Tecnologia e qualità degli alimenti

Tecnologia e qualità degli alimenti

Introduzione al corso

Prof.ssa Marti

Appunti a cura di: Alessandro Magro

Anno accademico 2020-2021

Lezione 1/12

Prima lezione prof. Marti

Lezioni dedicate alla filiera dei cereali. 1-2-3-9-15-16-17-22 dicembre totale 8 lezioni.

Perché alcuni cereali minori o pseudocereali oggi sono molto rivalutati. Capiremo perché le proteine dei cereali sono tutte uguali a livello tecnologico. Attitudine diversa dei cereali per fare un differente prodotto come pane o pasta.

Un pane di qualità non si deve sgretolare e la mollica deve essere soffice. Parleremo della fase di macinazione per preparare uno sfarinato. Metteremo a confronto le farine utilizzate e cosa si intende con farina integrale. Andremo a vedere se la struttura è legata solo alle proteine o c’è anche qualche altro ingrediente che contribuisce alla struttura.

Importanza dei cereali nella nostra alimentazione

I cereali sono la base della nostra alimentazione. Andando a vedere la produzione mondiale di cereali siamo più o meno su 1 kg di cereale a persona. Non tutta è destinata al consumo umano, altra per combustibili o per mangimi. Una grossa parte di cereali viene persa e non arriva al consumatore. In tutta la filiera ci sono punti in cui si ha una perdita di cereali. Il cereale già in campo viene attaccato da insetti, roditori, malattie… e ciò continua su tutta la filiera.

Questo stimola la discussione per il contributo del settore dei cereali nel rispondere ai quesiti di sviluppo sostenibile. Consumo in Italia di 45 kg per persona all’anno di pane e 25 kg per persona all’anno di pasta. Grandi consumi quindi settore florido in termini di numeri, fatturato, produzione, soprattutto relativamente a molini, pastifici e prodotti da forno.

I cereali fanno parte della nostra alimentazione, hanno un ruolo importante nella doppia piramide alimentare. Piramide dritta si trovano alla base, vanno consumati frequentemente. Ruolo importante nei riguardi dell’impatto ambientale —> medio-basso impatto ambientale.

Sostenibilità e cereali

Parlando di cereali ed alimentazione dobbiamo spendere due parole sul ruolo di ciascun alimento nel grande topic della sostenibilità. La sostenibilità è un argomento molto vivo. Ci sono 17 obiettivi dello sviluppo sostenibile. I cereali hanno un ruolo importante nella lotta contro la fame, cercare di raggiungere i problemi di food security, poter assicurare cibo per tutti, migliore a livello nutrizionale, promuovere agricoltura sostenibile, contribuiscono anche a limitare gli effetti negativi del cambiamento climatico.

I cereali aiutano a rispondere ad alcune sfide e domande che sono ancora aperte. Le principali sfide del settore dei cereali: i cereali sono alla base dell’alimentazione e il settore si deve innovare per rispondere a nuove esigenze come soddisfare richieste di particolari categorie della popolazione come soggetti diabetici, celiaci.

Sfide del settore dei cereali

• Qualità del frumento: non abbiamo una definizione univoca di qualità. Una farina di qualità per esempio per fare la pasta deve avere buona capacità nel fare glutine. Glutine è ciò che dà struttura alla pasta. Se pensiamo a cereali da prima colazione, qui il glutine non ha un ruolo tecnologico rilevante. La qualità del frumento cambia in dipendenza del tipo di varietà e inoltre da anno di coltivazione, luogo di coltivazione… la complessità è dovuta anche alla biodiversità. Non si parla di chicca, ma di cariossidi. Le cariossidi sono diverse per forma, dimensione e colore. Ci sono delle differenze anche a livello compositivo. Il frumento è qualcosa di complesso con genoma tra i più complessi nel regno vegetale. Più complesso del genoma umano.
• Sostenibilità: contribuire al mantenimento di un sistema sostenibile. Le pratiche agronomiche hanno un'influenza sulla qualità. I cambiamenti climatici hanno influenza sulla qualità. Dobbiamo proporre dei prodotti sostenibili anche usando cereali diversi dal frumento quali il sorgo, i cereali perenni, grani antichi.
• Soddisfare richieste di un consumatore dettate da necessità nutrizionali e rispondere anche a richieste del consumatore attento all’etichetta. Vedremo come eliminare additivi dalle etichette per creare etichette pulite. In alcuni casi possibile ed in altri più difficile.
• Interesse verso il vecchio: macinazione a pietra, utilizzo della madre acida, la germinazione, quali sono le caratteristiche di questi prodotti.

Approfondire le conoscenze sul settore dei cereali

Perché approfondire le conoscenze relative al settore dei cereali? Approfondire falsi miti: per esempio legati alla dieta gluten-free. Ci sono molte fake news, la farina non è uno dei killer bianchi che mangiamo tutti i giorni. Miti sui grani antichi.

Filiera dei cereali

La filiera dei cereali è molto ampia. Ci sono diversi attori della catena. Chi fa selezione genetica sono i breeders, che studiano caratteri che deve avere il grano e devono soddisfare le richieste degli agricoltori come resistenza alle malattie, buona resa. I mulini hanno richieste ed indici di qualità differente.

Definizione di cereali

Definizione fornita da enti internazionali come ISO. Cereale si può chiamare pianta erbacea appartenente alla famiglia delle graminacee. Tutto ciò che dal punto di vista botanico non appartiene a tale famiglia non si può chiamare cereale.

• Frumento
• Riso
• Mais
• Orzo
• Avena
• Segale
• Miglio
• Sorgo

La FAO definisce coarse grains tutti i cereali tranne mais e frumento. Ci sono i cereali antichi come Farro e Monococco e Spelta. Cereali pigmentati come riso nero, mais blu e purple wheat. I cereali si combinano per sfruttare caratteristiche positive di uno e dell’altro e migliorare caratteri quali agronomici o nutrizionali.

Pseudocereali

Termine non botanico indicato per le piante non monocotiledoni, ma dicotiledoni. Sono quinoa, amaranto, grano saraceno. Non sono cereali perché non appartengono alle graminacee, ma a famiglie diverse. Anche gli pseudocereali contengono amido, proteine, fibra ecc. come i cereali. Hanno in comune che vengono consumati in modo simile ai cereali. Alcuni si consumano sotto forma di seme, possiamo mangiare i semi di quinoa oppure possiamo trasformarli in farina e utilizzarli nella formulazione dei prodotti più comuni. Si può arricchire un pane, una pasta…

Quando voglio arricchire un prodotto con grano saraceno, fibra, crusca.. non posso aggiungere quantità elevata. La soglia è del 20-30% che rappresenta compresso nutrizionale. Non ha senso aggiungere una quantità molto bassa perché non ha vantaggio nutrizionale. Non si può però pensare prodotto di solo grano saraceno perché ci sono problemi strutturali e sensoriali. Strutturali: potrebbe non stare insieme. Sensoriali: grano saraceno è amaro. Hanno elevata produttività, si adattano alle diverse condizioni geo-climatiche. Prolungata conservabilità. Contenuto di umidità favorisce la conservabilità che dura un anno se rimane sotto forma di granella, ma se macino non vale più.

Caratteristiche dei cereali e pseudocereali

Elevata attitudine alla trasformazione in prodotti diversi con diversi caratteristiche, soprattutto per il frumento grazie alla presenza del glutine. Sono ottima fonte di energia per elevato contenuto di amido. Sono interessante ed economica fonte di proteine. Interessante e poco costosa fonte di minerali e vitamine. Più elevato per i prodotti integrali, meno per i prodotti non integrali.

Il mais è quello con la resa maggiore e difatti se ne produce di più. Al frumento viene destinata la maggior area produttiva, ma non è quello più produttivo. Sul grafico di destra vediamo come nel corso degli anni si è cercato, con tecniche agronomiche, di aumentare la resa dei tre principali cereali. Sorgo e miglio hanno resa tra le più basse rispetto alle altre, però hanno delle caratteristiche interessanti e vale la pena investire su questi cereali.

Cereale con produzione maggiore è mais, poi frumento e riso. Fatta cento la produzione totale, il 30% è frumento, mais 36% e 20% per il riso. Principali produttori di frumento —> Europa, Cina, India, Russia, USA, Canada… Unione Europea produce circa il 20% del frumento mondiale.

Destinazione dei cereali

• Food: umano
• Feed: animali
• Biofuel: combustibile

La distribuzione tra i paesi è differente. I cereali nascono dalla mezzaluna fertile e poi si sono diffusi ovunque. La diffusione dei cereali è tipica per alcune regioni.

Per ogni contenuto associato ad un cereale abbiamo dei range di valori, non numeri fissi. Questo perché c’è una variabilità da annata, zona di coltivazione… Per esempio range di proteine del frumento va dal 9 al 16% perché si comprendono più categorie di sfarinati. Nel frumento possiamo ottenere farine deboli e farine forti, con una diversa forza della maglia glutina che si sviluppa. Quelle con poche proteine per questo si usano più per fare i biscotti.

I grassi si concentrano nella regione del germe. La fibra del frumento sta intorno al 2-3% quindi non ne contiene molta. L’orzo arriva a contenere anche il doppio di fibra. Il riso apparentemente contiene meno fibra, grassi, minerali e proteine rispetto al frumento. In questa tabella però il riso viene inserito nella forma comune di consumo ovvero riso bianco.

La differenza tra i diversi cereali non è tanto di quantità, ma di qualità delle proteine. Riso e mais non hanno proteine che formano il glutine. Nel caso del mais salta all’occhio il contenuto di grassi più elevato. Per l’avena OAT si vede contenuto di lipidi elevato 6-8%. Importante soffermarci sulle proteine e del grasso. Questo perché la quantità di grasso presente, unita alla quantità di enzimi presenti, in particolare modo di lipasi, influenzano la conservabilità dello sfarinato. Una volta che maciniamo il cereale e rompiamo le cellule i lipidi entrano in contatto con gli enzimi lipasi. Così va in contro al fenomeno di irrancidimento. Per limitare irrancidimento degli sfarinati cosa possiamo fare? Si fa un trattamento termico. Le alte temperature inattivano gli enzimi. Il germe viene sottoposto a trattamento di stabilizzazione detto tostatura.

L’avena viene utilizzata come fiocchi. Una fioccatura viene fatta con passaggio del materiale attraverso due rulli riscaldati. Tra i cereali in generale per via della forte influenza delle condizioni climatiche, della stagionalità e delle zone di coltivazione non è considerevole la quantità ma la qualità degli elementi. Il sorgo ha un punto di forza nell’alto valore di amido resistente rispetto agli altri cereali. Se consideriamo zone dove viene coltivato e rappresenta la fonte energetica primaria, in Africa, li hanno bisogno di energia e hanno bisogno che l’amido sia prontamente accessibile.

Localizzazione dei nutrienti nella cariosside

• Pericarpo e tegumenti del seme
• Germe (embrione + scutello)
• Endosperma (strato aleuronico + endosperma amilaceo)

I tegumenti esterni proteggono la cariosside dagli agenti esterni come attacco di insetti, microrganismi, scambi di acqua. I tegumenti sono composti perlopiù da cellulosa. A livello strutturale hanno delle cellule con delle pareti molto spesse e sono molto ricche anche di sostanze minerali. Dopo i tegumenti, verso l'interno, si trova lo strato aleuronico. Strato molto sottile intermedio tra tegumenti ed endosperma e avvolge quest’ultimo. Interessante a livello nutrizionale perché contiene proteine semplici solubili e anche molte vitamine. Fino a qualche tempo fa nella macinazione lo strato aleuronico finiva con i tegumenti nella crusca, ora si cerca di recuperare per la sua valenza nutrizionale, ma non di tipo tecnologico. La zona anatomica interessante per la nutrizione è endosperma amilaceo, dove ci sono sostanze di riserva quali amido e proteine formanti il glutine. Embrione e scutello comprendo il 3%, danno origine al prodotto commerciale che conosciamo come germe. La funzione è dare origine alla nuova pianta, passaggio da quiescenza del seme a pianta. Per far crescere la pianta il seme ha bisogno di nutrienti come sostanze semplici quali amminoacidi liberi. Il germe è ricco di enzimi per far partire la germinazione e sostanze semplici come zuccheri, vitamine, proteine.

Caratteristiche specifiche dei cereali

Nel mais il contenuto di lipidi è 4-10%, superiore rispetto agli altri cereali. la cariosside del mais infatti ha un germe che costituisce l’8% della cariosside, mentre gli altri cereali è al 2-4%. Il miglio come il sorgo viene considerato uno dei cerali minori. Non per il punto di vista compositivo, ma per la minor produttività. Se ne produce di meno rispetto agli altri. Anche il miglio è particolarmente ricco di germe e quindi di lipidi. Deve essere questa zona rimossa attraverso un processo di decorticazione o perlatura.

Fatta 100 la cariosside sapere come sono distribuite le zone anatomiche e qual è la loro funzione. Beta glucani è una frazione della fibra di cui sono ricchi orzo, avena e segale. Nella fibra rientrano anche gli arabinoxilani tipici della segale. Caratteristica della cariosside del frumento è la presenza del solco ventrale. È un solco che attraversa longitudinalmente tutta la cariosside. Nella zona del germe si introflette. Com’è strutturata la cariosside del frumento ci determina il processo di macinazione. Frumento e riso non si macinano allo stesso modo, ma con due tecnologie completamente differenti.

Se parliamo di cariosside di frumento non è uguale in tutte le varietà. La struttura dell’endosperma e la compattezza di amido e proteine nella cariosside ne determina la durezza. La durezza della cariosside determina le proprietà di macinazione. La durezza è correlata anche ad una diversa funzionalità delle farine di frumento. Dalla zona chiamata germe ricaviamo il germe. Dagli strati esterni dei tegumenti ricaviamo la crusca e cruschello. Da endosperma amilaceo ricaviamo la farina. Differenza tra varie farine 0, 00, 1, integrale… sta nel grado di abburattamento: percentuale di contenuto della crusca presente nella farina. Andato da 00 ad integrale il grado di abburattamento cambia.

Del frumento tenero ci sono varietà soft e hard. Aestivum —> farina, prodotto della macinazione del frumento tenero. Durum —> ricaviamo semola e semola integrale, semolato… dal frumento duro.

All’interno delle farine, dei frumenti teneri, ci sono delle varietà soft e hard e dipendono dalla durezza delle cariosside. Le varietà soft hanno una cariosside meno compatta e tra granuli di amido e proteine ci sono delle sacche d’aria che rendono la macinazione più semplice. La frattura della cariosside avviene lungo la presenza di queste sacche d’aria. Le varietà soft sono cosiddette farine deboli, con una cariosside meno compatta e hanno contenuto in proteine minore. Spostandoci verso contenuto di proteine maggiore siamo nelle varietà hard a cariosside più dura e compatta e maggior contenuto in proteine e anche miglior qualità tecnologica. Infine ad estremo opposto abbiamo frumento duro, non solo queste appartengono ad un'altra specie, ma hanno caratteristiche di texture e di composizione differenti.

Memorizzare il valore del fatto 100 la cariosside di frumento… si ha 80% amido e zuccheri, proteine in media 14%, lipidi 2-3%, polisaccaridi non amido ovvero fibra intorno al 6%, sali minerali intorno al 2%. Il germe (3%) contiene zuccheri liberi 20%, proteine 35%, lipidi 20%, fibra 2%, Sali minerali 5%. Dal germe del riso si ricava l’olio di riso. Endosperma 60-70%. Gli strati più esterni del riso si chiamano lolla e pula, che insieme sono il 20-25%. Queste hanno destinazioni d’uso differenti. Il risone è il riso con ancora gli strati esterni, non lavorato. Strato esterno ricco di ceneri e silicati, non idoneo al consumo umano e neanche animale. Questa viene bruciata e si usa per produrre energia. Molto spesso la riseria ha un impianto di produzione di bioenergia dalla lolla per produrre energia per condurre un processo di lavorazione del riso che è la parboilizzazione che richiede una fase di somministrazione di calore. È un modo per dare valore al materiale in una realtà produttiva. La pula è interessante a livello nutrizionale. Interessante fibra, proteine solubili ecc.

Cereali a cariosside nuda o vestita

La cariosside di frumento è nuda perché quando abbiamo in mano la cariosside non ci sono più glume e glumelle, rivestimento esterno che viene allontanato durante la trebbiatura, non si introduce nella nostra alimentazione. Quando raccogliamo frumento durante la trebbiatura queste glume e glumelle si allontanano.

Nel caso del riso non riesco a toglierle durante la raccolta perché sono molto adesi alla cariosside del riso. Per eliminarli devo sottoporre il riso ad un trattamento meccanico chiamato decorticazione. Non è solo il riso ad avere queste glume e glumelle adese. Il riso è un cereale a cariosside vestita. Anche avena e orzo sono cereali a cariosside vestita. Farro è antico. Cereale a cariosside vestita. Glume e glumelle non si eliminano in trebbiatura ma bisogna fare decorticazione. Uno dei motivi per cui la selezione si è portata dai grani antichi alle varietà moderne è avere varietà a cariosside nuda in modo da non dover effettuare operazione meccanica di rimozione.

Nel frumento c’è introflessione in cui i seguenti del seme entrano a contatto e questo determina la modalità con cui poi viene macinato. Nel riso non c’è questo solco ventrale, manca punto di contatto interno tra tegumenti ed endosperma ed è più semplice lavorarlo.

Nel caso del riso i tegumenti esterni vanno rimossi da esterno verso interno. Nel caso del riso la presenza di questo solco fa sì che la separazione dei tegumenti esterni avvenga da intento verso esterno. Lavorazione del frumento è macinazione, per il riso si parla di decorticazione. Presenza di estroflessione determina necessità del condizionamento. È necessario rendere elastici i tegumenti.