Alimenti e Bevande 1

Alimenti e bevande

I cereali – lezione #1

I cereali appartengono alla famiglia delle Graminacee, coltivate per la produzione di frutti (cariossidi) e si dividono in macrotermi (con elevate esigenze termiche, ciclo primavera-estate; esempio: riso, mais, miglio e sorgo) e microtermi (riescono a resistere alle basse esigenze termiche, ciclo autunno-primavera; esempio: frumento, orzo, avena e segale).

• Grano saraceno NON è un cereale ma una Poligonaceae.

La cariosside è protetta nella spiga dalle glume/brattee; in alcuni cereali risulta essere coperta da molti strati che si staccano difficilmente e vengono chiamati “vestiti”; se invece questi strati si staccano facilmente vengono chiamati “nudi”. La Cina è il maggior produttore di cereali, il principale è il mais, il maggior consumatore sono gli Stati Uniti; esso è molto utile per:

• L’amido di mais,
• Sciroppi zuccherini molto usati nell’industria dolciaria,
• L’olio di mais,
• La farina, base per molte preparazioni senza glutine.

A seguito del mais per ordine di produzione c’è il frumento e il riso. Tutti gli altri cereali riguardano una poca percentuale, l’orzo per esempio viene usato per la birrificazione; altri cereali secondari (miglio, sorgo, teff…) provengono da zone molto lontane, oggi hanno attenzione in quanto si usano per produrre prodotti senza glutine o usati per studio.

Il frumento

È destinato quasi totalmente nell’alimentazione umana (75%) e lo si coltiva in tutta Europa in quanto ha una facile adattabilità. Viene distinto in 2 tipologie:

• Grano tenero (Triticum Vulgare): usato per la panificazione e prodotto principalmente nel Nord Italia, è ricco di amido ed ha la cariosside opaca; può essere usato anche per la pasta ma deve essere addizionato in parte con il grano duro (la pasta prodotta DEVE essere esportata). Nel caso della pasta fresca fatta in casa invece si può usare. Viene prodotta la farina di grano tenero (chiamata così per legge).

Caratteristiche:

• Granuli di amido hanno una matrice proteica continua,
• Apparenza vetrosa e granuli di amido più costretti, l’acqua è la causa della rottura tra proteine e legami proteine – amido forti, amido, è un agente in grado di interagire.
• La sua struttura ha un forte contenuto di acqua.

• Grano duro (Triticum Durum): usato soprattutto per la pasta, la sua cariosside è dura e lucida, è molto ricca di glutine. Viene prodotta la semola di grano duro (chiamata così per legge).

Caratteristiche:

• Tra i granuli di amido sono presenti più spazi, sono più distanziati e meno costretti,
• Basso assorbimento di acqua e facile separazione tra legami proteine – amido,
• Legami deboli proteine – amido.

In Italia nell’ultimo anno è avvenuto un calo dei mulini (industria molitoria italiana), a livello produttivo la farina di grano tenero e la semola di grano duro si eguagliano, una grande percentuale di semola viene destinata alla pasta; mentre per quanto riguarda il grano tenero viene destinato principalmente in pane e sostituti.

In Italia, grazie alla presenza della tradizione (record mondiale per consumo di pasta = 25 kg all’anno a persona) si ha un elevato consumo interno, quindi per riuscire a soddisfare le richieste viene importato dall’estero (per il 60% si dipende dall’estero = Europa + extraeuropeo, soprattutto Canada). A causa del cambiamento climatico il Canada ha ridotto la produzione, quindi si è costretti ad andare a reperire la materia prima altrove causando a sua volta un aumento di prezzi.

Nella cariosside distinguiamo:

• Pericarpo, (12%) è la parte più esterna formata dal pericarpo, all’interno della parete esterna sono presenti proteine ad alto valore nutritivo oltre che carboidrati complessi utili per la panificazione.

→ È presente la crusca che è la parte di scarto delle farine bianche, che viene lasciata nelle farine integrali, formata dal pericarpo con strato aleuronico; contiene lignina e cellulosa, sali minerali; ha un valore nutritivo superiore alle proteine del glutine.

• Endosperma (80/85%), parte fondamentale per la produzione degli sfarinati, contiene amido (parte centrale dell’endosperma, è organizzato in granuli, essi sono circondati da una parte proteica) e proteine (circa 70%, le proteine aumentano dal centro alla periferia). Questa parte contiene glutenina e gliadina (parte proteica) che produce glutine (si forma nel processo di impastamento, con legami tra gliadina e glutenina). Scarso contenuto di vitamine e sali minerali; la parete delle cellule dell’endosperma è formata da arabinoxilani (pentosani), β-glucani ed emicellulose.
• Germe/embrione, contiene le parti fondamentali per l’accrescimento della pianta, però viene rimosso durante la macinatura in quanto contiene grandi quantità di grasso, infatti NON contribuisce alla composizione degli sfarinati e può causare fenomeni ossidativi che deteriorano le farine e provocano di conseguenza un decadimento delle qualità organolettiche.

Il Kamut

• È un marchio commerciale di una varietà di frumento (NON il nome di una tipologia),
• Originaria dell’Iran,
• Contenuto proteico molto importante (superiore alla media),
• Ha un buon valore di β-carotene e selenio,
• Molto usata in preparazioni industriali o da forno, oltre che in dolci.

Il farro

• Simile al frumento (considerato il padre del frumento),
• È un cereale vestito (tegumenti attaccati al chicco) come l’orzo;
• Dal punto di vista agronomico è più resistente,
• Viene usato per panificazione e minestre ma le produzioni sono limitate,
• È stato riscoperto negli ultimi anni.

Mais

• Ha una cariosside grande e piatta,
• All’interno ha un germe grande (10/14%) rispetto alla cariosside totale,
• Il pericarpo è ricoperto da uno strato ceroso,
• L’endosperma ha 2 parti:

• Uno vetroso all’esterno, con legami molto stretti tra granuli di amido e parte proteica, (causano la rottura dei granuli di amido);
• Uno opaco all’interno, con legami più lassi, granuli sferici e zone libere tra i granuli di amido.

• L’estrema durezza dei legami tra parte proteica e amilacea è data dalla scarsità di acqua,
• Le proteine variano a seconda della tipologia di endosperma; quella più presente nella parte esterna è la zeina, ha diversa organizzazione e interazioni.

Riso

• Molto usato per scopi alimentari oltre che per formulazione di prodotti senza glutine,
• Cereale vestito il riso con tutte le parti esterne (pula/lolla) è il riso integrale di color marroncino; per ottenere quello raffinato/bianco si deve svolgere la sbramatura (= lavorazione di rimozione delle parti più esterne).

• Molto ricco di silice (il riso assume grande quantità di silice), Pula = ricca di cellulosa, lignina,
• I granuli di amido sono di forma esagonale e di piccole dimensioni, arabinoxilani e ceneri; ha un endosperma ha 2 parti: basso valore commerciale.

• L’esterno opaco,
• L’interno vitreo, meno presenza di amido.

• È il cereale con minor contenuto di proteine (7%).

Orzo

• Cereale vestito, nei tegumenti esterni sono presenti dei β-glucani; ad oggi i tegumenti si possono rimuovere,
• Granuli di amido di forme diverse (lenticolare grandi e sferiche piccole),
• Sullo strato aleuronico sono presenti 2/3 strati di cellule.

Segale

• Cereale vestito,
• La cariosside è grigio-gialla,
• Granuli di amido di forme diverse (lenticolare grandi e sferiche piccole),
• Cereale adatto alla panificazione,
• L’associazione NON è di tipo glutinico,
• Strato aleuronico con 1 strato di cellule.

Avena

• Cereale vestito,
• La cariosside ha dei filamenti, un germe grande e lungo
• Alta % di grassi e proteine,
• È presente una lipasi molto attiva (deve essere disattivata),
• Grandi granuli di amido, formati da complessi di granuli più piccoli (forma compartimentizzata) → formazione diversa dagli altri cereali.

Sorgo

• Cariosside nuda e sferica,
• Usato per prodotti gluten free,
• Ha una certa complessità e un’alta biodiversità a causa di scarse selezioni e incroci,
• Alcune varietà di sorgo hanno uno strato esterno colorato ricco di tannini condensati (= sostanze amare) e proantocianidine (= sostanze coloranti),
• Il pericarpo può contenere granuli di amido,
• L’endosperma si divide in:

• Parte vetrosa con granuli di amido poligonali,
• Parte opaca con spazi intergranulari.

Miglio

• Cariosside piccola e nuda, di colore giallo/grigio/bianco,
• Germe di grandi dimensioni,
• Endosperma si divide in:

• Traslucente/vetroso, granuli d’amido poligonale molto compatti;
• Opaco, granuli d’amido sferico poco impaccati e liberi di muoversi.

• Presenti corpuscoli proteici.
• Usato per prodotti gluten free,
• Presenza di batteri lattolabili (?) che svolgono fermentazione (alimenta le sostanze bioattive che hanno un’azione positiva sulla salute umana).

I componenti dei cereali – lezione #2

Il rapporto amido/proteine va a modificare l’azione sulle diverse preparazioni; l’orzo ha grandi quantità di carboidrati, mentre il riso ha meno presenza di proteine. La fibra si trova in grandi quantità nell’avena vestita.

La cariosside del grano:

• Tegumenti, con grande presenza di cellulosa, emicellulosa e pentosani;
• Strato aleuronico, grande presenza di cellulosa;
• Germe, contenuti i lipidi;
• Endosperma, grandi quantità di amido e carboidrati.

Macro-componenti:

• Proteine → glutine (si forma al momento della creazione dell’impasto – 85%), queste proteine sono solubili in sol acide/basi/etanolo e formano un impasto elastico; è visco-tenace. L’impasto si forma con acqua, gliadine e glutenine vengono associate a legami covalenti e NON covalenti e interazioni idrofobiche.

• Gliadine (famiglia prolammine), basso PM e sono monomeriche, danno la caratteristica dell’estensibilità e di conseguenza producono viscosità, sono ricche di glutammina e si legano con legami H.
• Glutenine, hanno un alto PM, sono polimeriche, danno la caratteristica dell’elasticità e creano tenacità, struttura molto compatta, sono ricche di cisteina e si legano con legami S-S; sono solubili in soluzione acquosa al 70%, sono sospese in acidi/base.

→ Non glutine, riguardano il 15% delle proteine, hanno attività enzimatica e creano schiuma; stabilizzano l’aria dispersa negli impasti.

• Albumine, solubili in acqua;
• Globuline, solubili in soluzioni salino-diluite;
• Enzimi (β-α-amilasi, lipasi e liposigenasi) [riportati nei microcomponenti]. Importanti nei processi di produzione di pane e impasti, molto spesso ne vengono aggiunti nelle formulazioni.

* Le proteine negli altri cereali (SENZA capacità viscoelastica):

• Mais, proteina principale zeina (presente nell’endosperma traslucido/vetroso) + alti AA leucine (nelle proteine del mais, causa pellagra),
• Sorgo, proteina principale kafirina (abbastanza simile al mais),
• Miglio, alti livelli di AA leucina, proteine distribuite nell’endosperma uguale al mais,
• Avena/segale, buoni livelli di AA, giusta composizione tra albumina e globulina, la segale è ricca di carboidrati complessi e può formare un impasto simile alle proprietà visco elastiche del frumento;
• Riso, più bassi livelli proteici, buona la lisina (AAE).

• Carboidrati

• Amido, hanno forme diverse a seconda del tipo di cereale, ha un ruolo fondamentale nella gelatinizzazione, esso è un materiale semi-cristallino (in parte ha struttura cristallina) e lo si può trovare in forma cristallina, para-cristallina e amorfa. La proprietà fondamentale è la gelatinizzazione che avviene a contatto con l’acqua riscaldata; le molecole sono formate da:

• Amilosio (25%), si lega con lipidi e crea legami con i più importanti mono/di-glieceridi; ogni molecola è formata da circa 600 unità di glucosio e forma legame α-1,4 lineare con struttura elicoidale (studi recenti dicono che anch’essa è una molecola ramificata, con legami α-1,6 ma meno frequenti). Grazie all’elica ingloba i lipidi perché hanno delle catene idrofobiche NON polari oltre che avere testa polare carica negativamente che esce dall’elica. L’unione dei lipidi con i mono/di-gliceridi vanno a formare una proprietà emulsionante e portano ad avere nella panificazione una mollica soffice; il legame amilosio – lipidi stabilizza la struttura dell’impasto e ne rallenta l'invecchiamento dei prodotti da forno, in alcune condizioni anche l’amilosio può cristallizzare solo a contatto con acqua.
• Amilopectina (75%) è una delle molecole più grandi in natura, è un’omofosfatasi ramificata e composta da catene con legami α-1,4 e α-1,6. Il ruolo predominante è dato da questa che è fondamentale per la formulazione della struttura cristallina; sono presenti 3 tipi di cristalli A (più conosciuto e diffuso in natura, lega 12 molecole di glucosio con 4 molecole d’acqua), B (si trova nella patata e in altri tuberi, può trasformarsi in A con calore diffuso, ha una struttura più complessa, le 12 unità di glucosio si uniscono a 36 molecole d’acqua) infine la forma C.

• * Gelatinizzazione (per l’amido di frumento gira tra i 50/60°)

• Si parte da granuli di amido nativi che contengono amilosio (avvolto su se stesso) e amilopectina (ramificato).
• Si aggiunge acqua, che gonfia i granuli e distrugge i legami; interagisce con l’amilosio e va a formare la sostanza glutinica con l’amido.
• Aggiunta ulteriore di acqua e si ha un aumento di temperatura.
• Inizia la fuoriuscita dell’amilosio dai granuli, inizia la formazione di gel che inizia a gelificare; i granuli contengono solo amilopectina che si trovano uniti grazie alla “colla” formata dalla gelificazione dell’amilosio.

• È un processo importantissimo perché è quello che avviene per la formazione degli impasti con l’interazione acqua – amido ed è quello che ci fa capire anche l’incontro all’invecchiamento dei prodotti da forno (esempio: per portare il pane di nuovo morbido si scalda in forno che con il calore i cristalli si sciolgono e torna morbido).
• Con l’invecchiamento succede che il gel di amilosio forma una struttura cristallina solo con raffreddamento/storage che ha un punto di fusione alto intorno a 150°C, per l’amilopectina invece può subire una retrogradazione, se i cristalli c’erano già prima dell’invecchiamento; oppure se i cristalli non c’erano si ha la cristallizzazione dell’amilosio.

• Pentosani (arabinoxilani/arabinogalattani) (sono i pentosani maggiormente presenti nelle farine), sono molto importanti per il loro ruolo all’interno delle farine (soprattutto quella di frumento) infatti migliorano la consistenza e la viscosità dell’impasto e aumentano la capacità di trattenere gas. Questi composti vengono messi in relazione con l’invecchiamento dell’impasto, infatti essi lo rallentano attraverso l’interazione con l’amido (legano 1 delle parti).
• Cellulosa, importante per la classificazione legale delle farine.
• Zuccheri semplici, cioè quelli fermentascibili cioè quelli utilizzati dal microrganismi per la lievitazione; l’azione delle amilasi (enzimi che scindono l’amido) e cercano di aumentare il contenuto di zuccheri fermentascibili e rendere la fermentazione ad opera dei microrganismi.

Microcomponenti/componenti minori:

• Grassi.
• Vitamine e minerali.
• Polisaccaridi NON amido, insieme formano la parte fibrosa grazie anche all’utilizzo di farine integrali; riguardano:

• Cellulosa, polisaccaride di NON amido con legami α-1,4, insolubile, parzialmente cristallino, ha struttura più semplice rispetto all’amido ed ha conformazione lineare, molto presente nei cereali vestiti.
• Emicellulose, sono polisaccaridi complessi presenti nella parte esterna della cariosside di frumento, hanno capacità di trattenere acqua; ne fanno parte gli arabinoxilani (possono diversificarsi in porzioni non estraibili in acqua, hanno PM più alto), i β-glucani e gli arabinogalattani;

• Enzimi, fondamentali nei cereali perché si trovano nelle farine con funzioni diverse (volute/NON volute); riguardano:

• Le lipasi e lipossigenasi si trovano nel germe e possono provocare irrancidimento degli sfarinati ricavati dai cereali, possono formare idroperossidi e ossidare i carotenoidi, portare a sbiancamento dell’impasto e la loro azione deve essere bloccata.
• Le proteasi che inibiscono la formazione della trama proteica idrolizzando le proteine e ostacolando la panificazione; questi sono favorevoli nella produzione di biscotti in quanto donano friabilità.
• Le fitasi idrolizzano l’azione dell’acido fitico che forma complessi insolubili presenti soprattutto con farine integrali, si può ottimizzare la loro azione attraverso la cottura a temperatura non troppo elevata.
• Le amilasi sono le più importanti e idrolizzano l’amido a zuccheri semplici come maltosio, Per avere l’azione dell’amilasi sull’amido è importante che ci siano granuli rotti ma non in elevata quantità.