Pane e lievito naturale

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1 Bologna, 26 ottobre 2012 Pane e lievito naturale Corso di formazione e di aggiornamento in: MICROBIOLOGIA DEGLI ALIMENTI Claudia Picozzi Definizione e classificazione 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 Solo nel mercato italiano sono diffuse circa 200 tipologie diverse di pane, prodotte sia con lievito di birra (Saccharomyces cerevisiae) sia con lievito naturale (batteri lattici e lieviti) sia con una miscela dei due agenti lievitanti 1

2 Definizione e classificazione Quantità di zucchero (sul peso della farina) SALATI <10% DOLCI >10% Sofficità (correlata al volume specifico) e morbidezza (correlata all umidità) SOFFICI Volume specifico 2,5-5,5 ml/g, Umidità 18-35% SECCHI Volume specifico 1,3-2,5 ml/g, Umidità <5-10% La lievitazione Tipo biologico Lievito di birra o lievito compresso (Saccharomyces cerevisiae) Lievito naturale o impasto acido Tipo chimico Reazione tra sali di alcuni acidi e bicarbonato Bicarbonato d ammonio Tipo fisico Vapore acqueo Laminazione (+ lievitazione biologica) 2

3 La sicurezza d uso e la stabilità C temperatura < 100 C umidità a w = La lievitazione di tipo biologico Tipo di cereale Avvio della fermentazione Caratteristiche dell impasto METODO DIRETTO (lievito di birra) grano tenero grano duro addizione di lievito di birra lievitazione rapida Ciclo di lavorazione rapido METODO INDIRETTO (lievito naturale) grano tenero grano duro segale orzo fermentazione spontanea Addizione di madre Starter selezionati lievitazione lunga Acidificazione Ciclo di lavorazione lungo 3

4 Le materie prime Farine di cereali (frumento, orzo, farro, segale riso, mais, avena) o pseudocereali (amaranto, grano saraceno..) ATTITUDINE PANIFICATORIA quantità e qualità della frazione proteica (10-15% della cariosside di frumento; rapporto tra gliadine e glutenine (glutine) L amido rappresenta il 65/70% del peso secco della cariosside di frumento. Cellulosa, -glucani e arabinoxilani (fibra) maggior resa di prodotto e ritardo nell essiccamento della mollica (pani a volume ridotto a causa dell impatto negativo sul reticolo proteico). Le materie prime Alcuni lipidi svolgono un ruolo nella fase di impastamento e nella determinazione del volume del pane; altri intervengono nelle fasi di gelatinizzazione e rigonfiamento dei granuli durante la cottura e nelle fasi di raffermimento. L acqua è indispensabile per la formazione del glutine durante l impastamento. Il sale, quando presente, rafforza la struttura dell impasto mediante interazione con la frazione proteica, controlla le attività microbiche durante la fermentazione, ha un ruolo positivo sul volume del pane e sull aroma del prodotto 4

5 Log UFC/g 24/10/2012 Il processo produttivo METODO DIRETTO: processo discontinuo che consiste nell impastare tutti gli ingredienti in un unica fase. L agente lievitante è il Saccharomyces cerevisiae (lievito di birra) METODO INDIRETTO: processo discontinuo nel quale gli ingredienti sono aggiunti in fasi successive secondo il sistema dei rinfreschi.. Applicazioni di questo metodo sono la lavorazione con biga (sponge and dough) o quella con lievito naturale (sourdough). Lievito di birra + acqua e farina Prima lievitazione Impastamento Seconda lievitazione Modellazione Breve lievitazione Il metodo diretto: impasto con lievito di birra Saccharomyces cerevisiae minuti 5

6 Log UFC/g 24/10/ Candida holmii Candida humilis/milleri Saccharomyces exiguus lieviti b.lattici b.acetici Il metodo indiretto: impasto con lievito naturale Lactobacillus brevis Lactobacillus plantarum Lactobacillus fermentum Lactobacillus pontis Lactobacillus sanfranciscensis Pediococcus spp ore Caratteristiche Lievito naturale Lievito di birra ph 3,8-4,6 5,3-5,8 Acido lattico 0,4-0,8% 0,005-0,04% Acido acetico 0,10-0,40% 0,005-0,04% Raffermimento Lento Rapido Conservazione microbiologica Aspetti nutrizionali Buona protezione contro le contaminazioni Attività ottimale delle fitasi e degradazione dell acido fitico responsabile della formazione di complessi con alcuni ioni Incremento della concentrazione e biodisponibilità di aa liberi Incremento della concentrazione di sostanze fenoliche ad effetto antiossidante Maggiore solubilità della fibra Diminuzione dei valori di indice glicemico Sensibile all azione di batteri e muffe Azione ridotta delle fitasi, effetto decalcificante Concentrazione di aa liberi simile a quella della farina 6

7 Il lievito di birra Biomassa di cellule di lievito (Saccharomyces cerevisiae) selezionate in laboratorio e ottenute in elevato numero mediante propagazione in fermentatore. CREMA DI LIEVITO LIEVITO SECCO ATTIVO LIEVITO ISTANTANEO LIEVITO COMPRESSO Il lievito naturale (sourdough) Miscela di acqua e farina lasciata fermentare spontaneamente o avviata per addizione di una porzione di impasto derivante da una lavorazione precedente ( madre ). L impasto sottoposto a «rinfreschi» successivi acquisisce una capacità acidificante e lievitante costante attribuibile a microrganismi residenti rappresentati da lieviti e batteri lattici in rapporto di circa 1:100 (1x10 7 ufc/g:1x10 9 ufc/g) 7

8 Tipologie di sourdough Type I (o tradizionale): rinfreschi continui, giornalieri, allo scopo di mantenere i microrganismi in uno stato attivo. Il processo è condotto a temperatura ambiente (20-30 C) e il ph è intorno a 4. Pane di San Francisco, Panettone e altri dolci tipici da ricorrenza, pani regionali (Altamura, Pugliese, Toscano ) Lactobacillus sanfranciscensis, L. pontis, L. brevis, L. fermentum, L. fructivorans, Weissella cibaria Candida humilis/milleri, C. holmii, Saccharomyces cerevisiae, Kazachstania exigua Tipologie di sourdough Type II (o «accellerato»): preparazioni semi-fluide o liquide. Generalmente si utilizzano nell industria come acidificanti. Prevedono un unica fase di fermentazione di 15-20h in tank a temperatura controllata (spesso >30 C). Dopo 24h di fermentazione il ph è inferiore a 3,5. Lactobacillus sanfranciscensis, L. pontis, L. reuteri, L. panis, L. fermentum, Weissella confusa, L. acidophilus, L. johnsonii Saccharomyces cerevisiae può essere aggiunto ma non ci sono lieviti naturalmente presenti 8

9 Tipologie di sourdough Type III (o essiccato): sono sourdough essiccati sotto forma di polveri, utilizzati come acidificanti e aromatizzanti. Spesso addizionati di lievito di birra per la lievitazione dell impasto finale. Lactobacillus brevis, L. plantarum, Pediococcus pentosaceus Saccharomyces cerevisiae può essere aggiunto ma non ci sono lieviti naturalmente presenti I microrganismi del lievito naturale: I lieviti Criptococcus albidus ufc/g Rhodotorula glutinis Pichia membranaefaciens, P. anomala, P. burtonii Candida zeylanoides Saccharomyces cerevisiae Candida humilis/milleri Kazachstania exigua Issatchenkia orientalis ufc/g 9

10 I microrganismi del lievito naturale: I lieviti Diminuzione della concentrazione di ossigeno in seguito a una prima fase di respirazione e proliferazione cellulare i lieviti fermentano i carboidrati solubili della farina seguendo la via glicolitica (EMP) I microrganismi del lievito naturale: I lieviti Lieviti come S. cerevisiae hanno un elevata velocità di trasporto del glucosio che consente una rapida sintesi di etanolo e CO 2. Al contrario saccarosio e maltosio sono preventivamente idrolizzati nei monosaccaridi corrispondenti a opera di invertasi e maltasi. Il maltosio è liberato dai granuli di amido danneggiati grazie all attività di α- e β- amilasi della farina. È quindi il carboidrato maggiormente disponibile nel corso della fermentazione 10

11 I microrganismi del lievito naturale: I batteri lattici Lattobacilli omofermentanti obbligati (fermentano solo gli esosi mediante la via EMP con produzione di acido lattico): L. amylovorus, L. acidophilus, L. delbrueckii, L. farciminis, L. mindensis, L. crispatus, L. johnsonii, L. amylolyticus, L. crustorum I microrganismi del lievito naturale: I batteri lattici Lattobacilli eterofermentanti facoltativi (fermentano gli esosi mediante la via EMP e i pentosi mediante la via 6- fosfogluconato/fosfochetolasi con produzione di acido lattico o acido lattico + acido acetico): L. plantarum, L. pentosus, L. alimentarius, L. paralimentarius, L. casei, L. nantensis, L. secaliphilus 11

12 I microrganismi del lievito naturale: I batteri lattici Lattobacilli eterofermentanti obbligati(fermentano esosi e pentosi mediante la via 6-PG/PK, con produzione di acido lattico, etanolo/ acido acetico e CO 2 ): L. acidifarinae, L. brevis, L. buchneri, L. fructivorans, L. frumenti, L. hammesii, L. hilgardii, L. panis, L. pontis, L. reuteri, L. rossiae, L. sanfranciscensis, L. spicheri, L. zymae Lactobacillus sanfranciscensis Sfruttando la forza protonmotrice (PMF), il maltosio è veicolato all interno della cellula in simporto con un protone senza dispendio di ATP ed è idrolizzato dall enzima maltosio fosforilasi L efflusso di glucosio continua sino al completo esaurimento del glucosio dell impasto, dopodiché anch'esso è inviato alla glicolisi 12

13 Lactobacillus sanfranciscensis L. sanfranciscensis è inoltre in grado di sfruttare il fruttosio come accettore esterno di elettroni e non come substrato attivazione della via dell acetato chinasi, con conseguente sintesi di acido acetico invece di etanolo Anche altri composti (ossigeno, alcune aldeidi, glutatione) sono in grado di attivare la via dell acetato chinasi, modificando in tal modo il quoziente di fermentazione entro valori ottimali per le caratteristiche sensoriali e la shelf-life I microrganismi del lievito naturale: I batteri lattici Contributo aromatico idrolisi delle proteine native durante la fermentazione dell impasto, dovuta a proteasi endogene delle farine (attivate a ph 3,0-4,5). Gli oligopeptidi sono veicolati all interno della cellula batterica e subiscono un ulteriore degradazione ad opera di peptidasi Rilascio di peptidi di piccole dimensioni e aminoacidi Ulteriore conversione in altre molecole o direttamente come precursori di composti volatili che si generano durante la cottura (ornitina 2-acetil-pirrolina) 13

14 I consorzi microbici La distribuzione dei batteri lattici è altamente variabile da un sistema sourdough ad un altro. Ci sono diversi fattori ecologici che intervengono sia a livello di crescita che di selezione di generi e specie temperatura Metaboliti microbici Resa dell impasto Potenziale redox ph Forza ionica 14

15 I consorzi microbici Impasti ad associazione labile Microflora non stabile e piuttosto eterogenea. Lieviti (Saccharomyces, Candida, Pichia, Hansenula and Rhodotorula) e batteri lattici (Pediococcus, Leuconostoc and Enterococcus) si trovano in competizione. Sono impasti utilizzati nelle produzioni artigianali (prodotto non standardizzato). Impasti ad associazione stabile Microflora stabile, selezionata attraverso il mantenimento di umidità, temperatura(12-24 C) e tempo di lievitazione (24-48 h) costanti. Batteri lattici eterofermentanti quali Lactobacillus sanfranciscensis e Lactobacillus pontis, e lieviti quali Kazachstania exigua, Candida humilis/ milleri ed eventualmente anche Saccharomyces cerevisiae. E un associazione di tipo MUTUALISTICO 15

16 L associazione mutualistica Candida humilis/milleri e Kazachstania exigua sono lieviti maltosionegativi e acido-tolleranti. Lactobacillus sanfranciscensis è un batterio maltosio-positivo. Lo zucchero viene idrolizzato con la produzione di glucosio e glucosio 6 fosfato (metabolizzato poi a livello intracellulare). Il glucosio non fosforilato può essere escreto all esterno della cellula batterica e quindi utilizzato dai lieviti maltosio negativi o indurre la repressione del glucosio in quelli maltosio positivi. Il fattore limitante è il ph (L. sanfranciscensis non cresce al di sotto di 3.8). Il lievito rilascia nell ambiente peptidi in grado di stimolare la crescita del lattobacillo. Altri tipi di interazioni Candida milleri, capace di rendere disponibile fruttosio, e batteri lattici in grado di trarre vantaggio dalla presenza di questo carboidrato come accettore esterno di elettroni. C. milleri in associazione con lattobacilli omofermentanti obbligati (L. acidophilus) o eterofermentanti facoltativi (L. plantarum) favorisce un incremento del potere fermentativo da parte del lievito. Presenza di L. plantarum nei lieviti naturali attribuita alla sua capacità di sintetizzare batteriocine (plantaricina A) 16

17 Conservazione L impiego del lievito naturale può risultare idoneo anche per ritardare il raffermamento dei prodotti lievitati da forno. Retrogradazione dell amido La combinazione di enzimi, quali α-amilasi, endoxilanasi o lipasi, con il lievito naturale o copn particolari biotipi di batteri lattici, può interbenire nell estensione della shelf-life del prodotto, in relazione alle modificazioni indotte sulle componenti chimiche (soprattutto amido e proteine) che intervengono nel processo di raffermamento. Gluten-free e lievito naturale CELIACHIA: sindrome da malassorbimento, più precisamente descritta come enteropatia immuno-mediata (intolleranza al glutine). dieta priva di qualsiasi fonte di glutine (farine di riso, mais, sorgo, pseudocereali) Miglioramento delle caratteristiche sensoriali e aromatiche, miglioramento dell alveolatura della mollica e della struttura del pane. I batteri lattici mostrano buone potenzialitàanche per la riduzione di glutine presente come contaminante in miscele di farina per pane Gluten-free 17

18 Contaminazione microbica Le muffe rappresentano la principale causa di alterazione. La contaminazione deriva soprattutto da: materie prime attrezzature superfici di lavoro aria dell ambiente di lavorazione Colori e sapori anomali e, in secondo luogo, micotossine e sostanze che possono provocare allergie HACCP(FASI DI RAFFREDDAMENTO E CONFEZIONAMENTO) Alterazioni microbiche Difetto di ammuffimento Agenti: Aspergillus, Penicillium, Cladosporium Controllo mediante impiego di conservanti: acido sorbico, acetico, propionico,lattico ed etanolo. Utilizzo di lievito naturale come sistema naturale per limitare l ammuffimento; non efficace nei confronti di Penicillium roqueforti (pane di segale). Utilizzo di batteri lattici in grado di produrre sostanze attive nei confronti delle specie fungine (Lactobacillus plantarum) 18

19 Alterazioni microbiche Difetto di gessatura o chalk moulds Agenti: Zygosaccharomyces bailii, Endomyces fibuliger, Pichia burtonii, Saccharomyces cerevisiae, Torulaspora delbrueckii, Candida guillermondii Difetti sensoriali Agenti: Zygosaccharomyces rouxii, Hansenula anomala Alcoli ed esteri Alterazioni microbiche Difetto di filante o rope Agenti: Bacillus cereus, B. subtilis, B. licheniformis, B. clausii, B. firmus Le endospore, derivanti da farine contaminate, sopravvivono al processo di cottura e germinano per effetto dello shock termico ( C per pochi minuti a cuore) Capacità amilolitica e proteolitica dei bacilli Il lievito naturale consente un abbassamento del ph fino a valori incompatibili con la germinazione delle spore. 19

20 Determinazione dei lieviti(sull impasto) Conta in piastra YGC Saboraud dextrose WL Tecniche fenotipiche e molecolari per l identificazione PCR-RFLP applicata al frammento 5.8S-ITS Determinazione dei batteri lattici (sull impasto) Conta in piastra Tecniche fenotipiche e molecolari per l identificazione Sequenziamento 16S rdna 20