue nuova pesata, si esprime in %: (E - M):E x 100 E= peso iniziale in g. M= peso campione secco in g. Es. Campione iniziale 10 g. Campione secco 8,5 g. (10-8,5) : 10 x 100 = 1,5 : 10 x 100 = 0,15 x 100 = 15%

15 Criteri commerciali di qualità CHIMICI B) Proteine, metodi quantitativi LABORATORIO : Metodo Kjeldahl Principio: le sostanze azotate vengono ossidate con acido solforico (con catalizzatore), si forma dalla reazione solfato di ammonio, che trattato con alcali, libera ammoniaca che viene distillata e titolata. N% s.s. x 5,70= proteina grezza in % sulla s.s. (5,70 e non 6,25 poiché le proteine del frumento contengono poco circa 17,5% in azoto) LABORATORIO : determinazione del glutine secco nella farina Principio: si parte da 20g di farina + soluzione cloruro di sodio, l impast viene manipolato e lavato sotto acqua corrente, asportando così sia l amido (solubile in acqua), sia le proteine solubili in acqua ed in soluzione salina, rimango così la gliadine e le glutenine, che vengono determinate con pesata, dopo avere posto l impasto, privato dell amido e dalle proteine solubili, in stufa a 105 C

16 Criteri commerciali di qualità CHIMICI B) Proteine, metodi qualitativi LABORATORIO: Classificazione di Osborne (in base alla solubilità, metodo di laboratorio): Albumine, solubili in acqua Globuline, solubili in soluzioni saline (NaCl) Gliadine, solubili in soluzioni alcoliche (etanolo al 70%) Glutenine, solubili in soluzioni acide (acido acetico 0.1 N) N.B. Il glutine, viene chiamata la sostanza costituita dalle gliadine e dalle glutenine (che sono le proteine di riserva presenti nell endosperma, insolubili in acqua)

17 Classificazione delle proteine del frumento Le proteine della granella di frumento sono tradizionalmente separate in base alla solubilità: Solubili in acqua: % del totale (FUNZIONE METABOLICA): albumine (12%) globuline (4%) Insolubili in acqua: % del totale (FUNZIONE DI RISERVA) gliadine (44%) glutenine (40%) Gliadine e glutenine formano il GLUTINE e conferiscono proprietà di estensibilità e tenacità essenziali per la qualità dello dei prodotti lievitati da forno.

18 Le proteine del glutine SDS-PAGE frazionamento dellla parte polimerica delle proteine Glutenine polimeriche 90 Kda HMW subunits (90KDa) LMW subunits (40KDa) ω - gliadine Gliadine monomeriche Kda γ - gliadine α - gliadine Frazionamento della frazione gliadinica

19 Le proteine del glutine GLUTINE Gliadine Glutenine ω-gliadine α-gliadine γ gliadine LMW - GS HMW- GS Prolammine povere di zolfo Prolammine ricche di zolfo Prolammine HMW (povere in zolfo) Classificazione delle proteine del glutine in base al contenuto in zolfo Tatham e Shewry (1995)

20 Criteri commerciali di qualità CHIMICI B) Proteine, altri metodi qualitativi LABORATORIO : Test di Zeleny Principio: si usa acido lattico che rigonfia il glutine che a sua volta influenza la velocità di sedimentazione di una sospensione di farina, Velocità di sedimentazione lenta, indica buona qualità delle proteine (durante l esperimento si usa S.D.S., i.e., sodio dodecil solfato) LABORATORIO : Elettroforesi Principio: si crea un campo elettrico in un gel: le diverse proteine, in base alla carica e al P.M., migrano con diversa velocità. A fine corsa elettroforetica, si colorano le proteine (es. Comasse Blue) Le glutenine vengono suddivise invece in base al loro peso molecolare (vedi figura successiva). Il tipo di bande proteiche di Gli e Glu consentendo si stabilire una sorta di impronta digitale di ciascuna varietà.

21 Criteri commerciali di qualità CHIMICI B) Proteine, altri metodi qualitativi: Gel filtrazione, cromatografia a scambio ionico. Elettroforesi di glutenine in tre varietà di frumento

22 Criteri di qualità delle farine per pane

23 Criteri di qualità delle farine per pane Reologia dell impasto Reologia: Branca della fisica che studia la deformazione della materia. Deformazioni possibili: - di flusso, legato alla viscosità della materia - elastica, deformazione non permanente - plastica, deformazione permanente L impasto deve avere in particolare: buona estensibilità per dare un prodotto voluminoso sufficiente tenacità per sopportare il lavoro meccanico e la pressione della anidride carbonica che si forma durante la fermentazione

24 Criteri di qualità delle farine per pane Sostanzialmente la qualità delle farine si determina: LABORATORIO * Con il farinografo di Brabender, misura la quantità di acqua ottimale per ottenere un buon impasto, ricordiamo che ai fini della panificazione è importante quindi ci sia un alto assorbimento di acqua Il glutine assorbe acqua sino a 2,8 volte il suo peso * Alveografo di Chopin, Determina le proprietà plastiche dell impasto, che permettono la formazione di alveoli regolari nella mollica del pane * Amilografo (Falling number), misura l attività α-amilasica

25 Criteri di qualità delle farine per pane Farinografo di Brabender Misura la consistenza di un impasto di acqua e farina e l assorbimento di acqua necessario per raggiungere una consistenza ottimale per la panificazione

26 Criteri di qualità delle farine per pane Farinografo di Brabender In definitiva si ha una impastatrice, un dinamometro collegato per misurare lo sforzo che incontrano le pale durante l impastamento, un congegno registratore collegato al dinamometro, una buretta per misurare la quantità di acqua da aggiungere La resistenza si misura in U.B. (unità Brabender), si aggiunge acqua all impasto sino ad arrivare a 500 U.B. Il problema è quindi quello della centratura del grafico, cioè calcolare la giusta quantità di acqua da aggiungere a seconda del tipo di farina Anche i granuli di amido danneggiati (oltre al glutine) determinano l assorbimento in acqua.

27 Criteri di qualità delle farine per pane - C: Tempo di arrivo: necessario per arrivare a 500 U.B. - T: Tempo di picco: per arrivare al valore massimo di U.B. - D: Tempo di partenza: per scendere sotto le 500 U.B. - S: Stabilità dell impasto: dato dalla differenza D - C cioè è il tempo durante il quale l impasto si mantiene alla massima consistenza Quando la curva inizia a scendere significa che il glutine inizia a collassare (impasto colloso)

28 Criteri di qualità delle farine per pane Esempi di diversi farinogrammi

29 Criteri di qualità delle farine per pane Farinografo di Brabender In definitiva: Il farinografo misura la resistenza opposta dall impasto al mescolamento Il farinografo misura la tolleranza meccanica al mescolamento Il tempo di picco è correlato alla % di proteine (caratteristica varietale) Altri indici INDICE DI TOLLERANZA MECCANICA (differenza in UB tra valore misurato al t. picco ed il valore misurato dopo 5 ); CADUTA AL 20 MINUTO (differenza in UB tra il valore misurato al centro del farinogramma, cioè al tempo di picco, ed il valore misurato dopo 20 ). È indicato con la sigla E20. Talora si usa anche E10 (usando la misura dopo 10 )

30 Criteri di qualità delle farine per pane Alveografo di Chopin Misura la pressione di aria necessaria all estensione di un campione di pasta La pressione esercitata all interno della bolla viene registrato Si effettua la prova con 5 dischi di pasta

31 -P/L: rapporto di configurazione curva Alveogramma Criteri di qualità delle farine per pane Alveografo di Chopin -P:pressione massima per deformare il campione (h). Indice di tenacità dell impasto -L:lunghezza della curva. Indice di estensibilità dell impasto -W: Energia per deformare il campione (si ricava dall area). Indice della forza della farina W=S x 6,54 P -G:Radice quadrata del volume di aria in ml., per portare alla rottura la bolla (indice di rigonfiamento)

32 Criteri di qualità delle farine per pane P/L compreso fra 0.4 e 0.7 Farine equilibrate

33 Criteri di qualità delle farine per pane P/ L > 0.7 Farine tenaci per la panificazione (P/L < 0.4 farine molto estensibili)

34 Criteri di qualità delle farine per pane Con l alveografo si determinano le proprietà plastiche della farina Più è estensibile l impasto, maggiore sarà il volume del pane La formazione di alveoli regolari e la distribuzione uniforme degli stessi quindi è determinato dalle proprietà plastiche

35 Criteri di qualità delle farine per pane IN SINTESI Proteine del frumento: 15% solubili in acqua e sale Albumine (60% circa) Globuline (40% circa) 85% insolubili in acqua Gliadine Estensibili, poco elastiche Glutenine Poco estensibili, elastiche Gliadine e glutenine formano il glutine, principale responsabile della tenacità, estensibilità, elasticità dell impasto Albumine importanti per le α-amilasi (segue )

36 Criteri di qualità delle farine per pane Amilografo Indice di Hagberg (falling number, o numero di caduta) L amido si ritrova come amilosio (17-28%) e amilopectina (72-83%). L amilosio in soluzioni acquose è instabile portando alla retrogradazione dell amido (causa principale dell indurimento del pane) Le amilasi (enzimi) attaccano l amido rompendo la molecola in frazioni più semplici (destrine, maltosio, glucosio) Tali sostanze vengono facilmente attaccate dai lieviti, che formano anidride carbonica, e responsabili del colore durante la cottura Il maltosio è molto importante nella fermentazione, fermenta più lentamente del glucosio, è il maggiore responsabile della produzione di anidride carbonica Tale aspetto è legato alle amilasi ricordate, e quindi ai granuli di amido danneggiati (valore ottimale 10%, come per l assorbimento di acqua)

37 Amilografo

38 Criteri di qualità delle farine per pane Amilografo Indice di Hagberg (falling number, o numero di caduta) L attività α-amilasica viene determinata con il numero di caduta Principio: acqua e farina a bagnomaria in acqua bollente (per favorire la gelatinizzazione dell amido e l attività α-amilasica: ottimo a 72 C). Un agitatore scendendo dalla parte superiore verso il fondo: - se trova poca resistenza c è molta attività delle α-amilasi, praticamente la sospensione resta poco torbida - se trova maggiore resistenza significa che l amido viene degradato lentamente perché vi è poca attività α-amilasica, e quindi la sospensione rimane torbida-gelatinosa più a lungo Es. tempo di caduta 60 secondi: farina uso zootecnico (troppa attività α-amilasica, non posso correggere la farina). Tempo di caduta 250 secondi valore ottimale Tempo di caduta >300 secondi poche amilasi (ma posso correggere la farina, con aggiunta di farine maltate o α-amilasi di origine batterica)

39 Bibliografia Arte Bianca: materie prime, processi e controlli. Barbara Carrai (Calderini Edagricole 2001)