Alimenti e bevande

Cereali: piante della famiglia delle Graminacee

I cereali sono piante appartenenti alla famiglia delle Graminacee, coltivate per la produzione dei frutti cariossidi. Frumento, orzo, avena, segale sono cereali microtermi, con basse esigenze termiche e un ciclo autunnale-primaverile. Riso, mais, miglio e sorgo sono cereali macrotermi con elevate esigenze termiche ciclo primaverile-estivo. La cariosside all'interno della spiga è protetta dalle cosiddette glume o brattee.

Caratteristiche dei cereali

In alcuni cereali tali rivestimenti sono intimamente associati ai tegumenti del frutto per questa caratteristica tali cariossidi sono definite vestite. In altri cereali i rivestimenti si separano facilmente e questi cereali sono definiti nudi.

Il frumento o grano è il più importante e il più diffuso tra tutti i cereali. La pianta si adatta a diversi tipi di terreno e a diverse condizioni climatiche. Le specie più comuni sono:

• Il grano tenero, che ha la cariosside opaca, ricca di amido e adatta alla panificazione
• Il grano duro che ha la cariosside dura e lucida, ricca di glutine e adatta per la preparazione di paste alimentari.

Dal grano tenero si ricavano farine adatte alla panificazione e ai prodotti da forno; dal grano duro si ricavano le semole utilizzate normalmente per la fabbricazione delle paste alimentari.

• Il frumento comprende il 30% della produzione mondiale di cereali e il 17% degli scambi internazionali di prodotti agricoli.
• Il 75% è destinato all'alimentazione umana, 15% all'alimentazione animale, il resto per usi non alimentari.

Nel frumento ci sono carboidrati (amido, zuccheri semplici, emicellulose) e proteine (albumine, globuline, enzimi, gliadine e glutenine che formano il glutine).

Crisi dell'industria molitoria italiana

L'industria molitoria italiana ha un periodo di crisi che ha comportato una notevole riduzione dei mulini, costringendoci a importare sia grano duro che grano tenero. Il più grande produttore è l'Asia, seguita dall'Europa.

La cariosside del frumento

Nella cariosside del frumento c'è una parte esterna che si chiama pericarpo, l'endosperma e il germe.

• Endosperma: costituisce l'80-85% del seme, è la parte fondamentale per la produzione degli sfarinati; contiene circa il 70% delle proteine totali, nonché la quasi totalità dell'amido, inglobato in granuli. Questi ultimi sono tenuti assieme per mezzo dell'azione aggregante delle proteine. Sono grossi e abbondanti al centro, mentre al contrario le proteine aumentano andando verso la periferia. Scarso è invece il contenuto di vitamine e di sali minerali. Sia l'amido che le proteine del glutine, la glutenina e la gliadina, ricoprono un ruolo fondamentale nel processo di impastamento. La parete delle cellule è composta da arabinoxilani, betaglucani ed emicellulose ma non cellulosa. E all'interno della cellula ci sono granuli di amido circondati da una matrice proteica con spazi vuoti.
• La crusca: rappresenta circa il 12-18% del seme, è costituita dal pericarpo insieme allo strato aleuronico ed è l'involucro della cariosside. Contiene lignina, cellulosa, sali minerali, acido fitico, pentosani, proteine solubili in quantità limitata ma di valore nutritivo superiore alle proteine del glutine. La crusca è il prodotto di scarto delle farine bianche, maggiormente utilizzate e di qualità superiore, mentre rimane in parte nelle farine integrali.
• Il germe: o embrione, ricco di lipidi e proteine, viene scartato nella macinazione, pertanto non contribuisce alla composizione degli sfarinati se no cambierebbe le caratteristiche portando a una veloce ossidazione delle farine. Si trova nella parte periferica, dove interrompe la continuità del pericarpo. È separato dall'albume tramite un rivestimento chiamato scutello.

Altri cereali

Il farro è considerato il padre del frumento dal quale si distingue perché ha i tegumenti esterni aderenti al chicco come nell'orzo. Il farro ha una composizione simile al frumento: però dal punto di vista agronomico, è più resistente, adatto a coltivazioni; esso viene anche utilizzato per la panificazione e per minestre.

Kamut non è il nome di una tipologia di grano, ma il marchio commerciale che la società Kamut International ltd ha posto su una varietà di frumento registrata negli Stati Uniti con la sigla QK-77. In realtà, si tratta del Frumento orientale o grano grosso o Khorasan appartenente allo stesso gruppo del grano duro, è originario della fascia compresa tra l'Anatolia e l'Altopiano iranico (Khorasan è il nome di una regione dell'Iran). Presenta un elevato contenuto proteico, in generale superiore alla media dei frumenti duri e teneri, e buoni valori di beta-carotene e selenio.

Il mais ha una cariosside molto grande e piatta con un germe molto grande, il pericarpo è ricoperto da uno strato ceroso e occupa il 5%. Hanno diverse colorazioni. All'interno l'endosperma è ricco di vitamine e i granuli di amido sono esagonali impossibilitati a muoversi a causa di una matrice proteica mentre nella parte più interna sono sferici e più liberi di muoversi. Il legame tra amido e proteine non viene indebolito dalla presenza di acqua. L'evaporazione dell'acqua presente nella cariosside a causa del riscaldamento di essa a temperature superiori a 177° provoca un innalzamento di pressione causando la frantumazione del pericarpo e l'espansione dell'endosperma. Così si ha l'aumento di volume con produzione di popcorn. Il cornflakes si ottiene invece dalla rimozione di germe e pericarpo con conseguente rottura di circa metà della cariosside; la cottura avviene sotto pressione di vapore con zucchero, malto e sale e quando le cariossidi sono traslucide significa che l'acqua è penetrata fino al centro; poi vengono poste in essicatore a torre a 65° in aria calda in modo che il mais non sia più appiccicoso ma si secchi ed elimini acqua; infine si ha la formatura attraverso dei tamburi lisci rotanti.

Il riso ha cariosside raccolta nei tegumenti esterni, la pula che definisce il cereale vestito; questa viene eliminata durante la macinazione; è ricca di cellulosa, lignina e arabinoxilani e silice; viene utilizzata nella mangimistica insieme alla crusca di riso. I granuli di amido formano un insieme che rappresenta una struttura compartimentalizzata. Il chicco di riso di partenza è il risone dal quale può essere eliminata la pula che costituisce circa il 20% ottenendo così il brown rise o riso integrale; il riso integrale può essere a sua volta lavorato ottenendo il riso raffinato o white rise eliminando la crusca di riso. Queste rimozioni avvengono grazie a dischi rotanti che si muovono in direzioni opposte a diversa velocità oppure con una superficie abrasiva su un disco rotante. Il riso viene raffinato per esigenze di marketing; la raffinazione avviene per abrasione tra i chicchi e con la parete di acciaio della camera. Il riso parboiled è un risone sottoposto a trattamento di vapore che favorisce la migrazione e la diffusione dei composti idrosolubili del germe e degli strati periferici verso l'interno del chicco e favorisce una parziale gelatinizzazione dell'amido. La prima fase prevede di immergere il riso integrale in acqua a 50-70° per 2-4 ore portando alla completa gelatinizzazione dell'amido; poi segue la cottura a vapore per 8-20 minuti con migrazione dei micronutrienti dalla crusca all'endosperma; e si finisce con una fase di essiccamento al 14%. Si otterrà quindi un chicco traslucido con un maggior contenuto di vitamine B1 e sali minerali, una maggiore resistenza alla cottura e agli infestanti, e un minor assorbimento di grassi e aromi. Il riso soffiato è un cereale puffed ovvero a bassa densità, areato; si utilizza il vapore acqueo per ridurre la densità del cereale con cambiamento drastico di temperatura e di pressione; il cereale viene preumidificato applicando improvvisamente calore a pressione atmosferica così che l'acqua vaporizza prima di diffondere alla superficie e causa espansione del cereale.

L'orzo ha grani di amido con diverse forme, lenticolare e sferica. E le pareti cellulari sono ricche di beta-glucani. La cariosside è raccolta coi tegumenti esterni legati fortemente al pericarpo quindi lo si definisce un cereale vestito.

La segale ha cariosside raccolta nei tegumenti esterni; i granuli di amido hanno forma lenticolare o sferica e le pareti cellulari sono molto ricche di arabinoxilani.

L'avena ha cariosside caratterizzata da tegumenti esterni e filamenti; ha un germe lungo. Presenta enzimi lipasi molto attivi che devono essere disattivati durante la produzione di farina. L'avena vestita è il cereale più ricco di fibra 12%. L'amido ha granuli grandi, lisci o irregolari.

Il sorgo ha una cariosside nuda e sferica ma molto diverse a causa di incroci e selezioni scarse; ha uno strato costituito da protocianidine che allontanano gli animali che vogliono cibarsene. Il granulo ha struttura poligonale ricoperti da una struttura proteica.

Il miglio ha cariosside piccola nuda e germe grande. I granuli di amido sono poligonali e molto compatti oppure rotondi e poco impaccati.

Ci sono delle farine di cereali cotti a vapore fino a 40% di umidità con formatura per estrusione, trasferimento dei pellet; la pressione aumenta fino a 15 bar dove il vassel viene aperto facendo diminuire la pressione di materiale surriscaldato, facendo evaporare l'acqua e portando all'esplosione del cereale che esce verso l'esterno.

Composizione chimica dei cereali

I carboidrati nel frumento sono composti da zuccheri semplici, amido, cellulosa e pentosani.

• Il maltosio è un disaccaride costituito da due molecole di glucosio. Gli zuccheri semplici interagiscono attraverso gli enzimi. Arabinoxilani e arabinogalattani che rappresentano carboidrati complessi che contribuiscono a processi di impastamento e lievitazione e legano acqua.
• L'amido è costituito da amilosio e amilopectina organizzate in forma o cristallina o amorfa; l'amido assorbendo acqua in fase di riscaldamento va a gelatinizzare provocando l'uscita dell'amilosio dei granuli di amido che si gonfiano e che va a formare una colla per tenere insieme i granuli di amido che durante il raffreddamento forma una rete e una struttura cristallina o ordinata delle molecole di amilopectina che vanno incontro ha un processo di retrogradazione (=torna a una struttura cristallina durante l'invecchiamento); l'amilosio invece può cristallizzare in alcune occasioni; la struttura dell'amido può essere densamente impaccata, oppure l'amido può essere disperso in una fase gelatinizzata. L'amido cristallizza in diversi modi e questo è determinato dalla provenienza dell'amido. La forma B può essere convertita in forma A attraverso processi di riscaldamento in ambiente acquoso. L'uscita dell'amilosio dai granuli di amido aumenta l'indice di cristallinizzazione e indica che a cristallizzare sono maggiormente le molecole di amilopectina. L'amilosio forma una struttura ad elica con una cavità in cui si possono inserire ligandi apolari con catene alifatiche in cui la testa apolare esce all'elica. Queste catene di acidi grassi ricoprono l'amilosio, allungano i tempi di gelatinizzazione dell'amido e allungano i tempi di retrogradazione, allungando così i tempi di invecchiamento.

Le proteine nel frumento sono diverse, alcune formano glutine e altre no. Le glutenine hanno struttura compatta e sono sospendibili in acidi o basi e danno proprietà di elasticità al glutine. Le gliadine danno estensibilità al glutine. Il glutine ha elevato contenuto di cisteina, prolina, glutammina, glicina. Formazione di impasto viscoelastico con acqua, insieme eterogeneo di gliadine e glutenine da legami covalenti disolfuro e legami non covalenti ionici o idrogeno nonché da interazioni idrofobiche. Gliadine non hanno resistenza all'estensione e influenzano in particolare la viscosità, glutenine danno all'impasto la proprietà di resistere all'estensione cioè l'elasticità. In particolare, LMW e HMW glutenine sono coinvolte in attesa polimerizzazione con formazione di ponti disolfuro inter-catena. Altri cereali rispetto al frumento generalmente non hanno la capacità di forare impasti viscoelastici: il mais ha come proteina principale la zeina e alti livelli di leucina; il sorgo ha la kafirina; il miglio ha proteine con alti livelli di leucina e distribuzione proteica simile al mais in endosperma; avena e segale hanno buon bilanciamento di aminoacidi.

Enzimi nei cereali

• Lipasi e lipossigenasi: nel germe, possono determinare irrancidimento. Formazione idroperossidi e ossidazione carotenoidi con sbiancamento dell'impasto.
• Proteasi: inibiscono la formazione della trama proteica, idrolizzando le proteine e ostacolando, quindi, il processo di panificazione diminuendo la consistenza della pasta. Aggiunta in biscotti per aumento friabilità. Precursori aroma.
• Fitasi: importante per idrolizzare i legami fosforici dell'acido fitico (presente nell'embrione e parte più esterna della cariosside), che forma complessi insolubili con Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺ (più elevata quantità nelle farine integrali). Si può ottimizzare la sua azione con lungo periodo di fermentazione dell'impasto e cottura a temperatura non troppo elevata in modo da diminuire il potere demineralizzante del fitato.
• Amilasi: aumentano zuccheri fermentescibili per substrato lievito, aggiunte come estratto di malto o farine di cereali maltati. α-amilasi: attaccano le catene di amido al loro interno, catene corte e destrine rotte in maltosio e malto triosio, destrine limite, basso PM. β-amilasi: attacca i legami glucosidici dall'estremità non riducente della catena (staccano una molecola di maltosio alla volta) e si fermano in corrispondenza delle ramificazioni. Funzione enzimi (amilasi farina e maltasi del lievito): scindono l'amido in zuccheri fermentescibili. Servono granuli amido rotti ma non eccessivamente durante la macinazione altrimenti si avranno elevate quantità di destrine che legano acqua e si otterrà pane con mollica bagnata e crosta scura.

Conservazione dei cereali e preparazione

I problemi che si possono riscontrare nella conservazione dei cereali sono legati all'umidità, agli insetti e ai roditori. Le operazioni di preparazione e conservazione includono:

• Selezione
• Pulitura
• Condizionamento: separazione crusca da endosperma amilifero grazie all'umidificazione per 12-48 h secondo durezza cariosside al 16-17% e successiva rottura dello stesso riducendone la durezza per facilitare la trasformazione in farina cercando di evitare il danneggiamento dell'amido.
• Macinazione (rottura, svestimento e rimacina) in laminatoi a cilindri lisci (azione di pressione e stiramento) o rigati (riduzione dimensioni materiale): estrazione endosperma amilifero mediante laminatoi a cilindri in 6 passaggi, allontanamento parti di scarto.
• Setacciamento per classificazione, con setacci posti l'uno sull'altro e in movimento, successiva ad ogni macinazione.
• Conservazione a 15° e 70% umidità relativa. Circa la scelta fra silos esterni od interni, i pareri sono talvolta controversi. La scelta è da farsi solamente in funzione delle quantità stoccate: per quantità importanti i silos esterni sono certamente la scelta migliore, soprattutto se consideriamo i costi che i silos interni comportano in termini di maggior investimenti (fabbricato, impianto elettrico antideflagrante).

Composizione delle farine

Le farine sono composte da: acqua 8-18%; sali minerali 2%; proteine solubili e insolubili 7-8%; glucidi 72%; lipidi 2%; vitamine B1 B2 E. Alcune farine hanno effetti migliorativi sui prodotti: la farina di soia migliora il potere nutritivo del prodotto, allunga la conservabilità e migliora la forza dell'impasto.

Con il termine tasso di abburattamento o resa di macinazione si definisce la quantità di farina ottenuta macinando 100 kg di grano. Le farine più fini e bianche che corrispondono al tipo 00 o 0 provengono dalla parte più interna del chicco e sono più ricche di amido. A maggior tasso di abburattamento corrispondono farine più ricche di minerali (00-50%, 0-72%, 1-80%, 2-85%).

La farina di grano tenero è ottenuta dalla macinazione e conseguente abburattamento del grano tenero liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità. La farina integrale di grano tenero è ottenuta direttamente dalla macinazione del grano tenero liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità. Ci sono delle varietà soft che hanno la possibilità di avere una parete cellulare sottile determinando uno scarso assorbimento di acqua. Passando alla tipologia hard la parete cellulare si inspessisce potendo assorbire più acqua. 14.5% umidità massima; 0.5/1.7% sostanza secca massimo di ceneri; 9/12 proteine minime.

La semola di grano duro o semola: prodotto granulare a spigolo vivo ottenuto dalla macinazione e conseguente abburattamento del grano duro, liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità. Semolato di grano duro o semolato: prodotto ottenuto direttamente dalla macinazione del grano duro, liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità, dopo l'estrazione della semola. Semola integrale di grano duro: prodotto granulare a spigolo vivo ottenuto direttamente dalla macinazione del grano duro, liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità. 14.5% umidità massima; 0/1.4% ceneri minime; 0.9/1.8% ceneri massime; 10.5/11.5% proteine minime.

La farina di grano duro è un prodotto non granulare ottenuto dalla macinazione e conseguente abburattamento del grano duro, liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità.

Nel grano tenero e nelle varietà più soft il legame tra i granuli di amido e le proteine non è molto forte, parete cellulare più sottile quindi si hanno granuli di amido più liberi con un'apparenza opaca. Nel grano duro e nel grano tenero hard l'apparenza è più vetrosa perché amido e proteine sono molto legate e assorbono tanta acqua e quindi durante la macinazione si ha una rottura della matrice complessa tra amido e proteine formando granuli di amido rot... (testo troncato per superamento del limite di input).