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Composizione chimica della cariosside
L'amido è presente tra il 60% e l'84%, dipendentemente dalla presenza o assenza delle brattee e dal grado di selezione dei grani di maggiore dimensione con meno strati esterni.
I costituenti delle pareti cellulari (cellulose, emicellulose, pentosani) variano dall'1% per il riso integrale al 16% per l'avena.
Il tenore di proteine varia tra l'8% e il 14%, delle quali la maggior parte sono di riserva polimerizzate (80% frumento, mais e orzo, 60% segale e triticale e 25% avena).
Il contenuto lipidico divide i cereali in due gruppi: quelli con un contenuto lipidico del 2% (frumento, orzo, segale, triticale) e quelli che ne contengono circa il 6% (avena e mais).
Le cariossidi contengono il 2-3% di elementi minerali, in particolare potassio, magnesio, zolfo e fosforo, localizzati nelle parti tegumentali e costituiti da fosfati e solfati di calcio.
Sono importante fonte di vitamine, soprattutto del gruppo B, localizzate.
Principalmente nei tessuti del germe e quelli più periferici dell'endosperma.
ANATOMIA DELLA CARIOSSIDE DI FRUMENTO E COMPOSIZIONE DELLE DIVERSE REGIONI
La cariosside è un frutto il cui corpo è un tutt'uno con il seme. Nel frumento ha una dimensione tra i 5 e gli 8mm di lunghezza e tra 2,5 e 4,5mm di spessore, di peso medio di circa 37mg.
Si riconoscono tre regioni principali:
- Tegumenti: sia del frutto che del seme
- Embrione: definito germe
Sono composti da strati afferenti al frutto (pericarpo) e al seme (testa), con funzione protettiva garantita da fibre di cellulosa ed emicellulosa, Sali minerali (K, P, Mg, Ca) e fitati. Queste regioni sono circa il 5-6% della cariosside del grano tenero e circa il 12% del grano duro.
Abbozzo della futura pianta (asse embrionale) e regione nutritiva (scutello) ed è quindi ricco di proteine, lipidi, zuccheri solubili, vitamine ed enzimi utili alla mobilitazione delle sostanze di riserva dell'endosperma.
Endosperma amilaceo o mandorla farinosa
Composta dalla parte esterna (strato aleuronico) ricca in proteine, minerali, vitamine ed enzimi, e la parte interna detta mandorla o albume (82-84% del peso della cariosside) in cui sono immagazzinati, in forma insolubile, nutrienti importanti per la germinazione.
La frazione glucidica è per la maggior parte costituita da amido in granuli, poi in proteine.
Le regioni allontanate nella produzione della farina sono il pericarpo (tegumento del frutto) ed il rivestimento del seme (crusca, strato aleuronico), lo strato periferico dell'endosperma e il germe.
Una separazione meccanica delle parti più interne da quelle periferiche può essere utilizzata per eliminare i costituenti cellulosici, ma non per un più intensivo frazionamento dei costituenti maggiori.
Il contenuto di umidità è generalmente del 11-13% e l'aw deve essere inferiore a 0,7 per migliorare la conservabilità.
CARATTERISTICHE PER LA
CLASSIFICAZIONE DEL FRUMENTO
Un metodo di classificazione comprende le caratteristiche:
Agronomiche
- Periodo di semina (frumenti vernini o primaverili) e la regione geografica di crescita (es. Manitoba, Canada Western)
Chimico / fisiche
- Colore, vitrosità (vitroso o farinoso), comportamento in macinazione (hard o soft), proprietà di impiego in panificazione (forte o debole).
Altro metodo invece classifica il frumento sulla base di:
- Durezza dell'endosperma, considerando come la cariosside si frantuma durante la molitura
- Qualità delle proteine, che ne determina l'utilizzo
- Texture dell'endosperma, la quale può essere vitrosa e traslucida o farinosa e opaca.
Il frumento duro è generalmente vitreo, mentre quello tenero può essere più o meno farinoso: caratteristica che può essere modificata dalle condizioni ambientali e colturali, poiché la farinosità è favorita da precipitazioni abbondanti.
terreni sabbiosi e una coltivazione troppo affollata ed è in genere correlata con rese elevate; mentre la vitrosità può essere favorita da un elevato apporto di azoto nella coltivazione ed è correlata con un elevato contenuto proteico. [L'opacità è un effetto ottico dovuto alla presenza di minuti spazi contenenti aria tra le cellule dell'endosperma] proprietà di impiego- le cariossidi vetrose tendono ad essere hard e strong, mentre quelle farinose soft and weak.
- Nel frumento hard la frammentazione dell'endosperma avviene principalmente nelle zone di confine tra le diverse cellule, mentre in quelle soft si frattura in modo casuale.
- La durezza è legata all'adesione tra i granuli di amido e la matrice proteica che li circonda, quindi da cariossidi soft si ottengono farine più fini, con frammenti di endosperma irregolare e con molti granuli di amido liberi.
- La durezza influisce sulla facilità di distacco.
dell'endosperma dal tegumento: nelle cariossidi hard le cellule dell'endosperma si separano "più pulite" e tendono a rimanere integre, mentre nelle cariossidi soft le cellule a contatto con lo strato aleuronico tendono a frammentarsi ed in parte vengono allontanate con la crusca.
Il contenuto proteico varia dal 6 al 21% e tende ad essere maggiore nelle cariosside vitree, conferendo durezza e buona macinazione.
Il frumento dal quale si ricava una farina che ha capacità di produrre un pane con un grande volume ed una buona texture della mollica generalmente possiede un elevato contenuto proteico (hard), mentre il frumento caratterizzato da un minor contenuto di proteine (soft) presenta caratteristiche ideali per la produzione di biscotti e di prodotti lievitati con lievitanti chimici o con metodo di panificazione diretto.
Il grano duro può andare incontro a bianconatura: impaccamento meno denso, per la presenza di sacche d'aria in zone della cariosside.
che porta ad una resa inferiore in semola per comportamento in macinazione come una farina soft.
CARBOIDRATI
Sulla base del grado di polimerizzazione si identificano i monosaccaridi (zuccheri riducenti solubili in acqua e alcol come glucosio, fruttosio, mannosio…), gli oligosaccaridi, di cui fanno parte i disaccaridi (maltosio, lattosio, saccarosio…) e i trisaccaridi (raffinosio) fino a catene di 20 monosaccaridi uniti, ed infine i polisaccaridi, con polimerizzazione superiore a 20 unità monosaccaridiche (cellulosa sono 10000-15000 unità).
I carboidrati a basso pm sono presenti nella cariosside all’1-3%, mentre i principali carboidrati sono omopolimeridi elevato pm come:
- amido: unità di glucosio legato con legami a(1-4) e nelle ramificazione con a(1-6)
- cellulose: omopolimero di glucosio b(1-4) che conferiscono rigidità
- emicellulose: detti pentosani o arabinoxilani, contengono monosaccaridi pentosi come arabinosio e xylosio
CARATTERISTICHE
DELL'AMIDO
Forma di riserva degli zuccheri del regno vegetale, principale costituente di cariosside, alcuni semi, radici e tuberi, associato con lipidi (0,5%), proteine (0,2%) e minerali (0,2%).
Le catene lineari, con legami a(1-4) sono lunghe e flessibili, che rappresentano il 20-25% dell'amido e vengono definite amilosio.
In soluzione acquosa e dopo trattamento termico ha struttura a nastro flessibile, in grado di formare legami H con altre molecole con la porzione esterna della molecola, mentre la porzione idrofobica interna può ospitare molecole come acidi grassi, mono e di-gliceridi e iodio.
Questa conformazione da rigidità e diminuisce la solubilizzazione.
Le catene ramificate contengono fino a 100000 residui di glucosio e formano l'amilopectina, che è il 70-80% dell'amido ed ha la caratteristica di presentare ramificazione grazie ai legami a(1-6), i quali conferiscono forma a cespuglio o grappolo, con zone cristalline (più dense).
e zone amorfe. Ha basse capacità di interazione con emulsionanti solubili e in acqua fredda o calda è insolubile. ORGANIZZAZIONE STRUTTURALE DEL GRANULO DI AMIDO L'amido si trova nella cariosside sotto forma di granuli di varia dimensione (micron), ma anche strutture ellittiche di 20-30 micron di diametro. Al microscopio presenta birifrangenza o croce di malta, che indica una struttura molto ordinata, che si forma grazie alle catene di amilosio e amilopectina che, disposte in strati concentrici, formano zone amorfe e cristalline alternate. L'amilosio si incunea nelle zone lasciate libera dall'amilopectina e nelle aree cristalline (25-40%) le catene sono legate da numerose e forti interazioni e formano strutture (cristalliti) che possono essere studiate mediante diffrazione ai raggi X. Le molecole di amilopectina presentano alternanza di zone cristalline e di zone amorfe dove è più facile l'attacco degli enzimi. Nelle zone amorfe, sebbene i legami Hpossono essere forti tra le catene, la posizione irregolare delle molecole lerende più indipendenti.GELATINIZZAZIONE E RETROGRADAZIONE
La gelatinizzazione si verifica a temperature superiori a 50-55°C in un mezzo acquoso. Il granulo di amido si rigonfia, con assorbimento di acqua, rottura del granulo di amido e perdita dello stato cristallino.
La capacità di assorbimento dell'acqua varia in base alla specie botanica, diametro dei granuli, contenuto di amilosio (maggiore è il suo contenuto e maggiore è la temperatura di gelatinizzazione), presenza di altre molecole (lipidi e proteine) o sali minerali che rallentano il fenomeno per competizione con l'amido.
Prima del raggiungimento della temperatura di gelatinizzazione si nota una idratazione superficiale del granulo di amido. Il rigonfiamento comincia nelle zone amorfe, provocando una tensione sui cristalliti vicini e la loro distorsione, seguito da disorganizzazione e dissociazione, ad opera
delle zone a doppia elica, con perdita della struttura cristallina dell'amilopectina, che comincia ad idratarsi delle catene laterali. L'ulteriore idratazione fa sì che una parte della molecola, principalmente amilosio, passi in soluzione e con la rottura della struttura si ha anche rapido incremento di viscosità. Il comportamento dell'amido durante la gelatinizzazione dipende da molti fattori come la distribuzione delle zone cristalline, il rapporto amido-acqua, la presenza di proteine, di lipidi, pentosani, zuccheri solubili, sali (tutti fattori che inibiscono l'idratazione). La retrogradazione è la tendenza delle molecole di amilosio ad associarsi, con legami H, in fase di raffreddamento, con formazione di un gel o di un precipitato a seconda della velocità di raffreddamento (precipitato = più tempo). Un gel lasciato a riposo forma altri legami H che determinano la contrazione del gel e laa e da una diminuzione della capacità di ritenzione dell'acqua. Durante la retrogradazione, le molecole di amido si riorganizzano formando una struttura cristallina più compatta, che causa la separazione dell'acqua dal gel di amido. Questo fenomeno è noto come sineresi del gel. Durante la sineresi del gel, l'acqua viene espulsa dal gel di amido sotto forma di gocce o di un liquido chiaro. Questo può essere osservato quando un gel di amido viene lasciato a riposo per un certo periodo di tempo. Le gocce d'acqua si accumulano sulla superficie del gel o si separano dal gel stesso. La retrogradazione e la sineresi del gel possono influenzare la consistenza e la qualità dei prodotti alimentari che contengono amido. Ad esempio, la sineresi del gel può causare la separazione dell'acqua dalla salsa o dalla crema a base di amido, rendendole meno dense e meno stabili. Per prevenire o ridurre la sineresi del gel, è possibile utilizzare additivi alimentari come gli agenti gelificanti o gli stabilizzanti. Questi additivi possono aiutare a mantenere la struttura del gel di amido e a ridurre la separazione dell'acqua. In conclusione, la sineresi del gel è un fenomeno che si verifica durante la retrogradazione dell'amido, in cui l'acqua viene separata dal gel di amido. Questo fenomeno può influenzare la consistenza e la qualità dei prodotti alimentari e può essere controllato utilizzando additivi alimentari appropriati.
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