FILIERA dei CEREALI

INNOVAZIONE NELLA FILIERA DEI
PRODOTTI DERIVATI DEI CEREALI:
ASPETTI TECNOLOGICI
M. Ambrogina Pagani
[email protected]
DIPARTIMENTO DI SCIENZE E TECNOLOGIE ALIMENTARI E
MICROBIOLOGICHE - DISTAM
Innovazione di processo: miglioramento della qualità e
della sicurezza alimentare anche nei prodotti tradizionali?
Parma - 15 Aprile 2011
FEDERALIMENTARE
M.A. PAGANI
CONVEGNO SISTAL – SIMTREA 2011
PARMA
15 Aprile
LA FILIERA DEI CEREALI
DIETA MEDITERRANEA:
PATRIMONIO CULTURALE IMMATERIALE UMANITÀ
Il valore della piramide alimentare
è duplice: da un lato rappresenta
una
eccellente
sintesi
delle
principali conoscenze acquisite
dalla medicina e dagli studi sulla
alimentazione, dall’altro è un
potente strumento di educazione al
consumo.
ITALMOPA (molini)
Produzione (t/anno)
Fatturato (M€)
Unità produttive
~ 10.250.000
~ 3.640
~ 90
UNIPI (pastifici)
Produzione (t/anno)
Fatturato (M€)
Unità produttive
~ 3.100.000
~ 3.700
~ 150
AIDI (prodotti da forno)
Produzione (t/anno)
CIISCAM / INRAN, 2009
http://www.ciiscam.org/
Fatturato (M€)
Unità produttive
~ 1.000.000
~ 4.500
~ 60
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15 Aprile
FILIERA dei CEREALI
SEMINA, MATURAZIONE in CAMPO
&
RACCOLTA
CONSERVAZIONE
o
STOCCAGGIO
(da poche settimane fino a 12 o più mesi)
PROCESSI TECNOLOGICI
di TRASFORMAZIONE
TE
CN
O
LO
G
O
ALIMENTI di “BASE”
di QUALITÀ
•Macinazione
•Pastificazione
•Produzione pane
e altri prodotti da
forno
AL
IM
EN
TA
RE
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FILIERA dei CEREALI
SEMINA, MATURAZIONE in CAMPO
&
RACCOLTA
CONSERVAZIONE
o
STOCCAGGIO
AGRONOMO
GENETISTA
CHIMICO
(da poche settimane fino a 12 o più mesi)
BIOCHIMICO
PROCESSI TECNOLOGICI
di TRASFORMAZIONE
(BIO)TECNOLOGO
ALIMENTARE
MICROBIOLOGO
ALIMENTI di “BASE”
ELEVATO VALORE NUTRIZIONALE E
INGEGNERE
FUNZIONALE
DEFINITE PROPRIETÀ SENSORIALI
PRIVI di CONTAMINANTI BIOTICI e ABIOTICI
(ELEVATA QUALITÀ IGIENICO-SANITARIA)
LUNGA CONSERVABILITÀ
NUTRIZIONISTA
DISPONIBILITÀ ELEVATA, PREZZO
CONVENIENTE
……..
ECONOMISTA
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Innovazione di processo:
miglioramento della qualità e
della sicurezza alimentare anche
nei prodotti tradizionali?
PASTA ALIMENTARE
Fonte: FSTA 2000-2011
PASTA (title)
715
PASTA (abstract)
3741
PASTA QUALITY (title)
65
PASTA QUALITY (abstract) 321
COLT.
frumento duro
MOLINO
ricezione e conservazione
(stoccaggio) granella
pulitura e condizionamento
- Scelta varietà con elevata
resa produttiva, resistenza
malattie, qualità proteine
grano “stoccato” = 100
resa grano pulito: 95 ÷ 98 %
(2÷5% impurezze e difetti)
macinazione
passaggi ripetuti di:
• rottura
• classificazione/setacciatura
• rimacina
semola
conservazione semola
PASTIFICIO
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FILIERA FRUMENTO DURO: OBIETTIVI “CONSOLIDATI”
- Alta resa macinazione e
alta produttività impianti
resa semola: 65 ÷ 70 %
(30÷35% crusca, germe, ecc.)
- Buona e costante qualità in cottura: essiccazione HT
pastificazione
• miscelazione ingredienti
• estrusione sotto pressione
• essiccazione
• confezionamento
• conservazione e distribuzione
pasta
cottura casalinga
resa pasta secca: 98.5 % (2.5 % H2O)
150-160 kg grano per ottenere 100 kg pasta secca
COLT.
frumento duro
MOLINO
ricezione e conservazione
(stoccaggio) granella
pulitura e condizionamento
macinazione
passaggi ripetuti di:
• rottura
• classificazione/setacciatura
• rimacina
semola
conservazione semola
PASTIFICIO
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FILIERA FRUMENTO DURO: NUOVI OBIETTIVI
pastificazione
• miscelazione ingredienti
• estrusione sotto pressione
• essiccazione
• confezionamento
• conservazione e distribuzione
pasta
cottura casalinga
- Selezione genetica varietà:
resistenza a malattie fungine
particolari proprietà amido
- Nuove modalità conservazione
- Trattamenti fisici di sanitizzazione (atmosfere
controllate, temperature “estreme”; RF, MO; ecc.)
- Operazioni pre-macinazione:
eliminazione totale chicchi difettosi
eliminazione strati tegumentali periferici inquinati
recupero composti bio-attivi e valorizzazione
sottoprodotti
stabilizzazione sottoprodotti
- Miglioramento caratteristiche nutrizionali e
funzionali pasta
amido resistente
arricchimento con frazioni ricche di composti bioattivi
miglior qualità per prodotti gluten-free
- Riduzione tempi cottura
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CARIOSSIDE CEREALI (es. FRUMENTO )
Estrazione
semola e farina
(RECUPERO
MANDORLA)
I componenti bioattivi sono
presenti soprattutto nelle regioni
che vengono eliminate con la
macinazione “convenzionale”
(CRUSCA E GERME)
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http://www.healthgrain.org
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BENEFICI “WHOLE GRAIN” SONO ASSOCIATI
ALL’ASSUNZIONE CONTEMPORANEA DI TUTTE LE FRAZIONI
farina integrale ≠ whole grain!
COLT.
frumento duro
- Selezione genetica varietà:
particolari proprietà amido
MOLINO
ricezione e conservazione
(stoccaggio) granella
pulitura e condizionamento
macinazione
passaggi ripetuti di:
• rottura
• classificazione/setacciatura
• rimacina
semola
conservazione semola
PASTIFICIO
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FILIERA DEL FRUMENTO DURO: nuove varietà Tr.durum
High amylose starch has attached particular interest
because of its correlation with the amount of Resistant
Starch (RS) in food. RS plays a role similar to fibre with
beneficial effects for human health, providing protection
from several diseases, such as colon cancer, diabetes,
osteoporosis and cardiovascular diseases.
• miscelazione ingredienti
Furthermore, pasta produced with semolina containing a
higher amylose content shows good cooking resistance
and firmness, satisfying consumer preferences.
• estrusione sotto pressione
• essiccazione
• confezionamento
• conservazione e distribuzione
- Miglioramento caratteristiche nutrizionali e
funzionali pasta
pastificazione
pasta
cottura casalinga
amido resistente
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FILIERA DEL FRUMENTO DURO: nuove varietà Tr.durum
Amylose content of SBIIa RNAi lines and
untransformed cultivars (cv Svevo and cv Ofanto)
COLT.
frumento duro
- Nuove modalità conservazione granella
MOLINO
ricezione e conservazione
(stoccaggio) granella
CHARACTERISTICS OF
SILO BAG
• Airtight, 3 layer
polyethylene it keeps out
air and light
• Size - 220 tonne
capacity
• Bag life - 12 months in
the open. Bags can be
stored anywhere on farm
as long as the ground is
clean, well drained and
free of sharp objects
• Silo bag is filled from
header or chaser bin at
around 200 tonnes per
hour
• Silo bag is emptied by
outloader at up to 180
tonnes per hour
pulitura e condizionamento
macinazione
passaggi ripetuti di:
• rottura
• classificazione/setacciatura
• rimacina
semola
conservazione semola
PASTIFICIO
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FILIERA DEL FRUMENTO DURO: PRE-MACINAZIONE
pastificazione
• miscelazione ingredienti
• estrusione sotto pressione
• essiccazione
• confezionamento
• conservazione e distribuzione
pasta
http://www.silobag.com..au
cottura casalinga
COLT.
frumento duro
MOLINO
ricezione e conservazione
(stoccaggio) granella
pulitura e condizionamento
macinazione
passaggi ripetuti di:
• rottura
• classificazione/setacciatura
• rimacina
semola
conservazione semola
PASTIFICIO
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FILIERA DEL FRUMENTO DURO: PRE-MACINAZIONE
pastificazione
• miscelazione ingredienti
• estrusione sotto pressione
• essiccazione
• confezionamento
• conservazione e distribuzione
pasta
cottura casalinga
-
Trattamenti fisici di sanitizzazione (atmosfere
controllate, temperature “estreme”; RF, MO; ecc.)
- Operazioni pre-macinazione:
eliminazione totale chicchi difettosi (volpati e fusariati)
eliminazione strati tegumentali periferici inquinati
recupero composti bio-attivi e valorizzazione
sottoprodotti
stabilizzazione sottoprodotti
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OPERAZIONI PRE-MACINAZIONE
Completa eliminazione chicchi difettosi (volpati e fusariati) mediante
selezionatrice ottica
Parziale eliminazione strati tegumentali periferici inquinati (azione
“peeling” - sfregamento chicco contro chicco)
Processo con Peeling
Processo tradizionale
Selezionatrice ottica
(Sortex)
Macchina “DCPeeler”
Cassoni di riposo
B1. Rottura
B1. Rottura
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prima peeling
dopo peeling
AZIONE:
abrasione chicco contro
chicco
EFFETTI
asportazione 2- 3 %
materiale;
riduzione n.
microorganismi (~1 Log);
abbassamento micotossine
(min. 50%);
eliminazione sabbia e terra
(~ 90 %);
eliminazione metalli pesanti
(~ 90 %);
maggior resa (2-3 %)
maggior durata laminatoi
B1;
minor fabbisogno laminatoi
rigati;
minor fabbisogno
semolatrici.
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OPERAZIONI PRE-MACINAZIONE: LA DECORTICAZIONE
operazione di abrasione che procede dall’esterno del chicco verso
l’interno, normalmente impiegata nel caso di cereali vestiti
CEREALI A CARIOSSIDE NUDA
CEREALI A CARIOSSIDE VESTITA
(riso, orzo, avena)
RISO
glume e glumelle
(lolla)
fortemente adese al
chicco
frumento
wheat
ricezione e
stoccaggio
glume e glumelle
sono rimosse
durante la
trebbiatura
FRUMENTO
storage
pulitura
cleaning
umidificazione
conditioning
DECORTICAZIONE
DECORTICAZIONE
milling
condizionamento
operazione che consente la
totale rimozione della lolla a
dare un chicco integrale
DECORTICAZIONE
macinazione
operazione che consente la
parziale rimozione dei tegumenti
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OPERAZIONI PRE-MACINAZIONE: LA DECORTICAZIONE
Pagani M.A., D’Egidio M.G., De Noni I., Pellegrino L., Cecchini C. 1999.
Efficacia del trattamento di decorticazione del grano duro nella riduzione
dell’attività α-amilasica della semola e del danno termico della pasta
secca. 4°° CISETA, Cernobbio (Como) 16-17 settembre
Pagani M.A., De Noni I., Pellegrino L., D’Egidio M.G., Cecchini C. 2000.
Decorticazione del grano duro: riduzione dell’attività α-amilasica della
semola e del danno termico della pasta secca. Tec. Molitoria, 51, 1170-1175.
Pagani M.A., De Noni I., D’Egidio M.G., Cecchini C., 2002.
Effectiveness of debranning process of durum wheat for improving
semolina quality. Proceedings of the Second International Workshop “Durum
Wheat and Pasta Quality: recent achievements and new trends”. Rome, 19-20
November, pp 157- 161.
Bottega G., Caramanico R., Lucisano M., Mariotti M., Franzetti L., Pagani M.A. 2009.
The debranning of common wheat (Triticum aestivum L.) with innovative
abrasive rolls. Journal of Food Engineering, 94: 75-82.
M.A. PAGANI
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MACCHINE per DECORTICAZIONE FRUMENTO
(debranning-dehulling, pearling)
MODIFICAZIONI CARIOSSIDE
% 30
broken
kernels
20
10
-10
RIFERIMENTO
(Grano non decorticato)
α-amylase
ash
0
starch
gluten
VWK
SWK
-20
-30
-40
-50
YIELD (%)
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OPERAZIONI PRE-MACINAZIONE: LA DECORTICAZIONE
GRANO DURO VITREO
70
RESA SEMOLA
(Grano non decorticato): 63.2%
68
66
3.8%
4.5%
64
62
60
5%
7.5%
-1.8%
12%
58
DL (%)
da: Pagani et al, 2002
1,0E+06
tradizionale
tal quale
a
decorticato
1,0E+05
B
CBT (ufc/g)
A
1,0E+04
1,0E+03
1,0E+02
100
1,0E+01
1
D33
80
60
1 passaggio
3
D35
4
D36
3 passaggi
1,00E+06
D
40
2
D34
1 passaggio
3 passaggi
tradizionale
tal quale
b
decorticato
1,00E+05
20
3h
3h
0
hard
soft
CBT (ufc/g)
C
rese di macinazione (%)
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EFFETTO DECORTICAZIONE - lavorazione industriale
1,00E+04
1,00E+03
1,00E+02
1,00E+01
1
D38
2
D39
3
D40
L’abrasione determina l’allontanamento degli
strati tegumentali senza compromettere lo
strato aleuronico e la mandorla farinosa
La decorticazione permette di
ottenere farine di
Tempi umidificazione minori e resa maggiore
Miglior qualità igienica
da: BOTTEGA et al., 2009; 2010
M.A. PAGANI
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DECORTICAZIONE: EFFETTI SU MICOTOSSINE
50 – 60%
riduzione
Fig.3. DON concentration relative to % of dehulling
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DECORTICAZIONE &
FRAZIONAMENTO
Journal Cereal Science 46, (2007) 327 - 347
Fig. 2. Determination, using phenolic acids as biochemical
markers, of the grain tissues proportions (aleurone, pericarp,
endosperm), as a function of total milling extraction rate.
M.A. PAGANI
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QUANTIFICAZIONE BIO-MARKERS NEL CHICCO
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DECORTICAZIONE: RECUPERO BIO-COMPONENTI
M.A. PAGANI
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FILIERA FRUMENTO: FRAZIONI “FUNZIONALI”
PROCESS / TECHNOLOGY
The Buhler process breakthrough enables
recovery of the valuable aleurone cells from wheat
bran to yield a light coloured, free-flowing powder.
This
innovative
process,
specifically
the
electrostatic separation of the aleurone cells from
the outer layers of the bran, leads to a high purity
wheat aleurone ingredient.
www.buhlergroup.com/global/en/leuron.htm
LEURON™
The natural health ingredient.
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FILIERA FRUMENTO : SEPARAZIONE FRAZIONI “FUNZIONALI”
TURBO-SEPARATORE
Contenuto proteico delle frazioni
separate mediante turboventilazione
da frumenti vestiti
Prot.:
Prot.: 8.8 %
frazione F1T
Prot.:
Prot.: 9.0 %
Prot.:
Prot.: 18.2%
scarto F1T
frazione F1T – II°°passaggio
Prot.:
Prot.: 8.8 %
frazione F2T
Prot.:
Prot.: 20.1 %
scarto F2T
COLT.
frumento duro
MOLINO
ricezione e conservazione
(stoccaggio) granella
pulitura e condizionamento
macinazione
passaggi ripetuti di:
• rottura
• classificazione/setacciatura
• rimacina
semola
conservazione semola
PASTIFICIO
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FILIERA FRUMENTO DURO: ARRICCHIMENTO PASTA
pastificazione
• miscelazione ingredienti
• estrusione sotto pressione
• essiccazione
• confezionamento
• conservazione e distribuzione
pasta
cottura casalinga
E. Marconi, M. Graziano, R. Cubadda
Composition and utilization of barley
pearling by-products for making functional
pastas rich in dietary fiber and b-glucans.
Cereal Chem. 2000, 77: 133-139
M.G. D’Egidio, M.A. Pagani, M.C. Casiraghi, E. Canzi, C.
Cecchini.
Fructan in durum wheat: an opportunity for
functional foods.
C&E Spring Meeting, Montpellier 2007
- Miglioramento caratteristiche nutrizionali e
funzionali pasta
Arricchimento con frazioni ricche di composti bioattivi
miglior qualità per prodotti gluten-free
M.A. PAGANI
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CARATTERISTICHE FUNZIONALI PASTA
+ sfarinato orzo
+ inulina
days after-anthesis
kDa
9
15
21
days after-anthesis
28
94
65
48
da: D’Egidio et al., 2007
da: Marconi, 2000 e 2007
9
15
21
28
120
100
Proteine FOS
100 GLYCAEMIC INDEX
PASTA
%
%
80
Duilio
cultivar
29
20
100%
semola
60
67
64
Fibra
ins%
11.1
3.1
53
58
1.7
11.8
5.2
4.0
40
70 % semola
20 % IWG
30
0
SDS-page
100% semola
glucose
100% 13.0
30% IWG
Immunoblottingintegrale
semolina
dietetic
3.0
pasta
wholemeal
6.9
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15 Aprile
PROCESSO PASTIFICAZIONE GLUTEN-FREE
CONVENTIONAL EXTRUSION
EXTRUSION-COOKING
(PROCESS A)
(PROCESS B)
PrePre- gelatinized
gelatinized
flour
flour
WATER
Water
WATER
Untreated
Untreated
flour
flour
WATER
Water
WATER
MIXING
MIXING
MIXING
MIXING
EXTRUSION
EXTRUSION
(T=50-55°
°° C)
(T=50-55°
C)
HEAT
HEAT TREATMENT
TREATMENT
STEAM
°° C)
STEAM TREATMENT
TREATMENT (T=120°
(T=120°
C)
DRYING
DRYING
50
50 °C/14
°C/14 hh
EXTRUSION
EXTRUSION
(T=50-55°
°° C)
(T=50-55°
C)
DRYING
DRYING
50
50 °C/14
°C/14 hh
Pasta
Pasta A
A
Pasta
Pasta B
B
Macaronishaped pasta
M.A. PAGANI
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15 Aprile
Agente “strutturante” ha effetto
positivo solo su farina di quinoa
ma è indipendente da quantità
utilizzata
quinoa
avena
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15 Aprile
Comportamento in cottura:
struttura amido ha ruolo-chiave
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15 Aprile
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15 Aprile
LA DOPPIA PIRAMIDE
L’adozione della Dieta Mediterranea è percepita come coerenza con i più
attuali trend socio-culturali, quali l’attenzione al benessere fisico; la lotta
all’obesità; la valorizzazione dei prodotti tipici; la ricerca dei prodotti naturali
e genuini e l’attenzione alla tutela ambientale.
Doppia Piramide: alimentazione sana per le persone,
sostenibile per il pianeta
M.A. PAGANI
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15 Aprile
LA PIRAMIDE AMBIENTALE
Ecological Footprint
m2 globali per kg o litro di alimento
Carbon Footprint
Water footprint
g CO2 eq per kg o litro di alimento
litri di acqua per kg o litro di alimento
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CONCLUSIONI
Le principali innovazioni nella filiera della pasta
riguardano principalmente le fasi a monte del processo di
pastificazione ma alcune sfide sono ancora aperte
Attento controllo delle fasi di conservazione e premacinazione per garantire la massima sicurezza
Valorizzazione (sotto)prodotti, vista la loro ricchezza in
bio-componenti per uso alimentare……. ma non solo
La competitività futura della filiera non può
prescindere dalla sua sostenibilità
GRAZIE PER LA VOSTRA
ATTENZIONE !