Cereali per la salute dell'uomo: disponibilità dei composti antiossidanti nella granella e nei prodotti derivati

Cereals represent the most important group of crops in the world agricultural economy and in human and animal nutrition and include several species, almost all belonging to the Graminaceae family, which produce starchy, floury, edible seeds. On a nutritional level, cereals represent an excellent energy source, being rich in carbohydrates; they are also a good source of proteins, mineral salts, vitamins and fibers and generally have a low content in lipids. Over the last thirty years there has been a profound transformation of the concept of nutrition; in fact, while in the past foods were considered almost exclusively as indispensable factors for the development and growth of the body, today they are recognized as having a key role in determining the quality of life. The concept of functional foods has thus been developed, i.e. foods capable of carrying out, beyond the normal nutritional effects, a beneficial action on one or more functions of the organism, for the improvement of the state of health and well-being. by virtue of bioactive compounds present in them. Cereals can also play an important role in modern society as a raw material for functional foods, as they contain some regulatory components of important vital functions, such as fibers, antioxidants, phytosterols, etc. Currently there is a growing interest in whole grains due to the presence of the numerous bioactive compounds present in the kernels. Among cereals, durum wheat is of particular interest, also in consideration of the fact that the main processing product obtained from it, pasta, represents one of the strengths of the national agri-food system, as the Italian industry in the sector is world leader in production and export. The aim of the work was to identify possible strategies for obtaining cereal-based products with a high level of antioxidants, considering the widespread use of these products in daily nutrition. In this regard, two ways have been chosen: • Identify the factors that most influence the accumulation of antioxidants in cereals, with particular attention to durum wheat. • Identify the most suitable strategies during the technological transformation of the raw material in order to preserve its natural supply of antioxidants and other nutrients. As regards the evaluation of antioxidant compounds, the total antioxidant capacity (TAC) was mainly considered, therefore the study of a specific class of antioxidant compounds, phenolic acids, was in-depth. 907 / 5.000 Risultati della traduzione It was possible to evaluate the influence of the various factors (year, environment, genotype) on the total antioxidant capacity both in the different species and in more detail in durum wheat. Among the species, barley (59.19 mmol TEAC / Kg) is the cereal with the highest TAC values, followed by emmer and einkorn spelled (53.06 and 51.49 mmol TEAC / Kg), by the commercial spelled lines (45.96 mmolTEAC / Kg), from oats (43.19 mmolTEAC / Kg) and from soft and durum wheat (38.23 and 38.51 mmolTEAC / Kg). The ANOVA analysis highlighted that the species is the factor that most influences the parameter while within the species, the year has a greater influence followed by the environment and the genotype. The influence of the technological processes that the raw material (kernels) undergoes before reaching the finished product that reaches the consumer (cooked pasta) was also examined in durum wheat. From kernels to cooked pasta, there is a drastic decrease in TAC of approximately 71.5%, of which 26% with grinding, 37% with pasta making and a further decrease of 8.5% with cooking. Using wholemeal flour for the production of pasta the decrease is considerably reduced and equal to 21% and occurs only during cooking. This result allows us to state that a significant loss of total antioxidant capacity occurs with grinding and suggests that an optimization of the process itself can preserve a portion of the peripheral layers of the caryopsis particularly rich in bioactive substances, such as the aleurone layer. To this end, the decortication process was considered, believing that an appropriate choice of process conditions can allow to maintain a good level of bioactive compounds in the kernel and at the same time remove unwanted substances (mycotoxins, heavy metals, etc.), present in the outermost layers. In addition, decortication allows the recovery of individual waste fractions in which the antioxidant compounds of greatest interest are concentrated. The characterization of phenolic acids has shown that the most abundant fraction in cereals is the bound one, and that ferulic acid predominates in this fraction. The profile of phenolic acids in the cultivars currently analyzed is similar, but further studies are underway to investigate the influence that the genotype and the year can have on this profile, both from a qualitative and quantitative point of view. The analysis of phenolic acids in semi-finished and finished products obtained from the technological process shows that the profile and quantity of bound phenolic acids remain almost unchanged in the transition from wholemeal flour to wholemeal pasta, while they decrease in the grinding phase. Also in the grinding products the bound fraction is the predominant one and is always characterized by a high level of ferulic acid. The data obtained suggest that the goal of producing cereal-based products with a high level of antioxidant compounds can be achieved both by identifying raw materials (species or cultivars) with high levels of the same, and by technological means with the 'use of less "refined" flours or by enriching the semolina with peripheral fractions of the caryopsis particularly rich in bioactive compounds. However, it will be advisable to verify the real bioavailability of the phenolic acids in the products, in order to identify the most suitable strategies for the application aspects.

I cereali rappresentano il gruppo di colture più importante nell'economia agricola mondiale e nell'alimentazione umana e animale e comprendono diverse specie, quasi tutte appartenenti alla famiglia della Graminaceae, che producono semi amidacei, farinosi, commestibili. A livello nutrizionale i cereali rappresentano un'ottima fonte energetica, essendo ricchi in carboidrati; sono anche una discreta fonte di proteine, sali minerali, vitamine e fibre ed hanno in generale un basso contenuto in lipidi. Nel corso degli ultimi trent'anni si è verificata una profonda trasformazione del concetto di alimentazione; infatti mentre nel passato gli alimenti erano considerati quasi esclusivamente come fattori indispensabili per lo sviluppo e la crescita del corpo, oggi viene riconosciuto loro un ruolo chiave nella determinazione della qualità della vita. Si è andato così sviluppando il concetto di alimenti funzionali, cioè di alimenti capaci di svolgere, al di là dei normali effetti nutrizionali, un'azione benefica su una o più funzioni dell'organismo, per il miglioramento dello stato di salute e di benessere, in virtù di composti bioattivi in essi presenti. I cereali possono rivestire un ruolo importante anche nella società moderna come materia prima per alimenti funzionali, in quanto contengono alcuni componenti regolatori di importanti funzioni vitali, quali fibre, sostanze antiossidanti, fitosteroli ecc. Attualmente c'è un crescente interesse verso i cereali integrali proprio per la presenza dei numerosi composti bioattivi presenti nella cariosside. Tra i cereali, particolare interesse riveste il frumento duro, anche in considerazione del fatto che il principale prodotto di trasformazione che da esso si ottiene, la pasta, rappresenta uno dei punti di forza del sistema agroalimentare nazionale, avendo l'industria italiana del settore la leadership mondiale nella produzione ed esportazione. Scopo del lavoro è stato quello di identificare le possibili strategie per ottenere prodotti a base di cereali con alto livello di antiossidanti, considerando il largo uso di tali prodotti nell'alimentazione quotidiana. Al riguardo sono state scelte due vie: •Individuare i fattori che maggiormente influenzano l'accumulo di antiossidanti nei cereali, con particolare attenzione al frumento duro. •Individuare le stategie più idonee durante la trasformazione tecnologica della materia prima al fine di preservarne la naturale dotazione di antiossidanti ed altri nutrienti. Per quanto riguarda la valutazione di composti antiossidanti è stata considerata principalmente la capacità antiossidante totale (TAC), quindi è stato approfondito lo studio su una specifica classe di composti antiossidanti, gli acidi fenolici. E' stato possibile valutare l'influenza dei diversi fattori (anno, ambiente, genotipo) sulla capacità antiossidante totale sia nelle diverse specie, che più approfonditamente in frumento duro. Tra le specie, l'orzo (59.19 mmol TEAC/Kg) è il cereale che presenta i valori più alti di TAC, seguito dai farri dicocco e monococco (53.06 e 51.49 mmol TEAC/Kg), dalle linee commerciali di farro (45.96 mmolTEAC/Kg), dall'avena(43.19 mmolTEAC/Kg) e dal frumento tenero e duro (38.23 e 38.51 mmolTEAC/Kg). L'analisi ANOVA ha messo in evidenza che la specie è il fattore che influenza maggiormente il parametro mentre all'interno della specie, l'anno ha un’influenza maggiore seguito dall'ambiente e dal genotipo. E' stata inoltre esaminata in frumento duro l'influenza dei processi tecnologici che la materia prima (cariossidi) subisce prima di arrivare al prodotto finito che arriva al consumatore (pasta cotta). Dalle cariossidi alla pasta cotta si assiste ad un drastico decremento della TAC pari al 71.5% circa, di cui il 26% con la macinazione, il 37% con la pastificazione e un ulteriore decremento dell'8.5% con la cottura. Utilizzando lo sfarinato integrale per la produzione di pasta il decremento è notevolmente ridotto e pari al 21% e si verifica solo durante la cottura. Tale risultato permette di affermare che una perdita rilevante di capacità antiossidante totale avviene con la macinazione e suggerisce che un'ottimizzazione del processo stesso può preservare una quota degli strati periferici della cariosside particolarmente ricchi in sostanze bioattive, quale lo strato aleuronico. A tal fine è stato considerato il processo di decorticazione, ritenendo che un'opportuna scelta delle condizioni di processo può consentire di mantenere nella cariosside un buon livello di composti bioattivi e al tempo stesso rimuovere sostanze indesiderate (micotossine, metalli pesanti, ecc.), presenti negli strati più esterni. In aggiunta la decorticazione consente di recuperare singole frazioni di scarto in cui sono concentrati i composti antiossidanti di maggiore interesse. La caratterizzazione degli acidi fenolici ha messo in evidenza che la frazione più abbondante nei cereali è quella legata, e che in tale frazione predomina l'acido ferulico. Il profilo di acidi fenolici nelle cultivar al momento analizzate è simile, ma sono in corso ulteriori studi per approfondire l'influenza che il genotipo e l'anno possono avere su tale profilo, sia da un punto di vista qualitativo che quantitativo. L'analisi degli acidi fenolici nei prodotti semilavorati e finiti ottenuti dal processo tecnologico mostra che il profilo e la quantità di acidi fenolici legati si mantengono pressoché inalterati nel passaggio da sfarinato integrale a pasta integrale, mentre diminuiscono nella fase di macinazione. Anche nei prodotti di macinazione la frazione legata è quella predominante ed è sempre caratterizzata da un alto livello di acido ferulico. I dati ottenuti suggeriscono che l'obiettivo di realizzare prodotti a base di cereali con un alto livello di composti antiossidanti può essere raggiunto sia con l'individuazione di materie prime (specie o cultivar) con alti livelli degli stessi, sia per via tecnologica con l'utilizzazione di sfarinati meno "raffinati" o mediante l'arricchimento della semola con frazioni periferiche della cariosside particolarmente ricche in composti bioattivi. Sarà comunque opportuno verificare la reale biodisponibilità degli acidi fenolici nei prodotti, al fine di individuare le strategie più idonee per gli aspetti applicativi.