IT201900004982A1 - "metodo relativo alla produzione di farina senza glutine (< 20ppm) utilizzando sfarinati di grano tenero e/o grano duro non modificati geneticamente (grani antichi) attraverso la tecnica della germinazione assisitita e successive operazioni di separazione della frazione glutinica da quella amidacea" - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:

"metodo relativo alla produzione di farina senza glutine (<20 ppm) utilizzando sfarinati di grano tenero e/o grano duro non modificati geneticamente (grani antichi) attraverso la tecnica della germinazione assistita e successive operazioni di separazione della frazione glutinica da quella amidacea”.

CAMPO DELL INVENZIONE

La presente invenzione è relativa ad un metodo per la produzione di farina senza

glutine utilizzando la tecnica della germinazione assistita e operazioni

meccaniche di separazione della frazione glutinica da quella amidacea. In questo

modo la farina senza glutine prodotta mantiene inalterate le caratteristiche

sensoriali e reologiche dei prodotti di partenza.

STATO DELLA TECNICA

Molta ricerca del settore è stata orientata a sviluppare metodi innovativi per

modificare le proteine del glutine al fine di ottenere un glutine non più dannoso

per il celiaco.

Alcune metodiche operano un trattamento chimico-fisico con l’utilizzo di

microonde per alcuni secondi direttamente sul seme prima della molitura (1)(2).

Altre utilizzano enzimi fungini e batteri lattici selezionati in grado di degradare

completamente il glutine (3).

Ulteriori ricerche hanno utilizzato enzimi microbici (transglutaminasi) ed

aminoacidi (lisina) (4).

L’ottimizzazione dei processi a livello industriale per la produzione di prodotti senza glutine è quindi di estremo ed attuale interesse soprattutto in considerazione dell’estrema varietà dei suoi potenziali utilizzi.

SOMMARIO DELL 'INVENZIONE

L’invenzione riguarda un metodo per produzione di farina senza glutine (< 20 ppm) utilizzando sfarinati di grano tenero e/o grano duro provenienti dalla macinazione di grani non modificati geneticamente (grani antichi con un basso contenuto di glutine) che comprende una fase di germinazione, macinazione e successiva separazione meccanica.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

La celiachia è un’enteropatia scatenata dall’ingestione di glutine in soggetti geneticamente predisposti. L’ingestione di glutine provoca in queste persone una reazione immunitaria che si traduce in lesioni della mucosa intestinale in grado di causare alterazioni dell’assorbimento (5).

La presente invenzione riguarda un metodo ed un impianto per la produzione di farina senza glutine (<20 ppm) utilizzando sfarinati di grano tenero e/o grano duro provenienti dalla macinazione di varietà di grani non modificati geneticamente “grani antichi”.

Nell’arte è noto che varietà di grani antichi (sia grano tenero che grano duro) presentano un contenuto in glutine inferiore (6) rispetto ai grani moderni.

Per grani antichi si considerano tutti quei grani che sono rimasti originali, senza subire interventi di selezione da parte dell’uomo.

L’uomo coltiva cereali da secoli, ma negli ultimi anni il cambiamento dei metodi agronomici ha dato inizio alla selezione genetica del frumento che ha portato ai grani moderni, caratterizzati da alte produttività, ma nello stesso tempo a quantitativi di glutine ben superiori (7).

I primi frumenti coltivati erano rappresentati principalmente da razze locali selezionate dagli stessi agricoltori a partire da popolazioni selvatiche, probabilmente perché più produttive e anche per altre caratteristiche superiori.

Gli intensi programmi di miglioramento genetico condotti dopo la seconda guerra mondiale, hanno portato alla completa sostituzione delle razze locali con nuove cultivars a taglia ridotta (semi-dwarf) e altamente produttive (highyielding), con una conseguente diminuzione della variabilità genetica del frumento. La produttività poteva essere incrementata attraverso la riduzione della taglia delle piante, aumentando così la loro resistenza all’ allettamento in condizioni di agricoltura intensiva e anche aumentando la resistenza alle malattie e la precocità, per sottrarre le piante al pericolo della stretta causata dalle elevate temperature estive.

Ad esempio fino agli anni ‘60 in Italia, soprattutto in Puglia, il grano duro coltivato abitualmente era della varietà Cappelli, di ottima qualità, ma era ad alto fasto e si piegava facilmente verso terra sotto l’azione del vento e della pioggia con una bassa produttività.

Nel 1974 un gruppo di ricercatori del CNEN (Comitato Nazionale per l’Energia Nucleare) indusse una mutazione genetica nel grano duro denominato “Cappelli”, esponendolo ai raggi gamma di un reattore nucleare per ottenere una mutazione genetica e, in seguito, incrociandolo con una varietà americana. Dopo la mutazione, il grano era diventato “nano”, mostrando differenze, in positivo, in caratteri come la produttività e la precocità nella crescita (8).

Questo nuovo tipo di grano mutato geneticamente, non OGM, ma irradiato, fu battezzato “Creso” e, con esso oggi si prepara circa il 90% della pasta venduta in Italia

Le varietà moderne sono il prodotto di programmi di miglioramento genetico finalizzati all’ottenimento di piante molto produttive, con il più elevato contenuto proteico possibile, con la caratteristica di essere coltivate in ambienti molto diversi, anche se modificati con forti interventi agronomici. Purtroppo le migliori qualità tecnologiche delle farine e delle semole non sono correlate positivamente con le proprietà nutrizionali; negli ultimi anni, infatti, alcuni studi epidemiologici hanno dimostrato che l’elevata presenza di glutine di alta qualità tecnologica, produce una sensibilizzazione dell’organismo a questa proteina. Il grano primitivo, il monococco, oltre a contenere uno scarso quantitativo di glutine, era dotato di un perfetto equilibrio dei suoi componenti che si è immaginato impedisse la tossicità del glutine di esplicare un’azione lesiva a livello dei tessuti, come avviene quasi sempre nei prodotti della natura, prima delle trasformazioni indotte dalla moderna tecnologia (9). L’aumento dell’incidenza della Celiachia (1 caso ogni 100 o 150 persone con una crescita percentuale del 9% all’anno) e della sensibilità al glutine (G.S. Gluten Sensitivity), quindi, potrebbe essere anche dovuta anche ai ripetuti e differenti interventi sulle varietà di grano, presente nella maggior parte degli alimenti che mangiamo.

Nelle farine ottenute dalle vecchie varietà la quantità di glutine non solo è inferiore rispetto alle nuove e ma si differenzia notevolmente per la sua qualità. Infatti il glutine, presente nelle vecchie varietà, contiene un minor numero di epitopi tossici (particolari sequenze ricche in prolina e glutammina) ovverosia le sequenze amminoacidiche riconosciute dai linfociti delle persone affette da celiachia.

Ciò è dimostrato da studi compiuti stimolando in vitro globuli bianchi di celiaci e di soggetti sensibili al glutine con diversi cereali. La stimolazione dei globuli bianchi con grani moderni determina una sintesi di citochine infiammatorie nettamente superiore a quella ottenuta con grani antichi.

Appare fondata l’ipotesi che la modifica genetica del frumento sia correlata ad una modificazione della sua proteina e in particolare di una frazione di questa, la gliadina, la proteina basica capace di indurre l’enteropatia infiammatoria e quindi il malassorbimento caratteristico del Morbo Celiaco. Gli attivatori chiave della malattia celiaca sono alcuni peptidi immunogenici specifici della gliadina (contenenti glutammina) che, resistendo alla digestione enzimatica gastrica e pancreatica, giungono alla mucosa intestinale. Recentemente è stato mostrato che il frammento peptidico che presenta una notevole capacità infiammatoria è il peptide 33-mer prodotto dalla digestione del'α2-gliadina ( 10)( 11 )( 12). Questo frammento immunomodulatore resta intatto anche dopo una prolungata incubazione in presenza di enzimi gastrici, pancreatici e della membrana dei villi intestinali (13)(14)(15).

Nella mucosa intestinale la transglutaminasi tissutale catalizza la deamidazione dei peptidi gliadinici, creando epitopi con aumentato potenziale immuno stimolatore (16).

Tanto premesso il processo prevede i seguenti step (Fig.1) al fine di catalizzare la rottura del legame peptidico tra il gruppo amminico ed il gruppo carbossilico della gliadina.

1) Germinazione controllata dei grani antichi

La germinazione assistita è quel processo che comincia con l’imbibizione del seme e termina con la protrusione della radichetta. Il processo della germinazione è costituito da due fasi nettamente distinte tra loro: germinazione fisiologica e germinazione agronomica.

La germinazione fisiologica è caratterizzata da processi biochimici, riattivazione metabolica e riorganizzazione cellulare; la germinazione agronomica è caratterizzata dalla protrusione della radichetta (Fig.2) (17).

La germinazione si avvia quando il seme (Fig.3), grazie a condizioni di temperatura e di umidità adeguate, inizia ad assorbire acqua (imbibizione) che lo fa aumentare di volume provocando la rottura del tegumento (tessuto).

Gli eventi successivi riguardano l’idrolisi delle sostanze di riserva e la successiva crescita della pianta (17).

Processo di germinazione

Il chicco di grano tenero, dopo essere stato vagliato e calibrato al fine di separare eventuali semi estranei, sassi, paglia cariosside rotte e di calibro ridotto, viene bagnato in acqua dolce, che rappresenta la fase di macero. Durante questa fase il chicco inizia ad assorbire l’acqua addolcita e tutto l’endosperma viene idratato. Quando l’umidità raggiunge un determinato livello vi è l’inizio della germinazione ed il chicco produce la radichetta.

In questa fase l embrione inizia a crescere sfruttando le sostanze contenute nell’ endosperma.

Con il processo di germinazione quindi il chicco assorbe acqua rigonfiandosi (i legami del glutine cedono rilasciando l’amido).

Nello strato aleuronico della cariosside vengono elaborati o secreti enzimi che rivestono un ruolo fondamentale durante la germinazione:

- Diastasi (α e β amilasi) che idrolizzano l’amido in zuccheri fermentescibili;

- Fitasi che inattivano l’acido lìtico. L'acido fitico è tradizionalmente considerato un fattore antinutrizionale, cioè una sostanza in grado di limitare l'assorbimento o l'utilizzo dei nutrienti.

- Proteasi che agiscono sulle molecole proteiche dando origine ad aminoacidi liberi e polipeptidi, impedendo la formazione del glutine (18). La mobilizzazione delle riserve stoccate nel seme sono associate alla crescita della plantula (radichetta). I nuovi tessuti vegetali vengono costituiti grazie alla degradazione, ad opera di proteasi e successivo riassemblamento delle proteine costituenti le pareti cellulari. In questa fase l’energia necessaria per crescere è ottenuta dalla disgregazione, ad opera di enzimi amilolitici.

L’amido contenuto nel chicco (principale riserva di carboidrati) viene scisso in molecole più semplici, quali amilosio e amilopectina. Tale trasformazione, nota come saccarificazione, è svolta da due particolari enzimi contenuti nel chicco, alfa-amilasi e beta- amilasi, che durante la germinazione aumentano in quantità ed attività.

Le riserve proteiche sono rappresentate da:

- Albumine: solubili in acqua a pH neutro

- Globuline: solubili in soluzioni saline

- Prolammine: solubili in etanolo

- Gluteline: solubili in alcali o acidi forti

E’ noto che le proteine di riserva dei cereali vengono degradate ad opera di proteasi endogene (endo- ed eso- peptidasi).

Le endopeptidasi idrolizzano i legami chimici interni e danno origine ad oligopeptidi; le esopeptidasi attaccano il gruppo carbossilico terminale (Carbossipeptidasi) o quello amminico terminale (Amminopeptidasi) originando amminoacidi liberi (Fig.4) (17).

I chicchi di grano germinati sono inoltre una possibile fonte di Prolil endopeptidasi (PEP), enzimi in grado di rompere i legami in prossimità dei residui di prolina (che caratterizzano le proteine del glutine) e sono in grado di degradare il glutine in peptidi contenenti meno di nove aminoacidi (19).

Questi enzimi proteolitici procedono degradano le glutenine e le gliadine. Le glutenine vengono degradate durante le prime fasi della germinazione, le gliadine nelle fasi successive. La degradazione delle gliadine e delle glutenine avvengono a differenti valori di temperatura: 20 °C per le prime, e 25 °C per le seconde. (20)

Le proteasi giocano un ruolo chiave nella mobilizzazione iniziale delle riserve proteiche dall’ endosperma amilifero (21) e idrolizzano le gliadine, con formazione di intermedi degradati poi a singoli peptidi (22). In questo modo si riduce l’effetto tossico delle proteine del glutine.

I parametri operativi sono i seguenti:

tempo di bagnatura 24 - 48 ore;

temperatura acqua di processo 20 - 25 °C;

l’acqua utilizzata ha un valore di durezza < a 5 °F.

Il grano germinato si presta quindi per la trasformazione in prodotti gluten free poiché la germinazione dei cereali in condizioni controllate non solo induce l’attività peptidasica ma anche perché ne aumenta il contenuto nutrizionale (19). La germinazione controllata determina quindi:

• elevata biodisponibilità di vitamine e minerali liberati dal processo di germinazione controllato

• diminuzione del quantitativo di glutine a seguito dell’attività peptidasica in grado di degradare sia il glutine che i suoi frammenti peptidici (23).

Nelle figure allegate si evidenzia l’avvio della germinazione (Fig.5, Fig.6).

Si procede poi con la macinazione ad umido mediante molino a pietra.

Nello specifico il molino a pietra ha le seguenti caratteristiche:

produzione oraria 3,0 q/h

giri coclea di macinazione 300 / min

potenza motore 18,5 Kw

rumorosità 80 dBA

Con la molitura a pietra la lavorazione del cereale avviene più lentamente (le farine nella lavorazione non si surriscaldano).

La scarsa velocità della ruota mobile mantiene bassa la temperatura durante la molitura e fa si che la farina non corra alcun rischio di “cottura”, preservandone al meglio le caratteristiche organolettiche.

In seguito vi è la fase di abburattamento: la farina esce dalle macine ed entra in una serie di setacci cilindrici al fine di procedere ad una separazione della crusca e del cruschello.

I setacci hanno le seguenti dimensioni:

> 5 mm luce netta per la separazione della crusca

3-5 mm luce netta per la separazione del cruschello

< 350 micron luce netta per la separazione della farina

2) Separazione meccanica

Successivamente il prodotto ottenuto (farina) viene unito ad acqua di processo in agitazione attraverso un serbatoio di miscelazione (capacità 3000L, velocità di agitazione 60 giri/min.) creando una sospensione acquosa costituita principalmente da amido e glutine a cui viene aggiunto cloruro di sodio. Al termine di questa fase la miscela liquida viene inviata ad un impianto di lavaggio a filtrazione. L’impianto computerizzato provvede a rimuovere le albumine e globuline separandole da buona parte del glutine non solubile.

La soluzione in uscita dalla batteria di idrocicloni viene inviata ad una stazione di spremitura a freddo (Fig.7) dove si effettua la separazione della parte solida da quella liquida ottenendo dei pannelli compatti di farina umida (AW= 82-88) con residuo glutine non tossico perché degradato e acqua chiara, che ulteriormente filtrata viene riutilizzata nel processo. I pannelli di farina vengono sgranati in piccole dimensioni per essere utilizzati direttamente in impasti o deidratati per ottenere farina.

3) Metodica di controllo

La fase solida è stata sottoposta ad indagini analitiche atte a verificare il quantitativo di glutine presente. La metodica utilizzata è l’R5 Elisa metodo Mendez (24)(25) utilizzando i kit foniti dalla R-biopharm (RIDASCREEN<® >Gliadin). Si tratta di un dosaggio immunoenzimatico a sandwich per l’analisi quantitativa delle contaminazioni di prolamine da frumento (gliadine), segale (secalina), e orzo (ordeina) in prodotti grezzi come le farine (grano saraceno, riso, mais, avena, teff) e le spezie nonché in alimenti trasformati quali tagliatelle, prodotti pronti, prodotti da forno, salumi, bevande e gelati.

Il kit ELISA R5 RIDASCREEN® Gliadin è:

- riconosciuto come AOAC-OMA (2012.01)

- certificato da AOAC-RI (120601)

- metodo ufficiale (tipo 1 ) del Codex Alimentarius.

Secondo il Codex Alimentarius (Alinorm 08/31/26), in base al contenuto di glutine, esistono attualmente due categorie di etichettatura dei prodotti alimentari:

1. Alimenti che contengono meno di 20 ppm possono essere etichettati come “privi di glutine”.

2. Alimenti “a basso contenuto di glutine” possono avere un contenuto di glutine da 20 ppm fino a 100 ppm.

Risultati finali

Le analisi eseguite sul prodotto ottenuto hanno evidenziato un contenuto in glutine <20 ppm. I risultati sono evidenziati nelle figure 8a (curva di calibrazione) e 8b (valori di ppm).

La farina ottenuta può essere sottoposta a lavorazione diretta o a surgelazione (-18°C).

Dalla lavorazione sono stati ottenuti:

1. prodotti da forno dolci

2. prodotti da forno salati

3. pasta secca

Tali prodotti sono stati preparati utilizzando le seguenti formulazione:

1) la farina deglutinata è stata addizionata con acqua (50%), amido di mais (5%), uova pastorizzate (7%), burro (3%), agenti lievitanti (2%) e scaglie di cioccolato (12%). Il tutto è stato miscelato per 10 minuti ed estruso mediante impianto di formatura al fine di ottenere dei biscotti di 3 cm per 1 cm. Successivamente i biscotti sono stati sottoposti a cottura in forno (Rotor, Pollin) ad una temperatura di 160° C per 30 minuti (Fig.9).

2) Alla farina deglutinata è stata aggiunta acqua (50%), lievito di birra disidratato (2%), sale (3%) ed il tutto è stato riposto in camera di lievitazione per 2 ore a 35°C. Successivamente il pane è stato cotto a 160°C per 40 minuti (Fig. 10).

3) Per ottenere pasta secca la farina deglutinata è stata miscelata con uova pastorizzate (2%) ed amido di mais (5%). Per l’estrusione è stata utilizzata una trafila con inserti in teflon. Il prodotto trafilato è stato successivamente essiccato per 12 ore ad una temperatura crescente fino ad 80°C (Fig. 11).

Tutti i prodotti hanno evidenziato ottime performance organolettiche.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la produzione di farina senza glutine utilizzando sfarinati di grano tenero provenienti da grani antichi comprendente le seguenti fasi: a) germinazione assistita, b) macinazione con molino a pietra, c) abburattamento, d) separazione di amido e glutine attraverso un serbatoio di miscelazione, e) rimozione delle albumine e globuline da buona parte del glutine non solubile attraverso un impianto di lavaggio e filtrazione, f) successivo invio ad una stazione di spremitura a freddo in maniera da ottenere dei pannelli di farina.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui gli sfarinati utilizzati sono provenienti da grani antichi sia di frumento duro che di frumento lenero non geneticamente modificati a basso tenore di glutine.
3. 3. Metodo secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che la fase a) è condotta alla temperatura controllata di 20°- 25°C per 24 - 48 ore.
4. 4. Metodo secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che la fase b), avviene lentamente secondo i seguenti parametri: produzione oraria 3,0 q/h giri coclea di macinazione 300 / min potenza motore 18,5 Kw rumorosità 80 dBA.
5. 5. Metodo secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che nella fase c) vengono separati crusca, cruschello e farina mediante setacci aventi le seguenti dimensioni: > 5 mm luce netta per la separazione della crusca 3-5 mm luce netta per la separazione del cruschello < 350 micron luce netta per la separazione della farina.
6. 6. Metodo secondo le rivendicazioni precedenti in cui la fase d) avviene in un serbatoio di miscelazione dopo aver unito la farina dalla fase e con acqua di processo e cloruro di sodio.
7. 7. Metodo secondo le rivendicazioni precedenti in cui la miscela liquida ottenuta nella fase d) viene inviata ad una batteria di idrocicloni per la rimozione delle albumine e globuline da buona parte del glutine non solubile attraverso un impianto di lavaggio e filtrazione (fase e).
8. 8. Metodo secondo le rivendicazioni precedenti, in cui la soluzione in uscita dalla fase e) viene inviata ad una stazione di spremitura a freddo per la separazione della parte solida da quella liquida (fase f) in maniera da ottenere dei pannelli di farina con AW 82-88.
9. 9. Farina deglutinata ottenuta mediante il metodo secondo le rivendicazioni precedenti.
10. 10. Uso della farina deglutinata secondo la rivendicazione 9 per la produzione di prodotti da forno e pasta secca.