Ingredienti funzionali, focus sull’amido resistente

470

Il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Alimentari per una filiera agro-alimentare Sostenibile (DiSTAS) della Facoltà di Scienze Agrarie, Alimentari e Ambientali dell’Università Cattolica del Sacro Cuore (Piacenza) si è occupato di ingredienti funzionali ricchi di amido resistente RS3 da utilizzare per la formulazione di pane e altri prodotti da forno sia contenenti glutine che gluten-free.

I prodotti da forno, sia dolci che salati, rappresentano alimenti di ampio consumo e tradizionali della dieta mediterranea. Dal punto di vista nutrizionale, sono alimenti dall’alto valore energetico, principalmente composti da carboidrati (semplici e/o complessi) e altri nutrienti, tra cui proteine, lipidi, e fibre in proporzione variabile in funzione delle singole ricette. Inoltre, salvo rare eccezioni, tali prodotti appartengono alla categoria di alimenti definiti a medio/alto indice e carico glicemico (IG e CG; rispettivamente) e a basso contenuto in amido resistente (RS), a prescindere dal loro tenore in fibra alimentare (Foster-Powell et al., 2002).

L’IG distingue i carboidrati disponibili negli alimenti in funzione della loro risposta glicemica post-prandiale. Tramite tale classificazione è possibile distinguere i carboidrati (e quindi gli alimenti) in basso (≤ 55), medio (56-69) o alto (≥ 70) IG (Foster-Powell et al., 2002). Dati bibliografici suggeriscono che preferire alimenti a basso e/o medio IG possa ricoprire un ruolo attivo nel modulare i livelli di glicemia e insulina, con diverse implicazioni nella prevenzione dell’obesità e di diverse patologie metaboliche.

Analogamente, la scelta di alimenti a basso e/o moderato CG (prodotto del valore di IG per la quota di carboidrati disponibile in una porzione definita di alimento) riviste un ruolo chiave per il controllo della glicemia, soprattutto in soggetti con problematiche di peso e/o salute (Brand-Miller et al., 2009). Inoltre, in funzione della velocità e del sito di idrolisi enzimatica, la componente amido può essere ulteriormente classificata in amido rapidamente e lentamente digeribile e amido resistente (RDS, SDS e RS, rispettivamente) (Englyst et al., 1992). Studi scientifici condotti su soggetti in salute suggeriscono che la frazione RDS viene rapidamente digerita e assorbita, portando quindi ad un brusco innalzamento della glicemia, mentre la frazione SDS, passando attraverso una completa ma modulata idrolisi enzimatica, non genera elevati picchi glicemici ed insulinici (Lehmann e Robin, 2007).

Al contrario, la frazione RS rappresenta dal punto di vista nutrizionale la somma dell’amido e dei relativi prodotti di degradazione non assorbiti nei tratti intestinali prossimali in soggetti in salute, ma fermentati dal microbiota nei tratti distali (grosso intestino) (Fuentes-Zaragoza et al., 2011). Gli effetti benefici legati al consumo di fonti ricche in RS includono, ma non sono limitate a, un miglioramento del controllo metabolico, un possibile ruolo di prevenzione del cancro colon-rettale e marcati effetti prebiotici (Birt et al., 2013). Dati scientifici indicano che alimenti ricchi di RS (almeno il 14% dell’amido totale) hanno in genere moderati IG e CG (Fuentes-Zaragoza et al., 2011).

Infine, grazie ad analoghe proprietà fisiologiche, la frazione RS è stata inclusa a partire dal 2001 nella più amplia definizione di fibra alimentare (Raigond et al., 2015). In funzione di tali proprietà, le più recenti indicazioni nutrizionali incoraggiano quindi lo sviluppo ed il consumo di alimenti caratterizzati da amidi a basso e/o moderato IG e CG e dall’alto tenore in RS (EFSA 2011). Nei prodotti da forno (lievitati e non), i principali fattori responsabili dell’alto valore di IG e CG e del basso tenore in RS possono essere riassunti in:

  1. Scelta e tipo di sfarinati utilizzati, che riveste un ruolo nell’influenzare le strutture native degli amidi quindi il loro rapporto amilosio/amilopectina;
  2. Tipo di trattamento termico, che regola il grado di gelatinizzazione e retrogradazione dell’amido;
  3. Struttura fisica dell’alimento (e., porosità), che influenza la suscettibilità all’attacco enzimatico;
  4. Presenza e tipo di matrici non amidacee (principalmente proteiche, fibrose e lipidiche) e loro interazioni a livello strutturale.

Concentrando l’attenzione sulle tipologie di sfarinati utilizzati, la ricetta base di ogni prodotto da forno può essere teoricamente modificata tramite l’aggiunta/sostituzione di diversi ingredienti per conferire specifiche caratteristiche nutrizionali e/o tecnologiche. Partendo da tali premesse, uno dei metodi più utilizzato per la creazione di prodotti da forno (dolci o salati, lievitati o non lievitati) con percentuali significative di RS si è basato sulla selezione di ingredienti con caratteristiche distintive in termini di struttura dell’amido.  Nello specifico, la composizione dell’amido può variare da praticamente priva in amilosio (amidi definiti waxy) fino ad arrivare ad amidi ad alto tenore in amilosio (amidi high-amylose) (Thompson, 2000).

Diverse esperienze precedenti condotte principalmente su biscotti hanno rivelato come la sostituzione (fino al 50 % p/p) di farine a normale tenore in amilosio (NA; 20 % < amilosio < 30 % in funzione dell’amido totale; tipicamente farina di frumento tenero 00) con sfarinati ad alto livello di amilosio (HA; amilosio > 40 %; principalmente farine o amido di mais high-amylose) possa contribuire alla formulazione di prodotti con proprietà dell’amido “a lenta digestione” e ricchi in RS (Giuberti et al., 2015), senza tuttavia peggiorare i principali parametri tecnologici e sensoriali dei prodotti di nuova formulazione. Al contrario, i dati disponibili per il pane bianco (sia fresco che surgelato) sono ad oggi scarsi e non del tutto coerenti.

Questo perché le fonti HA sono spesso usate in combinazione con acidi organici e/o condizioni di cottura specifiche già implicate nella riduzione della velocità e del grado di digestione dell’amido. Inoltre, soprattutto per i prodotti da forno lievitati contenenti glutine, la scelta di includere sfarinati HA (molto spesso derivati da cereali senza glutine, principalmente mais) come fonte di RS potrebbe non essere del tutto valida, poiché agli stessi livelli di inclusione utilizzati ad esempio per la produzione su scala pilota di biscotti, i prodotti sono soliti presentare parametri tecnologici e sensoriali non in linea con gli standard di riferimento.

Nel pane bianco tradizionale, in particolare, il limite di sostituzione massimo tale da non compromettere i principali parametri tecnologici non supera infatti il 10% p/p degli sfarinati. Tuttavia, questo livello non assicura nei prodotti finiti il raggiungimento della soglia di RS suggerita dalle linee guida internazionali (Korus et al.,2009). Qual è quindi il compromesso?

Creare un prodotto da forno lievitato ottimo dal punto di vista nutrizionale, ma con scarse proprietà tecnologiche e sensoriali? Proprio per rispondere a questa domanda, la ricerca applicata allo sviluppo di alimenti da forno lievitati (con o senza glutine; sia dolci che salati) ad alto tenore in RS ha intrapreso un’altra direzione. Valutando i diversi tipi di RS ed il motivo della resistenza enzimatica di tale frazione dell’amido, è possibile infatti distinguere 4 sotto-categorie principali:

  1. RS1 (amido fisicamente inaccessibile);
  2. RS2 (granuli di amido nativo);
  3. RS3 (amido retrogradato);
  4. RS4 (amido chimicamente modificato).

Ogni tipo di RS possiede un differente comportamento tecnologico ma soprattutto un diverso livello di resistenza ai trattamenti termici previsti per ogni categoria di prodotto. Al fine di creare un prodotto da forno lievitato con un contenuto di RS in linea con i livelli suggeriti dalle linee guida internazionali, e cercando al contempo di limitare il suo livello di inclusione per minimizzare possibili peggioramenti nei parametri tecnologici e sensoriali, l’impiego in ricetta di ingredienti dall’alto tenore in RS3 rappresenta ad oggi la strada più idonea.

A differenza del RS2, il RS3 ha una maggiore resistenza ai comuni trattamenti termici applicati per la produzione di prodotti da forno, assicurando quindi una migliore stabilità nei prodotti finiti. Il presupposto di tale scelta fonda infatti la sua validità nel convertire la frazione RS2 in RS3 direttamente negli ingredienti prima del loro impiego in ricetta, sfruttando cicli controllati di gelatinizzazione e retrogradazione della frazione amido. Dal punto di vista operativo, si dovrà sottoporre l’ingrediente nativo scelto come fonte di RS2 ad una serie di pre-trattamenti basati sull’impiego di diagrammi di tempo/temperatura/ umidità specifici per ogni matrice.

L’amido RS3, avendo una maggiore stabilità termica rispetto alla controparte RS2 (anche superiore al 80 %), resiste ai processi di cottura e assicura quindi la stessa quota di RS nei prodotti finiti ottenibile solo con più elevate quantità di ingredienti RS2. In altri termini, impiegando in ricetta RS3 invece che RS2 otterrò nel mio prodotto finito adeguati livelli di RS utilizzando al contempo percentuali inferiori di sostituzione. Questa strategia assicurerà ridotte modifiche a livello tecnologico e sensoriale nei prodotti finiti (Giuberti e Gallo, 2018). Per creare ingredienti RS3 partendo da fonti native RS2, i processi più studiati e applicati su scala pilota includono:

  1. trattamenti idro-termici (heat-moisture treament e annealing);
  2. applicazione di cicli di riscaldamento-raffreddamento tramite autoclave;
  3. modifiche catalizzate da enzimi deramificanti (principalmente enzima pullulanasi).

Diversi studi indicano che queste procedure conducono a cambiamenti irreversibili nella struttura dell’amido nativo, contribuendo non solo ad ottimizzare la stabilità termica della frazione di RS (tramite conversione di RS2 in RS3), ma anche ad aumentarne la sua porzione (espressa come g/100g di prodotto), grazie alla creazione ex-novo di strutture di amido resistente retrogradato (Pratiwi et al., 2018).

In bibliografia, alcuni studi sono già stati effettuati sulla creazione di questi sfarinati ricchi in RS3, ma poche informazioni sono ad oggi disponibili sull’applicabilità in ricetta di questi ingredienti. Proprio a tal fine, presso il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Alimentari per una filiera agro-alimentare Sostenibile (DiSTAS) della Facoltà di Scienze Agrarie, Alimentari e Ambientali dell’Università Cattolica del Sacro Cuore (Piacenza) sono state condotte una serie di prove sperimentali atte a valutare l’applicabilità dei diversi schemi procedurali (valutando possibili combinazioni) su diverse matrici amidacee al fine di creare ingredienti funzionali ricchi di RS3 da utilizzare per la formulazione di pane e altri prodotti da forno sia contenenti glutine che gluten-free.

Ad oggi, sono stati creati su scala pilota diversi tipi di pane bianco (con o senza glutine) prodotti in condizioni di cottura classica e formulati sostituendo il 10% p/p di farina di frumento 00 o farina di riso (sistema convenzionale e senza glutine, rispettivamente) con un ingrediente di nuova creazione ricco in RS3 ottenuto da amido di sorgo sottoposto a trattamento di annealing (Giuberti et al., in press). I pani ottenuti hanno fatto registrare differenze sia a livello di composizione chimica sia nella digeribilità in vitro dell’amido. Dal punto di vista nutrizionale, alti livelli di RS e SDS, insieme a bassi valori di IG sono stati ottenuti grazie all’inclusione in ricetta di RS3, sia nei pani senza glutine che nei prodotti tradizionali con glutine. Inoltre, sono stati ottenuti valori medi di fibra alimentare prossimi a 7 g/100g, grazie all’apporto di RS dell’ingrediente utilizzato. Prodotti di nuova generazione, dove le proprietà tecnologiche e sensoriali si sono mantenute in linea con i valori misurati nelle controparti utilizzate come controllo.

Dal punto di vista pratico, grazie ad una migliore comprensione della biochimica dell’amido, delle dinamiche legate ai processi di gelatinizzazione e retrogradazione, ed adattando gli attuali processi tecnologici, queste ricerche potrebbero aprire interessanti possibilità per lo sviluppo e commercializzazione di prodotti da forno definiti a “fibra bianca”, con valori di RS, e quindi di fibra alimentare, elevati e ad oggi non presenti in prodotti formulati con farine raffinate. Queste ricerche aprono quindi la possibilità di ampliare il bacino di ingredienti dall’alto valore aggiunto da utilizzare nella produzione di vari prodotti da forno, al fine di creare alimenti “funzionali” di nuova generazione ed in linea con le indicazioni proposte dalle linee guida internazionali in termini di nutrizione e salute.

Dott. Gianluca Giuberti, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Alimentari per una filiera agro-alimentare Sostenibile – DiSTAS; Facoltà di Scienze Agrarie, Alimentari e Ambientali; Università Cattolica del Sacro Cuore, Via Emilia Parmense, 84; 29100 Piacenza, Italia

*gianluca.giuberti@unicatt.it

Bibliografia

  • Birt, D.F., Boylston, T., Hendrich, S., Jane, J.L., Hollis, J., Li, L., McClelland, J., Moore, S., Phillips, G.J., Rowling, M., Schalinske, K., Scott, M.P., Whitley,M. Resistant starch: promise for improving human health.
  • Nutr. 2013; 4: 587-601.
  • Brand-Miller, J, McMillan-Price, J., Steinbeck, K., Caterson, Dietary glycemic index: health implications. J. Am. Coll. Nutr. 2009; 28: 446-449.
  • EFSA, 2011. European Food Safety Authority, Scientific Opinion on the substantiation of health claims related to resistant starch and reduction of post-prandial glycaemic responses (ID 681), “digestive health benefits” (ID 682) and “favours a normal colon metabolism” (ID 783) pursuant to Article 13(1) of Regulation (EC) No 1924/2006. EFSA Panel on Dietetic Products, Nutrition and Allergies (NDA). EFSA J. 9, 2024-2041.
  • Englyst, H.N., Kingman, S.M., Cummings, J.H. Classification and measurement of nutritionally important starch fractions. Eur. J. Clin. Nutr. 1992; 46: 33-50.
  • Foster-Powell, K., Holt, S.H.A., Brand-Miller, J.C. International table of glycemic index and glycemic load values: 2002. Amer. J. Clin. Nutr. 2002; 76: 5-56.
  • Fuentes-Zaragoza, E., Sánchez-Zapata, E., Sendra, E., Sayas, E., Navarro, C., Fernández-López, J., Pérez-Alvarez, J.A. Resistant starch as prebiotic: a review. Starch/Stärke 2011; 63: 406-415.
  • Giuberti, G., Gallo, A., Fortunati, P., Rossi, F. Influence of high-amylose maize starch on in vitro starch digestibility and sensory characteristics of cookies. Starch/Stärke 2015; 67: 1-7.
  • Giuberti, G., Gallo, A. Reducing the glycaemic index and increasing the slowly digestible starch content in gluten-free cereal-based foods: a review. Int. J. Food Sci. Technol. 2018, 53, 50-60.
  • Giuberti, G., Marti, A., Gallo, A., Spigno, G. Resistant starch from white sorghum starch: functional and physicochemical properties and resistant starch retention after cooking. A comparative study. Starch/Stärke, in press.
  • Haralampu, S.G. Resistant starch, a review of the physical properties and biological impact of RS3. Carb. Polym. 2000, 41, 285-292.
  • Korus J, Witczak M, Ziobro R, Juszczak L. The impact of resistant starch on characteristics of gluten-free dough and bread. Food Hydrocolloids 2009; 23: 988-995.
  • Lehmann U, Robin F. Slowly digestible starch – its structure and health implications: a review. Trends Food Sci. Technol. 2007; 18: 346-355.
  • Pratiwi, M., Faridah, D.N., Lioe, H.N. Structural changes to starch after acid hydrolysis, debranching, autoclaving-cooling cycles, and heat moisture treatments (HMT): a review. Starch/Stärke 2018, 70, 1700028
  • Raigond, P., Ezekiel, R., Raigond, B. Resistant starch in food: a review. J. Sci. Food Agric. 2015, 95, 1968-1978.
  • Thompson, D.B. Strategies for manufacture of resistant starch. Trends Food Sci. Technol. 2000, 11, 245-253.

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here