Effetti delle strategie di concimazione sul contenuto in asparagina nella granella di frumento e orzo ed il potenziale impatto sulla formazione di acrilammide nei prodotti da forno.

Winter wheat and barley are key cereals for the food supply chain, processing industry, and specialized applications. A growing demand in the bakery sector is for flours with low free asparagine (ASN) content, the precursor to acrylamide (AA) formation during Maillard reactions. AA, a potentially carcinogenic process contaminant, is challenging to control during processing, prompting interest in field-level agronomic strategies to reduce ASN content. Field trials were conducted in 2022–2023 across Carmagnola, Cigliano, and Malalbergo in the Po Valley to evaluate the impact of genotype, nitrogen (N) and sulfur (S) fertilization, and environment on grain yield (GY), quality, and ASN content in three wheat (Giorgione, Solehio, Syn074) and two barley varieties (Sandra, SY Ebroo). Three N strategies were compared: quick-release (PE) fertilizer split at tillering and stem elongation, single slow-release (LC) fertilizer at tillering, and PE fertilizer with 20% applied as foliar (F) at booting. Two S treatments (N-only vs. N+S) were also evaluated. Results showed environment and genotype significantly affected mean GY and TWK. The highest mean GY was recorded in Carmagnola, while wheat variety Syn074 outperformed Giorgione by 10% and Solehio by 6%. Barley variety SY Ebroo yielded 21% more than Sandra. Mean grain protein content (GPC) in wheat was influenced by genotype (36% of variance) and environment (12%), with higher values at Cigliano (+2% vs. Carmagnola; +7% vs. Malalbergo). Giorgione had 11% higher mean GPC than Solehio and Syn074. In barley, GPC varied mostly by location (80% of variance). Mean wheat ash content was influenced by both genotype and environment, while in barley, genotype was the primary factor. Mean ASN content was higher in barley than in wheat. Environment (36–42% variance) and genotype (16–19%) were major determinants of mean ASN levels, with N strategy contributing marginally (2%). In wheat, Solehio had 10% higher mean ASN than Syn074 and 21% more than Giorgione. LC fertilization increased ASN by 4% compared to foliar strategies. In barley, Sandra had 29% higher mean ASN than SY Ebroo, and foliar N reduced mean ASN by 11% compared to PE and 7% compared to LC fertilization. S fertilization increased barley mean ASN by 7%. A technological trial on biscuits made from Giorgione wheat confirmed a direct relationship between mean flour ASN and AA content in baked products. Sulfur fertilization reduced mean AA content by 13% compared to N-only treatments, but mean AA levels (1587 µg/kg DM) exceeded EU Regulation 2017/2158 limits for biscuits (350 µg/kg), posing potential health risks. In conclusion, environmental conditions, genotype selection, and in a less significant way sulfur-nitrogen fertilization strategies influence ASN levels in wheat and barley flours, impacting AA risks in bakery products. These findings provide valuable guidance for improving cereal quality and safety in the food industry.

Frumento tenero e orzo sono cereali essenziali per la filiera alimentare e l’industria, con una crescente domanda di materie prime a basso contenuto di asparagina libera (ASN), precursore dell’acrilammide (AA), un contaminante potenzialmente cancerogeno. Per ridurre l’ASN direttamente in campo, è stata condotta una sperimentazione nella Pianura Padana (Carmagnola, Cigliano, Malalbergo) nella campagna agraria 2022-2023, confrontando genotipi, strategie di concimazione azotata (N) e solforata (S), produttività e qualità tecnologica. Sono stati valutati 5 genotipi (3 di frumento: Giorgione, Solehio, Syn074; 2 di orzo: Sandra, SY Ebroo), 3 strategie N (PE frazionato, LC singolo, PE + fogliare), e 2 tesi di S (solo N vs N+S). Durante il ciclo colturale sono stati raccolti dati fenologici, produttivi (spighe m², cariossidi/spiga, peso 1000 semi) e qualitativi (peso ettolitrico, proteine, ceneri via NIR, ASN tramite analisi enzimatiche). I risultati hanno evidenziato che la produzione media di granella e il peso ettolitrico medio sono stati significativamente influenzati da ambiente e genotipo, ma non dalla concimazione. Tra i genotipi di frumento, Syn074 ha superato, in resa, Giorgione (+10%) e Solehio (+6%), mentre per l’orzo SY Ebroo ha prodotto il 21% in più rispetto a Sandra. La località di Carmagnola ha mostrato le produzioni più elevate. Nel frumento, il contenuto proteico medio è stato influenzato dal genotipo (36% della varianza) e dall’ambiente (12%), con Giorgione che ha mostrato livelli superiori (+11%) rispetto a Solehio e Syn074. Nell’orzo, invece, la località ha spiegato l’80% della varianza totale, con i livelli più alti registrati a Cigliano (+2% rispetto a Carmagnola; +7% rispetto a Malalbergo). Anche il contenuto di ceneri medio nel frumento è stato significativamente influenzato da genotipo (29% della varianza) e ambiente (20%), mentre nell’orzo il fattore predominante è stato il genotipo. Il contenuto di ASN è risultato mediamente più elevato nell’orzo rispetto al frumento: a Carmagnola, i valori medi erano di 610 mg/kg s.s. per l’orzo e 370 mg/kg s.s. per il frumento. L’ASN media nella granella è stata influenzata significativamente dall’ambiente (36-42% della varianza), dal genotipo (16-19%) e, in misura minore, dalla concimazione N (2% della varianza). Le tesi trattate con concimazione solfatica hanno aumentando il contenuto medio di ASN del 7%. Nel frumento, Solehio ha mostrato livelli medi di ASN superiori del 10% rispetto a Syn074 e del 21% rispetto a Giorgione. La concimazione LC ha aumentato il contenuto medio di ASN del 4% rispetto alle strategie anche fogliari, che invece hanno ridotto ASN del 8%. Per l’orzo, la varietà Sandra ha registrato un contenuto medio di ASN superiore del 29% rispetto a SY Ebroo. Inoltre, l’uso di concimi fogliari ha ridotto l'ASN media dell’11% rispetto a PE frazionato e del 7% rispetto a LC. A completamento dello studio agronomico, una prova tecnologica ha confermato la relazione tra l'ASN nella farina e l'AA nel prodotto finito. Biscotti prodotti con farina della cv. Giorgione coltivato a Cigliano hanno mostrato livelli medi di AA pari a 1587 µg/kg, superiori al limite UE per biscotti (350 µg/kg), rappresentando un potenziale rischio per la salute. La concimazione N+S ha ridotto l'AA del 13% rispetto a solo N, senza differenze tra concimi fogliari e PE. In conclusione, le condizioni ambientali, la scelta del genotipo e, in misura molto minore, la concimazione solfo-azotata (N e N+s) hanno influenzano il contenuto medio di ASN delle farine di frumento e orzo, incidendo sul rischio di accumulo medio di AA nei prodotti da forno. Questi risultati forniscono indicazioni utili per una gestione agronomica che migliori la qualità e la sicurezza alimentare.