CAPITOLUL I

Tehnologia prelucrării cerealelor

CAPITOLUL I

CEREALELE 1.1. Cultura cerealelor în lume – producţie, suprafaţă cultivată, utilizări generale 1.2. Sistematica cerealelor 1.3. Zonarea cerealelor în România 1.4. Standarde de calitate 1.5. Depozitarea cerealelor 1.6. Structura anatomică a cerealelor 1.7. Compoziţia chimică şi biochimică a cerealelor 1.8. Proprietăţile funcţionale ale cerealelor

1.1. Cultura cerealelor în lume Cerealele reprezintă grupa fitotehnică de plante cu cel mai mare areal de răspândire în toate zonele de cultură pe glob, implicit şi în România. Această grupă cuprinde: grâul, secara, orzul, ovăzul, porumbul, orezul, sorgul, meiul, care fac parte din familia Gramineae şi hrişca, ce face parte din familia Polygonaceae. Suprafaţa cultivată pe glob este de 710…740 mil. ha, ceea ce reprezintă circa 50% din suprafaţa arabilă a lumii (estimată de F.A.O. la 1,4…1,6 miliarde ha). Producţia mondială de cereale este de cca. 2000 mil. t (tabelul 1.1.), principalele cereale produse la nivel mondial fiind grâul, porumbul şi orezul (tabelul 1.2.). În UE-25 cea mai mare producţie este cea de grâu, urmată de cele orz şi porumb (tabelul 1.3.). Secara şi ovăzul sunt şi ele cereale importante, în UE-25 producându-se cantităţi importante, dacă le raportăm la producţia realizată la nivel mondial. Principalele culturi cerealiere din România (tabelul 1.4.) sunt porumbul (58,1% din suprafaţa arabilă în 2003) şi grâul (31,3%). 1

Cerealele

Tabelul 1.1. Situaţia producţiei, exportului şi importului de cereale în perioada 2000-2009 (sursa Toepfer international, 2009) ŢARA / REGIUNEA

2000 / 01

2004 / 05

2005 / 06

2006 / 07

2007 / 08

2008 / 09*

340 51 36 52

386 52 41 53

Producţie, mil. t 363 51 35 57

335 48 43 63

412 48 44 73

401 56 28 66

11

15

9

10

16

15

193 345 33 113 n.a. 23 258

189 355 33 150 75 41 289

194 372 39 147 76 37 273

197 395 18 145 76 33 259

213 399 25 148 79 29 255

215 421 33 195 105 52 311

1.841

2.035

2.019

2.105

2.124

2.225

88,1 21,0 22,0 21,3 9,8 7,5 1,3 1,5 27,8

84,2 17,8 25,8 20,1 8,8 22,5 8,6 10,8 21,6

Exporturi, mil. t 90,7 20,1 20,1 21,9 6,4 29,7 12,5 13 20,2

86 23,1 27,9 10,9 9,6 31,1 12,4 9,5 18,7

107,7 22,6 28,6 11,9 4,6 27,3 13,5 4,4 17,1

76,5 23,4 12,4 18,2 2,7 45,5 18,9 20,1 26,1

233,1

235,3

254,3

260,3

274,2

256,1

26,8

26,4

Importuri, mil. t 25,9

26,1

25,6

25,7

12,1

12,3

12,7

12,5

12,7

11

6,2 2,9

6,1 9,6

6 4

5,6 2

5,8 1,5

4,8 1,6

7,9

8,3

10

9,3

10,5

11,9

11,4 7,6 5,1 8,5 14,6 6,7 2,6 0,8 11,4

13,3 6,9 4,0 7,1 13,8 6,3 2,5 0,2 10,9

12,2 7,7 4,4 8,5 14 7,1 2,2 0,2 10,7

12,3 7,5 3,8 10,4 15,3 7,3 1,4 0,2 14,5

11,9 8 6,5 8 14,8 7,3 1,2 0,5 28,8

11,8 8,1 5,6 7,3 14,2 7,4 0,8 0,2 9,7

SUA Canada Argentina Brazilia Africa de Sud India China Australia CSI Rusia Ucraina UE-27 Total la nivel mondial SUA Canada Argentina Australia China CSI Rusia Ucraina UE-27 Total la nivel mondial Japonia Coreea de Sud Taiwan China Arabia Saudită Egipt Algeria Maroc Brazilia Mexic CSI Rusia Ucraina UE-27 * producţie estimată

Tabelul 1.2. Producţia principalelor cereale (mil. t) produse la nivel mondial 2

Tehnologia prelucrării cerealelor

în perioada 2000-2009 (sursa Toepfer international, 2009) CEREAL A Grâu total Grâu dur Porumb Orz Secară Ovăz Orez

2000 / 01

2004 / 05

2005 / 06

2006 / 07

2007 / 08

2008 / 09

582 33,5 588,5 132,9 19,1 26 398,2

624 41,3 708,9 153,0 17,0 25,7 401,1

620 37,5 699,1 136,8 14,5 23,9 418,5

596 35,7 712,3 137,4 12,4 23,2 420,7

611 34,5 793 134,4 14,2 25,6 432,1

684 38,3 787,1 154,5 17,3 26,7 441

Tabelul 1.3. Producţia principalelor cereale (mil. t) produse la nivelul UE-27 în perioada 2000-2009 (sursa Toepfer international, 2009) CEREA LA Total cereale Grâu Orz Porumb Secară Ovăz

2000 / 01

2004 / 05

2005 / 06

2006 / 07

2007 / 08

2008 / 09

254,033

304,835

272,512

259,005

255,195

319,527

123,011 58,018 43,433 10,389 8,558

143,798 64,067 62,191 9,988 9,080

130,757 54,639 56,724 7,716 7,785

124,397 56,275 51,172 6,524 7,788

119,197 57,627 47,444 7,603 8,735

150,739 65,02 61,325 9,323 8,723

Tabelul 1.4. Producţia principalelor cereale (mil. t) produse în România, în perioada 2000-2009 (sursa Toepfer international, 2009) CEREA LA Total cereale Grâu şi secară Orz Ovăz Porumb

2000 / 01

2004 / 05

2005 / 06

2006 / 07

2007 / 08

2008 / 09

10.477,5

14.143

13.361

11.541

7.129

16.866

4.495 + 52 1.386 349 7.862

4.845 + 54 957 355 7.150

4.340 + 46 724 341 6.090

3.000 + 30 300 168 3.631

7.770 + 63 1.288 336 7.410

4.456,2 867 243,8 4.897,6

Principalii producători, suprafaţa cultivată şi principalele utilizări ale cerealelor sunt prezentate în continuare. 3

Cerealele

Grâul •

suprafaţa cultivată este de 220…230 mil. ha,

•

ţările mari producătoare şi, în acelaşi timp, exportatoare de grâu sunt: SUA, Canada, Australia, Argentina. Mari importatoare de grâu sunt în prezent: China, Egipt, Japonia, ţările din fosta URSS. Ţările UE se înscriu printre marii producători şi exportatori de grâu.

•

se cultivă pentru: 

boabe – făină destinată fabricării pâinii şi produselor de panificaţie, pastelor, biscuiţilor, fulgi de grâu,



boabe ca furaj – superioare porumbului sub aspectul valorii nutritive, al preţului şi chiar ca productivitate,



tărâţă – furaj,



paie – materie primă pentru fabricarea celulozei, nutreţ grosier, îngrăşământ organic, încorporat ca atare în sol, imediat după recoltare, sau după ce au fost supuse unui proces de compostare.

Porumbul •

suprafaţa cultivată 130 mil. ha, ocupă al treilea loc între plantele cultivate pe glob,

•

cele mai întinse suprafeţe sunt cultivate în SUA, China, Brazilia, Mexic.

•

se cultivă pentru: 

boabe “degerminate” – prin “măcinare uscată” se obţin sortimente de mălai, fulgi de porumb, alimente pentru copii etc.; prin “măcinare umedă” (bobul cu germene) se obţin pe lângă produsele menţionate şi: sirop bogat în fructoză (pentru diabetici), bere, înlocuitori de cafea, iar prin diferite tratamente după măcinatul umed se obţin: amidon, glucoză, dextroză, whisky etc.



boabe ca furaj,



ciocălăi – furfurol, nutreţuri pentru rumegătoare etc.



pănuşi – împletituri,

4

Tehnologia prelucrării cerealelor



coceni – furaj, în industria celulozei şi la fabricarea panourilor aglomerate,



planta întreagă verde – combustibili (metanol, etanol), însilozare în faza de lapte-ceară a boabelor (furaj foarte valoros).

Orezul •

suprafaţa cultivată 150 mil. ha, ocupă locul al doilea în ceea ce priveşte suprafaţa cultivată,

•

ţările mari cultivatoare sunt situate în Asia: India, China, Indonezia, Birmania, Thailanda. În Europa orezul se cultivă pe suprafeţe restrânse, ţările europene fiind dependente de importurile de orez de foarte bună calitate, care provin din Asia, dar şi din SUA. În România există amenajate în jur de 62 mii ha. În ultimii ani această cultură a cunoscut un regres considerabil din cauza anumitor dificultăţi economice, îndeosebi din cauza costului foarte ridicat al apei pentru irigaţie, dar şi datorită importului de orez. Ca urmare, suprafeţele semănate s-au restrâns la 16…22 mii ha.

•

se cultivă pentru: 

boabe – hrană de bază pentru mai mult de 3miliarde de oameni (Asia), aliment de completare pentru locuitorii în ţările din zona temperată, cantităţi mici sunt folosite pentru fabricarea de alcool (Japonia – băutura “sake”), bere (în amestec cu orz), amidon, glucoză, acid acetic, acetonă, ulei, produse farmaceutice.



subproduse rezultate din prelucrare (spărturi de boabe, tărâţe, boabe mai mici) – furaj,



paie – împletituri, hârtie, carton, combustibil.

Orzul •

suprafaţa cultivată 75 mil. ha; cele mai mari suprafeţe sunt cultivate în Canada, SUA; Turcia, Spania, Germania, Franţa etc.

•

se cultivă pentru: 

boabe prelucrate în arpacaş (“surogat de orz”), materie primă în industria alcoolului, dextrinei, glucozei etc. 5

Cerealele



crupe obţinute prin “perlare” – prepararea supelor şi sosurilor, măcinate – în hrana sugarilor,



orzoaica – materia primă cea mai bună în industria berii,



“colţii de malţ” (germenii) şi borhotul de bere – valoare furajeră (stimularea producţiei de lapte a vacilor),



malţuri speciale - prelucrare pentru obţinere de înlocuitori de cafea, preparate din lapte de malţ, făină de malţ pentru îmbunătăţirea celei de grâu, siropuri de malţ pentru obţinerea fulgilor de cereale, a dulciurilor,



furaj – boabe, masă verde, siloz sau fân; paiele depăşesc valoarea nutritivă a celor de grâu, ovăz şi secară.

Sorgul •

suprafaţa cultivată 50 mil. ha

•

cele mai mari suprafeţe sunt cultivate în Asia (42%) – India, China, Pakistan, Yemen, Africa (32%) – Nigeria, Sudan, Niger, America de Nord şi Centrală (19%), America de Sud (5,6%), SUA (6,5%). În Europa se cultivă suprafeţe mici, sub 200 mii ha. În România suprafaţa cultivată în ultimii ani a fost de cca. 8 mii ha.

•

se cultivă pentru: 

boabe – folosite direct în alimentaţie sub formă de făinuri (în zone din Africa, India, China, Orientul Apropiat, Egipt), la fabricarea amidonului, alcoolului şi berii (în amestec cu boabele de orz),



sorgul tehnic împletituri,



sorgul zaharat – extragerea unui suc dulce, bogat în zaharoză,



furaj – însilozat sau ca boabe, având o valoare nutritivă asemănătoare cu a porumbului,



florile, tecile, frunzele – se obţine colorant utilizat la vopsirea stofelor, lânii, pieilor.

– confecţionarea măturilor, a periilor şi altor

Ovăzul •

suprafaţa cultivată 20 mil. ha 6

Tehnologia prelucrării cerealelor

•

cele mai mari suprafeţe sunt cultivate în SUA, Canada, Polonia, Germania.

•

se cultivă pentru: 

boabe – prelucrate sub formă de fulgi de ovăz, făină, grişuri sunt utilizate în alimentaţie; în unele ţări nordice se foloseşte în amestec cu grâu şi secară la prepararea pâinii,



furaj – singur sau în amestec cu leguminoase este foarte apreciat ca masă verde, însilozat sau ca fân.

Meiul •

specia Panicum miliaceum L. este una dintre cele mai vechi plante cultivate – cca. 10 mii ha din totalul de 38mii ha suprafaţă total ocupată cu diferite specii, cultivate în zonele aride din Asia şi Africa. În climatele calde a fost înlocuit în mare măsură de porumb, iar în climatele umede şi răcoroase de cartof. În Europa (Germania, Ungaria, ţările din sud-est) şi în SUA meiul este semănat pe suprafeţe limitate, mai mult ca furaj. În România este o cultură de importanţă cu totul secundară, prezentând un oarecare interes, mai ales în cultură succesivă, pentru fân sau chiar pentru boabe, datorită rezistenţei la secetă şi a perioadei scurte de vegetaţie. De altfel, şi în perioada antebelică meiul era considerat o plantă de completare destinată înlocuirii, primăvara târziu, a semănăturilor nereuşite, precum şi pentru terenurile care au fost inundate.

•

se cultivă pentru: 

boabele decorticate – făină pentru prepararea de crupe, păsat sau mămăligă (mai greu de digerat),



furaj – boabele, paiele şi pleava,



planta întreagă – masă verde sau fân.

Secara •

suprafaţa cultivată 14mil. ha

•

95% din producţia mondială de secară este realizată în Europa. Principalii producători europeni sunt: Germania (22,5% din producţia mondială), Polonia, ţările scandinave, ţările baltice, dar şi Rusia (29% 7

Cerealele

din producţia mondială), Belarus, Ucraina. Prin extinderea recentă a UE aproape 50% din producţia mondială este disponibilă pe această piaţă. •

se cultivă pentru: 

boabe – făină destinată fabricării pâinii, turtei dulci; băuturi alcoolice (wisky),



boabe uruite – furaj,



planta întreagă – masă vegetativă verde,



paie – prin prelucrare şi amestecare cu substanţe chimice se obţine un nutreţ cu valoare nutritivă apropiată de a fânului, fabricarea hârtiei,



secara malţificată – înlocuitor al malţului la obţinerea berii,



făina de secară – obţinerea cleiului, maselor plastice.

Hrişca •

suprafaţa cultivată 1mil. ha

•

culturile sunt concentrate îndeosebi în Europa (Rusia), alţi cultivatori importanţi – Canada (25 mii ha), Franţa (2,5 mii ha), Polonia, SUA. A fost inclusă în grupa cerealelor datorită compoziţiei chimice a boabelor şi utilizării acestora în alimentaţie şi în furajare, similar cu boabele celorlalte cereale (VN mai scăzută din cauza ponderii mai ridicate a învelişurilor). Este singura cereală nedeficitară sub aspectul conţinutului de lizină.

•

se cultivă pentru: 

boabe – grişuri, pesmeţi, crupe, clătite, supe,



nutreţ verde sau fân



îngrăşământ verde,



planta conţine (până la 6% din s.u.) un glucozid flavonic folosit în medicină pentru tratarea fragilităţii vaselor capilare sanguine,



plantă nectaro-poleniferă.

8

Tehnologia prelucrării cerealelor

1.2. Sistematica cerealelor Grâul Aparţine genului Triticum, clasa Monocotyledonopsida, ordinul Graminalis, familia Gramineae. Genul Triticum cuprinde un număr mare de forme sălbatice şi cultivate, clasificate pe baza anumitor criterii. Cea mai frecventă clasificare este cea genetică, după numărul de cromozomi: 

grupa diploidă (2n = 14 cromozomi) – Triticum monococcum,



grupa tetraploidă (2n = 28 cromozomi) – Triticum timopheevi, Triticum turgidum,



grupa hexaploidă (2n = 42 cromozomi) – Triticum aestivum (cuprinde 5 subspecii, printre care şi ssp. vulgare (grâul comun).

În prezent se cunosc trei criterii de clasificare a grâului: •

•

•

duritatea bobului 

grâu dur – necesită pentru măcinare o cantitate mai mare de energie decât grâul moale, deoarece fiecare bob necesită o cantitate mai mare de energie pentru sfărâmare,



grâu moale.

prezenţa sau absenţa pigmenţilor roşiatici în învelişurile exterioare ale bobului 

grâu roşu,



grâu alb.

perioada de însămânţare 

grâu de iarnă – este însămânţat toamna, încolţeşte primăvara, se recoltează vara,



grâu de primăvară – este însămânţat primăvara, se recoltează spre sfârşitul verii sau toamna.

În Caseta 1.1. sunt prezentate date suplimentare privind sistematica grâului.

9

Cerealele

Caseta 1.1. Triticum monococcum cuprinde 2 subspecii: una sălbatică Triticum monococcum ssp. boeoticum şi una cultivată Triticum monococcum ssp. monococcum (“alac”). Alacul este una dintre cele mai vechi plante cultivate, în prezent este pe cale de dispariţie, se caracterizează prin boabe care rămân “îmbrăcate” după treierat şi care dau o făină galbenă, bogată în gluten. Grupa tetraploidă se apreciază că a rezultat prin încrucişarea spontană a grânelor diploide cu specia spontană Aegilops speltoides. Triticum timopheevi cuprinde o singură subspecie. Triticum turgidum cuprinde 6 subspecii printre care şi grâul “durum”. Grâul “durum” cuprinde mai multe varietăţi, diferenţiate după culoarea spicelor şi a aristelor, pubescenţa glumelor, culoarea boabelor. Soiurile mai mult cultivate aparţin varietăţilor: melanopus (spic alb, ariste negre, glume pubescente, bob alb), apalicum (spic roşu, ariste negre, glume pubescente, bob alb), coerulescens (spic negru, ariste negre, glume pubescente, bob alb) şi hordeiforme (spic roşu, ariste albe, glume glabre, bob alb). Grupa hexaploidă a provenit prin încrucişarea spontană a grânelor tetraploide cu specia sălbatică Aegilops squarrosa. Forma sălbatică nu este cunoscută. Această grupă cuprinde 5 subspecii cultivate, printre care şi ssp. vulgare (grâul comun). În prezent, se apreciază că există în cultură peste 10.000 varietăţi şi soiuri de Triticum aestivum ssp. vulgare (după unele păreri ar exista cca. 20.000 soiuri de toamnă şi de primăvară. Pe plan mondial, cea mai mare parte din suprafaţa semănată cu grâu (cca. 70%) este ocupată cu grâu de toamnă, iar restul cu grâu de primăvară. În unele regiuni ale globului grâul de toamnă nu suportă temperaturile scăzute din timpul iernii şi degeră, sau planta nu rezistă în cazul în care stratul de zăpadă acoperă solul o perioadă îndelungată (peste 6 luni). În asemenea condiţii se seamănă grâu de primăvară, care poate ajunge la maturitate în perioada scurtă a verii; în ţările fostei URSS, grâul de primăvară se seamănă pe cca. 74% din suprafaţa totală semănată cu grâu, iar în Canada pe 94% din suprafaţa cu grâu (după Bîlteanu, 1991). În ţara noastră grâul de toamnă ocupă 99% din suprafaţa totală ocupată cu această plantă; grâul de primăvară se cultivă pe suprafeţe restrânse, în zone submontane şi în unele depresiuni intramontane. Bobul grâului de Triticum aestivum ssp. vulgare este scurt, oval-alungit şi făinos, foarte potrivit pentru panificaţie. Grâul comun se caracterizează prin spice aristate sau nearistate, cu 3-5 flori în spiculeţ, care formează 1-4 boabe golaşe. Rahisul este flexibil (nu se rupe la maturitate sau la treierat). Această specie cuprinde în numeroase varietăţi, care se diferenţiază între ele după prezenţa sau absenţa aristelor, culoarea glumelor şi a aristelor, pubescenţa glumelor, culoarea boabelor. Soiurile de grâu cultivate, în prezent, în ţara noastră apariţia varietăţilor: erythrospermum (spic alb, aristat, glume glabre, bob roşu), lutescens (spic alb, nearistat, glume glabre, bob roşu), ferrugineum (spic roşu, aristat, glume glabre, bob roşu), milturum (spic roşu, nearistat, glume glabre, bob roşu). Triticum aestivum ssp. spelta are bobul sticlos şi dă o făină foarte bogată în gluten, este rezistent la ger şi boli. După treierat bobul rămâne îmbrăcat în pleve, acestea reprezentând 2124% din recoltă. La măcinare se pierde o mare parte din substanţele proteice, diminuându-se valoarea alimentară şi furajeră. În prezent este semănat pe suprafeţe limitate în unele ţări din Europa (Elveţia, Suedia, Germani, Belgia, izolat în Turcia şi Spania). Se apreciază că această formă de grâu poate prezenta interes şi pentru anumite zone agricole din România, cu climat mai aspru, umed şi rece, unde s-ar putea comporta mai bine decât alte cereale.

10

Tehnologia prelucrării cerealelor

Luarea în cultură a grâului a început cu formele sălbatice Triticum monococcum ssp. boeticum şi Triticum turgidum ssp. dicoccoides, iar acestea, prin selecţie empirică, au condus la formele cultivate corespondente: “tenchi” (Triticum turgidum ssp. diococcum) este prima formă de grâu cultivată şi una dintre primele luate în cultură (în jurul anului 7.000î.e.n.), au urmat “alacul” (Triticum monococcum ssp. monococcum) ceva mai târziu (pe la anul 6.500 î.e.n.) şi grâul “comun” (Triticum aestivum ssp. vulgare), luat în cultură în jurul anului 5.500 î.e.n. Descoperirile arheologice şi unele informaţii istorice arată că, pe teritoriul românesc, grâul era cultivat în perioada anilor 3.000-1.000 î.e.n., la început fiind luat în cultură alacul, apoi tenchiul, grâul spelta şi, mai târziu, grâul comun.

Soiurile de grâu cultivate în UE sunt cele menţionate în Catalogul comun al soiurilor de plante agricole, publicat pentru prima dată la 21 iulie 1975. În prezent, acest catalog se publică în conformitate cu dispoziţiile articolului 17 din Directiva 2002/53/CE a Consiliului din 13 iunie 2002 privind Catalogul comun al soiurilor de plante agricole, modificată ultima dată prin Regulamentul (CE) nr. 1829/2003 al Parlamentului European şi al Consiliului European. Institutul de Testare a Soiurilor este acreditat de către Uniunea Europeană pentru realizarea Testului DUS (Distinctness, Uniformity, Stability), iar cu ajutorul MADR poate să înscrie, pe propria răspundere, în Catalogul de soiuri al Uniunii Europene toate soiurile româneşti neînscrise. Fără acest test soiurile româneşti nu pot fi înscrise în acest catalog, şi nu pot fi cultivate. Începând cu anul aderării la UE, MADR a trecut la întocmirea Catalogului naţional de soiuri, toate soiurile şi hibrizii româneşti, obţinând o derogare de cultivare a acestora până la sfârşitul anului 2009, termen până la care trebuie să realizeze testul DUS pentru toate soiurile şi hibrizii româneşti. În afară de această cerinţă, Institutul de Testare a Soiurilor de la noi din ţară, trebuie să rezolve şi următoarele probleme: •

punerea la punct a bazei de date privind descrierile cultivărilor româneşti înregistrate, dar şi a soiurilor de referinţă utilizate în testul de uniformitate,

•

constituirea unui depozit frigorific pentru păstrarea probelor etalon şi a probelor din colecţiile de referinţă,

•

constituirea unei sere pentru realizarea de testări la boli, în condiţii artificiale, 11

Cerealele

•

reorganizarea câmpurilor speciale pentru efectuarea testului DUS,

•

dotarea cu aparatură IT şi realizarea unei reţele naţionale de calculatoare pentru transmiterea datelor online către ISTIS din reţeaua de centre zonale. Institutul de Testare a Soiurilor recomandă pentru fiecare zonă geografică cultivarea anumitor soiuri de grâu (tabelul 1.5.), grupate după potenţialul genetic al calităţii de panificaţie. Tabelul 1.5. Soiuri de grâu de panificaţie cultivate în România

ZONA Sudul ţării Zona colinară de sud Vestul ţării Transilvania

Moldova

GRUPELE DE CALITATE PENTRU PANIFICAŢIE foarte bună bună satisfăcătoare Dropia, Flamura 85, Fundulea 4, Fundulea 29 Lovrin 34, Rapid Simnic 30 Flamura 85, Albota, Fundulea 4, Fundulea 29 Lovrin 34 Simnic 30, Trivale Alex (Lovrin 50), Delia, Arieşan, Dropia, Flamura 85, Fundulea 29, Fundulea 4 Lovrin 34 Lovrin 41 Apullum, Speranţa Aniversar, Arieşan, Transilvania, (soi de primăvară) Fundulea 4, Turda 95 Turda 81 Fundulea 29, Dropia (sud), Aniversar, Arieşan, Transilvania, Flamura 85 (sud), Fundulea 4, Gabriela, Suceava 84 Moldova 83 Turda 95 (nord)

Secara Secara face parte din familia Gramineae, genul Secale L., Secale cereale fiind specia cultivată în general, dar cantităţi mici de Secale fragile sunt cultivate în sud-vestul Asiei. Secara cultivată este considerată o cultură destul de omogenă, toate soiurile aparţinând unei singure varietăţi – vulgare. Date suplimentare privind sistematica secarei sunt prezentate în Caseta 1.2.

12

Tehnologia prelucrării cerealelor

Caseta 1.2. Genul Secale L. cuprinde însă un număr mare de specii şi subspecii, perene şi anuale, care includ, la rândul lor, o multitudine de ecotipuri. Între oamenii de ştiinţă şi mai ales între botanişti nu există o unitate în ceea ce priveşte componenţa speciilor în cadrul genului Secale. Schiemann recunoşte 5 specii de secară ca fiind bine individualizate, şi împarte genul Secale în două secţii distincte - Agrestes şi Cerealia. Agrestes cuprinde 3 specii: S. silvestre Host., S. montanum Guss. şi S. africanum Stapf., iar Cerealia cuprinde 2 specii: S. ancestrale Zhuk. şi S. cereale L., specia S. vavilovii nefiind individualizată ca specie de sine stătătoare (Bushuk, 1976, Gaşpar şi Reichbuch, 1978). Jukovski a atribuit iniţial genului Secale 14 specii, exprimându-şi totuşi îndoiala privind independenţa unora dintre ele, în timp ce alţi autori au identificat în componenţa genului 12, 10 specii. Ulterior Jukovski a inclus în genul Secale doar 6 specii, a căror individualizare nu poate provoca îndoieli (Gaşpar şi Reichbuch, 1978). Stutz a folosit un sistem filogenetic de clasificare a speciilor genului Secale ce corespunde celui folosit de Jukovski, cu excepţia speciei Secale anatolicum Boiss., care este considerată de acesta din urmă ca subspecie (Bushuk, 1976, Gaşpar şi Reichbuch, 1978). Secale silvestre Host. este plantă anuală de şes, prezintă adaptare deosebită la mediu cu umiditate scăzută, toleranţă accentuată la salinitate, rezistă la călcatul permanent al animalelor şi îşi reface anual vegetaţia prin împrăştierea spicelor, care se fragmentează cu uşurinţă, în spiculeţe separate, şi se autoînsămânţează; răspândire la noi în ţară: solurile nisipoase din Moldova, Dobrogea şi Oltenia. Secale kuprijanovii Grossh. este o plantă perenă, valoroasă din punct de vedere furajer, otăveşte foarte bine după cosire, asigurând o cantitate mare de masă verde, de bună calitate, cu un conţinut bogat în substanţe proteice, care depăşeşte 20%; este folosită de numeroşi cercetători, inclusiv de la noi din ţară – Gaşpar, în lucrări de ameliorare pentru crearea de soiuri de secară perene, productive şi cu rezitenţă sporită la făinare şi rugina brună. Secale montanum Guss. este o plantă perenă, nu prezintă importanţă economică deosebită, dar este folosită în lucrări de ameliorare a secarei şi chiar a grâului, ca şi component pentru hibridare, dat fiind faptul că are un complex de gene valoroase, cum ar fi rezistenţa bună la atacul bolilor, precum şi unele însuşiri de rezistenţă la condiţiile de mediu. Secale cereale L. cuprinde subspeciile: S. cereale L. şi S. segetale Zhuk. În limitele acestor două subspecii au fost separate mai multe varietăţi, unite în două grupe mari, distincte – covarietas. Grupa convar. Infractuosa – formele cu spicul nefragil, soiuri ameliorate existente în cultură, Grupa convar. Fractuosa – formele cu spicul fragil. În baza celor menţionate denumirea corectă a secarei cultivate este Secale cereale L. spp. Cereale convar. Infractuosa var. vulgare. Secale cereale cuprinde două tipuri: Tipul sudic – rigidum, cu spice aspre, mai apropiat din acest punct de vedere de S. segetale şi de alte specii sălbatice anuale, din secţia Cerealia, sau perene, din secţia Kuprijanovii (Perennantes). Tipul nordic - indoeuropaeum, cu spice mai puţin aspre şi mult mai elastice. În prezent Secale segetale Zhuk. şi Secale anatolicum Boiss. nu mai sunt considerate specii, dar ele au o importanţă deosebită în sistemul filogenetic al genului, constituind anumite verigi obligatorii în procesul de evoluţie a secarei spre apariţia formelor de cultură.

13

Cerealele

În prezent lista oficială a soiurilor şi hibrizilor de plante de cultură de la noi din ţară cuprinde 11 soiuri de secară (tabelul 1.6.), din care unul, soiul Ergot, este cultivat numai pentru producerea scleroţilor de Claviceps purpurea. Tabelul 1.6. Soiuri de secară aflate în prezent în cultură la noi în ţară DENUMIRE SOI

TIP SOI

MENŢINĂTOR SOI

Amando Apart Marlo Quadriga Raluca Rapid Gloria Orizont* Suceveana* Impuls Ergo*

toamnă toamnă toamnă toamnă toamnă toamnă toamnă toamnă toamnă primăvară toamnă

S.C.A. Turda S.C.A. Turda S.C.A. Turda S.C.A. Turda S.C.A. Turda S.C.A. Turda S.C.A. Suceava S.C.A. Suceava S.C.A. Suceava S.C.A. Suceava S.C.A. Suceava

ANUL ÎNREGISTRĂRII/REÎNREGIST RĂRII 1995 1996 1996 1998 1999 1996 1983/1999 1988/1998 1996 1995 1988/1998

*protejate prin brevet pentru soi

Porumbul Face parte din familia Gramineae, subfamilia Panicoidae, tribul Maydeae, specia Zea mays. Din acelaşi trib, pe lângă genul Zea, fac parte 8 genuri, din care importante pentru filogenia porumbului sunt două: Euchlena şi Tripsarum, ambele răspândite în America. În funcţie de structura endospermului şi caracterele ştiuletelui, specia Zea mays cuprinde mai multe convarietăţi: •

Zea mays indurata – porumbul cu bobul tare, neted, lucios, cu zona coronară rotundiformă. Partea periferică a bobului este cornoasă, iar la interior este amidonoasă. Boabele au diferite culori: albe, galbene, portocalii, roşii. Provine din zona muntoasă a Americii centrale.

•

Zea mays identata – porumbul dinte de cal, cu boabe mari care în zona coronară prezintă o adâncitură. În secţiune boabele au zona tare (cornoasă), dispusă periferic, iar zona coronară şi mijlocul sunt ocupate de stratul amidonos, care la maturitate se contractă determinând 14

Tehnologia prelucrării cerealelor

formarea adânciturii. Originea acestei convarietăţi este Mexicul, în prezent fiind predominant în lume. •

Zea mays aorista – porumbul cu bob mic, cornos, utilizat pentru floricele.

•

Zea mays saccharata – porumbul zaharat, cu boabe zbârcite şi sticloase.

•

Zea mays amylacea – porumbul amidonos cu boabe mari, rotundiforme, cu endospermul amidonos predominant şi foarte puţin endosperm cornos, în zona coronară. Este răspândit în Peru şi Bolivia.

•

Zea mays amyleosaccharata – partea inferioară a boabelor amidonoasă, iar cea superioară cornoasă. Este răspândit în Peru şi Bolivia.

•

Zea mays ceratina – are bobul cornos, opac, cu aspect ceros, în loc de amidon conţine eritrodextrină. Răspândit în Asia şi Filipine.

• Zea mays tunicata – are bobul îmbrăcat. Varietăţile de porumb se deosebesc după culoarea boabelor şi culoarea paleelor. Date privind evoluţia istorică a porumbului sunt prezentate în Caseta 1.3. În prezent, soiurile de porumb sunt puţin răspândite în cultură. Se folosesc pe scară largă hibrizii, introducerea lor în cultură a început în SUA în 1933, iar în ţara noastră după 1954. După modul de obţinere hibrizii pot fi: •

simpli (H.S.),

•

dubli (H.D.),

• triliniari (H.T.). Clasificarea hibrizilor în sistemul FAO, în funcţie de perioada de vegetaţie, cuprinde 9 grupe, fiecare având ca etalon durata de vegetaţie a unui hibrid american. Din cele 9 grupe, importanţă prezintă doar 6. Pentru constanţă în realizarea producţiilor, fiecare cultivator ar trebui să folosească 3-4 hibrizi diferiţi ca perioadă de vegetaţie. La alegerea acestora trebuie să se urmărească: 

să fie adaptat condiţiilor zonei în care urmează a fi cultivat, 15

Cerealele



să ajungă la maturitate înainte de venirea brumelor de toamnă şi, pentru siguranţă în acest sens, să aibă necesarul de unităţi termice mai mic cu 150 faţă de potenţialul zonei,



să fie rezistent la secetă, boli, dăunători,



să aibă o bună rezistenţă la frângere şi o inserţie uniformă a ştiuleţilor.

Caseta 1.3. Se consideră că porumbul are două centre de formare în America: la nord de Ecuator, unde predomină formele centrului primar Mexic – Guatemala şi la sud de Ecuator, unde predomină germoplasma centrului primar Peru – Bolivia. În Europa a fost adus la prima expediţie a ui Cristofor Columb (1493), fiind cultivat prima dată în Spania, apoi în Italia. În ţara noastră a fost menţionat în Muntenia sub domnia lui Şerban Cantacuzino (1693-1695), iar în Transilvania s-a cultivat pe timpul împărătesei Maria Tereza (1740-1760). Pe baza datelor arheologice şi a reconstituirilor experimentale se presupune că dezvoltarea filogenetică a porumbului s-a produs în 4 etape: I etapă - presupune existenţa unui porumb sălbatic, de “tip tunicat”, cu inflorescenţe bisexuate şi ştiuleţi de până la 2,5 cm lungime, II etapă - s-a produs o mutaţie care a determinat apariţia porumbului “cu bobul golaş”, III etapă (anii 3.400-2.300 î.e.n.) – porumbul a fost luat în cultură, IV etapă – s-au produs hibridări cu Tripsacum şi Euchlena, care au condus la apariţia porumbului din anii 100-200 e.n. şi care a evoluat spre formele actuale.

Orzul Specia de orz cultivată Hordeum sativum Jessen (Hordeum vulgare L.) cuprinde următoarele convarietăţi: •

Convarietatea hexastichon Alef. – orzuri cu câte trei spiculeţe fertile la un călcâi al rahisului,

•

Convarietatea intermedium Körn – spiculeţe centrale fertile şi laterale total sau parţial sterile,

•

Convarietatea distichon Alef – spiculeţe centrale fertile şi laterale sterile,

•

Convarietatea deficiens Voss – spiculeţe centrale fertile şi laterale incomplete şi sterile Apar şi forme intermediare între covarietăţile menţionate, acestea fiind considerate convarietate aparte – convarietatea labile. 16

Tehnologia prelucrării cerealelor

Cele patru covarietăţi principale au numeroase varietăţi deosebite după caracterele plevelor, aristelor şi boabelor. În cultură sunt soiuri care se încadrează în varietăţile aparţinând la două convarietăţi: hexastichon şi distichon. Soiurile cultivate la noi în ţară se încadrează în: •

Convar. distichon: var. nutans (spic lax) şi var. erectum (spic dens),

•

Convar. hexastichon var. pallidum (spic lax) şi var. parallelum (spic dens). Cele patru varietăţi menţionate au bobul gălbui, îmbrăcat în palee de culoare gălbuie şi au ariste aspre. Ovăzul Genul Avena face parte din tribul Avena Ness şi cuprinde numeroase specii grupate în două secţii: Avenastrum Koch (perene) şi Euavena Griseb (anuale, sălbatice şi cultivate). Cele mai importante specii: Avena sativa – cultivată şi Avena fatua L. – sălbatică. Avena sativa cuprinde numeroase varietăţi, din care mai importante sunt: mutica (spiculeţ nearistat şi boabe albe), aristata (spiculeţ aristat, palee albe), aurea (spiculeţe nearistate, boabe galbene). Date privind evoluţia istorică a ovăzului sunt prezentate în Caseta 1.4. Caseta 1.4. Se pare că ovăzul a fost cunoscut la început ca buruiană în orz, pe care l-a depăşit în producţie pe solurile sărace şi în climate mai aspre din centrul şi nordul Europei, unde apar urme privind cultura lui cam de prin epoca bronzului (mileniu III-II î.e.n.). Se consideră că în ţara noastră ovăzul a fost extins în cultură o dată cu invazia triburilor slave, de la care s-a şi împrumutat denumirea de “ovăz” (“ovesu”, în slavona veche).

Sorgul Aparţine tribului Andropogoneae, genul Sorghum Adams, care cuprinde 31 de specii anuale şi perene.

17

Cerealele

Sorgul cultivat aparţine speciei Sorghum vulgare Pers., sin. Sorghum bicolor (L) Moench., care se împarte, în raport cu modul de utilizare, în patru grupe: •

Sorgul pentru boabe – cuprinde varietăţile: 

cafra (centru şi estul Africii),



shallu (India, Africa de vest),



hegarii (Sudan),



durra (Africa centrală şi orientală),



milo (Africa centrală şi orientală).

•

Sorgul pentru mături Sorghum vulgare var. tehnicum,

•

Sorgul zaharat Sorghum vulgare var. saccharatum,

•

Sorgul pentru furaj Sorghum vulgare var. sudanense.

Pentru boabe se cultivă hibrizi de sorg. La noi în ţară se cultivă hibrizi simpli, cu panicul semicompact (cei pentru boabe), coacere rapidă şi uniformă. Date privind originea sorgului sunt prezentate în Caseta 1.5. Caseta 1.5. După unii autori originea sorgului este în India, după alţii în Africa Ecuatorială. În Europa cultura este cunoscută din secolul al XV-lea. În America s-a introdus prin anul 1855.

Meiul Majoritatea speciilor aparţin genurilor Setaria, Pennisetum, Eragrostis, Eleusine. Principala specie de mei cultivată este Panicum miliaceum. Date privind evoluţia istorică a meiului sunt prezentate în Caseta 1.6. Caseta 1.6. În China ocupa suprafeţe importante cu 3.000 ani î.e.n., boabele fiind folosite în alimentaţie, de asemenea a fost cultivat încă din vechime în India, Egipt, sudul şi sud-estul Europei. În climatele mai calde a fost înlocuit în mare măsură de porumb, iar în climatele umede şi răcoroase, de cartof.

18

Tehnologia prelucrării cerealelor

În prezent, în ţara noastră există în cultură soiuri româneşti şi străine, cu diverse recomandări – rezistente la secetă şi cădere, zonelor cu resurse termice şi hidrice sau zonelor cu deficit termic. Hrişca Aparţine din punct de veder botanic familiei Polygonaceae – Fagopyrum esculentum Moench., sin. Fapyrum sagittatum Gilib. Date privind originea acestei cereale sunt prezentate în Caseta 1.7. Caseta 1.7. Este originară din regiunile muntoase ale Chinei şi Nepalului, unde şi-a păstrat importanţa în alimentaţia populaţiei locale. S-a extins la începutul Evului Mediu, ajungând în Europa o dată cu invaziile turco-mongole, apoi a fost introdusă de către europeni în canada, SUA, Argentina şi Brazilia.

Orezul Cel cultivat aparţine genului Oryza, specia Oryza sativa (orezul comun), care cuprinde 3 subspecii: •

ssp. brevis – boabe scurte, de 3-4 mm lungime,

•

ssp. indica – boabe subţiri şi lungi,

•

ssp. japonica – boabe mari, ceva mai scurte, pline.

Date privind originea orezului sunt prezentate în Caseta 1.8. Soiurile cultivate în prezent la noi în ţară aparţin ssp. japonica var. Italica; sunt soiuri precoce, caracterizate prin panicule nearistate, palee galbene, cariopse albe. Caseta 1.8. Este originar din India, iar în jurul anului 3.000ă.e.n. exista deja în cultură în China. Prima orezărie din ţara noastră a fost înfiinţată în anul 1786 de către o familie de agricultori italieni la Topolia (lângă Banloc, judeţul Timiş), pe râul Bârzava. Cultura orezului s-a extins destul de greu, astfel încât, în 1938, se cultivau abia cca. 400ha.

19

Cerealele

1.3.

Zonarea cerealelor în România

Suprafaţa cultivată şi producţia de cereale nu este uniform repartizată pe teritoriul ţării. Această situaţie este determinată de condiţiile pedoclimatice diferite existente în diferite zone ale ţării. Grâul Suprafaţa cultivată este repartizată în trei zone: zona de câmpie (zona I) cu 52 – 56%, zona colinară (zona II) cu 27 – 30% şi zona montană (zona III) cu 14 – 17% din suprafaţa totală. În 1998, în zona I producţia de grâu reprezintă 60,5% în zona a II-a 28,5% şi în zona a III-a 11% din producţia totală. Porumbul Principalul criteriu de zonare îl reprezintă constanta termică. Aceasta, în cazul porumbului, se obţine prin însumarea temperaturilor mai mari de 100C pe întreaga perioada de vegetaţie. Pe baza analizării datelor climatologice medii pe perioade lungi de timp, sau stabilit în ţara noastră trei zone de cultură pentru porumb: •

Zona I cuprinde arealele cu suma temperaturilor biologic active de 1400-1600ºC: Câmpia di sudul ţării, Dobrogea şi partea de sud a Podişului Moldovei, Câmpia de Vest, până la sud de Oradea.

•

Zona a II-a de cultură cuprinde suprafeţele cu resurse termice cuprinse între 1200-1400ºC. Zona include cea mai mare parte a Podişului Moldovei, o mică parte din zona de trecere de la Câmpia de Sud spre zona colinară a Carpaţilor Meridionali şi Câmpia din Nord-Vestul ţării.

•

Zona a III-a de favorabilitate are în vedere suprafeţele cu suma temperaturilor biologic active de 800-1200ºC. sunt cuprinse zonele subcolinare ale Carpaţilor Meridionali şi Orientali, Podişul Transilvaniei, iar în nord Depresiunea Maramureşului.

Orzul Orzul de toamnă se cultivă în zonele de stepă şi silvostepă, iar orzoaica de primăvară în zonele răcoroase şi umede. 20

Tehnologia prelucrării cerealelor

Cele mai bune zone de cultură a orzului sunt: Câmpia de Vest, sudul Olteniei şi Munteniei, Câmpia Bărăganului, Dobrogea, Silvostepa Moldovei şi Transilvaniei. Secara Poate fi cultivată în zone care sunt în general neprielnice altor cereale, fiind extrem de rezistentă iarna şi valorificând foarte bine solurile nisipoase sau acide, cu fertilitate redusă, zone cu climă rece şi umedă sau secetoase. În funcţie de gradul de satisfacere a cerinţelor agrobiologice ale secarei, în ţara noastră sunt delimitate următoarele zone mari de cultură: •

Zona foarte favorabilă ocupă zonele submontane şi regiunile colinare limitrofe acestora, din Moldova, Muntenia, Oltenia şi Transilvania. Zona este caracterizată printr-un climat mai umed şi mai răcoros, cu soluri ce prezintă fertilitate naturală scăzută.

•

Zona favorabilă ocupă suprafeţele colinare şi de podiş din Moldova, din partea de nord a Olteniei şi a Munteniei precum şi partea centrală şi de vest a Podişului Transilvaniei. Zona prezintă un climat relativ mai călduros şi mai puţin umed decât cel din zonele submontane, soluri cu fertilitate mijlocie, erodate sau supuse eroziunii.

•

Zona puţin favorabilă cuprinde Câmpia Română, Bărăganul, Dobrogea şi Câmpia Banatului. Condiţiile de climă şi sol sunt foarte favorabile dar cultura secarei este limitată, în aceste zone cultivându-se alte cereale de toamnă care realizează producţii mai mari şi mai eficiente. În ultimii ani în ţara noastră s-au cultivat 30-45000 ha, suprafeţe răspândite în zonele umede şi răcoroase, pe soluri acide – 20000 ha, în zonele nisipoase – 15000 ha şi pe suprafeţe mai mici în alte zone – 5000 ha. Ovăzul Zonele cele mai favorabile pentru cultura ovăzului sunt: Podişul Transilvaniei, Câmpia de Vest, Podişul Getic şi Depresiunea Jijiei. Sorgul Zonele cele mai favorabile sunt în câmpiile din sudul Munteniei şi Olteniei, Câmpia Banatului şi Câmpia Centrală a Moldovei, având, în mare parte, acelaşi areal de răspândire ca şi porumbul. 21

Cerealele

Orezul Condiţii favorabile de cultivare sunt întâlnite în areale restrânse: •

Zona favorabilă I este situată în lungul Dunării, în incintele îndiguite, pe o fâşie cu lăţimea de cca. 20 km la nord de Dunăre, de la Calafat la Brăila, în zona de influenţă a izotermei de vară de 22ºC,

•

Zona favorabilă II este situată în luncile râurilor Siret, Buzău, Ialomiţa, Olt, precum şi în Banat, în vestul judeţului Timiş, delimitată de izoterma de vară de 21ºC.

Meiul În cultură principală pentru boabe este recomandat în zonele de câmpie din sud, Câmpia Transilvaniei şi în Moldova. În cultură succesivă pentru furaj, se recomandă a fi cultivat în câmpiile din sud şi vest.

1.4. Standarde de calitate Existenţa unui număr mare de tipuri de grâu a impus dezvoltarea sistemului de clasificare a grâului. Grâul se clasifică după particularităţile botanice şi biologice, culoare şi sticlozitate în grade, clase şi subclase, tipuri şi subtipuri. În SUA există opt clase de grâu definite în Grain Standards of the United States: HRS, HRW, SRW, durum, alb tare, alb moale, grâu neclasat şi amestec de grâu (tabelul 1.7.). Fiecare clasă este împărţită în subclase, iar subclasele se împart în cinci grade. Gradele au la bază puritatea grâului, procentul de boabe deteriorate sau defecte şi de impurităţi. În Canada grâul se clasifică în şapte clase şi 19 grade, în Argentina există două tipuri majore de grâu şi patru grade iar în Australia există şapte tipuri şi trei grade majore. În Rusia grâul este împărţit în tipuri şi subtipuri: •

tipul I - grâu roşu, moale, de primăvară 

subtipuri – roşu închis sticlos, roşu, alb roşcat, gălbui roşcat, galben, 22

Tehnologia prelucrării cerealelor

•

tipul II – grâu de primăvară, durum 

•

tipul III – grâu alb, de primăvară 

•

subtipuri – cu boabe albe sticloase, cu boabe albe,

tipul IV – grâu roşu de toamnă 

•

subtipuri – chihlimbariu închis, chihlimbariu deschis,

subtipuri – roşu închis sticlos, roşu, roşu deschis, roşu pestriţ, galben,

tipul V – grâu alb de toamnă (nu se împarte în subtipuri),

• tipul VI – grâu durum de toamnă (nu se împarte în subtipuri). Grâul colectat se împarte pe clase în funcţie de o serie de indici: starea sănătăţii, sticlozitatea, conţinutul şi calitatea glutenului, masa hectolitrică, impurităţi, boabe încolţite. Tabelul 1.7. Principalele clase de grâu din SUA (Atwell, 2002)

CLASA

CARACTERISTICI GENERALE

UTILIZĂRI GENERALE

HRD Grâu tare, roşu, de iarnă

Conţinut mare de proteine, gluten puternic, capacitatea mare de absorbţie a apei

Pâine şi produse de panificaţie

SRW Grâu moale, roşu, de iarnă

Conţinut redus de proteine, gluten slab, capacitatea mică de absorbţie a apei

HRS Grâu tare, roşu, de primăvară

Conţinut foarte mare de proteine, gluten puternic, capacitatea mare de absorbţie a apei Conţinut mare de proteine, gluten puternic, capacitatea mare de absorbţie a apei, învelişurile nu au pigmenţi Conţinut redus de proteine, gluten slab, capacitatea mică de absorbţie a apei, învelişurile nu au pigmenţi Conţinut mare de proteine, gluten puternic, capacitatea mare de absorbţie a apei

Grâu tare, alb

Grâu moale, alb

Grâu durum

23

Prăjituri, pişcoturi, produse de patiserie, plăcintărie, biscuiţi, crackers Pâne, cornuri, produse de panificaţie Pâine şi produse de panificaţie Tăiţei, crackers, vafele Paste făinoase

Cerealele

Secara cultivată în diferite zone ale lumii este clasificată pe tipuri sau grade. În fiecare din cazuri clasificarea este făcută pe baza unor caracteristici fizice ale boabelor şi ale masei de cereale în ansamblu, acest lucru facilitând comerţul cu secară. În Canada secara este clasificată pe grade (Kruger, 1995). Există 2 tipuri de standarde: •

•

aplicat la recepţia cerealelor 

secara este clasificată pe 3 grade,



conţine informaţii despre masa hectolitrică, conţinutul de boabe încolţite, arse, prezenţa altor cereale, ergot, scleroţi de cornul secarei.

aplicat la exportul secarei 

limitele pentru conţinutul de impurităţi sunt mai restrictive.

În S.U.A., U.S.D.A. a elaborat un standard prin care secara este clasificată în 4 grade. Gradele US nr.1 şi nr.2 sunt folosite pentru măciniş în vederea obţinerii făinii de secară de panificaţie, celelalte grade fiind folosite pentru obţinerea furajelor. În Rusia secara se împarte în 3 tipuri principale, care în raport cu regiunea de cultivare se împart în subtipuri. Subtipurile se împart în clase, caracterizate prin: masa hectolitrică, conţinutul de impurităţi, conţinutul de boabe mici. În C.E.E. pentru fiecare campanie agricolă sunt stabiliţi indicii minimi de calitate (tabelul 1.8.). Există ţări în Europa, în a căror standard de secară sunt incluse şi valori minime ale unor indici prin care se apreciază calitatea de panificaţie a acesteia (spre exemplu cifra de cădere). În România cerealele sunt clasificate pe grade (trei grade pentru grâul din clasele A ş B, grâul dur şi porumb, şi două grade pentru secară). Condiţiile minime de calitate pentru grâul destinat consumului uman şi care face obiectul unor tranzacţii comerciale sunt prevăzute în SR ISO 7970/2001 (tabelul 1.9.). 24

Tehnologia prelucrării cerealelor

Tabelul 1.8. Condiţii minime de calitate pentru secară C.E.E. (sursa: Godon şi Wilhm, 1994) INDICI DE CALITATE Umiditate, % max Corpuri străine, % max, din care: - boabe sparte - corpuri străine albe, din care: boabe arse prin uscare - boabe germinate (încolţite) - alte impurităţi , din care: seminţe străine (buruieni) Ergot, % max Masa hectolitrică, kg/hl

CONDIŢII ADMISIBILE 14,5 12 5 5 3 6 3 0,1 0,05 68

Tabelul 1.9. Caracteristici de calitate pentru grâu CARACTERISTICI Generale şi senzoriale

Sanitare

VALORI MAXIME SAU MINIME ADMISE Boabe sănătoase, curate, fără mirosuri străine sau alte mirosuri care să indice alterarea acestora. Seminţele nu trebuie să conţină aditivi, substanţe toxice, reziduuri de pesticide sau alţi contaminanţi care pot afecta sănătatea umană. Nivelurile maxime admise sunt în concordanţă cu cele stabilite de FAO/OMS Codex Alimentarius Comission. Grâul trebuie să fie liber de insecte vii.

Fizico-chimice Umiditate Densitate volumică Impurităţi

≤ 15,5% (pentru anumite destinaţii legate de climă, durată dd etransport şi depozitare sunt necesare valori mai scăzute) ≥ 70 kg/hl

Boabe sparte Boabe şiştave Boabe avariate Boabe atacate de dăunători Alte cereale

7 8 1 2 3 25

Cerealele

CARACTERISTICI Corpuri străine Corpuri străine anorganice Seminţe dăunătoare şi/sau toxice, boabe cu mălură şi cornul secarei Seminţe toxice Cornul secarei Cifra de cădere

VALORI MAXIME SAU MINIME ADMISE 2 0,5 0,5 0,05 0,05 ≥ 160 s

Condiţiile de calitate pentru secară sunt precizate în STAS 984-72. Acest standard face referiri la masa hectolitrică (min 70kg/hl), conţinutul de grâu (max 10%), conţinutul de impurităţi (max 4%). Porumbul folosit la obţinerea mălaiului are indicii de calitate precizaţi în SR 5446/1994 (tabelul 1.10.) Tabelul 1.10. Caracteristici de calitate pentru porumb CONDIŢII TEHNICE Aspect Culoare Miros Gust Umiditate, % Corpuri străine (tot ceea ce nu este porumb), % max, din care:

CATEGORIA I II caracteristic porumbului sănătos de la alb-gălbuie la galben-portocalie, caracteristică soiului sau hibridului respectiv caracteristic, fără miros de încins, mucegai sau alte mirosuri străine dulceag 17 17 1,5

2,0

0,5

0,5

0,5

0,5

3,0

5,0

 boabe de porumb alterate, % max

1,0

1,0

 boabe de porumb arseîncinse, % max Spărturile mici de porumb care trec prin ciurul nr. 4R, STAS 1078 şi

nu se admite

1,0

2,5

3,0

 corpuri inerte (minerale şi organice), % max  seminţe de alte plante de cultură Boabe de porumb cu defecte, % max, din care:

26

Tehnologia prelucrării cerealelor

CATEGORIA

CONDIŢII TEHNICE rămân pe ciurul nr. 2R, STAS 1078, % max Spărturile mari de porumb care rămân pe ciurul nr. 4R, STAS 1078, % max Indice de plutire, % max Infestare cu dăunători ai produselor depozitate (exemplare adulte vii)

I

II

2,0

8,0

50

65 nu se admite

1.5. Depozitarea cerealelor Cerealele sunt organisme vii. Ele respiră, iar în anumite condiţii germinează. Procesele de respiraţie sunt importante, au loc la nivelul fiecărei celule, şi servesc drept sursă de energie. Cu toate acestea, dacă nu este menţinută la o un nivel scăzut, respiraţia poate produce cantităţi importante de căldură. Degajările de căldură, cumulate cu conductivitatea şi difuzivitatea termică scăzute ale masei de cereale, duc la acumularea căldurii şi la producerea încingerii, cu efecte negative asupra calităţii şi cantităţii de cereale depozitate. Factorii care influenţează respiraţia sunt: umiditatea, temperatura şi disponibilitatea oxigenului (Atwell, 2002). Conţinutul de umiditate variază cu umiditatea relativă şi în mod curent depozitarea grâului se face spre exemplu la umidităţi de 14% sau mai mici. Un număr mare de dăunători – rozătoare, insecte şi microorganisme, pot de asemenea influenţa negativ calitatea cerealelor depozitate. Depozitarea cerealelor se realizează în silozuri sau magazii, dar practicile moderne includ utilizarea silozurilor etanşe, care pot fi tratate cu bioxid de carbon sau azot pentru reducerea infestării şi încetinirea respiraţiei. Spaţiile de depozitare a cerealelor trebuie să îndeplinească anumite condiţii: •

să fie uşor accesibile,

•

să ofere un spaţiu de depozitare uscat,

•

să permită aerarea mecanică a produselor depozitate, 27

Cerealele

•

să permită controlul cerealelor în timpul depozitării.

1.6. Structura anatomică a cerealelor Boabele de cereale au o compoziţie anatomică asemănătoare. Structura şi compoziţia anatomică a boabelor de cereale sunt prezentate în figura 1.1., respectiv tabelul 1.11. Tabelul 1.11. Compoziţia anatomică a principalelor cereale Partea anatomică Bobul întreg Învelişul floral Pedicel Învelişul fructului Învelişul seminal Stratul aleuronic Endospermul Germenul

Grâu 100 4,4 2,1 8,3 82,4 2,8

Secară 100 4,8-5,5 1,9-2,8 10-13 75-79 3,4-4

Porumb 100 0,8-1,4 4,4-6,2 79,7-83,5 10,2-14,1

Ovăz 100 27 3,19 2-2,4 12,8-14 49,6-52 3-4

Orez 100 18-22 1,2-1,5 4-6 66-70 4-6

Grâul (figura 1.2.) are formă ovoidală cu o lungime ce depinde de varietate şi soi, precum şi de localizarea lui în spic şi de dezvoltarea acestuia.

28

Tehnologia prelucrării cerealelor

- pericarp (învelişul fructului) epiderma (epicarp) - extern hypoderma rest de celule cu pereţi subţiri - intern

strat de celule intermediare strat de celule rotunde strat de celule tubulare

sămânţa

bobul de cereale (cariopsa)

învelişul seminal (testa) şi stratul pigmentar stratul nucellar (strat hyalin) strat aleuronic endosperm endosperm amidonos scutellum

germene (embrion)

ax embrionar

epithelium parenchyma ţesut provascular plumula (acoperită de coleptil) rădăcini primare (acoperite de coleoriză) rădăcini secundare

epiblast

Figura 1.1. Structura anatomică a boabelor de grâu

Suprafaţa bobului pe faţa dorsală este netedă, cu excepţia zonei de ataşare în spic, unde învelişul fructului este zbârcit, peste locul unde este situat embrionul. Bobul de grâu are pe suprafaţa ventrală un şănţuleţ, care la majoritatea boabelor, poate pătrunde până aproape de centrul bobului. • Pericarpul Formează un strat subţire, protector care acoperă întreg bobul.  Pericarpul extern Suprafaţa exterioară a pericarpului este acoperită de un strat de celule, epiderma, cu excepţia regiunii de ataşare. Celulele sunt alungite, dar în dreptul bărbiţei sunt la fel de lungi şi de largi.

29

Cerealele

Deasupra epidermei, în exteriorul bobului există o cuticulă subţire, relativ impermeabilă la apă, care însă ca urmare a frecărilor, lovirilor, poate fi deteriorată, spartă. Hypoderma este un strat de celule foarte comprimat de celulele epidermei. Stratul cu resturi de celule cu pereţi subţiri (celule interioare hypodermei) uşurează migrarea apei şi favorizează separarea pericarpului exterior de cel interior. La capătul opus zonei de ataşare multe din celulele epidermei sunt modificate formând fire care alcătuiesc bărbiţa. 1 1 2 3

2.2 2.3

6

6

7

2.1 4 5

7.1

8.1 8.2 8 8.3 Figura 2.2. Secţiune prin bobul de grâu 1-bărbiţă, 2-pericarp, 2.1-epicarp, 2.2-mezocarp, 2.3-endocarp, 3-înveliş seminal, 4-strat pigmentar, 5-strat hialin, 6-strat aleuronic, 7-endosperm, 7.1-celule mari în interiorul cărora se află granule de amidon, 8-embrion, 8.1-scutellum, 8.2-muguraş, 8.3-radicelă

 Pericarpul intern Stratul de celule intermediare este prezent mai ales la capetele bobului: bărbiţa 1-2 rânduri de celule turtite, embrionul 1-2 rânduri de celule late şi unite între ele.

30

Tehnologia prelucrării cerealelor

Stratul de celule oblice este dispus pe cea mai mare parte a suprafeţei bobului (celule alungite, strâns unite, formează şiruri ce merg pe toată lungimea bobului). Stratul de celule tubulare dispuse paralel cu axa longitudinală a bobului şi au spaţii libere între ele. • Învelişul seminal şi stratul pigmentar Formează un înveliş complet împrejurul seminţei. Învelişul seminal (provine din ovarul florii) este strâns legat de stratul de celule tubulare şi stratul nucellar. Este format dintr-o cuticulă externă, un strat colorat şi cuticulă internă. • Stratul hyalin Provine din pereţii ovarului florii. Se află între învelişul seminal şi stratul aleuronic şi este strâns unit cu amândouă. Îmbracă întreg bobul cu excepţia zonei în care se află embrionul. Este format din celule fără culoare, foarte puternic comprimate, cu pereţii îngroşaţi. •

Endospermul

 Stratul aleuronic Este format din celule mari, cubice cu pereţi îngroşaţi în care se găsesc numeroase grăuncioare foarte mici cu aleuronă şi picături de substanţe grase. Celulele stratului cu aleuronă conţin, de asemenea, multă plasmă, cu mici vacuole în care se acumulează proteinele.  Endospermul amidonos Este partea anatomică principală a bobului de grâu. Celulele sale sunt umplute cu multe granule de amidon prinse într-o reţea proteică. Celulele endospermului sunt de trei tipuri:  periferice (lângă stratul aleuronic) – conţin granule de amidon de dimensiuni intermediare,  prismatice – conţin granule de amidon mari lenticulare, ovale până la circulare în contur 28-33µ m, max 50µ m. Între granulele mari sunt numeroase granule mici, sferice 2-8µ m,  celule centrale – conţin celule mari şi celule mici, ocupă porţiunea centrală a bobului, granulele de amidon sunt ca cele de la celulele prismatice. 31

Cerealele

În endospermul amidonos pot apare zone distincte sticloase şi făinoase. În zona sticloasă apar granule de amidon rotunde şi separate de o cantitate considerabilă de material proteic, în zona făinoasă ele sunt strâns legate pe multe laturi, astfel că lasă un spaţiu mai mic pentru materialul proteic, iar din cauza aceasta rămân şi spaţii libere. Pereţii celulelor endospermului sticlos sunt mai groşi decât la grânele moi. S-a constatat că în cazul grâului moale, la limita de separare dintre granulele de amidon şi proteine, se găseşte o fracţiune proteică denumită friabilină care reduce adezivitatea dintre cele două componente chimice. În cazul grâului dur această fracţiune proteică nu există. • Embrionul Este alcătuit este alcătuit din muguraş – situat la partea superioară, radicelă – aşezat la partea inferioară în continuarea hipocotilului şi scutellum – situat în partea dinspre endosperm.  Muguraşul (plumula) Constă dintr-o tulpină apex şi mai multe frunze embrionare. Aceste frunze sunt îmbrăcate de coleptil, un înveliş sub formă de teacă. El este acoperit de o cuticulă foarte fină, cu excepţia vârfului, în dreptul căruia există un mic por, prin care frunzele ies afară în timpul germinării. Pe tulpina apex există noduri şi internoduri. Internodurile sunt extrem de scurte, din ele apar frunzele.  Hipocotilul Leagă muguraşul din partea superioară cu radicela din partea inferioară şi cu scutellumul dinspre interior.  Radicela (rădăciniţa) Constă dintr-o rădăciniţă principală şi 2-4 secundare. Vârful rădăciniţei este alcătuit din celule merismatice, protejate de celule mari, parenchimatice, care formează coleoriza.  Scutellumul (scuteluţul) Are formă de scut sau de disc şi constă din celule parenchimatice rotunjite, fiind înconjurat de un strat de celule cilindrice – epiteliul, la un cap mai rotunjite, iar la celălalt mai ascuţite, care pătrund în parenchimul endospermului. 32

Tehnologia prelucrării cerealelor

Porumbul are aceleaşi componente anatomice ca şi bobul de grâu. La pericarp, la marginea dintelui şi deasupra germenului, se găseşte regiunea de ataşare a mătăsii, care apare ca o protumberanţă a pericarpului. Ea conţine baza firului de mătase. În partea de jos a bobului se găseşte zona de ataşare a bobului la ştiulete (vârful bobului, pedicel). Tegumentul seminal acoperă în întregime germenul şi endospermul, cu excepţia porţiunii de la baza bobului. În zona de la baza bobului se continuă cu stratul hyalin. Acesta este format din două rânduri de celule, este împărţit în hyalinul superior şi hyalinul inferior, cu un spaţiu larg cu aer între ele. La ruperea vârfului partea inferioară a stratului hyalin se detaşează. Stratul aleuronic este un strat superficial, format dintr-un rând de celule mari care în apropierea germenului se micşorează treptat dar nu dispare complet. Acest strat poate fi puternic colorat în roşu sau albastru, sau poate fi incolor. În cazul porumbului se deosebesc două tipuri de endosperm (figura 1.3.):  endospermul cornos – textură tare, translucid, zona cornoasă se găseşte plasată pe părţile laterale şi la baza bobului,  endospermul făinos – textură moale, relativ opacă, zona făinoasă ocupă partea centrală a bobului. 1 2 3 4 5 6

Figura 1.3. Secţiune longitudinală prin bobul de porumb 1-înveliş pericarpic, 2-înveliş seminal, 3-strat aleuronic, 4-endosperm cornos, 5-endosperm făinos, 6-embrion, 7-vărful bobului

7

33

Cerealele

În funcţie de varietatea de porumb cele două tipuri de endosperm se găsesc în anumite proporţii. În general porumbul amidonos are puţin endosperm cornos sau deloc, porumbul everta, pe de altă parte, conţine o cantitate mare de endosperm cornos, care formează o coajă groasă în jurul unui mic sâmbure central al endospermului făinos. Porumbul indentata (raport 2:1) şi indurata ocupă locuri intermediare între porumbul amidonos şi everta. Textura cornoasă are cu 1,5-2% mai multă proteină decât textura făinoasă. În toate celulele din endosperm se găsesc granule de amidon, cu excepţia zonei dintre stratul hyalin şi baza scutellumului, celulele de aici conţin un material fibros. Secara are aceeaşi structură anatomică ca şi grâul. Se remarcă faptul că membranele cu pereţi îngroşaţi, culoarea densă, cafenie a tegumentului seminal şi culoarea bobului în ansamblu fac ca sticlozitatea bobului să fie însă greu vizibilă de la suprafaţa acestuia. Sectoarele cu sticlozitate mai evidentă ale bobului de secară sunt distribuite fie uniform în tot endospermul, fie sub formă de inel la periferie, endospermul făinos existând în acest caz numai în partea centrală a bobului. Ovăzul are fructul îmbrăcat în palee: paleea inferioară acoperă cam ¾ din fruct, iar cea superioară restul. Plevele sunt diferit colorate (albicios-gălbuibrun-cenuşiu-negricios) şi nu sunt concrescute cu bobul decât la partea inferioară. Se deosebesc 5 tipuri de boabe, a căror formă rămâne neschimbată, indiferentă de condiţiile de vegetaţie (tipul suedez, german, sovietic, alungit, aciform). Bobul decojit este de 5-11 mm lungime, fusiform, cu şanţ pe partea inferioară. El este acoperit pe toată suprafaţa de perişori fini şi scurţi. Învelişul florar (pleve) este format din epidermă, hypodermă, parenchimul spongios, epiderma internă. Endospermul conţine granule de amidon simple, colţuroase 2-12 µ m, multiple, rotunjite sau eliptice 15-20 µ m, care conţin granule mici de 5-7 µ m. 34

Tehnologia prelucrării cerealelor

Orezul are fructul de formă elipsoidală, învelit în palee, concrescute cu bobul. Paleele sunt eliminate prin decorticare, sunt formate din: fire de perişori ce apar atât la stratul de epidermă superior cât şi la cel interior, epiderma exterioară, hypoderma, epiderma interioară. Învelişul fructului nu apare concrescut cu învelişul floral decât în anumite puncte, ceea ce ajută la eliberarea boabelor din pleve. Învelişul seminal se separă foarte greu de pericarp, constituie o membrană de protecţie pentru corpul amidonos. Perispermul este format din celule colorate care conţin un pigment specific. Endospermul amidonos este format din granule de amidon în reţea proteică. La majoritatea soiurilor în interiorul bobului se află o zonă făinoasă aproape opacă denumită “pancia bianca”, zonă mai săracă în amidon, însă cu multă dextrină şi maltoză decât restul endospermului. Prezenţa acestei pete albe este considerată ca un defect şi se caută a se obţine soiuri la care această pată să fie mai mică sau chiar să fie lipsă.

1.7. Compoziţia chimică şi biochimică a cerealelor Compoziţia chimică a boabelor de cereale depinde de tipul cerealei dar şi de soi, varietate, forma şi mărimea boabelor. Clima, compoziţia solului, fertilizatorii folosiţi, practicile agrotehnice influenţează, de asemenea, depunerea constituenţilor chimici în interiorul boabelor de cereale. Componentele chimice ale cerealelor se găsesc distribuite neuniform în diversele componente ale structurii anatomice ale boabelor. Datorită acestui fapt făina, obţinută prin măcinarea industrială a grâului şi a secarei, are o compoziţie ce depinde de gradul de extracţie (tabelul 1.12.). Substanţele proteice În structura proteinelor intră: albumina, globulina, prolamina, glutelina. Fiecare din aceste structuri pot fi formate din 1-4 componente distincte, separate prin diferite procedee, componente caracterizate de indicatori fizici. 35

Cerealele

Tabelul 1.12. Compoziţia chimică a făinii de grâu şi a făinii de secară de diferite grade de extracţie COMPONENT , G/100G PRODUS CU U=15% Proteine Lipide Amidon Fibre Tiamină, u.i./g Riboflavină, μg/g Cenuşă Potasiu Calciu Magneziu Fier Fosfor

SECARĂ

GRÂU MANITOBA

100

85

75

60

100

85

75

42

7,98 1,98 69 1,56 1,45

7,3 1,64 73 0,84 0,98

6,67 1,33 75 0,48 0,8

5,64 1,01 78 0,22 -

13,64 2,49 63 2,15 1,18

13,57 1,7 67,2 0,33 0,92

13,1 1,32 69,5 0,1 0,29

11,8 0,86 71,2 urme 0,09

2,9

2,0

1,4

0,85

1,7

1,0

0,7

0,5

1,72 412 31,5 92 2,7 359

1,04 203 26,1 45 1,97 193

0,72 172 19,5 26 1,72 129

0,51 140 15,3 16 1,32 78

1,53 312 27,6 141 3,81 350

0,75 146 18,5 61,8 188

0,44 87 13,1 30,4 109

0,34 71 11,1 21,5 82

• Albuminele au caracter slab acid, solubile în apă şi în soluţii diluate de electroliţi. Cu apa formează soluţii coloidale, din care albuminele precipită sub acţiunea unor soluţii concentrate de sulfat de amoniu, clorură de sodiu, sulfat de magneziu, precum şi sub acţiunea căldurii. În grâu şi secară albuminele se găsesc sub formă liberă în stratul aleuronic şi în învelişul boabelor, şi sub formă de nucleat de albumină în embrion. În boabele de ovăz se găseşte în cantitate extrem de mică.

• Globulinele sunt insolubile în apă dar se dizolvă cu uşurinţă în soluţii apoase de electroliţi (NaCl, Na2SO4) şi în baze diluate. Din soluţiile saline, globulinele precipită atunci când se adaugă cantităţi mari de apă sau când se măreşte concentraţia soluţiei respective. O dată cu fierberea soluţiilor globulinele coagulează, însă mai greu decât albuminele. Globulinele se găsesc în grâu şi secară sub formă de nucleat de globulină în germene, iar sub formă liberă şi în celelalte părţi anatomice ale bobului. În ovăz acest tip de proteină se găseşte în cantitatea cea mai mare, faţă de 36

Tehnologia prelucrării cerealelor

celelalte holoproteine, în special în stratul aleuronic, învelişul seminal şi embrion.

• Prolaminele sunt substanţe insolubile în apă, greu solubile în soluţii de săruri şi solubile în alcool de diferite concentraţii. Toate prolaminele sunt solubile în alcool etilic 50-80%, cu excepţia prolaminei din porumb, care este solubilă în alcool 96%. Sunt de asemenea solubile în alcool metilic, propilic, benzilic.

• Glutelinele ca şi prolaminele au caracter acid. Sunt proteine insolubile în apă, alcool şi soluţii de săruri, care însă se dizolvă în soluţii diluate de alcalii, din care pot fi precipitate printr-o slabă acidulare. Se găseşte repartizată neuniform în endosperm, conţinutul ei crescând de la centru către periferia endospermului. Prolaminele şi glutelinele participă la formarea glutenului în cazul grâului. Glutenul reprezintă masa proteică, cu proprietăţi vâsco-elastice, obţinută prin spălarea cu apă a aluatului din făina de grâu. 2/3 din gluten reprezintă apă iar 1/3 substanţă uscată - glutenină, gliadină, substanţe minerale, amidon, albumine, globuline, lipide, glucide solubile. Amidonul şi lipidele se leagă prin legături destul de rezistente de proteinele din gluten şi conferă anumite caracteristici fizico-chimice acestuia. Glutenina şi gliadina se găsesc în raport de 3:1 şi prin determinări cantitative se constată că aminoacizii care predomină în proteinele glutenului sunt acidul glutamic şi prolamina. Gliadina şi glutenina din secară nu formează gluten. Astfel, dacă se aplică şi la secară metoda de spălare a aluatului ca la făina de grâu, nu se obţine gluten. Explicaţia acestui fenomen este atribuită:

• proporţiei oarecum diferită, în care se găsesc aminoacizii în compoziţia acestor două proteine, în comparaţie cu grâul,

• proporţiei gluteninei şi a gliadinei în masa endospermului, diferită de cea din grâu,

• prezenţei pentozanilor în proporţie mare, care împiedică formarea glutenului,

37

Cerealele

• deosebirii pH-ului izoelectric a celor două proteine, şi influenţei pHului celorlalte combinaţii,

• solubilităţii gliadinei şi gluteninei, datorită existenţei în aceste proteine a unui număr mai mare de grupări hidrofile, ceea ce dovedeşte uşoara lor solubilitate. Pe lângă incapacitatea formării glutenului, proteinele secarei nu au nici capacitatea de a absorbi şi menţine apa în aluat. În aluatul de secară este prezentă o reţea elastică discontinuă şi apa este legată, în principal, de pentozani. Capacitatea relativă de absorbţie a apei de către pentozani este mai mare ca cea a proteinelor grâului. În aluatul de secară este o concurenţă între absorbţia apei de către amidon şi cea de pentozani. Ambele formează geluri foarte concentrate. Structura finală a miezului pâinii de secară nu este bazată pe reţeaua proteică, ci pe un gel de polizaharide solidificat. Principala fracţiune proteică a bobului de porumb este prolamina sa – zeina. Raportul conţinutului de substanţe proteice din zona cornoasă, faţă de cele din zona făinoasă este 1,13. Conţinutul de proteine din principalele cereale este prezentat în tabelul 1.13. Tabelul 1.13. Conţinutul de proteine din principalele cereale(% faţă de total) TOTAL PROTEIN E

ALBUMINE

GLOBULIN E

Grâu

10-15

3-5 leucozină

6-10 edestină

Secară

9-14

5-10

5-10

Porumb

7-13

0

5-6

Ovăz

8-14

1

Orez

8-10

urme

CEREA

PROLAMINE

GLUTELINE 30-40 glutenină 30-50 glutenină 30-45 glutenină

80-85 avenalină

40-50 gliadină 30-50 gliadină 50-55 zeină 10-15 avenină

2-8

1-5

38

8-10 80-90 orizenină

Tehnologia prelucrării cerealelor

Proteinele sunt distribuite neuniform în părţile anatomice ale boabelor de cereale (tabelul 1.14.) În tabelul 1.15. este prezentată compoziţia în aminoacizi şi valoarea energetică a cerealelor. Tabelul 1.14. Variaţia conţinutului de substanţe proteice în părţile anatomice ale grâului, porumbului şi secarei PĂRŢI ANATOMICE Învelişul pericarpic Învelişul seminal Strat aleuronic Endosperm Scutellum Ax embrionar Pedicel

GRÂU % substanţe % din total proteice proteină 5,9 1,97 17,8 1,48 31,7 19,95 11,02 68,93 13,3 4,04 39,9 3,63 -

PORUMB % substanţe % din total proteice proteină 3,7

2,0

9,4

74,8

11,8

22,4

9,2

0,8

Tabelul 1.15. Compoziţia în aminoacizi şi valoarea energetică a cerealelor (sursa Cordain, 1999) GRÂU

PORUM B Aminoacizi esenţiali, mg/100 g cereale Triptofan 160 67 (64%)* (27%) Treonină 366 354 (81%) (79%) Izoleucină 458 337 (71%) (52%) Leucină 854 1.155 (90%) (122%) Lizină 335 265 (42%) (33%) Metionină 201 198 (47%) (46%) Cisteină 322 170 (76%) (40%) Fenilalanină 593 463 (125%) (97%) Tirozină 387 383 (81%) (81%) Valină 556 477 (85%) (73%) Histidină 285 287

OREZ

ORZ

SORG

OVĂZ

SECAR Ă

MEI

101 (40%) 291 (65%) 336 (52%) 657 (69%) 303 (38%) 179 (42%) 96 (23%) 410 (86%) 298 (63%) 466 (72%) 202

208 (83%) 424 (94%) 456 (70%) 848 (89%) 465 (58%) 240 (56%) 276 (65%) 700 (147%) 358 (75%) 612 (94%) 281

124 (50%) 345 (77%) 433 (67%) 1.491 (157%) 229 (29%) 169 (40%) 127 (30%) 546 (115%) 321 (68%) 561 (86%) 246

234 (94%) 575 (128%) 694 (107%) 1.284 (135%) 701 (88%) 312 (73%) 408 (96%) 894 (188%) 573 (121%) 937 (144%) 405

154 (62%) 532 (118%) 550 (85%) 980 (103%) 605 (76%) 248 (58%) 329 (77%) 673 (142%) 339 (71%) 747 (115%) 367

119 (48%) 354 (79%) 465 (72%) 1.400 (147%) 212 (26%) 221 (52%) 212 (50%) 580 (122%) 340 (72%) 578 (89%) 236

39

Cerealele GRÂU (52%) Valoare energetică Kcal/100 g 327 cereale Proteine, 12,6 % din total calorii Glucide, 71,3 % din total calorii Lipide, 1,5 % din total calorii * % din necesarul zilnic

PORUM B (52%)

OREZ

ORZ

SORG

OVĂZ (74%)

SECAR Ă (67%)

(37%)

(51%)

(45%)

365

370

354

9,4

7,9

74,1

4,7

MEI (43%)

339

389

335

378

12,5

11,3

16,9

14,7

11,0

77,2

73,3

74,4

66,0

69,8

73,0

2,9

2,3

3,3

6,9

2,5

4,2

Glucidele reprezintă principalele componente chimice ale boabelor de cereale. În structura glucidelor întâlnim atât glucide simple cât şi poliglucide (tabelul 1.16.). În structura poliglucidelor intră: glucofructanii, pentozanii, celuloza şi amidonul.

• Glucidele simple Se găsesc în cantităţi foarte mici, dar importante pentru declanşarea proceselor fermentative (tabelul 1.17.). Tabelul 1.16. Conţinutul mediu de glucide la principalele cereale (% s.u.)

CEREAL A Grâu Secară Porumb Ovăz Orez

GLUCIDE AMIDON, CELULOZĂ, PENTOZANI, SIMPLE, % S.U. % S.U. % S.U. % S.U. 0,22 64,20 2,90 8,20 3,90 66,80 2,16 10,50 2,03 70,64 2,34 7,10 1,95 62,31 9,97 16,00 74,10 4,00 Tabelul 1.17. Distribuţia glucidelor simple în părţile anatomice ale bobului de grâu

COMPONENTE ANATOMICE

GLUCIDE SIMPLE, % FAŢĂ DE TOTAL GLUCIDE 40

Tehnologia prelucrării cerealelor

Bobul întreg Endosperm Învelişuri Germene

3,4 1,5 7,6 36,4

• Glucofructanii Sunt poliglucide neomogene, nereducătoare, solubile în apă, care conţin fructoză. După natura legăturilor care predomină aceştia pot fi de tip inulină (legături 1-2 glicozidice), sau de tip fleinic (legături 2-6 glicozidice). Fructanii de tip fleinic si inulinic se găsesc in spicele necoapte de grau, orz, secara. Fleinele din spicele necoapte de secara se numesc secaline, cele din grâu - pirozine. Conţinutul de fructani depinde de anul de cultură – la secară 4,8-6,5% (făină de secară 3,1-4,5%, tărâţe de secară 6,6%). În urma procesului de panificaţie conţinutul de fructani se reduce – în pâine 2,5-2,8%.

• Pentozanii Sunt polizaharide neamidonoase care intră în constituţia pereţilor celulari ai cerealelor. Fracţiunile de produse obţinute prin măcinarea cerealelor (grâu, secară) au un conţinut în pentozani proporţional cu cantitatea de pereţi celulari prezenţi în fiecare ţesut. Astfel tărâţele (tegumentul) sunt mai bogate în pentozani decât făinurile (endospermul amidonos), conţinutul lor fiind de 20-30%, respectiv 1,5-3%. Bobul de ovăz are circa 14% pentozani, arabani, xilani. Concentraţia cea mai mare se găseşte în învelişuri, ceea ce fac din acestea o materie importantă pentru fabricarea furfurolului. Din punct de vedere al solubilităţii lor în apă araboxilanii se împart în araboxilani solubili în apă (1,5-3% în secară, 0,4-0,8% în grâu) şi araboxilani insolubili în apă (7-8% în secară, 1,1-1,9% în grâu). Araboxilanii insolubili în apă pot fi extraşi cu alcalii sau enzime, după extracţie araboxilanii devenind solubili în apă. Araboxilanii conţin lanţuri de β -D-xilanopiranozil legate 1-4, în care xiloza este substituită în poziţiile 2, 3 sau 2 şi 3 cu α -L-arabinofuranozil. Funcţia de alcool primar a arabinozei poate fi esterificată cu acizi fenolici; acidul fenolic dominant în secară şi grâu este acidul ferulic, alături de acesta 41

Cerealele

putând fi găsiţi: acidul izoferulic, acidul cumaric, siringic, cafeic dar şi acidul p-hidroxibenzoic. Prezenţa araboxilanilor solubili în apă în aluatul de secară este foarte important, astfel ei determină creşterea vâscozităţii aluatului, retenţiei gazelor, volumului pâinii, menţinerii prospeţimii şi îmbunătăţirea structurii miezului, culorii şi gustului. Efectul araboxilanilor şi al endoxilanazelor aupra prosesului de panificaţie este sistematizat în figura 1.4.

Figura 1.4. Rolul araboxilanilor şi endoxilanazelor în procesul de panificaţie (după Courtin şi Delcour, 2002) a - situaţia fără adaos de endoxilanază: araboxilanii solubili în apă au un efect pozitiv prin formarea filmului de lichid de la suprafaţa celulelor gazoase, araboxilanii insolubili în apă au efect negativ, b - situaţia cu adaos de endoxilanază având selectivitate pentru araboxilanii insolubili în apă: creşte cantitatea de araboxilani solubili în apă/araboxilani deveniţi solubili în apă după extracţie enzimatică, c - situaţia cu adaos de endoxilanază cu selectivitate pentru araboxilanii solubili în apă: are loc solubilizarea araboxilanilor solubili în apă, scade stabilitatea şi multe celule gazoase fuzionând, efectul negativ al araboxilanilor insolubili în apă rămâne.

Araboxilanii solubili în apă cresc stabilitatea filmului de lichid care înconjoară bulele de gaz, în consecinţă, şi stabilitatea, rezitenţa la presiune a bulelor de gaz în cuptor, prevenind asocierea acestora (Courtin şi Delcour, 2002). Importante în această stabilizare sunt şi legăturile între 42

Tehnologia prelucrării cerealelor

acidul ferulic şi acidul ferulic şi alte molecule de araboxilani sau proteine/gluten. Araboxilanii insolubili în apă destabilizează în schimb structura aluatului. Aceştia pot forma bariere pentru reţeaua glutenică în timpul dezvoltării aluatului, şi pot forma incluziuni în bulele de gaz. De asemenea, ei absorb cantităţi mari de apă, care în consecinţă nu mai devin disponibile dezvoltării glutenului şi formării filmului de la suprafaţa bulelor de gaz. Endoxilanaza cu specificitate pentru araboxilanii insolubili în apă contribuie la creşterea stabilităţii aluatului, datorită catalizării conversiei araboxilanilor insolubili în apă în araboxilani solubili în apă după extracţie (b). Se înregistrează o îmbunătăţire a volumului pâinii, a prospeţimii şi elasticităţii miezului. Are loc de asemenea creşterea stabilităţii la fermentare a aluatului, a rezistenţei la stresul mecanic a bulelor de gaz şi creşterea volumului bucăţii de aluat în cuptor. Dezavantajul acestei endoxilanaze constă în faptul că acţionând asupra araboxilanilor insolubili în apă determină scăderea capacităţii de legare a apei în aluat. La concentraţii reduse de enzimă se înregistrează creşterea vâscozităţii aluatului datorită araboxilanilor deveniţi solubili în apă după extracţie enzimatică, în timp ce la concentraţii mari de enzimă se înregistrează creşeterea înmuierii şi lipiciozităţii aluatului. Endoxilanaza cu specificitate pentru araboxilanii solubili în apă, şi pentru cei deveniţi solubili în apă după extracţie enzimatică, are un efect negativ asupra volumului bucăţii de aluat şi asupra structurii miezului datorită formării de produşi cu masă moleculară mică.

• β -glucanii Ca şi pentozanii, sunt concentraţi în straturile exterioare ale bobului, aproximativ 70% din fracţiunea totală fiind în aceste straturi.

• Celuloza Este un poliglucid omogen, format din resturi de D-glucopiranoză legate 1,4-glucozidic. Cea mai mare cantitate se găseşte în înveliş şi embrion. Este repartizată neuniform în diferite părţi anatomice ale bobului, proporţii mai mari fiind în învelişuri, strat aleuronic, embrion.

• Amidonul 43

Cerealele

Reprezintă partea glucidică cea mai importantă a gramineelor. El este format din două structuri – amiloza şi amilopectina, care în funcţie de natura cerealei se găsesc în proporţii diferite (tabelul 1.18.). Tabelul 1.18. Conţinutul de amiloză şi amilopectină în amidonul principalelor cereale

CEREALA Grâu Secară Porumb Porumb cerat Ovăz Orez

CONŢINUT, % amiloză 17-27 24 20-36 0 23-24 16-17

amilopectină 73-83 76 64-80 100 76-77 83-84

În boabele de cereale amidonul se află sub formă de granule de diferite dimensiuni şi forme. Granula de amidon în majoritatea cazurilor este aproape sferică sau ovoidală, cu dimensiuni de la 2-170 µ m, având o caracteristică de structură. Fiecare cultură are caracteristicile sale de formă şi mărime (tabelul 1.19.). Lipidele sunt concentrate în germene, stratul aleuronic şi endosperm. La nivelul gemenelui - scutellumul conţine cea mai mare cantitate de lipide, ajungând uneori până la 40-45%. Tegumentul şi stratul aleuronic conţin 2,4-3,6% lipide. Dintre lipide predomină trigliceridele, dar mai există şi acizi graşi liberi, steroli, digliceride, monogliceride, esteri stearici ai glucidelor, fosfolipide şi glicolipide. Conţinutul total de lipide, dar şi de lipide libere şi legate, din principalele cereale sunt prezentate în tabelul 1.20.

Tabelul 1.19. Caracteristicile de formă şi mărime ale granulelor de amidon TIPUL DE AMIDO

CARACTERISTICA GENERALĂ

MĂRIMEA GRANULEI, µ M mari mijlocii mici

44

NUCLE UL ŞI HILUL

STRATIFIC AREA

FORMA

Tehnologia prelucrării cerealelor

N

Grâu

Secară

Porumb

Ovăz

Orez

Granule mari de formă lenticulară. Granule mici sferice. Forme derivate: poliedrice, alungite, divizate Granule mai mari, neregulate, de formă lenticulară. Forme derivate; groase de forma fasolei, cu suprafaţa cu riduri. Conglomerate mari şi mici. Granulele din zona cornoasă sunt cu muchiile ascuţite în contur poligonal. Granulele din zona făinoasă, drepte sau neregulate, ovale, elipsoidale, alungite cu proeminenţe: apar conglomerate de 2,3 şi mai multe granule Granulele din conglomerate ovale, rotunde sau lunguieţe, sunt divizate, cu muchii ascuţite sau drepte. Forme derivate: de lămâiei sau măciucă. Granulele din conglomerate (chiar cu 100 granule) au contur colţuros, parţial cristalizate, amidonul de umplutură cu muchii ascuţite, granule rotunde mari, rare.

45

30-40

2-3

4560

25-35

3-10

30

15-25

10

35

10-30

2

28

5-15

2-5

12

5-8

-

10

4-6

2

GRANU Nucleul LEI central, hilul mai rar nu prea adânc

Straturi concentrice rare

Nucleul central, hilul adânc sub formă de stea

Straturi concentrice

Nucleul central, hilul adânc, uneori sub formă de stea

Nu sunt vizibile

Nu sunt vizibile

Nu sunt vizibile

Hilul puţin vizibil

Nu sunt vizibile

Tabelul 1.20. Conţinutul de lipide în principalele cereale

CEREALA

libere

CONŢINUT DE LIPIDE, % legate 45

totale

Cerealele

Grâu Secară Porumb Ovăz Orez

1,85 1,68 4,78 5,70 2,34

0,84 0,88 0,64 0,74 0,49

2,69 2,56 5,42 6,44 2,83

Acizii graşi care se regăsesc cel mai frecvent în structura boabelor de cereale sunt: acidul palmitic, stearic, oleic, linoleic, linolenic (tabelul 1.21.). Tabelul 1.21. Conţinutul de acizi graşi din cereale, g acid gras/100 g cereale (sursa Cordain, 1999) ACID GRÂU GRAS Acizi graşi saturaţi miristic (14:0) palmitic 0,36 (16:0) stearic 0,01 (18.0) arahic (20:0) Acizi mononesaturaţi palmitoleic 0,01 (16:1) oleic 0,25 (18:1) Acizi polinesaturaţi linoleic 1,20 (18:2n-6) linolenic 0,10 (18:3n-3) Raport 12,0 n-6/n-3 Lipide, % din total 2,7 calorii

PORUM B

OREZ

ORZ

SORG

OVĂZ

SECAR Ă

MEI

0,00

0,03

0,01

0,01

0,02

-

0,00

0,40

0,54

0,45

0,44

1,21

0,25

0,68

0,06

0,04

0,02

0,03

0,10

0,02

0,16

0,01

0,01

0,00

0,00

0,04

0,00

0,02

0,01

0,01

0,01

0,04

0,02

0,01

0,02

0,91

0,54

0,24

1,15

2,60

0,22

0,83

2,12

0,78

1,14

1,46

2,87

0,95

1,69

0,03

0,03

0,13

0,09

0,16

0,12

0,13

70,7

26,0

8,7

16,2

17,9

7,9

13,0

4,1

2,3

2,8

3,3

7,4

2,2

4,1

Dintre componentele nesaponificabile ale lipidelor s-au identificat tocoferolii şi sterolii. În compoziţia chimică a boabelor de grâu şi secară sunt prezente şi alte substanţe organice, cum ar fi fosfatidele. Dintre acestea mai importantă este lecitina, care are o valoare nutritivă foarte ridicată şi un rol important în 46

Tehnologia prelucrării cerealelor

cadrul matabolismului. Conţinutul în lecitină din bobul de secară ajunge la 0,57%, iar în embrion valoarea acestuia creşte foarte mult, până la 3%. Vitaminele sunt compuşi biologic activi, de natură organică, cu structură variabilă şi complexă, care sunt necesari în cantităţi foarte mici pentru desfăşurarea a multor procese metabolice. Principalele vitamine prezente în boabele de cereale sunt: B1, B2, B6, PP, biotina, acidul pantotenic, A, E (tabelul 1.22.). Au fost efectuate cercetări pentru studiul conţinutului de vitamine B1, B6 în boabe cu diferite grade de sticlozitate. Conţinutul de vitamine este maxim în cazul grânelor cu sticlozitate ridicată. Tabelul 1.22. Conţinutul de vitamine din cereale, mg/100 g cereale (sursa Cordain, 1999) VITAMIN E B1 B2 B3 B6 Folat Acid pantotenic E

GRÂU 0,38 (35%) 0,12 (9%) 5,47 (36%) 0,30 (21%) 38,2 (21%) 0,95 (17%) -

PORUM B 0,39 (35%) 0,20 (15%) 3,63 (24%) 0,62 (39%) 19,0 (11%) 0,42 (8%) 0,49 (6%)

OREZ

ORZ

SORG

OVĂZ

0,40 (36%) 0,09 (7%) 5,09 (34%) 0,51 (32%) 19,5 (11%) 1,49 (27%) 0,68 (9%)

0,65 (59%) 0,29 (22%) 4,60 (31%) 0,32 (20%) 19,0 (11%) 0,28 (5%) 0,57 (7%)

0,24 (22%) 0,14 (11%) 2,92 (20%) -

0,76 (69%) 0,14 (11%) 0,96 (6%) 0,12 (7%) 56,0 (31%) 1,35 (24%) 1,09 (14%)

-

SECAR Ă 0,32 (29%) 0,25 (19%) 4,27 (28%) 0,29 (18%) 59,9 (33%) 1,46 (26%) 1,28 (16%)

MEI 0,42 (38%) 0,29 (22%) 4,72 (31%) 0,38 (24%) 85,0 (47%) 0,85 (15%) 0,05 (1%)

* % din necesarul zilnic

Distribuţia vitaminelor în boabele de cereale este neuniformă, ceea ce face ca şi făinurile cu grade diferite de extracţie să aibă conţinut diferit de vitamine (figura 1.5.). Vitaminele se găsesc îndeosebi în embrion şi în stratul aleuronic. În urma cercetărilor întreprinse s-a semnalat prezenţa unor antivitamine, compuşi care determină o inhibare parţială sau totală a activităţii vitaminelor prin descompunerea, inactivarea, interferenţa sau împiedicarea 47

Cerealele

asimilării acestora. S-a semnalat că la porumb acidul nicotinic se găseşte în stare legată, neasimilabilă, sub forma compuşilor de niacitină şi niacinogen, astfel că se creează o avitaminoză la consumul excesiv şi unilateral de porumb. Există de asemeni o tiaminază care împiedică utilizarea tiaminei prezentă în microflora intestinală la unele populaţii asiatice, astfel încât acestea nu asimilează tiamina din boabele de orez. conţinut vitamine, % 100 90 80 70 60 vitamina E acid pantotenic

50 40

riboflavina

30

acid folic

20

vitamina

10 0

10 0

90

80

70

60

B6

acid nicotinic biotina vitamina B1

50 40 extracţie, %

Figura 1.5. Variaţia conţinutului de vitamine în funcţie de extracţie

Enzimele sunt distribuite neuniform în boabele cerealelor. Cele mai importante sunt: α , β -amilaza, proteazele, lipaza, fitaza, celulaza, lipoxigenaza, tirozionaza.

• α -Amilaza (α -1,4-glucan-4-glucohidrolaza) Este o endoenzimă care hidrolizează legăturile α -(1,4) glucozidice din lanţul moleculei de amidon, fără a ataca legăturile terminale.

• β -Amilaza (β -1,4-glucan-maltohidrolaza) 48

Tehnologia prelucrării cerealelor

Este o enzimă acidorezistentă comparativ cu

α -amilaza şi mai puţin

stabilă la temperatură comparativ cu α -amilaza. β -amilaza este o exoenzimă care eliberează din amiloză maltoza, moleculă cu moleculă. Acelaşi lucru se întâmplă şi în cazul amilopectinei, dar numai până când enzima ajunge la o ramificaţie. β -amilaza nu poate trece peste aceste ramificaţii şi ca urmare acţiunea ei încetează. În aceste condiţii se formează maltoza în cantităţi mai mari şi dextrine limită. În făinuri provenite din boabe de grâu normale se găseşte în stare liberă activă numai β -amilază (în cantitate suficientă), α -amilaza este numai sub formă de urme (grâul sticlos sau grâul recoltat în veri secetoase poate să nu conţină α -amilază). În făinurile provenite din grâne încolţite, atacate de ploşniţa grâului sau încinse la conservare se înregistrează o intensificare a activităţii celor două enzime: activitatea α -amilazei creşte de circa 10000 ori şi activitatea β amilazei de 3-4 ori. Cele două enzime amilolitice au localizare diferită în bobul de grâu: α amilaza este localizată mai mult în stratul aleuronic şi în învelişul seminal (făinurile de extracţie mare au mai multă α -amilază). β -Amilaza este localizată în endosperm şi mai puţin în stratul aleuronic şi învelişul seminal (făinurile de extracţie mică au mai multă β -amilază).

• Enzimele proteolitice Grâul şi făina obţinută din acesta, conţin un complex de enzime proteolitice, din care a mică parte (10-25%) sunt extractibile (în mediul apos la pH-ul din aluat de 5,8) şi cedate aluatului. Această parte extractibilă a enzimelor proteolitice este formată din endopeptidaze care acţionează asupra glutenului prin hidroliza legăturilor peptidice din interiorul macromoleculei, cu formare de peptide, şi exopeptidaze care hidrolizează macromolecula de gluten atacând numai legăturile peptidice terminale cu formare de aminoacizi. Activitatea proteolitică a grâului depinde de starea lui fiziologică, de soi şi de condiţiile de cultură. Grâul matur şi sănătos are activitate proteolitică redusă. Prin atacul ploşniţei asupra grâului se introduce în bob un complex proteolitic, cu o activitate enzimatică pronunţată. 49

Cerealele

Enzimele proteolitice se găsesc distribuite neuniform în bob. Cantitatea cea mai mare se găseşte în pericarp, învelişul seminal, stratul aleuronic şi embrion, în timp ce în endosperm se găseşte în cantitatea cea mai mică. Din această cauză activitatea proteolitică a făinurilor este influenţată de gradul de extracţie: făinurile de extracţie mare au activitate proteolitică mai mare, făinurile de extracţie slabă au activitate proteolitică mai slabă. În realizarea însuşirilor reologice specifice ale aluatului, enzimele proteolitice pot interveni în sens pozitiv sau pot avea urmări nefaste asupra calităţii produselor, funcţie de cantitatea de şi activitatea enzimei şi de rezistenţa proteinelor la atacul enzimei.

• Lipazele Este enzima care hidrolizează esterii glicerinei cu acizi graşi cu catenă lungă. Sunt concentrate în scutellum, germene, stratul aleuronic şi în cantităţi mici în endosperm. Învelişurile conţin aproximativ 50% din lipaza totală, iar embrionul aproximativ 20%. Acţionează în timpul depozitării grâului şi făinii, eliberând acizi graşi liberi (pH optim = 7,4, t = 38ºC, inactivare la t>40ºC).

• Fitaza Hidrolizează fitaţii şi acidul fitic la mezo-inozitol, acid fosforic. Activitatea optimă este la pH = 5-5,5 / 50-55ºC până la 70ºC. Se găseşte în bob alături de fitaţi. Activitatea fitazică la grâu şi secară este mai mare decât la ovăz, deşi conţinutul în fitaţi este aproximativ acelaşi. Prin germinarea grâului activitatea fitazei creşte de 6,5 ori.

• Lipoxigenaza Catalizează peroxidarea acizilor graşi polinesaturaţi cu duble legături conjugate cis-cis 1,4-pentadienice (acizii linoleic şi linolenic). Grâul conţine cantităţi mici de de lipozigenază, conţinutul variind cu soiul, condiţiile de cultură şi gradul de maturitate al bobului. Este localizată în special în scutellum şi embrion şi foarte puţin în endosperm. soiurile tari, roşii, sunt mai bogate în lipoxigenază decât cele moi, albe.

• Tirozinaza

50

Tehnologia prelucrării cerealelor

Este concentrată în stratul aleuronic. Oxidează monofenolii la chinone. Determină închiderea culorii aluatului şi a pâinii de grâu, datorită aminoacizilor tirozina în prezenţa oxigenului. Substanţele minerale Cantitatea de substanţe minerale variază în funcţie de natura cerealei, de condiţiile de climă, de sol, precum şi de metodele de cultură, fertilizare, de folosire a erbicidelor, irigaţii. Substanţele minerale sunt repartizate neuniform în părţile anatomice ale boabelor de cereale, motiv pentru care şi produsele de măciniş au un conţinutul variabil de substanţe minerale (figura 1.6.). conţinut mineral, % 100 90 80 70 60 Na

50 40

Ca P K

30 20

Fe Mg

10 0 100

90

80

60 70 extracţie, %

Figura 1.6. Variaţia conţinutului de substanţe minerale în funcţie de extracţie

În tabelul 1.23. este prezentată variaţia conţinutului de substanţe minerale în părţile anatomice ale principalelor cereale. Se constată existenţa unei cantităţi mari de substanţe minerale în embrion, strat aleuronic şi învelişuri. 51

Cerealele

Endospermul secarei are un conţinut mai mare de substanţe minerale decât cel al grâului. Distribuţie neuniformă a substanţelor minerale există şi în cadrul endospermului. În compoziţia cenuşii intră o serie de elemente, care se pot clasifica astfel: 

Grupa I: C, O, H, N, S, P – care se găsesc în proporţie de 9598,5%,



Grupa II: care se găsesc în proporţie de 1,5-5%, şi care pot fi grupate astfel:  macroelemente: K, Mg, Na, Fe, Al, Si, Ca – ce se găsesc în proporţie de 0,1-0,01,  microelemente: Mn, B, Sr, Cu, Zn, Ba, Ti, Li, I, Br, Mo, Co – în proporţie de 0,001-0,00001,  ultramicroelemente: Cs, Se, Cd, Hg, Ag, Au, Ra – în proporţie mai mică 0,000001. Tabelul 1.23. Conţinutul de substanţe minerale din părţile anatomice ale principalelor cereale

COMPONENTA ANATOMICĂ Bobul întreg Învelişul pericarp Învelişul seminal Stratul aleuronic Endosperm Embrion Pedicul

Grâu 1,98 2,78 9,82 15,98 0,43 5,82 -

CONŢINUTUL MINERAL MEDIU, %S .U. Secară Porumb 1,86 1,62 3,55 1,78 3,28 7,06 0,30, din care 0,85 în partea cornoasă 0,54 şi 0,39 în partea făinoasă 6,32 9,24 3,22

Conţinutul de substanţe minerale din cereale este prezentat în tabelul 1.24. Tabelul 1.24. Conţinutul de elemente minerale din cereale, mg/100 g cereale (sursa Cordain, 1999) ELEMEN TE MINERA LE

GRÂU

PORUM B

OREZ

ORZ

52

SORG

OVĂZ

SECAR Ă

MEI

Tehnologia prelucrării cerealelor

K Na Ca P Mg Fe Zn Cu Mn Se

363 (18%) 2 (0%) 29 (4%) 288 (36%) 126 (45%) 3,19 (21%) 2,65 (22%) 0,43 (19%) 3,98 (114%) 0,043 (78%)

287 (14%) 35 (1%) 7 (1%) 210 (26%) 127 (45%) 2,71 (18%) 2,21 (18%) 0,31 (14%) 0,46 (14%) 0,004 (8%)

223 (11%) 7 (0%) 23 (3%) 333 (42%) 143 (51%) 1,47 (10%) 2,02 (17%) 0,27 (12%) 3,75 (107%) -

452 (23%) 12 (1%) 33 (4%) 264 (33%) 133 (48%) 3,60 (24%) 2,77 (23%) 0,50 (22%) 1,95 (56%) 0,066 (120%)

350 (17%) 6 (0%) 28 (4%) 287 (36%) 4,40 (29%) -

429 (21%) 2 (0%) 53,9 (7%) 523 (65%) 177 (63%) 4,72 (31%) 3,97 (33%) 0,63 (28%) 4,92 (140%)

264 (13%) 6 (0%) 33 (4%) 374 (47%) 121 (43%) 2,67 (18%) 3,73 (31%) 0,45 (20%) 2,68 (77%)

195 (10%) 5 (0%) 8 (1%) 285 (36%) 114 (41%) 3,01 (20%) 1,68 (14%) 0,75 (33%) 1,63 (47%)

-

-

-

Un component mineral important din cereale este fitina, care se găseşte sub formă de fitaţi, acidul fitic şi esterul pentafosfat al mezo-inozitolului. Acidul fitic se găseşte în cantitate mai mare în stratul aleuronic al bobului de secară sub formă de granule de fitină, de săruri mixte de K şi Mg ale mioinozitolului hexafosfat (tabelul 1.25.). Acidul mio-inozitol hexafosfat prezent în cereale constituie un antinutrient deoarece reduce biodisponibilitatea ionilor bivalenţi – Zn, Ca şi Fe, prin formare de complecşi (fitaţi) cu aceste minerale. Pe baza conţinutului de substanţe minerale Mohs K. a stabilit o clasificare a extracţiilor de făină. Considerând bobul ca fiind format din 100 straturi imaginare, concentrice (stratul 0 – centrul endospermului, stratul 100 – învelişul pericarpic), s-a stabilit pentru fiecare fracţiune de făină o caracteristică proprie, limita inferioară şi superioară a straturilor din care provin. Tabelul 1.25. Conţinutul de fosfor fitinic din bobul de grâu COMPONENT Bobul întreg Tărâţă

CONŢINUT, % S.U. 0,17-0,32 0,75-1,20 53

Cerealele

Germene Făină, extracţie 72%

0,50-0,60 0,02-0,05

Extracţiile de făină pot fi de trei categorii: 

Extracţii simple – au limita inferioară 0, iar limita superioară variabilă (0-30, 0-70 etc.),



Extracţii intermediare – ambele limite sunt variabile (30-40, 20-70, 30-70 etc.),

Extracţii complementare – limita superioară este fixă, iar cea inferioară variabilă (30-100, 70-100 etc.), cu referire specială la tărâţă. Fiecărei extracţii simple îi corespunde un anumit conţinut de substanţe minerale. Pornind de la acest aspect Mohs a trasat o curbă de variaţie a cenuşii cu extracţia, admiţând că bobul de grâu are un conţinut mineral mediu de 1,907%. Analizând această curbă se observă că ea prezintă trei părţi distincte: 

 În domeniul extracţiilor 0-45, curba este paralelă cu axa absciselor, ceea ce face ca pentru aceste extracţii variaţiile conţinutului mineral să fie mici, caracterizarea făinurilor fiind făcută în funcţie de variaţia raportului CaO/MgO (pe măsură ce creşte extracţia, conţinutul de MgO creşte, iar cel de CaO scade).  În domeniul extracţiilor 45-95, curba prezintă variaţii mari de conţinut mineral, proporţionale cu extracţia; pe măsură ce creşte extracţia, începe să intervină stratul aleuronic cu un aport mineral mare.  În domeniul extracţiilor 95-100, curba prezintă o mică inflexiune, deoarece intervin învelişurile pericarpice, cu un aport mineral mai mic decât straturile anterioare. Conţinutul de substanţe minerale în cazul extracţiilor intermediare poate fi calculat folosind curba extracţiilor simple a lui Mohs, printr-o relaţie stabilită de Simion Popescu: A ⋅α + a ⋅β δ= A −a în care: 54

Tehnologia prelucrării cerealelor

δ = conţinutul mineral al extracţiei intermediare, A = limita superioară a extracţiei intermediare, A = limita inferioară a extracţiei intermediare, α ,β = conţinutul în cenuşă al extracţiei simple 0-A şi 0-a, %. Curba conţinutului de cenuşă a lui Mohs datează de la sfârşitul anilor 1930 (figura 1.7.). Ea a fost privită ca o referinţă standard şi a fost utilizată ca bază pentru reglarea proceselor din anii respectivi. Curba lui Mohs (1930) Curba actuală

conţinut cenuşă, %

1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,50 0,40

0,55

0,30 10

30

50

70 80 extracţie, %

Figura 1.7. Curba lui Mohs – realizată în 1930 şi cea actuală

Curbele actuale prezintă o diferenţă evidentă: după curba lui Mohs, randamentul de făină cu un conţinut mineral de 0,55% faţă de s.u., este de cca 70%, pe când în prezent, dacă grâul are calităţi bune de panificare şi este corect condiţionat, se poate obţine cu uşurinţă un randament de 77%. În figura 1.8. sunt prezentate curbele lui Mohs pentru grâu şi secară.

55

Cerealele

conţinut cenuşă, % 1,9 1,8 Curba lui Mohs pentru SECARĂ

1,6 1,4 1,2 1,0 0,8

Curba lui Mohs pentru GRÂU

0,6 0,4 0,3

10

30

50

70 90 extracţie, %

Figura 1.8. Curba lui Mohs pentru grâu şi secară - pentru o masă hectolitrică de 70kg/hl la secară, şi 75kg/hl la grâu (pentru valori mai mari ale masei hectolitrice curba conţinutului mineral se va afla sub cea indicată de Mohs)

1.8. Proprietăţile funcţionale ale cerealelor Cerealele şi produsele pe bază de cereale reprezintă o parte esenţială a dietei zilnice. În ţările industrializate 30% din necesarul energetic zilnic este asigurat prin consumul de astfel de produse, în timp ce în ţările în curs de dezvoltare procentul este de aproape 60%. În prezent majoritatea produselor pe bază de cereale sunt produse rafinate, cu un conţinut redus de fibre alimentare complexe, vitamine, minerale (Poutanen, 2005). Termenul de fibre alimentare complexe include fibrele alimentare şi componentele biologic active asociate lor. Recent AACC a redefinit fibrele alimentare, pentru a evidenţia efectele fiziologice ale acestora: “Fibrele alimentare sunt considerate părţi comestibile ale plantelor sau carbohidraţi analogi care sunt rezistente la 56

Tehnologia prelucrării cerealelor

digestia şi absorbţia în intestinul subţire, cu fermentare completă sau parţială în intestinul gros. Fibrele alimentare includ polizaharidele, oligozaharidele, lignina şi alte substanţe din plante asociate lor. Ele au rol fiziologic, incluzând efectul laxativ, şi/sau de reducere a nivelului colesterolului, şi/sau reducerea nivelului glicemiei.” Această definiţie include clar multe substanţe solubile, cum ar fi: fructooligozaharide, galactooligozaharide şi polidextroze care nu sunt incluse în valoarea fibrelor alimentare determinate prin metodele oficiale folosite în prezent (AACC, ICC, AOAC). Ovăzul este, aşa cum se poate observa din tabelul 1.26., cereala cu conţinutul cel mai mare de fibre alimentare. Tabelul 1.26. Conţinutul de amidon, de fibre alimentare şi principalele componente ale fibrelor alimentare din cereale (% s.u.) COMPONENT Amidon Fibre alimentare total β-glucani xilani celuloză lignină

GRÂU 68 12 0,8 6,0 2,5 0,8

SECARĂ 65 15 1,5 7,6 3,3 1,5

ORZ 62 20 3,4 7,0 5,3 2,2

OVĂZ 46 32 3,2 8,0 9,1 8,4

Fibrele de grâu, în comparaţie cu fibrele existente în alte cereale, au efecte mai pregnante în colon în reducerea concentraţiei de acizi biliari, a compuşilor mutagenici şi carcinogenici, în inhibarea activităţii bacteriilor de putrefacţie (Moraru şi Georgescu, 1999). Se consideră că celuloza şi lignina dar şi caracteristicile structurale ale tărâţei de grâu sunt factori responsabili pentru fermentabilitatea redusă a fibrelor din grâu şi capacitatea lor ridicată de legare a apei, a acizilor biliari şi a substanţelor citotoxice. Aceste caracteristici induc diferite răspunsuri fiziologice, cu efecte benefice asupra stării de sănătate: ameliorarea funcţionării colonului şi prevenirea constipaţiei, reducerea riscului de cancer de colon, reducerea riscului de cancer mamar, reducerea riscului de boli cardiovasculare şi diabet (Moraru şi Georgescu, 1999). 57

Cerealele

Conţinutul de fibre alimentare din ovăz variază între 10,2 şi 12,1%, în funcţie de genotip. Fibrele solubile reprezintă 40% din totalul fibrelor (tabelul 1.27.). Multe din efectele asupra sănătăţii a fibrelor sunt datorate fibrelor solubile. Compoziţia fibrelor solubile şi insolubile din ovăz este indicată în tabelul 1.28. Tabelul 1.27. Conţinutul de fibre din secară, (sursa Frolich şi Asp, 1981, şi Manthey ş.a., 1999, Cereal chem)

PRODUS Grâu Secară Ovăz

FIBRE TOTALE, % 14,4 16,8 10,2-12,1

FIBRE SOLUBILE, % 1,2 2,6 4,1-4,9

FIBRE INSOLUBILE, % 13,2 14,2 6,6-7,1

Tabelul 1.28. Compoziţia fibrelor din ovăz (sursa Manthey ş.a., 1999, Cereal chem) FIBRE solubile insolubile

TOTAL 4,1-4,9 6,6-7,1

Β-GLUCANI 3,2-3,9 1,5-1,7

ACID URONIC 0,1 0,4-0,5

LIGNINĂ 2,7-2,8

Cea mai mare importanţă fiziologică o au β-glucani. Aceste componente biochimice au efecte benefice în tratamentul diabetului şi asupra nivelului colesterolului seric. Cercetările au arătat că prin consum de tărâţe comerciale indicele glicemic este diminuat uşor, datorită capacităţii βglucanilor de a creşte vâscozitatea soluţiilor, şi în consecinţă a duratei de tranzit gastrointestinal. Diminuarea conţinutului de colesterol de către βglucani este indusă prin: creşterea gradului de excreţie a acizilor biliari, diminuarea nivelului insulinei, intensificarea producţiei de acizi graşi cu catenă scurtă prin fermentaţia β-glucanilor în colon, diminuarea vitezei de adsorbţie a grăsimilor, diminuarea activităţii lipazelor. β-glucani se găsesc în pereţii celulari ai orzului, ovăzului, grâului, porumbului, orezului, sorgului şi meiului. În orz şi ovăz, comparativ cu celelalte cereale, conţinutul în β-glucani este mai mare. Orzul conţine între

58

Tehnologia prelucrării cerealelor

20 şi 100 g/kg iar ovăzul între 25 şi 66 g/kg β-glucani (Lee ş.a., 1997, Cereal chem.). Compoziţia fibrelor alimentare din pâinea de secară (din făină integrală) este prezentată comparativ cu cea a fibrelor alimentare din pâinea de grâu (făină extracţie 70-80%) în tabelul 1.29. Tabelul 1.29. Compoziţia fibrelor alimentare din pâinea de secară şi pâinea albă de grâu (%s.u.) (sursa Mykkänen ş.a., 1995, Whole grain and human health, VTT Symposium)

COMPOZIŢIA FIBRELOR ALIMENTARE

PÂINE DIN FĂINĂ INTEGRALĂ DE SECARĂ

PÂINE DIN FĂINĂ ALBĂ DE GRÂU

1,4 11,4 (4,9)* 2,7 (1,1) 4,2 (1,8) 0,3 (0,1) 0,6 (0,3) 3,0 (1,3) 0,6 (0,3) 12,8 2,2 15,0

0,4 3,3 (1,6) 0,8 (0,4) 1,1 (0,6) 0,3 (0,2) 0,2 (0,2) 0,7 (0,1) 0,1 (0,1) 3,7 0,3 4,0

Polizaharide neamidonoase Celuloza Polizaharide necelulozice - arabinoză - xiloză - manoză - galactoză - glucoză - acid uronic Total polizaharide neamidonoase Lignină Fibre alimentare

*Valorile din paranteză indică polizaharidele neamidonoase solubile

Fibrele insolubile din orez au un efect de ameliorare a tranzitului intestinal şi de adsorbţie a acizilor biliari similar celor din grâu. Excreţia acizilor biliari stimulează sinteza de noi acizi biliari din colesterolul disponibil, diminuând nivelul colesterolului din sânge (Moraru şi Georgescu, 1999). Fibrele solubile (unele hemiceluloze) au efecte mai accentuate de legare a acizilor biliari. Dieta bogată în secară, fibre de secară, are un efect pozitiv în reducerea concentraţiei de LDL-colesterol şi de colesterol total. Reducerea colesterolului apare la un consum de pâine de secară de 195-240 g/zi; în cazul pâinii de grâu această reducere nu apare (Kujala, 1999). Studiile efectuate pe şobolani au arătat că această reducere este probabil datorată 59

Cerealele

reducerii absorbţiei acizilor biliari şi colesterolului. Făina integrală de secară, prin conţinutul ridicat de araboxilani solubili, poate avea efecte similare, de reducere a nivelului colesterolului şi a riscului de apariţie a bolilor de inimă, ca β -glucanii din ovăz. Conform noii definiţii a acestui grup de substanţe fructanii sunt consideraţi fibre alimentare. Conţinutul de fructani din secară depinde de anul de cultură (tabelul 1.30.). În urma procesului de panificaţie conţinutul de fructani se reduce (tabelul 1.31.). Tabelul 1.30. Conţinutul de fructani din secara provenită din ani de cultură diferiţi (sursa Karppinen ş.a., 2003, Cereal chem) AN DE CULTURĂ / CONŢINUT FRUCTANI, G/100G 1998 1999 2000

CEREALA Secară – media 13 soiuri cultivate în Finlanda

6,5

4,8

5

Tabelul 1.31. Conţinutul de fructani din făină, tărâţă şi pâine de secară (sursa Karppinen ş.a., 2003, Cereal chem)

PRODUS Tărâţă Făină neagră Făină albă Pâine preparată din: 36% făină integrală de secară şi făină de grâu 59% făină integrală de secară şi făină de grâu 70% făină integrală de secară şi făină de grâu 100% făină de secară

CONŢINUT DE FRUCTANI, G/100 G 6,6 4,5 3,1 2,5 2,8 2,3 2,6

Acizii graşi cu lanţuri scurte, acid butiric, acid propionic, acid acetic, sunt produşi în timpul fermentaţiei în colon, realizând reducerea pH-ului şi influenţând compoziţia microflorei. Pe lângă acizii graşi cu lanţuri scurte se formează H2, CO2, ca produşi gazoşi primari, şi metan, hidrogen sulfurat, ca produşi gazoşi secundari. 60

Tehnologia prelucrării cerealelor

Acidul butiric are rol în protejarea mucoasei intestinale de transformarea malignă (Dumitrescu ş.a., 1991), este un nutrient important pentru colonocite. Acizii graşi cu lanţuri scurte au şi capacitatea de inhibare a sintezei colesterolului hepatic. Substratul din care se formează acidul butiric îl constituie carbohidraţii nedigestibili – oligozaharide neamidonoase, amidon rezistent, polizaharide neamidonoase. Producţia totală de butirat este influenţată de tipul şi structura substratului, de gradul de substituire a xilozei cu unităţi de arabinoză, de legăturile existente între polimerii pereţilor celulari, spre exemplu între araboxilani şi lignină (Knudsen Bach ş.a., 2001, Whole grain and human health, VTT Symposium). Cercetările “in vitro” efectuate de Karppinen ş.a. (2001) au condus la obţinerea următoarelor raporturi molare ale celor trei acizi - acid acetic, acid propionic, acid butiric, după 24h de fermentare, în funcţie de substratul folosit:

•

tărâţă de secară (ara:xyl=0,57) – 56:23:21, ara:xyl=1,1

•

fracţiune extractibilă cu apa din tărâţa de secară (ara:xyl=0,74) – 56:22:21, ara:xyl=1,1

•

fracţiunea extractibilă în alcalii din tărâţa de secară (ara:xyl=0,62) – 59:21:20, ara: xyl=1,2

•

fracţiunea neextractibilă din tărâţa de secară (ara:xyl=0,52) – 61:22:18 ara:xyl=1,1. Tărâţa de secară, compusă mai ales din fracţiuni neextractibile cu apa şi fracţiuni extractibile cu alcalii, a fost fermentată mai lent, dar după 24h fermentarea s-a realizat cu aceeaşi intensitate ca în cazul fracţiunile extractibile cu apa. Glitsot şi colab. (citaţi de Karppinen ş.a., 2001) au raportat diferenţe de viteze de fermentare atunci când au studiat “in vivo” fermentarea în intestinul gros al porcilor, a diferitelor fracţiuni de măciniş obţinute din secară. Araboxilanii extractibili cu apa din endospermul secarei au fost rapid degradaţi în cecum, pe când araboxilanii din pericarp/învelişul seminţei, datorită gradului ridicat de substituire a lanţului de xilan, au rămas nedegradaţi în intestinul gros. Araboxilanii din stratul aleuronic, caracterizaţi prin prezenţa fracţiunilor extractibile cu alcalii, cu grad redus de substituire, 61

Cerealele

au fost de asemenea degradaţi, dar ceva mai lent decât araboxilanii extractibili cu apa. Inulina şi oligofructoza , cunoscute ca prebiotice, sunt rapid şi complet fermenatate de bacteriile din colon. Viteza de fermentaţie a fructooligozaharidelor depinde de lungimea lanţului, moleculele cu grad de polimerizare mai mare de 10 sunt fermentate, în medie, la jumătate din viteza celor cu grad de polimeraizare mai mic de 10. Secara este o importantă sursă naturală de fructani care sunt rapid fermentaţi de bacteriile din colon şi au acelaşi efect asupra sănătăţii ca şi inulina (Karppinen ş.a., 2003). Microflora intestinală poate fi schimbată, controlată, în beneficiul sănătăţii. Probioticele sunt organisme vii, de origine alimentară, cu efect benefic pentru sănătate, care îmbunătăţesc balanţa microbiană intestinală (Kujala, 1999). Cele mai studiate componente probiotice sunt oligoglucidele, care pot schimba microflora intestinală în favoarea bifidobacteriilor. Okazaki ş.a, 1990, citaţi de Kujala, 1999, au evidenţiat că xiloglucidele favorizează dezvoltarea bifidobacteriilor. Capacitatea araboxilanilor din secară de a selecta şi stimula un grup de bacterii din colon rămâne de studiat. Fibrele complexe din secară au un efect favorabil în prevenirea diabetului de tip II, insulinoindependent. Analiza indicelui glicemic la şase sortimente de pâine de secară a condus la obţinerea unor valori care au variat între 66 şi 97 (Kujala, 1999). Indexul glicemic (aria curbei glicemice pentru fiecare aliment exprimată ca procente din aria obţinută după aceeaşi cantitate de glucide sub formă de glucoză) depinde de modul în care a fost obţinut produsul alimentar, de tipul fibrelor conţinute. Astfel pâinea de secară conţinând boabe întregi de secară are un index glicemic mai mic decât pâinea de secară obţinută din făină integrală. Studiile efectuate în Finlanda au indicat obţinerea unui răspuns insulinic semnificativ mai mic în cazul consumului de pâine de secară faţă de consumul de pâine de grâu; în ceea ce priveşte nivelul glucozei nu au fost constatate diferenţe (Mykkanen ş.a., 2001, Ylonene, ş.a, 2001, Whole grain and human health, VTT Symposium). Studii recente au indicat efectul acizilor organici în reducerea 62

Tehnologia prelucrării cerealelor

glicemiei şi insulinemiei (pâinea de secară cu aluat acid) (Ostman ş.a., 2001). Fibrele alimentare solubile, cum ar fi β -glucanii şi araboxilanii solubili, măresc vâscozitatea în lumenul gastric, influenţând absorbţia glucidelor şi, ca urmare, contribuie la întârzierea răspunsului glicemic (Kujala, 1999). Reducerea răspunsului glicemic se explică, în parte, prin capacitatea pe care o au fibrele alimentare de a micşora viteza de absorbţie a glucozei, prin încetinirea golirii gastrice. Mulţi cercetători consideră că efectul inhibitor al absorbţiei mineralelor din făina integrală de secară sau grâu, dar şi din alte cereale, este datorată conţinutului de fibre din aceste produse, mai cu seamă prezenţei fitatului. Acidul mio-inozitol hexafosfat prezent în cereale constituie un antinutrient deoarece reduce biodisponibilitatea ionilor bivalenţi – Zn2+ (Bergman ş.a., 2001, Cereal chem.), Ca2+ (Heanez, 1998, citat de Bergman, 2001) şi Fe2+ (Brune, 1992), prin formare de complecşi (fitaţi) cu aceste minerale. Între 50 şi 85% din fosforul total se găseşte sub formă de fitină (Fredlund ş.a., 1997, J. Cereal Sci.). Conţinutul de acid fitic este influenţat de mai mulţi factori: •

gradul de maturizare a seminţelor,

•

fertilizarea solului,

•

tipul de îngrăşăminte (N/P/K),

•

perioada de fertilizare,

• conţinutul de fosfor din sol. În grâu şi secară fitina este distribuită neuniform în bob: în stratul aleuronic se găseşte în proporţie de 85%, în germene de 13% iar în endosperm de 2%. Una sau două grupări fosfat din molecula acidului fitic pot interacţiona, şi deci lega, ioni de Ca, Mg, Zn, Fe (figura 1.9a.), iar la pH scăzut (figura 1.9b.) şi pH = 5-10 (figura 1.9c.) pot interacţiona, şi lega, proteine. Datorită acestor proprietăţi acidul fitic este considerat ca fiind un antinutrient. În concentraţii mari el poate reduce nu numai biodisponibilitatea mineralelor dar şi a proteinelor (Hidvegi şi Laszitity, 2002, Periodica Polytechnica Ser. Chem. Eng). De asemenea, inhibă acţiunea unor enzime ca amilazele, 63

Cerealele

pepsina, tripsina şi fosfatazele acide, intervenind defavorabil în procesele de digestie. Aplicarea unor tratamente hidrotermice poate determina reducerea fitatului, după cum urmează:

•

tratamentul cu apă sau tampon acetat (pH=4,8) la 55ºC/24h, reduce fitatul cu 46-77%, respectiv 84-99% (Fredlund ş.a., 1997), pentru grâu, secară şi orz; pentru ovăz reducerea fitatului a fost de 8-26%, dar după măcinare şi înmuirere reducerea a fost de 72-77%, în cazul ovăzului decojit, şi de 88-94%, în cazul ovăzului golaş,

•

tratamentul cu acid lactic (1,3-1,5%)/45-55ºC/1h (în 2 etape) şi cu apă la 60-80ºC/1h, reduce fitatul cu 99-99,5% (Bergman ş.a., 2001). Se apreciază că adaosul de acid lactic, pe lângă reducerea fitatului, previne dezvoltarea bacteriilor în timpul procesului hidrotermic, asigurând produselor calităţi igienice corespunzătoare. Reducerea fitatului prin aplicarea tratamentelor hidrotermice este posibilă datorită acţiunii fitazei care hidrolizează acest compus la mio-inozitol şi fosfat anorganic prin intermediul mio-inozitol fosfat (penta şi monofosfat). Fitaza este prezentă în secară şi orz în cantităţi mai mari decât în grâu, iar în ovăz în cantitate mai mică decât în secară, orz şi grâu. Activitatea optimă a acestei enzime se înregistrează la 55ºC/pH=5,15, dar pentru ovăz rezultate mai bune se obţin la 37-40ºC, decât la 55ºC (Fredlund, ş.a., 1997). Reducerea fitatului poate fi realizată şi prin conducerea procesului de fermentare. Cercetările efectuate de Harland (1980, Cereal chem.) au arătat că acest lucru este realizat prin creşterea cantităţii de drojdie din reţeta de fabricaţie şi prelungirea timpului de fermentare.

64

Tehnologia prelucrării cerealelor

a. HO O

proteina H

CH 2 b.

+ NH

3

-

O

O P

P

+Ca+ O

-

O

P

O

O

H

H

O

-

O O

O

P

P

+ + Ca

OH

O O C c.

CH 2

proteina

O

HO

-

O

H

O O

H

H

O

-

O

OH

O

P

O-

HO

Figura 1.9. Interacţiile acidului fitic cu mineralele şi proteinele: a. cu Ca2+, b. cu proteinele la pH scăzut, c. cu proteinele la pH = 5-10 (sursa Hidvegi şi Laszitity, 2002)

Drojdia conţine fosfatază care poate hidroliza fitatul la ortofosfat şi inozitol. Conţinutul în substanţe minerale din pâinea de grâu (din făină integrală şi făină albă) şi pâinea de secară, stabilit după 2 h de fermentare şi folosirea a 1,6, respectiv 1,8% drojdie/s.u. a ingredientelor, este prezentat în tabelul 1.32. Tabelul 1.32. Conţinutul de elemente minerale din pâine (sursa: Harland, 1980)

PÂINE Secară Făină albă de grâu Făină integrală de grâu

Ca 10,4 12,4 7,6

MINERALE, MG/28 G FELIE PÂINE P Mg Cu Fe Mn 68,8 20,8 0,14 0,78 0,60 31,1 6,1 0,05 0,80 0,08 92,4 34,7 0,12 0,95 0,86

Zn 0,57 0,14 0,72

Se înregistrează o reducere a raportului fitat/Zn, raport care serveşte drept indicator al biodisponibilităţii zincului din dietă pentru organism, de la 39 la 10 pentru pâinea de secară şi 24 la 16 pentru pâinea din făină integrală de grâu; pentru pâinea din făină albă de grâu a fost obţinută o reducere de la 6 la 4 a acestui raport (Harland, B.F., Harland, J., 1980). 65

Cerealele

Au fost efectuate cercetări pentru determinarea balanţei calciului, magneziului, fierului, zincului şi fosforului, în cazul dietelor cu conţinut ridicat şi redus de fibre din secară. Rezultatele acestor investigaţii sunt prezentate în tabelul 1.33. Se constată creşterea semnificativă a conţinutului de elemente minerale în cazul dietei bogate în fibre (consum de pâine din făină integrală de secară), reflectând astfel aportul mineral ridicat al straturilor de înveliş din secară (creşterea este mai puţin semnificativă în cazul calciului). Deşi eliminarea în fecale a elementelor minerale creşte în cazul dietelor bogate în fibre, balanţa nu a fost afectată negativ, dar se ameliorează în cazul fierului şi zincului, probabil datorită compoziţiei dietei (produse de origine animală – carne, brânzeturi). Substanţele biologic active, aflate în cantităţi mici dar cu efecte biologice pronunţate, sunt formate din vitamine, antioxidanţi şi fitohormoni. Vitamina E, acidul fitic, compuşii fenolici, flavonoidele şi sterolii sunt antioxidanţi prezenţi în cereale. În secară substanţe biologic active sunt şi lignanii şi alkylresorcinol-ul. Tabelul 1.33. Balanţa minerală pentru diete cu conţinut diferit de fibre de secară (sursa: Feldheim şi Wisker, 1995, International rye symposium: Technology and products, VTT Symposium) INGERARE Dietă cu un conţinut redus de fibre -calciu 1191 -magneziu 221 -fosfor 1427 -fier 7,3 -zinc 10,1 Dietă cu un conţinut ridicat de fibre -calciu 1259 -magneziu 434 -fosfor 2245 -fier 17,0 -zinc 15,8

66

EXCREŢIE

BALANŢA

1039 150 588 6,3 9,5

-7 - 14 - 27 1 0

1137 367 1091 13,4 14,2

20 - 11 70 3,5 1,1

Tehnologia prelucrării cerealelor

Vitaminele E sunt esenţiale în neutralizarea radicalilor liberi, prevenind reacţiile de peroxidare a lipidelor din membrana celulară. Ca antioxidant principal el protejează în primul rând faţă de bolile cardiovasculare şi afecţiuni ale sistemului nervos şi imunitar. Se găsesc cu precădere în germenii cerealelor. Un conţinut foarte mare se găseşte în uleiul de germeni de grâu, orz, porumb (tabelul 1.34). Acestea conţin tocoferoli, raportul alfa-/beta-/gama-/delta-tocoferoli pentru uleiurile menţionate fiind 4/2/1/1 (grâu), 7/1/1/0 (orz), 1/5/6/0,2 (porumb). Uleiurile de grâu, orez şi orz conţin şi tocotrienoli, în proporţiile faţă de totalul vitaminelor E de 8%, 79%, respectiv 67% (Safta, 2002). Tabelul 1.34. Conţinutul în vitamine E al cerealelor şi produselor cerealiere (sursa Safta, 2002) PRODUSE

MG/100 G PRODUS

Uleiuri Germeni de grâu Orz Orez Porumb Germeni de grâu Porumb Grâu Orez brun Orz Ovăz Făină de grâu

250 140 100 80 25 6 5 3 2 2 1,5

Cerealele sunt mai sărace în vitamine E decât uleiurile. Grâul conţine un amestec de alfa- şi beta-tocoferol şi beta-tocotrienol în raportul de 1/1/3, iar în germenii de grâu proporţia primelor două este 2/1, în orz raportul alfatocoferol/alfa-tocotrienol şi beta-tocotrienol este de 1/1/1, orezul maroniu are alfa-tocoferol, alfa-tocotrienol şi gama-tocotrienol (1/1/1). În boabele de porumb proporţia de alfa-/gama-tocoferol plus alfa-/beta-/gama-tocotrienol este de 1/4/0,2/0,4/0,5. Prin măcinare şi convertire în special în făină albă, pierderile de vitamine E pot depăşi 90% din conţinutul iniţial. Conţinutul de acid fitic din secară este de 8,18 mg/g, în făina de secară de 3,44 mg/g, după Fretzdorff şi Weipert (1986, Cereal chem.), iar în grâu de 67

Cerealele

4,48 mg/g, după Kim ş.a. (2000). Ovăzul conţine între 5,6 şi 11,4 mg/g acid fitic (Peterson, 2001, J. Cereal Sci.). La concentraţii mici acidul fitic poate avea efecte benefice: •

îmbunătăţeşte capacitatea de transport a oxigenului la hemoglobină din celulele roşii ale sângelui, în special în condiţiile deficienţei de fosfor din organism,

•

stimulează hematopoeza şi formarea ţesuturilor şi contribuie la îmbunătăţirea tonusului sistemului nervos,

•

îmbunătăţeşte intensitatea şi stabilitatea atenţiei, măreşte capacitatea de muncă, înlătură senzaţia de oboseală şi stimulează capacitatea de apărare a organismului,

•

în combinaţie cu preparate din calciu este recomandat în rahitismul sistemului osos şi fracturi osoase,

•

în combinaţie cu fierul poate fi folosit în anemia adulţilor şi copiilor,

•

în concentraţie de 1,67 mg/ml inhibă efectul citotoxic al virusului imunodeficienţei şi reacţia antigenului specific în celulele afectate,

•

are efect anticoagulant,

•

prezintă acţiune chematoterapeutică şi chemopreventivă împotriva cancerului,

•

efecte pozitive în reducerea colesterolului şi trigliceridelor din ser,

•

previne formarea calculilor renali şi are efect protector în cancerul de colon şi de rect.

Cerealele constituie surse importante de steroli. Aceste componente active contribuie la reducerea nivelului colesterolului seric şi au efecte benefice în prevenirea cancerului de colon. Au fost efectuate numeroase studii pentru determinarea conţinutului de steroli – steroli liberi, esteri cu acizii graşi sau acizii fenolici, steril glicozide şi acil steril glicozide. În tabelul 1.35. este prezentat conţinutul de steroli din grâu şi secară. Tabelul 1.35. Conţinutul de steroli din grâu şi secară (mg/100 g) (sursa Piironen ş.a., 2002, Cereal chem) STEROLI Brassicasterol

GRÂU 2,5

SECARĂ 0,5 68

ORZ 1,3-3,5

Tehnologia prelucrării cerealelor

Campesterol Campestanol 0,9Stigmasterol Sitosterol Sitostanol Δ5-avenasterol Δ7-avenasterol Alţi steroli Total steroli

12,1-10,8 5,9-7,1 2,2-1,6 36,8-36 11,2-8,3 0,9 0,6 0,6-0,8 71,5-66,5

16,2-18,3 8,4-8,2 3,3-3,4 45,6-49,7 13-11,7 1,8-2,2 1,1-1,5 2,5-3,3 92,4-98,5

15-19,2 0,7-0,9 1,7-3,6 43,7-48,4 1,0 4,4-6 0,9-1,2 0,5-1,3 72-80,1

Conţinutul de sitosterol din secară şi grâu este de 49-50% şi ajunge până la 64% la orz. În secară şi grâu campestanolul şi sitostanolul au fost găsite în procente de 8-9%, respectiv de 9-14%, din total steroli. Beta-sitosterolul, Δ5 şi Δ7-avenasterol reprezintă 80-85% din totalul sterolilor din ovăz (Peterson, 2001). Au fost efectuate determinări de steroli şi pentru produsele de măciniş (tabelul 1.36.). Distribuţia sterolilor s-a constatat că este similară celei pentru cenuşă. Conţinutul de steroli a fost mai mare în germeni, 411 mg/100 g, şi mult mai mic în făină, 37-48 mg/100 g. Prin prelucrare conţinutul de steroli din orez scade, astfel orezul Cargo are un conţinut de 72 mg/100 g în timp ce orezul polisat are un conţinut de doar 29 mg/100 g. Conţinutul de steroli din hrişcă şi mei este similar celui din secară, grâu şi orz (tabelul 1.37.). Tabelul 1.36. Conţinutul de steroli din făină de grâu şi secară (mg/100 g), (sursa Piironen ş.a., 2002)

STEROLI Brassicasterol Campesterol Campestanol Stigmasterol Sitosterol Sitostanol Δ5-avenasterol Δ7-avenasterol Alţi steroli Total steroli

GRÂU FĂINĂ, TĂRÂŢĂ, % CENUŞĂ % CENUŞĂ 0,6 1,2 4 4,5 0,6 7,6 11,1 24,3 35,4 2,3 4,0 25,6 17,6 0,5 0,9 7,4 5,9 26,8 36,8 70,4 93,8 3,6 4,8 31,5 20,9 1,7 1,7 5,0 0,6 0,8 2,7 3,1 0,6 0,7 3,8 3,0 43,0 60,7 167,8 184,7

69

SECARĂ FĂINĂ, TĂRÂŢĂ, % CENUŞĂ % CENUŞĂ 0,7 1,0 1,8 4,5 0,5 1,6 8,4 12,6 19,0 26,6 3,6 4,3 8,4 23,8 1,6 2,5 3,6 7,0 25,4 36,0 51,4 74,7 4,6 6,0 10,7 29,9 1,4 1,4 1,8 2,8 0,7 1,0 1,6 3,1 1,6 2,2 2,8 6,4 47,4 66,4 99,3 175,5

Cerealele

Tabelul 1.37. Conţinutul de steroli din alte cereale decât grâu şi secară (mg/100 g), (sursa Piironen ş.a., 2002)

STEROLI Brassicasterol Campesterol Campestanol Stigmasterol Sitosterol Sitostanol Δ5-avenasterol cicloartenol + Δ7stigmastenol Δ7-avenasterol Alţi steroli Total steroli

8,4 0,6 1 35,2 1,9 3,5 -

OVĂZ ROLL ED 4,0 0,7 1,4 34,8 0,6 3,1 0,7

1,1

0,8

-

-

-

0,7

-

0,9 2,6 55,1

1,1 7,4 54,8

96,3

77

29,2

72,3

38,1

OR Z

HRIŞC Ă

MEI

9,3 77,5 2,3 4,0 2,8

1,1 11,2 1,8 37,1 8,7 7,8

OREZ POLIS AT 4,5 3,2 19,5 1,7 -

OREZ CARGO

FULGI PORUMB

14,6 10,4 37,5 1,7 1,3 4,5

5,8 1,3 22,4 6,0 0,9

Pâinea de secară este o sursă bună de steroli, 80,3 mg/100 g (tabelul 2.38.). Tabelul 1.38.. Conţinutul de steroli din pâine de grâu şi secară (mg/100 g) (sursa: Piironen ş.a., 2002) STEROLI Brassicasterol Campesterol Campestanol Stigmasterol Sitosterol Sitostanol Δ5-avenasterol cicloartenol + Δ7stigmastenol Δ7-avenasterol Alţi steroli Total steroli

PÂINE ALBĂ DE GRÂU 0,7 8,3 2,1 0,6 23,9 3,2 0,8 0,5

PÂINE DE SECARĂ 14,1 7,5 2,8 43,4 7,0 2,2 2,1

40,5

1,2 80,3

Flavonoidele sunt prezente în cereale în cantităţi mici. În făina de ovăz au fost identificate trei flavone majore: apigenină, luteolină, tricină (Peterson, 2001). 70

Tehnologia prelucrării cerealelor

Un grup important de compuşi fenolici au fost identificaţi în cereale: acid ferulic, acid cafeic, acid p-cumaric, acid galic, acid p-hidroxibenzoic, acid siringic, acid vanilic, avenantramide (Peterson ş.a., 2001, J. Cereal Sci.). Conţinutul în principalii antioxidanţi fenolici din ovăz şi produse din ovăz este prezentate în tabelul 1.39. Numeroase studii au arătat că derivaţii cu seleniu determină efecte benefice în artrite reumatismale, alcoolism, anxietate, boli cardiovasculare, cancer de prostată, colon şi plămâni etc. Seleniu ca atare nu este un antioxidant, el este metabolizat de organism sub forma unor aminoacizi cu seleniu care intervin în constituţia unor proteine şi enzime. Seleniu este necesar producerii glutation peroxidazei care reciclează glutationul şi îndepărtează produşii toxici, cu structură radicalică, rezultaţi prin oxidarea grăsimilor, cât şi pentru sinteza tioredoxin reductazei, care reciclează vitamina C (Safta, 2002). Cerealele sunt surse importante de seleniu (tabelul 1.40.). Tabelul 1.39. Conţinutul în compuşi fenolici din ovăz şi produse din ovăz (mg/kg)

AVENANTRAMI DE A B C Acizi fenolici Acid cafeic Acid p-cumaric Acid galic Acid ferulic Acid phidroxibenzoic Acid siringic Acid vanilic

PETERSON Ş.A., 2001 PETERSON, 2001 Fracţiune Crupe Crupe Coji decorticată 115,2 48 54 25 97,4 22,3 36 17 75,5 12,2 52 14 Peterson, 2001 Crupe Crupe Crupe Coji acizi liberi esteri solubili insolubili acizi liberi 1,0 1,6 0,9 0,7 0,5 0,8 9,7 0,6 2,4 8,6 55,3 1,7 0,7

0,7

-

-

2,3 0,7

3,0 3,5

-

4,0

Tabelul 1.40. Conţinutul în seleniu al unor cereale şi produse cerealiere (sursa Safta, 2002) 71

Cerealele

PRODUS Germeni de grâu Tărâţe de grâu Orez brun Orez alb Făină de ovăz

ΜG/100 G PRODUS 80 10 10 7 8

Cercetările din ultimii ani au evidenţiat rolul lignanilor din secară asupra cancerului de colon, prostatei, cancerului mamar. Lignanii sunt fitoestrogeni cărora li s-a acordat o atenţie deosebită în ultimii ani, considerându-se că dieta bogată în lignani este asociată cu incidenţa redusă a bolilor hormonale (Mykkänen ş.a., 1995, Heinonen ş.a., 2001, Whole grain and human health, VTT Symposium). Se consideră că mecanismul general al patogenezei, atât în cazul cancerului de colon cât şi în cazul cancerului mamar, îl constituie deficitul de lignani (Adlercreutz, 1984, citat de Dumitrescu şi Segal, 1991) şi în special a două produse: enterolactona şi enterodiolul care au proprietăţi anticancerigene. Ambii lignani se formează din produşi de origine vegetală sub acţiunea microflorei intestinale şi se excretă cu urina în cantităţi proporţionale cu aportul de fibre. Verificarea ipotezei lui Adlercreutz şi colab. privind corelaţia dintre cancerul mamar şi consumul de fibre s-a realizat prin compararea excreţiei enterolactonei cu urina, care a fost mai mică la bolnavele de cancer de sân (1,04 mmoli/24h), în comparaţie cu femeile sănătoase cu dietă obişnuită (2,30 mmoli/24h) şi cele cu dietă vegetariană (3,18 mmoli/24h). Iniţial în secară au fost identificaţi metaisoresinol (MAT) şi secoisolariciresinol (SECO). Au fost găsite în boabele de secară cantităţi relativ ridicate de SECO 18,1-16,0 µ /100g şi MAT 19,0-65,0 µ /100g. Aceştia sunt precursori ai lignanilor mamari enterodiol (END) şi enterolactone (ENL). SECO este mai întâi transformat sub acţiunea microflorei intestinale în END, care mai departe este oxidat la ENL; MAT este transformat direct, sub acţiunea microflorei intestinale în ENL (Kujala, 1999, Heinnonen ş.a., 2001). 72

Tehnologia prelucrării cerealelor

Recent s-a descoperit că microflora intestinală poate transforma şi alţi lignani: pinoresinol (PIN), lariciresinol (LAR), siringaresinol (SYR), isolariciresinol (ISO), în ENL şi END. Cantităţile de lignani vegetali estimate a fi prezente în tărâţa de secară sunt prezentate în tabelul 1.41. Au fost efectuate investigaţii, Nilsson ş.a.,1995, privind conţinutul de lignani din fracţiunile de făină obţinute la măcinarea secarei. Rezultatele obţinute au arătat că din cele şase fracţiuni de făină F5 are conţinutul cel mai mare de MAT şi SECO (tabelul 1.42.), în timp ce în irimic şi tărâţa s-a concentrat cea mai mare cantitate de fibre alimentare conţinând araboxilani (72%), celuloză (76), lignină (79%) dar şi MAT (87%) şi SECO (73%). Tabelul 1.41. Conţinutul de lignani vegetali estimaţi a fi prezenţi în tărâţa de secară (sursa Poutanen ş.a, 2001) LIGNANI VEGETALI Metairesinol Secoisolariciresinol Isolariciresinol Lariciresinol Pinoresinol Siringoresinol Total

NMOLI/G TĂRÂŢĂ SECARĂ 2 2 5 3 6 3 31

Tabelul 1.42. Conţinutul de lignani în secară şi fracţiuni de făină de secară, (sursa Nilsson, ş.a., 1995, International rye symposium: Technology and products, VTT Symposium) PRODUS Secară Făină de secară (extracţie făină total – 6 fracţiuni 60,7%, extracţie irimic 34,1%, extracţie tărâţă 5,2%), fracţiunea 5

CONŢINUT DE LIGNANI, PPM MAT 0,33-0,52; SECO 0,27-0,55 MAT 0,05-0,22; SECO 0,21-0,38

Biotransformarea lignanilor vegetali în lignani mamari este în relaţie directă cu microflora intestinală, tratamentul frecvent cu antibiotice putând distruge această microfloră. De altfel multe din efectele asupra sănătăţii atribuite fibrelor alimentare sunt legate de fermentaţia microbiană a fibrelor nedigestibile, polizaharidelor, în 73

Cerealele

intestinul gros. Principalii carbohidraţi fermentaţi sunt araboxilanii, β glucanii şi fructanii. Polizaharidele neextractibile cu apa din pereţii celulari ai cerealelor sunt de asemenea fermentate în intestinul gros, dar în mai mică măsură decât polizaharidele solubile, deoarece structura complexă a pereţilor celulari limitează accesibilitatea bacteriilor şi enzimelor care hidrolizează aceste substrate (Karppinen ş.a., 2001, Cereal chem.). Cercetările au arătat că doar ¼ din ISO sunt convertiţi în ENL de microflora intestinală (Adlercreutz ş.a., 2001, Whole grain and human health, VTT Symposium), iar studiile “in vitro” privind transformarea lignanilor vegetali puri în ENL şi END (Poutanen ş.a., 2001) au arătat că doar ISO rămâne neconvertit (tabelul 1.43.). Tabelul 1.43. Conversia lignanilor puri în ENL şi END după 24h de fermentare cu floră fecală umană (sursa Poutanen ş.a., 2001) LIGNANI PURI

CONVERSIE DUPĂ 24H, % 62 72 0 100 55 4

Metairesinol Secoisolariciresinol Isolariciresinol Lariciresinol Pinoresinol Siringoresinol

74