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TECNOLOGIA DE CEREALES

Facilitador: Ing. Miguel Ángel Quispe Solano

TARMA, 2012

@UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE CIENCIAS APLICADAS TARMA

INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

ESTRUCTURA Y COMPOSICIÓN QUIMICA DE

CEREALES

I.- GENERALIDADES

• Constituyen un conjunto de plantas

de gran importancia para la

humanidad.

• Contribuyen con el aporte

energético como con los nutrientes

para el organismo.

• Son los cultivos masivos mas

eficientes en la producción neta de

alimentos por hectárea.

CEREALES

• En muchos países el 70% o más de la energía de la dieta se obtiene a partir de los cereales.

• Son un conjunto de granos comestibles de la gran familia de las herbáceas y pertenecientes al grupo de las monocotiledóneas, bautizadas botánicamente como Gramineae.

• Además de trigo, del cual existen miles de tipos y variedades del género Triticum, son también muy importantes el arroz, el maíz, la cebada, la avena, el centeno, el sorgo, el mijo y el triticale (mezcla de trigo y centeno).

Es bien entendido que el contenido en diferentes principios de los cereales, varía no solamente de una especie a otra si no que también depende del clima y del suelo, así, el trigo se produce mejor en terrenos arcillosos y en países con inviernos crudos y veranos fuertes como Canadá y Estados Unidos.

La mayoría de los cereales, tienen la siguiente composición general:

Tabla 1. Composición general de los cereales

Compuesto %

Humedad 10 – 14

Proteína 7 – 12

Carbohidratos 63 – 73

Fibra bruta 1 - 4

Grasa 1 - 5

Cenizas 1,5 - 2,5

II.- ESTRUCTURA Y COMPOSICION GENERAL DE LOS CEREALES

Ω Los cereales son deficientes en lisina pero ricos en aminoácidos azufrados.

Ω Se denominan granos andinos la quinua, Kiwicha, Kañihua.

Ω Los granos de distintos vegetales tienen una estructura semejante.

- Tienen protección externa.

- Un germen protegido por una pared dura.

- Un deposito de Almidón.

Ω Debido a sus relaciones familiares, un método químico no distinguirá un cereal de otro ya que son muy parecidos en sus macro características químicas, para diferenciarlos será necesario un método microscópico o macroscópico.

Ejemplo: Examinando los gránulos de almidón que son diferentes de una especie a otra o ciertas hileras de células.

TRIGO

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COMPOSICION DE DIVERSOS GRANOS VEGETALES

PROTIDOS LÍPIDOS GLUCIDOS

TOTALES

GRANOS: AMILACEOS

TRIGO

MAIZ

ARROZ

12

12

9

2

6.5

2

80

79

82

GRANOS: OLEAGINOSAS

PROTEAGINOSAS

CACAHUATE

COLZA

SOJA

GIRASOL

28

30

38

35

50

40

21

45

15

20

25

5

GRANOS: AMILACEOS-

PROTEAGINOSA

HABAS

LENTEJA

26

26

1.5

1

57

56

CARBOHIDRATOS:

Tiene un aprox. Entre 65 y 90% del peso

seco de los granos y son abundantes en el

arroz, cebada, avena teniendo como

componente principal al almidón,

hemicelulosa, celulosa y los azucares libres

Constituyente Arroz Maíz Sorgo Trigo

Almidón 85 70 75 60

Hemicelulosa 2 3 25 5

Celulosa 1 2.5 25 2

Azucares libres 1 2.5 2 3

En % de total de CHOS de cada cereal

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√ Almidón.- Como hidrato de carbono o carbohidratos de

reserva, el almidón se encuentra en especial abundancia en determinados tejidos vegetales, como los tubérculos, leguminosas y granos de semillas como el trigo, maíz, cebada, centeno, etc.

Se presentan en forma de gránulos, que son de forma redondeada, ovoide, lenticular e irregular: La forma y tamaño son características de las especies Los polímeros del almidón son de dos formas: amilosa y amilopectina.

amilosa.- está constituida por cadenas

largas no ramificadas, en las que las unidades

de D-glucosa se hallan unidas mediante

enlaces (1,4). El peso molecular desde unos

millares hasta 500 000. tiene arrollamiento

helicoidal. La amilosa no es verdaderamente

soluble en agua, pero forma micelas

hidratadas que dan un color azul con el yodo.

Amilopectina.- está muy ramificada, la longitud

media de las ramificaciones de 24 a 30 residuos de

glucosa.

Los enlaces glucosídicos del esqueleto son enlaces

(1,4), pero los puntos de ramificación son (1,6).

La amilopectina produce disoluciones coloidales o

micelares que dan una coloración rojo violáceo con

el yodo. Su peso molecular puede llegar hasta 100

millones.

Gránulos de almidón.-

Cuando la planta forma moléculas de

almidón, estas se depositan en los

amiloplastos de la célula en forma de

gránulos. Estos gránulos tienen forma y

tamaño característico, dependen del tipo de

vegetal, los diámetros varían de 2 a 150 .

En el siguiente cuadro se tiene algunos

ejemplos:

DIMENSIONES Y FORMA DE GRANULOS

Organización de las moléculas dentro del gránulo

El almidón se encuentra formando gránulos, constituidos por moléculas, radialmente dispuestas, de cadenas lineales y ramificadas. La amilopectina están radialmente dispuestas y la amilosa en cadena lineal,

La amilopectina se asocia por medio de enlaces de hidrógeno con cadenas lineales de amilosa, para formar regiones micelares cristalinas, por esta razón son insolubles en agua fría.

En maíz céreo 1 % de amilosa y 99 % de amilopectina.

Arroz céreo 1 % de amilosa y 99 % de amilopectina.

Amilo maíz 50 – 80 % amilosa y 50 – 20 % amilopectina.

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Birrefringencia.- el índice de refracción de los gránulos de almidón no es uniforme en todas las direcciones, exhiben la propiedad de la doble refracción. Esta birrefringencia es propio de los sólidos con componentes moleculares asimétricos orientados en una determinada dirección.

Gelatinización y retrogradación.- Cuando los gránulos de almidón en estado nativo (no cocidos ni dañados) se colocan en agua fría absorben agua y se hinchan; sin embargo, la cantidad de agua absorbida y el hinchamiento son limitados; este pequeño aumento de volumen es reversible. La cristalinidad y birrefringencia de los gránulos no cambian.

Pero que pasa ¿cuándo hay un incremento de la temperatura?

• Para contestar esta pregunta, es mejor analizar lo que ocurre con el almidón en la prueba de la viscoamilografía.

a) Etapa de calentamiento.- con el aumento de la temperatura, los gránulos de almidón absorben agua y se hinchan más, los gránulos son transparentes y aumenta la viscosidad. A este se denomina punto de gelatinización o punto de gelificación. Al intervalo de temperatura en la que ocurre la gelatinización se denomina temperatura de gelatinización y al tiempo de inicio tiempo inicial de gelatinización.

• Si se calienta suficientemente como para proporcionar la energía necesaria para romper los enlaces débiles establecidos entre las micelas cristalinas, los gránulos de almidón se hidratan y se hinchan, es el inicio de la gelatinización, en esta etapa los gránulos se hidratan y se hinchan y se produce un incremento de la viscosidad. El almidón, fundamentalmente la amilosa, se solubiliza, formando una matriz intergranular, lo que produce un incremento de la viscosidad. Los gránulos pierden birrefringencia. En el cuadro 5, se aprecia el intervalo de gelatinización de algunos gránulos de almidón.

• Cuando hay gelatinización el almidón pierde la

birrefringencia. Después de la gelatinización, los

gránulos continúan hinchando y la viscosidad

aumenta marcadamente, hasta que los gránulos

chocan con frecuencia entre si hasta que

finalmente terminan de romperse y liberan las

moléculas (amilosa y amilopectina). A pesar de que

se sigue incrementando la temperatura, la

viscosidad disminuye.

• Si la temperatura sigue aumentando continuamente

los gránulos terminan colapsándose y

rompiéndose. El grado de hidratación depende de

la temperatura, el pH, la concentración y la fuerza

cizallante aplicada.

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b) Etapa a temperatura constante.-

Durante el calentamiento en el

viscoamilografo, la velocidad de

calentamiento es de 1,5 ºC/minuto, desde la

temperatura ambiente hasta 93 º C.

A 93 º C la temperatura se mantiene por 15

minutos, en este periodo la viscosidad

sigue disminuyendo o se mantiene

constante.

c) Etapa a temperatura enfriamiento.- En el

viscoamilografo las moléculas de amilopectina y

amilosa dispersos en el medio acuoso, se agitan

mientras se enfría, Las moléculas lineales se

realinean, a través de puentes de hidrógeno, para

formar un precipitado insoluble. En las disoluciones

concentradas de almidón, el realineamiento es

rápido y desordenado y la asociación de moléculas

se produce sólo en determinadas zonas, quedando

agua atrapada en los intersticios. A cada asociación

de las moléculas lineales (amilosa), con la

consiguiente disminución de la solubilidad, se le

denomina habitualmente

retrogradación. La viscosidad suele aumentar por la formación del gel; esto se debe a que la amilosa tiene tendencia a establecer enlaces intermoleculares y se reasocian entre si.

La amilopectina, como lo señala Wong (1995), por estar ramificado, se asocia relativamente despacio de enfriarse formando micelas de amilopectina más apretadas. Este proceso de cristalización continua lentamente y es el principal responsable del envejecimiento del pan.

Punto de gelatinización o temperatura de gelatinización.- Se produce en el momento en que desaparece la birrefringencia de los gránulos de almidón por acción del calor. Normalmente se produce dentro de un estrecho margen de temperatura, gelatinizando primero los gránulos y por último los más pequeños.

Después del punto gelatinización las características del almidón pueden alterarse modificando los grupos funcionales de su molécula, a esto se le denomina almidón modificado.

PROTEINAS:

varia desde 7 a 13% del peso del grano

entero.

Trigo: 9%, 12%, 15%

Cebada, maiz: 10%

Arroz: 7%

Avena: 12%

La distribución de las proteínas se encuentra

en los diversos tejidos y en el interior del

mismo. el 60-80% son prolaminas y

gluteninas, además están como globulinas y

albúminas y una gran parte son enzimas.

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FRACCION PROTEICA DE LOS CEREALES

TRIGO CENTENO CEBADA AVENA ARROZ MAIZ

1. PROTEÍNAS

HIDROSOLOLUBLE

-ALBUMINAS

-GLOBULINAS

9

6

8

10

12

12

10

55

5

10

4

3

2. PROTEÍNAS DE

RESERVA

INSOLUBLES

(GLUTEN)

- PROLAMINAS

- GLUTENINAS

45

40

42

40

52

24

12

23

7

78

55

38

PROTEÍNAS DE RESERVA 1. PROLAMINAS:

Proteínas solubles en etanol (65-75°C) cuyo nombre varia según la especie:

- Gliadina del trigo

- Hordenina de la cebada.

- Secalina del centeno, etc.

2. GLUTENINAS

Proteínas solubles en disolución ácidas o alcalinas diluidas o en agentes disociantes (urea)

Cabe señalar, su contenido muy bajo en lisina y bajo en triptofano.

LIPIDOS:

Representan entre 1 al 13% del peso del grano.

Teniendo a los triglicéridos, fosfolipidos, mono y digliceridos, ácidos grasos libres.

Una parte de los lípidos están enlazados al almidón, no se extraen con éter si previamente no se disocian.

Estos influyen en la calidad ya que después de triturados se oxidan causando sabores indeseables, la presencia de lipoxidasas y peroxidasas en el pericarpio y aleurona se oxidan mayormente

Algunos cereales tienen β carotenoides que dan color amarillo a la harina, pero las enzimas la decoloran enranciando las harinas.

VITAMINAS: constituyen una fuente de

vitaminas del grupo B como son niacina, Ac.

Pantotenico, piridoxina, tiamina, tocoferoles,

inositol, cantidades bajas de Vitamina C, B12, A

y D

MINERALES: 1-3% del peso seco del grano lo

que abunda son el P, K, Mg en menor

proporción el silicio, sodio, calcio además en

menor proporción el Fe, Mn, Se, Cu, Zinc.

Una gran parte del P se encuentra combinado

con el inositol, cuyas sales de Ca y Mg

CONSTITUYEN LA FITINA y esto es insoluble y

no asimilable por el organismo.

El trigo : Es el cereal que tiene mas sistemas de clasificación. Estos se comercializan según su grado (grado de salud del grano), clase (con el uso potencial del mismo).

Este es uno de los cereales que mas se consumen a nivel mundial. Ya que por sus propiedades fisicoquímicas, nutricionales.

son usados como materia prima o sucedáneos en industria de los alimentos como panificación, pastelería, extrusión, etc.

TRIGO

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Tipos de harinas:

Harinas duras: alto contenido de proteínas.

Harinas suaves: bajo contenido de proteínas.

Clases de harina para pan:

Harina integral: es aquella que contiene todas las

partes del trigo.

Harina completa: solo se utiliza el endospermo.

Harina patente: es la mejor harina que se obtiene

hacia el centro del endospermo.

Harina clara: es la harina que queda después de

separar la patente.

Características de la harina:

– Color: el trigo blando produce harinas blancas o blanco cremoso.

– Extracción: se obtiene después del proceso de molienda. Por cada 100 kg de trigo se obtiene 72 a 76 kg. De harina

– Fuerza: es el poder de la harina para hacer panes de buena calidad.

– Tolerancia: se le denomina al tiempo transcurrido después de la fermentación ideal sin que la masa sufra deterioro notable.

– Absorción: es la propiedad de absorción de la mayor cantidad de agua. Las harinas hechas de trigo con muchas proteínas son los que tienen mayor absorción.

– Maduración: las harinas deben ser maduradas o reposar cierto tiempo.

– Blanqueo: las harinas pueden ser blanqueadas por procedimientos químicos.

– Enriquecimiento: con vitaminas y minerales.

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PROTEÍNAS DEL TRIGO

De acuerdo con su solubilidad, cabe dividir las

proteínas del grano de trigo en:

a) albúminas (solubles en agua)

b) globulinas (solubles en disoluciones de

ClNa al 10% e insolubles en agua)

c) gliadinas (solubles en alcohol al 70-90%)

d) gluteninas (insolubles en agua o alcohol,

pero soluble en ácido a álcali).

Los granos de trigo tienen un gran numero de

proteínas estructurales, proteínas de reserva y

proteínas que tienen función biologica.

El gluten comercial es la fracción proteica

insoluble en agua procedente de la harina

de trigo. El gluten de trigo recién extraído

es, una vez seco, un polvo de color crema y

rico en proteína (75-80%). Contiene

elevadas cantidades de proteínas de

reserva (gliadinas y gluteninas) y tasas

reducidas de albúminas y otras proteínas

que no desempeñan funciones de este tipo,

así como 5 a 10% de lípidos y 10 a 15% de

carbohidratos.

Granos Andinos

Son plantas de hoja ancha (no gramíneas), que son usadas de la misma manera que los cereales (los verdaderos cereales son pastos). Su semilla puede ser molida a harina, y así utilizada.

Los granos andinos son plantas oriundas de los Andes. Han sido cultivadas durante miles de años en el Perú, asi como en otros paises andinos. En tiempos antiguos constituían la base de la dieta de estas regiones.

Los granos de quinua mas importantes son la Quinua (Chenopodium quinoa), la kañiwa (Chenopodium pallidicaule), y la kiwicha (Amaranthus caudatus).

La quinua: planta alimenticia muy antigua del área andina, su cultivo data de 5000 años a.c. Los incas reconocieron desde muy temprano su alto valor nutricional.

La semilla de quinua es un fruto maduro de forma lenticular, elipsoidal, cónica o esferoidal. Presenta tres partes bien definidas que son: episperma, embrión y perisperma. El tamaño de la semilla puede ser entre 1,5 y 2,6 mm de diámetro dependiendo de la variedad, como también su color.

La KAÑIWA confundida con la quinua, es una planta menos conocida y menos difundida que la quinua.

ha contribuido a la sobrevivencia de los pobladores andinos, creciendo en condiciones climáticas y ecológicas consideradas entre las más difíciles del mundo.

El cultivo no está mayormente difundido fuera de la zona del altiplano peruano-boliviano y de las serranías de Cochabamba. En el Perú el departamento de mayor producción es Puno.

Tiene gran variabilidad genética bien representada en la colección de la estación experimental de Camacani de la Universidad Nacional del Altiplano (Puno). Consiste en 339 accesiones de Perú y 26 accesiones de Bolivia. (Lescano 1997).

Los requerimientos del cultivo son similares a los de la quinua, aunque es menos exigente en cuanto a la calidad de suelo . Soporta T° bajas de hasta -3°C .

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La Kiwicha puede crecer bien en suelos alcalinos, ácidos, con alto contenido de sal y aluminio. También tienen gran capacidad para adaptarse a diferentes altitudes (desde el nivel del mar hasta 3500 m.s.n.m).

Se consumen tal cual y en forma de harinas y sus derivados. También se elabora con ellos, tras una fermentación previa, una bebida alcohólica tipica de Bolivia denominada chicha.

Hervidos, ya sea enteros o partidos, son empleados como ingrediente de sopas, y mezclados con frutos secos y copos de avena. Los granos reventados también se preparan de un modo similar a las palomitas de maíz.

La harina de amaranto, generalmente mezclada con otros tipos de harina, se utiliza en la elaboración de diversos productos , con galletas o panes. La harina integral tiene grán interés por su alto contenido en lisina, vitaminas y minerales.

Proyecto de Vitaminizacion

de las harinas en el Perú

• Tiamina( Vitamina B1 ) : 5.0 mg / Kg

• Riboflavina(Vitamina B2) : 4.0 mg / Kg

• Niacina ( Vitamina B3) : 48.0 mg / Kg

• Acido fólico : 1.2 mg / Kg

• Hierro : 55.0 mg / kg

TRABAJOS DE INVESTIGACION

1. Caracterización Física de Extruidos Preparados con Mezclas de Harinas de Maíz y Fríjol

2. Snack de Maíz Enriquecido con Fibra Dietetica y Carotenoides de la harina de zanahoria por Extrusión.

3. Propiedades Reologicas de Sopas Instantáneas por Extrusión Cocción de Mezclas de Maíz – Fríjol

4. Propiedades de gelatinización de Almidón de Malaga Fosfatado por Extrusión

5. Desarrollo de Productos Carnicos Texturizados para personas de tercera edad.

6. Efecto de la extrusión sobre las características Funcionales y la Calidad Proteica de la Quinua

7. Extrusión de Almidones de Fuentes no Convencionales para la producción de Almidón Resistente.

8. Desarrollo de un Alimento Ablactante Con Alto contenido de Proteína por Cocimiento por Extrusión usando maíz, soya y mani.

9. Cocimiento por Extrusión de Harinas de Legumbres.

TRABAJOS DE INVESTIGACION