![CONSIDERAZIONI FINALI
Legge n.166 del 19/08/2016: “La presente
legge persegue la finalità di ridurre gli
sprechi per ciascuna delle fasi di
produzione, trasformazione, distribuzione e
somministrazione di prodotti alimentari,
farmaceutici e di altri prodotti, attraverso la
realizzazione dei seguenti obiettivi
prioritari:
[…] contribuire ad attività di ricerca,
informazione e sensibilizzazione dei
consumatori e delle istituzioni sulle materie
oggetto della presente legge, con
particolare riferimento alle giovani
generazioni”.](https://image.slidesharecdn.com/idrolisiefermentazionedipaneinvenduto-marcocozzolino-210323173919/85/Idrolisi-e-fermentazione-di-pane-invenduto-31-320.jpg)
Idrolisi e fermentazione di pane invenduto
- 1. IDROLISI E FERMENTAZIONE DI PANE INVENDUTO Dott. COZZOLINO MARCO – Microbiologia Italia Tecnologo alimentare 15 febbraio 2021
- 2. AGENDA SPRECHI ALIMENTARI: PROBLEMA GLOBALE IN UNA SOCIETÀ GLOBALIZZATA PANE: COMPOSIZIONE CHIMICA, PROPRIETÀ NUTRIZIONALI E FERMENTAZIONE PANE INVENDUTO: APPROCCI SCIENTIFICI AL PROBLEMA, BEVANDE DI CEREALI FERMENTATI OTTIMIZZAZIONE DELL’IDROLISI IN MASH E FERMENTAZIONE ANALISI CHIMICO- FISICHE SU MOSTO E BEVANDE OTTENUTE ASPETTI UTILI TECNOLOGICI
- 3. LO SPRECO ALIMENTARE SECONDO LA FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION (FAO) Il termine spreco alimentare si riferisce allo scarto intenzionale di prodotti commestibili, soprattutto da parte di dettaglianti e consumatori, ed è dovuto al comportamento di aziende e privati Obiettivo "fame zero", annunciato dalle Istituzioni internazionali e fissato per il 2030
- 4. I DATI DELLO SPRECO 180 kg di cibo pro-capite all’anno sprecato in Europa, 149 kg pro- capite per l’Italia1 Tra gli alimenti maggiormente coinvolti a livello di spreco si trovano i prodotti ortofrutticoli (17%), pesce (15%), pasta e pane (28%) uova (29%) carne (30%) e latticini (32%) 2 1,2: FAO, Coldiretti
- 5. ALIMENTO PANE Prodotto da forno ottenuto dalla miscelazione di farina (tradizionalmente di Triticum o frumento tenero), precedentemente raffinata secondo precisa granulometria (classificazione: integrale, 1, 0, 00), acqua e, se previsto nella ricetta, cloruro di sodio (il comune sale da cucina) substrato ideale per una fermentazione che generi diversi sottoprodotti a seconda del ceppo che conduce l’iter metabolico Composizione chimica Valore per 100g Tipo “00” Tipo “0” Parte edibile (%): 100 100 Acqua (g): 29 31 Proteine (g): 8,6 8,1 Lipidi(g): 0,4 0,5 Colesterolo (mg): 0 0 Carboidrati disponibili (g): 66,9 63,5 Amido (g): 59,1 55,9 Zuccheri solubili (g): 1,9 2 Fibra totale (g): 3,2 3,8 Fibra solubile (g): 1,46 Fibra insolubile (g): 1,72 Alcol (g): 0 0 Energia (kcal): 289 275 Energia (kJ): 1209 1151 Sodio (mg): 293 Potassio (mg): Ferro (mg): 0,8 0,7 Calcio (mg): 14 17 Fosforo (mg): 63 77 Magnesio (mg): Zinco (mg): Rame (mg): Selenio (µg):
- 6. APPROCCI BIOTECNOLOGICI AL PROBLEMA Prodotto ottenuto Bibliografia Sciroppo di glucosio Nakano & Yoshida (1977) Etanolo Martin (1984) Acido lattico Menge et al., (1986) Sciroppo di glucosio Berghofer et al., (1995) Acido lattico Oda et al., (1997) Etanolo Kumar et al., (1998) Etanolo Meuser (1998) Componente aromatica Daigle et al., (1999) α -amilasi Asghar et al., (2002) Sostituti dell’amido Yahagi et al., (2003) Metano Yamashita and Miwa (2003) Etanolo Maeda et al., (2004) Soluzione zuccherina Murase and Yoshino (2005) Enzimi ed etanolo Melikoglu et al., (2013) Bio-idrogeno Doi et al., (2009) Acido succinico Leung et al., (2012)
- 7. BEVANDE FERMENTATE DI CEREALI Bevande di cereali fermentati: tradizioni afro-asiatiche millenarie Fermentazione come strategia per il miglioramento del relativo profilo nutrizionale, sensoriale e funzionale Due diverse fermentazioni di pane: Kvass e Brottrunk
- 8. CEREALE BEVANDE CARATTERISTICHE FLAVOUR Frumento Birra di frumento, acquavite di grano Alcoliche, contiene glutine Colore/odore proprio della bevanda Farro Caffè di farro, bevanda di farro (con calcio) Contiene ferro, calcio, vitamine del gruppo B, glutine digeribile, buone percentuali di grassi Colore simile al latte, odore rustico Kamut Bevanda di kamut Proteine vegetali, contiene glutine Colore lattiginoso, odore e sapore delicati Riso Bevanda di riso (con calcio, vaniglia cacao) Vitamine del gruppo B, digeribilità Aspetto simile al latte, odore e delicati Miglio Birra di miglio, bevanda di miglio Ferro, minerali, vitamina A e gruppo B, grassi, potassio e acido folico Colore del latte, profumo e aroma delicati, sapore dolce Segale Caffè di segale, kvass, kanne- brottrunk, birra, aquavite Potassio e acido folico Sapore dolce Avena Bevanda di avena Apporto energetico (lipidi e sali minerali Sapore dolce, consistenza e aspetto lattiginoso Orzo Birra, orzata, caffè di malto, caffè d’orzo, bevanda d’orzo Vitamina A e gruppo B, alta digeribilità, fibre alimentari solubili (β-glucani) Sapore dolce, forte eterogeneità Mais, grano saraceno, quinoa, amaranto Birra di mais, bevanda di mais (dal mais bianco) Vitamina A e gruppo B, apporto di fibre e alta digeribilità, grassi insaturi Sapore tradizionale, profumo gusto dolce del cereale d’origine
- 9. OBIETTIVI DEL LAVORO Ottimizzazione dell’idrolisi enzimatica Ottenimento di una bevanda alcolica mediante fermentazione Riproducibilità su scala
- 10. AMMOSTAMENTO O MASHING Attivazione degli enzimi idrolitici esogeni Rapporto acqua/fermentabile Rapporto tempo/temperatura
- 11. Fase di processo produttivo, specialmente brassicolo, in cui a determinate temperature ed in condizioni idonee di acidità, gli enzimi presenti in soluzione permettono di ottenere modifiche chimico-fisiche dei fermentabili Tempo, temperatura e pH sono i parametri fondamentali che influenzano nella corpo, tenore alcolico, schiuma e struttura del sapore nella bevanda finita
- 12. Il presente lavoro ricalca concettualmente, tecnologicamente e analiticamente operazioni unitarie peculiari dell’industria birraria
- 13. GLI ENZIMI AMILOLITICI DEL MOSTO Naturalmente presenti nei cereali maltati, gli enzimi amilolitici effettuano il «taglio» delle catene amidacee generando oligosaccaridi e zuccheri semplici La loro azione è fondamentale per la creazione di un ambiente ideale per la proliferazione di microrganismi dal metabolismo fermentativo Diverse tipologie di mosto necessitano di altrettanto diverse tipologie di enzimi, motivo per cui l’ammostamento può essere condotto mediante diversi step e con differenti tecnologie
- 14. ENZIMI ADOPERATI Nel pane non è possibile rilevare enzimi attivi per una saccarificazione, dunque diventa obbligatoria l’aggiunta di tali molecole di provenienza esogena BMIX: miscela di proteasi neutra, α- amilasi termostabile, una gamma di β-glucanasi e un’elevata concentrazione di pentosanasi e arabanasi GLUCOAMILASI: glucoamilasi o amiloglucosidasi, derivata dalla selezione di ceppi di Aspergillus niger PROTEASI: endo ed eso-peptidasi. Soluzione enzimatica con attività proteolitica, specifica per l’attività proteolitica
- 15. FLOW SHEET Procedimenti I esperimento TEMPO (MIN) TEMPERATURA AGGIUNTE °BRIX 0 41 1 ml PROT 12 47 25 52 35 6 41 60 4 ml BMIX 46 64 11 48 65 11 50 66 13 53 66 13 62 66 3 ml GAM 64 65 13,5 71 64 13,5 75 65 14 106 65 14 135 65 142 75 14,5 152 82 158 83
- 16. PAIOLO DI AMMOSTAMENTO CON POMPAGGIO E RICIRCOLO DEL MOSTO Mediante il controllo centralizzato della temperatura, unito a una superficie di scambio maggiore ed omogenea del calore e alla compartimentazione del materiale solido (fecce di pane), l’esperimento ha ottenuto una migliore conduzione del processo grazie ad una minore dissipazione di energia termica e ad una più efficiente gestione della temperatura
- 17. PRINCIPALI SACCARIDI PRESENTI NEL MOSTO Maltodestrine Maltosio Glucosio
- 18. FERMENTAZIONE Ottenimento di una bevanda con grado alcolico e corpo definiti Adattabilità di ceppi diversi di origine eterogenea Fermentazione con ceppo probiotico
- 19. Presumibilmente, la prima bevanda fermentata risale a dodicimila anni fa e aveva come substrato acqua e miele L’idromele, la birra e il vino erano ritenute bevande sacre in moltissime culture antiche e spesso venivano associate al mondo divino: i Sumeri veneravano la dea della birra Ninkasi mentre gli Egizi seppellivano anfore di vino e birra insieme ai reali mummificati Lo scopo per cui le bevande venivano fermentate nell’antichità era, in assenza di modern tecnologie, la conservazione
- 20. Nell'ambito dello sviluppo delle tecnologie di riutilizzo con approccio biotecnologico, sono stati sperimentate due principali tipologie di processi di fermentazione: la fermentazione allo stato solido o Solid State Fermentation (SSF) e quella sommersa o allo stato liquido, Liquid State Fermentation (LSF), con quest'ultima maggiormente impiegata nell'ambito della ricerca e nel presente progetto sperimentale
- 21. Al fine di saggiare la capacità delle specie fermentanti introdotte, è stato scelto l’idrolizzato prodotto nel secondo esperimento, ricco sia in zuccheri semplici che in maltodestrine e oligosaccaridi L’idrolizzato prodotto nel corso dell’esperimento II, dopo sterilizzazione a 121°C per 20 min, è stato fermentato con diversi lieviti
- 22. CEPPI DIVERSI CON ATTITUDINI DIVERSE A) Saccharomyces boulardii (Saccharomyces cerevisiae var boulardii) S230 (origine: prodotto probiotico - Eterogermina Baby, SANOFI); B) Saccharomyces boulardii (Saccharomyces cerevisiae var boulardii) S231 (origine: prodotto probiotico - Codex, Zambon Italia S.R.L.); C) Saccharomyces cerevisiae T4 Mirabellum (origine: uva Taurasi); D) Saccharomyces cerevisiae M6-3 (NA026), ceppo flocculante (origine: Vino Moscato di Saracena); E) Torulaspora delbrueckii SD51 (S9A) (origine: impasto acido); F) Schizosaccharomyces pombe S8 (origine: coltura starter commerciale); G) Starmerella bacillaris (Candida zemplinina) T13 (origine: uva Taurasi); H) Metschnikowia pulcherrima S3 (T32) e Lachancea thermotolerans S7 (T43), (origine: uva Taurasi)
- 23. RIFERMENTAZIONE IN BOTTIGLIA Produzione di anidride carbonica allo scopo di carbonare la bevanda Consumo dell’ossigeno da parte di lievito appositamente inoculato Aggiunta di ceppo probiotico (Saccharomyces boluardii)
- 24. ANALISI STRUMENTALI Analisi HPLC di idrolizzati e fermentati Monitoraggio della densità Grado alcolico mediante HPLC ed ebulliometro Analisi della componente volatile dei fermentati Misurazione dell’acidità mediante pH-metro e acidità titolabile dei fermentati
- 25. 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0 20 40 60 80 100 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0 20 40 60 80 100 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0 20 40 60 80 100 Il profilo cromatografico del pane in soluzione visibile nel primo grafico cambia totalmente fisionomia con l’aggiunta del BMIX (seconda rappresentazione) e della glucoamilasi (terza rappresentazione) MONITORAGGIO DELL’IDROLISI
- 26. PROFILI DEGLI IDROLIZZATI Le condizioni di lavoro impostate nelle diverse prove avevano come scopo quello di saggiare le diverse efficienze dei mix al variare di concentrazioni e temperature Sono state selettivamente privilegiate le attività dei diversi enzimi, in maniera alternata dei diversi esperimenti Sono state evidenziate le condizioni ottimali di funzionamento dei due fondamentali enzimi amilolitici (α e β-amilasi): all’optimum di pH per l’α-amilasi (5.5, opt.6) e una temperatura maggiormente vicina all’optimum per la saccarificazione (60°C)
- 28. L’IDROLIZZATO PRODOTTO COSTITUISCE MEZZO IDEALE DI CRESCITA PER TUTTI I CEPPI Tra i primi quattro esperimenti, allestiti al fine di condurre l’idrolisi in batch per evidenziarne le diverse criticità, è stato scelto il secondo idrolizzato per l’inoculo di diversi ceppi con lo scopo di mettere in mostra le diverse capacità degli organismi di metabolizzare il glucosio, il maltosio e le maltodestrine, nonché di portare a termine un processo fermentativo con lieviti di varia estrazione a contatto con un substrato diverso, Inoltre, sono stati rilevati valori di componente organica volatile per la caratterizzazione organolettica del prodotto
- 29. PROFILO CROMATOGRAFICO DEI FERMENTATI Tutti i lieviti inoculati hanno consumato quasi interamente il glucosio, lasciando nel mezzo in tutti i casi osservati una concentrazione uguale o minore di 1g/l Da evidenziare l’assenza di carenze nutrizionale degli idrolizzati di pane raffermo, sia sotto il punto di visto dei micronutrienti che sul profilo delle sostanze azotate: è noto che mosti particolarmente concentrati richiedano un’importante presenza di sostanze azotate essenziali per la struttura cellulare e il metabolismo dei microrganismi.
- 30. COMPONENTE ORGANICA VOLATILE Le molecole maggiormente prodotte riguardano alcoli secondari, esteri e, in misura minore, acidi organici come acido propanoico e ottanoico. Tra i composti più importanti per l’aroma delle bevande che derivano dalle fermentazioni alcoliche allestite risultano essere proprio gli alcoli superiori, gli esteri etilici degli acidi grassi e i loro acetati e in minore misura l’acetaldeide Tra le specie fermentanti risultate migliori da un punto di vista delle sensazioni olfattive vi è Torulaspora delbrueckii: nonostante l’alto contenuto di alcoli superiori come alcol isoamilico, la considerevole presenza di alcol feniletilico dona piacevole sensazioni floreali al naso
- 31. CONSIDERAZIONI FINALI Legge n.166 del 19/08/2016: “La presente legge persegue la finalità di ridurre gli sprechi per ciascuna delle fasi di produzione, trasformazione, distribuzione e somministrazione di prodotti alimentari, farmaceutici e di altri prodotti, attraverso la realizzazione dei seguenti obiettivi prioritari: […] contribuire ad attività di ricerca, informazione e sensibilizzazione dei consumatori e delle istituzioni sulle materie oggetto della presente legge, con particolare riferimento alle giovani generazioni”.
- 32. PANE INVENDUTO DESTINATO AL COMPOSTAGGIO: UN’OCCASIONE SPRECATA Il pane costituisce una delle fonti di spreco alimentare più considerevoli al mondo pur essendo un substrato ancora ricco di sostanze nutritive essenziali che restano in gran parte inalterate. È possibile ottenere dal pane un mosto fermentabile che abbia caratteristiche organolettiche, chimico-fisiche e nutrizionali paragonabili ad altre bevande fermentate di largo consumo.
- 33. RISULTATI DEL PROGETTO • L’ottimizzazione dell’idrolisi rende possibile la modifica del profilo della bevanda: i vari step di ammostamento, così come nel processo di produzione della birra, possono essere personalizzati mediante la modifica dei parametri tempo/temperatura • L’idrolisi enzimatica è efficacemente replicabile nei comuni impianti di ammostamento progettati nell’industria alimentare
- 34. Il recupero di pane attraverso la produzione di bevande comporta costi non eccessivi: la materia prima cardine è infatti costituita da un potenziale scarto che non avrebbe, senza appositi canali di recupero e rivendita non sempre proponibili, alcun mercato. Resta da approfondire il costo degli enzimi su una produzione industriale su larga scala, fermo restando il contenuto necessario comunque esiguo rispetto al totale (circa lo 0,13% dell’intero mosto è costituito da enzimi in soluzione). È possibile realizzare una bevanda di pane con proprietà probiotiche mediante l’utilizzo di lieviti fermentanti con attività regolarizzante sull’organismo umano, aprendo la strada anche ad altri segmenti di mercato.