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Capitolo 3 Cereali

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Capitolo 3 Cereali
Cap. 3 – Cereali
CAPITOLO 3
_______________________________________________________________________________________
ASPETTI GENERALI DEI CEREALI
a
c
b
d
Fig. 3.1 - (a) Frumento duro, (b) Frumento tenero, (c) orzo e (d) riso
3.1 Generalità
Con il nome di cereali (dal fenicio Ker-frumento, o da Ceres, la dea latina
dell'agricoltura) si indicano piante erbacee annuali, appartenenti per la maggior
parte alla famiglia delle Graminaceae (Fig. 3.1), coltivate per i loro frutti o semi
secchi (cariossidi) ricchi di amido, utilizzabili nell'alimentazione umana o animale
come sfarinati o come prodotti trasformati industrialmente (Tab. 3.1).
1
La coltivazione e l'uso dei cereali risalgono alla più remota antichità ed alle
origini stesse dell'agricoltura: quasi certamente sono stati i primi vegetali
domesticati dall'uomo. Nel corso dei secoli hanno subito vari cambiamenti, tanto
che all'attualità le specie coltivate presentano caratteristiche molto diverse, ma che
rimangono sempre di fondamentale importanza specialmente nell’alimentazione
umana.
Tab. 3.1 - Principali destinazioni d'uso dei cereali alimentari più diffusi
Coltura
Tipo varietale
di forza
Frumento
tenero
speciali
panificazione comune
comuni da taglio
biscotti, prodotti non lievitati, distilleria, bevande
alcoliche
semola, pasta
Farro
Riso
Mais
farine correttive, prodotti da forno ad alta
lievitazione
panificazione speciale, prodotti da forno tipo
crackers, pasticceria artigianale
da panificazione
Frumento duro
Orzo
Destinazioni d'uso
polistici
distici
alimentazione umana
alimentazione animale
malteria: industria dell’alcol (birra, whisky ecc)
alimentazione umana e animale
alimentazione animale, produzione di olio
alimentare, bevande alcoliche, substrato nelle
produzioni biotecnologiche, industria cartaria,
tessile, isoglucosio, plastica biologica
Segale
alimentazione animale, panificazione, distilleria
Avena
alimentazione animale, alimentazione umana,
distilleria, antiossidanti naturali, cosmetici, prodotti
alimentari dietetici
Triticale
alimentazione animale, distilleria, malteria
3.1.1.Idoneità dei cereali per l'alimentazione umana
Il valore alimentare dei cereali, come già detto, è dovuto essenzialmente
all'elevato contenuto in amido (circa il 79%), all’apprezzabile contenuto di proteine
(circa 12%) al ridotto tenore in lipidi (2%) e all’equilibrato tenore di tutti gli altri
componenti (acidi grassi insaturi, vitamine, biostimoline, oligoelementi), efficaci
per una corretta alimentazione, per gli equilibri metabolici, e quindi, per una buona
efficienza fisica.
Le proteine dei cereali, tuttavia, contengono con un basso tenore in aminoacidi
cosiddetti essenziali non prodotti dall’organismo umano, soprattutto in lisina;
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Cap. 3 – Cereali
pertanto, devono essere integrati con cibi proteici complementari, come è
consuetudine nella cucina popolare di tutto il mondo, ad esempio associando pasta e
riso ai i legumi, la polenta al latte, il pane al formaggio ecc.
3.2 Diffusione e importanza dei cereali
Tra le piante alimentari, i cereali rappresentano il gruppo più importante
nell'economia mondiale e costituiscono direttamente o indirettamente la base
alimentare per gran parte dell'umanità: oltre la metà delle terre arabili del pianeta è
investita a cereali (circa 675 milioni di ettari su di una superficie arabile
complessiva di circa 1.382 milioni di ettari).
La loro importanza deriva da alcune caratteristiche positive, prima tra tutte,
quella di dare un prodotto secco (10-12% di acqua) concentrato, facilmente
trasportabile e conservabile ad alto potere calorico (amido), con apprezzabile
contenuto proteico, lipidico e di sali minerali. L’altra peculiare caratteristica è
l’ampia adattabilità ad ambienti molto diversi. Infatti, alcune specie si sono adattate
a climi temperati (specie microterme a ciclo autunno-vernini: frumento, orzo,
avena, segale, triticale), altre specie, originate nei climi caldo tropicali, sono
caratterizzate da elevate esigenze termiche (specie macroterme: mais, sorgo,
riso ecc.).
Nel Centro e Nord America si coltivano maggiormente: frumento, mais, avena e
sorgo, in Europa, invece, sono maggiormente coltivati i cereali vernini, anche se
una rilevante superficie è destinata alla coltivazione del mais (coltura primaverileestiva).
In Italia la superficie investita a cereali autunno-vernini si aggira intorno a 2.8
milioni di ettari dei quali circa 1.5 milioni sono coltivati a frumento duro, 0.7
milioni a frumento tenero e 0.4 milioni ad altri cereali minori.
3.3 Cenni botanici e morfologici
Dal punto di vista tassonomico i cereali alimentari più diffusamente coltivati nel
Mondo e in Italia appartengono alla Divisione: Angiosperme, Classe:
Monocotiledoni, Ordine: Glumiflorae, Famiglia: Graminacee e a diversi Generi e
Specie. Nella tabella 3.2, sono indicati i generi e le specie che saranno trattate in
questo volume.
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Tab. 3.2 – Specie più importanti di cereali alimentari
Genere
Nome comune
Triticum
Triticum
Triticum
Triticum
Triticum
Specie
Cereali microtermi
aestivum
durum
(momococcum)
dicoccum
spelta
Hordeum
vulgare
Orzo
Oryza
Cereali macrotermi
Riso
sativa
Frumento tenero
Frumento duro
Farro piccolo
Farro medio
Spelta o Farro grande
L’apparato radicale è di tipo fascicolato, costituito da (Fig. 3.2):
ƒ radici primarie: si originano dalla cariosside in numero diverso (da 3 a 7);
ƒ radici secondarie: si sviluppano, successivamente a quelle primarie, dai primi
nodi basali del fusto in numero diverso.
Fig. 3.2 – Schematizzazione dell’apparato radicale dei cereali: 1) radice primaria, 2)
radici secondarie originate dal nodo di accestimento, 3) o da altro nodo
Il fusto è cavo (detto culmo) è eretto, cilindrico, di altezza e caratteristiche
variabili a seconda delle specie (Fig. 3.3).
I culmi del riso si differenziano dalle altre graminacee per essere pieni, infatti,
presentano nel mesofillo e nello strato corticale un parenchima aerifero
(caratteristica idrofila della specie).
L’altezza del culmo è un carattere inversamente correlato alla sua resistenza agli
agenti atmosferici (ventosità e piogge intense), che tendono a piegarlo, causando il
fenomeno dell’allettamento; per contro lo spessore e l’elasticità del culmo sono
direttamente correlati a tale fenomeno. La ginocchiatura, vale a dire la
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Cap. 3 – Cereali
proliferazione di vellule meristematiche presenti nei nodi, permette il
raddrizzamento delle piante allettate.
Il culmo è costituito da nodi e internodi, in numero variabile con la specie, la
varietà e le condizioni pedoclimatiche in cui la pianta cresce (circa 5–8 per culmo).
Dai nodi basali si possono originare, all’inizio del ciclo vegetativo culmi secondari
o di accestimento. Il loro numero per pianta (indice di accestimento) è normalmente
compreso tra 1 e 5. Ogni culmo di accestimento produce un apparato radicale
avventizio.
Le foglie (Figg. 3.3 e 3.4) sono costituite da quattro parti: guaina, lamina, ligula e
auricole.
La guaina si origina da ogni nodo avvolgendo l’internodo subito al di sopra del
culmo e, quindi, continua in una lamina, parallelinervia, glabra o pubescente. Nel
punto di trasformazione della guaina in lamina possono essere presenti delle
formazioni membranacee: la ligula e le auricole.
Nell’orzo la ligula è assente o, comunque, poco visibile mentre le auricole sono
molto sviluppate.
Nel riso l’ultima foglia apicale resta in posizione eretta anche dopo la fioritura
(foglia a bandiera o foglia panicolare).
Fig. 3.3 - Morfologia delle Graminacee
Fig. 3.4 – Culmo e foglie di Graminacee
5
L’infiorescenza è una spiga nel frumento, orzo e farro (Fig. 3.4); mentre è una
pannocchia nel riso e in altri cereali (Fig. 3.5 e 3.6).
Fig. 3.5 - Spighe di diverse specie di cereali. L’infiorescenza
femminile del mais è detta impropriamente spiga trattandosi di
“spadice” al contrario del frumento duro. Le spighe di
frumento tenero sono spesso prive di reste
Fig. 3.6 - Pannocchie di diversi cereali. Da sinistra a destra: panico, riso, avena,
sorgo, mais (infiorescenza maschile)
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Cap. 3 – Cereali
La spiga è formata da un asse principale o rachide, costituito anch’esso come il
culmo da nodi ed internodi, sul quale su ciascun nodo sono inserite le spighette
sessili in numero variabile (1 nel frumento, 3 nell’orzo).
Le spighette (Fig. 3.7) sono racchiuse da glume, molto evidenti nel frumento,
ridotte, invece nell’orzo. Ogni spighetta a sua volta è costituita da una rachilla su
cui sono inserite i fiori, in numero variabile da specie a specie.
La spiga nel frumento e nel farro in genere è eretta, mentre nell’orzo, è piegata da
un lato per arcuamento dell’ultimo internodo del culmo o del rachide stesso. Tale
piegatura costituisce una sollecitazione meccanica di un certo rilievo che può
determinare la rottura della spiga prima della raccolta. La pannocchia del riso porta
le spighette uniflore inserite su assi secondari.
Ciascun fiore, generalmente ermafrodita, è sprovvisto di calice e di corolla ed è
protetto da due glumelle: una inferiore detta lemma, che può essere aristata (orzo,
riso e in molte varietà di frumento duro) o mutica (nel frumento tenero e nel farro) e
una glumella superiore detta palea. In particolare il colore della resta, quando è
presente, può avere colore paglierino, rossastro o nero. L'androceo è generalmente
composto da 3 stami (6 nel riso), mentre il gineceo è formato da un ovario
monocarpellare. Il numero di fiori, per spighetta varia da specie a specie: 1 in orzo e
riso; 5-7 nel frumento, 2–3 nel farro. Non tutti i fiori sono fertili: in genere quelli
apicali sono sterili.
Fig. 3.7 - Spighetta di frumento
Il frutto è una cariosside (Fig. 3.8). Nelle diverse specie e varietà esse
differiscono fra loro nella forma, grandezza, colore, struttura e per altre
caratteristiche. Essa può presentare forma ovale o ellittica di lunghezza tra 4 a 10
7
mm. Le componenti strutturali della cariosside dei cereali risultano costituite da
involucri esterni costituiti da glumelle e tegumenti (14—17%); endosperma
amilaceo (72-75%);aleurone (8-9%); germe o embrione (2-3%).
Gli involucri esterni sono costituiti dalle glumelle che alla sgranatura possono
rimanere aderenti al frutto, si hanno così le cariossidi vestite (es. orzo, riso e farro)
oppure non aderenti al frutto, si hanno così le cariossidi nude (es. frumento duro e
tenero). Inoltre, i tegumenti sono costituiti dal pericarpo e dagli involucri seminali
ricchi in fibra, vitamine e minerali che, durante la macinazione vengono separati
dall’endosperma andando a costituire i sottoprodotti (crusca e farinaccio).
L’endosperma costituisce la riserva energetica che l’embrione utilizza quando
germina per produrre una nuova pianta, ed è costituito per gran parte da amido, ma
contiene anche un certo tenore di proteine e zuccheri. L’endosperma ha struttura
farinosa nel frumento tenero, mentre in quello duro ha generalmente consistenza
vitrea, poiché l’amido viene inglobato nella matrice proteica per dare una sezione
cornea.
L’aleurone costituito da uno o più strati che circondano l’endosperma, formato da
cellule ricche di proteine sotto forma di granuli, che durante la molitura passano
nella crusca.
Il germe o embrione, situato nella parte dorsale e basale della cariosside, contiene
gli organi della futura pianta (radichetta, piumetta e fusticino) ed è ricco di lipidi,
vitamine liposolubili, sali minerali e proteine.
Fig. 3.8 – Costituenti della cariosside
Nella tabella 3.3 sono riportate le differenze morfologiche delle diverse specie di
interesse alimentare.
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Cap. 3 – Cereali
Tab 3.3 - Caratteristiche morfologiche e termiche dei principali cereali alimentari
Carattere
Frumento
Frumento
Farro
Orzo
duro
tenero
Culmo
Ultimo internodo
Altezza (cm)
Resistenza
all’allettamento
Foglia
Infiorescenza
Tipo
Presenza reste
Cariosside
Presenza glumette
Consistenza
Colore
Esigenze termiche
cavo
cavo
Riso
pieno
cavo
pieno
80-130
70-120
poco resistente
elastico, resistente
ligula e auricole
presenti
ligula e auricole
presenti
ligula e
auricole
presenti
ligula assente
auricola molto
sviluppata
foglia apicale
eretta (detta a
bandiera)
spiga
aristata
spiga
aristata o mutica
spiga
mutica
spiga
aristata
pannocchia
aristata
nuda
nuda
vestita
nuda o vestita
vestita
vitrea
farinosa
farinosa
farinosa
farinosa
microterma,
resistente al
freddo
macroterma
70-150
ombrata
bianca o rossiccia
microterma,
microterma,
microterma,
meno resistente più resistente al resistente al
al freddo del freddo
del
freddo
frumento tenero
frumento duro
3.4 Ciclo biologico
Il ciclo biologico dei cereali si articola nelle seguenti cinque fasi fenologiche
(Fig. 3.9):
1) Germinazione ed emergenza
Quando si verificano le opportune condizioni di temperatura, umidità ed
ossigenazione l'attività vitale dei semi si intensifica; inizia così la germinazione per
dare luogo ad una nuova pianta. La prima foglia fuoriesce dal terreno (emergenza) e
si espande fino a raggiungere la sua dimensione normale.
2) Accestimento
Consiste nell'emissione dei culmi laterali (secondari) dai nodi basali del culmo
principale, che dopo un po’ di tempo emettono radici proprie, rendendosi
indipendenti dalla pianta madre.
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3) Levata
Inizia quando la temperatura è sufficientemente alta. È il periodo di crescita più
intenso durante il quale gli internodi si allungano e si sviluppa l'apparato fogliare.
Durante la fase di levata si distinguono diverse sottofasi: all'inizio della fase si
differenzia l’infiorescenza che poi è spinta in alto fino a raggiungere la guaina
dell'ultima foglia, definita per il suo portamento, foglia bandiera (sottofase di
botticella, detta così per il rigonfiamento della guaina della foglia a bandiera dovuto
alla presenza al suo interno della spiga con dimensioni pressoché finali). Quando la
spiga fuoriesce dall'ultima guaina (sottofase della spigatura) si considera terminata
la levata.
4) Fioritura ed allegagione
Dopo la spigatura a seconda della specie si ha la formazione dei fiori nella spiga.
Si ha quindi la fecondazione, che nelle specie alimentari trattate in questo testo è
normalmente autogama. Avvenuta la fecondazione ha inizio la formazione
(allegagione) e la maturazione della cariosside.
5) Maturazione
In questa fase la cariosside si accresce per progressivo accumulo di fotosintati
fino a raggiungere il volume ed il peso massimo. Successivamente essa subisce un
calo ponderale dovuto alla perdita di acqua. Si distinguono 4 sottofasi:
ƒ Maturazione lattea: la cariosside risulta piena di un liquido bianco lattiginoso
(sospensione di granuli di amido nel succo cellulare) che fuoriesce dalla
cariosside, quando questa è sottoposta a pressione tra le dita. La pianta è ancora
verde.
ƒ Maturazione cerosa: la cariosside ed il resto della pianta, eccezion fatta per le
guaine, iniziano ad ingiallire. Il progressivo accumulo di sostanze di riserva
(zuccheri e proteine) e la perdita d'acqua fanno si che l'endosperma assuma
consistenza cerosa. Sotto l'azione dell'unghia la cariosside si lascia ancora
scalfire.
ƒ Maturazione fisiologica: si registra nel momento in cui cessa l'accumulo di
fotosintati. I granuli di amido riempiono completamente le cellule e sono
cementati da nucleo e citoplasma in una matrice proteica (glutine); la pianta
ingiallisce quasi completamente, restando verde solo l'ultimo nodo, e la
cariosside si lascia solo leggermente scalfire con l'unghia.
ƒ Maturazione di morte: l'essiccazione della cariosside procede fino ad un
contenuto in acqua del 12-14% circa, idoneo alla conservazione; rappresenta uno
stadio avanzato di maturazione in cui la pianta diventa secca, fragile ed in cui le
cariossidi cadono con estrema facilità comportando la possibilità di gravi perdite
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Cap. 3 – Cereali
di prodotto per fragilità dell'ultimo internodo che si spezza alla base della spiga o
per fragilità del rachide che può spezzarsi.
Fig. 3.9 - Fasi fenologiche delle Graminacee
3.5 Esigenze pedo-climatiche e nutrizionali
Esigenze climatiche
Nei riguardi dei fattori climatici i cereali, come già accennato precedentemente,
si distinguono in microterme e macroterme in base alle esigenze termiche necessarie
per il completamento del ciclo biologico.
Nelle regioni temperate mediterranee i cereali microtermi (o vernini) hanno ciclo
autunno-invernale, nei Paesi nordici hanno, invece, un ciclo primaverile-estivo.
Le specie alimentari microterme più importanti sono il frumento e l’orzo, le cui
cariossidi possono germinare a temperature poco sopra allo 0 °C, ma la pianta può
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sopportare fino alla fase di accestimento diversi gradi sotto lo zero, ecco perché si
semina prima dei freddi invernali.
La resistenza al freddo diminuisce drasticamente all’inizio della levata e
successivamente nella spigatura e fioritura tra le due specie. L’orzo è meno
resistente al freddo rispetto al frumento.
I cereali macrotermi (o estivi) hanno un ciclo sempre primaverile-estivo e le
specie alimentari più importanti sono il riso e il mais e il sorgo.
Le temperature per la germinazione delle cariossidi di queste specie si aggirano
intorno ai 10 °C; la pianta richiede, inoltre, temperature crescenti dalla
germinazione alla maturazione.
Esigenze pedologiche
I cereali si adattano ad un’ampia gamma di condizioni pedologiche, ma
forniscono i risultati migliori in terreni tendenzialmente argillosi, ben drenati e ben
dotati di sostanza organica. I terreni troppo sciolti, sabbiosi non sono ideali a causa
della bassa capacità di trattenuta idrica. Alcune differenze tra le specie si rilevano in
relazione all’adattamento a condizioni particolari di terreno, come il pH o la
salinità. In particolare, l’orzo è resistente alla salinità del terreno e produce
normalmente fino a valore di Conducibilità Elettrica dell’estratto saturo (ECe) di 810 dSm. Il frumento esige terreni più fertili rispetto all’orzo. Il riso esige terreni più
impermeabili (limosi-argillosi). Tutti i cereali sono esigenti in azoto.
Esigenze idriche
Negli ambienti mediterranei le specie macroterme (riso, mais ecc.) a ciclo
primaverile-estivo necessitano di irrigazioni, mentre i cerali microtermi (frumento,
orzo ecc.) non necessitano, in genere, di apporti irrigui, perché beneficiano delle
piogge nel periodo invernale.
Il ciclo dell’orzo è più breve rispetto a quello del frumento, anche per questo si
adatta di più nei climi mediterranei perché sfugge alla siccità dei periodi più caldi.
Esigenze nutrizionali
Tutte le specie esigono elementi prontamente assimilabili, in particolar modo di
azoto, dalla levata alla fioritura.
ƒ Dal fosforo dipendono: accestimento, precocità, resistenza all’allettamento.
ƒ L’azoto è dannoso se in rapporto squilibrato con il fosforo.
ƒ Potassio e calcio influiscono sullo sviluppo.
ƒ L’orzo è meno sensibile allo squilibrio azoto-fosforo, più sensibile al potassio
che aumenta il rapporto seme-paglia.
ƒ I vari elementi influiscono sulla qualità della granella.
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Cap. 3 – Cereali
3.6 Cenni sulla tecnica di coltivazione dei cereali
I cereali sono caratterizzati dalla completa meccanizzazione di tutte le operazioni
colturali: dalla semina alla raccolta.
Nel caso del riso trattandosi di una coltura acquatica le operazioni colturali si
differenziano dagli altri cereali. In particolare l’impianto di questa coltura richiede
preliminarmente una sistemazione idraulica del terreno ai fini di governare
l’irrigazione per sommersione tipica per questa specie.
Le tecniche di lavorazione del terreno variano in funzione della sua natura, della
precessione colturale, del grado di infestazione delle malerbe. Tra i lavori principali,
l’aratura (Fig. 3.10) è ancora oggi la modalità più diffusa nei terreni argillosi ed in
quelli molto inerbiti, nonché in quelli con presenza di residui colturali. Negli ultimi
anni il tema delle lavorazioni è stato profondamente modificato in relazione al
contenimento dei costi di produzione, infatti, oggi in alcuni casi si adotta il
minimum tillage riferendosi a tecniche di lavorazione ridotte, realizzate con un
unico passaggio di fresatrice al fine di predisporre il terreno per la semina o si può
adottare lo zero tillage quando non si effettua nessuna lavorazione e la semina viene
eseguita con apposite macchine su terreno sodo anche in presenza di residui
colturali. Altri problemi della tecnica colturale dei cereali interessano l’epoca, la
densità e la profondità di semina, nonché gli interventi agronomici riguardanti la
concimazione, il diserbo e la raccolta o l’irrigazione in caso di colture primaverili.
Le suddette tecniche saranno trattate successivamente per ciascuna coltura.
Fig. 3.10 – Aratura
13
3.6.1 Cerealicoltura biologica
Nella Unione Europea (U.E.) le produzioni di colture cerealicole biologiche
rappresentano il 44% delle colture biologiche.
In Italia, primo Paese produttore con metodo biologico a livello europeo, la
superficie coltivata a cereali rappresenta il 20% della Superficie Agricola Utilizzata
(SAU) biologica e in particolare quella coltivata a frumento duro rappresenta il 43%
della SAU totale dei cereali.
3.7 Aspetti qualitativi della produzione
La composizione chimica delle cariossidi dei cereali è influenzata da numerosi
fattori: la specie d'appartenenza, il terreno, il clima, i trattamenti cui la pianta è stata
sottoposta e lo stato di conservazione. Qui di seguito vengono riportati i valori
minimi e massimi, riscontrabili, dei contenuti in nutrienti di cereali (Tab. 3.4).
Tab. 3.4 - Composizione delle cariossidi di cereali
Componenti
Minimo (%)
Massimo (%)
Acqua
10.0
14.0
Proteine
8.0
16.0
Carboidrati
50.0
75.0
Lipidi
1.5
4.5
Fibre
2.5
12.5
Ceneri
1.5
3.0
I cereali sono ottimi alimenti energetici. In relazione alla composizione della
cariosside le diverse specie evidenziano variazioni nel contenuto in principi nutritivi
(Tab. 3.5), ma tutti presentano come caratteristiche peculiari una carenza in
aminoacidi essenziali, in particolare lisina, e una scarsa assimilabilità delle proteine
a causa dell'associazione di queste ultime a strutture cellulosiche indigeribili.
In base alla quantità e alla struttura delle proteine presenti nelle cariossidi è
determinata l’attitudine delle farine o delle semole alla produzione di pane e pasta.
In genere, il contenuto proteico dei frumenti varia tra l’11 e il 14%; mediamente tale
tenore nel grano duro è generalmente superiore di un punto percentuale rispetto al
tenero.
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Cap. 3 – Cereali
Tab. 3.5 - Composizione chimica delle cariossidi nelle diverse specie
(valori medi indicativi g/100 g s.s.)
Cereali
Proteine
Carboidrati
(amido)
Lipidi
Fibra
Ceneri
duro
13.0
70.0
1.9
1.9
1.5
tenero
12.0
71.7
1.9
1.9
1.4
14.2
66.1
2.5
7.0
2.4
vestito
11.0
71.0
1.8
2.1
3.1
nudo
9.0
78.8
1.8
2.1
2.3
7.0
87.6
0.6
0.2
0.6
Frumento
Farro
Orzo
Riso
La frazione proteica dei diversi cereali è costituita da quattro tipi di proteine
(Tab. 3.6 e Fig. 3.11):
albumine: sono proteine ad alto valore biologico, ricche di amminoacidi essenziali
come: glutammina, leucina, prolina e lisina, presenti nella porzione esterna della
cariosside e nel germe. Esse sono solubili in soluzioni saline;
globuline: sono proteine ricche in lisina, arginina, serina e cisteina, localizzate
esclusivamente nel germe. Sono solubili in soluzioni saline;
prolammine: localizzate nell'endosperma. Si accumulano nei corpi proteici. Sono
solubili in soluzione acquosa con elevato tenore in etanolo (70%);
gluteline: anch'esse localizzate nell'endosperma. Si accumulano nell'interno e
all'esterno dei corpi proteici. Sono solubili in soluzioni acide (ac. acetico) o
alcaline diluite.
Tab. 3.6 – Percentuale delle diverse proteine in alcuni cereali
Cereale
Albumine
Globuline
Prolammine
Gluteline
Frumento
9
5
Gliadine
40
Glutenine
46
Mais
4
2
Zeine
55
Gluteline
39
Orzo
13
12
Ordeine
52
Ordenine
23
Avena
11
56
Aveline
9
Avenine
23
Riso
5
10
Oryzine
5
Gluteline
80
15
Si noti che le albumine e le globuline, proteine complete in aminoacidi
essenziali, non concorrono alla definizione del valore nutrizionale delle farine, in
quanto allontanate in fase di molitura, insieme alla crusca e al germe.
Per contro, l'importanza delle prolammine e delle gluteline è definita non tanto
dal valore biologico delle stesse, quanto dalla loro composizione aminoacidica che
consente la formazione di legami ad idrogeno tra le molecole proteiche e tra queste
ultime e l'acqua utilizzata durante l'impastamento. I legami intermolecolari che si
possono instaurare tra prolammine e gluteline concorrono alla formazione del
glutine: è questa una matrice proteica nella quale sono immersi amido e lipidi e che
conferisce alla pasta viscosità, elasticità e coesione. La "forza" del glutine è
proporzionale alla presenza di cisteina, prolina ed acido glutammico nella frazione
proteica dello stesso.
Come già detto precedentemente, il tenore di lisina e metionina nelle farine e
nelle semole è basso; ciò diminuisce notevolmente il valore nutrizionale delle
proteine dei cereali.
Fig. 3.11 – Effetto della struttura del grano sulle proprietà
viscoelastiche di proteine idratate
I carboidrati presenti nella cariosside si possono suddividere in:
amido: (60-68%), la cui forma e la dimensione sono tipiche di ogni cereale, tanto
che è possibile, mediante esame microscopico, riconoscere la provenienza della
farina;
pentosani: (in media di 6.5%), polimeri di aldopentosi non fermentescibili. Si
ritrovano essenzialmente nel pericarpo, nel perisperma e nello strato aleuronico;
cellulosa e lignina: (2-2.5%), presenti nella parte corticale della cariosside; vengono
allontanate durante l’abburattamento;
16
Cap. 3 – Cereali
zuccheri riducenti: (1.5%), costituiti da destrine e glucosio ossia da prodotti
dell’idrolisi dell’amido. Nella preparazione del pane danno inizio alla
fermentazione.
I lipidi, presenti quasi esclusivamente nel germe, sono costituiti da gliceridi
esterificati ad acidi grassi insaturi (oleico, linoleico, linolenico) per l’80-84% e
saturi (in particolare il palmitico, per circa il 13%). Nell’endosperma e nello strato
aleuronico si ritrovano fosfolipidi, glicolipidi e steroli (sitosterolo e campesterolo).
I sali minerali, rappresentati da fosfato di Mg e K, sali di Ca, Fe, S, Cu, Zn ecc.,
sono situati nella parte esterna del cariosside. Da evidenziare il basso rapporto di
Ca/P.
Le ceneri risultano costituite prevalentemente da fosfati organici (esteri, lecitina,
fitina, nucleoproteine ecc.).
Tra le vitamine, assenti la D e la C; si ritrovano invece quelle del gruppo B,
nello strato aleuronico, e la vitamina E nell’embrione.
Gli enzimi, presenti in piccole quantità, rivestono importanza:
la diastasi (costituita da α e β-amilasi) che idrolizza l’amido in zuccheri
fermentescibili;
le lipasi, che attaccando i lipidi contenuti nella cariosside ne possono determinare
l'irrancidimento idrolitico;
le proteasi, che agiscono sulle molecole proteiche dando origine ad aminoacidi
liberi e polipeptidi ed impedendo la formazione del glutine;
le fitasi, che inattivano l'acido fitico e ne riducono l'azione anti-alimento.
3.8 Qualità antiossidanti dei cereali integrali
Un effetto positivo della granella integrale dei cereali è data dall’azione
antiossidante dovuta alla ricchezza di acidi fenolici (fino a 500 mg kg-1) e di lignani
(il frumento ne contiene 5 mg kg-1, fitosteroli e di folati) importanti nella protezione
dal morbo Alzheimer dei tumori e delle malattie cardiovascolari.
Per arricchire i cereali di questa ultime sostanze, in alcuni Paesi (Usa, Canada e
Cile), si sono affrontati programmi di fortificazione dei cereali di acido folico
specialmente nei prodotti da forno e cereali da colazione.
La ricchezza in fibre, allo stato grezzo dei cereali ha anche l’effetto, come già
accennato nel Cap. 2, di ridurre la tendenza al sovrappeso, in quanto conferiscono
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un senso di sazietà. Quest’ultimo effetto nei prodotti integrali è aiutato anche dalla
ricchezza di vitamine del gruppo B, note per favorire il metabolismo dei carboidrati.
3.9 Fattori antinutrizionali
Nei cereali sono presenti quantità variabili di fattori antinutrizionali (tannini,
acido fitico, inibitori enzimatici, lectine e resorcinoli) che a seconda della loro
natura possono sia ridurre la digeribilità delle proteine e dei polisaccaridi inibendo
gli enzimi digestivi necessari all'idrolisi di queste molecole, sia interferire con i
processi di assorbimento di alcune sostanze nutritive o formando complessi non
assimilabili o alterando la funzionalità delle cellule dell'epitelio intestinale.
I tannini, sostanze aromatiche di natura fenolica presenti in elevata
concentrazione nel sorgo e nell'orzo, legano con ponti idrogeno ai loro gruppi
fenolici quelli peptidici delle proteine, formando complessi indigesti. Svolgono la
stessa azione nei confronti degli enzimi digestivi, riducendo l'assorbimento di tutti i
nutrienti.
L'acido fitico, che si ritrova nell'embrione e nella parte più esterna della
cariosside dei cereali, impedisce l'assorbimento di alcuni cationi metallici (Ca2+,
Mg2+, Fe2+, Zn2+) con cui forma complessi insolubili.
Gli inibitori enzimatici di proteasi pancreatiche e di amilasi si ritrovano
nell'endosperma di frumento, segale e triticale i primi; di frumento, orzo e segale i
secondi. Gli inibitori di proteasi sono presenti in piccola concentrazione e
termolabili nel frumento; in notevoli quantità e termostabili negli altri due cereali.
Gli inibitori dell'amilasi sono resistenti alle alte temperature e all'attacco della
tripsina.
Le lectine (emoagglutinine e fitoagglutinine) e i resorcinoli (derivati alchilici del
resorcinolo) determinano una diminuzione della crescita e un calo di appetito negli
animali. In particolare è stato dimostrato che le lectine di leguminose interferiscono
con l'assorbimento di nutrienti interagendo con le cellule della mucosa intestinale. È
stato ipotizzato che un fenomeno analogo stia alla base della tossicità delle proteine
del glutine nel morbo celiaco (una grave enteropatia caratterizzata da mal
assorbimento intestinale, diarrea cronica, dimagrimento, ritardi nella crescita, turbe
psichiche). Quest'intolleranza si manifesta al momento dello svezzamento ed è
indispensabile che la dieta dei soggetti malati sia del tutto priva di alimenti
contenenti glutine. Secondo alcuni Autori la tossicità è imputabile ad un peptide,
derivato dall'idrolisi della gliadina; secondo altri il morbo celiaco sarebbe dovuto a
sensibilità al glutine, legata alle risposte immunocellulari d'origine genetica.
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