L EVOLUZIONE DELLE TECNOLOGIE DI PANIFICAZIONE

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1 L EVOLUZIONE DELLE TECNOLOGIE DI PANIFICAZIONE M. Ambrogina Pagani DIPARTIMENTO DI SCIENZE PER GLI ALIMENTI, LA NUTRIZIONE E L AMBIENTE IL FRUMENTO: LA PIÙ IMPORTANTE FONTE DI CIBO PER L UMANITÁ Sant Angelo Lodigiano - 12 Ottobre 2012

2 IL RUOLO DEL PANE Il pane è un alimento di base di origine antichissime, diffuso in ogni regione del mondo.

3 La produzione del pane è una delle scoperte più rilevanti fatte dall uomo, la cui importanza è paragonabile alla scoperta del fuoco e all invenzione della ruota. Il pane ha giocato un ruolo chiave nello sviluppo dell umanità, sia da un punto di vista sociale, culturale e religioso. Le caratteristiche della struttura aerata del pane ricoprono un ruolo chiave per la sua accettabilità e gradevolezza.

4 IL RUOLO DEL PANE Il pane è un alimento di base di origine antichissime, diffuso in ogni regione del mondo. Il suo ruolo non è solo nutrizionale. Il pane possiede infatti una forte valenza sociale e religiosa. Alla base di questo successo vi è sicuramente la sua particolare struttura fisica di grande complessità, caratterizzata da un elevata porosità che determina un aspetto attraente ed un elevata palatabilità.

5 PANE DEFINIZIONE IN BASE ALLA STRUTTURA Il pane è un prodotto in cui sono riconoscibili due regioni: la crosta, generalmente caratterizzata da elevata croccantezza, colore accentuato e aroma caratteristico; la mollìca, caratterizzata da colore chiaro e da una struttura soffice ed ALVEOLATA, costituita da una FASE CONTINUA (matrice solida e acqua), al cui interno è dispersa una FASE GASSOSA, racchiusa negli ALVEOLI e che rappresenta il 70-75% dell intero volume del prodotto.

6 STRUTTURA MOLLICA La MOLLICA è una SCHIUMA SOLIDA costituita da una FASE SOLIDA CONTINUA al cui interno è dispersa una FASE GASSOSA, racchiusa negli ALVEOLI Anche nella fase solida della mollica sono riconoscibili una FASE CONTINUA rappresentata dal RETICOLO PROTEICO (amorfa) ed una FASE DISPERSA costituita dai GRANULI d AMIDO GELATINIZZATI e DEFORMATI (parz. cristallina)

7 PRODUZIONE E CONSUMI PRO-CAPITE DI PANE g 120 g Consumi di pane in Europa (dati INSEE) PAESE Consumi (kg/anno/procapite) Produzione Industriale (%) Italia Francia Spagna Germania Olanda Inghilterra 37 77

8 PERCHÈ IL FRUMENTO È IL CEREALE D ELEZIONE? Farina di Frumento Mix Farina di Frumento e Segale Cereale Proteine (% s.s.) Carboidrati (% s.s.) Fibra (% s.s.) RISO raffinato MAIS AVENA ORZO SEGALE TRITICALE FRUMENTO

9 PERCHÈ IL FRUMENTO È IL CEREALE D ELEZIONE? FRUMENTO GLIADINE GLUTENINE GLUTINE PROTEINE AMIDO tempo: min temperatura: max 25 C umidità impasto: % a w = ca. 1 Impastamento tempo: minimo 1 h temperatura: C umidità prodotto: % RH%: 60 80% Fermentazione idratazione e formazione reticolo viscoelastico del glutine ulteriore strutturazione inclusione tra le maglie del glutine idrolisi enzimatica della frazione danneggiata idrolisi, lieve rigonfiamento Glutine VITALE: IMPALCATURA dell IMPASTO farina inizio impastamento fine impastamento fine lievitazione

10 FENOMENI A CARICO DI PROTEINE E AMIDO DURANTE IL PROCESSO DI PANIFICAZIONE FRUMENTO PROTEINE AMIDO Impastamento Fermentazione tempo:20-60 min temperatura forno: C temperatura CROSTA > 100 C MOLLICA < 100 C umidità prodotto:30-40% Cottura (a partire da C) idratazione e formazione reticolo glutinico ulteriore strutturazione denaturazione e irrigidimento inclusione tra le maglie del reticolo proteico AMIDO E PROTEINE (GLUTINE) HANNO UN RUOLO OPPOSTO MA idrolisi, COMPLEMENTARE lieve PER LE rigonfiamento PROPRIETÀ SENSORIALI (MORBIDEZZA e SOFFICITÀ) DEL PANE FRESCO rigonfiamento e gelatinizzazione FORMAZIONE STRUTTURA ALVEOLATA RETICOLO PROTEICO STABILE + AMIDO GELATINIZZATO

11 L EVOLUZIONE DELLE TECNOLOGIE DI PANIFICAZIONE EVOLUZIONE: serie di successive, progressive ed ordinate trasformazioni (dal vocabolario della lingua italiana) PROBLEMATICHE DI INTERESSE IERI (anni 70-90) OGGI (dal 2000) CONDIZIONI PROCESSO PANIFICAZIONE Processi con metodo diretto (maggior produttività) Ottimizzazione processi indiretti mediante impasto acido (colture selezionate LAB o madre), sia su scala artigianale che industriale CARATTERISTICHE NUTRIZIONALI PANE Netta preferenza per pane bianco Alimento non solo energetico ma veicolo per assumere composti funzionali (uso farine integrali e/o di cereali diversi) Riduzione Indice Glicemico Riduzione contenuto Na CONSERVABILITÀ (SHELF-LIFE) PANE Formulazioni con ingredienti particolari Uso additivi / enzimi Selezione varietà frumento con basso amilosio (waxy) Processi indiretti mediante impasto acido Processi surgelazione

12 L EVOLUZIONE DELLE TECNOLOGIE DI PANIFICAZIONE LAVORI PUBBLICATI (fonte: FSTA) PROBLEMATICHE DI INTERESSE COMPLESSIVI dal 2000 ad OGGI PANE CONDIZIONI PROCESSO PANIFICAZIONE Processo panificazione Sourdough bread CARATTERISTICHE NUTRIZIONALI PANE Dietary fibre & bread Glycaemic Index & bread CONSERVABILITÀ (SHELF-LIFE) PANE Flour improvers & bakery additives Refrigerated & frozen dough & bread Waxy wheat

14 PROCESSI DI PANIFICAZIONE da Calvel, 2001 tempo (ore) * processi indiretti * * ** OPERAZIONI SEMPRE PRESENTI: processi diretti MISCELAZIONE e IMPASTAMENTO LIEVITAZIONE COTTURA A = pre-impasto (* biga; ** impasto acido) B = impastamento C = 1 fermentazione D = formatura E = 2 fermentazione

15 È POSSIBILE OTTIMIZZARE IL PROCESSO INDIRETTO CON IMPASTO ACIDO ( madre o sour-dough)?

16 PREPARAZIONE IMPASTO ACIDO (SOUR DOUGH) Metodo Tradizionale OTTIMIZZAZIONE Metodo Tradizionale MADRE (IMPASTO ACIDO o SOURDOUGH): Impasto da lavorazioni precedenti con presenza di batteri lattici (LAB) e lieviti in simbiosi Madre FERMENTATORE e CELLA LIEVITAZIONE (ESMACH Bongard) 18 ore (15-18 C) 1 Rinfresco 6 ore 2 Rinfresco 4 ore 3 Rinfresco 4 ore Lievito naturale Il fermentatore non abbrevia i tempi di fermentazione ma permette di avere l impasto acido quando si desidera, senza ricorrere ai rinfreschi

17 PREPARAZIONE IMPASTO ACIDO (SOUR-DOUGH) Metodo Tradizionale OTTIMIZZAZIONE Metodo Tradizionale mediante STARTERS L. brevis. MADRE (IMPASTO ACIDO o SOURDOUGH): Impasto da lavorazioni precedenti con presenza di batteri lattici (LAB) e lieviti in simbiosi Madre. L. plantarum. Leuc. citrovorum. S. cerevisiae coltura di lattobacilli Coltura mista 18 ore (15-18 C) 1 Rinfresco 6 ore 2 Rinfresco 4 ore 3 Rinfresco 4 ore Lievito naturale FERMENTAZIONE 18 h, C PRE-IMPASTO (sour-dough)

19 CARIOSSIDE CEREALI (es. FRUMENTO ) Estrazione semola e farina (RECUPERO MANDORLA) I componenti bioattivi sono presenti soprattutto nelle regioni che vengono eliminate con la macinazione convenzionale (CRUSCA E GERME)

20 EFFETTO SFARINATO RICCO IN FIBRA LA FIBRA È NEGATIVA PER LA SOFFICITA (SVILUPPO IN VOLUME) 100% farina frumento 70% farina frumento 30 % farina segale farina integrale farina tipo 00 farina frumento a diversi tassi di estrazione

21 COME MIGLIORARE LA QUALITÀ PANIFICATORIA DELLE FARINE ARRICCHITE IN FIBRA?

22 BIOPROCESSING OF BRAN FOR IMPROVED FUNCTIONALITY HEALTHGRAIN Project 6th Framework Programme Coordinator Prof. Kaisa Poutanen VTT Technical Research Centre of Finland

23 OTTIMIZZAZIONE PROCESSO MACINAZIONE (recupero selettivo frazioni periferiche) PANE da FARINA RAFFINATA tipo 0 PANE da FARINA tipo 1 arricchita in fibra e biocomponenti CARATTERISTICA FARINA INTEGRALE FARINA RAFFINATA tipo 0 FARINA PETRA tipo 1 FIBRA (% s.s.) VOLUME SPECIFICO (ml/g)

24 INDICE GLICEMICO INDICE GLICEMICO DI CAMPIONI SPERIMENTALI DI PANE PANE D farina frumento sourdough PANE A farina frumento metodo diretto S. cerevisiae pane A pane B pane C pane D pane Q PANE B: farina frumento metodo indiretto S. cerevisiae PANE C farina frumento metodo diretto S. cerevisiae + madre essiccata Bread Q farina frumento + farina soia + 10% fibra solubile metodo diretto S. cerevisiae Casiraghi and Pagani Unpublished data

26 FENOMENI A CARICO DELLE MACROMOLECOLE DURANTE IL PROCESSO DI PANIFICAZIONE PROTEINE FRUMENTO AMIDO RIPARTIZIONE UMIDITÀ PANE in DIVERSE ZONE DELLA MOLLICA Impastamento idratazione e formazione reticolo glutinico inclusione tra le maglie del reticolo proteico 47 % 5.6% 9.7% Fermentazione Cottura (a partire da C) ulteriore strutturazione denaturazione e irrigidimento Conservazione migrazione acqua idrolisi, lieve rigonfiamento rigonfiamento e gelatinizzazione retrogradazione e cristallizzazione RETICOLO PROTEICO STABILE + AMIDO RETROGRADATO PANE FRESCO SISTEMA COMPLESSO, ETEROGENEO ED INSTABILE soggetto a cambiamenti spontanei legati principalmente a: differenze di umidità tra le diverse zone particolare organizzazione di amido e proteine a seguito del trattamento termico

27 LA TENDENZA ALLA RETROGRADAZIONE DELL AMIDO GELATINIZZATO È UGUALE IN TUTTE LE VARIETÀ DI FRUMENTO?

28 wt wx-a wx-b wx-d wx-ab wx-ad wx-ab wx CARATTERISTICHE FRUMENTO WAXY AMIDO amilopectina 72-75% Amido= Amilosio+Amilopectina Granule-bound starch synthase (GBSS-I or Waxy protein) è la responsabile della biosintesi dell amilosio amilosio 25-28% Wx-A1 Frumento waxy Wx-D1 Wx-B1 GBSS-I Solo quando le 3 proteine GBSS-I sono nulle il contenuto di amilosio risulta < 3% (Van Hung et al., 2007).

29 SELEZIONE LINEE FRUMENTO WAXY DA CV ITALIANE Nel 1999 a presso la sezione CRA-SCV di S.Angelo Lodigiano (SAL) è iniziato un programma di screening su 300 cultivar italiane di frumento tenero Con tecniche tradizionali di breeding si sono ottenute 20 linee di frumento tenero waxy Granella in quantità sufficiente per prove di panificazione Linee di frumento waxy seminate in campi sperimentali Solo pochi semi moltiplicati in serra Caramanico et al., AISTEC 2011

30 Linee WAXY Frumento non waxy CARATTERISTICHE SOSPENSIONI AMIDO (Pasting properties - analisi RVA) Frumento waxy: picco di massima viscosità a temperature < rispetto a farine non waxy; elevata resistenza alla retrogradazione (minor viscosità durante il raffreddamento) Frumento non waxy CARATTERISTICHE IMPASTO (Test MIXOLAB - Chopin) Frumento waxy: stabilità < rispetto a farine non waxy; elevata resistenza alla retrogradazione (minor viscosità durante il raffreddamento) Linee WAXY Caramanico et al., AISTEC 2011

31 TEST DI PANIFICAZIONE metodo diretto AACC10-10B VOLUME SPECIFICO (ml/g) 7,08 0,09 7,14 0,11 4,78 0,13 4,41 0,13 5,40 0,10 Il 74% delle linee waxy italiane hanno un volume specifico > 5,40 ml/g wx 104 wx 70 BHWX2-2a BHWX14-7 Farina comm. 4,03 0,09 7,29 0,14 6,78 0,10 6,48 0,12 5,4 0,10 Aubusson wx123 wx128 wx118 Farina comm. Caramanico et al., AISTEC 2011

32 F 30% (N) F max (N *10-3 ) t 0 t 1day t 3days t 7days t 14days Italian WHW Italian WHW BHWX2-2a Aubusson Commercial Flour CONSISTENZA (forza di penetrazione) DEI GEL DI AMIDO A 4 C Caramanico et al., AISTEC t 0 t 1day t 3days t 7days 15 CONSISTENZA DEL PANE (conservazione a 25 C fino 7 giorni) 10 5 Caramanico et al., AACC Italian WHW Italian WHW BHWX2-2a BHWX14-7 Commercial Flour

33 In conclusione, l evoluzione nel settore della panificazione di questi ultimi anni tende a: valorizzare materie prime ricche di biocomponenti (necessità di trovare soluzioni tecnologiche in grado di migliorarne l attitudine alla panificazione) ottimizzarne di processi tradizionali (impasti acidi) ricercare soluzioni alternative all uso di additivi per prolungare la shelf-life del pane GRAZIE PER LA VOSTRA ATTENZIONE!