Appunti cereali e derivati PDF

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appunti di tutte le lezioni - Scienze gastronomiche ...

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CEREALI E DERIVATI Piante appartenenti alla famiglia delle graminaceae, coltivate per la produzione di frutti. Per cariosside si indica un frutto secco indeiscente, monospermo, tipico della famiglia delle graminaceae. FRUMENTO La cariosside all'interno della spiga è ricoperta da una struttura chiamata glume. In cereali come orzo e riso tale rivestimento è saldato ai tegumenti del frutto e pertanto si parla di cariossidi vestite, invece quando il glume si separa facilmente si parla di cariossidi nude, come nel caso del frumento, mais ed avena. Endosperma rappresenta la maggior parte della cariosside. Nel frumento rappresenta circa l'80%. È costituto da strato aleuronico ed endosperma amidaceo. Lo strato aleuronico è costituito da cellule cuboidali con pareti spesse e si trova tra pericarpo ed endosperma. L'aleurone è ricco di micronutrienti (vitamine e ceneri), grassi ed enzimi, e idratandolo vengono attivati gli enzimi. Endosperma amidaceo costituito da polimeri di zuccheri (arabinoxilani e betaglucani) e da componenti fibrose (emicellulose) che legano facilmente acqua. Arabinoxilani nel pane ritardano il raffermamento del pane, ovvero invecchia più lentamente. Betaglucani invece aumentano la viscosità a livello gastrointestinale ed hanno una funzione nutrizionale. Le cellule sono costituite prevalentemente da granuli di amido ai quali sono legati proteine. La matrice non riempie tutto lo spazio interno alla cellula, ed infatti sono presenti spazi vuoti. Carboidrati: amido e zuccheri Proteine: albumine, globuline, enzimi, maggior parte 85% gliadine e glutenine Germe: costituito da scutello (organo di riserva) e parte embrionale. Da quest'ultima zona viene innescato il germoglio della futura pianta. Sono presenti sostanze energetiche facilmente disponibili che permettono una rapida assimilazione e sviluppo nei processi metabolici del germoglio. Contiene zuccheri semplici, proteine, grasso, ceneri (minerali). Contiene anche vitamine ed enzimi. Il germe è la parte meno stabile della cariosside. Infatti per la produzione delle farine viene eliminato, la presenza di grassi potrebbe dare irrancidimento ossidativo. Frumento duro e tenero si differenziano prevalentemente per il diverso contenuto proteico nell'endosperma. Il frumento duro viene prevalentemente usato per la pastificazione, quello tenero per prodotti da forno. Endosperma grano duro: sono presenti più proteine legate tra loro che costituiscono una fase continua tra i vari granuli di amido. L'endoderma è detto vetroso. La matrice proteica continua da maggior resistenza alla cariosside,infatti per la produzione di farine questa rimane più granulosa. La presenza di minor proteine nell'endosperma del grano tenero permette di ottenere farine dove i granuli di amido si separano facilmente. Grano duro ha parete cellulari spesse e con arabinoxilani (hanno grande affinità con acqua) avendo così un maggior grado di assoebimento di acqua rispetto al grano morbido. L'acqua viene assorbita dalla componente fibrosa e non dall'amido. I frumenti variano nel contenuto di proteine, la loro quantità corrisponde a differenti varietà.

MAIS Cariosside grande e germe sviluppato (10/15%). Il germe da instabilità, viene separato e da questo può essere estratto olio. La struttura della cariosside è identica a quella del frumento. Endosperma esterno è vetroso ovvero ha un alto contenuto di proteine legate ai granuli di amido, mentre nell'endosperma interno abbiamo granuli di amido poco compatti con meno proteine. RISO Cereale con piccola cariosside, vestito (pula saldata al tegumento esterno del frutto). La parte esterna è chiamata pula e rappresenta il 20% della cariosside ed abbonda di cellulosa, arabinoxilani, lignina, ceneri. Il riso integrale è privo della pula, ed il 95% del riso è costituito da endosperma. Questo contiene piccoli granuli di amido che riescono ad essere cotti in modo migliore rispetto ad altri cereali. Endosperma esterno è vetroso ovvero ha un alto contenuto di proteine legate ai granuli di amido, mentre nell'endosperma interno abbiamo granuli di amido poco compatti con meno proteine. ORZO Cereale vestito, difficile rimuovere il tegumento esterno. Strato aleuronico costituito da una serie di tre strati di cellule. Nell'endosperma prevalgono due tipi di granuli di amido: lenticolare e sferici. Pareti cellulari dell'endosperma abbondando di betaglucani. SEGALE Cereale vestito e lo strato aleuronico è costituito da una serie di cellule singola. La componente cellulare dell'endosperma abbonda di arabinoxilani, sfavoriscono la lievitazione e rallentano l'invecchiamento del pane. AVENA Cereale vestito. Il germe è abbondante e contiene enzimi lipolitici (lipasi) molto attive. Per evitare fenomeni degradativi vengono disattivati le lipasi (col calore). Sono presenti granuli di amido particolari: grandi granuli di amido che sono costituiti a loro volta da piccoli granuli di amido. SORGO Cariosside nuda, lo strato aleuronico può essere colorato a causa di proantocianidine. I granuli di amido sono sferici e le proteine non sono molto abbondanti. MIGLIO Germe grande e granuli di amido sia poligonali che circolari che possono essere coperti da proteine diventando molto fitti tra di loro.

COMPONENTI PRINCIPALI DELLE CARIOSSIDI DEI CEREALI Amido e un polimero del glucosio, costituito da amilosio al 25% (alfa 1-4) ed amilopectina (alfa 1-6). Le percentuali di questi due componenti variano da varietà a varietà. Amido waxi abbondano di amilopectina. Amilosio riesce ad assumere una conformazione cristallina e regolare, invece le amilopectina assumono una struttura paracristallina. Si organizzano in strutture circolari ed ordinate. Forma e dimensione dei granuli di amido sono caratteristici per ogni specie. Amido come fonte di energia.

Da un punto di vista tecnologico ha una importante ruolo gelificante. Il processo di gelatinizzazione necessita di riscaldamento ed acqua almeno in quantità superiore al 30% nella cellula. Il calore permette all'amido si espandere la propria struttura e di inglobare molecole di acqua assumendo una struttura a gel. Da consistenza agli alimenti. Le temperature differiscono in base all'origine botanica dell'amido e dalla quantità di acqua. Per i cereali è circa 60/80 °C. Patate con alto contenuto di amilopectina hanno temperature di gelatinizzazione alte. Amido: parte cristallina costituita da amilosio elicoidale e parte amorfa con amilopectina Riscaldamento: espansione delle molecole di amilosio e rottura parziale dei granuli d'amido. Formazione del gel d'amido. Raffreddamento/retrogradazione (T max 4 °C): si forma una rete di legami tra le molecole di amilosio mentre parte dell'amilopectina torna in struttura cristallina In base alla quantità di acqua nei prodotti alimentari ed alla dimensione dei granuli di amido varia il tempo e l'intensità della gelatinizzazione. L'amido può assumere differenti strutture cristalline. Amido estratto direttamente dalla cariosside ha una struttura cristallina A, ogni molecola di amido trasporta 8 molecole di acqua. Amidi retrogradati invece hanno forma cristallina B, differente da quella di amido nativo e trasporta una quantità di molecole di acqua maggiore. Se vengono aggiunte molecole di acido grasso si forma un complesso amilosio-lipide nel quale l'amilosio forma una struttura ad elica con una cavità in cui si possono inserire molecole apolari con catene alifatiche (molecole organiche non aromatiche). La formazione di queste strutture porta ad un rallentamento del raffermamento del pane. Tra le proteine presenti nella farina di frumento, sono presenti gliadine e glutenine, che durante il processo di impastamento formano il glutine. Le gliadine sono ricche di glutammina che hanno un residuo O che da facilmente legami ad idrogeno, mentre le glutenine sono ricche di cisteine che hanno residuo SH e da facilmente ponti disolfuro. Durante l'impasto, in presenza di acqua ed energia meccanica, si inducono le catene polipeptidiche della glutenina a distendersi e legarsi tra loro mediate ponti disolfuro (legami covalenti). La struttura che si forma è molto elastica, sulla quale si legano mediante legami ad idrogeno le gliadine, che assumono un ruolo strutturale e di elasticità. L'amido rimane intrappolato all'interno della maglia glutinica, mentre i lipidi si legano a proteine con regioni idrofobiche, La porzione fibrosa della farina tende ad assorbire acqua, entrando in competizione con il glutine per il suo assorbimento. Per questa ragione quando si usano farine integrali bisogna utilizzare una quantità di acqua maggiore. Per ottenere un impasto povero di glutine bisogna lavorare a freddo, senza acqua e fornendo poca energia meccanica. Prodotti in cui il glutine è fondamentale sono quelli lievitati e la pasta. Durante la produzione della pasta si raggiunge un massimo del 30% di acqua per evitare che l'amido gelatinizzi durante l'essiccamento. In quest'ultima fase avviene la formazione di glutine, che causa anche una parziale denaturazione delle proteine. L'alta temperatura dell'acqua durante la cottura permette di denaturare maggiormente la catena proteica causando uno shock termico, per permettere poi all'amido di gelatinizzare all'interno della maglia glutinica.

Nel caso l'acqua fosse fredda l'amido gelatinizzato potrebbe uscire dalla struttura glutinica, e la pasta risulta così cotta male. Le gliadine danno elasticità alla struttura e le glutenine danno rigidità. La forza della farina (W) indica la forza del glutine, dalla tipologia delle sue proteine e dei suoi legami. L'endosperma contiene enzimi come alfa e beta amilasi, diastasi, Le alfa amilasi tagliano i legami alfa 1-4 sulle catene di amido per ottenere catene con più di tre residui glucosidici, mentre le beta amilasi tagliano sulle estremità non riducenti della catena amminoacidica ottenendo solo unità di maltosio. La gelatinizzazione dell'amido La cariosside contiene anche cellulosa, con legami beta 1-4, non degradabile dagli enzimi idrolitici. Le emicellulose variano nelle tipologie di cereali, provengono dalle pareti cellulari dell'endosperma o dal pericarpo. Hanno la caratteristica di trattenere molta acqua e quindi possono formare gel. I grassi sono contenuti prevalentemente nel germe della cariosside. Vitamine e minerali si trovano prevalentemente nelle cariossidi esterne, ma in quantità minore anche nel germe. Cereali integrali sebbene abbiano un ottimo contenuto nutrizionale, possono presentare contaminazioni di muffe e funghi sulla parte esterna della cariosside. Raccolta: le cariossidi dei cereali vengono raccolte nel momento che hanno raggiunto quantità ottimali di umidità per la loro successiva conservazione. La percentuale di umidità si aggira sul 13/14% per la maggior parte delle specie. Per evitare la fermentazione di spore di muffa bisogna portare l'attività dell'acqua inferiore a 0,75. Bisogna inoltre areare l'ambiente di conservazione per controllare la temperatura. La cariosside deve essere pulita da agenti esterni ed impurità; deve subire l'eliminazione di materiale ferroso grazie ad una calamita; separazione dei granelli in base alla loro densità grazie ad un getto d'aria; separazione per dimensioni grazie ad un setaccio; separazione in base alla forma; separazione in base alla friabilità della granella per eliminare cariossidi infestate che sono poco resistenti. Periodo di tempo in cui la cariosside viene equilibrata, ovvero viene umidificata fino a raggiungere il 15% di acqua. In tal modo si cerca sia di ammorbidire le parti esterne di crusca per ridurne la frammentazione durante la macinazione e quindi una sua più facile separazione, sia per ammorbidire l'endosperma per facilitarne la frammentazione. Il periodo di umidificazione avviene a temperature inferiore ai 50 ºC per evitare che si denaturino le proteine, per un periodo di tempo che varia in base alle specie. La macinazione per ottenere farine avviene dentro laminatoi. Si ha una prima macinazione ed una successiva setacciatura. Setacci con dimensioni differenti permettono di ottenere tipologie di farine differenti. Il livello di amido è massimo nel tipo 00, dove la maggior parte dei tegumenti cruscali viene eliminata. In questo caso si utilizza il 50% della resa massima. Per abburattamento si intende la resa di macinazione. Indica la quantità di farina in kg ottenuta macinando 100kg di grano. Abburattare significa setacciare ed è un termine che viene utilizzato durante la macinazione dei cereali; è un processo di setacciatura graduale dei cereali macinati, in particolare del frumento, per ottenere farina di diversa finezza. Attraverso dei setacci a maglie differenti si stabilisce il grado di abburattamento. La farina integrale, che contiene tutte le parti del chicco macinato, crusca compresa, non è abburattata.

Tipologie di farina: Farina di grano tenero o farina: prodotto ottenuto dalla macinazione e conseguente abburattamento del grano tenero liberato da sostanze estranee ed impurità. Farina integrale di grano tenero: prodotto ottenuto direttamente dalla macinazione e non subisce abburattamento e devono contenere quantità minime di minerali(1.30%). È liberato da impurità e sostanze estranee Semola di grano duro: prodotto granulare a frammentazione vetrosa a causa delle proteine legate ai granuli di amido, liberato da impurità e sostanze estranee. Semolato di grano duro: prodotto ottenuto direttamente dalla macinazione del grano duro, liberato da impurità e sostanze estranee dopo l'estrazione della semola. Semola integrale di grano duro: prodotto granulare a pigolo vivo ottenuto direttamente dalla macinazione di grano duro e liberato da impurità e sostanze estranee Farina di grano duro: prodotto non granulare ottenuto dalla macinazione e conseguente abburattamento del grano duro, liberato da impurità e sostanze estranee Tipi di esami per analisi delle farine: • Con un microscopio viene analizzata la morfologia dei granuli di amido risalenti al tipo di cereale da cui proviene. • Quantità di acqua contenuta, misurandola facendola evaporare. • Misurazione delle ceneri, eliminando tutta la parte organica. • Misura del contenuto proteico, separandole e pesandole. • Misurazione dei grassi mediante una estrazione soxlet. • Determinazione del contenuto di glutine successivamente ad un lavaggio che elimina l'amido. • Individuazione di microtossine.

Strumenti di analisi per la reologia delle farine: • Farinografo di Brabender, aggiunta una determinata quantità di farina, misura la forza necessaria per impastare. Viene aggiunta acqua fino ad ottenere un impasto che raggiunga 500 unità Brabender. La temperatura di impasto è controllata. Da questo strumento si ottiene un diagramma chiamato farinogramma. Questo determina la quantità di acqua per avere un impasto di 500 unità Brabender, ovvero quanta acqua viene assorbita dalla farina. Il diagramma fornisce anche dati per lo sviluppo, ovvero il tempo necessario per raggiungere la consistenza massima; la stabilità, tempo in cui l'impasto si mantiene alla massima consistenza ed il glutine non si danneggia; grado di rammollimento, diminuzione della consistenza dopo circa 15/20 minuti; elasticità, in base allo spessore della banda, maggiore è spessa maggiore è l'elasticità. • Estensografo, preparato un impasto standard in anticipo, questo viene allungati finché non si rompe. Si ottiene un grafico chiamato estensogramma, che da il grado di estensibilità (asse x) e di tenacità (anne y), ovvero la forza necessaria per raggiungere l'estensione massima. Ultimo parametro che si può ottenere è la forza di coesione mediante l'integrale della curva. • Alveografo di Chopin, viene insufflata aria nell'impasto, fino al suo punto di lacerazione. Si ottiene un alveogramma, che fornisce l'estensibilità dell'impasto L (asse y), la tenacità dell'impasto P (asse x) che corrisponde alla pressione massima, la forza W della farina ovvero il lavoro necessario a lacerare l'impasto che si ottiene con l'integrale della curva. Il rapporto pressione/lavoro determina l'elasticità della farina, e l'integrità e qualità del glutine. Con W uguale o maggiore di 250 e P/L superiore a 0,80 si ha una farina di forza utile per pane e pasta; invece con W inferiore a 180 e P/L inferiore a 0,5 si ha una farina debole consigliata per i biscotti.

• Viscoamilografo, determina la temperatura ed intensità di gelatinizzazione dell'amido. Aggiunta farina ed acqua in quantità standard nella macchina, viene scaldato il prodotto. Si ottiene un grafico chiamato amilogramma, che fornisce sia il tempo che la temperatura di inizio di gelatinizzazione, sia il tempo e temperatura per raggiungere la viscosità media. A temperatura costante la viscosità diminuisce, quando poi la temperatura inizia a diminuire la curva della viscosità incrementa fino ad ottenere la viscosità massima. • Strumento in grado di determinare il Falling Number, che valuta l'attività degli enzimi della farina, e la consistenza dell'amido, perché questa è influenzata anche dalla quantità presente di alfa-amilasi. Maggiore è la quantità di enzima, minore è il valore di FN. Con FN compreso tra 200 e 250 si ha una attività normale dell'enzima. • Mixolab, misura le proprietà di proteine ed amido di un impasto durante miscelazione e riscaldamento. Unisce un farinografo ed un viscoamilografo.

Prodotti da forno: ingredienti, impastamento, formatura, lievitazione, cottura e confezionamento. Ingredienti: farina, acqua, lievito, grassi, uova, zuccheri, sale. 

Lievito: la lievitazione può essere sia biologia che chimica. Quella biologica è con lievito di birra, batteri lattici, costituiti da microorganismi viventi che usano gli zuccheri presenti nella farina, fermentando lì e producendo gas che viene trattenuto dall'impasto che si gonfia. Invece una lievitazione chimica prevede una reazione chimica tra acidi o sali che reagendo producono gas. Il lievito biologico (saccaromyces) in assenza di ossigeno fermenta producendo CO2 ed etanolo, in presenza di ossigeno respira producendo acqua e CO2. Nell'impasto essendo assente l'ossigeno, viene attivata la fermentazione. Batteri lattici invece degradano lo zucchero, producono etanolo e CO2, ma utilizzando differenti vive metaboliche vengono prodotte sostanze differenti, in base al tipo di organismo. Vengono sintetizzate molecole acide (acido lattico e acido acetico) ed aromatiche. Si aggiunge anche una attività proteolitica. Questi batteri sono presenti nella farina, ed alterano notevolmente le caratteristiche dell'impasto. Lieviti di questo tipo sono il lievito madre. Lieviti chimici agiscono per decomposizione di sali o di reazioni tra sali, che in entrambi i casi producono CO2. Ne sono esempio il bicarbonato di ammonio (E503), che necessita di calore per decomporre. Necessità anche della gelatinizzazione dell'amido in grado di trattenere il gas all'interno dell'impasto. Il bicarbonato di sodio (E500) necessità di acidi per decomporre. Non si ottengono residui nell'impasto. Lieviti chimici che reagiscono tra loro sono cremor tartaro (E336), fosfato monocalcico (E450) e pirofosfato (E450).

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I grassi, di differente natura, possono assumere differenti consistenze durante il processo di produzione. Ciò è determinato dalle caratteristiche degli acidi grassi dei trigliceridi. Burri e margarine contengono circa 10% di acqua emulsionata nella fase grassa, mentre negli oli la quantità d'acqua è minima. L'uso dei grassi può modulare le caratteristiche del prodotto finale. Acidi grassi saturi sono privi di doppi legami, quelli insaturi possono averne uno o anche più di uno. Oli vegetali sono ricchi di insaturi e sono liquidi a temperatura ambiente, grassi animali che sono solidi a temperatura ambiente sono prevalentemente saturi. La lunghezza della catena carboniosa influenza anche il punto di fusione del grasso, aumentandolo o diminuendolo in modo proporzionale (se la catena si allunga il punto di fusione aumenta, cioè il

grasso è più solido, e viceversa). 

Uova: l'albume contiene proteine che inglobano molta aria e formano schiume durante l'impastamento. Il tuorlo contiene fosfolipidi che hanno una importante proprietà emulsionante.

L'impastamento miscela i prodotti, viene fornita energia all'impasto con un annesso aumento della temperatura dell'impasto stesso, si ingloba aria e può formarsi l...