High amylose wheat flours for the development of healthy cereal based foods

According to scientific evidence, the diet has a central role in the promotion of health, and foods are now perceived as tools intended not to only satisfy physiological requirements but also to prevent nutrition-related diseases. In this context, food technologists are working on the development of innovative and healthy foods also to meet the growing consumer demand for this type of products. Based on this, cereals play an important role, because they are a common source of carbohydrates, protein, dietary fibre, vitamins and minerals, but they can also carry many bioactive compounds. Among cereals, wheat is a versatile ingredient for the production of foods with a high sensory appeal and popularity, indeed, wheat-based foods are ubiquitous in Western diets. However, nutritional quality of refined wheat foods is lower than the corresponding wholegrain products, due to the removal, during milling, of the caryopsis peripheral layers and germ, in which minerals, vitamins and especially dietary fibre are concentrated. To improve the nutritional quality of refined wheat-based food, manipulation of starchy endosperm targeting for changing the amylose/amylopectin ratio in favor of amylose could provide substantial health benefits at a global level through the delivery of resistant starch. Resistant starch is the starch fraction that escapes digestion and absorption in the upper gut and consequently reaches the large bowel where it serves as a substrate for the colonic microbiota. This property is able to provide fundamental support both to gut cell and other extra-intestinal tissues. In light of these considerations, this research aims to produce innovative cereal products with enhanced nutritional and healthy properties using high amylose wheat flours. The research work includes four main activities: 1) physicochemical and nutritional characterization of grain samples: the wild-type wheat line Cadenza (Triticum aestivum L.) and the modified high amylose line; 2) development of milling diagrams using both soft and hard wheat mill in combination with different debranning and tempering condition in order to obtain a higher amount of refining flours; 3) use of the obtained high amylose flours, alone and in combination with conventional ones, for the production of pasta; 4) nutritional, healthy and cooking properties evaluation of experimental pasta samples. The results obtained in the first part of the work highlighted that the modification of amylose-amylopectin ratio causes chemical (e.g. increase of resistant starch) and physical (e.g. increase of grain hardness) changes in kernel characteristics. A further important result of this study was the obtaining of flours with different chemical and rheological characteristics that allow their employment in the production of a wide range of cereal products with enhanced nutritional and healthy properties thanks to higher content of fibre and resistant starch, in compliance with nutritional and healthy claims enlisted in EC Reg. 1924/2006 and EU Reg. 432/2012. In particular, in this work the semolina-like flour obtained from durum wheat milling diagram was used, in combination with durum wheat semolina, for the production of pasta samples. On the basis of percentage substitution of durum wheat semolina with high amylose semolina, pasta samples presented levels of fibre and resistant starch that fulfill the requirements of nutritional and healthy claims above mentioned.

Numerose evidenze scientifiche hanno dimostrato che la dieta ha un ruolo centrale nella prevenzione delle malattie, infatti gli alimenti non solo hanno il compito di soddisfare i fabbisogni fisiologici dell’organismo, ma possono anche prevenire malattie legate all’alimentazione. In questo contesto, i tecnologici alimentari lavorano per lo sviluppo di alimenti innovativi e salutistici anche per rispondere alla crescente richiesta da parte dei consumatori di questa tipologia di prodotti. Sulla base di queste considerazioni, i cereali giocano un ruolo importante, poichè sono una fonte di carboidrati, proteine, fibra alimentare, vitamine e minerali, inoltre contengono anche diversi composti bioattivi. Tra i cereali, il frumento è un ingrediente versatile e molto diffuso e i prodotti da esso derivati sono ubiquitari nella dieta dei Paesi occidentali. Tuttavia, i prodotti finiti a base di sfarinati di frumento raffinati presentano una qualità nutrizionale inferiore rispetto ai corrispettivi ottenuti da sfarinati di frumento integrale a causa dell’allontanamento, durante la macinazione, degli strati esterni della cariosside e del germe che sono ricchi di minerali, vitamine e soprattutto fibra alimentare. Per migliorare la qualità nutrizionale dei prodotti finiti, le modifiche genetiche che inducono nel frumento un incremento del rapporto amilosio/amilopectina potrebbero fornire benefici salutistici legati all’apporto di amido resistente. Quest’ultimo è definito come la porzione di amido che non viene digerita nell’intestino tenue e raggiunge il colon dove viene fermentato dai microrganismi presenti. Questa proprietà è capace di apportare effetti benefici sia alle cellule dell’intestino che a quelle dei tessuti extra-intestinali. Questo progetto di ricerca ha lo scopo di produrre alimenti innovativi a base di cereali con proprietà nutrizionali e salutistiche migliorate usando sfarinati di frumento ad alto contenuto di amilosio. Il presente lavoro di tesi include quattro attività principali: 1) caratterizzazione chimico-fisico e nutrizionale di campioni di grano della varietà Cadenza ad alto contenuto di amilosio (Triticum aestivum L.) e della corrispondente varietà controllo; 2) sviluppo di diagrammi di macinazione usando sia mulini a tenero che a duro in combinazione con differenti condizioni di decorticazione e condizionamento del grano di partenza al fine di ottenere sfarinati raffinati; 3) uso degli sfarinati ottenuti, tal quale o in combinazione con sfarinati convenzionali, per la produzione di pasta; 4) valutazione delle proprietà nutrizionali e salutistiche e della qualità di cottura della pasta ottenuta. I risultati ottenuti nella prima parte del lavoro hanno evidenziato che la modifica del rapporto amilosio/amilopectina induce cambiamenti nelle caratteristiche chimico-fisiche della cariosside, in particolare si riscontra un incremento dell’amido resistente e della durezza della cariosside. Un altro importante risultato di questo studio è stato l’ottenimento di tipologie di sfarinati con caratteristiche chimiche e reologiche differenti che ne permettono l’impiego nella produzione di una vasta gamma di prodotti a base di cereali con migliorate caratteristiche nutrizionali e salutistiche grazie all’alto contenuto di fibre e di amido resistente, in accordo con i claim nutrizionali e salutistici riportati nei Regolamenti Comunitari CE 1924/2006 e UE 432/2012. In particolare, in questo lavoro, la semola alto amilosio ottenuta dalla macinazione con mulino a duro è stata utilizzata, in combinazione con semola di grano duro, per la produzione di pasta. Sulla base della percentuale di sostituzione di semola di grano duro con la semola alto amilosio, i campioni di pasta presentavano livelli di fibra alimentare e amido resistente che soddisfacevano i requisiti dei claim nutrizionali e salutistici menzionati.