Individuazione di varietà di frumento tenero a basso contenuto in asparagina per minimizzare il contenuto di acrilammide nei prodotti da forno.

Acrylamide (AA), a compound that can be present in carbohydrate-rich foods cooked at high temperatures, has attracted international attention because it has been classified by the International Agency for Research on Cancer (IARC) as a "probable human carcinogenic". Both the European Union and the United States have developed a list of measures and reference levels to prevent and reduce its formation in food. However, AA is formed during the Maillard reaction, which is primarily responsible for the development of essential compounds for the flavor and color of the final product, making this reaction technologically relevant. The aim of this thesis is to investigate the role of genotype and growing environment in wheat (Triticum aestivum L.) on the content of free asparagine (ASN), the main precursor of AA. The objective of this study is to identify wheat varieties that could result in lower ASN accumulation while maintaining high yields and good technological quality. Twenty-five wheat varieties were sown at five locations in Pianura Padana, in different pedoclimatic conditions, using a randomized block design with three replicates and plots of 10 m². During the waxy ripe stage, the vegetative indices NDVI and NDRE were recorded to assess the ability of the plants to maintain green foliage. After mechanical harvesting, grain yield, thousand kernel weight (TKW), and hectoliter weight were measured, along with protein, gluten, moisture, and ash content through NIR analysis. ASN content was determined in wholemeal flour using spectrophotometric analysis (L-asparagine/L-glutamine/Ammonia kit, Megazyme International Ireland Ltd). Nine varieties were then selected, representing genotypes with low, medium, or high ASN content, for wafer production using both refined and wholemeal flour. The antioxidant content analysis was also performed on the wholemeal flour using the QUENCHER-FRAP and ABTS methods. After producing wafers from both wholemeal and refined flour, AA content was determined by UPLC-MS; in addition, color analysis and Browning Index (BI) were measured. The results showed a strong correlation between ASN content and both protein and gluten content, while no significant relationships were found with other parameters such as NDVI, kernel size (TKW), or grain yield. AA content showed a good correlation with ASN levels and the BI, an inverse correlation with color parameter L*, and no correlation with the antioxidant content. The use of refined flour reduced AA content compared to wholemeal flours, with average values being 58% lower. Despite using low-ASN varieties and the effect of refining on AA content, no production showed AA concentrations below the benchmark levels set by the EU, which are 350 µg/kg. Selecting varieties with reduced ASN content becomes crucial to further decrease AA concentration without altering the product formulation. This work identified certain varieties with consistently lower average ASN content, which could be of interest for cultivation within the supply chain. However, the role of the environment and the genotype-environment interaction remain important factors, and further research of the agronomic management of the crop is necessary to ensure the production of raw materials less prone to AA formation during processing.

L’acrilammide (AA), un composto che può formarsi negli alimenti ricchi di carboidrati e cotti ad elevate temperature, ha destato interesse a livello internazionale poiché dichiarata dall’Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC) come “probabile cancerogeno per gli esseri umani”. Unione Europea e Stati Uniti hanno redatto una lista di misure da adottare e dei livelli di riferimento per prevenire e ridurne la formazione negli alimenti. Tuttavia, la formazione dell’AA avviene in seguito alla reazione di Maillard, responsabile soprattutto dello sviluppo di composti indispensabili per l’aroma ed il colore del prodotto finito, interessanti quindi dal punto di vista tecnologico. Lo scopo di questa tesi è quello investigare il ruolo del genotipo e dell’ambiente di coltivazione del frumento tenero sul contenuto in asparagina libera (ASN), amminoacido precursore dell’AA. L’obbiettivo dello studio è quello di individuare quali varietà possano portare ad una sintesi inferiore di ASN mantenendo comunque un’elevata resa produttiva e una qualità tecnologica adeguata. Venticinque varietà di frumento sono state seminate in 5 località della Pianura Padana, in diverse condizioni pedo-climatiche, secondo uno schema a blocchi randomizzati con 3 repliche e parcelle di 10 m2. Durante lo stadio di maturazione cerosa sono stati rilevati gli indici vegetazionali NDVI e NDRE per valutare la capacità di mantenere verde gli apparati fogliari. In seguito alla raccolta meccanica si è valutata la produzione di granella, il peso dei mille semi (PMS) ed il peso ettolitrico, oltre al contenuto di proteine, glutine, umidità e ceneri tramite analisi NIR. Il contenuto in ASN è stato determinato sugli sfarinati integrali con un’analisi spettrofotometrica (kit L-asparagine/ L-glutamine/ Ammonia (rapid), Megazyme International Ireland Ltd). Successivamente sono state selezionate 9 varietà, rappresentative di genotipi con contenuto basso, medio o alto in ASN, per la produzione di wafer sia con farina raffinata sia integrale. Per questi ultimi è stata condotta anche un’analisi sulla farina del contenuto in antiossidanti con metodo QUENCHER-FRAP e ABTS. Dopo la produzione dei wafer con farina sia integrale che raffinata si è determinato il contenuto di AA tramite UPLC-MS; inoltre è stata condotta un’analisi sul colore e sul Browning index (BI) dei prodotti. I risultati dimostrano una buona correlazione del contenuto in ASN col contenuto in proteine e glutine, mentre non si sono trovate relazioni con altri parametri quali l’indice di precocità (NDVI), la dimensione della cariosside (PMS) o la produzione in granella. L’AA ha mostrato una buona correlazione con il contenuto in ASN e col BI, una correlazione inversa con il parametro colore L* e nessuna correlazione col contenuto in antiossidanti. L’uso di farina raffinata ha ridotto il contenuto in AA rispetto alle farine integrali, con valori mediamente inferiori del 58%. Nonostante l’adozione di varietà a basso contenuto in ASN e nonostante l’effetto della raffinazione sul contenuto finale in AA nessuna produzione ha fatto registrare concentrazioni di AA inferiori ai valori di riferimento stabiliti dall’UE, pari a 350 µg/kg. Diventa fondamentale la scelta di varietà che presentino un contenuto ridotto in ASN, così da diminuire ulteriormente la concentrazione di AA senza ricorrere a cambiamenti nella formulazione del prodotto. La sperimentazione ha permesso di individuare alcune varietà con un contenuto medio di ASN costantemente inferiore, che possano risultare di interesse per la coltivazione in filiera. Tuttavia il ruolo dell’ambiente e l’interazione tra genotipo e ambiente rimangono fattori importanti, per cui sarà necessario approfondire la gestione agronomica della coltura per garantire l’ottenimento di materie prime meno predisposte alla manifestazione della problematica in trasformazione.