Il consumo di alimenti integrali e/o semi-integrali, fortemente raccomandato dalle moderne linee guida in campo nutrizionale, comporta da un lato un maggior apporto di nutrienti benefici per la salute e dall'altro il rischio di una maggiore esposizione a composti indesiderabili o addirittura tossici, come ad esempio l'arsenico, i metalli pesanti e le micotossine.

I risultati dell'attività progettuale di ricerca nell’ambito del progetto AsFRUM hanno confermato la validità dell'applicazione di tecnologie innovative nella prima trasformazione dei cereali nel fornire un valido mezzo per arrivare a contenere il più possibile la concentrazione di elementi negativi dal punto di vista nutrizionale in alcuni prodotti di trasformazione, preservando nel contempo, e per quanto possibile, le proprietà nutraceutiche proprie degli alimenti ricchi in parti cruscali e i requisiti tecnologici per un prodotto finito di qualità.

Nello specifico, a seguito dell'implementazione tecnologica degli impianti di micronizzazione e turboseparazione e dall’elaborazione dei dati analitici acquisiti è stata dimostrata un’ottima riproducibilità del processo di prima trasformazione del frumento duro in merito alle caratteristiche molitorie e tecnologiche dei prodotti ottenuti (frazioni di molitura turboseparate). Tali risultati, ottenuti dall’utilizzazione di varietà di frumento duro provenienti da zone di coltivazione della regione Lazio, ma anche e da altre regioni del territorio nazionale, forniscono una conferma sperimentale dell’affidabilità tecnologica di questo tipo di impianti di trasformazione anche su materie prime con caratteristiche diverse legate alla varietà e alla provenienza.

L’analisi qualitativa dei prodotti di molitura turboseparati ha permesso di selezionare  frazioni semi-integrali con un maggior contenuto (frazioni F) e con un minor contenuto (frazioni G) in residui cruscali, entrambi con caratteristiche idonee agli scopi della ricerca. In particolare, è stata ottenuta un’ottima  resa molitoria media (70%) della frazione più ricca in residui cruscali (frazioni F) insieme a un buon contenimento dell’accumulo di Fusarium-tossine (deossinivalenolo e tossine T-2 e HT-2) che,  nelle frazioni G, ha subìto una marcata riduzione pari ad almeno il 34% e il 61%, rispettivamente, nel prodotto finito (pasta).

L’implementazione della tecnologia della turboseparazione ha permesso di selezionare frazioni di molitura del frumento duro caratterizzate da una performance tecnologica, reologica e igienico-sanitaria in grado di garantire un elevato livello qualitativo del prodotto finito (pasta) di tipo semi-integrale.

 

A B

 Impianti pilota di micronizzazione (A) e turboseparazione (B).

 

Il processo di turboseparazione applicato a campioni di frumento contenenti arsenico (As) in granella (0.456 - 0.517 µg g-1 ) ha portato a frazioni di matrice turboseparata contenenti diverse concentrazioni di arsenico rispetto al contenuto iniziale. In particolare l’elemento tossico (As), rispetto al contenuto nella granella, diminuisce la sua concentrazione nella frazione micronizzata e in tutte le frazioni successive diversamente turboseparate.

Il contenuto di arsenico nella pasta, ottenuta dalle frazioni cosi turbo separate, tende ad avere un valore minore di 50 ppb garantendo l’assenza di rischio per la salute umana.

 

 

 

 

 

Le analisi molecolari effettuate in PCR Real Time hanno permesso di determinare la biomassa di quattro funghi tossigeni (F. graminearum, F. culmorum, F. poae e F. langsethiae) nei campioni di micronizzato di granella, nelle frazioni di molitura turboseparate selezionate e nella semola grazie alla quantificazione specifica del loro DNA. Questo approccio ha mostrato un elevato livello di sensibilità e selettività per le specie fungine ricercate, ed una buona correlazione tra le concentrazioni di biomassa fungina e quelle delle micotossine, come illustrato nella figura sottostante, ad esempio, per il F. graminearum e la rispettiva tossina rilevati in 68 campioni di frumento duro provenienti da diverse regioni italiane.

 

 

A conferma dell’affidabilità tecnologica dell’impianto di turboseparazione, tutte le frazioni di molitura analizzate hanno mostrato valori di contaminazione fungina significativamente minori di quelle dello sfarinato integrale (micronizzato). Le riduzioni maggiori si sono osservate nelle frazioni granulari G (G230 ed in misura maggiore G250) rispetto alle frazioni F250, caratterizzate da una maggiore concentrazione di frazione cruscale. A seguito del processo di pastificazione, è stata osservata una ulteriore significativa riduzione del DNA fungino nei campioni di pasta, con la medesima tendenza rispetto alle frazioni pre-pastificazione.

 

 

Quantità del fungo tossigeno Fusarium graminearum in frazioni del campione As131 usati per la pastificazione (A) e nella pasta prodotta stesse frazioni a seguito del processo di pastificazione.

L’analisi spettrale è stata effettuata su campioni di frumento (granella, sfarinati e pasta), mediante strumenti e metodi di spettroscopia VIS-NIR e NIR al fine di misurare le riflettanze spettrali per una individuazione indiretta della presenza di arsenico e/o micotossine.

I devices utilizzati per la misura della riflettanza spettrale che hanno dato i migliori risultati sono stati i seguenti:

  • Micro-Spettrometro SCIOTM 740-1070 nm (A)
  • My spectral Lumini T 340-890nm (B)
(A) (B)

Per l’elaborazione dei dati acquisiti sono stati sviluppati approcci lineari PLS e non lineari (basati su reti neurali artificiali; ANN). Sulla base delle informazioni spettrali ottenute dai tre strumenti sono stati costruiti modelli chemometrici per la stima di  parametri  di contaminazione organica (micotossine) e inorganica su granella e sfarinati di frumento duro.

Risultati interessanti sono stati ottenuti in particolare in relazione alla presenza di DON,  per  il quale i modelli PLS hanno mostrato risultati previsionali interessanti per la granella nei due intervalli 340-890nm (Lumini) e 740-1070nm (Scio), per i quali sono state ottenute buone performances nel test set (20% del campione) con un “r” test è uguale a 0.91 per il Lumini e 0.85 per lo Scio.

L’estrazione dei valori di importanza delle variabili (VIP scores) ha permesso di individuare le regioni di riflettanza spettrale con maggior contributo nella capacità previsionale per il DON.

Il modello ANN  per il DON, basato su campioni di granella, ha dato risultati eccellenti con valori di “r” molto elevati per i campioni utilizzati come modello (0.999), validazione interna (0.982) e test esterno (0.902) e migliori rispetto al modello PLS. Il modello ANN basato su campioni di sfarinato ha mostrato buone performances per quello che riguarda i campioni utilizzati come modello (0.999). E’ stato inoltre implementato un “prototipo optospettrale” per la qualificazione di prodotti agroalimentari cerealicoli.

 

“Prototipo optospettrale” (Feeder) per la qualificazione di prodotti agroalimentari cerealicoli.