Tecnologia e qualità degli alimenti

Tecnologia e qualità degli alimenti (Appunti di Raffaele Petitti)

Prof.ssa Marti Tecnologia e qualità dei cereali e dei prodotti derivati.

Domande da tenere in considerazione

• I cereali sono tutti uguali?
• Perché la farina di grano tenero è la materia prima più indicata per ottenere un buon pane?
• Perché la semola di grano duro è la materia prima più indicata per ottenere una buona pasta?
• Perché alcuni cereali minori e pseudocereali sono oggi rivalutati?
• Cosa viene eliminato durante la macinazione e perché?
• Cosa si intende con “farina integrale”?
• Come produrre un alimento ricco in fibra?
• Come produrre un alimento senza glutine?

Lezione 1

Perché i cereali?

• I cereali e i prodotti derivati (pane, pasta ecc.) sono alla base della nostra alimentazione.

Grains (comprende sia i cereali, pseudocereali ma anche le leguminose). Forniscono la metà del consumo di cibo e di proteine della nostra alimentazione. Si può arrivare a 1 kg per persona per giorno. Una buona parte di cereali va a finire nell’alimentazione animale.

• I cereali occupano anche una buona posizione nella piramide ambientale (impatto ambientale sulla CO2 prodotta e sull’acqua consumata) oltre che occupare una buona posizione nella piramide alimentare.

Sono 17 gli obiettivi dello sviluppo sostenibile. I cereali rientrano in diversi di questi obiettivi, sicuramente come la possibilità di sconfiggere la fame, ma anche come azioni per ridurre i cambiamenti climatici. Per coltivare i cereali vengono utilizzate delle pratiche agronomiche e queste hanno un impatto più o meno importante (a seconda di come vengono condotte) sull’ambiente. I cambiamenti climatici hanno un impatto sulla qualità (composizione, tecnologica ecc.) dei cereali.

• Necessità di valorizzare l’impiego di cereali diversi dal frumento con un minore impatto ambientale.
• Necessità di riutilizzare i sottoprodotti della lavorazione dei cereali.
• È un settore in evoluzione. → Produrre ad alto valore nutrizionale ricerca di nuove materie prime / ingredienti → sviluppo di nuove tecnologie (pasta proteica, prodotto senza glutine, prodotto senza zucchero, low fat, ad alto contenuto di fibre ecc.).

L’evoluzione della pasta è cambiata nel corso degli anni. Evoluzione nella formulazione (da frumento duro a riso, mais, utilizzo di grani antichi ecc.), perché cambiano l’esigenza dei consumatori. Ad esempio, la necessità di avere una pasta al dente (in passato), eliminazione del glutine, aumentare il contenuto di fibra ecc.

Il consumatore moderno richiede l’etichetta pulita, escludendo l’impiego di additivi. In alcuni casi, questi additivi possono essere utilizzati, mentre in altri, soprattutto per i prodotti senza glutine, è impossibile eliminare gli additivi.

Il consumatore moderno e non moderno vuole costanza e la standardizzazione del prodotto. Il consumatore si evolve, così come l’industria, tenendo presente che il consumatore sia tradizionalista.

La conoscenza è fondamentale per bloccare questi falsi miti, non supportati da studi scientifici.

Il settore (the value chain)

La catena del valore di un cereale (the value chain) prevede diversi attori. Sia a monte e sia a valle di questa catena, ci sono altri attori. C’è chi fa selezione genetica (esistono diverse varietà).

Un modo per disegnare la catena del valore dei cereali è questa qui del cerchio. Lo stesso autore che in passato aveva proposto un modello lineare ora produce un modello circolare. Questo modello circolare prodotto 10 anni dopo, è stato fatto per sottolineare l’interazione tra chi è a monte con chi è a valle della catena (devono interagire tra di loro). Tutti gli attori della filiera hanno esigenze diverse, ad esempio, per chi coltiva e per chi fa selezione genetica. Vuole un prodotto che resistente alle malattie, delle varietà che producono tanto in campo. Ad esempio, chi produce malto andrà a cercare dei criteri di germinabilità dell’orzo. Chi produce pane andrà a selezionare delle farine che siano resistenti alla lavorazione. Infine, il consumatore andrà a ricercare dei fattori più sensoriali e oggettivi.

Conoscere l’alimento nella sua composizione e l’impatto che la tecnologia ha su di esso (non solo impatto negativo ma anche positivo).

Per cereali si intende ogni pianta erbacea delle (famiglia) Graminacee che produce frutti dai quali si ottiene farina.

Quali e quanti cereali conosciamo?

Secondo la FAO sono 8 (tutti fanno parte della famiglia delle Graminacee). Il Farro è un frumento e rientra nella prima famiglia. Il Tef rientra nel miglio. Sorgo e miglio appartengono alla famiglia delle Graminacee, per questo motivo sono considerati cereali. Anche il Kamut rientra nel frumento. Nel riso abbiamo diverse specie.

Il Coarse Grains (vengono classificati così dalla FAO) sono tutti quei cereali ad eccezione del frumento e riso.

I cereali di recente interesse

Il triticale e il tritordeu sono degli ibridi, che sono stati fatti per sfruttare le caratteristiche sia dell’uno che dell’altro.

Pseudocereali

È un termine non botanico entrato nell’uso per indicare le piante non monocotiledoni (come le Graminaceae considerate i “veri” cereali), ma dicotiledoni. Pseudo perché hanno qualcosa di simile ai cereali:

• Si può ottenere farina dal seme. Anche i semi degli pseudocereali possono essere trasformati in farina (che poi verrà utilizzata in diversi modi).
• Inoltre, hanno in comune con i cereali il fatto che hanno una composizione simile (ricchi in amido, contengono proteine e anche fibre ecc). Tendenzialmente, in proporzione con i cereali, gli pseudocereali hanno meno amido, ma chi più proteine o fibra.

Sono pseudocereali il grano saraceno (Fagopyrum esculentum), l’amaranto (Amaranthus hypochondracus), la quinoa (Chenopodium quinoa).

Legumi

Sono semi secchi derivanti da piante appartenenti alla famiglia delle Fabacee (o Leguminose). Sono i piselli, fagioli, lenticchie, ceci, fave ecc.

Cosa hanno in comune i cereali, pseudocereali e legumi?

• Elevata produttività e grande adattabilità alle diverse condizioni geo-climatiche (climatiche, ambientali, del terreno).
• Prolungata conservabilità (dopo essiccamento).
• Base dell’alimentazione umana.
• Ottima fonte di energia a causa dell’elevato contenuto in amido (si ritrovano nel regime alimentare di tutte le popolazioni al mondo).
• Interessante e poco costosa fonte di proteine.
• Interessante e poco costosa fonte di sostanze minerali e di vitamine.
• Presenza di numerosi composti bioattivi (fibra, antiossidanti, ecc.).
• Elevata attitudine alla trasformazione (perché soddisfano le esigenze di consumatori appartenenti a colture differenti, ad esempio, dal frumento duro si ottiene la semola, pasta, semolino, cus cus ecc.) in numerosi prodotti a seconda delle abitudini alimentari.
• Sono parte di un sistema complesso.

In che cosa si differenziano cereali, pseudocereali e legumi?

• Produttività ed adattabilità alle diverse condizioni geo-climatiche (climatiche, ambientali, del terreno).
• Struttura e composizione della cariosside (profilo nutrizionale).
• Attitudine alla trasformazione.
• Consumi.
• Costi.
• Ecc.

Criticità correlate ai cereali?

• Prodotto soggetto a variazioni in termini di produttività e di qualità in funzione dell’annata (clima, piovosità, etc.).
• Contengono proteine a basso valore biologico (carenza di Lys: AA limitante).
• Mostrano dei problemi di conservabilità in alcuni climi.
• Prezzi variabili (domanda / offerta).
• Grande difficoltà nel definire la qualità in funzione dello specifico utilizzo del cereale.

Area di coltivazione dei cereali: la Mezzaluna fertile

Col passare degli anni, si è andato incontro ad una ottimizzazione delle pratiche agronomiche che hanno portato alla diffusione dei cereali in diverse aree geografiche, fino ad arrivare ad una selezione di varietà di frumento con alcune caratteristiche migliorative. L’obiettivo delle migliori varietà era quella di aumentare il più possibile il contenuto proteico e la resa di frumento. Quindi le varietà antiche presentano una produttività in termini di resa, più bassa delle varietà moderne.

In rosso le aree d’origine, mentre in verde le aree geografiche ora. La cosa comune tra orzo, avena e segale, è che vengono coltivate nelle zone del nord Europa, a T più basse.

Tutti i cereali si sono diffusi in tutte le aree geografiche.

Circa 2,8 miliardi di tonnellate vengono prodotte ogni anno di cereali (dati della FAO).

Quali sono i cereali più prodotti al mondo?

Il mais (rappresenta il 40% ca della popolazione totale dei cereali) è il cereale più coltivato, segue il frumento (30%) e successivamente il riso (20%), orzo, sorgo, avena e segale.

Anno 2019.

In questa tabella, i cereali vengono messi a confronto in termini di superficie coltivata, resa e produzione. Il maggior terreno destinato ai cereali è occupato dal frumento. Il riso a differenza del frumento sia più produttivo (terreno minore rispetto al frumento). Il mais è quello con resa (yield) maggiore. Il miglio e il sorgo sono definiti cereali minori, ovvero minore in termini di diffusione nella nostra dieta, hanno una produzione superiore rispetto all’avena. Miglio e il sorgo sono alla base della popolazione dell’Africa (zone aride) e Asia.

Quali sono i paesi che producono più cereali?

È la Cina, seguono Stati Uniti, India ecc.

Tra i maggiori produttori di frumento sono gli UE (circa il 20% del totale), segue la Cina ecc. Con Stati Uniti (circa 6-8% del frumento totale). Gli Stati Uniti sono i maggiori produttori del mais ecc. (anche del Sorgo). I maggiori produttrici di riso sono la Cina, India ecc.

Cereali diversi vengono consumati in quantità diverse fra di loro, ma vediamo un consumo diverso tra paesi sviluppati e quelli in via di sviluppo. In assoluto, i paesi in via di sviluppo consumano più mais rispetto ai paesi sviluppati, ma la destinazione d’uso è differente. Nei paesi in via di sviluppo la produzione di mais è destinata all’alimentazione umana, mentre nei paesi sviluppati anche in altri settori. La maggior parte di riso prodotto è destinato all’uomo.

Modalità di consumo dei principali cereali

Le specie più utilizzati per le produzioni di amidi, sciroppi di glucosio o glucosio sono frumento, riso, mais ecc. Tutti i cereali e pseudocereali possono essere consumati come granella così come per il porridge (ad eccezione del riso). Sono il frumento e la segale sono panificabili (per la produzione di pane, solo produzione 100%). Per la produzione di pani piatti (non richiede quella impalcatura del pane tradizionale). Whole grain = chicco intero.

Caratteristiche pane ottenuto da frumento, segale, riso

Prendo in considerazione alcuni aspetti quantificabili per stabilire che quel pane sia migliore:

• Volume specificato (mL x g^-1) = vedere quanto il pane si è sviluppato in altezza (cioè in volume, e poi lo si rapporta alla massa) un valore superiore al 2,5/3 è un indice di buona qualità. Il riso è quello che si sviluppa meno, ma senza l’aggiunta di nessun idrocolloide. Il pane di segale è molto compatto, con caratteristiche diverse rispetto al frumento.
• Porosità = percentuale di alveoli (pori) sulla mollica, presenti sulla superficie totale, maggiore è questo valore e più è poroso. La porosità è correlata con la sofficità (maggiore presenza degli alveoli).

Abbiamo dei valori di proteine totali simili tra di loro. La segale ha un maggiore contenuto di fibra rispetto alla farina, riso e semola. La composizione ci spiega il comportamento della segale, ovvero maggiore contenuto in fibra, maggiore sarà la capacità di assorbire tanta acqua. Nei pani di segale (sono definiti “bagnati”), pesanti, per l’elevata presenza di fibra in grado di assorbire tanta acqua.

Per la produzione del pane di segale si utilizza la lievitazione acida. Questo perché, l’acidità inattiva le amilasi, di cui la segale (cresce nel Nord Europa, zone fredde e umide, che favoriscono l’accumulo di amilasi alla pianta) è particolarmente ricca, altrimenti non si riuscirebbe a maneggiare l’impasto.

Usi generali

I cereali devono essere stoccati (raccolti una o due volte l’anno, a seconda del cereale). Alcuni subiscono un processo di macinazione e altri, in particolare orzo e sorgo, subiscono un processo per la produzione di malto (utilizzato o come ingrediente in panificazione o per la produzione di birra).

La macinazione può essere:

• Secco = processo che permette di ottenere sfarinati, frazioni come germe, crusca, che possono essere utilizzati per la produzione di diversi prodotti, come la pasta, biscotti ecc.
• Umido = processo che permette di ottenere degli ingredienti o semilavorati, come amidi modificati, sciroppi di glucosio ecc.

Il frumento dà origine a diversi prodotti che hanno una struttura, palatabilità differente (snack, pane ecc.). Il frumento (tenero e duro) viene consumato come prodotto trasformato (dopo essere stato macinato).

In ogni caso, tutti i cereali vengono consumati dopo cottura, per aumentarne le caratteristiche sensoriali e la digeribilità. Solo dal frumento possiamo ottenere una varietà di prodotti.

All’interno della specie di frumento tenero ci sono delle variabilità hard o soft (queste due tipologie differenziano per la durezza della cariosside, che si comporteranno in maniera differente alla macinazione), e tutto ciò che sta nel mezzo.

Barley (orzo) parte destinata a produrre alimenti, ma la maggior parte per la produzione di malti.

Lezione 2

Tutti appartengono alla famiglia delle Poaceae (Graminacee).

Composizione

La composizione chimica varia in base alla varietà (presenza di intervalli), e all’interno del frumento esistono diverse varietà. Questi range sono giustificati, sia dalla presenza di varietà differenti, ma anche dall’effetto della annata agronomica, dell’effetto delle pratiche agronomiche.

Milled (riso bianco o lavorato). Il mais come l’avena è più ricco in grasso (si produce il germe). Durante la macinazione, tutto ciò che è ricco in lipidi, porta all’irrancidimento.

La cariosside dei cereali

Nella cariosside dei cereali si distinguono tre regioni (dall’esterno verso l’interno):

• Pericarpo e tegumenti del seme = è una zona composta da diversi strati, e sono gli strati periferici del seme. Alcuni di questi strati danno origine al prodotto commerciale noto come crusca.
• Germe (embrione + scutello).
• Endosperma (strato aleuronico + endosperma amilaceo) = è la parte predominante. L’endosperma amilaceo viene chiamato anche mandorla farinosa.

Hanno funzioni differenti: e di conseguenza anche la loro funzione e struttura è differente. I tegumenti esterni, per svolgere la funzione di protezione, questi strati devono essere fatti da cellule con pareti spesse (fatte principalmente di cellulosa). Lo strato aleuronico si trova tra i tegumenti e l’endosperma amilaceo. Le sostanze di riserva sono l’amido e le proteine.

Dall’endosperma ricaviamo farina e semola, mentre dal germe ricaviamo il germe di grano.

La cariosside del frumento

Il frumento è caratteristico per la forma e la presenza di un solco ventrale, che non è presente in tutti i cereali, detta un po' di come deve avvenire il processo di macinazione.

Ogni composto ha un effetto specifico sulla salute (vedi slide). La cariosside del mais è la più grossa rispetto a tutte le altre. Il riso, sorgo e miglio hanno dimensioni più piccole.

Riso

Il risone presenta ancora le glume e glumelle, che nel caso del riso sono chiamate lolla (viene bruciata). Nel processo di lavorazione vengono eliminate queste parti, e si ottiene il riso integrale. Dal riso integrale, attraverso un processo di macinazione, si elimina la pula (germe), per ottenere il riso bianco. Man mano, che dall’esterno andiamo verso l’interno, stiamo arricchendo i cereali in amido, ma stiamo perdendo proteine, fibre ecc.

Mais

Ricordare che l’endosperma è ricco di amido. Ha mediamente un contenuto di proteine inferiore rispetto al frumento. Dal mais si possono produrre diversi prodotti, che derivano da una zona particolare. La cariosside del mais è strutturata in maniera diversa dall’esterno verso l’interno. Ha un endosperma farinoso (si ottiene il Fioretto, che andrà all’alimentazione animale e per i prodotti Gluten-Free) e uno vitreo (quello più esterno, si produce la farina bramata per fare la polenta e i Grits o spezzati utilizzati per la produzione di corn-flakes o la birra). La crusca o farinetta (parte più esterna) viene destinata all’alimentazione animale, mentre il germe è destinato alla produzione di olio.

A seconda della emissione emessa da ciascun componente, è possibile vedere la composizione. In blu è la fibra (parete cellulare, beta-glucani ecc.). Quindi, anche nel frumento ci sono, ma sono concentrati negli strati tegumentati (non nell’endosperma).

Rispetto alla forma della cariosside, il frumento si macina in un certo modo perché ha delle caratteristiche particolari. Tra cui, presenta un solco ventrale, è una entroflessione (presente anche nella segale, l’orzo e l’avena ce l’hanno ma non così evidente), che è assente nel mais, riso e sorgo. Inoltre, la cariosside può essere nuda (tipico esempio del frumento, le glume e le glumelle non sono adese al seme e vengono allontanate spontaneamente durante la trebbiatura, ovvero la raccolta del frumento) o vestita. Anche la s