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I cereali Gruppo di specie prevalentemente della famiglia delle graminacee (monocotiledoni) la cui caratteristica comune è quella di produrre frutti o semi secchi, amidacei, utilizzati nell’alimentazione umana o animale interi, sottoforma di sfarinati o come prodotti derivati. Gruppo di specie maggiormente coltivato nel mondo Frumento Riso Mais Orzo Sorgo Avena miglio Segale Grano saraceno (Polygonium fagopyrum L.)
I cereali
Importanza storica Principale apporto calorico, lipidico, di sali minerali e vitamine sin dall’origine della raccolta e poi della loro coltivazione (neolitico). Integratore della dieta a base proteica dell’uomo cacciatore. La maggior parte delle civiltà antiche si sono estinte quando non sono state più autosufficienti per il fabbisogno di cereali. Più recentemente le politiche comunitarie in agricoltura (PAC) post-guerra sono state incentrate sul sostegno alla produzione cerealicola.
I cereali Notizie botaniche Apparato radicale fascicolato costituito da radici primarie (da 3 a 7) in sorgo, miglio, panico e riso (1), e radici secondarie o avventizie (si sviluppano allo stadio di 3-4 fg.) Le avventizie si sviluppano dai primi nodi del fusto sotto la superficie del terreno, nel mais si sviluppano anche nei primi nodi fuori suolo
I cereali Notizie botaniche Fusto Cilindro e cavo. È detto anche culmo. Costituito da nodi e internodi Ad ogni nodo è presente una foglia Foglie Tipiche delle monocotiledoni Alterne, lanceolate, parallelinervie Costituite da: guaina, lamina fogliare, ligula e auricole
I cereali
Notizie botaniche Ligula e auricole Rappresentano un carattere importante per l’identificazione della specie nelle fasi iniziali di sviluppo e della varietà prima dello sviluppo della spiga. La ligula svolge la funzione di sostegno della foglia determinandone la posizione eretta
I cereali
Notizie botaniche Culmi di accestimento Formazione di culmi secondari dalla corona da cui si sviluppano le radici avventizie. Il numero varia da 1 a più di 20. È una caratteristica specifica e varietale. Viene influenzata dalle condizioni ambientali e di fertilità. Può supportare la produzione in seguito a stress. Nelle specie moderne viene limitata la capacità di produrli.
I cereali
Notizie botaniche Infiorescenza Spiga (frumento, orzo, segale, triticale) Spadice (mais) Racemo (riso, sorgo, avena)
Classificazione botanica Famiglia: graminaceae Genere: Triticum Specie:Triticum durum (frumento duro) Triticum aestivum (frumento tenero) Triticum spelta, T. monococcum, T. dicoccum (farro) Origine: Tenero (medio oriente) Duro (Africa)
Il frumento
Diffusione mondiale Maggiori paesi produttori: Cina, india, USA, Russia Migliori rese: Germania, Regno Unito, Francia, Cina
Il frumento
Situazione italiana Secondo produttore mondiale di frumento duro. Prevale la produzione di frumento duro rispetto al tenero. Il tenero diffuso in pianura padana (Veneto, Lombardia, Emilia Romagna) Il duro nelle regioni del sud (Puglia, Sicilia, Campania, Molise, Basilicata)
Il frumento
Morfologia Culmo eretto 70-90 cm nelle cultivar moderne; 5-8 nodi e internodi Culmi di accestimento (1,3 – 1,5) Foglie con auricole molto sviluppate Infiorescenza pannocchia spiciforme (spiga) resta o arista solitamente assente nel tenero (varietà mutiche)
Il frumento
Morfologia Cariosside Frutto secco indeiscente con tessuti del pericarpo concresciuti e saldati con quelli del seme. Costituita da: Involucri: pericarpo e tegumenti seminali (esterno) Endosperma (sostanze di riserva) Germe (embrione) Peso di 1000 semi 35-45 g frumento tenero 40-50 g frumento duro
Il frumento
Ciclo vegetativo e riproduttivo Germinazione - Accestimento - Levata - Spigatura e fioritura Maturazione
Il frumento
Germinazione: allungamento degli organi del germe con conseguente rottura dei tegumenti seminali e fuoriuscita del germoglio. Specie microterma Temperatura ottimale 20°C. Temperatura minima 2- 4°C (emergenza in 15-20 gg) Fuoriuscita della radichetta protetta dalla coleoriza Fuoriuscita della piumetta protetta dal coleoptile Allungamento del epicotile Formazione del nodo di accestimento (corona) alla superficie Emergenza della prima foglia vera
Il frumento
Accestimento: emissione di nuovi culmi dal nodo basale (nodo di accestimento) da cui si dipartono anche le radici avventizie. È influenzato da: epoca e densità di semina e dalla fertilità
Il frumento
Quantità di seme (kg/ha)
Epoca di semina Medie
Anticipata (1 ottobre)
Normale (15 ottobre)
Ritardata (31ottobre)
30 4,43 3,86 2,77 3,68
50 2,99 1,90 2,47 2,45
100 1,96 1,90 2,01 1,95
150 1,93 1,46 1,33 1,57
200 1,52 1,13 0,97 1,20
medie 2,57 2,05 1,91 2,17
Valori dell’indice di accestimento su frumento duro a Bologna (Toderi G. in Coltivazioni erbacee - Baldoni e Giardini)
Levata: innalzamento rapido dello stelo dovuto all’allungamento degli internodi. Si conclude con la fase di botticella (ingrossamento dell’ultima foglia dovuto all’innalzamento della spiga Rapido assorbimento di acqua ed elementi nutritivi. Una carenza in questo stadio determina una riduzione della taglia
Il frumento
Spigatura: fuoriuscita della spiga dall’ultima foglia spinta fuori dall’allungamento dell’ultimo internodo Fioritura: estroflessione delle antere dalle glumette. Fecondazione cleistogama (autogamia) già avvenuta prima della fioritura. Fecondazione scalare Circa 2 fiori per spighetta (36-40 per spiga) in buone condizioni di coltivazione.
Il frumento
Maturazione: formazione dell’embrione, accumulo ed elaborazione delle sostanze riserva (amido e proteine) Oltre il 90% delle sostanze della cariosside viene sintetizzata in questa fase
Maturazione lattea (spiga di colore verde al massimo del suo volume; consistenza lattiginosa della cariosside)
Maturazione cerosa (riduzione dell’umidità, consistenza cerosa, foglie basali ingiallite, accumulo di sostanze di riserva)
Maturazione piena (umidità attorno al 15%, consistenza dura, spiga e foglie ingiallite)
Ultramaturazione (umidità 11-12%, conservazione naturale)
Il frumento
Esigenze ambientali
Clima: 30°-60° di latitudine
Esigenze termiche: germinazione (2-4°C); levata (10°C); fioritura (15°C); maturazione (20°C)
Frumento duro più sensibile alle basse temperature rispetto al tenero. Danni da freddo (ingiallimento fogliare, danni alla spiga)
Terreno: medio impasto, limoso argilloso, pH alcalino, non salini
Soffre l’asfissia radicale, terreni sciolti (sabbiosi) non adatti
Il frumento
Avvicendamento
Entra in rotazione dopo colture da rinnovo (patata, pomodoro) o leguminose da granella o da foraggio
Lavori colturali
Lavorazione principale: Aratura o ripuntatura estiva (30 cm)
lavoro di preparazione autunnale del letto di semina (15 cm)
(erpicatura, fresatura)
Il frumento
Semina Epoca di semina (novembre, dicembre) Investimento (500 spighe a m2) Semina a file (14-20 cm) Profondità 3-4 cm
Il frumento
Concimazione
Dotazione del suolo (Analisi chimico - fisica)
Resa prevista
Asportazioni della coltura
Periodo di somministrazione
Alla semina
In copertura
Il frumento
Concimazione di fondo: Resa in granella 4 T/ha (asportazioni N= 110 kg; P2O5=38 kg e K2O= 54 kg)
Il frumento
Terreno argilloso (dotazione) P2O5 assimilabile = 30-39 ppm K2O scambiabile = 144-216 ppm
N totale =1.5 %o
Densità apparente = 1.3 g/cm3 Profilo = 40 cm
? Quanto pesa un ettaro di
superficie interessata dalle radici
Coefficiente di mineralizzazione dell’humus 1.5%
? In che quantità gli elementi sono
disponibili per la coltura
? Quanto bisogna apportare con la
concimazione
Concimazione di copertura: Azoto (50 kg) allo stadio di accestimento prima della levata e quando le temperature cominciano ad aumentare
Il frumento
Composizione della cariosside:
Il frumento
Semola, farina
Endosperma (87-89%)
amido (60-70%) Antiossidanti e beta-glucani, fibra solubile e totale (pareti cellulari dell’endosperma)
proteine di riserva (8-18%)
Il frumento
Sottoprodotti della molitura
Tegumenti o crusca (8-10%) Embrione o germe (2-4%)
Composizione della cariosside:
Vitamine gruppo B Minerali Aminoacidi essenziali Fibre e antiossidanti Fattori antinutrizionali (tannini, fitati e resorcinoli)
Relazione negativa tra contenuto di antiossidanti e suscettibilità ad attacchi fungini (fusariosi)
Composti biologicamente
attivi
Il frumento
composto Per 100 g composto Per 100 g
Composti principali Fosforo (mg) 330
Acqua (g) 11.5 Magnesio (mg) 160
Proteine (g) 13 Zinco (mg) 2.9
Lipidi (g) 2.9 Rame (mg) 0.40
Amido (g) 53.9 Selenio (μg) 3.8
Zuccheri solubili (g) 3.2 Vitamine
Fibra totale (g) 9.8 Vitamina A (μg) 2
Sali minerali Vitamine gruppo B
Potassio (mg) 494 Tiamina (mg) 0.43
Ferro (mg) 3.6 Riboflavina (mg) 0.15
Calcio (mg) 30 Niacina (mg) 5.70
Composizione chimica della granella di frumento duro
Il frumento
Gruppo solubilità proprietà Contenuto (%)
Albumine Acqua Enzimatiche
15-20 globuline
Soluzione salina
emulsionanti
Gliadine 70%
etanolo Estensibilità 40
Glutenine Acidi, Basi Elasticità e
tenacità 40
Composizione proteica della semola (endosperma) di frumento duro
Glutine (proteine di
riserva)
Funzione strutturale e metabolica
Ricche in aminoacidi
contenenti zolfo
Proprietà viscoelastiche
(qualità pastificatoria e panificatoria)
Il frumento
Fattori determinanti la qualità
Il fattore ambientale prevale nell’influenzare il contenuto proteico Il fattore genetico prevale sulla qualità del glutine
Concimazione azotata incremento del contenuto proteico (gliadine e glutenine) Aumento del rapporto Gliadine/glutenine per aumento rapporto N/S Miglioramento degli indici tecnologici (W alveografico)
Concimazione solfatica Diminuzione rapporto gliadine/glutenine Aumento della tenuta alla cottura della pasta Miglioramento delle caratteristiche dell’impasto per la panificazione
Il frumento
Fattori determinanti la qualità
Il fattore temperatura
Alte temperature favoriscono l’incremento del tenore proteico riducendo l’accumulo di carboidrati e favorendo quello dell’azoto Aumento della velocità di traslocazione dell’azoto Aumento della sintesi proteica
Temperatura alla maturazione 30-35°C Migliorano le caratteristiche tecnologiche > 35°C Indebolimento della forza e tenacità del glutine (decremento glutenine/gliadine)
Il frumento
Fattori determinanti la qualità
Stress idrico e salino
Deficit idrico Aumento del contenuto proteico Aumento delle glutenine e della frazione insolubile
Stress salino Incremento del tenore proteico Riduzione del tenore in ceneri Miglioramento delle proprietà tecnologiche
Il frumento Amido
Amilosio: polimero lineare (22-36%) Amilopectina: polimero ramificato (65-78%)
Le proprietà chimico-fisiche e la destinazione d’uso della granella sono influenzate dal rapporto amilosio/amilopectina Al diminuire del contenuto di amilosio diminuisce la qualità di cottura della pasta
L’amilosio è considerato responsabile del 37% della qualità della pasta
Alte temperature (>35°C) Non riducono la traslocazione del saccarosio alla spiga ma ne riducono la velocità di conversione del saccarosio in amido. Riducono i livelli di fruttosio e l’attività di enzimi della via metabolica dell’amido. Viene comunque ridotta la durata di accumulo dell’amido (es. stretta)
Il frumento
La frazione lipidica
I lipidi liberi (mono e digalatto-gliceridi) hanno un impatto considerevole sulle qualità dell’impasto e dello sfarinato (es. volume alveolare del pane) I pigmenti responsabili del colore della pasta e della semola Xantofille (luteina) Flavoni (tricina) Carotenoidi (carotene): presenti in embrione ed endosperma Determinano il colore giallo alla pasta. Vengono ridotti durante il processo di pastificazione dai processi ossidativi (sbiancamento)
Il contenuto in carotenoidi è considerato uno dei criteri principali per determinare il valore nutrizionale e commerciale della pasta
Il colore bruno è determinato dal contenuto in ceneri e dal contenuto proteico
Il frumento Composti biologicamente attivi nella granella
Composti Principale localizzazione
Funzione
Composti fenolici
Acidi fenolici
Enodosperma e pericarpo
Ipocolesterolemica Antitumorale e antidiabetica
Flavonoidi
Lignani
Lignina
Tocoli
Tocoferoli Germe Riduzione del rischio di malattie cardiovascolari
e degenerative
Tocotrienoli Strato aleuronico e sub-
aleuronico
Carotenoidi Caroteni Endosperma, germe e
pericarpo Xantofille
fibre
Solubili pareti endosperma Attività prebiotica
Insolubili pericarpo Miglioramento
peristalsi
Il frumento
Effetto protettivo determinato da azione sinergica dei singoli antiossidanti Granella integrale presenta una capacità antiossidante totale Da uno studio condotto su granelle integrali di diversi cereali, quelle di frumento risultano seconde solo a quelle di mais e davanti ad avena e riso
Acido ferulico è il principale composto fenolico presente nel frumento I tocoli (vitamina E) sono maggiormente presenti nello strato aleuronico e germe (crusca). Aumentano con la concimazione solfatica
Carotenoidi (beta-carotene e luteina) presenti negli sfarinati integrali. Aumentano con il deficit idrico e la concimazione solfatica
Il frumento
Lignani contenuto in elevate concentrazioni 5 ppm. Potenti antiossidanti che svolgono azione anticancerogena
Fibra solubile (pentosani, pectine, gomme, mucillagini): azione prebiotica come substrato per la proliferazione dei batteri lattici intestinali. Controllo dell’indice glicemico e del colesterolo ematico Fibra insolubile (cellulosa, parte di emicellulosa, lignina): miglioramento della peristalsi anale
Il frumento
Ruolo della cariosside immatura per la produzione di alimenti funzionali
La cariosside allo stato di maturazione cerosa è ricca in fruttooligosaccaridi (FOS) o fruttani derivati del fruttosio (9%). Precursori della sintesi dell’amido sono bassi nella granella matura. Alimenti prebiotici utili come substrato di proliferazione dei batteri lattici. Utilizzate nella preparazione di minestre, fiocchi o come sfarinati nella produzione di pane biscotti e pasta senza superare il 30%. Aumenta la velocità i digestione dell’amido.
Quantità superiore di vitamina C rispetto alla granella matura
Stesso contenuto proteico ma con un migliore equilibrio aminoacidico
Il frumento
Metodo di coltivazione biologico sulle caratteristiche della cariosside
Minore contenuto proteico e in glutine (disponibilità di azoto per la coltura) con peggioramento delle proprietà tecnologiche Aroma più intenso per il maggiore rapporto tra crusca ed endosperma Aumento del contenuto in ceneri ed in acido ferulico Nessuna differenza per l’indice di giallo (carotenoidi)