Innovazioni e miglioramenti nelle filiere delle farine: un focus su macchine ed impianti

La pasta, il pane e i prodotti da forno sono considerati in tutto il mondo come alimenti essenziali per l'alimentazione umana. Rappresentano una fonte primaria di energia, proteine, fibre alimentari, vitamine, micronutrienti e antiossidanti. Il recente aumento dell'interesse dei consumatori per i prodotti da forno in grado di fornire benefici per la salute grazie a composti bioattivi, ha portato alla riscoperta dei grani antichi e all'uso di farine integrali nell'industria alimentare. Nonostante un profilo nutrizionale più adeguato, i grani antichi e le farine integrali sono caratterizzati però da peggiori proprietà reologiche degli impasti e da un minore volume del pane. Ciò evidenzia la necessità di innovazioni tecnologiche e strategie di miglioramento, con approccio “from cradle to grave”, per l'intera filiera produttiva, motivando così gli obiettivi di questa tesi. Gli obiettivi di questa tesi sono quelli di fornire innovazioni tecnologiche e strategie di miglioramento alle filiere produttive di farine e prodotti da forno. Questi miglioramenti devono essere focalizzati sulle principali operazioni unitarie delle filiere di produzione (cioè coltivazione e macinazione del frumento, lavorazione degli impasti e, infine, la produzione di pane e prodotti da forno). Per questo motivo, le attività di ricerca sono state suddivise in tre fasi operative: Ex-ante, incentrata sulle innovazioni e i miglioramenti in campo; Inter, che riguarda le innovazioni e i miglioramenti relativi a macchinari, impianti, processi e reologia degli impasti; ed Ex-post, incentrata sulle innovazioni e i miglioramenti legati alla sostenibilità di farine, pasta e prodotti da forno.

La fig 1.jpg riassume graficamente la suddivisione nelle tre fasi operative.
(Descrizione dettagliata relativa alla suddivisione delle attività di ricerca oggetto della tesi di dottorato nelle tre fasi operative Ex ante – Inter – Ex post.)

Più dettagliatamente, le tre fasi operative in cui è stata suddivisa la tesi di dottorato sono le seguenti:

I. Ex-ante
Questa fase operativa preliminare è stata incentrata sulle innovazioni ed i miglioramenti in campo. Nello specifico sulla valutazione degli effetti di differenti pratiche agronomiche (densità di semina, fertilizzazione azotata e fertilizzazione con zolfo) sulla resa e la qualità della granella, le caratteristiche della farina, le proprietà reologiche degli impasti ed infine sulle caratteristiche del pane.

II. Inter
Questa seconda fase operativa rappresenta il cuore della tesi di dottorato. Nello specifico, la fase Inter è stata focalizzata sulle innovazioni ed i miglioramenti legati ai mulini e alla fase di macinazione (sia a pietra che a rulli), al miglioramento delle proprietà reologiche degli impasti e, infine, all’ottimizzazione delle macchine impastartici e del processo di impastamento

III. Ex-post
Quest’ultima fase operativa è stata incentrata sulle innovazioni ed i miglioramenti legati alla sostenibilità di farine, pasta e prodotti da forno. In particolare, la fase ex post, può essere suddivisa in due tematiche principali:
    • Uso dell’ LCA per valutare la sostenibilità ambientale delle filiere di produzione della pasta attraverso un approccio integrato finalizzato a comparare scenari locali e globali, suggerendo specifiche strategie di miglioramento.
    • Uso di fonti proteiche alternative (insetti e legumi) come alimento, con la finalità di ridurre gli impatti ambientali, incrementare la sostenibilità delle filiere e, solo nel caso dello sfarinato di ceci, trovare miglioranti naturali e innovativi per le farine di grani antichi.


Partendo dalla fase Ex-ante (cioè dal campo), i risultati suggeriscono che attraverso una corretta gestione dei trattamenti agronomici, come le concimazioni con azoto e zolfo, è possibile migliorare significativamente il contenuto nutrizionale e le prestazioni tecnologiche del frumento, delle farine, della pasta e del pane. Questa strategia è apparsa particolarmente efficace per il miglioramento tecnologico delle farine e del pane di grani antichi, dando ottimi risultati per le farine non raffinate (tipo 2 e integrali). Per quanto riguarda la fase operativa Inter, questa ha evidenziato che attraverso una corretta gestione del processo di macinazione è possibile migliorare sia le farine di grani antichi che quelle integrali. In particolare, nel caso dei mulini a pietra, mantenendo basse temperature di macinazione e ridotte velocità di rotazione della pietra, è stato possibile aumentare significativamente il contenuto nutrizionale di entrambe le farine. Inoltre, attraverso la corretta gestione del condizionamento del grano (umidità ottimale intorno al 13-14% per il grano tenero) è possibile migliorare significativamente la resa e la qualità della farina, le proprietà reologiche dell'impasto e le caratteristiche del pane.
Per quanto riguarda le innovazioni e le strategie di miglioramento per la macinazione a rulli, il debranning del grano prima della macinazione sembra essere l'innovazione più promettente. Questo è particolarmente interessante quando crusca, cruschello e germe vengono stabilizzati con nuove tecnologie come trattamenti con microonde o infrarossi. Questo approccio consente di stabilizzare e conservare separatamente i componenti non endospermici (cioè crusca, cruschello e germe) che saranno stabilizzati e successivamente reinseriti nella farina raffinata. Tale pratica consente anche di migliorare e facilitare la gestione degli ordini delle farine, aumentare la durata di conservazione della farina e migliorare le caratteristiche nutrizionali del pane integrale. Un'altra strategia di miglioramento per la macinazione a rulli utilizza le sezioni del break, del sizing e del reduction system del mulino a rulli per la differenziazione delle farine. I risultati dimostrano che le diverse sezioni del mulino a rulli possono essere utilizzate per produrre farine con differenti proprietà nutrizionali e tecnologiche partendo dallo stesso lotto di grano, senza costi aggiuntivi e senza prolungare la durata del processo di macinazione.
Per quanto concerne le innovazioni e le strategie di miglioramento per la reologia degli impasti e per il processo di impastamento, attraverso la corretta gestione del contenuto totale d’acqua negli impasti è stato possibile migliorare sia le farine di grani antichi che quelle integrali. Inoltre, per migliorare significativamente la fase di impastamento, appare fondamentale controllare attentamente l'evoluzione della temperatura dell’impasto e dosare correttamente tutti gli ingredienti. In questa direzione, due innovazioni specifiche sono state fornite da questa tesi. La prima riguarda la valutazione degli effetti legati all'aggiunta di neve carbonica durante l'impastamento sulla termoregolazione, le proprietà reologiche dell'impasto e le caratteristiche del pane. I risultati mostrano chiaramente che alte percentuali di neve carbonica (6%, 8% e 10%) sono in grado di evitare il riscaldamento dell'impasto durante l'impastamento, migliorando significativamente le caratteristiche del pane (in particolare il volume) sia per le farine di grani antichi che per quelle di grani moderni. La seconda innovazione proposta nella fase operativa Inter è stata sviluppata specificamente per migliorare le farine, gli impasti e il pane integrale. L'idea di questa strategia innovativa è quella di ritardare l'aggiunta di crusca e cruschello durante l'impasto per garantire un corretto sviluppo del glutine e migliorare le caratteristiche del pane integrale. I risultati mostrano che l’aggiunta ritardata di crusca e cruschello a 2 minuti (25% del tempo totale di impastamento) migliora la reologia dell'impasto e le caratteristiche del pane integrale, evidenziando l'interessante possibilità di sviluppare impastatrici specifiche per le farine integrali.
Ultima, ma non meno importante, la fase operativa ex-post. Questa fase si è concentrata sull'aumento della sostenibilità di farine, pasta e prodotti da forno attraverso la riduzione delle pressioni ambientali, valutando l'efficacia di fonti alternative di proteine e attraverso l'analisi LCA. Per quanto riguarda l'efficacia di queste fonti proteiche alternative, nel confronto tra le farine di insetti testate, la farina di grillo (Acheta domesticus) ha mostrato proprietà reologiche e tecnologiche migliori rispetto a quelle ottenute da Tenebrio molitor. Tuttavia, solo la sostituzione con il 5% di farina di ceci ha portato ad un significativo miglioramento degli impasti e del pane a base di farine di grani antichi. Un altro modo per ridurre gli impatti ambientali delle filiere di produzione delle farine è quello di valutare, attraverso l'analisi LCA, gli impatti relativi a ogni singolo processo della filiera. Come dimostrato dai risultati di questa tesi, attraverso la valutazione separata degli impatti ambientali relativi a ciascun processo della filiera, è possibile fornire specifiche strategie di miglioramento che possono portare a una significativa riduzione delle pressioni ambientali.

Gli obiettivi di questa tesi sono stati quelli di valutare e introdurre diverse innovazioni e strategie di miglioramento per le filiere di produzione delle farine, con un approccio “from cradle to grave”, e di diffondere i risultati di queste ricerche per migliorare le due filiere che maggiormente necessitavano di interventi, ovvero le filiere dei grani antichi e delle farine integrali. In questa direzione i risultati di questa tesi cercano di fornire diverse innovazioni e strategie di miglioramento che, se adottate, potrebbero portare a significativi miglioramenti nelle due filiere di produzione investigate. Ciononostante, è necessario effettuare ulteriori indagini per migliorare le operazioni unitarie essenziali analizzate nelle fasi operative Ex-ante, Inter ed Ex-post, ossia coltivazione e macinazione del frumento, impastamento e, infine, la valutazione degli impatti ambientali relativi all'intera catena di produzione.

* L’Autore è vincitore dell’AgroInnovation Award 5° edizione, frutto della collaborazione fra Accademia dei Georgofili e Image Line”
Partecipa alla 6° edizione! Trovi le informazioni qui: https://agroinnovationedu.imagelinenetwork.com/it/award/descrizione/