In questo articolo parleremo delle proteine, le quali, attraverso l’azione meccanica di impastamento e l’acqua, creano il GLUTINE, composto organico formato da sequenze di amminoacidi legate tra loro attraverso legami peptidici.
Composizione e Funzione del Glutine
Il glutine è una proteina di deposito composta da frazioni proteiche costituite a loro volta da peptidi diversi per ogni cereale. Il glutine è un componente di molti cereali della famiglia delle graminacee, come il grano, l’orzo e la segale. Svolge la funzione di proteina di deposito ed è localizzato nell’endosperma, un tessuto composto principalmente di amido.
Il glutine è composto da due frazioni: le prolamine, alcol-solubili, e le gluteline, non solubili in alcol. A seconda della specie, viene attribuita una denominazione particolare alle singole frazioni. Nel caso del grano si parla di gliadine e glutenine. Queste frazioni, a loro volta, sono composte da centinaia di singoli componenti.
Le prolamine, come la gliadina nel grano, sono ricche di prolina e glutammina, due amminoacidi difficilmente digeribili che fanno parte della categoria di amminoacidi non essenziali, dal momento che l’organismo è in grado di sintetizzarli. È l’alto contenuto di prolina e glutammina presente nel glutine a impedire la completa proteolisi da parte degli enzimi digestivi.
Con il passare del tempo, nell’intestino tenue si accumulano oligopeptidi tossici, proteine contenenti fino a dieci amminoacidi. La prolina si degrada ad opera di un’ossidasi, che tramite l'intermedio glutammato-gamma-semialdeide, la converte in acido glutammico.
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Peptidi con la sequenza di amminoacidi LGQQQPFPPQQPY, definiti “peptidi tossici”, provocano un’agglutinazione delle cellule (morte cellulare programmata); un riarrangiamento della proteina strutturale actina con induzione a trasformazioni morfologiche nell’intestino paziente affetto da celiachia.
Il Glutine: Caratteristiche e Proprietà
Il glutine è una lipoproteina formata dalla gliadina e dalla glutenina in presenza di ACQUA; queste componenti NON sono presenti solo nel grano, ma anche in altri cereali. Il glutine è composto per il 75-85% da proteine, per il 5-7% da lipidi, per il 5-10% da amido e solo per il 5-8% da acqua; il glutine si attiva SOLO in presenza di acqua, pertanto è possibile isolarlo dalla farina semplicemente idratandola e sottoponendola a molteplici lavaggi consecutivi per diluirne progressivamente l'amido residuo.
Un procedimento simile può essere utile alla valutazione della "forza" di questa proteina (utile nella panificazione) o per la preparazione del seitan, un sostituto dietetico-vegetariano della carne. Il glutine è anche impiegato come additivo addensante ed industrialmente come collante per l'apprettatura di carte e tessuti.
Le proteine si dividono in solubili (albumina e globulina), che costituiscono il 20% ed insolubili (gliadina e glutenina) che corrispondono circa al restante 80%: non tutte le tipologie di frumento contengono la stesse proporzioni.
La genetica del frumento determina la qualità del glutine, in particolare nei grani antichi, cereali che erano coltivati in Italia all’inizio del secolo scorso, abbandonati nella seconda metà del novecento per questioni di resa e ripresi negli ultimi anni.
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Queste tipologie di grani non hanno, come si crede, una quantità inferiore di proteine ma una qualità di glutine diversa rispetto al frumento attualmente coltivato; un glutine che assorbe meno liquidi con una tenacità diversa e con un maglia glutinica meno resistente. Fattore questo poco attraente per le industrie, le quali prediligono cerali più strutturati al fine di ottenere prodotti da forno voluminosi e alveolati.
Le gliadine e glutenine, sono proteine idrofobiche. Le prime sono responsabili dell’estensibilità dell’impasto, mentre le glutenine sono responsabili della sua tenacità; durante l’azione meccanica di impastamento, grazie all’acqua, queste si intrecciano formando una maglia tridimensionale chiamata glutine.
Il glutine ha una struttura viscosa, compatta ed elastica capace di assorbire l’acqua durante l’impastamento e mantenere l’anidride carbonica nel corso della lievitazione. Il glutine quindi dipende dalla qualità delle proteine. Questa caratteristica la si nota molto bene nella lavorazione dell’impasto.
Una farina ad alto contenuto di glutine produrrà una maglia glutinica fitta con elevata capacità di trattenere i gas fermentativi richiedendo tempi di lievitazione più lunghi.
Proteine del Grano e Nutrizione
Il grano contiene tutti e tre i macronutrienti, ma essendo un cereale, il relativo apporto energetico deriva soprattutto dalla porzione glucidica in forma complessa (amido). Le proteine del grano sono definite a basso valore biologico (VB < 55), e presentano un deficit significativo di lisina.
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Da qui la necessità di associarle ad altre fonti proteiche, in quanto insufficienti a colmare - da sole - le esigenze amminoaciche dell'organismo.
Tutti i cereali che contengono glutine sono da sempre fonte primaria di sostentamento e hanno sopperito alle esigenze nutrizionali nel mondo ed è consigliabile assumerli al fine di avere una nutrizione equilibrata. Diversamente, chi soffre di un’intolleranza permanete al glutine, si vede costretto all’eliminazione degli alimenti che contengono glutine dalla propria dieta.
Sempre più spesso, troviamo prodotti sugli scaffali con la dicitura “senza glutine”, richiamo questo che fa percepire al consumatore finale che mangiare senza glutine faccia bene.
Eliminare il glutine dalla propria dieta se non si hanno problematiche certificate, non è una soluzione, anzi porta spesso ad impoverimento di sostanze nutrizionali quali fibre, vitamine e sali minerali come ferro, magnesio, zinco, selenio e calcio.
I cereali occupano da sempre un posto di rilievo nell’alimentazione. Riso, frumento, mais, ma anche farro, orzo, sorgo, segale, miglio e avena rientrano nelle tradizioni culinarie di quasi tutte le culture e, insieme a frutta e verdura, sono alla base di diete tradizionali, come quella mediterranea, che hanno ricadute favorevoli per la salute.
La produzione cerealicola, infatti, è un’importante risorsa alimentare a livello globale, come conferma anche l’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura (FAO), secondo la quale i cereali rappresentano ancora oggi circa il 50% dell’approvvigionamento energetico alimentare, specie nei Paesi in via di sviluppo.
Non solo: insieme ai legumi contribuiscono a più della metà dell’apporto delle proteine che entrano nell’alimentazione di tutti i giorni in maniera diretta, attraverso pane, pasta, prodotti da forno, porridge, cereali pronti per la prima colazione e altri, oppure, indirettamente con carne, latte e uova da animali alimentati con mangimi a base di cereali.
Un’analisi dettagliata delle caratteristiche dei cereali, ma soprattutto del potenziale della loro frazione proteica, spesso poco considerata dal mondo scientifico e dal consumatore, arriva da una recente revisione pubblicata su Nutrition Reviews.
Secondo le ultime stime della FAO, gli Italiani hanno quasi raddoppiato negli anni il proprio consumo giornaliero di cereali: dai 260 g riportati dall’indagine INRAN-SCAI 2005-06 fino a un consumo procapite di circa 440 g di cereali e derivati al giorno nel 2019 (dati FAO).
All’epoca dell’indagine INRAN-SCAI 2005-06 il pane rappresentava più della metà dei prodotti a base di cereali consumati, sia dagli uomini (2 porzioni e mezzo da 50 g ciascuna al giorno), che dalle donne (poco più di 1 porzione e mezzo giornaliera). L’altro prodotto cerealicolo molto presente sulle tavole degli Italiani era la pasta, seguita da riso, biscotti e, in ultimo, dai cereali per la prima colazione.
Localizzate prevalentemente nell’endosperma (la parte che diventa farina dopo la macinazione del grano) e in minima parte nell’embrione o germe (che dà origine alla nuova pianta dopo la germinazione) delle cariossidi, le proteine dei cereali svolgono nella pianta primariamente una funzione di immagazzinamento.
Il loro contenuto varia notevolmente a seconda delle specie e delle varietà agronomiche e oscilla da un minimo del 7% a un massimo del 18% della sostanza secca.
Le principali frazioni proteiche dei cereali sono state identificate alla fine del diciannovesimo secolo dallo scienziato americano Thomas Osborne, utilizzando solventi con caratteristiche diverse: albumina, globulina, prolammina e glutelina. Ad oggi sappiamo che frumento, orzo, mais, sorgo e miglio contengono in prevalenza prolammine, mentre gluteline e globuline sono presenti in quantità maggiore in avena e riso.
Parlando di proteine nei cereali non si può non citare il glutine, un complesso proteico che si origina in presenza di acqua e per azione meccanica da due frazioni proteiche, la prolammina e la glutelina, contenute in frumento, orzo, segale e farro.
Un adeguato apporto di proteine con la dieta è un fattore fondamentale per il mantenimento dell’organismo. In Italia, l’assunzione giornaliera raccomandata di proteine dalla Società Italiana di Nutrizione Umana (SINU) per la popolazione adulta è pari a 0,9 g per kg di peso corporeo; vale a dire che un uomo di 70 kg ne dovrebbe consumare giornalmente almeno 60 g.
Costituiti prevalentemente da carboidrati, per la maggior parte amido, i cereali presentano un basso tenore di grassi (meno del 3-4%), per circa l’80% insaturi (oleico e linoleico) e, in minima parte (circa il 15%) saturi (palmitico), custoditi quasi esclusivamente nel germe.
La loro rimozione (e in particolare quella dei polinsaturi) è necessaria per prevenire i processi di ossidazione lipidica, che portano all’irrancidimento del prodotto.
La fibra, che comprende polisaccaridi, oligosaccaridi e lignina, è concentrata negli strati più esterni della cariosside: il contenuto è quindi più elevato negli alimenti integrali rispetto a quelli raffinati.
La raffinazione può influenzare anche il contenuto di micronutrienti, che già varia notevolmente in base alle cultivar e ai terreni di coltivazione. Tutti i cereali forniscono vitamina E e vitamine del gruppo B, mentre sono carenti in vitamina A.
Diete esclusivamente a base di riso possono infatti esporre a carenze di retinolo; le nuove tecnologie alimentari hanno permesso di ottenere un riso “dorato” geneticamente modificato, a più alto contenuto di carotenoidi, precursori della vitamina A, ma la popolarità di questo prodotto (tecnicamente un OGM) è da sempre molto bassa, anche nelle zone dove la carenza di vitamina A, endemica, è causa di una specifica cecità.
Altri cereali come mais, sorgo e miglio contengono invece di per sé buone quantità di carotenoidi. Pane, pasta, cracker e altri prodotti a base di cereali possono rappresentare anche una fonte di sodio aggiunto.
Dal punto di vista nutrizionale, oltre alla quantità è fondamentale valutare la qualità delle proteine fornite dagli alimenti, determinata da un punteggio universalmente accettato: il PDCAAS (Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score). Quanto più il valore di PDCAAS delle proteine di un alimento è vicino a 1, tanto maggiori saranno qualità e digeribilità delle proteine stesse (Tabella 2).
Gli alimenti a base di graminacee forniscono la maggior parte degli amminoacidi essenziali, ad eccezione della lisina e del triptofano, i cui livelli sono generalmente più bassi rispetto alle proteine animali.
La digeribilità relativamente bassa delle proteine dei cereali può essere migliorata da una combinazione di diversi fattori legati anche alla lavorazione del singolo prodotto: nei panificati, ad esempio, la digeribilità delle proteine aumenta durante la lievitazione ma diminuisce in forno dopo una cottura prolungata.
Sono invece numerosi gli studi osservazionali che hanno mostrato associazioni inverse tra il consumo giornaliero di prodotti a base di cereali integrali, in cui è predominante la frazione fibrosa del chicco, e il rischio di sviluppare patologie croniche non trasmissibili come il diabete di tipo 2, le malattie cardiovascolari e il tumore del colon-retto.
Effetti Avversi e Sensibilità al Glutine
Gli effetti avversi dei cereali sull’organismo sono invece legati a specifiche proteine in condizioni patologiche. La celiachia, in particolare, è una malattia autoimmune che si sviluppa in individui geneticamente suscettibili in risposta all’ingestione di glutine.
Si stima che i peptidi derivati dalla digestione del glutine nel tratto gastrointestinale, che non causano alcun problema per la maggior parte delle persone, nell’1% della popolazione mondiale, scatenino invece una risposta infiammatoria cronica, con conseguente atrofia dei villi intestinali, strutture deputate all’assorbimento delle sostanze nutritive.
Secondo i dati forniti dall’Associazione Italiana Celiachia (AIC) sono oltre 200.000 i casi diagnosticati in Italia, di cui più della metà donne, anche se in realtà si calcola che il numero teorico di celiaci, nel nostro Paese, si aggiri intorno ai 600.000.
Un discorso a parte merita la gluten sensitivity, ovvero un’ipersensibilità al glutine associata a disturbi sia gastrointestinali e sia extraintestinali, che però, a differenza della celiachia, non comporta lesioni degenerative della muscosa intestinale.
Sensibilità al glutine e celiachia si differenziano sia per la comparsa dei sintomi (entro poche ore o giorni dall’ingestione del glutine in caso di sensibilità e anche dopo mesi o anni in caso di celiachia) e sia per il ruolo della dieta gluten free.
Le persone che manifestano sensibilità al glutine, dopo una prima fase nella quale devono eliminare qualsiasi fonte di glutine per la remissione dei sintomi, possono, con il tempo e sotto stretto controllo medico, provare a reintrodurlo nella dieta, a differenza dei celiaci che devono obbligatoriamente seguire una dieta rigorosamente priva di glutine per tutta la vita.
Riduzione dell'Acrilammide
Dalla reazione tra zuccheri e amminoacidi (soprattutto l’asparagina) si forma l’acrilammide, un composto che viene generato anche in contesti produttivi non alimentari ed è presente anche nel fumo da sigaretta.
Dell’acrilammide, che nel 1994 l’Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC) ha classificato tra i “probabili cancerogeni per l’uomo” si è occupata in più riprese l’Autorità Europea per la sicurezza alimentare (EFSA), fissando dei valori massimi di riferimento per le diverse categorie di alimenti, la cui revisione è tuttora in corso.
L’impiego di farine di cereali contenenti meno asparagina come riso e mais (o il pretrattamento con un enzima che degrada l’asparagina, denominato asparaginasi, senza ridurne il valore nutrizionale) può contribuire a diminuire il quantitativo di acrilammide nei prodotti da forno e quindi il livello di esposizione alimentare.
In ambito domestico, per esempio, è possibile ridurre il contenuto di acrilammide nel pane tostato diminuendo i tempi della tostatura: abbrustolendo il pane per 3 minuti invece di 5 minuti, comporta un calo del contenuto da circa 200 μg/kg a 30 μg/kg.
Qualità delle Proteine e Grani Antichi
La frazione proteica dei cereali è di buona qualità, contenendo quasi tutti gli amminoacidi essenziali, eccetto la lisina e il triptofano.