Alimentazione Campione di energia Marina Carcea L energia e i bioattivi fanno del frumento la base dell alimentazione umana. Il frumento e i suoi derivati possono essere considerati alimenti prevalentemente energetici dal momento che contengono elevate quantità di carboidrati (70% circa), proteine (12% circa) e pochi lipidi (3% circa) localizzati prevalentemente nel germe [1]. Per quanto riguarda i lipidi, la granella di frumento contiene soprattutto acidi grassi insaturi. Infatti, l olio di germe di grano è un prodotto apprezzato per il suo contenuto di acidi linoleico (18:2) e linolenico (18:3). Entrambi questi acidi, molto importanti per il metabolismo umano, non possono essere sintetizzati dall uomo. I componenti più rappresentativi sono C16 e C18, sia saturi che insaturi e, in particolare, C16:0, C18:1 e C18:2, rappresentano insieme circa il 90% del totale. Gli acidi grassi saturi hanno una funzione prevalentemente energetica, mentre i polinsaturi hanno ruoli strutturali e metabolici [2]. Il frumento integrale è anche una buona fonte di fibra alimentare e di vitamine lipo e idrosolubili, in particolare vitamina A e vitamina B1. Le vitamine liposolubili sono principalmente presenti nel germe come la vitamina B1, che è presente anche nelle parti cruscali. Una certa quantità (circa il 10%) viene persa anche nei processi di cottura degli alimenti. Scarsi sono i contenuti di altre vitamine del gruppo B ed è praticamente assente la vitamina C. La vitamina PP o niacina è presente in gran parte sotto forma di un glicoside dell acido nicotinico che non è biologicamente disponibile [3]. Biodisponibilità dei nutrienti Nel frumento sono inoltre presenti interessanti quantità di elementi minerali che a seconda dell entità della loro presenza possono essere suddivisi in macro o micro e- lementi: macroelementi presenti nel frumento sono il potassio, il fosforo, il magnesio e il calcio mentre microelementi, o elementi in traccia, sono il rame, il ferro, il manganese, lo zinco e il selenio. Le cariossidi del frumento sono molto ricche di fosforo, il quale si trova però in parte combinato con l inositolo a formare acido fitico e non viene pertanto assorbito. Anche il ferro presente nel frumento, trovandosi in forma non eme, può presentare problemi di biodisponibilità. La maggior parte degli elementi minerali, essendo localizzati nelle parti più esterne della cariosside, sono selettivamente eliminati con alcuni processi di lavorazione come l abburattamento delle farine e delle semole. Ne consegue che prodotti integrali hanno un maggiore contenuto di elementi minerali rispetto a quelli più raffinati [4]. Negli ultimi decenni la ricerca sul frumento ha rivolto la sua attenzione allo studio delle sostanze che vengono definite bioattive: si tratta di molecole che sono in grado di influenzare i processi metabolici e aiutare il mantenimento nell organismo di uno stato di buona salute prevenendo così l insorgere di malattie cronicodegenerative. Tra queste sostanze, che sono anch esse particolarmente concentrate negli strati esterni della cariosside, ricordiamo le sostanze antiossidanti come gli acidi fenolici, i componenti della fibra solubile e insolubile, i carotenoidi, i fitosteroli e i lignani [5]. Le proteine Le proteine del frumento svolgono un ruolo tecnologico fondamentale nella preparazione di prodotti alimentari quali pane e pasta grazie alla presenza di frazioni proteiche (gliadine e glutenine) che, in presenza di acqua, hanno la capacità di formare il glutine che possiede peculiari caratteristiche di elasticità e tenacità. Le proteine del frumento svolgono anche un ruolo nutrizionale importante anche se il loro valore biologico non è ottimale. Il contenuto in aminoacidi essenziali degli alimenti è utilizzato dai nutrizionisti per indicare il valore biologico delle proteine che si ottiene confrontando la composizione delle proteine in questione 1
con quella di proteine di origine animale (le proteine dell uovo o del latte), di norma considerate di alta qualità grazie alla presenza degli aminoacidi essenziali nelle giuste proporzioni Le proteine del frumento sono defi-citarie di alcuni a- minoacidi essenziali, in particolare di lisina, di treonina e di isoleucina. È chiaro pertanto che i prodotti derivati dal frumento, quali pane e pasta, non possono da soli soddisfare le esigenze di qualità protei-ca dell organismo umano. Nella dieta giornaliera però questi alimenti vengono consumati in combinazione ad altri alimenti di varia natura che molto facilmente ne compensano le deficienze aminoacidiche. Basti pensare che 10 g corrispondono circa a un cucchiaino di formaggio parmigiano aggiunti a un piatto di pasta cot-ta e scolata sono sufficienti a modificare in senso positi-vo il valore biologico delle proteine presenti nel piatto, per non parlare poi di alcuni tradizionali abbinamenti tra alimenti quali pasta e legumi (fagioli, ceci, lentic-chie) in cui la composizione aminoacidica dei cereali viene compensata da quella complementare dei legumi, dando luogo a un insieme che presenta una qualità pro-teica globale simile a quella delle proteine della carne, considerate di alto valore biologico [6]. I carboidrati Per quanto concerne i carboidrati del frumento occorre specificare che sono costituiti prevalentemente da carboidrati complessi (circa l 80%) e in particolare da amido. I carboidrati semplici (glucosio, fruttosio, saccarosio, maltosio) sono prontamente assorbiti e utilizzati dall organismo, mentre i carboidrati complessi quali l amido richiedono un certo lavoro digestivo per essere trasformati in zuccheri semplici e, per questo, sono a più lento assorbimento. I nutrizionisti raccomandano che tra il 45 e il 60% del fabbisogno energetico della popolazione sia fornito da carboidrati dei quali i tre quarti circa in forma complessa e il resto in forma di zuccheri semplici. È chiaro quindi che la composizione dei carboidrati del frumento è nutrizionalmente favorevole. Elementi generali in favore del consumo di carboidrati come fonte di energia sono costituiti dal fatto che il loro metabolismo non produce molecole potenzialmente pericolose come corpi chetonici (derivanti dal metabolismo dei grassi), urea (proteine) e acetaldeide (alcool) e i carboidrati sono la principale fonte di energia per i neuroni e i globuli rossi. Gli individui adulti richiedono 180 g/giorno di glucosio per soddisfare i fabbisogni energetici del sistema nervoso e dei globuli rossi [7]. Occorre anche ricordare che gli alimenti amidacei (pane e pasta principalmente) mostrano differenze nel processo di digestione dei carboidrati e questo ha un effetto importante sulla presenza di glucosio nel sangue, sui livelli di insulina e di ormoni intestinali. È possibile valutare l effetto relativo dell ingestione di differenti cibi sul livello di glucosio nel sangue misurando l innalzamento del livello di glucosio in seguito all ingestione di una porzione test che contiene 50 g di carboidrati comparandola con l effetto prodotto da 50 g di un prodotto standard (100% glucosio). La comparazione delle aree sottese alle due curve del glucosio produce un indice metabolico importante per la comparazione di prodotti amilacei che è costituito dall Indice glicemico (Ig). Il valore di questo indice è influenzato dalla qualità dei carboidrati (semplici o complessi), dalla presenza di fibre nell alimento in esame o altre sostanze, come proteine o grassi, che rallentano la velocità di assorbimento intestinale o dai diversi processi tecnologici a cui viene sottoposto il frumento. Pane e pasta, per esempio, non hanno lo stesso indice glicemico: il pane bianco è classificato come prodotto a medio-alto Ig, cioè più rapidamente digeribile, mentre la pasta a medio-basso Ig (50-70%), cioè più lentamente digeribile. Nell ambito della stessa pasta formati diversi potrebbero produrre risposte diverse e i diversi condimenti possono esercitare un influenza notevole sull Ig [8]. Studi recenti ipotizzano che il consumo di cibi con un alto Ig contribuisca alla cosiddetta resistenza insulinica che è associata con un aumento del rischio di sviluppare il diabete mellito, l obesità, le malattie cardiovascolari e alcune forme di cancro. Un altro parametro di interesse metabolico legato all amido è la presenza negli alimenti della frazione denominata amido resistente che è costituita dalla somma dell amido e dei suoi prodotti di degradazione che non sono assorbiti nell intestino tenue durante la digestione. Questa frazione raggiunge il colon insieme alle fibre dove viene fermentato dalla microflora intestinale con la produzione di acidi grassi a catena corta (acetico, propionico e butirrico). Queste molecole sono interessanti per i loro effetti positivi sulla salute umana, tra cui la promozione dell assorbimento di calcio, magnesio e ferro, l effetto trofico sulla microflora intestinale e quindi l azione prebiotica, l inibizione della crescita di cellule neoplastiche. La pasta cotta ha in generale un contenu- 2
to di amido resistente più alto di quello del pane bianco anche se il grado di cottura può avere influenza su questo parametro [9]. Funzioni dietetica e piramide alimentare I prodotti a base di frumento conservano un posto di rilievo nella dieta giornaliera dell uomo nella quale l importanza e la corretta proporzionalità degli alimenti da consumare può essere schematicamente indicata attraverso la cosiddetta piramide della dieta. Il Ministero della Salute nell ambito del Programma guadagnare salute indica una piramide alimentare italiana di 6 piani in cui sono disposti in modo scalare i vari gruppi di alimenti [10]. Ciascun gruppo deve essere presente nella nostra dieta in modo proporzionale alla grandezza della sua sezione. Alla base della piramide si trovano gli a- limenti che possiamo consumare più liberamente mentre al vertice troviamo quelli che è opportuno limi-tare per ridurre il sovrappeso e prevenire l obesità e le malattie metaboliche. Prodotti a base di frumento quali pane, pasta e biscotti si posizionano sul secondo piano dalla base dopo frutta, ortaggi e acqua. Pane, pasta, ri-so, biscotti e patate possono essere consumati 4-5 volte al giorno. Il frumento integrale e i prodotti a base di sfarinati integrali sono poi un ottima fonte di fibra alimentare (per l 80% si trova nelle parti cruscali). La fibra non ha di per sè valore nutritivo o energetico ma svolge un importante azione di regolazione della funzionalità intestinale, contribuisce ad aumentare il senso di sazietà e la sua presenza nella dieta è stata messa in relazione alla riduzione del rischio per malattie cronicodegenerative (tumori al colon-retto, diabete e malattie cardiovascolari). Dal punto di vista chimico e fisiologico, la fibra è suddivisa in 2 frazioni: la cosiddetta fibra insolubile (in acqua) costituita da cellulosa, emicellulosa, lignina e la fibra solubile costituita da pectine, gomme, mucillagini, amido resistente. La fibra del frumento è prevalentemente fibra insolubile: considerato che la fibra totale è circa il 10%, i tre quarti sono costituiti da fibra insolubile e un quarto da fibra solubile. La fibra insolubile agisce prevalentemente sul funzionamento dell apparato digerente mentre quella solubile svolge anche una funzione di regolazione dell assorbimento di alcuni nutrienti quali zuccheri e grassi, esercitando quindi un importante azione di controllo sulla glicemia e sulla colesterolemia del sangue [7]. Le parti cruscali costituite dagli strati più esterni della cariosside sono anche quelle più ricche di composti bioattivi. Tra questi ricordiamo gli acidi fenolici (ferulico, cinnamico, vanillico, caffeico, ecc.) che si trovano in forma libera, solubile esterificata e insolubile legata ad altre molecole, i quali sono noti per la loro attività antiossidante in grado di contrastare l azione di danneggiamento cellulare dei radicali liberi. L acido ferulico è l acido fenolico più abbondante nelle pareti cellulari della granella di frumento e la sua forma libera è consi-derata un buon antiossidante che, in modelli animali, si è dimostrato capace di inibire la carcinogenesi chimicamente indotta. Un altro gruppo di sostanze bioattive sono i cosiddetti carotenoidi, una importante classe di pigmenti liposolubili costituita da xantofille (luteina e zeaxantina) e caroteni (licopene e carotene). I carotenoidi sono sostanze antiossidanti in grado di proteggere le cellule e i tessuti dagli effetti dannosi dei radicali liberi e dell ossigeno singoletto. Altri effetti che potrebbero essere collegati al loro potenziale antiossidante includono il potenziamento del sistema immunitario, la protezione nei confronti delle scottature solari e l inibizione dello sviluppo di alcuni tipi di cancro. Tra i cereali, il frumento, sia tenero che duro, è una buona fonte di xantofille. Sempre tra le molecole bioattive si ricordano i lignani, un tipo di fitoestrogeni tra cui annoveriamo il matairesinolo, il pinoresinolo, il secoisolariciresinolo e il lariciresinolo. Queste sostanze possono esercitare un attività antiossidante, anticarcinogenica, estrogenica e antiestrogenica. Diversi studi epidemiologici hanno mostrato un potenziale effetto protettivo dei loro metaboliti intestinali (ente- 3
rolattone ed enterodiolo) nei confronti dei tumori ormone-dipendenti (al seno e alla prostata) e nei confronti delle malattie cardiovascolari. In virtù della quantità consumata giornalmente attraverso gli alimenti derivati, l apporto di lignani del frumento non è da trascurare [5]. Conclusioni Sebbene per la popolazione italiana gli alimenti a base di frumento costituiscano la principale fonte giornaliera di energia, questi contribuiscono anche al soddisfacimento dei bisogni proteici. Sono inoltre un interessante fonte di vitamine, sali minerali e sostanze bioattive. I prodotti integrali possono contribuire in maniera efficace a incrementare il consumo di fibra così come raccomandato dai nutrizionisti. Le potenzialità della granella in quanto a presenza di nutrienti e sostanze bioattive nonché la loro biodisponibilità possono essere modificate dai processi tecnologici (decorticazione, macinazione, abburattamento, ecc.) e seconda trasformazione (panificazione con differente fermentazione, pastificazione, ecc.) o dall aggiunta di altri ingredienti. I trattamenti termici a cui viene sottoposta la materia prima possono anche essere responsabili di variazioni nella presenza di so-stanze d interesse tossicologico quali alcuni prodotti della reazione di Maillard come acrilammide e furosina. Non si deve dimenticare che alcuni individui manife-stano intolleranza al glutine di frumento. Nei casi in cui l intolleranza si manifesta in modo permanente si parla di celiachia, malattia dell intestino tenue che si verifica in individui di tutte le età geneticamente predisposti; tra i vari sintomi vi sono diarrea cronica, dermatiti, ritardi di crescita nei bambini e stanchezza [7]. Non si devono poi trascurare gli aspetti igienico-sanitari dei prodotti a base di frumento dovuti all eventuale presenza di micotossine, metalli pesanti, residui di fitofarmaci ed elementi di interesse tossicologico e residui di pesticidi. I processi di pulitura e di prima trasformazione sono in grado di abbattere notevolmente le eventuali contaminazioni presenti sulla granella, senza dimenticare la riduzione delle sostanze contaminanti (in taluni casi pari al 50%) che si verifica, per esempio, con la bollitura [11]. storia dell agricoltura di Sant Angelo Lodigiano, il 12 ottobre 2012. Riferimenti bibliografici [1] Pomeranz Y., 1987. Modern cereal science and technology. Vch publishers, Federal Republic of Germany. [2] Lafiandra D., Masci S., Sissons M., Dornez E., Delcour J.A., Courtin C.M., Caboni M.F., 2012. Kernel components of technological value. Durum wheat: chemistry and technology. Aacc International, 106-111, [3] Carcea M., 1997. Il ruolo dei cereali e derivati per una sana alimentazione. Molini d Italia, 48, 12, 45-49. [4] Grant C., Cubadda F., Carcea M., Pogna N.E., Gazza L., 2012. Vitamins, minerals and nutritional value of durum wheat. Durum wheat: chemistry and technology. Aacc International, 125-130. [5] Durazzo A., Raguzzini A., Azzini E., Foddai M.S., Narducci V., Maiani G., Carcea M., 2009. Bioactive molecules in cereals. Tecnica molitoria international, 60, 10A, 150-163. [6] Kasarda D.D., Mimmo C.C., Kohler G.O., 1978. Proteins and the aminoacid composition of wheat fractions. Durum wheat: Wheat chemistry and technology. Aacc International, 227-299. [7] Inran, 2013. Più cereali, legumi, ortaggi e frutta. Linee guida per una sana alimentazione Italiana. http://www.inran.it [8] Aston L.M., Gambell J.M., Lee D.M., Bryant S.P., Jebb S.A., 2008. Determination of the glycaemic index of various staple carbohydrate-rich foods in the uk diet. European journal of clinical nutrition, 62, 2, 279-285. [9] Carcea M., Salvatorelli S., Turfani V., 2009. Measurement of resistant starch in cooked cereal based foods. Quality assurance and safety of crops and foods, 1, 4, 240-245. L articolo è tratto dalla relazione presentata al seminario Il frumento, la più importante fonte di cibo per l umanità che si è tenuto presso il Museo lombardo di [10] Ministero della Salute. Programma guadagnare salute, 2013. 4
http://www.salute.gov.it/stilivita/paginainternamenus tilivita.jsp?id=475menu=alimentazione [11] Cubadda F., Raggi A., Zanasi F., Carcea M., 2003. From durum wheat to pasta: effect of technological processing on the levels of arsenic, cadmium, lead and nickel a pilot study. Food additives and contaminants, 20, 4, 353-360. Marina Carcea, primo tecnologo, è Direttore del Programma cereali presso l Istituto nazionale di ricerca per gli alimenti e la nutrizione di Roma. www.intersezioni.eu 5