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Antiossidanti e glutine/cisteina e glutine/lattobacilli e glutine

by luciano

1 – Antiossidanti e crusca del grano
Gli antiossidanti (presenti nella crusca) possono interagire con le proteine del glutine riducendo le reazioni di interscambio disolfuro-solfidrile, influenzando così l’aggregazione delle proteine del glutine. (Huang et al., 2018).

2 – Antiossidanti e crusca del grano
La crusca di frumento fornisce sia fibre alimentari che una grande varietà di sostanze che si ritiene siano biologicamente attive, come antiossidanti, fitoestrogeni o lignani (Pruckler et al., 2014).

3 – Interazione cisteina glutine
La cisteina (enzima) presente nel germe di grano esercita attività idrolizzante nei confronti del glutine.

4 – Durante la fase di maturazione avviene una parziale idrolisi dei peptidi del frumento.
Per quanto riguarda le proteine presenti negli impasti, è stato osservato che con la fase di maturazione avviene una parziale idrolisi dei peptidi del frumento, quali residui di proline e glutammine che sono responsabili dell’innesco della risposta autoimmune nei pazienti celiaci (Iancu et al., 2019).

5 – Il glutine e fermentazione utilizzando madri acide
In altri studi si è invece recentemente provato che il glutine viene completamente idrolizzato durante la fermentazione utilizzando madri acide, rendendo i prodotti derivati sicuri per il consumo da parte di individui celiaci.

6 – Prodotti fermentati da madri acide e sintomi da intestino irritabile
Correlato al disturbo della celiachia, è stato osservato che i prodotti fermentati da madri acide riescono a controllare e a ridurre i sintomi da intestino irritabile (Gobbetti et al., 2019).

7 – Hydrolysis and depolymerization of gluten proteins during sourdough fermentation
Hydrolysis and depolymerization of gluten proteins during sourdough fermentation were determined. Neutral and acidified doughs in which microbial growth and metabolism were inhibited were used as controls to take into account the proteolytic activity of cereal enzymes. Doughs were characterized with respect to cell counts, pH, and amino nitrogen concentrations as well as the quantity and size distribution of SDS-soluble proteins. Furthermore, sequential extractions of proteins and analysis by HPLC and SDS-PAGE were carried out. Sourdough fermentation resulted in a solubilization and depolymerization of the gluten macropolymer. This depolymerization of gluten proteins was also observed in acid aseptic doughs, but not in neutral aseptic doughs. Hydrolysis of glutenins and occurrence of hydrolysis products upon sourdough fermentation were observed by electrophoretic analysis. Comparison of sourdoughs with acid control doughs demonstrated that glutenin hydrolysis and gluten depolymerization in sourdough were mainly caused by pH-dependent activation of cereal enzymes.
…….Il confronto tra impasti a lievitazione naturale e impasti a controllo acido ha dimostrato che l’idrolisi della glutenina e la depolimerizzazione del glutine nella pasta madre erano principalmente causate dall’attivazione pH-dipendente degli enzimi dei cereali…….Gluten hydrolysis and depolymerization during sourdough fermentation Claudia Thiele, Simone Grassl, Michael Gänzle PMID: 14995138 ; DOI: 10.1021/jf034470z

8 – Gluten breakdown by lactobacilli and pediococci strains isolated from sourdough. C L Gerez, G C Rollán, G F de Valdez; PMID: 16620203; DOI: 10.1111/j.1472-765X.2006.01889.x

9 – Proteolytic activity and reduction of gliadin-like fractions by sourdough lactobacilli
G Rollán, M De Angelis, M Gobbetti, G F de Valdez; PMID: 16313422; DOI: 10.1111/j.1365-2672.2005.02730.x
Abstract
Aims: To characterize the peptide hydrolase system of Lactobacillus plantarum CRL 759 and CRL 778 and evaluate their proteolytic activity in reducing gliadin-like fractions.
Methods and results: The intracellular peptide hydrolase system of Lact. plantarum CRL 759 and CRL 778 involves amino-, di- (DP), tri- (TP) and endopeptidase activities. These peptidases are metalloenzymes inhibited by EDTA and 1,10-phenanthroline and stimulated by Co2+. DP and TP activities of Lact. plantarum CRL 759 and CRL 778, respectively, were completely inhibited by Cu2+. Lactobacillus plantarum CRL 778 showed the highest proteolytic activity and amino acids release in fermented dough. The synthetic 31-43 alpha-gliadin fragment was hydrolysed to 36% and 73% by Lact. plantarum CRL 778 and CRL 759 respectively.
Conclusions: Lactobacillus plantarum CRL 759 and CRL 778 have an active proteolytic system, which is responsible for the high amino acid release during sourdough fermentation and the hydrolysis of the 31-43 alpha-gliadin-like fragment.
Significance and impact of the study: This work provides new information of use when obtaining sourdough starters for bread making. Moreover, knowledge regarding lactobacilli capable of reducing the level of gliadin-like fractions, a toxic peptide for coeliac patients, has a beneficial health impact.

Note:
A – Crusca di grano I parte (https://glutenlight.eu/?s=bran+composition)

B – Il germe del frumento contiene α-tocoferolo, vitamine, minerali, fitochimici e proteine di alto valore, trigliceridi e lipasi e attività di lipossigenasi. La presenza di questi elementi purtroppo favoriscono l’ossidazione dei grassi e quindi la formazione di off-flavour nella fase di stoccaggio e nella preparazione di panificati. Questo però non avviene se viene utilizzata la lievitazione con lievito madre, perché quest’ultima è capace di disattivare l’attività delle lipasi consentendo l’uso del germe nei lievitati.
In entrambe le specie la cariosside si distingue in:
Endosperma o mandorla amilifera: è costituito da due parti: lo strato aleuronico e l’endosperma amilifero. Lo strato aleuronico che viene perso con la crusca, è lo strato più esterno monostratificato, ricco di proteine, grassi, sostanze minerali, vitamine ed enzimi. L’endosperma amilifero rappresenta l’80-85% del peso dell’intera cariosside ed è costituito da cellule poliedriche allungate che contengono i granuli di amido. Tegumenti esterni: sono il 7-8 % del chicco e costituiscono la crusca. Sono costituiti da tre strati: il pericarpo, lo spermoderma e il perisperma. Il pericarpo è l’involucro esterno ed è formato dall’epicarpo e da tre strati di cellule (intermedie, incrociate e tubolari). Lo spermoderma è l’involucro che serve a proteggere il seme vero e proprio. Il perisperma o strato ialino separa l’ultimo strato dello spermoderma da quello delle cellule aleuroniche. Essi vanno a formare la crusca che normalmente viene allontanata durante la macinazione. Da un punto di vista morfologico, hanno la funzione di proteggere l’embrione e le sostanze nutritive ad esso necessarie durante il primo periodo di germinazione. Germe o embrione: costituisce l’apparato germinativo del chicco e contiene lipidi, vitamine del gruppo B e, minerali e proteine (Surget et al., 2005 e Carrai, 2010)

Figura 2: struttura della cariosside del frumento (Surget et. al.,2005)

Le fasi della molitura devono essere precedute da una fase di pulitura e di condizionamento dei cereali. Nella prima fase lo scopo è quello di eliminare i materiali estranei come pietre, sassi e paglia. Invece, il condizionamento consiste nel ridurre, attraverso l’umidificazione, la friabilità che è presente nei tegumenti allo stato secco. Inoltre, rende più friabile l’endosperma e ne facilita la separazione dai tegumenti. L’umidità iniziale nel frumento tenero è del 10-12% mentre l’umidità finale dopo il condizionamento è del 15-16% aumentando in questa fase la possibilità di fenomeni di germinazione e crescita microbica.
I Sottoprodotti dell’industria molitoria I prodotti e i sottoprodotti della macinazione del frumento, sottoposto alle varie fasi di macinazione e conseguente abburattamento, si possono dunque suddividere in:

– Farina: 75%

SOTTOPRODOTTI

Farinaccio: 2,5-3% dimensioni di circa 200 µm
Crusca: 20-22% insieme a cruschello e tritello. Ha una dimensione di circa 900-600 µm.
Cruschello: dimensione di 340 µm
Tritello: simile al cruschello, ma con parti più triturate e con più parti farinose attaccate
Farinette: 0,2-2%.

Fonte: ALMA MATER STUDIORUM – UNIVERSITÀ DI BOLOGNA CAMPUS DI CESENA SCUOLA DI AGRARIA E MEDICINA VETERINARIA CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN SCIENZE E TECNOLOGIE ALIMENTARI-
TITOLO DELLA TESI: Isolamento e identificazione di lieviti e batteri lattici da sottoprodotti dell’industria molitoria e loro impiego nella formulazione di prefermenti da utilizzare in panificazione. Tesi in Microbiologia delle fermentazioni.
Presentata da Alessio Gigli; Relatore Prof.ssa Rosalba Lanciotti; Correlatori Dott. Lorenzo Siroli Dott.ssa Samantha Rossi.

Crusca di grano: rassegna II parte

by luciano

Impact of wheat bran physical properties and chemical composition on whole grain flour mixing and baking properties. Sviatoslav Navrotskyi, Gang Guo et al. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2019.102790

In evidenza:

Nel complesso, questo studio suggerisce una forte relazione tra proteine della crusca, ceneri, composti fenolici estraibili, capacità di ritenzione idrica e proprietà funzionali della farina integrale.

Nonostante i benefici per la salute dei cereali integrali, la crusca di frumento tende a diminuire la forza dell’impasto,la tolleranza alla miscelazione e alla fermentazione e a ridurre il volume del pane e la morbidezza della mollica (Gajula, 2007). Le proprietà negative della crusca di frumento sono il risultato delle interazioni tra i componenti della farina (principalmente glutine) e i componenti chimici della crusca, come fibre alimentari, composti fenolici, antiossidanti, composti sulfidrilici a basso peso molecolare ed enzimi (Khalid et al., 2017 , Noort et al., 2010), o proprietà fisiche della crusca, come la capacità di ritenzione idrica (WRC) e la dimensione delle particelle della crusca (Jacobs et al., 2015).

Gli antiossidanti possono interagire con le proteine ​​del glutine riducendo le reazioni di interscambio disolfuro-solfidrile, influenzando così l’aggregazione delle proteine ​​del glutine (Huang et al., 2018).

Le proprietà antiossidanti delle crusche di frumento sono determinate principalmente dal loro contenuto fenolico libero, legato e coniugato. Il ruolo di questi composti fenolici nella formazione della rete del glutine può essere spiegato dalla loro capacità di reagire con i gruppi solfidrilici delle proteine ​​del glutine o di aumentare la velocità degli scambi proteici solfidril-disolfuro (Han e Koh, 2011).

Ad esempio, l’aggiunta di acidi fenolici al pane diminuisce il tempo di miscelazione, la tolleranza e l’elasticità dell’impasto e diminuisce il volume del pane (Han e Koh, 2011).

I composti sulfidrilici liberi, concentrati nella crusca e nel germe del chicco di grano, contribuiscono ad un notevole ammorbidimento dell’impasto (Noctor et al., 2012). Tra tutti i composti sulfidrilici a basso peso molecolare presenti nel chicco di grano, il glutatione è il più studiato. Il glutatione ha un effetto negativo sullo sviluppo della rete del glutine formando legami disolfuro con i residui di cisteina delle protein del glutine e interrompendo così la formazione dei macropolimeri del glutine (Noctor et al., 2012).

“Abstract

Wheat bran can have diverse chemical composition and physical properties. The objective of this study was to determine the associations among physical and chemical properties of bran and the mixing and baking properties of whole wheat flour. Eighty samples of bran were milled into fine (463 μm) and coarse (783 μm) particle size groups and analyzed for water retention capacity, protein, ash, lipoxygenase activity, antioxidant activity, sulfhydryl groups, and extractable phenolics. Brans were mixed with a single refined flour to make reconstituted whole wheat flour and analyzed for mixing and baking quality. Fine particle size samples had larger bread loaf volume, and softer bread texture compared to the coarse samples. Bran protein and extractable phenolics showed positive correlations with dough strength (p < 0.01) and development time (p < 0.01), respectively. Bran ash was positively correlated with dough strength (p = 0.004). Water retention capacity (WRC) of bran was significantly correlated with dough development time (p = 0.002), bread volume (p = 0.002) and initial hardness (p = 0.007) and firmness (p = 0.028). Overall, this study suggested a strong relationship between bran protein, ash, extractable phenolics, and water retention capacity and whole wheat flour functional properties.

Introduction

Whole grain foods are well known for their nutritional benefits (Hemdane et al., 2016a, Hemdane et al., 2016b). Epidemiological studies have shown that whole grain foods decrease the risk of type 2 diabetes, obesity, and heart disease (Cho et al., 2013) These benefits are likely derived from the combination of vitamins, minerals, antioxidants, and dietary fibers that are present in wheat bran.

Despite the health benefits of whole grains, wheat bran (i.e., non-flour components) tends to decrease dough strength and mixing and fermentation tolerance and reduce bread volume and crumb softness (Gajula, 2007). The negative properties of wheat bran are the result of interactions between flour components (mainly gluten) and either chemical components of the bran, such as dietary fibers, phenolics, antioxidants, low molecular weight sulfhydryl compounds, and enzymes (Khalid et al., 2017, Noort et al., 2010), or physical properties of the bran, such as water retention capacity (WRC) and bran particle size (Jacobs et al., 2015).

One of the main contributors to the poor functionality of the whole grain flour are dietary fibers. Dietary fibers generally result in reduced bread volume and poor texture (Mishra, 2016). The negative effects of dietary fibers on bread volume and texture can be by explained in many instances by the competition for water between these carbohydrate polymers and gluten proteins, which causes dough weakening (Rosell et al., 2010).

Antioxidants can interact with gluten proteins by reducing disulfide-sulfhydryl interchange reactions, thus impacting gluten protein aggregation (Huang et al., 2018).

Antioxidant properties of wheat brans are mainly determined by their free, bound and conjugated phenolic content. The role of these phenolic compounds in gluten network formation can be explained by their ability to react with gluten protein sulfhydryl groups or increase the rate of protein sulfhydryl-disulfide interchanges (Han and Koh, 2011).

For instance, the addition of phenolic acids to bread decreases dough mixing time, tolerance, and elasticity and decreases bread volume (Han and Koh, 2011).

Free sulfhydryl compounds, which are concentrated in the bran and germ of the wheat kernel, contribute to considerable dough softening (Noctor et al., 2012).

Among all low molecular weight sulfhydryl compounds present in the wheat kernel, glutathione is the most studied. Glutathione has a negative effect on gluten network development by forming disulfide bonds with cysteine residues of gluten proteins and thus terminating gluten macropolymer formation (Noctor et al., 2012).

Finally, bran-associated enzymes have variable effects on bread quality. For example, lipoxygenase (LOX) produces active peroxides that can oxidize glutenin thiol groups and promote gluten macropolymer formation (Bahal et al., 2013). However, LOX can impact the flavor of products by catalyzing hydroperoxidation of polyunsaturated fatty acids, which leads to the formation of grassy or beany off-flavors (Hemdane et al., 2016a, Hemdane et al., 2016b).

Bran composition varies among different wheat lines and growing environments (Hossain et al., 2013, Cai et al., 2014). Additionally, due to the different distribution of chemical components among the bran layers (Hemdane et al., 2016a, Hemdane et al., 2016b), milling performance can significantly influence the chemical composition of bran.

Furthermore, bran particle size also has a significant impact on bread quality (Xu et al., 2018), although contradicting results have been reported. de Kock et al. (1999) reported higher loaf volumes by utilizing coarse bran (1800 μm) compared to fine bran (750 μm), and Noort et al. (2010) showed a linear increase in loaf volume with an increase in bran particle size from 70 to 1000 μm.

Inoltre, anche la dimensione delle particelle di crusca ha un impatto significativo sulla qualità del pane (Xu et al., 2018), sebbene siano stati riportati risultati contraddittori. de Kock et al. (1999) hanno riportato volumi di pane più elevati utilizzando crusca grossolana (1800μm) rispetto alla crusca fine (750μm), e Noort et al. (2010) hanno mostrato un aumento lineare del volume del pane con un aumento della dimensione delle particelle di crusca da 70 a 1000μm

However, Zhang and Moore (1999) reported the largest loaf volumes for samples containing medium particle size bran (415 μm) compared with coarse (609 μm) and fine (278 μm). The conflicting reports could be explained by differences in chemical composition among brans, or by differences in milling and baking techniques used.

The present study was designed to identify the role of chemical and physical properties of wheat bran in the mixing and breadmaking quality of whole wheat flour. Chemical components that were most likely to influence flour functionality were selected, taking into consideration the number of samples analyzed. Ultimately, bran particle size, protein, ash, free sulfhydryl groups, extractable phenolics, antioxidant activity, LOX activity, and WRC were evaluated, with dietary fiber evaluated on a subset of samples (due to the laborious nature of dietary fiber analysis). Because we desired to examine the functionality of bran independently of endosperm properties, bran samples were combined with a single based flour to make reconstituted whole grain flours for mixing and baking tests.

Specifically, the coarse particle size brans had significantly higher WRC and lower antioxidant activity. Other chemical components were not significantly impacted by particle size of the bran.

The differences in WRC among bran particle size fractions may be explained by the enhanced ability of coarse particles to trap weakly bound water compared with fine particles.”

Crusca di grano: rassegna I parte

by luciano

1 – Crusca di grano
“La crusca di frumento comprende gli strati esterni del chicco tra cui il pericarpo, la testa e lo strato di aleurone (definizione dei mugnai). La crusca è un importante sottoprodotto della macinazione del grano, quando viene prodotta la farina bianca (vedere Sezione 3.3). La composizione chimica (Tabella 5.4) è caratterizzata dall’elevato contenuto (≈45%) di polisaccaridi non amidacei (fibra alimentare) costituiti principalmente da arabinoxilani (≈60%) e cellulosa (≈30%). Ulteriori caratteristiche sono il contenuto relativamente elevato di minerali (potassio e fosforo), acidi grassi insaturi (acidi linoleico e oleico) e vitamine (nicotinamide, acido pantotenico e α-tocoferolo). Uno svantaggio della crusca è che l’alto contenuto di lipidi può causare irrancidimento. Pertanto la crusca viene spesso trattata termicamente (stabilizzata) per prevenire l’ossidazione enzimatica dei grassi.

Table 5.4. Chemical composition of wheat bran [18].

Grazie alla preziosa composizione nutrizionale, la crusca di frumento è stata ampiamente utilizzata come componente per l’alimentazione animale (vedere Sezione 4.6), in particolare per il bestiame come cavalli, bovini, capre, maiali e conigli. Negli ultimi anni la crusca di frumento è stata sempre più alla ribalta come integratore alimentare per l’alimentazione umana. Molti studi hanno dimostrato che il consumo di crusca di frumento, contenente una miscela unica di preziosi componenti bioattivi, migliora le funzioni intestinali e riduce il rischio di cancro al colon, diabete di tipo 2 e malattie cardiovascolari (vedere Sezione 6.4). Grazie ai preziosi antiossidanti, la sua assunzione può prevenire l’insorgenza di diverse malattie legate allo stress ossidativo. La crusca di frumento viene quindi spesso utilizzata come additivo alimentare, ad esempio per il pane, altri prodotti da forno e cereali per la colazione [19]. È stato introdotto in vari ulteriori segmenti di mercato tra cui alimenti funzionali, nutraceutici e prodotti farmaceutici. La maggiore consapevolezza dei consumatori sui benefici per la salute della crusca ha indotto una grande domanda e la crusca per uso alimentare può ora essere facilmente acquistata nelle farmacie, nei negozi di alimenti naturali e nei supermercati. Nel suo insieme, la crusca di frumento non è più un inutile prodotto di scarto ma può essere utilizzata in moltissimi ambiti di applicazione. Wheat-based raw materials Herbert Wieser, Katharina A. Scherf, in Wheat – An Exceptional Crop, 2020.”

2 – Crusca di grano
“La crusca di frumento è un sottoprodotto della macinazione e macinazione del chicco di grano. Gli effetti fisiologici della crusca di frumento possono essere suddivisi come segue: effetti nutrizionali derivanti dai nutrienti che la costituiscono; effetti meccanici nel tratto gastrointestinale dovuti al suo contenuto di fibre; ed effetti antiossidanti derivanti dai suoi costituenti fitochimici. La crusca di frumento ha un’attività antiossidante più elevata rispetto ad altre frazioni macinate e contiene vari componenti come acido fitico, polifenoli (compresi lignani e acidi fenolici), vitamine e minerali. Questi componenti della crusca di frumento possiedono benefici per la salute dell’uomo, compresi effetti preventivi contro il cancro e il diabete di tipo 2. Vari studi hanno riportato che questi composti presentano significative capacità antiossidanti, tra cui l’eliminazione dei radicali liberi, la chelazione degli ioni metallici e l’attivazione di enzimi antiossidanti, suggerendo le proprietà antiossidanti della crusca di frumento. Questo capitolo include una panoramica sullo stress ossidativo e una discussione sulle proprietà antiossidanti della crusca di frumento. Chapter 15 – Antioxidant Properties of Wheat Bran against Oxidative Stress. Masashi Higuchi. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-401716-0.00015-5.”

3 – Crusca di grano
Gli antiossidanti (presenti nella crusca) possono interagire con le proteine del glutine riducendo le reazioni di interscambio disolfuro-solfidrile, influenzando così l’aggregazione delle proteine del glutine. (Huang et al., 2018).

4 – Crusca di grano
“Bran is the most prominent co-product of the wheat milling process. In this process, the largest part of the endosperm tissue, i.e. the flour, is separated from the germ and bran after consecutive grinding, sieving and purification steps (Hemdane et al., 2016). From a botanical point of view, bran is a collection of multiple histological layers (i.e. outer and inner pericarp, seed coat and nucellar epidermis) of the outer part of the wheat kernel. However, wheat bran obtained as a milling fraction (referred as miller’s bran) also includes the aleurone layer and some residual endosperm tissue attached to it. Its yield varies between 13 to 19% of the total kernel weight (Deroover et al., 2020; Hemdane et al., 2016; Onipe et al., 2015). In this review, the term wheat bran refers to the miller’s bran.
Wheat bran mainly consists of arabinoxylan (17–33%), cellulose (9–14%) and β-D-glucan (1–3%), but also starch (6–30%), proteins (14–26%), lipids (3–4%), lignin (3–10%), minerals (5–7%), phytic acid (4.5–5.5%), fructans (3–4%), and phenolic compounds (0.4–0.8%) (Hemdane et al., 2016). The pericarp is the main source of the kernel’s dietary fiber (mainly cross-linked arabinoxylans, cellulose and lignin). The aleurone layer is rich in arabinoxylan but also in lignan, phytic acid, minerals and vitamins (Deroover et al., 2020; Onipe et al., 2015).
Wheat minerals which are important for human health include iron, zinc, calcium, manganese, magnesium and copper. They are mainly located in the aleurone cells. Magnesium plays an important role in blood glucose homeostasis and insulin sensitivity (Veronese et al., 2016). However, minerals in wheat have low bioavailability because they are chelated by mainly phytic acid and/or because they are physically entrapped into rigid aleurone cells (Lemmens et al., 2019).
Bran is the main source of the phenolic compounds in wheat. Ferulic acid is the most abundant C6 – C3 phenolic acid. It is esterified to some of the arabinoses in the arabinoxylan chains. Arabinoxylan chains are cross-linked by formation of ferulic acid dimers and higher oligomers which are esterified to the arabinoxylan chains. Bran also contains the C6 – C3 phenolic acids sinapic and p-coumaric acid and the C6 – C1 phenolic acids p-hydroxybenzoic, vanillic, syringic, and gallic acid (Laddomada et al., 2015). Components of wheat and their modifications for modulating starch digestion: Evidence from in vitro and in vivo studies. Konstantinos Korompokis, Jan A. Delcour, in Journal of Cereal Science, 2023.”

5 – Crusca di grano

“Wheat bran is a rich source of dietary fiber and other healthy components, which are biologically active, such as alkylresorcinol, ferulic acid, fl-glucan, arabinoxylan, lignans, and sterols (Pr¸ckler et al., 2014). Besides nonstarch carbohydrates (arabinoxylan, cellulose, fructan, and mixed-linkage fl-glucan), wheat bran contains starch, protein, lipids, and significant quantities of B vitamins and minerals (Hemdane et al., 2016a). The composition of wheat bran is presented in Table10.1 (USDA, 2015).”

6 -Crusca di grano

“Wheat bran is a by-product of flour milling and frequently used as ingredient in diets for pigs (Huang et al., 1999; Hassan et al., 2008). It is composed of the pericarp and the outermost tissues of the seed, including the aleurone layer with variable amounts of remaining starchy endosperm (Jondreville et al., 2000; Hassan et al., 2008). Wheat bran constitutes almost 10% of the total weight of wheat milled for flour (Hassan et al., 2008). It is characterized by a high level of insoluble lignified fiber which is known to be extremely resistant to degradation in the gastrointestinal tract (Noblet and Le Goff, 2001). Molist et al. (2011) concluded that incorporation of WB in diets for piglets improved gut health by beneficially modulating the activity and composition of the intestinal microbiota.”

7 – Crusca di grano
“Wheat bran is a by-product of the milling process of wheat. It usually contains 14-19% of total grain weight. As a rich source of dietary fibre, wheat bran contains 46% of non-starch polysaccharides, including arabinoxylan (70%), cellulose (24%) and beta-glucan (6%), and it also contains minor amounts of glucoglucomannan and arabinogalactan (Carre and Brillouet, 1986; Bertrand et al., 1981).
Depending on composition and particle size, wheat bran fractions may have negative effects on product quality, such as textural properties and loaf volume for bread. Reducing the particle size of wheat bran can influence product quality by increasing interaction surface and releasing reactive intracellular components (Noort et al., 2010).”

Appato digerente

by luciano

In evidenza:
Bocca: inizio della digestione dei carboidrati mediante l’enzima ptialina (amilasi salivare).
Stomaco: digestione delle proteine nello stomaco mediante l’enzima pepsina.
Intestino tenue tratto duodeno: digestione delle proteine, dei carboidrati e dei lipidi mediante rispettivamente gli enzimi tripsina, amilasi e lipasi.
Intestino tenue tratto digiuno: assimilazione delle proteine, dei carboidrati, del sodio e dei cloruri
Intestino tenue tratto ileo: assimilazione della vitamina B12 e dei sali biliari.
Intestino crasso: produzione di vitamine ed energia tramite fermentazione delle fibre da parte dei microrganosmi della flora batterica, e assorbimento di vitamine e riassorbimento dell’acqua.

L’apparato digerente è costituito dalla bocca (cavita orale), stomaco collegato alla bocca tramite l’esofago), intestino tenue e intestino crasso.

Bocca
Nella bocca sono presenti numerosissime piccole ghiandole salivari che mantengono umida e lubrificata la superficie e permettono l’inizio della digestione dei carboidrati mediante un enzima detto ptialina (amilasi salivare).

Esofago e stomaco
In continuità con il tratto faringeo si trova l’esofago, organo muscolare cavo lungo circa 25 cm, che attraversa il diaframma per mezzo di un’apertura chiamata iatus diaframmatico e si collega allo stomaco. Lo stomaco ha una capacità di riempimento di circa 1500 ml e si può dividere in quattro regioni anatomiche:
Cardias (via d’accesso)
Fondo
Corpo
Piloro (via d’uscita)
Il bolo (il bolo è l’impasto di cibo masticato, impastato e imbevuto di saliva, che si forma in bocca prima della deglutizione), nello stomaco, stimola le ghiandole gastriche a produrre un secreto detto succo gastrico, costituto da acido cloridrico e dall’enzimia pepsina per la digestione delle proteine.
Esso trasforma il cibo in componenti più facilmente assorbibili e facilita l’eliminazione batterica. La mucosa gastrica, inoltre, secerne sia muco che va a formare uno strato protettivo nei confronti dell’azione corrosiva del secreto, sia il fattore intrinseco (5), essenziale per l’assorbimento della vitamina B12. Le contrazioni peristaltiche dello stomaco e dello sfintere pilorico favoriscono il successivo rimescolamento degli alimenti costituendo il chimo, che viene immesso nel duodeno.

Intestino
L’intestino tenue, è il segmento più lungo del tratto gastrointestinale, di cui rappresenta circa i due terzi. Ha una superficie di circa 7000cm2 e si divide in tre parti:
Il duodeno, nel quale confluisce il dotto biliare comune attraverso l’ampolla di Vater, che consente il passaggio sia delle secrezioni pancreatiche sia di quelle biliari
Il digiuno
L’ileo, che termina con la valvola ileo-cecale

Il duodeno, ricco di ghiandole a secrezione alcalina per contrastare l’acidità gastrica, riceve il chimo dallo stomaco. Nel duodeno confluiscono, per mezzo del dotto comune, il dotto pancreatico e biliare. Il secreto del pancreas contiene enzimi digestivi tra cui tripsina, amilasi e lipasi, che permettono rispettivamente la digestione delle proteine, dei carboidrati e dei lipidi.
La bile secreta dal fegato e contenuta nella colecisti, aiuta l’emulsione dei grassi digeriti rendendoli più assorbibili. Il contenuto intestinale prosegue attraverso il digiuno e l’ileo e, grazie alla sua ampia superficie interna, avviene l’assorbimento di tutti i nutrienti. In particolare, le vitamine e i sali minerali sono assorbiti inalterati senza essere digeriti, i grassi, le proteine, i carboidrati, il sodio e i cloruri vengono assimilati nel digiuno, mentre la vitamina B12 e i sali biliari nell’ileo.

L’intestino crasso ha inizio dalla porzione terminale dell’ileo e termina in corrispondenza dell’orifizio anale. È lungo circa 1,6 metri e si suddivide in tre porzioni:
Intestino cieco con l’appendice vermiforme
Colon (ascendente, trasverso, discendente, sigmoideo)
Retto
La circolazione sanguigna del tratto gastrointestinale è costituita dalle arterie, che hanno origine lungo l’intera estensione dell’aorta toracica e addominale e dalle vene che riportano il sangue dagli organi digerenti (sistema venoso portale) e milza. L’intero l’apparato digerente è innervato sia dalla componente simpatica sia da quella parasimpatica del sistema nervoso autonomo.

La peristalsi intestinale (1) spinge il materiale di scarto residuo, detto chilo, nell’ileo terminale e quindi lentamente nel segmento prossimale del colon, attraverso la valvola ileo-cecale.

Le funzioni principali del crasso sono:

Produzione e assorbimento di vitamine (2) e di alcune sostanze come sodio e cloro e la scissione di materiali altrimenti indigeribili, grazie alla flora batterica residente
Riassorbimento progressivo dell’acqua e formazione di feci consistenti
Accumulo di feci prima della defecazione (retto)
Il retto presenta una prima porzione pelvica dilatata (ampolla rettale) e una seconda porzione più ristretta (canale anale), che attraverso il pavimento pelvico sbocca all’esterno tramite l’orifizio anale nella regione del perineo posteriore.
Nell’intestino crasso (colon) la flora batterica presenta una grande varietà di batteri in grado di utilizzare proteine e peptidi del glutine come nutrienti: “Alimentary protein digestion followed by amino acid and peptide absorption in the small intestinal epithelium is considered an efficient process. Nevertheless, unabsorbed dietary proteins enter the human large intestine as a complex mixture of protein and peptides.53,63 The incomplete assimilation of some dietary proteins in the small intestine has been previously demonstrated, even with proteins that are known to be easily digested (e.g., egg protein).64,65 The high proline content of wheat gluten and related proteins renders these proteins resistant to complete digestion in the small intestine. As a result, many high molecular weight gluten oligopeptides arrive in the lower gastrointestinal tract.66 While gluten peptides pass through the large intestine, proteolytic bacteria could participate in the hydrolysis of these peptides. 81Gluten Metabolism in Humans.

Glutine e colon

by luciano

Gli enzimi digestivi gastro-intestinali riducono “spezzettano” il glutine in frammenti piccoli o/e singoli aminoacidi che vengono assorbiti nell’intestino tenue o piccolo intestino attraverso i villi intestinali. Ma solo i più piccoli potranno essere digeriti, gli altri, in individui sani, attraversano l’intestino crasso [1] dove, partre di essi, verranno fermentati dalla flora batterica e trasformati in nutrienti; altri verranno eliminati con le feci.
1 – La ricerca “Diversity of the cultivable human gut microbiome involved in gluten metabolism: isolation of microorganisms with potential interest for coeliac disease” ha evidenziato come alcuni di questi batteri riescano a degradare il glutine trasformandolo in nutrienti utili per l’intestino stesso.
Abstract. “Gluten, a common component in the human diet, is capable of triggering coeliac disease pathogenesis in genetically predisposed individuals. Although the function of human digestive proteases in gluten proteins is quite well known, the role of intestinal microbiota in the metabolism of proteins is frequently underestimated. The aim of this study was the isolation and characterisation of the human gut bacteria involved in the metabolism of gluten proteins. Twentytwo human faecal samples were cultured with gluten as the principal nitrogen source, and 144 strains belonging to 35 bacterial species that may be involved in gluten metabolism in the human gut were isolated. Interestingly, 94 strains were able to metabolise gluten, 61 strains showed an extracellular proteolytic activity against gluten proteins, and several strains showed a peptidasic activity towards the 33-mer peptide, an immunogenic peptide in patients with coeliac disease. Most of the strains were classified within the phyla Firmicutes and Actinobacteria, mainly from the genera Lactobacillus, Streptococcus, Staphylococcus, Clostridium and Bifidobacterium. In conclusion, the human intestine exhibits a large variety of bacteria capable of utilising gluten proteins and peptides as nutrients [2], [3]. These bacteria could have an important role in gluten metabolism and could offer promising new treatment modalities for coeliac disease.” Diversity of the cultivable human gut microbiome involved in gluten metabolism: isolation of microorganisms with potential interest for coeliac disease. Alberto Caminero et al. Final version published online 3 March 2014. DOI: 10.1111/1574-6941.12295

Note:
[1]- “Alimentary protein digestion followed by amino acid and peptide absorption in the small intestinal epithelium is considered an efficient process. Nevertheless, unabsorbed dietary proteins enter the human large intestine as a complex mixture of protein and peptides.53,63 The incomplete assimilation of some dietary proteins in the small intestine has been previously demonstrated, even with proteins that are known to be easily digested (e.g., egg protein).64,65 The high proline content of wheat gluten and related proteins renders these proteins resistant to complete digestion in the small intestine. As a result, many high molecular weight gluten oligopeptides arrive in the lower gastrointestinal tract.66 While gluten peptides pass through the large intestine, proteolytic bacteria could participate in the hydrolysis of these peptides. 81Gluten Metabolism in Humans. Alberto Caminero, … Javier Casqueiro, in Wheat and Rice in Disease Prevention and Health, 2014”
[2], [3] – “Considering the characteristics of gut microbiota such as the large diversity, the stability and resilience, and the symbiotic interaction with the host, we can define the host and the microorganisms inhabiting it as a “superorganism” [8,9] which performs immune and metabolic functions [1]. Gut bacteria are key regulators of digestion along the gastrointestinal tract; commensal bacteria play an important role in the extraction, synthesis, and absorption of many nutrients and metabolites, including bile acids, lipids, amino acids, vitamins, and short-chain fatty acids (SCFAs). Gut microbiota have a crucial immune function against pathogenic bacteria colonization inhibiting their growth, consuming available nutrients and/or producing bacteriocins. Gut microbiota also prevent bacteria invasion by maintaining the intestinal epithelium integrity [10]. Microorganisms prevent pathogenic colonization by many competition processes: nutrient metabolism, pH modification, antimicrobial peptide secretions, and effects on cell signaling pathways. Moreover, recent studies have identified a critical role for commensal bacteria and their products in regulating the development, homeostasis, and function of innate and adaptive immune cells [11]. It is paradoxical to note that the gut microbiota functions are highly preserved between individuals, whereas each individual’s gut microbiota are characterized by a specific combination of bacterial species due to inter-individual and intra-individual variations throughout human life. What is the Healthy Gut Microbiota Composition? A Changing Ecosystem across Age, Environment, Diet, and Diseases. Emanuele Rinninella et al. Published online 2019 Jan 10. doi: 10.3390/microorganisms7010014. PMCID: PMC6351938”