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Le forme variano tra i vari cereali anche se i loro componenti principali sono sorprendentemente simili nei principali costituenti ma non nei loro rapporti. Nella preparazione della farina di frumento, abbiamo a che fare con il seme della pianta formatasi durante il suo ciclo di crescita. I singoli semi sono la prossima generazione di piante e contengono tutti i nutrienti e i componenti necessari per iniziare il ciclo di crescita in condizioni appropriate. I singoli chicchi di semi sono composti da una serie di tessuti diversi, ognuno con una propria funzione specifica nel ciclo vitale della pianta. In termini generali, descriviamo il grano come composto da una serie di strati esterni variamente indicati come il rivestimento del seme o le bucce della crusca, un endosperma interno e l’embrione. Sfortunatamente, c’è confusione nell’uso di quest’ultimo termine e, nell’uso comune, viene spesso indicato come il germe del grano. In realtà, il termine germe è più comunemente usato in un contesto di macinazione e si riferisce alla frazione ricca di embrioni del grano ottenuto durante i processi di macinazione. Per il seme, le funzioni dei diversi componenti sono relativamente chiare; Gli strati di crusca racchiudono e proteggono le riserve alimentari (l’endosperma) per la crescita della futura pianta, mentre dall’embrione scaturiranno le radici e i germogli in condizioni appropriate. Le strutture fisiche e la composizione chimica dei semi sono molto complesse, e le proporzioni complessive dei tre principali componenti (crusca, endosperma e embrioni) variano leggermente a seconda della varietà di frumento e delle condizioni in cui viene coltivato, ma la loro composizione è intorno al 15% di crusca, l’83% di endosperma e del 2% di embrione. Anche il contenuto di umidità dei cereali varia a seconda dei fattori ambientali; intorno al 12-20% sul campo, intorno al 12-15% nel mulino. Nel grano intero, un’analisi approssimativa (% sostanza secca) sarebbe:
Zuccheri 2.5
Amido 71.5
Pentosani 3.5 (polisaccaridi)
Proteine 15.0
Lipidi (grassi) 2.5
Cellulosa 3.0
Minerali 2.0
La distribuzione dei diversi componenti in tutto il grano non è uniforme, per esempio la cellulosa e i minerali, è probabile che si trovino associati alla crusca e al germe mentre la maggior parte dell’amido è nell’endosperma. Così, nei diversi processi di macinazione impiegati per produrre farine bianche, c’è una concentrazione diversa di alcuni componenti del grano nelle diverse frazioni di macinazione.
Le proteine più importanti si trovano nell’endosperma e sono particolarmente funzionali per la panificazione; hanno la capacità di formare una rete glutinica in grado di intrappolare il gas di anidride carbonica generato dalla fermentazione del lievito. I pentosani danno un contributo significativo alla capacità di assorbimento dell’acqua della farina grazie alla loro capacità di assorbire circa sette volte il proprio peso di acqua che è da tre a quattro volte superiore a qualsiasi altro componente della farina. Tuttavia, poiché sono presenti a bassi livelli nella farina, il loro contributo complessivo alla capacità di assorbimento dell’acqua risulta comunque basso.
Anche l’amido presente nell’endosperma, svolge una serie di ruoli nei prodotti da forno, per esempio, in presenza di acqua e dopo il riscaldamento subisce una trasformazione nota come gelatinizzazione, e in questa forma, da un contributo significativo alla formazione della struttura dei prodotti da forno, specialmente nelle torte. Durante il processo di macinazione del grano, parte dell’amido viene danneggiato fisicamente, il che contribuisce alla sua funzionalità nella cottura.
La cellulosa è spesso legata al contenuto di crusca della farina, e tende ad avere un effetto negativo sulle proprietà della farina, in particolare sulla ritenzione dei gas di impasto, ma apporta un contributo positivo di fibra alimentare. Gli zuccheri presenti naturalmente nei chicchi di grano non sono generalmente considerati importanti, ma vale la pena notare che nella produzione di pane e prodotti fermentati, contribuiscono ad alimentare la fermentazione dei lieviti. I minerali e le vitamine presenti nei chicchi contribuiscono al valore nutrizionale delle farine. I lipidi sono per lo più associati al germe e in misura minore alla crusca. Il loro ruolo nella panificazione non è stato ancora chiaramente definito, anche perché per studiarli è necessario prima estrarli dalla farina di frumento, e questo può portare a una modifica della loro funzionalità che non è rappresentativa di come funzionerebbero nella farina originale.
In ogni paese in cui viene coltivato il grano ci sono molte varietà, in alcuni casi il numero può avvicinarsi o superare i 100. Le varietà di grano moderne sono il risultato di un allevamento selettivo durato molti anni, poiché i produttori hanno abbinato la varietà di grano al clima e ai terreni nelle diverse parti del mondo. Il tipo di grano coltivato è in gran parte determinato dalle condizioni ambientali e dalla durata della stagione di crescita. Non tutti i mugnai mescolano i cereali prima della macinazione, alcuni possono macinare separatamente le varietà di grano e quindi mescolare le singole farine prima di inviare il prodotto finale all’utilizzatore. In sintesi, i mugnai hanno una conoscenza approfondita dei grani disponibili per il loro utilizzo e delle probabili caratteristiche prestazionali delle farine che producono. Accedendo e miscelando diverse varietà di grano, cercano di fornire farine con prestazioni e consistenza richieste dai panettieri.
La classificazione delle varietà di grano e quindi della loro farina, è più comunemente associata alla “forza” della rete glutinica che possono sviluppare durante la miscelazione di un impasto. La forza del glutine si riferisce sia al contenuto proteico della farina che alle proprietà reologiche dell’impasto. Si fa quindi comunemente riferimento a farine forti, medie e deboli, con la principale differenziazione fatta sul contenuto proteico.
⊃ farina forte, 12% o più di proteine su un contenuto di umidità del 14%
⊃ farina media, 10-12%
⊃ farina debole, meno del 10%
Tuttavia, all’interno di tali categorie ci si possono aspettare variazioni della qualità delle proteine. Pertanto, le farine possono essere classificate come adatte per la panificazione, per biscotti e per torte o per scopi generali.
I minerali nei cereali sono concentrati negli strati di crusca che circondano l’endosperma interno. Pertanto, come principio generale, maggiore è il tenore di ceneri di una farina «bianca», maggiore è la proporzione di crusca che può essere presente nella farina. La complessa geometria del chicco di grano e le proprietà fisiche dei materiali in questione fanno sì che le bucce della crusca non possano essere “sbucciate” dagli strati simili a endosperma su una cipolla, e anche nel più efficiente dei mulini, è inevitabile che alcuni frammenti degli strati di crusca trovino la loro strada nella farina bianca che proviene essenzialmente dall’endosperma. Il test delle ceneri può quindi essere visto come un indicatore della “purezza” della farina bianca; In questo, più crusca è incorporata con l’endosperma del grano, più alto sarà il livello di ceneri. Ne consegue che, poiché le farine integrali rappresentano il 100% del chicco, il contenuto di ceneri sarà notevolmente superiore a quello delle farine bianche.
A livello applicativo, maggiore è il valore delle ceneri, minore è la capacità di ritenzione del gas nella panificazione. Questo, allo stesso modo, significa che il volume della pagnotta diminuirà se la cenere aumenta.
I contributi alla capacità di assorbimento dell’acqua misurata della farina provengono da una serie di proprietà individuali della farina:
⊃ Il contenuto di umidità della farina; maggiore è l’umidità, minore è la capacità di assorbimento dell’acqua;
⊃ Il contenuto proteico della farina; maggiore è il contenuto proteico, maggiore è la capacità di assorbimento dell’acqua;
⊃ Il livello di amido danneggiato nella farina; maggiore è il livello di amido danneggiato, maggiore è la capacità di assorbimento dell’acqua;
⊃ Il contenuto di fibre; le farine integrali, integrate con crusca e arricchite di fibre avranno sempre una maggiore capacità di assorbimento dell’acqua rispetto alle farine bianche.
Altri contributi provengono dalle variazioni dell’attività enzimatica e dal livello di pentosani (carboidrati solubili), ma questi sono di solito relativamente minimi rispetto agli effetti dei principali componenti della farina. La consistenza ottimale per un impasto di pane è difficile da definire perché dipende molto da come verrà lavorato l’impasto.
Il contenuto proteico della farina è probabilmente la proprietà più importante della farina di frumento. Forse più correttamente, dovremmo riferirci alle proteine del grano in quanto è presente più di un tipo di proteina. Lo schema più comunemente usato per i gruppi di proteine nel grano è:
⊃ Albumine, solubili in acqua,
⊃ Globuline, solubili in soluzioni saline,
⊃ Prolamine, solubili in soluzioni di etanolo al 70%,
⊃ Gluteline, solubili in soluzioni acide diluite.
I due gruppi più importanti per il pane e i prodotti fermentati sono le prolamine e le gluteline. Contengono le proteine che formano il glutine che conferisce alla farina di frumento la sua capacità quasi unica di formare un impasto in grado di trattenere il gas e aumentare di volume sotto l’influenza del calore. La gliadina e la glutenina sono i due componenti proteici del grano che conferiscono al glutine di frumento le sue proprietà uniche. Le variazioni nella “qualità” del glutine che proviene da farine diverse sono importanti in molti aspetti della panificazione. In particolare, influenzano direttamente il modo in cui le farine si comporteranno quando sottoposte alle sollecitazioni e alle tensioni della lavorazione. Le qualità chiave che dobbiamo considerare sono le seguenti:
⊃ Resistenza alla deformazione,
⊃ Elasticità,
⊃ Estensibilità,
⊃ Viscosità.
Il glutine ha tutte queste proprietà ed è descritto come un materiale viscoelastico, cioè il suo comportamento può essere descritto considerando sia le proprietà viscose che quelle elastiche. Nella produzione di pane e prodotti fermentati, si cerca di preservare la struttura delle bolle di gas che è stata creata durante la miscelazione, e di ottenere un notevole grado di espansione durante la lievitazione e la cottura.
Nei prodotti, come le torte, la qualità del glutine è notevolmente meno importante, soprattutto perché non può formarsi nelle fasi iniziali di miscelazione a causa della bassa viscosità dell’impasto che rende difficile il trasferimento di energia sufficiente e quindi lo sviluppo del glutine.
Sebbene ci siano più proteine nella farina integrale, alcune di queste derivano dalla crusca, e non formano facilmente una rete glutinica come le proteine presenti nelle cellule endospermatiche; In pratica, le proteine della crusca possono essere considerate “non funzionali” alla formazione del glutine. Oltre a questo, la presenza di crusca riduce le proprietà di ritenzione di gas dell’impasto, probabilmente perchè queste particelle, rappresentano aree di discontinuità e debolezza nella rete glutinica. Questo consente più facilmente la coalescenza di bolle di gas più piccole mentre si espandono durante la prova e le prime fasi della cottura e consentono la fuoriuscita di parte del gas di anidride carbonica prodotta dal lievito.
All’interno dei chicchi di grano in via di sviluppo, i granuli di amido sono incorporati in una matrice proteica nell’endosperma. Durante il processo di macinazione della farina, l’endosperma viene frammentato dall’azione dei rotoli o delle pietre della macinazione. Alcuni dei granuli di amido sono esposti ad alte pressioni durante il processo di macinazione e le loro superfici possono essere rotte meccanicamente o danneggiate. Il danno ai granuli di amido si verifica tipicamente durante la fase di riduzione (rulli lisci) della fresatura a rulli. Qui, gli spazi tra i rotoli e i differenziali di velocità tra i rotoli possono essere regolati per dare più o meno danni all’amido in base alle esigenze per la farina finale.
L’amido danneggiato assorbe il doppio del proprio peso di acqua rispetto all’amido non danneggiato che assorbe solo circa il 40% del proprio peso. Con questa elevata capacità di assorbimento dell’acqua, l’amido danneggiato può rappresentare circa il 16% dell’assorbimento totale di farina-acqua, un valore simile a quello delle proteina. Questo lo ha reso un elemento essenziale delle specifiche della farina per il pane.
La farina bianca, utilizzata nella produzione di dolci è composta principalmente da frammenti di endosperma che sono stati separati dalla crusca circostante durante il processo di macinazione. La dimensione massima delle particelle, si aggira intorno ai 150 μm. Se dovessimo esaminare una farina bianca, troveremmo alcuni frammenti della matrice proteica originale (15 μm), alcuni granuli di amido liberati dalla matrice proteica (fino a 45 μm) mentre il resto sarebbero frammenti di endosperma di varie dimensioni fino alla dimensione massima di 150 μm. Nella produzione di dolci, l’amido di frumento svolge un ruolo significativo nella formazione della struttura della torta in quanto controlla la viscosità della pastella durante il riscaldamento e aiuta a trattenere i gas in espansione, l’anidride carbonica (dal lievito), l’aria (intrappolata durante la miscelazione) e il vapore (dall’acqua aggiunta). I fattori chiave nella produzione di dolci dipendono dall’attività superficiale di molti materiali, perciò aumentare la superficie dell’amido disponibile diventa importante per aiutare la stabilità della pastella.
La separazione dei granuli di amido dalla matrice proteica, può essere facilmente ottenuta mediante rimacinatura della farina. Lo scopo è anche quello di ridurre la dimensione massima delle particelle di farina, in genere a meno di 90 μm.
Le farine non trattate per la riduzione granulometrica producono torte che collassano durante la cottura e hanno una struttura densa. La riduzione progressiva della dimensione massima delle particelle diminuisce il grado di collasso nella torta. Si ritiene che la dimensione massima delle particelle delle farine per dolci dovrebbe essere di 90 μm.
Nella produzione di dolci, l’elemento costitutivo della struttura principale è l’amido di frumento piuttosto che la proteina, e questo significa che quando si tratta di specificare la farina, molte delle misurazioni basate sulle proteine hanno una rilevanza limitata. L’attività enzimatica è limitata nelle pastelle per dolci, in parte a causa della bassa attività dell’acqua dovuta al contenuto di zucchero, e questo ha anche un impatto sull’elenco delle proprietà che devono essere specificate. In generale, le farine per dolci derivano da grani a macinazione morbida e tendono ad avere un basso contenuto proteico. Tradizionalmente, questo sarebbe stato impostato per limitare la formazione di glutine nella pastella. Un’eccezione è costituita dalla farina destinata ai dolci ricchi di grassi e di zuccheri; in questi casi è necessario una farina molto forte (alta % di proteine) per la costruzione di una forte maglia glutinica, come per i grandi lievitati da ricorrenza.
A differenza di molte farine per pane, non è usuale aggiungere ingredienti tecnologicamente funzionali alle farine per dolci. Possono essere apportate aggiunte nutrizionali obbligatorie o volontarie.
La gamma di biscotti è piuttosto ampia, quindi è difficile per una specifica farina coprirli tutti i tipi. Le proprietà della farina, differiscono a seconda che lo sviluppo del glutine nell’impasto sia desiderabile o meno. Il livello di sviluppo del glutine nei biscotti è comunque molto inferiore a quello richiesto per la panificazione, e in generale, le farine per biscotti sono più basse di proteine con un modesto potenziale di formazione del glutine. Anche per i prodotti laminati come i cracker, la farina dovrà avere un contenuto proteico modesto anche se, leggermente superiore a quello dei biscotti.