I cereali Gruppo di specie prevalentemente della famiglia delle graminacee (monocotiledoni) la cui caratteristica comune è quella di produrre frutti o semi secchi, amidacei, utilizzati nell’alimentazione umana o animale interi, sottoforma di sfarinati o come prodotti derivati. Gruppo di specie maggiormente coltivato nel mondo Frumento Riso Mais Orzo Sorgo Avena miglio Segale Grano saraceno (Polygonium fagopyrum L.)

I cereali

Importanza storica Principale apporto calorico, lipidico, di sali minerali e vitamine sin dall’origine della raccolta e poi della loro coltivazione (neolitico). Integratore della dieta a base proteica dell’uomo cacciatore. La maggior parte delle civiltà antiche si sono estinte quando non sono state più autosufficienti per il fabbisogno di cereali. Più recentemente le politiche comunitarie in agricoltura (PAC) post-guerra sono state incentrate sul sostegno alla produzione cerealicola.

I cereali Notizie botaniche Apparato radicale fascicolato costituito da radici primarie (da 3 a 7) in sorgo, miglio, panico e riso (1), e radici secondarie o avventizie (si sviluppano allo stadio di 3-4 fg.) Le avventizie si sviluppano dai primi nodi del fusto sotto la superficie del terreno, nel mais si sviluppano anche nei primi nodi fuori suolo

I cereali Notizie botaniche Fusto Cilindro e cavo. È detto anche culmo. Costituito da nodi e internodi Ad ogni nodo è presente una foglia Foglie Tipiche delle monocotiledoni Alterne, lanceolate, parallelinervie Costituite da: guaina, lamina fogliare, ligula e auricole

I cereali

Notizie botaniche Ligula e auricole Rappresentano un carattere importante per l’identificazione della specie nelle fasi iniziali di sviluppo e della varietà prima dello sviluppo della spiga. La ligula svolge la funzione di sostegno della foglia determinandone la posizione eretta

I cereali

Notizie botaniche Culmi di accestimento Formazione di culmi secondari dalla corona da cui si sviluppano le radici avventizie. Il numero varia da 1 a più di 20. È una caratteristica specifica e varietale. Viene influenzata dalle condizioni ambientali e di fertilità. Può supportare la produzione in seguito a stress. Nelle specie moderne viene limitata la capacità di produrli.

I cereali

Notizie botaniche Infiorescenza Spiga (frumento, orzo, segale, triticale) Spadice (mais) Racemo (riso, sorgo, avena)

Classificazione botanica Famiglia: graminaceae Genere: Triticum Specie:Triticum durum (frumento duro) Triticum aestivum (frumento tenero) Triticum spelta, T. monococcum, T. dicoccum (farro) Origine: Tenero (medio oriente) Duro (Africa)

Il frumento

Diffusione mondiale Maggiori paesi produttori: Cina, india, USA, Russia Migliori rese: Germania, Regno Unito, Francia, Cina

Il frumento

Situazione italiana Secondo produttore mondiale di frumento duro. Prevale la produzione di frumento duro rispetto al tenero. Il tenero diffuso in pianura padana (Veneto, Lombardia, Emilia Romagna) Il duro nelle regioni del sud (Puglia, Sicilia, Campania, Molise, Basilicata)

Il frumento

Morfologia Culmo eretto 70-90 cm nelle cultivar moderne; 5-8 nodi e internodi Culmi di accestimento (1,3 – 1,5) Foglie con auricole molto sviluppate Infiorescenza pannocchia spiciforme (spiga) resta o arista solitamente assente nel tenero (varietà mutiche)

Il frumento

Morfologia Cariosside Frutto secco indeiscente con tessuti del pericarpo concresciuti e saldati con quelli del seme. Costituita da: Involucri: pericarpo e tegumenti seminali (esterno) Endosperma (sostanze di riserva) Germe (embrione) Peso di 1000 semi 35-45 g frumento tenero 40-50 g frumento duro

Il frumento

Cariosside Parametri qualitativi

Il frumento

Ciclo vegetativo e riproduttivo Germinazione - Accestimento - Levata - Spigatura e fioritura Maturazione

Il frumento

Germinazione: allungamento degli organi del germe con conseguente rottura dei tegumenti seminali e fuoriuscita del germoglio. Specie microterma Temperatura ottimale 20°C. Temperatura minima 2- 4°C (emergenza in 15-20 gg) Fuoriuscita della radichetta protetta dalla coleoriza Fuoriuscita della piumetta protetta dal coleoptile Allungamento del epicotile Formazione del nodo di accestimento (corona) alla superficie Emergenza della prima foglia vera

Il frumento

Accestimento: emissione di nuovi culmi dal nodo basale (nodo di accestimento) da cui si dipartono anche le radici avventizie. È influenzato da: epoca e densità di semina e dalla fertilità

Il frumento

Quantità di seme (kg/ha)

Epoca di semina Medie

Anticipata (1 ottobre)

Normale (15 ottobre)

Ritardata (31ottobre)

30 4,43 3,86 2,77 3,68

50 2,99 1,90 2,47 2,45

100 1,96 1,90 2,01 1,95

150 1,93 1,46 1,33 1,57

200 1,52 1,13 0,97 1,20

medie 2,57 2,05 1,91 2,17

Valori dell’indice di accestimento su frumento duro a Bologna (Toderi G. in Coltivazioni erbacee - Baldoni e Giardini)

Levata: innalzamento rapido dello stelo dovuto all’allungamento degli internodi. Si conclude con la fase di botticella (ingrossamento dell’ultima foglia dovuto all’innalzamento della spiga Rapido assorbimento di acqua ed elementi nutritivi. Una carenza in questo stadio determina una riduzione della taglia

Il frumento

Spigatura: fuoriuscita della spiga dall’ultima foglia spinta fuori dall’allungamento dell’ultimo internodo Fioritura: estroflessione delle antere dalle glumette. Fecondazione cleistogama (autogamia) già avvenuta prima della fioritura. Fecondazione scalare Circa 2 fiori per spighetta (36-40 per spiga) in buone condizioni di coltivazione.

Il frumento

Maturazione: formazione dell’embrione, accumulo ed elaborazione delle sostanze riserva (amido e proteine) Oltre il 90% delle sostanze della cariosside viene sintetizzata in questa fase

Maturazione lattea (spiga di colore verde al massimo del suo volume; consistenza lattiginosa della cariosside)

Maturazione cerosa (riduzione dell’umidità, consistenza cerosa, foglie basali ingiallite, accumulo di sostanze di riserva)

Maturazione piena (umidità attorno al 15%, consistenza dura, spiga e foglie ingiallite)

Ultramaturazione (umidità 11-12%, conservazione naturale)

Il frumento

Esigenze ambientali

Clima: 30°-60° di latitudine

Esigenze termiche: germinazione (2-4°C); levata (10°C); fioritura (15°C); maturazione (20°C)

Frumento duro più sensibile alle basse temperature rispetto al tenero. Danni da freddo (ingiallimento fogliare, danni alla spiga)

Terreno: medio impasto, limoso argilloso, pH alcalino, non salini

Soffre l’asfissia radicale, terreni sciolti (sabbiosi) non adatti

Il frumento

Avvicendamento

Entra in rotazione dopo colture da rinnovo (patata, pomodoro) o leguminose da granella o da foraggio

Lavori colturali

Lavorazione principale: Aratura o ripuntatura estiva (30 cm)

lavoro di preparazione autunnale del letto di semina (15 cm)

(erpicatura, fresatura)

Il frumento

Semina Epoca di semina (novembre, dicembre) Investimento (500 spighe a m2) Semina a file (14-20 cm) Profondità 3-4 cm

Il frumento

Concimazione

Dotazione del suolo (Analisi chimico - fisica)

Resa prevista

Asportazioni della coltura

Periodo di somministrazione

Alla semina

In copertura

Il frumento

Concimazione di fondo: Resa in granella 4 T/ha (asportazioni N= 110 kg; P2O5=38 kg e K2O= 54 kg)

Il frumento

Terreno argilloso (dotazione) P2O5 assimilabile = 30-39 ppm K2O scambiabile = 144-216 ppm

N totale =1.5 %o

Densità apparente = 1.3 g/cm3 Profilo = 40 cm

? Quanto pesa un ettaro di

superficie interessata dalle radici

Coefficiente di mineralizzazione dell’humus 1.5%

? In che quantità gli elementi sono

disponibili per la coltura

? Quanto bisogna apportare con la

concimazione

Concimazione di copertura: Azoto (50 kg) allo stadio di accestimento prima della levata e quando le temperature cominciano ad aumentare

Il frumento

Diserbo

Il frumento

Trattamento antifungino

Il frumento

Raccolta e componenti della resa

Il frumento

Epoca: da metà giugno a metà luglio

Composizione della cariosside:

Il frumento

Semola, farina

Endosperma (87-89%)

amido (60-70%) Antiossidanti e beta-glucani, fibra solubile e totale (pareti cellulari dell’endosperma)

proteine di riserva (8-18%)

Il frumento

Sottoprodotti della molitura

Tegumenti o crusca (8-10%) Embrione o germe (2-4%)

Composizione della cariosside:

Vitamine gruppo B Minerali Aminoacidi essenziali Fibre e antiossidanti Fattori antinutrizionali (tannini, fitati e resorcinoli)

Relazione negativa tra contenuto di antiossidanti e suscettibilità ad attacchi fungini (fusariosi)

Composti biologicamente

attivi

Il frumento

composto Per 100 g composto Per 100 g

Composti principali Fosforo (mg) 330

Acqua (g) 11.5 Magnesio (mg) 160

Proteine (g) 13 Zinco (mg) 2.9

Lipidi (g) 2.9 Rame (mg) 0.40

Amido (g) 53.9 Selenio (μg) 3.8

Zuccheri solubili (g) 3.2 Vitamine

Fibra totale (g) 9.8 Vitamina A (μg) 2

Sali minerali Vitamine gruppo B

Potassio (mg) 494 Tiamina (mg) 0.43

Ferro (mg) 3.6 Riboflavina (mg) 0.15

Calcio (mg) 30 Niacina (mg) 5.70

Composizione chimica della granella di frumento duro

Il frumento

Gruppo solubilità proprietà Contenuto (%)

Albumine Acqua Enzimatiche

15-20 globuline

Soluzione salina

emulsionanti

Gliadine 70%

etanolo Estensibilità 40

Glutenine Acidi, Basi Elasticità e

tenacità 40

Composizione proteica della semola (endosperma) di frumento duro

Glutine (proteine di

riserva)

Funzione strutturale e metabolica

Ricche in aminoacidi

contenenti zolfo

Proprietà viscoelastiche

(qualità pastificatoria e panificatoria)

Il frumento

Fattori determinanti la qualità

Il fattore ambientale prevale nell’influenzare il contenuto proteico Il fattore genetico prevale sulla qualità del glutine

Concimazione azotata incremento del contenuto proteico (gliadine e glutenine) Aumento del rapporto Gliadine/glutenine per aumento rapporto N/S Miglioramento degli indici tecnologici (W alveografico)

Concimazione solfatica Diminuzione rapporto gliadine/glutenine Aumento della tenuta alla cottura della pasta Miglioramento delle caratteristiche dell’impasto per la panificazione

Il frumento

Fattori determinanti la qualità

Il fattore temperatura

Alte temperature favoriscono l’incremento del tenore proteico riducendo l’accumulo di carboidrati e favorendo quello dell’azoto Aumento della velocità di traslocazione dell’azoto Aumento della sintesi proteica

Temperatura alla maturazione 30-35°C Migliorano le caratteristiche tecnologiche > 35°C Indebolimento della forza e tenacità del glutine (decremento glutenine/gliadine)

Il frumento

Fattori determinanti la qualità

Stress idrico e salino

Deficit idrico Aumento del contenuto proteico Aumento delle glutenine e della frazione insolubile

Stress salino Incremento del tenore proteico Riduzione del tenore in ceneri Miglioramento delle proprietà tecnologiche

Il frumento Amido

Amilosio: polimero lineare (22-36%) Amilopectina: polimero ramificato (65-78%)

Le proprietà chimico-fisiche e la destinazione d’uso della granella sono influenzate dal rapporto amilosio/amilopectina Al diminuire del contenuto di amilosio diminuisce la qualità di cottura della pasta

L’amilosio è considerato responsabile del 37% della qualità della pasta

Alte temperature (>35°C) Non riducono la traslocazione del saccarosio alla spiga ma ne riducono la velocità di conversione del saccarosio in amido. Riducono i livelli di fruttosio e l’attività di enzimi della via metabolica dell’amido. Viene comunque ridotta la durata di accumulo dell’amido (es. stretta)

Il frumento

La frazione lipidica

I lipidi liberi (mono e digalatto-gliceridi) hanno un impatto considerevole sulle qualità dell’impasto e dello sfarinato (es. volume alveolare del pane) I pigmenti responsabili del colore della pasta e della semola Xantofille (luteina) Flavoni (tricina) Carotenoidi (carotene): presenti in embrione ed endosperma Determinano il colore giallo alla pasta. Vengono ridotti durante il processo di pastificazione dai processi ossidativi (sbiancamento)

Il contenuto in carotenoidi è considerato uno dei criteri principali per determinare il valore nutrizionale e commerciale della pasta

Il colore bruno è determinato dal contenuto in ceneri e dal contenuto proteico

Il frumento Composti biologicamente attivi nella granella

Composti Principale localizzazione

Funzione

Composti fenolici

Acidi fenolici

Enodosperma e pericarpo

Ipocolesterolemica Antitumorale e antidiabetica

Flavonoidi

Lignani

Lignina

Tocoli

Tocoferoli Germe Riduzione del rischio di malattie cardiovascolari

e degenerative

Tocotrienoli Strato aleuronico e sub-

aleuronico

Carotenoidi Caroteni Endosperma, germe e

pericarpo Xantofille

fibre

Solubili pareti endosperma Attività prebiotica

Insolubili pericarpo Miglioramento

peristalsi

Il frumento

Effetto protettivo determinato da azione sinergica dei singoli antiossidanti Granella integrale presenta una capacità antiossidante totale Da uno studio condotto su granelle integrali di diversi cereali, quelle di frumento risultano seconde solo a quelle di mais e davanti ad avena e riso

Acido ferulico è il principale composto fenolico presente nel frumento I tocoli (vitamina E) sono maggiormente presenti nello strato aleuronico e germe (crusca). Aumentano con la concimazione solfatica

Carotenoidi (beta-carotene e luteina) presenti negli sfarinati integrali. Aumentano con il deficit idrico e la concimazione solfatica

Il frumento

Lignani contenuto in elevate concentrazioni 5 ppm. Potenti antiossidanti che svolgono azione anticancerogena

Fibra solubile (pentosani, pectine, gomme, mucillagini): azione prebiotica come substrato per la proliferazione dei batteri lattici intestinali. Controllo dell’indice glicemico e del colesterolo ematico Fibra insolubile (cellulosa, parte di emicellulosa, lignina): miglioramento della peristalsi anale

Il frumento

Ruolo della cariosside immatura per la produzione di alimenti funzionali

La cariosside allo stato di maturazione cerosa è ricca in fruttooligosaccaridi (FOS) o fruttani derivati del fruttosio (9%). Precursori della sintesi dell’amido sono bassi nella granella matura. Alimenti prebiotici utili come substrato di proliferazione dei batteri lattici. Utilizzate nella preparazione di minestre, fiocchi o come sfarinati nella produzione di pane biscotti e pasta senza superare il 30%. Aumenta la velocità i digestione dell’amido.

Quantità superiore di vitamina C rispetto alla granella matura

Stesso contenuto proteico ma con un migliore equilibrio aminoacidico

Il frumento

Metodo di coltivazione biologico sulle caratteristiche della cariosside

Minore contenuto proteico e in glutine (disponibilità di azoto per la coltura) con peggioramento delle proprietà tecnologiche Aroma più intenso per il maggiore rapporto tra crusca ed endosperma Aumento del contenuto in ceneri ed in acido ferulico Nessuna differenza per l’indice di giallo (carotenoidi)