La germinazione del frumento: nutrizione e tecnologia

La germinazione rappresenta un potenziale processo per migliorare le proprietà nutrizionali e sensoriali di cereali, pseudo-cereali e legumi. Dal punto di vista tecnologico, il controllo delle condizioni del processo (tempo, temperatura e umidità relativa) risulta essere fondamentale nell’ottica di ottenere prodotti da forno con caratteristiche nutrizionali e tecnologiche ottimali.

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Indice

Cosa significa germinazione?

Generalmente, con il termine “germinazione” si intende il processo che converte i semi in piante o più semplicemente quando il seme, che si trova in uno stato di quiescenza ovvero di vita “rallentata”, si sviluppa. Questo è possibile grazie a condizioni ambientali soddisfacenti, in particolare la presenza di acqua, ossigeno e temperatura idonea [1]. 

Nel caso delle graminacee, dal punto di vista botanico, il seme è fuso con il frutto nella struttura denominata cariosside dove è possibile individuare tre regioni anatomiche principali: i tegumenti (costituiti principalmente da xilani, cellulosa, lignina, acidi fenolici), l’endosperma amilaceo (in cui sono presenti le sostanze di riserva, quali amido e proteine), e il germe (ricco in grassi, vitamine e minerali).

La germinazione dal punto di vista nutrizionale e sensoriale

Il processo di germinazione è spesso associato a miglioramenti del profilo nutrizionale e sensoriale del seme, dovuti ai numerosi cambiamenti biochimici che avvengono a carico di amido, proteine e fibra a seguito della sintesi di enzimi idrolitici, come amilasi, proteasi e xilanasi.

Nello specifico, le amilasi hanno la funzione di idrolizzare l’amido in zuccheri semplici mentre le proteasi idrolizzano le proteine in peptidi di piccola dimensione e aminoacidi [2]. La maggior presenza di zuccheri semplici potrebbe essere alla base del miglioramento sensoriale associato ai semi germinati.

Il processo di germinazione induce, inoltre, interessanti cambiamenti dal punto di vista nutrizionale, come l’aumento della bio-disponibilità di vitamine e minerali, e la produzione di composti bioattivi con attività antiossidante [3], nonché la diminuzione di fattori anti nutrizionali tra cui gli inibitori di proteasi, principalmente presenti nelle leguminose, e i fitati, presenti soprattutto nella crusca che celano alcuni minerali tra cui calcio, zinco e magnesio, limitandone l’assorbimento intestinale [3].

Nell’ultimo decennio, l’interesse verso il glutine è aumentato esponenzialmente a causa del suo potenziale effetto negativo sulla salute di specifici soggetti (es. celiaci). Questo composto, infatti, è stato associato a numerose infiammazioni del tratto intestinale nonché alla sindrome dell’intestino irritabile, in inglese Irritable Bowel Syndrome (IBS) [4]. 

Numerosi autori hanno riportato che il processo di germinazione può avere un impatto positivo sulla tollerabilità al glutine, poiché l’aumento dell’attività proteolitica durante il processo di germinazione porta alla degradazione delle proteine formanti glutine (gliadine e glutenine) [5] e alla diminuzione dei peptidi del glutine coinvolti nella celiachia [6]. Tuttavia, poiché la germinazione non riduce totalmente il contenuto in glutine, i soggetti affetti da celiachia dovrebbero evitare comunque di consumare i cereali contenenti glutine anche se germinati. 

Tuttavia, la germinazione in condizioni controllate potrebbe rappresentare una via alternativa per ridurre l’eccessiva sensibilità al glutine in soggetti non celiaci, tenendo in considerazione che i cambiamenti nutrizionali sopra riportati sono fortemente dipendenti non solo dal binomio tempo-temperatura adottato durante il processo, ma anche dalla varietà e dalla cultivar di frumento sottoposto a germinazione.

La germinazione dal punto di vista tecnologico

Gli effetti della germinazione non si limitano al miglioramento del profilo nutrizionale e sensoriale dei semi, ma riguardano anche la loro attitudine alla trasformazione. 

Soprattutto nei Paesi orientali e africani, la germinazione è stata largamente sfruttata a livello casalingo per facilitare la decorticazione (operazione volta alla rimozione degli strati più esterni di un seme) di alcuni semi, come ad esempio i legumi, e/o per ridurne i tempi di cottura [7]. 

Nel caso del frumento, la germinazione in condizioni non controllate, conosciuta come germinazione pre-raccolta (Pre-Harvest Sprouting, PHS) è stata sempre considerata un evento negativo, in quanto l’elevata sintesi e accumulo di enzimi idrolitici (es. amilasi e proteasi) compromette la sua trasformabilità in pane e altri prodotti da forno. Infatti, l’utilizzo di sfarinati ottenuti da questi semi porta ad ottenere impasti appiccicosi e poco lavorabili [8].

Recenti studi hanno evidenziato come gli effetti indotti dalla germinazione controllata sulle proprietà tecnologiche degli sfarinati siano principalmente dovuti alle condizioni di processo utilizzate (tempo e temperatura) e dall’entità degli eventi biochimici che si verificano durante la germinazione [9] (Figura 1).

Fig. 1 - Flow-sheet di un comune processo di germinazione

A titolo d’esempio, grazie al pattern enzimatico che si sviluppa nei primi due giorni di germinazione, lo sfarinato da frumento germinato potrebbe trovare impiego in panificazione in sostituzione dei comuni miglioratori enzimatici utilizzati nel settore. Sono, infatti, sufficienti piccole percentuali (< 2%) per migliorare lo sviluppo del pane (Figura 2) e la sofficità della mollica anche durante la conservazione [10].

La sostituzione dei miglioratori enzimatici con gli sfarinati da frumento germinato permette la creazione di prodotti clean label, con un conseguente impatto positivo sull’accettabilità di questi prodotti da parte dei consumatori. È doveroso sottolineare che piccole aggiunte di sfarinati da frumento germinato nelle formulazioni dei prodotti hanno solo effetti sulle proprietà tecnologhe degli sfarinati e non sulle proprietà nutrizionali del prodotto finito.

Fig. 2 - Pane preparato con farina commerciale (CTRL), con aggiunta di malto, o con aggiunta di sfarinato da frumento germinato

Conclusioni

Gli sfarinati da frumento germinato in condizioni controllate possono rappresentare un’alternativa ai miglioratori convenzionalmente utilizzati in panificazione. Inoltre, l’impiego di questi sfarinati come ingrediente principale nella produzione di pane potrebbe permette di ottenere alimenti con migliorate caratteristiche tecnologiche e nutrizionali.

[1] Yang, F., Basu, T. K., & Ooraikul, B. (2001). Studies on germination conditions and antioxidant contents of wheat grain. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 52, 319–330.
[2] Khan, K., & Shewry, P. R. (2016). Wheat: chemistry and technology (4th ed.). Elsevier.
[3] Nelson, K., Stojanovska, L., Vasiljevic, T., & Mathai, M. (2013). Germinated grains: a superior whole grain functional food? Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, 91, 429–441.
[4] Wahnschaffe, U., Ullrich, R., Riecken, E. O., & Schulzke, J. D. (2001). Celiac disease–like abnormalities in a subgroup of patients with irritable bowel syndrome. Gastroenterology, 121, 1329–1338.
[5] Koehler, P., Hartmann, G., Wieser, H., & Rychlik, M. (2007). Changes of folates, dietary fiber, and proteins in wheat as affected by germination. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55, 4678–4683.
[6] Boukid, F., Prandi, B., Buhler, S., & Sforza, S. (2017). Effectiveness of germination on protein hydrolysis as a way to reduce adverse reactions to wheat. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 65, 9854–9860.
[7] Uwaegbute, A. C., Ukegbu, P. O., & Ikpeoha, A. (2012). Effect of germination on cooking, nutrient composition and organoleptic qualities of African yam bean (Sphenostylis stenocarpa). Journal of Biology, Agriculture and Health care, 2, 28-32.
[8] Paulsen, G. M., & Auld, A. S. (2004). Preharvest sprouting of cereals. In: Handbook of Seed Physiology: Applications to Agriculture. R. L. Benech-Arnold & R. A. Sánchez (Eds), CRC Press Inc., New York, USA, (pp. 199-219).
[9] Olaerts, H., & Courtin, C. M. (2018). Impact of preharvest sprouting on endogenous hydrolases and technological quality of wheat and bread: a review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 17, 698-713.
[10] Marti, A., Cardone, G., Nicolodi, A., Quaglia, L., & Pagani, M. A. (2017). Sprouted wheat as an alternative to conventional flour improvers in bread-making. LWT - Food Science and Technology, 80, 230–236.

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Gaetano Cardone

Gaetano Cardone

Dottorando in Food Systems presso il dipartimento di Scienze per gli Alimenti, la Nutrizione e l’Ambiente presso l’Università degli Studi di Milano di Milano. La sua attività ricerca ha come obiettivo la comprensione degli effetti della germinazione in condizioni controllate sulle proprietà funzionali dei principali componenti (amido, proteine e fibra) di cereali, pseudo-cereali e legumi. Tale conoscenza permetterà di formulare nuovi prodotti alimentari aventi migliori proprietà nutrizionali, sensoriali e di texture.

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