Alimenti e bevande - Appunti integrati con slides

Informazioni generali

Email: paola.littardi@unipr.it

Contenuti: I principali alimenti e categorie di alimenti; materie prime e prodotti finiti; aspetti qualitativi; trasformazioni fisico/chimiche.

Esame: 33 domande a risposta multipla in 30 minuti, 1 punto per domanda corretta, 0 per domanda sbagliata/non data. Date: 28/05; 11/06; 02/07 alle 9:30 di mattina.

I cereali

Sono piante appartenenti alla famiglia delle graminacee coltivate per i frutti detti cariossidi. I principali sono frumento, orzo, avena e segale tra i cereali microtermi (ciclo autunnale-primaverile) e riso, mais, miglio e sorgo tra i macrotermi (ciclo primaverile-estivo). I cereali più coltivati (in superficie) sono mais, frumento, riso. Grano saraceno non è una graminacea ma una poligonacea.

Frumento o grano

È il più importante e diffuso tra tutti i cereali, è molto adattabile al terreno e alle temperature. Le specie più comuni in Europa sono Triticum vulgare (grano tenero) che ha cariosside opaca e molto ricca di amido quindi adatta per la panificazione, e il Triticum duro (grano duro) che ha cariosside più dura e lucida ed è molto più ricca di glutine quindi più adatto per la produzione di paste alimentari. In generale, rappresenta il 30% della produzione mondiale di cereali, il 17% di scambi agricoli internazionali, il 75% è destinato all’alimentazione umana, il 15% all’alimentazione animale e il resto per usi non alimentari.

L’industria molitoria italiana si è molto evoluta nella storia: in 20 anni il numero di mulini si è ridotto a 1/3 rispetto a prima, questi hanno adottato tecniche innovative per la produzione di circa 11 milioni di tonnellate di lavorato di frumento (suddiviso abbastanza equamente tra duro e tenero). La resa di duro e tenero è abbastanza simile, tuttavia, la produzione italiana di frumento è insufficiente, infatti dipendiamo al 60% dall’estero per soddisfare il fabbisogno interno. A livello mondiale l’Asia è il maggior produttore seguita da EU e Americhe, penultima l’Oceania e Africa all’ultimo posto.

Componenti del frumento

• Carboidrati: Amido, zuccheri semplici, emicellulose.
• Proteine: Albumine, globuline, enzimi, gliadine + glutenine.

Carboidrati

• Zuccheri semplici: Sono formati da disaccaridi e oligosaccaridi. Occupano circa l’1,5-2% ma possono aumentare per azione dell’amilasi che degrada la catena dell’amido staccando delle parti cioè zuccheri semplici (necessari per la panificazione, fermentazione di zuccheri semplici da parte dei lieviti).
• Polisaccaridi:
  • Pentosani: 6,5% e sono rappresentati da arabinoxilani e arabinogalattani (formati da zuccheri semplici: xilosio e ribosio). Aiutano a migliorare la consistenza dell’impasto, aiutano a ritenere i gas all’interno della struttura, interagiscono con l’amilopectina e formano legami con essa e ritardano il raffermimento contrastando i legami tra amilosio e acqua.
  • Cellulosa: 2,5% è una struttura ramificata formata da zuccheri semplici. È un polimero di glucosio non amidaceo in quanto i legami che uniscono le unità di glucosio sono B-1-4. Ha conformazione lineare, è insolubile ed ha una forma parzialmente cristallina.
  • Emicellulosa: Polisaccaridi non amidacei, sono presenti negli strati più esterni della cariosside. Fanno parte delle componenti fibrose e hanno la caratteristica di trattenere l’acqua (molto importante nelle fasi di impastamento).
  • Amido: È contenuto nell’endosperma e occupa circa il 60-68%, è un omopolisaccaride del glucosio solubile in H₂O. Costituito da:
    • Amilosio: 25%, è una catena semplice e lineare di molecole di glucosio tramite legami a-1-4. Si ha l’unione di un numero che va da 500 a 6000 unità di glucosio.
    • Amilopectina: 75%, è una struttura ramificata con legami, la parte lineare della catena ha i legami dell’amilosio ma nella zona di ramificazione il legame è a-1-6. Si ha l’unione di 10⁶ unità di glucosio.

Cambiamenti dell'amido

Nei granuli di amido le molecole sono organizzate in forma:

• Cristallina: Più ordinata dove le vaie molecole e catene sono distribuite omogeneamente.
• Paracristallina: Via di mezzo.
• Amorfa: Disorganizzazione della disposizione delle catene.

L’amido cambia durante diverse fasi:

• Riscaldamento: Avviene la gelatinizzazione dell’amido. Il granulo dell’amido in presenza di H₂O e calore si gonfia e si osserva la parziale fusione dei granuli all’interno. Man mano che il granulo si gonfia si creano spaccature (discontinuità) dalle quali tenderanno ad uscire le parti di amilosio. Ciò porta alla formazione di una struttura gelatinosa (impasto).
• Raffreddamento: Le strutture di amilosio e amilopectina, che si sono disorganizzate nella fase di riscaldamento, tendono a ricristallizzare di nuovo in strutture più organizzate durante il raffreddamento. Le catene si riallineano tra loro e formano una struttura a network, ciò è alla base del raffermimento del pane in quanto le catene di amilosio si ricristallizzano velocemente.
• Conservazione: Le catene si riallineano tra loro e formano una struttura a network nella fase di raffreddamento, ciò è alla base del raffermimento del pane in quanto le catene di amilosio si ricristallizzano velocemente mentre quelle di amilopectina hanno bisogno di molto più tempo.

Proteine

Le proteine non glutiniche sono circa il 15% delle proteine totali, sono solubili e hanno funzione enzimatica (es. albumine, globuline, peptidi liberi). Mentre le proteine glutiniche sono l’85%:

• Glutine: È una proteina insolubile. È necessario per la formazione degli impasti e per conferirvi le caratteristiche elastiche. È composto da:
  • Gliadine: Hanno basso peso molecolare, per lo più monometriche globulari, conferiscono caratteristiche di estensibilità e hanno una bassa elasticità. Sono solubili in acidi e basi. Sono ricche in glutammina. Non hanno resistenza all’estensione e quindi danno viscosità.
  • Glutenine: Hanno alto peso molecolare, per lo più polimeriche lineari, conferiscono caratteristiche di elasticità e hanno una bassa estensibilità. Sono sospensibili in acidi e basi. Sono ricche in cisteina.

Il network glutinico che si creerà avrà strutture più o meno compatte a seconda della quantità di glutenine e cisteine presenti nell’impasto a causa dei diversi legami che formano queste molecole. I cereali non contenenti glutine non hanno la capacità di formare impasti viscoelastici quindi a livello naturale è necessaria farina di frumento duro per la panificazione, tuttavia a livello tecnologico si sono andate a creare tecniche per la panificazione da farine non contenenti glutine (mais, sorgo, miglio, avena/segale).

Proteine enzimatiche

• Lipasi e lipossigenasi: Sono presenti principalmente nel germe e possono dare problemi di irrancidimento (si verificano fenomeni di ossidazione delle componenti lipidiche che formano degli off-flavors).
• Proteasi: Inibiscono la formazione della trama proteica andando a rompere le proteine ostacolando la panificazione e diminuendo la consistenza elastica dell’impasto. Sono i precursori degli aromi.
• Fitasi: Importante per idrolizzare i legami fosforici dell’acido fitico (considerato un antinutrizionale in quanto demineralizzante) che formerebbe complessi insolubili con ioni Ca, Mg, Fe, Zn, che quindi non vengono assorbiti correttamente durante la digestione a livello intestinale. Per favorire l’azione della fitasi si può agire tenendo dei tempi di fermentazione dell’impasto più lunghi e attuando cotture a T non troppo elevate che, altrimenti, disattiverebbero l’azione delle fitasi.
• A e B amilasi: Idrolizzano l’amido in maltosio, sono naturalmente presenti ma possono anche essere aggiunti. Sono molto importanti per la fermentazione di lieviti in quanto vanno a “tagliare” catene di amido trasformandolo in zuccheri semplici.
  • A-amilasi: Agiscono all’interno della catena.
  • B-amilasi: Agiscono all’estremità della catena. Ha il problema che quando incontra un legame a-1-6 si blocca quindi è necessaria anche l’azione dell’a-amilasi.

Vitamine e minerali

Le maggiormente presenti sono le vitamine della famiglia B (tiamina, riboflavina, niacina ecc.).

Cariosside del frumento

• Esterno: Pericarpo e tegumenti esterni.
• Interno: Endosperma e germe.

Componenti principali

• Endosperma: È l’80/85% del seme ed è la parte fondamentale per la produzione di farine e semole. Contiene circa il 70% delle proteine totali e il 100% dell’amido che è strutturato all’interno di granuli (la loro forma cambia a seconda dei cereali e a seconda della localizzazione all’interno della cariosside). I granuli sono aggregati per mezzo delle proteine, sono generalmente più grossi e abbondanti nella zona centrale dell’endosperma mentre andando verso l’esterno del seme diminuisce la presenza di granuli e aumenta la presenza di proteine. Le vitamine e sali minerali sono presenti maggiormente nel pericarpo e tegumenti esterni. Sia l’amido che il glutine svolgono un ruolo di fondamentale importanza nei processi di impastamento.
• Crusca: Formata da pericarpo insieme allo strato aleuronico (come un involucro che riveste la cariosside) rappresenta circa il 18% del seme. Contiene principalmente lignina, cellulosa, sali minerali, acido fitico, pectine, proteine solubili. Le proteine all’interno della crusca hanno un valore nutrizionale maggiore rispetto a quelle del glutine. Nelle farine di scarto è la parte di scarto mentre nelle farine integrali viene mantenuta.
• Germe: O embrione. È il punto da cui si sviluppa nuova piantina in adeguate condizioni. È molto ricca di lipidi (e proteine) quindi prima della macinazione viene scartato quindi non contribuisce alla composizione degli sfarinati.

Altri cereali

Farro

È considerato l’antenato del frumento, si distingue dal frumento in quanto i tegumenti esterni sono sono aderenti al chicco. Ha una composizione simile al frumento ma è più resistente dal punto di vista agronomico, utilizzato anche per la panificazione e per minestre.

Kamut

Non è un tipo di grano, è un marchio commerciale della varietà QK-77. È un frumento orientale o grano grosso o Khorasan (triticum turgidum) appartenente allo stesso gruppo del grano duro. Ha un alto contenuto proteico, di B-carotene e selenio rispetto ai valori medi di tenero e duro.

Mais

La cariosside è più grande, più piatta e pesa di più rispetto al grano. Il germe rappresenta circa il 10/14% della cariosside. La parte esterna della cariosside è ricoperta da uno stato ceroso.

• Endosperma: Cellule grandi con pareti sottili, nella zona più esterna ha una consistenza più vitrea e compatta di forma esagonale, mentre nella zona più interna è meno compatta e i granuli hanno una forma più sferica.

Riso

La cariosside viene raccolta sul campo con la presenza dei tegumenti esterni chiamati pula (circa il 20%) quindi sono necessarie operazioni di sbramatura. La pula è ricca di sostanze fibrose e ceneri, oltre che alla silice. L’endosperma più esterno presenta granuli di amido esagonali e la matrice proteica continua, mentre in quello interno sono presenti meno proteine e i granuli sono di minori dimensioni.

Orzo

Anche esso raccolto con i tegumenti esterni. Lo stato aleuronico è composto da 2 o 3 strati di cellule, e i granuli hanno forme sferiche o lenticolari. Le pareti dell’endosperma sono molto ricche di B glucani.

Segale

Anche esso raccolto con i tegumenti esterni. La cariosside è grigio-gialla. Lo strato aleuronico è composto da un solo strato di cellule. I granuli amidici sono come nell’orzo. Le pareti dell’endosperma sono molto ricche di arabinoxilani.

Avena

Anche essa raccolta con i tegumenti esterni. La cariosside è caratterizzata da filamenti. Il germe ha una forma allungata. In generale contiene molti grassi e proteine, in particolare la lipasi che è molto attiva e presente nel germe (che viene scartato) e nell’endosperma. I granuli sono grandi oppure formano aggregati.

Sorgo

Cariosside nuda, sferica. C’è molta variabilità delle cariossidi in dimensione, forma e durezza a causa di scarse selezioni ed incroci. Il pericarpo è spesso e contiene granuli di amido. C’è uno strato sottostante ricco di proantocianidine e tannini che conferiscono un sapore amaro. Infine, i granuli sferici.

Miglio

Cariosside piccola e nuda. Il germe è piuttosto grande circa il 17%. I granuli sono tendenzialmente sferici e poco impaccati oppure poligonali molto compatti.

Conservazione dei cereali

Uno dei principali problemi è l’umidità in quanto a certe Aw possono germinare spore fungine. Un altro problema sono le infestazioni da insetti e da roditori.

Per controllare queste problematiche si può agire a diversi livelli: mantenendo una corretta aerazione del cereale stoccato, agendo sulla T (es. refrigerazione a T intorno ai 15°C), essiccare portando l’umidità a livelli inferiori del 13%, utilizzo di atmosfere modificate e controllate.

Operazioni di preparazione e conservazione

• Selezione
• Pulitura
• Insilaggio
• Condizionamento: Separazione delle parti corticali dall’endosperma tramite umidificazione al 16-17% della cariosside per 12-48 h in modo da facilitare la rottura della cariosside e facilitare la trasformazione in farine.
• Macinazione: La rottura e lo svenimento avvengono in laminatoi cilindrici rigati in modo da ottenere che le parti corticali si separino da quelle più interne mentre nella fase di rivaccina si usano cilindri lisci. Il numero di fasi varia a seconda del tipo di grano (6 per il duro).
• Setacciamento: Ad ogni fase di macinazione corrisponde una fase di setacciatura.
• Conservazione: Al termine di queste fasi si ottengono farine o semole (grano) conservate a 15°C e ad umidità relativa del 70%. Si possono conservare sia in silos esterni sia all’interno di stabilimenti. La scelta della tipologia di stoccaggio è solitamente in funzione della quantità (grande quantità silos esterni), tuttavia i costi relativi alla conservazione in silos all’interno di stabilimenti sono molto maggiori.

Composizione delle farine

• Glucidi (72%)
• H₂O (8-18% a seconda del clima)
• Proteine (7-18%): Sono solubili utilizzate nel metabolismo del lievito e altre reazioni, insolubili che formano la maglia glutinica.
• Lipidi (1,5-2%): Gliceridi, fosfolipidi e steroli.
• Sali minerali
• Vitamine

Abburattamento

Il tasso di abburattamento è la resa della macinazione, viene definito come la quantità di farina in Kg ottenuta macinando 100 Kg di grano. La 00 ha un grado di abburattamento del 50%, la 0 ha il 72%, la 1 ha l’80% e la 2 ha l’85%. Le farine più fini e bianche hanno un minore tasso di abburattamento e un minore contenuto di ceneri e sono più ricche di amido. Mentre le farine con abburattamento maggiore sono più ricche in minerali.

Definizione delle farine

Le farine sono definite in base a due leggi che presuppongono che siano classificate in base a umidità massima %, ceneri minime % e massime % e proteine % (deve essere superiore all’8%).

Tipi di semola

• Semola di grano duro: Prodotto granulare a spigolo vivo ottenuto dalla macinazione e conseguente abburattamento del grano duro, liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità. Dimensione granulare abbastanza grande.
• Semolato di grano duro: Prodotto granulare a spigolo vivo ottenuto dalla macinazione e conseguente abburattamento del grano duro, liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità, dopo l’estrazione della semola. È un prodotto più raffinato e con dimensione granulare minore della semola.
• Semola integrale di grano duro: Prodotto granulare a spigolo vivo ottenuto dalla macinazione e conseguente abburattamento del grano duro, liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità.
• Farina di grano duro: Prodotto granulare a spigolo vivo ottenuto dalla macinazione e conseguente abburattamento del grano duro, liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità.

Addizioni alle farine

• Glutine: Per aumentare la forza dell’impasto, l’assorbimento dell’H₂O, aumentando la tolleranza alla lievitazione, aumento del volume cotto grazie a migliore ritenzione dei gas.
• Malto diastasico (contenente B-amilasi): Contiene amilasi che idrolizzano l’amido in zuccheri fermentescibili, facendo lavorare meglio il lievito e conseguentemente una migliore alveolatura dell’impasto, migliora il colore della crosta, allunga la conservabilità, fornisce maltosio.
• Malto non diastasico (non contiene B-amilasi): Migliora il sapore, il colore e fornisce maltosio.
• Enzimi fungini: Amilasi migliorano la macchinabilità dell’impasto, il colore, la conservabilità. Proteasi riducono il tempo di impastatura e rendono l’impasto più debole. Ossidasi, pentosanasi e cellulasi. I funghi producono enzimi che possono essere estratti e successivamente aggiunti alle farine.

Il malto

È costituito dall’orzo. L’orzo viene bagnato e conservato in adeguate condizioni di T e umidità per favorire la germinazione. Una volta avvenuta la germinazione, in questo caso chiamata tallinatura, si procede all’essiccamento e successivamente si elimina.