INGREDIENTI INNOVATIVI DA
DECORTICAZIONE SELETTIVA DI
ORZO E FRUMENTO TENERO PER
LA PRODUZIONE DI PRODOTTI DA
FORNO FUNZIONALI
Dott. Jean Daniel Coïsson
Università degli Studi del Piemonte Orientale “A. Avogadro”
Dipartimento di Scienze del Farmaco e Drug and Food Biotechnology Center
Torino, 15 maggio 2013
Progetto di ricerca NUTRATEC
“Sistema integrato per la realizzazione di prodotti da forno
innovativi ad alta valenza nutrizionale”
realizzato con il contributo congiunto di Comunità Europea, Stato Italiano e Regione
Piemonte attraverso il programma di Sviluppo Rurale 2007-2013.
Coordinatore Bistefani Gruppo Dolciario S.p.A.
selezione di fonti agro-alimentari provenienti dalla filiera
cerealicola locale
produzione di nuovi prodotti da forno caratterizzati da
connotazioni salutistiche peculiari
Progetto di ricerca NUTRATEC
“Sistema integrato per la realizzazione di prodotti da forno
innovativi ad alta valenza nutrizionale”
(2010-2013)
PARTNER COINVOLTI in questo filone
- MOLINI BONGIOVANNI, Cambiano
-BISTEFANI GRUPPO DOLCIARIO, Villanova Monferrato
-DIPARTIMENTO DI AGRONOMIA, SELVICOLTURA E GESTIONE
DEL TERRITORIO, Università di Torino, Grugliasco
- DIPARTIMENTO DI SCIENZE DEL FARMACO, Università
Piemonte Orientale, Novara
-
OBIETTIVI
Scopo del progetto: produzione di prodotti da forno
innovativi ad elevata valenza funzionale
pane prodotti da forno monoporzione
Nella fase di interesse, il progetto si focalizza sulle
componenti funzionali proprie dei cereali:
la frazione fibrosa (fibra totale e β-glucani)
la frazione polifenolica ( acidi fenolici,
alchilresorcinoli e lignani)
FIBRA DIETETICA
“ La fibra dietetica è la parte edibile delle piante resistente ai processi di
digestione ed assorbimento nell’intestino tenue umano, la quale va incontro a
completa o parziale fermentazione nell’intestino crasso”
Aumento del senso di sazietà
Miglioramento delle funzionalità
intestinali
Riduzione del rischio di patologie
tumorali colon – rettali
Rallentamento dell’assorbimento dei
carboidrati (riduzione picchi glucosio
post-prandiale)
La fibra dietetica comprende poli- e
oligosaccaridi, lignina e molecole associate
Fibra dietetica insolubile (IDF) che comprende
cellulose, alcune emicellulose e lignina;
Fibra dietetica solubile (SDF) che comprende
β-glucani, pectine, gomme, mucillagini e alcune
emicellulose.
DETERMINAZIONE FIBRA DIETETICA
(metodo AOAC)
TDF = Total Dietary Fibre
IDF = Insoluble Dietary Fibre
SDF = Soluble Dietary Fibre
β-GLUCANI
contribuiscono alla regolazione
dei livelli ematici di colesterolo*;
diminuiscono il picco glicemico
post-prandiale**.
Avena: 5-11%
Orzo: 3-7%
Frumento: 1%
Claim EFSA: Un consumo regolare di beta-glucani contribuisce al
mantenimento delle normali concentrazioni di colesterolo nel sangue
(intake: 3g/die)
.
*Ames NP., Rhymer CR. (2008). “Issues surrounding health claims for barley”. Journal of Nutrition 138(6): 1237-1243.
** Wood P.J. (2007). “Cereal β-glucans in diet and health”. Journal of Cereal Science 46: 230-238.
COMPONENTE FENOLICA
Alchilresorcinoli (classe
di fenoli lipofili),
(gascromatografia)
Attività antiossidante
valutata attraverso il
saggio del DPPH∙
DPPH
Acidi fenolici liberi o
legati (HPLC-DAD)
HO
CH3
n
HO
ATTIVITA’ ANTIOSSIDANTE
È stata valutata in vitro l’attività antiossidante dei campioni,
attraverso saggi in vitro con radicali stabilizzati
(ad esempio il DPPH˙ - radicale 2,2-difenil-1-picrilidrazilico)
Dati espressi come
TE/kg: Trolox equivalenti/kg
REVIEW: Gokmen et al., Trends in Food Science & Technology 20 (2009) 278-288
ATTIVITA’ ANTIOSSIDANTE
Serpen et al., Journal of Cereal Science 48 (2008) 816–820
ALCHILRESORCINOLI
OH
HO
Catena alifatica:
oC11-C29
oPrevalentemente
satura
CH3
n
HO
HO
1,3-diidrossi-5-alch(en)ilbenzeni
(5-alchilresorcinoli)
1,3-diidrossibenzene
(resorcinolo)
AR in natura
principalmente in
cereali e
Anacardiaceae,
Myrsinaceae
Kozubek A., 2009. Biophysical Journal. 96: 3140–3153
• 5-alchilresorcinoli
•
•
2-alchilresorcinoli
4-alchilresorcnoli
•
•
4,5-dialchilresorcinoli
2,5-dialchilresorcinoli
BIOATTIVITA’
ALCHILRESORCINOLI
Modificazione struttura membrane biologiche
c.m.c.= 4,5–8,5 μM
logP o/w = 12
pka= 9,4-9,8
tre disposizioni spaziali:
1
diritta
2
piegata
3
ad uncino
Possono in casi particolari formare un poro
acquoso nella membrana
Kozubek A., 2009. Biophysical Journal. 96: 3140–3153
RAZIONALE: INDIVIDUARE UN PROCESSO DI
DECORTICAZIONE SELETTIVA
Decorticatrice
modello TM-05C della
Satake, Tokyo, Japan)
a 55 Hz
• Monocampioni di 100 g di granella
• Frazione 5 % (p/p) della parte più esterna
• Per step successivi, 5-10 %, 10-15 %, 15-20 %,
20-25 % e Frazione 75 % (interna)
Molini Bongiovanni
CULTIVAR
• Bologna (medium hard)
•Taylor (hard)
•Bolero (soft)
UniTO Agraria
Studio e individuazione dello
strato decorticato di maggior
interesse
Analisi di laboratorio
COMPONENTI NUTRIZIONALI
•Fibra dietetica
ASPETTI SANITARI
•β-glucani
•Potere antiossidante
•Acidi fenolici e alchilresorcinoli
•Deossinivalenolo
•Metalli pesanti
UniTO Agraria
UniPMN- DSF
UniNA- DSA
CENERI
Le frazioni di decorticazione presentano valori di ceneri superiori ai limiti
normativa ma possono essere aggiunte in miscela per ottenere farine arricchite
che rientrino nei valori previsti
PROTEINE
Le frazioni 5% e la granella 75% sono
caratterizzate da una percentuale proteica
inferiore rispetto alle altre frazioni.
In tutte le varietà la frazione
significativamente più ricca in proteine è
quella che corrisponde al 10-15% in peso.
Delle sei frazioni analizzate la più ricca in
proteine solubili è quella che
corrisponde al 5-10% in peso della
granella integrale.
FIBRA DIETETICA E BETAGLUCANI
Dalla frazione 5% alla granella 75%, si
osserva un decremento dei valori ottenuti
significativo in tutte le varietà considerate.
Tale risultato conferma che la fibra è
localizzata maggiormente negli strati più
superficiali della cariosside.
Il contenuto in β-glucani rappresenta
parzialmente la componente di fibra
solubile del grano tenero. La frazione più
ricca di β-glucani, in tutte le varietà, è
quella al 5-10%.
ATTIVITA’ ANTIOSSIDANTE
Saggio del DPPH• - Metodo QUENCHER
8,000
7,000
6,000
5,000
4,000
bologna
3,000
taylor
bolero
2,000
1,000
0,000
granella
intera
5%
5-10% 10-15% 15-20% 20-25% granella
75%
ACIDI FENOLICI LIBERI: un esempio
ALCHILRESORCINOLI
principali nel frumento C21 e C19
ASPETTI SANITARI
Micotossina DON (ppb)
UniTO Agraria
Metalli
Pb assente
Cd solo in frazione
esterna (5%)
DECORTICAZIONE ORZO
Molini Bongiovanni
Varietà
• Mona (orzo nudo)
• Ketos (vestito)
• Trasimeno (vestito)
Per Mona (naked barley), stesso frazionamento grano tenero (0-5%, 5-10%,
10-15%, 15-20%, 20-25% e 75% residuo.
Per Ketos e Trasimeno (hulled barley), tre frazioni supplementari (0-5%, 510%, 10-15%, 15-20%, 20-25%, 25-30%, 30-35%, 35-40% e 60% residuo.
FIBRA DIETETICA TOTALE ORZO
%
Differente frazionamento rende il confronto non del tutto corretto
BETA-GLUCANI ORZO
%
ACIDI FENOLICI LIBERI E LEGATI
ATTIVITA’ ANTIOSSIDANTE SEGUE UN TREND ANALOGO
ALCHILRESORCINOL
I NELL’ORZO
VALUTAZIONE
DELLA DECORTICAZIONE
• PROCESSO DI DECORTICAZIONE FUNZIONALE
ALLO SCOPO DI SELEZIONARE FRAZIONI CON
CARATTERISTICHE COMPOSITIVE DIFFERENTI
• APPLICABILE A ENTRAMBI I CEREALI IN
STUDIO
INDIVIDUAZIONE FRAZIONE DI INTERESSE
Attività antiossidante
Micotossina DON (ppb)
Saggio del DPPH• - Metodo QUENCHER
8,000
7,000
6,000
5,000
4,000
bologna
3,000
taylor
bolero
2,000
1,000
0,000
granella
intera
5%
5-10% 10-15% 15-20% 20-25% granella
75%
Fibra totale (%, s.s.)
Beta-glucani (%, s.s.)
2,5
70,0000
FIBRE TOTALI
60,0000
2
50,0000
1,5
40,0000
bologna
bologna
taylor
30,0000
1
taylor
bolero
20,0000
bolero
0,5
10,0000
0
0,0000
int
5%
5-10% 10-15% 15-20% 20-25%
75%
granella
intera
5%
5-10%
10-15%
15-20%
20-25% granella
75%
INDIVIDUAZIONE FRAZIONE DI INTERESSE
Miglior compromesso tra aspetti
“salutistici” e dati di contaminazione
FRUMENTO: 8-16% (applicato a 2 varietà
Bologna e Taylor)
ORZO: 15-25% (applicato a orzo vestito
Trasimeno)
SFARINATO DA DECORTICAZIONE
Umidità (%)
Ceneri s.s. (%)
Proteine s.s (%)
Sfarinato varietà Bologna 8-16%
Sfarinato varietà Taylor 8-16%
Farina bianca 00
9,78 ± 0,18b
10,04 ± 0,19b
14,07 ± 0,23a
4,68 ± 0,16b
5,53 ± 0,04a
0,55 ± 0,01c
21,73 ± 0,10a
20,06 ± 0,18b
16,61 ± 0,05c
Sfarinato varietà Bologna 8-16%
Sfarinato varietà Taylor 8-16%
Farina bianca 00
Fibra totale s.s.(%)
28,26 ± 1,02b
34,88 ± 0,65a
2,30 ± 0,06c
β-glucani s.s. (%)
0,96 ± 0,04a
0,92 ± 0,08a
0,14 ± 0,01b
PRODUZIONE FARINE ARRICCHITE
Molini Bongiovanni
FARINA tipo 0
FRAZIONE SELEZIONATA
8-16%
MISCELE al 5, 10, 15, 20, 25% della frazione selezionata
PROPRIETA’ TECNOLOGICHE IMPASTO
MIXOLAB
UniTO Agraria
PRODUZIONE PANE
Molini Bongiovanni
Metodo AACC 10-10.03 per 3 kg di farina (AACC, 2008).
La formula comprendeva: sale (2% del peso della farina),
lievito di birra (3% of flour weight) e quantità di acqua
ottimale.
Impasto per 15 minuti in spiral mixer (Esmach, Bonpard Group,
Vicenza)
Porzionato a 400 g/pezzo
Fermentazione a 30°C e umidità relativa dell’85% per 120 min
Cottura a 215°C per 45 min.
PARAMETRI TECNOLOGICI PANE
VOLUME
15%
0%
5%
10%
UniTO Agraria
20%
25%
PARAMETRI TECNOLOGICI PANE
COLORE
UniTO Agraria
PARAMETRI TECNOLOGICI PANE
TEXTURE
- Hardness (N)
- Cohesiveness
- Gumminess (N)
- Springiness
- Chewiness
- Resilience
UniTO Agraria
COMPOSIZIONE PANE
% sostituzione
Proteine
(%)
Fibra Diet.
(%)
β-glucani
(%)
Fenoli tot
(mg kg-1)
0
14,9d
2,0f
0,13e
836f
4f
2,65f
0,33d
185f
5
15,3c
2,6e
0,22d
1411e
25e
2,92e
0,47c
209e
10
15,5bc
5,5d
0,25d
1688d
53d
3,02d
0,47c
225d
15
15,7abc
6,8c
0,35c
1847c
85c
3,06cd
0,58b
254c
20
15,9ab
8,0b
0,40b
2559b
105b
3,10bc
0,60b
279b
25
16,0a
8,9a
0,48a
3066a
149a
3,21a
0,73a
310a
P (F)
sema
< 0.001
0,34
< 0.001
0,19
< 0.001
0,05
< 0.001
4,37
< 0.001
0,05
< 0.001
0,06
< 0.001
14
< 0.001
123
AR
(mg kg-1)
Ceneri
(%)
TAA
DON
-1
(mmol TE kg ) (µg kg-1)
The results are expressed on a dw basis. Means followed by different letters are significantly different (the level of significance is shown in the table).
a
sem: standard error of mean
VALUTAZIONE PRODUZIONE PANE
- Fino a sostituzione del 10%: no impatto tecnologico
significativo, moderato incremento bioattivi
- A % >10% di sostituzione: prodotto con
caratteristiche differenti, ma maggior incremento dei
bioattivi
PRODOTTO DA
FORNO
MONOPORZIONE
Sostituzione di una parte di
farina bianca, si confermano
gli incrementi di composti
funzionali
Aumento umidità,
diverso impatto
sulla shelf-life
Bistefani
CONFRONTO TRA PRODOTTI CON
DECORTICATO DI FRUMENTO
Proteine (%)
Fibra Dietetica (%)
beta-glucani (%)
T.A.A. (mmol TE/Kg)
Fenoli totali (g/Kg)
Alchlresorcinoli (mg/Kg)
Pane 20% dec.
15,9
8,0
0,4
0,6
2,6
105,0
Pane 0% Prod. F. 20% dec. Prod. F. 0% dec.
14,9
11,2
10,5
2,0
2,3
1,3
0,1
0,2
0,1
0,3
1,4
1,2
0,8
n.d.
n.d.
4,0
34,4
0,0
PROSPETTIVE
• Verifica dell’uso della farina di decorticazione
da orzo nella produzione dei prodotti da forno
(in corso
)
• Scalaggio a livello industriale del processo di
decorticazione e verifica composizione
ottenuta
• Eventuali composizioni di farine arricchite
“miste” a seconda della finalità ricercata
GRUPPO DI RICERCA
• Università di Torino, Dipartimento di Scienze Agrarie, Forestali e
Alimentari, Grugliasco (TO)
Amedeo Reyneri, Massimo Blandino, Valentina Sovrani, Federico
Marinaccio, Luca Rolle, Simone Giacosa, Davide Gullino, Valentina
Scarpino, Pier Paolo Stocco , Francesca Vanara
• Molini Bongiovanni, Cambiano,
Claudio Bongiovanni, Fabiana Serafino, Silvia Tosco, Andrea Maffia
• Bistefani, Villanova Monferrato,
Vittorio Piazza
• Università del Piemonte Orientale “A. Avogadro”, Dipartimento di Scienze
del Farmaco, Novara (NO),
Marco Arlorio, Jean Daniel Coisson, Fabiano Travaglia, Monica Locatelli,
Matteo Bordiga, Rosa Montella, Gianluca Piana, Paola Lucchini, Silvia
Lugli, Chiara Prola
Grazie per l’attenzione
Dott. Jean Daniel Coïsson
Università degli Studi del Piemonte Orientale “A. Avogadro”
Dipartimento di Scienze del Farmaco e Drug and Food Biotechnology Center
contatti: [email protected]; 0321375773