GRANO DURO: ORIGINE, NUTRIENTI, SEMOLA, FARINA

Il grano duro (Triticum turgidum L. ssp. durum (Desf.) Husn.) è ingrediente della pasta, uno degli alimenti fondamentali della cucina italiana. Inoltre, con la farina di grano duro si possono realizzare pane e sfoglia.
Il frumento duro è una specie di frumento, e la denominazione duro si riferisce alla consistenza dura e vitrea di una sua parte, l’endosperma. Fa parte del gruppo dei frumenti tetraploidi ed è parte della famiglia delle Poaceae, la quale comprende oltre 8.000 specie.
L’opera di selezione del grano ha avuto inizio migliaia di anni fa, e nel 2019 è stato pubblicato, grazie al lavoro di un team internazionale di ricercatori, il sequenziamento completo di una varietà di grano duro, Svevo.
In questo articolo trovi informazioni sull’origine del grano duro, su alcune sue caratteristiche, sulla differenza fra grano duro e grano tenero, sui nutrienti, sul tema dei grani nuovi e dei grani antichi, su semole e farine. Buona lettura!

Il grano duro (Durum wheat (DW), Triticum turgidum L. ssp. durum(Desf.) Husn.) deriva dal Trticum turgidum ssp. Dicoccum, in Italia detto anche Farro medio e in inglese chiamato domesticated emmer wheat (DEW). Il Farro medio, a sua volta, ebbe origine circa 10.000 anni fa nella Mezzaluna Fertile dalla domesticazione del farro selvatico (Triticum turgidum subsp. dicoccoides).
Le prime evidenze relative al grano duro risalgono a 6500 – 7000 anni fa; tuttavia, solo fra 1500 e 2000 anni fa il grano duro divenne una coltivazione importante.
Dalle varietà locali di grano duro, poi, anche attraverso l’opera dell’uomo nacquero nuove varietà coltivate.
Nell’aprile del 2019 è stato pubblicato sulla rivista scientifica Nature Genetics il genoma completo della varietà di frumento duro ‘Svevo’ (vedi qui). Il sequenziamento è stato opera di un gruppo internazionale di ricercatori, e come primo autore si trova Marco Maccaferri, dell’Università di Bologna. Il genoma di Svevo è composto da 14 cromosomi, e complessivamente da 66.000 geni.

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Iniziamo col considerare alcuni caratteri generali del grano duro, in modo da familiarizzare con quello che spesso troviamo nei nostri piatti.

Il frumento ha fusto (detto anche culmo) eretto che porta all’estremità una pannocchia, cioè un’infiorescenza spiciforme (cioè a forma di spiga).
Il fusto delle varietà coltivate fino a qualche tempo fa era alto anche oltre il metro e mezzo, mentre i le varietà attuali sono alte normalmente fra i 60 e i 90 centimetri: la minore altezza è stata ricercata per evitare l’allettamento, cioè il ripiegamento fino a terra causato dall’azione del vento o della pioggia.
Lungo il fusto si trovano fra 5 e 8 nodi, nei quali originano le foglie. Le parti fra un nodo e l’altro si chiamano internodi.

Le radici del grano sono di due tipi: vi sono le radici primarie (dette anche seminali) che originano direttamente dal seme, e radici secondarie (dette anche avventizie), che originano dai nodi della base del fusto.
L’apparato radicale del frumento è fascicolato, e la maggior parte di esso resta entro i 25-35 cm di profondità.

Ogni foglia del frumento origina in un nodo e avvolge il fusto per una parte (per questo tale parte è detta guaina); poi, prosegue staccata dal fusto, e tale parte è detta lamina.
Nel breve tratto in cui si passa dalla guaina alla lamina, vi è una piccola struttura membranosa simile a una linguetta e detta ligula e, tranne che nelle prime due o tre foglie, due estroflessioni della guaina, chiamate auricole o orecchiette.
Normalmente ogni pianta porta da 5 a 8 foglie.

L’infiorescenza a forma di spiga (detta informalmente spiga) è formata da un’asse centrale (rachide) a nodi raccorciati ognuno dei quali porta una spighetta. Mediamente vi sono 18 – 20 spighette per ogni spiga.
La spighetta è composta da un asse centrale, detto rachilla, dal quale partono uno o più fiori.
Alla base di ogni spighetta si trovano due brattee scariose (cioè due foglie con caratteristiche diverse dalle foglie normali e di consistenza membranosa), e all’interno si trovano dai 3 agli 8 fiori. Ognuno, dei fiori della spighetta è composto da altre due brattee, dette glumelle o glumette, che racchiudono 3 stami e il gineceo. La glumetta inferiore, detta Lemma, ha la forma di una barchetta e nella sua concavità accoglie il fiore; la glumella superiore è della Palea.
La glumella inferiore (Lemma) nel grano duro ha sempre un prolungamento detto arista o resta (nel caso del grano tenero, invece, solo alcune varietà hanno spighe aristate, e le varietà senza ariste sono dette mutiche).

Nell’ovario si forma un ovulo che diviene poi seme e, l’intero ovario diventa il frutto.
Il frutto del grano duro (il cosiddetto chicco, che è una cariosside) è un frutto indeiscente (cioè tale che, giunto a maturazione, non si apre, e resta invece chiuso proteggendo il seme fino alla germinazione).
La cariosside all’interno della spiga è racchiusa in strutture dette glume (dal latino gluma, derivato di glubĕre «sbucciare») o brattee. Le glume sono a forme di barchetta.
In alcuni cerali (ad esempio orzo, riso, avena) il rachide (l’asse della spiga) è disarticolabile, e con la trebbiatura i granelli portano con sé anche le glumelle. Per questo, sono detti grani vestiti.
Nel caso del frumento, invece, i granelli si separano facilmente dai rivestimenti durante la trebbiatura, e per questa ragione sono detti grani nudi.
Nel caso dei grani vestiti, se sono destinati a uso alimentare è necessario eliminare le glume, poiché contengono quantità elevata di silice.

Come abbiamo visto, all’esterno della cariosside si trovano le glume o brattee e, in funzione del fatto che restino o meno attaccate alla cariosside con la trebbiatura, i le cariossidi si distinguono in nude o vestite. Sono vestite, ad esempio, le cariossidi di orzo, riso e avena, mentre le cariossidi del frumento sono nude. Le glume sono ricche di silice, e in caso di consumo da parte dell’uomo vanno eliminate.

Il chicco di grano duro, cioè la cariosside di grano duro, è formato da diverse parti.
La cariosside è costituita, in una prima analisi, da:

• Tegumenti esterni, che costituiscono indicativamente il 4% del peso secco della cariosside.
• Strato aleuronico (indicativamente l’8% del peso secco)
• Endosperma amidaceo (indicativamente 80% – 83% del peso secco)
• Germe o embrione (indicativamente fra 2% e 3% del peso secco)

Vediamo meglio le diverse parti e i nutrienti contenuti.

Nei tegumenti esterni si distinguono:

• Pericarpo
  • Pericarpo esterno (indicativamente fra il 3% e il 4% del peso secco), composto da:
    • Epicarpo (o epidermide)
    • Ipoderma (o ipodermide)
    • Strato formato dai residui dei tegumenti seminali
  • Pericarpo interno, composto da:
    • Cellule intermedie
    • Cellule incrociate
    • Cellule tubolari
• Spermoderma o episperma (chiamato anche testa; indicativamente l’1% del peso secco)
• Perisperma (chiamato anche strato ialino)

Il pericarpo è ricco di fibre cellulosiche ed emicellulosiche, sali minerali e fitati.
Pericarpo, spermoderma e perisperma sono conosciuti comunemente come crusca. Comunemente viene considerato parte della crusca anche lo strato aleuronico (che vedremo poco oltre) per il fatto che esso, durante la macinazione, rimane attaccato al perisperma, e viene così rimosso.

L’endosperma costituisce fra l’87% e l’89% della cariosside in peso.
Si distingue in:

• strato aleuronico (o aleurone), uno strato di cellule che si trova fra pericarpo ed endosperma amilaceo. Lo strato aleuronico viene separato insieme ai tegumenti esterni, cui rimane adeso, e per questo è talvolta considerato come parte della crusca. Le cellule dello strato aleuronico sono ricche di proteine solubili ad alto valore biologico (globuline e albumine), sali minerali, vitamine, grassi ed enzimi (amilasi e protesi). Per quanto riguarda le vitamine, vi si trovano in particolare niacina (detta anche vitamina B3) e piridossina (una delle forme della vitamina B₆);
• endosperma amilaceo (detto anche endosperma amilifero, albume o mandorla), che contiene sostanze che serviranno a nutrire l’embrione durante la fase di germinazione. La mandorla è costituita da amido (60% – 68%), proteine (8% – 18%) e piccole percentuali di lipidi (circa 3%), polisaccaridi non amidacei, sostanze minerali, composti fenolici. Man mano che ci si sposta verso il centro della mandorla, le cellule che si incontrano sono più ricche di amido e meno ricche di proteine.

Il germe o embrione è la parte da cui si forma una nuova pianta quando vi sono le condizioni per la germinazione. Il germe o embrione è una piccola frazione della cariosside (fra 2% e 4% in peso), ma è molto ricco di sostanze nutritive. L’embrione è caratterizzato da elevata presenza di proteine, lipidi, zuccheri solubili e vitamine (vi si trova vitamina E). È ricco di amminoacidi essenziali, e in particolare si trovano lisina, arginina serina e cisteina.
Il germe è separato dall’endosperma da un rivestimento detto scutello. Lo scutello contiene quantità elevati di tiamina (cioè vitamina B₁), ceneri, manganese, fitati fosforici; è anche abbastanza ricco di riboflavina (vitamina B₂); è invece povero di proteine.

Soffermiamoci sulla cariosside del grano duro, che è la parte di cui ci nutriamo.
La composizione della cariosside varia in funzione di diversi fattori, come ad esempio la varietà di grano, il clima, il tipo di terreno, il tipo di concimazione.
Indicativamente ed esemplificando, considerando che possono esservi variazioni anche piuttosto importanti, il peso della cariosside può essere suddiviso nel modo seguente:

• Acqua: 12%
• Carboidrati (chiamati anche glucidi): 72%
• Proteine: 12%%
• Lipidi: 2%
• Sali minerali: 2%

Le proteine del grano sono carenti di alcuni amminoacidi essenziali, che vengono detti limitanti.
L’abbinamento di legumi al grano (ad esempio: pasta e fagioli) ha senso dal punto di vista nutrizionale perché i legumi sono ricchi di lisina, e quindi complementari.

I carboidrati del grano duro, che compongono circa il 72% dell’intera cariosside, sono indicativamente composti nel modo seguente:

• Amido: 60% – 68%, presente nell’endosperma amilifero e costituito da:
  • Amilosio
  • Amilopectina
• Pentosani, presenti soprattutto nel pericarpo, nel perisperma e nello strato aleuronico: 6,5%
• Cellulosa e lignina, localizzate nella parte corticale: 2% – 2,5%
• Zuccheri riducenti, che sono prodotti dell’idrolisi dell’amido e nella preparazione del pane avviano la fermentazione: 1,5%

Le proteine costituiscono indicativamente il 12% del peso totale della cariosside. Suddividendole in funzione della solubilità abbiamo:

• Albumine: 9%. Sono proteine a elevato valore biologico, ricche di lisina, prolina, leucina e glutammina. Le albumine sono solubili in soluzioni saline
• Globuline: 5% – 7%. Si trovano nel germe, e hanno valore biologico elevato. Sono ricche di lisina, arginina, serina e cisteina. Le globuline sono solubili in soluzioni saline
• Gluteline (glutenine) e prolammine (gliadine): 75% – 95 %: sono presenti soprattutto come componenti dell’endosperma amilifero, e contribuiscono a costituire il glutine. Gluteline e prolammine sono ricche di cisteina, prolina e glicina, ma povere di lisina e metionina, che nei cereali sono amminoacidi limitanti Le prolammine sono solubili in soluzioni acquose con elevato tenore in etanolo. Le gluteline a bassa massa molecolare sono solubili in soluzioni acide o alcaline diluite.

I lipidi costituiscono una piccola percentuale della cariosside del grano duro (1,5% – il 2% del peso). La parte più ricca di lipidi è il germe, in cui si trovano in particolare:

• 80% – 84% di acidi grassi insaturi (acido oleico, acido linoleico, acido linolenico)
• Circa il 13% di acidi grassi saturi (acido palmitico)

Nell’endosperma e nello strato aleuronico si trovano fosfolipidi, glicolipidi e steroli (sitosterolo e campesterolo).

Per quarto riguarda il grano italiano, uno studio pubblicato nel 2019 (vedi qui) ha rilevato che i lipidi di grani italiani raccolti nel 2010 erano compresi fra il 2,97% e il 3,54% del peso secco, e che per il 2011 i valori erano compresi fra 3,10 e 3,50%.

Nel grano duro si trovano vitamine del gruppo B, localizzate nello strato aleuronico, e vitamina E, più abbondante nel germe. Le vitamine C e D sono assenti.

I Sali minerali sono localizzati soprattutto nel pericarpo, e comprendono fosfati di magnesio e potassio e sali di calcio, ferro, rame, zinco, zolfo e di altri elementi.

Nella cariosside sono presenti anche enzimi in piccole quantità. In particolare troviamo:

• Diatasi, costituita da alfa e beta amilasi
• Lipasi, presente nello strato aleuronico e nel germe e responsabile dell’irrancidimento idrolitico
• Proteasi
• Fitasi, presente nell’embrione e nella parte più esterna della cariosside

Nella cariosside del grano duro sono presenti anche alcuni elementi anti-nutrizionali come tannini, lectine, resorcinoli, amilasi e inibitori di proteasi pancreatiche (questi ultimi sono presenti nell’endosperma in piccola quantità e sono termolabili).

Con il termine ‘grano’ o con il termine ‘frumento’ si indicano normalmente, nel linguaggio comune, in modo indistinto il grano tenero e il grano duro, e non altre piante.
Nel linguaggio botanico, invece, la parola ‘grano’ è utilizzata per indicare anche altre piante come ad esempio il grano saraceno.
Attualmente il frumento è la coltura più estesa a livello mondiale.
In Italia, il grano duro è coltivato nell’Italia centro-meridionale, mentre il grano tenero è coltivato in Italia centro-settentrionale.
Solo durante la prima metà del XIX secolo si iniziò a utilizzare in modo specifico il grano duro per la produzione della pasta e il grano tenero per il pane.

Nel grano duro, l’internodo che apicale che porta la spiga è pieno di tessuto spugnolo o denso.
Nel grano tenero, invece, l’ultimo internodo è vuoto.
Nel grano duro, la glumella inferiore è sempre dotata di arista, mentre nel caso del grano tenero solo alcune varietà hanno spighe aristate.
La cariosside del frumento duro si distingue da quella del frumento tenero per:

• le dimensioni (è più grande)
• la sezione, che nel caso del grano duro è subtriangolare
• l’albume, che nel grano duro ha struttura vitrea, ambrata, cornea, mentre nel grano tenero è farinosa
• l’embrione estroflesso
• l’assenza di villosità nella parte opposta a quella dell’embrione.

I chicchi del grano duro sono più grandi e pesanti rispetto a quelli del grano duro:
1000 semi di grano tenero pesano 35-40 grammi, mentre 1000 chicchi di frumento duro pesano 40-60 grammi.
L’endosperma, formato principalmente da amido e da proteine, nel frumento tenero ha struttura farinosa, mentre nel grano duro ha normalmente consistenza vitrea.

L’opera di selezione del grano iniziò migliaia di anni fa, e la continua scelta, da parte degli agricoltori, delle piante da coltivare, ha comportato la modifica dei genotipi.
Durante le prime fasi di domesticazione del grano la selezione fu guidata in modo rilevante da due fini:

• avere un rachide robusto, che non si disarticolasse, in modo da non perdere il seme durante la raccolta
• avere cariossidi che non restano intrappolate nelle glume e glumelle, in modo da avere seme duro dopo la trebbiatura

Le attività di selezione, se da un lato hanno portato al miglioramento di alcune caratteristiche, dall’altro hanno comportato un impoverimento della base genetica del grano, che ha portato a maggiore vulnerabilità a parassiti e malattie.

La costituzione più rilevante della prima metà del XX secolo fu il grano duro Senatore Cappelli.
La varietà Senatore Cappelli fu rilasciata nel 1915, e è ritenuta avere origine dalla popolazione nord-africana Jean Retifah. La cultivar era caratterizzata da un maggior numero di chicchi (cariossidi) per spiga, da un’ottima adattabilità e da un’ottima qualità della semola che si otteneva. Essa aveva (e ha) però anche alcuni difetti: una notevole predisposizione all’allettamento e alle ruggini.
Il successo della varietà Senatore Cappelli fu comunque notevolissimo, tanto che essa arrivò a coprire circa il 60% dell’intera superficie italiana coltivata a frumento duro e che fu utilizzata come fonte per molti dei successivi interventi genetici. Lo stesso Strampelli ottenne nel 1926 la varietà Garigliano incrociando Senatore Cappelli e Tripolino.

Verso la metà del XX secolo alcuni studiosi lavorarono anche per ridurre la taglia del grano.

Le varietà di grano coltivate o a quei tempi in prossimità della maturazione erano alte mediamente un metro e mezzo e, in caso di vento forte o pioggia, facilmente si piegavano fino a toccare terra.

In alcuni casi, le piante ripiegate impedivano la circolazione dell’aria, e l’umidità intrappolata favoriva muffe e altre malattie. I ricercatori lavorarono anche per ottenere varietà più precoci.

Successivamente, furono effettuati anche incroci con varietà di frumento tenero, al fine ad esempio di ottenere fusti più corti e robusti. Furono anche individuati e introdotti i geni responsabili dell’altezza (Rht, reduced heigth). Per diminuire il’altezza del grano duro fu utilizzato il gene Gai/Rht1 del frumento tenero giapponese Norin 10.
Le varietà di frumento duro iscritte nel Registro Nazionale, supportato dal Sistema Informativo Agricolo Nazionale (SIAN) nel 2018 erano oltre 200.

La macinazione del grano duro produce diversi sfarinati, indicati come semole e farine.
Il processo di molitura spesso tende a ottenere sfarinarti costituiti quasi solo dall’endosperma amidaceo. Le altre parti della cariosside (cioè la crusca e il germe) sono cioè spesso considerate un sottoprodotto “di scarto”, da destinare a usi diversi dall’alimentazione umana.
L’eliminazione del germe permette che la farina si conservi a lungo; infatti, il germe contiene acidi grassi che irrancidiscono in tempi brevi. Tuttavia, l’allontanamento di embrione e tegumenti priva la farina di nutrienti quali fibre, vitamine, sali minerali, amminoacidi essenziali e composti antiossidanti. D’altra parte, è bene tenere presente anche che i principali contaminati (fito-farmaci, micotossine, metalli pesanti) si trovano nelle parti esterne della cariosside.

La semola di grano duro è uno degli sfarinati che si ottengono dal grano duro. La semola ha una dimensione dei granuli superiore rispetto alla farina, ed è utilizzata soprattutto per la produzione della pasta.

Il Decreto del Presidente della Repubblica 9 febbraio 2001, n.187 distingue fra semola di grano duro e semola integrale di grano duro:

È denominato “semola di grano duro", o semplicemente “semola", il prodotto granulare a spigolo vivo ottenuto dalla macinazione e conseguente abburattamento del grano duro, liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità.

È denominato “semola integrale di grano duro", o semplicemente “semola integrale", il prodotto granulare a spigolo vivo ottenuto direttamente dalla macinazione del grano duro liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità.

Il Decreto del Presidente della Repubblica 9 febbraio 2001, n.187 definisce la farina di grano duro nel modo seguente:

È denominato “farina di grano duro" il prodotto non granulare ottenuto dalla macinazione e conseguente abburattamento del grano duro liberato dalle sostanze estranee e dalle impurità.

La farina di grano duro ha normalmente una dimensione dei granuli inferiore rispetto sia alla semola sia alla semola rimacinata e può essere utilizzata dalle imprese per la produzione di pane. A casa, la semola di grano duro è un buon ingrediente per la produzione di pane o sfoglia.

• Paolo Gioia, Germe di grano e quinoa: ingredienti alternativi per lo sviluppo di alimenti ad alta valenza tecnologica e nutrizionale, Dottorato di Ricerca in Biotecnologia degli Alimenti, Università degli Studi del Molise, 2013/2014
• Francesca Vitale, Effetti dell’utilizzazione della crusca di frumento duro nella dieta sulle risposte produttive dei ruminanti, Dottorato in Scienze Agrarie Forestali e Ambientali Dipartimento Scienze Agrarie e Forestali, Università degli Studi di Palermo, 2017
• Miglioramento genetico ed evoluzione varietale, estratto da: Evoluzione varietale e qualità in frumento duro (Triticum turgidum subsp. durum): dalle vecchie popolazioni alle attuali cultivar, Università degli Studi di Sassari Facoltà di Agraria Dipartimento di Scienze agronomiche e Genetica vegetale agraria, Coordinatore Prof. Mauro Deidda a cura di Rosella Motzo, Francesco Giunta, Simonetta Fois
• Maria Grazia D’Egidio, Maria Corbellini, Coltura & Cultura, Il grano, Macinazione

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