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Influenza della granulometria della crusca nelle farine di monococco: effetti sulla matrice glutinica e sulle proprietà dell’impasto

by luciano

In evidenza:

1️⃣ Il monococco (Triticum monococcum) possiede una matrice dell’impasto prevalentemente visco-colloidale, dovuta alla maggiore prevalenza di gliadine rispetto alle glutenine polimeriche, che determina impasti meno elastici e più viscosi rispetto al frumento moderno.

2️⃣ La granulometria della crusca rappresenta un parametro tecnologico cruciale nelle farine integrali, influenzando assorbimento dell’acqua, coesione dell’impasto e stabilità della fermentazione.

3️⃣ Nel monococco una granulometria intermedia della crusca potrebbe avere un effetto strutturante sull’impasto, agendo come riempitivo colloidale della matrice e contribuendo alla stabilizzazione delle bolle di gas durante la fermentazione.

4️⃣ La variabilità genetica tra genotipi di monococco influenza significativamente la qualità tecnologica, con differenze rilevanti nel comportamento dell’impasto, nel volume del pane e nel profilo aromatico finale.

5️⃣ Alcune linee di monococco mostrano una minore immunogenicità relativa del glutine rispetto ai frumenti esaploidi, pur non essendo idonee alla dieta dei soggetti celiaci. Ma possono essere utili per taluni soggetti (vedi fine capitolo 11).

1. Introduzione

Il grano monococco (Triticum monococcum) rappresenta una delle specie di frumento più antiche coltivate dall’uomo e possiede caratteristiche tecnologiche significativamente diverse rispetto ai frumenti moderni. In particolare, le proprietà reologiche delle farine di monococco differiscono in modo sostanziale da quelle del frumento tenero moderno, soprattutto per quanto riguarda la struttura e il comportamento della matrice glutinica.

La composizione proteica del monococco è caratterizzata da una prevalenza relativa di gliadine (incluse γ-gliadine) e da una minore quantità e qualità delle glutenine polimeriche. Le gliadine contribuiscono principalmente alle proprietà viscose dell’impasto, mentre le glutenine polimeriche sono responsabili delle proprietà elastiche e della formazione di una rete glutinica tridimensionale stabile.

Questa specifica composizione proteica determina nel monococco un sistema reologico che si comporta prevalentemente come un sistema pastoso-viscoso piuttosto che elastico (Figura 1). Di conseguenza, gli impasti ottenuti da farine di monococco risultano generalmente meno elastici, più viscosi e presentano una capacità limitata di trattenere i gas durante la fermentazione.

Riferimenti scientifici

Wieser, H. (2007). Chemistry of gluten proteins. Food Microbiology. DOI: 10.1016/j.fm.2006.07.004
Abdel-Aal, E.-S. M. et al. (1998). Genetic and environmental effects on gluten proteins of einkorn wheat. Journal of Cereal Science. DOI: 10.1006/jcrs.1997.0143

2. Ruolo della crusca negli impasti: concetti generali

La crusca rappresenta una componente fondamentale delle farine integrali e può influenzare significativamente le proprietà reologiche dell’impasto e la qualità del prodotto finale. L’effetto della crusca sugli impasti è generalmente attribuito a due principali meccanismi: l’interazione con l’acqua e l’interferenza meccanica con la struttura dell’impasto.

2.1 Effetto di assorbimento idrico

Le particelle di crusca possiedono una notevole capacità di assorbire acqua a causa dell’elevato contenuto di fibre alimentari, in particolare arabinoxilani e cellulosa. All’aumentare della superficie specifica delle particelle di crusca aumenta la loro capacità di legare acqua.

✅ Questo fenomeno comporta una sottrazione di acqua disponibile per altri componenti dell’impasto, in particolare per l’amido e per le proteine del glutine. Di conseguenza, la distribuzione dell’acqua nell’impasto può modificare significativamente la formazione e la stabilità della matrice proteica.

2.2 Effetto meccanico delle particelle di crusca

Oltre all’effetto idrico, la crusca può esercitare un effetto meccanico sulla struttura dell’impasto. Particelle di crusca di dimensioni elevate possono agire come elementi discontinui all’interno della matrice dell’impasto, interferendo con la continuità della rete glutinica.

Nei frumenti moderni, caratterizzati da una rete glutinica relativamente forte ed elastica, le particelle grossolane di crusca possono interrompere fisicamente la rete proteica, determinando una riduzione della capacità dell’impasto di trattenere i gas e, di conseguenza, una diminuzione del volume finale del pane.

Riferimenti

Noort, M. W. J. et al. (2010). The effect of particle size of wheat bran on bread quality. Journal of Cereal Science. DOI: 10.1016/j.jcs.2010.03.003

Hemdane, S. et al. (2016). Wheat bran in bread making: A critical review. Food Chemistry. DOI: 10.1016/j.foodchem.2015.09.092

3. Effetto della granulometria della crusca sulle proprietà dell’impasto

La dimensione delle particelle di crusca rappresenta un rametropa tecnologico particolarmente importante, in quanto influenza sia la capacità di assorbimento dell’acqua sia l’interazione meccanica con la struttura dell’impasto.

3.1 Crusca fine

La crusca con granulometria fine presenta una superficie specifica elevata. Questo comporta una maggiore capacità di assorbimento dell’acqua rispetto alle particelle più grandi.

In presenza di crusca fine si osservano generalmente:

1️⃣ minore disponibilità di acqua per proteine e amido
2️⃣ maggiore assorbimento di acqua da parte della crusca
3️⃣distribuzione più omogenea delle particelle nell’impasto.

Dal punto di vista tecnologico, questi effetti possono portare alla formazione di impasti più viscosi e compatti, con uno sviluppo della struttura dell’impasto più limitato ma generalmente più uniforme.

3.2 Crusca grossolana

La crusca con granulometria più elevata presenta una superficie specifica inferiore e quindi tende ad assorbire meno acqua nelle fasi iniziali dell’impastamento.

Tuttavia, le particelle più grandi possono esercitare un effetto meccanico più marcato sulla struttura dell’impasto. Nei frumenti moderni questo fenomeno può provocare una discontinuità nella rete glutinica, con una conseguente riduzione della stabilità dell’impasto e del volume finale del pane.

4. Specificità tecnologica del monococco

Nel caso del monococco, l’effetto della crusca deve essere interpretato alla luce delle caratteristiche specifiche della sua matrice proteica.

Come già descritto, la rete glutinica del monococco è generalmente più debole rispetto a quella dei frumenti moderni e non forma una struttura elastica continua altrettanto sviluppata. Il comportamento dell’impasto è dominato maggiormente da fenomeni di viscosità e coesione colloidale piuttosto che da una rete glutinica elastica ben organizzata.

✅ In questo contesto tecnologico, la crusca non agisce necessariamente come elemento che rompe una rete glutinica forte, come avviene nel frumento tenero moderno. Tuttavia, può comunque interferire con la coesione dell’impasto oppure contribuire alla stabilizzazione della struttura complessiva del sistema.

Riferimenti

Hidalgo, A. & Brandolini, A. (2014). Nutritional properties of einkorn wheat. Journal of the Science of Food and Agriculture. DOI: 10.1002/jsfa.6382

Brandolini, A. et al. (2008). Technological quality of einkorn wheat. Journal of Cereal Science. DOI: 10.1016/j.jcs.2008.01.001

5. Evidenze recenti sulle proprietà tecnologiche del monococco

Negli ultimi anni diversi studi hanno analizzato le proprietà tecnologiche del monococco e il comportamento dei suoi impasti durante la lavorazione.

Uno studio del 2023 ha analizzato diverse linee di monococco per valutare le proprietà della farina, dell’impasto e del pane. I risultati hanno evidenziato che il monococco possiede generalmente un contenuto proteico più elevato rispetto al frumento tenero, ma forma un glutine più debole. I moduli viscoelastici degli impasti risultano inferiori rispetto a quelli del frumento moderno e il comportamento reologico dell’impasto risulta più viscoso che elastico.

Questi risultati confermano che il sistema strutturale del monococco è meno organizzato e presenta caratteristiche più simili a un sistema colloidale rispetto alla struttura glutinica più elastica dei frumenti moderni.

Uno studio integrato pubblicato nel 2025 ha analizzato tre specie di frumenti vestiti antichi, einkorn (Triticum monococcum), emmer (Triticum dicoccum) e spelt (Triticum spelta). I risultati hanno confermato che il monococco possiede una forza panificatoria relativamente bassa ma può produrre pani con caratteristiche sensoriali molto apprezzate.

In sintesi:

✅ Ridotto assorbimento rispetto alla crusca fine

  • maggiore disponibilità di acqua per:

    • proteine

    • amido
      ? possibile miglioramento della lavorabilità

✅ Minore effetto meccanico rispetto alla crusca grossolana

  • minore discontinuità strutturale

  • migliore coesione dell’impasto

✅ Effetto “strutturante” nel sistema viscoso

Nel monococco, la crusca intermedia potrebbe:

  • agire come riempitivo strutturale

  • contribuire alla stabilizzazione delle bolle di gas

  • migliorare la tenuta durante la lievitazione

Possibile risultato:

  • impasto meno colloso

  • incremento relativo del volume finale rispetto a crusca fine

Chat GPT: Quindi la tua ipotesi (granulometria intermedia della crusca nel monococco) è scientificamente plausibile ma ancora poco esplorata in modo diretto, il che è interessante dal punto di vista di ricerca.

6. Studi recenti sulla granulometria della crusca

La letteratura recente ha mostrato chiaramente che la granulometria della crusca rappresenta un parametro tecnologico determinante nella qualità delle farine integrali.

Uno studio pubblicato su Food Chemistry nel 2022 ha confrontato crusca con diverse dimensioni di particella:

1️⃣ crusca grossolana circa 362 micrometri

2️⃣ crusca media circa 60 micrometri

3️⃣ crusca superfine circa 11 micrometri.

I risultati hanno mostrato che la crusca fine aumenta significativamente l’assorbimento d’acqua dell’impasto, mentre la crusca grossolana provoca una maggiore discontinuità strutturale. La dimensione delle particelle influenza inoltre la struttura del pane, la texture della mollica, la digeribilità dell’amido e la stabilità dell’impasto.

Una review recente pubblicata nel 2025 sulla tecnologia delle farine integrali ha evidenziato che:

1️⃣ le particelle di crusca di dimensioni elevate tendono a produrre pani più compatti e meno porosi,

2️⃣ le particelle più fini favoriscono una maggiore estrazione di composti bioattivi e influenzano direttamente estensibilità, volume e texture del pane.

Uno studio del 2023 ha analizzato tre classi granulometriche di crusca:

1️⃣ grossolana maggiore o uguale a 300 micrometri

2️⃣ media compresa tra 300 e 180 micrometri

3️⃣ fine minore o uguale a 180 micrometri.

I risultati hanno evidenziato che l’assorbimento d’acqua aumenta con la quantità di crusca, mentre la stabilità dell’impasto diminuisce con particelle più grandi. In alcuni casi la produzione di anidride carbonica durante la fermentazione può aumentare con particelle più fini.

7. Gap di conoscenza nella letteratura scientifica

Nonostante l’ampia letteratura sugli effetti della crusca nelle farine di frumento, esiste ancora una significativa lacuna di conoscenza per quanto riguarda l’interazione tra granulometria della crusca e proprietà dell’impasto nel monococco.

La maggior parte degli studi disponibili riguarda infatti:

frumento tenero moderno
farine integrali convenzionali
livelli di crusca aggiunta piuttosto che granulometria ottimizzata.

Sono invece molto pochi gli studi che hanno analizzato contemporaneamente:

monococco
granulometria della crusca
microstruttura dell’impasto
stabilità della fermentazione.

8. Ipotesi tecnologica: granulometria intermedia della crusca

Alla luce delle caratteristiche reologiche del monococco e delle conoscenze disponibili sugli effetti della crusca negli impasti, è possibile ipotizzare che una granulometria intermedia della crusca possa produrre effetti tecnologici favorevoli.

Una granulometria intermedia potrebbe generare un effetto combinato tra le proprietà delle particelle fini e quelle delle particelle grossolane.

1️⃣ In primo luogo, una granulometria intermedia potrebbe ridurre l’assorbimento di acqua rispetto alla crusca molto fine, rendendo disponibile una maggiore quantità di acqua per le proteine e per l’amido. Questo potrebbe migliorare la lavorabilità dell’impasto.

2️⃣In secondo luogo, particelle di dimensione intermedia potrebbero ridurre l’effetto meccanico di discontinuità strutturale tipico delle particelle molto grossolane, contribuendo a mantenere una maggiore coesione dell’impasto.

3️⃣INel sistema visco-colloidale dell’impasto di monococco, particelle di crusca con granulometria intermedia potrebbero agire come elementi strutturanti della matrice, funzionando come riempitivi colloidali in grado di contribuire alla stabilizzazione delle bolle di gas durante la fermentazione.

Il risultato tecnologico potenziale potrebbe essere la formazione di un impasto meno colloso e un incremento relativo del volume finale del pane rispetto a farine contenenti crusca molto fine.

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.”

Acido Fitico

by luciano

L’acido fitico costituisce circa l’1% delle farine di grano e di segale e riduce la biodisponibilità di calcio, magnesio e ferro formando complessi con i cationi bivalenti. L’acido fitico inibisce gli enzimi del sistema digestivo necessari per idrolizzare amido e proteine1. Questo spiega perché alcune persone provano disagio nel mangiare prodotti di grano integrale. La pasta acida neutralizza l’acido fitico e “predigerisce” le proteine del grano durante il processo di fermentazione trasformandole in micronutrienti facili da digerire. 2

RIFERIMENTI

[1] Vaintraub, I. A. & Bulmaga, V. P. (1991). Effect of phytate on the in vitro activity of digestive proteinases. Journal of Agricultural and Food Chemistry 39 (5), 859-861 DOI: 10.1021/jf00005a008

[2] Gänzle, M. G. (2014). Enzymatic and bacterial conversions during sourdough fermentation. Food Microbiology, 37(0), 2-10. doi:http://dx.doi.org.libproxy.clemson.edu/10.1016/j.fm.2013.04.007

Approfondimenti:

Phytate Degradation during Breadmaking

Moderate decrease of pH by sourdough fermentation is sufficient to reduce phytate content of whole wheat flour through endogenous phytase activity.