Le differenze proteiche tra pane ottenuto da grano duro e grano tenero

La capacità della farina di grano di essere trasformata in diversi alimenti è in gran parte determinata dalle proteine. I cereali maturi contengono dall’8% al 20% di proteine. Le proteine del grano mostrano un'elevata complessità e diverse interazioni tra loro, rendendole così difficili da caratterizzare. Solitamente, sono classificati in base alla loro solubilità. A seguito della procedura di estrazione sequenziale di Osborne, albumine, globuline, gliadine e glutineine sono isolati.

Quali sono le proteine del grano

Le albumine e le globuline dell'endosperma del grano rappresentano dal 20% al 25% delle proteine totali del grano. Nutrizionalmente, le albumine e le globuline (non glutine) hanno un ottimo equilibrio aminoacidico. Molte di queste proteine sono enzimi coinvolti nell'attività metabolica. Tuttavia, diverse altre proteine hanno funzioni sconosciute e non sono ben caratterizzate. Alcune proteine, in particolare quelle appartenenti a una famiglia di inibitori della tripsina e dell’amilasi α, sono anche implicate nella difesa delle piante, ma è stato dimostrato il ruolo degli inibitori dell’α-amilasi e della tripsina come allergeni del grano nell’asma del fornaio. La maggior parte delle proteine fisiologicamente attive influenzano anche la lavorazione e le proprietà reologiche della farina di grano. Negli ultimi anni, i benefici dell’uso di amilasi, xilanasi, lipossigenasi, pentosanasi, glucosio ossidasi, hanno stimolato ulteriormente l’interesse per l’industria della panificazione.

Il grano è unico tra i chicchi commestibili perché la farina di grano ha il complesso proteico chiamato “glutine” che può essere formato in impasto con le proprietà reologiche richieste per la produzione del pane lievitato. Le proprietà reologiche del glutine sono necessarie non solo per la produzione del pane, ma anche nella più ampia gamma di alimenti che possono essere realizzati solo con grano, vale a dire, tagliatelle, pasta, pane tascabile, dolci, biscotti e altri prodotti. Le proteine del glutine sono costituite da gliadine monomeriche e glutine polimeriche. Le glutenine e le gliadine sono riconosciute come le principali proteine di conservazione del grano, costituendo circa il 75-85% delle proteine totali del grano con un rapporto di circa 1:1 nel grano comune o del pane e tendono ad essere ricche di asparagina, glutammina, arginina o prolina ma molto basse in aminoacidi nutrizionalmente importanti lisina, triptofano e metionina.

Le gliadine costituiscono dal 30 al 40% delle proteine della farina totali e sono miscela polimorfa di proteine solubili nel 70% di alcol, e possono essere separate in α-, β-, γ- e ω-gliadine con un intervallo di peso molecolare da 30 a 80 kDa come determinato da SDS-PAGE. I pesi molecolari delle ω-gliadine sono compresi tra 46 e 74 kDa, e le α, β e γ-gliadine hanno Mw inferiore, che vanno da 30 a 45 kDa mediante SDS-PAGE e sequenziamento degli aminoacidi. Quest'ultimo approccio ha dimostrato che le α e β-gliadine sono strettamente correlate e quindi sono spesso indicate come α-tipo gliadine. α-Gliadine sono ritenuti responsabili dell'intolleranza al glutine mentre γ-gliadine e glutineine sono molto meno.

I polimeri di glutenina sono costituiti da singoli polipeptidi legati attraverso legami di disolfuro intermolecolare che rappresentano circa il 45% delle proteine totali nell'endosperma del grano. Le glutenine possono essere ampiamente classificate in due gruppi, l'alto peso molecolare (HMW) e le subunità a basso peso molecolare (LMW), con un intervallo di peso molecolare (Mw) rispettivamente da 100 a 140 kDa e da 30 a 55 kDa, secondo la mobilità su SDS-PAGE. Si collegano insieme e formano miscele eterogenee di polimeri mediante collegamenti legati al disolfuro dei polipeptidi. Le proteine della glutine, quindi, sono tra le più grandi molecole proteiche in natura con pesi molecolari fino a decine di milioni. Le differenze nelle dimensioni delle subunità di glutenina, la polarità e il numero di residui di cisteina influenzano la capacità di formare legami di disolfuro necessari per la costruzione della struttura del polimero di glutenina. Questa variazione nelle subunità di glutenin è un fattore critico nella determinazione della qualità del prodotto finale dell'impasto del pane, in particolare attraverso la sua influenza sulla distribuzione delle dimensioni dei polimeri. Le subunità LMW assomigliano più da vicino alle γ-gliadine in sequenza e comprendono circa il 20% al 30% delle proteine totali mentre le subunità HMW rappresentano circa il 5-10% delle proteine totali.

Il pane di grano duro e di grano tenero, le differenze

Le frazioni proteiche del grano Osborne classico (albumine, globuline, gliadine e glutineine), nonché diverse proteine di ciascuna delle quattro subunità di gliadina utilizzando analisi SDS-PAGE, sono state determinate nel grano di cinque genotipi di frumento tenero (T. aestivum L.) e cinque di grano duro (T. durum Desf.). Inoltre, sono stati analizzati contenuti di triptofano e glutine umido. gliadina e glutenine comprendono rispettivamente dal 58,17% al 65,27% e dal 56,25% al 64,48% delle proteine totali e come tali rappresentano sia la quantità che la qualità del pane e le proteine del grano duro.

Il rapporto tra gliadina/cellanina totale variava rispettivamente da 0,49 a 1,01 e da 0,57 a 1,06 tra i genotipi di frumento tenero e duro. Secondo l'analisi SDS-PAGE, i genotipi di grano tenero avevano una maggiore concentrazione di α + β + γ-subunità di gliadina (in media il 61,54% delle proteine estraibili) rispetto al grano duro (in media il 55,32% delle proteine estraibili).

Tuttavia, una bassa concentrazione di ω-subunità è stata riscontrata sia nel pane da frumento tenero (0,50% al 2,53% delle proteine estraibili) che in proteine del grano duro (dal 3,65% al 6,99% di proteine estrattive).

In media, il grano duro conteneva quantità significativamente più elevate di triptofano e glutine umido (0,163% di peso secco (d.w.) e 26,96% d.w., rispettivamente) rispetto al grano tenero (0,147% d.w. e 24,18% d.w., rispettivamente).