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Grano saraceno: un’ introduzione
Il grano saraceno (Fagopyrum esculentum) è uno pseudocereale che rappresenta una coltura sostenibile in quanto richiede per la sua crescita una quantità molto limitata sia di acqua che di nutrienti dal suolo rispetto a molte altre colture. Questo pseudocereale completa il suo ciclo vitale in tre/quattro settimane ed ha una buona adattabilità al clima con preferenza verso una stagione estiva fresca. Per queste caratteristiche – nell’area mediterranea, inclusa l’Italia – è coltivato in zone montane dove la coltivazione di frumento o mais risulta non praticabile.
Dal punto di vista nutrizionale il grano saraceno, oltre ad avere proteine con un buon contenuto di amminoacidi essenziali, è ricco in vitamine, sali minerali e componenti bioattive (fibra, polifenoli, carboidrati a lenta digeribilità) con alcune proprietà funzionali e nutraceutiche benefiche per la salute umana. Un altro importante aspetto è che il grano saraceno rappresenta un valido ingrediente per la produzione di alimenti gluten-free in quanto nelle sue proteine non sono contenute le sequenze tossiche coinvolte nella malattia celiaca e/o nelle patologie legate alla sensibilità al glutine.
Nonostante la ricchezza in nutrienti, questo pseudocereale contiene anche vari fattori anti- nutrizionali – come l’acido fitico e gli inibitori delle proteasi – che possono limitare la biodisponibilità di vitamine, minerali e proteine durante il processo di digestione. Per superare queste limitazioni, l’applicazione di un processo di germinazione potrebbe rappresentare un metodo idoneo per migliorare la biodisponibilità dei nutrienti. Diversi studi su cereali e legumi hanno infatti mostrato che la germinazione, o dall’inglese sprouting, è un processo efficace e a basso costo per aumentare la qualità nutrizionale [1]. Durante la germinazione viene riattivato il metabolismo del seme e avvengono numerose modificazioni biochimiche che determinano un positivo impatto sulla bioattività, consistenza, profumo/sapore, digeribilità e proprietà tecnologiche dei semi [2]. Ciò porta sia alla degradazione dei macronutrienti e dei fattori antinutrizionali, che alla biosintesi di metaboliti secondari con potenziali effetti benefici sulla salute dell’uomo, migliorando in questo modo il valore nutrizionale e salutistico dei semi germinati (3).
Effetti della germinazione sulle caratteristiche biomolecolari e antiossidanti del grano saraceno
In questo contesto, nel recente studio intitolato Effect of Sprouting on Biomolecular and Antioxidant Features of Common Buckwheat (Fagopyrum esculentum) pubblicato nel 2023 sulla rivista “Foods” [4] e realizzato all’interno dei progetti MIND FoodS HUB della Regione Lombardia e della Linea 6 dell’Università degli Studi di Milano, gli autori hanno fornito una visione globale dei cambiamenti molecolari a livello dei principali macro e micro-nutrienti e sul contenuto dei composti bioattivi in semi di grano saraceno sottoposti a processo di germinazione.
Effetti sulla frazione glucidica, proteica e lipidica
Per quanto riguarda la frazione glucidica, la germinazione comporta un incremento nell’idrolisi dell’amido attraverso l’attivazione di enzimi endogeni al fine di ottenere energia disponibile per lo sviluppo del seme. Tuttavia, l’aumento del contenuto di glucosio in cereali germinati non sembra modificare l’indice glicemico. Per contro, la risposta glicemica post-prandiale viene migliorata, rendendo il materiale germinato un interessante candidato per il controllo della glicemia [5, 6].
Anche la frazione proteica viene modificata dalla germinazione, con un aumento del contenuto di piccoli peptidi ed aminoacidi liberi a seguito dell’attivazione di proteasi cellulari. A questo proposito, si è osservato che l’idrolisi della frazione proteica porta alla formazione di diversi peptidi bioattivi [7].
La germinazione ha inoltre mostrato di modulare favorevolmente la composizione in acidi grassi della frazione lipidica diminuendo il contenuto di acidi grassi saturi (acido palmitico) e monoinsaturi (acido oleico), probabilmente attraverso una riattivazione della β-ossidazione per provvedere alle richieste energetiche del seme, senza modificare però la frazione di acidi grassi polinsaturi (acido linoleico). Tuttavia, durante la germinazione si è assistito ad un aumento dell’ossidazione lipidica, verosimilmente come risposta fisiologica ad una riattivazione del metabolismo cellulare del seme.
Aumento dei polifenoli nel grano saraceno
Nel grano saraceno i polifenoli (principalmente nella classe dei flavan-3-oli) possono essere presenti sia nella forma libera che in quella legata alle pareti cellulari. La germinazione determina un significativo aumento del contenuto di polifenoli: fino a sei volte per quelli in forma libera, e fino a venti volte per quelli nella forma legata. Tale aumento, conseguente alla necessità di sviluppo della plantula, può essere correlato alla attivazione della fenilalanina-ammonio liasi, enzima chiave nella sintesi delle varie classi di polifenoli [8]. L’aumentato contenuto di antiossidanti, principalmente nella forma libera più bioaccessibile, può determinare positive ripercussioni sul profilo nutrizionale del grano saraceno. Infatti, vari studi realizzati in vivo hanno mostrato come una alimentazione contenente grano saraceno germinato sia in grado di ridurre lo stress ossidativo ed il danno ossidativo al DNA [9, 10].
Impatto sul profilo metabolico del grano saraceno
L’importanza della germinazione sul profilo metabolomico del grano saraceno è stata valutata attraverso risonanza magnetica nucleare (Nuclear Magnetic Resonance, NMR). Questa tecnica – già applicata ad altri semi [11, 12] – permette di ottenere importanti informazioni in modo untargeted sulle caratteristiche molecolari di prodotti naturali attraverso la sua intrinseca abilità di quantificare tutti i componenti identificabili in matrici complesse. Gli studi NMR hanno confermato come la germinazione sia associata ad un aumento delle concentrazioni di aminoacidi liberi e zuccheri semplici derivanti dalla idrolisi di proteine complesse ed amido, così come di alcuni dei loro cataboliti a seguito della riattivazione del metabolismo.
Miglioramento dei fattori antinutrizionali
Anche il contenuto di fattori antinutrizionali è significativamente migliorato. In particolare, la germinazione ha determinato un decremento del contenuto di acido fitico e del contenuto in inibitori di proteasi. Anzi, il materiale germinato ha un impatto positivo sulle proteasi digestive, confermando recenti studi sul miglioramento della digeribilità proteica in cereali germinati [13, 14].
Conclusioni
La germinazione ha determinato profonde modificazioni del profilo bio-molecolare dei semi di grano saraceno. Il rilascio di peptidi e di composti fenolici dotati di attività biologica, unito alla diminuzione di fattori anti-nutrizionali, suggerisce che la germinazione possa essere un processo efficace per migliorare le proprietà nutrizionali del grano saraceno ottenendo ingredienti di alta qualità. In questo contesto, la germinazione è un processo facilmente applicabile su larga scala ed è quindi possibile produrre a livello industriale alimenti con un significativo contenuto di grano saraceno germinato. In tale ambito, all’interno del progetto OnFoods (Research and innovation network on food and nutrition: Sustainability, Safety and Security) sono in corso studi con l’obiettivo di riformulare alimenti arricchendoli con questo pseudocereale germinato importante per la salute umana.
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[1] Saithalavi, K. M., Bhasin, A., Yaqoob, M. (2021) Impact of sprouting on physicochemical and nutritional properties of sorghum: a review. Journal of Food Measurement and Characterization 15,4190-4204.
[2] Ikram, A., Saeed, F., Afzaal, M., Imran, A., Niaz, B., et al. (2021) Nutritional and end-use perspectives of sprouted grains: A comprehensive review. Food Sci Nutr 9,4617-4628.
[3] Lemmens, E., Moroni, A. V., Pagand, J., Heirbaut, P., Ritala, A., et al. (2019) Impact of Cereal Seed Sprouting on Its Nutritional and Technological Properties: A Critical Review. Compr Rev Food Sci Food Saf 18,305-328.
[4] Borgonovi, S. M., Chiarello, E., Pasini, F., Picone, G., Marzocchi, S., et al. (2023) Effect of Sprouting on Biomolecular and Antioxidant Features of Common Buckwheat (Fagopyrum esculentum). Foods 12.
[5] Hsu, T. F., Kise, M., Wang, M. F., Ito, Y., Yang, M. D., et al. (2008) Effects of pre-germinated brown rice on blood glucose and lipid levels in free-living patients with impaired fasting glucose or type 2 diabetes. J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo) 54,163-168.
[6] Jiménez-Pulido, J., Rico, D., Martinez-Villaluenga, C., Pérez-Jiménez, J., Luis, D., et al. (2022) Sprouting and Hydrolysis as Biotechnological Tools for Development of Nutraceutical Ingredients from Oat Grain and Hull. Foods 11.
[7] Ofosu, K., Mensah, D. F., Daliri, E. B., Oh, D. H. (2021) Exploring Molecular Insights of Cereal Peptidic Antioxidants in Metabolic Syndrome Prevention. Antioxidants (Basel) 10.
[8] Liu, A.-L., Wang, Y.-H., Wang, T.-Y., Zhu, Y., Wu, P., et al. (2023) Comparative metabolomic profiling of secondary metabolites in different tissues of Euryale ferox and functional characterization of phenylalanine ammonia-lyase. Industrial Crops and Products 195,116450.
[9] Merendino, N., Molinari, R., Costantini, L., Mazzucato, A., Pucci, A., et al. (2014) A new “functional” pasta containing tartary buckwheat sprouts as an ingredient improves the oxidative status and normalizes some blood pressure parameters in spontaneously hypertensive rats. Food & Function 5,1017-1026.
[10] Meschini, R., Filippi, S., Molinari, R., Costantini, L., Bonafaccia, G., et al. (2015) Pasta containing tartary buckwheat sprouts prevents DNA damage in spontaneously hypertensive rats. Int J Food Sci Nutr 66,574-578.
[11] Chen, , Wu, J., Li, Z., Liu, Q., Zhao, X., et al. (2019) Metabolomic analysis of energy regulated germination and sprouting of organic mung bean (Vigna radiata) using NMR spectroscopy. Food Chem 286,87-97.
[12] Farag, M. A., Sharaf El-Din, M. G., Selim, M. A., Owis, A. I., Abouzid, S. F., et al. (2021) Nuclear Magnetic Resonance Metabolomics Approach for the Analysis of Major Legume Sprouts Coupled to Chemometrics. Molecules 26.
[13] Singh, A., Bobade, H., Sharma, S., Singh, , Gupta, A. (2021) Enhancement of Digestibility of Nutrients (In vitro), Antioxidant Potential and Functional Attributes of Wheat Flour Through Grain Germination. Plant Foods Hum Nutr 76,118-124.
[14] Azeez, S. O., Chinma, C. E., Bassey, S. O., Eze, U. R., Makinde, A. F., et al. (2022) Impact of germination alone or in combination with solid-state fermentation on the physicochemical, antioxidant, in vitro digestibility, functional and thermal properties of brown finger millet flours. LWT 154,112734.
Mattia Di Nunzio
Laureato in scienze e tecnologie alimentari con un phd in scienze degli alimenti, è attualmente Senior Assistant Professor presso l’Università degli Studi di Milano. Le sue ricerche si concentrano sulla valutazione degli effetti biologici di composti bioattivi alimentari usando differenti modelli sperimentali e sulla bioaccessibilità dei nutrienti attraverso un sistema di digestione in vitro.
