Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi PDF

Docente Sara Baldelli Lezione Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi  Sara Baldelli Cereali: aspetti generali Con il nome di cereali si comprendono diverse specie tutte appartenenti alla famiglia delle Grami...

Docente Sara Baldelli Lezione Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi  Sara Baldelli Cereali: aspetti generali Con il nome di cereali si comprendono diverse specie tutte appartenenti alla famiglia delle Graminacee. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 2 di 35  Sara Baldelli Cereali: aspetti generali La coltivazione dei cereali è indirizzata prevalentemente alla produzione di cariossidi che, in quanto ricche in amido, si prestano a fornire gran parte delle calorie necessarie alla dieta umana. Si utilizzano anche i semi di altre famiglie (come Poligonacee, Chenopodiaceae) che per l’elevato tenore di amido sono definite pseudo-cereali. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 3 di 35  Sara Baldelli Cereali: aspetti generali Si distinguono: cereali maggiori: frumento, riso, maiscereali minori: avena, orzo, segale, miglio e sorgo pseudocereali: piantedi famiglie diverse dalle Graminacee i cui semi sono simili per valore nutritivo a quelli dei cereali Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 4 di 35  Sara Baldelli Cereali: coltivazione I principali cereali coltivati sono frumento (duro e tenero), riso, mais, orzo, avena, segale, sorgo e miglio. Frumenti, orzo, avena e segale sono tutte specie con caratteri morfologici, fisiologici ed ecologici assai simili e costituiscono il gruppo dei cereali microtermi, ossia con basse esigenze termiche, che in Italia sono coltivati in prevalenza con ciclo autunno- primaverile. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 5 di 35  Sara Baldelli Cereali: coltivazione Riso, mais, sorgo e miglio costituiscono il gruppo dei cosiddetti cereali macrotermi, che hanno elevate esigenze termiche e svolgono il loro ciclo nel periodo primaverile-estivo, quando quindi le temperature sono sufficientemente elevate. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 6 di 35  Sara Baldelli Composizione chimica dei più importanti cereali (valori medi - g / 100g di sostanza secca) Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 7 di 35  Sara Baldelli Cereali: il frumento Il frumento è una delle principali Da questi dati si comprende l’importanza risorse alimentari dell’umanità. La economica e politica della produzione e commercializzazione del frumento, destinato per produzione mondiale di frumento oltre il 75% all’alimentazione umana, per il 15% si avvicina attualmente ai 600 all’alimentazione animale ed il restante per usi milioni di tonnellate e costituisce non alimentari. circa il 30% della produzione mondiale dei cereali; il frumento rappresenta da solo circa il 17% degli scambi internazionali di prodotti agricoli. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 8 di 35  Sara Baldelli Cereali: il frumento La selezione operata dall’uomo nel corso dei secoli ha riguardato essenzialmente i due principali tipi di frumento, il T. aestivum o frumento tenero e il T. durum o frumento duro; il primo si è diffuso principalmente in aree fresche temperate e con buona piovosità, l’altro grazie alla maggiore tolleranza alla carenza idrica si è sviluppato ed adattato soprattutto ai climi caldo-aridi del Mediterraneo. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 9 di 35  Sara Baldelli Cereali: la struttura La cariosside è il frutto dei cereali. Si distinguono: il pericarpo cruscalo strato aleuronico (ricco di PN) l’endosperma (mandorla farinosa o albume (amido) il germe o embrione (ricco di vitamina E) I cereali sono ricchi di amido (60-80%) perciò hanno una funzione di tipo energetico. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 10 di 35  Sara Baldelli Cereali: la struttura Acqua (8-18%) Glucidi (60-70%) (amido e, in piccola quantità, cellulosa, glucosio, ecc.) Proteine (10-18%): albumine e globulinesi perdono in fase di macinazione gliadina + glutenine glutine (sono a basso valore biologico carenti di lisina) Lipidi (2%): nel germe Sali minerali (1,5-2%): P, Ca, Mg, ecc. Vitamine (tracce): vit. gruppo B nell’albume e vit. E nel germe Fattori antinutrizionali: fitatitannini Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 11 di 35  Sara Baldelli Glutine È un complesso proteico viscoelastico costituito da un insieme eterogeneo di gliadine e glutenine, associate da legami covalenti (disolfuro) e legami non covalenti (idrogeno, ionici), nonché da interazioni idrofobiche È costituito per il 75-85% da proteine, 5-7% da lipidi, 5-10% amido e 5-8% acqua. Nella cariosside di frumento o nella semola/farina il complesso visco-elastico del glutine non è presente; si forma solo in seguito all’idratazione della semola/farina e alla formazione dell’impasto Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 12 di 35  Sara Baldelli Glutine e celiachia Il glutine è responsabile di una patologia complessa, il morbo celiaco o celiachia. La celiachia è un’enteropatia da glutine, caratterizzata da intolleranza permanente al complesso proteico del glutine o meglio alla componente gliadinica dello stesso contenuta nei frumenti, nell’orzo e nella segale. L’assunzione di alimenti contenenti glutine quali pane, pasta, biscotti ecc. determina nel soggetto celiaco una risposta immunitaria abnorme a livello dell’intestino tenue con conseguente infiammazione cronica e progressiva scomparsa dei villi intestinali. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 13 di 35  Sara Baldelli Trasformazione del frumento in sfarinati Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 14 di 35  Sara Baldelli La macinazione La conservazione corretta dei cereali è necessaria per evitare infestazioni e attacchi di muffe e la produzionedi micotossine La macinazione comporta una serie di rotture progressive dei chicchi intercalate da setacciature, si allontanano: crusca, cruschello e tritello Tappe: rottura (si distacca l’albume) rimacina (riduzioni in granuli via via più piccoli) svestimento (asportazione della crusca) abburattamento (passaggi attraverso setacci) Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 15 di 35  Sara Baldelli La macinazione Dalla molitura (macinazione) delle cariossidi di grano si ottengono gli sfarinati Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 16 di 35  Sara Baldelli Pane Il pane può essere considerato come l’alimento più antico preparato dall’uomo; è un prodotto ottenuto dalla cottura di un impasto di farina, acqua, e lievito. Se sono presenti solo questi ingredienti di base il pane è definito comune, in presenza di altri ingredienti si parla di pani speciali (pane al latte, all’olio, al sesamo ecc.). Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 17 di 35  Sara Baldelli Pane Il pane comune è ulteriormente classificato in diversi tipi, sulla base della farina di partenza utilizzata: pane di tipo 00, 0, di semola stanno ad indicare l’impiego nella produzione del pane rispettivamente di farine 00, 0 o di semola di grano duro. Principali operazioni del processo di panificazione Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 18 di 35  Sara Baldelli Impastamento Formazione di una pasta liscia, omogenea, tenace, viscoelastica a partire dai due semplici componenti di base: la farina e l’acqua. L’impasto subisce importanti trasformazioni: L’acqua aggiunta alla farina (generalmente 40- 65 parti per 100 parti di farina) ha funzioni fondamentali: determinare la formazione del glutine, l’idratazione dei granuli di amido, l’azione di solvente per altri ingredienti, regolazione delle attività enzimatiche. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 19 di 35  Sara Baldelli Impastamento L’aggiunta di grassi (olio, burro o strutto in modo che la materia grassa totale sia non inferiore del 4,5%) ha diverse funzioni: lubrificare in quanto migliora lo scorrimento delle macromolecole del glutine stabilizzare in quanto favorisce la formazione di bolle d’aria di piccole-medie dimensioni e quindi un’alveolatura più regolare aumentare la conservabilità in quanto rallenta la migrazione dell’acqua tra amido e proteine e le interazioni tra i granuli di amido, rallentando così il raffermimento del pane Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 20 di 35  Sara Baldelli Impastamento-fermentazione La fermentazione (fa parte dell’impastamento) ha un Saccaromices cerevisiae sono i duplice scopo: la levata della pasta sotto l’effetto lieviti normalmente usati in dell’anidride carbonica che si sviluppa durante il panificazione. processo e la sintesi di acidi organici e gas volatili che contribuiscono al gusto ed all’aroma del pane. In anaerobiosi i lieviti si moltiplicano con difficoltà ed utilizzano gli zuccheri per In panificazione i lieviti sono incorporati nella produrre l’energia di cui hanno bisogno misura del 2% del peso della farina. All’inizio della per mantenersi in attività; essi cottura, l’alcool evapora dopo la messa in forno. trasformano la quasi totalità del glucosio I lieviti sono inattivati quando la temperatura in etanolo e in anidride carbonica dando supera i 50 °C. luogo in minima parte ad acidi organici, alcoli superiori e esteri. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 21 di 35  Sara Baldelli Formatura e cottura Formatura: Consiste nella messa in forma della pasta che conferisce al prodotto la forma desiderata. Cottura: La durata della cottura è in funzione del formato di pane, es. mezz’ora circa per la baguette. Alla cottura segue il raffreddamento durante il quale il pane si raffredda e perde 1- 2% dell’acqua. Durante la cottura la struttura glutinica, a causa della denaturazione delle proteine per le alte temperature raggiunte, diventa rigida e conferisce forma e volume al pane. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 22 di 35  Sara Baldelli … durante la fase di cottura… L’alcool formato nel corso della fermentazione si vaporizza nell’aria La temperatura della mollica raggiunge progressivamente i 90 °C al cuore del pane, mentre quella della crosta raggiunge i 250°C Nella mollica gli enzimi sono inattivati (alfa amilasi è distrutta a 70 °C), l’amido viene gelatinizzato (tra i 65-80 °C), le proteine termo-irrigidiscono (coagulano tra i 70-90 °C); i grassi eventualmente aggiunti all’impasto fondono e contribuiscono momentaneamente alla stabilità degli alveoli La crosta comincia a formarsi verso i 90 °C. Si sviluppa simultaneamente la reazione di Maillard che conferisce il colore caratteristico della crosta Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 23 di 35  Sara Baldelli Valore nutritivo del pane È un alimento energetico perché ricco di amido Contiene buone quantità di proteine, ma queste sono incomplete La quantità di lipidi è ridotta, tranne che nei pani speciali addizionati di grassi Il pane integrale è ricco di sali minerali, vitamine e fibra Il rapporto Ca/P non è ottimale Il pane è un alimento rachitogeno Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 24 di 35  Sara Baldelli Tuberi Insieme con i cereali i tuberi appartengono al III gruppo degli alimenti e tendenzialmente devono la loro commestibilità al processo di cottura (come avviene per cereali). I tuberi sono alimenti vegetali ricavati per agricoltura o raccolta di piante spontanee. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 25 di 35  Sara Baldelli Tuberi Nell'alimentazione umana, i tuberi svolgono una funzione prevalentemente energetica poiché apportano elevate quantità di carboidrati complessi; non mancano comunque i sali minerali e le vitamine idrosolubili. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 26 di 35  Sara Baldelli Tuberi I tuberi sono tendenzialmente collocati nella porzione inferiore del tronco, ben nascosti al di sotto della superficie terrestre, e solo pochissime specie li sviluppano allo scoperto. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 27 di 35  Sara Baldelli Tuberi I tuberi non sono tutti commestibili. Tra quelli eduli sono ben note le patate, ma è anche abbastanza diffuso il topinambur. PATATE: Ricche di carboidrati complessi, con le loro 70-85 kcal/100 grammi risultano comunque meno energetiche dei cereali secchi, crudi, delle farine, della pasta (anche cotta). Le patate sono commestibili solo cotte. Crude, soprattutto mal conservate (germogliate) e con la buccia, oltre a risultare indigeste, possono contenere livelli "fastidiosi" di solanina (un alcaloide tossico) Contengono inoltre ottimi livelli di vitamina C Quelle a pasta rossa contengono anche diverse tipologie di pro vitamine A Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 28 di 35  Sara Baldelli Patate L'energia è conferita principalmente dai carboidrati complessi, seguiti dalle proteine e infine dai lipidi. I glucidi sono prevalentemente complessi (amido), i peptidi a medio valore biologico e i lipidi insaturi polinsaturi. Le fibre sono abbondanti ed il colesterolo è assente. Non contengono glutine, lattosio ed istamina. Tra le vitamine si apprezzano buoni livelli di acido ascorbico (vitamina C) e acido folico (che tuttavia vengono quasi totalmente perduti con la cottura), provitamine A o carotenoidi (soprattutto quelle a pasta rossa) e niacina (vit PP o B3). Per quel che concerne i sali minerali, sono buone le concentrazioni di potassio e zinco. Nota: esistono coltivazioni selezionate nelle quali il terreno viene arricchito con minerali "rari" come il selenio e lo iodio. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 29 di 35  Sara Baldelli Topinambur I topinambur (nomenclatura binomiale: Helianthus tuberosus) sono tuberi commestibili meno diffusi delle patate (soprattutto a livello nazionale). Il topinambur ha un apporto energetico inferiore rispetto alla patata poiché apporta maggiori razioni di inulina (fibra alimentare) e quantità inferiori di amido. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 30 di 35  Sara Baldelli Tuberi I tuberi sono porzioni della pianta finalizzate alla conservazione delle riserve energetiche; queste scorte, costitute da amido e/o inulina, possono essere molto utili anche all'alimentazione umana. I tuberi hanno quindi una funzione prevalentemente energetica (grazie all'amido), ma anche prebiotica e di conservazione intestinale (in virtù della presenza di inulina). Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 31 di 35  Sara Baldelli Tuberi L'inulina contenuta nei tuberi è un polimero di fruttosio i cui monosaccaridi sono vincolati da legami di tipo β-glicosidico; per questo risulta non digeribile dagli enzimi digestivi dell'essere umano. D'altro canto, tale legame è ben scindibile da alcuni microorganismi; a livello dell'intestino crasso, in particolare, l'inulina viene smantellata da parte dei bifidobatteri fisiologici che ne traggono nutrimento sviluppandosi in maniera eccellente; tale funzione è detta prebiotica. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 32 di 35  Sara Baldelli Tuberi Parallelamente e sinergicamente a questa reazione, l'inulina è anche una delle fibre viscose più diffuse; nonostante la "relativa" solubilità, favorisce una gelificazione delle feci che transitano in maniera semplice e priva di complicazioni; per questo motivo l'inulina dei tuberi svolge anche un ruolo di conservazione intestinale. Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 33 di 35  Sara Baldelli Tuberi Tra i sali minerali dei tuberi, ricordiamo l'eccellenza del potassio e di alcuni microelementi come zinco e selenio; in merito alle vitamine, per le patate si evidenziano un buon apporto di niacina (vit. PP) e di acido ascorbico (vit. C - quasi totalmente annientata dalla cottura). Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 34 di 35  Sara Baldelli Conclusioni In questa lezione abbiamo trattato di: Cereali: aspetti generali e classificazione; coltivazione e composizione chimica; il frumento; la struttura; il glutine; celiachia; sfarinati; il pane; valore nutritivo del pane; tuberi: composizione chimica e valore nutrionale Biochimica degli alimenti: cereali e tuberi 35 di 35