importancia de la transformación de materias primas para...

Importancia de la transformación de materias primas paraobtener alimentos nutritivos y seguros: Cereales

Carmelo MelitoOctubre 2016

Tópicos a tratar:

Los cereales

Composición de nutrientes de los cereales

Los almidones de los cereales

Las proteínas de los cereales

La fibra dietética de los cereales

Procesamiento de los cereales

Digestibilidad y biodisponibilidad

Los cereales pueden ser definidos como los granos o semillas comestibles de lashierbas o pastos pertenecientes a la familia Gramineae.Los cereales son principalmente 6 tribus de plantas y 9 géneros (maíz, mijo, trigo,arroz, cebada, centeno, avena, triticale y teff).

Monocotyledoneae

Commelinidae

Poales

Gramineae

Andropogoneae

Zea mays

Maíz

Sorghum bicolor

Sorgo

Oryzeae

Oriza sativa

Arroz

Aveneae

Avena sativa

Avena

Triticae

Triticum aestivum

Trigo

Secale cereale

Centeno

Hordeum vulgare

Cebada

Paniceae

Pennicetum glaucum

Mijo

Eragrostidae

Eragrostis tef

Teff

Estructura de los granos de cerealLos granos de cereal están compuestos por:1. Cáscara o cubierta rica en fibra (polisacáridos no digeribles)2. Un afrecho o aleurona en fibra (polisacáridos no digeribles)3. Un endospermo rico en almidones y que contiene proteínas4. Un embrión rico en proteínas y aceite vegetal.

Composición de nutrientes de los granos decereal

Cereales

Nutriente Arroz Trigo Maíz Sorgo Mijo Cebada Avena Centeno

Humedad (%) 10,37 13,10 10,37 9,20 8,67 10,09 8,80 10,95

Calorías

Cal/100 gr.360 330 348 332 327 349 390 334

Carbohidratos

(%)77,4 71,7 72,2 73,0 72,9 78,8 68,2 73,4

Proteína (%) 7,5 12,3 8,9 11 9,9 8,2 14,2 12,1

Grasa (%) 1,9 1,8 3,9 3,3 2,9 1 7,4 1,7

Fibra dietética

(%)3,4 12,2 7,8 6,7 8,5 16,6 10,6 15,1

Cenizas (%) 1,2 1,7 1,2 1,7 2,5 0,9 1,9 1,8

Fuente: Compositons of food, Agriculture Handbook N° 8-20, U.S. Department of Agriculture

Nutrientes que aportan los cereales

Nutrientes en cereales

Almidones

Proteínas

Gliadinas

Glutelinas

Fibra dietética

Soluble

Insoluble

Grasa

Almidones de los cerealesLos almidones de los cereales, se encuentran principalmente en la zona delendospermo del grano y se componen de dos tipos de moléculas poliméricas(amilosa y amilopectina) que se empaquetan en gránulos de almidón.

La amilosa es un polisacárido lineal de glucosa unidas por enlace α1→4.

La amilopectina es un polisacárido de glucosa unidas por enlace α1→4 conramificaciones de tipo α1→6.

Amilosa Amilopectina

El enlace α1→4, presenta un ángulo de 115 °,que le genera al polímero una estructurahelicoidal en el espacio, lo que determinamuchas de sus características químicas.

Almidones de los cereales


Trigo

Maíz Arroz

Avena

Las moléculas del almidón (amilosa y amilopectina) seempaquetan en estructuras llamadas gránulos de almidón,que dependiendo del tipo de cereal tienen diferente tamañoy forma.La estructura más pequeña corresponde al almidón de arrozy la que presenta gránulos de mayor tamaño es la de trigo.

Proceso de gelatinización y retrogradación de los almidones,que ocurre por efecto del tratamiento térmico.El gránulo se hincha por efecto de la absorción de aguahasta la temperatura de gelatinización y posteriormente serevienta y se dispersan las moléculas de amilosa yamilopectina. Este proceso se facilita por la presencia deagua y mientras el contenido de agua del almidón es menor,se requiere de una mayor temperatura para lograr lagelatinización.



La retrogradación ocurre cuando los almidones yagelatinizados se enfrían, produciendo que las moléculasdispersas de amilosa y amilopectina traten de regresar a unpatrón de arreglo estructurado de doble hélice. Sin embargoel proceso se detiene allí ya que sin la maquinaria de lacélula vegetal no pueden volver a adquirir la forma degránulo.

Hidrólisis de los almidones

Endo-enzimas

AmiloglucosidasaExo-enzima

Exo-enzimas


Sinergia en la acción de las enzimas


Gelatinizado

Crudo

Tipos de almidónresistente

RS1 Almidón aisladofísicamente

RS2 Almidón crudo

RS3 Almidónretrogradado

Principalmenteamilosa

RS4 Almidónmodificado

Almidones resistentes a hidrólisis

Tipos de proteínas por su solubilidad

Proteínas de acuerdo a

su solubilidad

AlbúminasGlobulinas

Prolaminas

Glutelinas

Proteínas solubles en agua

Proteínas solubles en soluciones

salinas diluidas

Proteínas solubles en ácidos o bases

diluidosProteínas solubles

en de alcohol diluidas

Grano Tipo de Proteína

Contenido (%)

RespuestaInmune

Trigo Gliadina 40 +++++

Trigo Glutenina 40 +++++

Centeno Secalinina 50 +++

Avena Avenina 16 No determinada

Cebada Hordeína 52 +++

Mijo Panicina 40 No presenta

Maíz Zeina 55 No presenta

Sorgo Kafirina 52 No presenta

Arroz Orzenina 5 No presenta

Teff Penniseitina 11 No presenta

Las proteínas de los cereales se encuentran principalmente en cuerpos proteicos(vesículas con alto contenido de proteína) en la zona del endospermo del grano(glutelinas y prolaminas) y en el germen del grano (albúminas y globulinas).

Proteínas de los cereales

En el trigo, el gluten permite las características viscoelásticas de la masa del trigo y ademáscontribuye a las características de la miga del pan y de otros muchos productos hechos abase de trigo.

El gluten se compone básicamente dedos tipos de proteínas, las gluteninas ylas gliadinas

Las gliadinas son proteínas quecontienen enlaces disulfurointramoleculares y se caracterizan pordarle la habilidad al pan de adquirir suforma durante la cocción.

Las gluteninas, que pueden formarenlaces disulfuro inter eintramoleculares, dan firmeza al panpor la formación de una redtridimensional durante el proceso defermentación y cocción del pan.

La red formada por la interacción de estas dos proteínasy su comportamiento elástico al absorber agua, producela estructura que atrapa los gránulos de almidón y losgases de la fermentación de la levadura, obteniéndosela estructura del pan en la cocción.

La fibra dietética de los cereales

Fibra dietética

Polímeros de hidratos de carbono con diez o

más unidades monoméricas que no son

hidrolizadas por las enzimas endógenas del

intestino humano. Si la fibra es de origen

vegetal, se consideran como parte de la fibra

los compuestos asociados a los polisacáridos

de la pared celular vegetal, como fracciones

de lignina y/u otros compuestos proteicos,

fenólicos, ceras, saponinas, fitatos y cutina.

Codex Alimentarius, 2009

β-glucanos

Fructosacáridos

Gomas

Pectinas, alginatos

Mucílagos

Celulosa, hemicelulosa

Lignina

Almidón resistente

Ceras, saponinas

Fitatos, cutina

Quitina

Fibra soluble

Fibra insoluble

Difieren en sus características como solubilidad,

fermentabilidad, viscosidad y efectos fisiológicos al ser

consumida

Tipos de fibras dietéticas

La fibra dietética de los cerealesLa fibra dietética en los cereales se encuentra principalmente concentrada en la cubiertao cáscara de los granos de cereales o en la capa de aleurona ubicada inmediatamentedespués de la cáscara y está mayormente constituida por fibra insoluble a partir de lacelulosa y la hemicelulosa

Arabinoxilano

Arabinogalactano

Celulosa

β- Glucano

Beneficios a la salud de la fibra dietaria

Convincente(Adecuado)

Posible

Efecto sobre la salud (OMS y ADA)

Reducción de sobrepeso y obesidad

Reducción de diabetes tipo 1 y 2 (Tolerancia a la glucosa y sensibilidad a la insulina)

Reducción de enfermedad cardiovascular(Reducción de colesterol LDL, triglicéridos)

Cáncer: intestino grueso

Mejora la función intestinal (Aumento volumen fecal, efecto laxante)

Probable(limitada)

Peso

de

la e

vid

enci

a

Recomendaciones de consumo (EFSA, ADA)

>25 g/día

25 a 30 g/día

25 g/ día

>35 g/día

>24 g/ día

INN-Vzla: 25 g/día

Efecto del consumo de fibra sobre la salud

Efecto Tip

o d

e

fib

ra

B-g

luca

no

s3

-15

g/d

Fru

ctan

os

tip

o in

ulin

a9

-34

g/d

Go

ma

guar

5-2

0 g

/d

Glu

co-

man

ano

3-1

0,5

g/d

Psi

lio5

,2-9

,6 g

/d

Salv

ado

0,3

-28

g/d

Ce

lulo

sa

Alm

.Re

sist

R2

y R

31

0-2

8 g

/d

↓ colesterol LDL 3 g/día 10 g/d

↓triglicéridos Inulina: 7 g/día 10 g/d

↓glucosa 3-10 g/día

↓ insulina 3-10 g/día

↓ peso corporal

↑ saciedad

Efecto prebiótico Inulina: 2,5-5 g/día

↑absorción calcio Inulina: 8 g/día

↑ volumen fecal

↑ tránsito intest. 1 g/d x 14días 28 g/d

↑ vaciado gástrico

↓ cáncer de colon 13 g /d

Fermentabilidad

Efectos adversos Inulina>20g/d >10g/d

Noaprobado por FDA

>30g/d

Costo 5 $/Kg 6,82 $/Kg 0,2 $/Kg 2 $/Kg

Peso de la

evidencia

Grado de

fermentación

Efecto

adverso

Procesamiento de los cereales

De acuerdo a la característica del proceso principal que se le realiza a los cereales, los mismos se pueden dividir en:

Procesos de los cereales

Mecánico

Térmico

Térmico Mecánico

Transformación de alto impacto

Molienda

Pulido perlado

Tostado

Muy baja humedad y baja temperatura

Baja humedad y alta temperatura

Alta humedad, alta temperatura y alto impacto mecánico

Acondicionamiento y laminación

Precocción, laminación y secado

Extrusión

Drum dryer o secado por tambor

Malteado

Modificación enzimática

Inte

nsi

dad

del

tra

tam

ien

to t

érm

ico

Incr

emen

to e

n la

can

tid

ad d

e ag

ua

en e

l tra

tam

ien

to

Procesamiento mecánico de los cereales

Procesamiento del arroz:

Proceso mecánico donde el arroz se va refinandomediante efecto abrasivo, hasta obtener el arrozblanco. Puede utilizarse agua en poca cantidad pero notienen tratamiento térmico importante, por tal razón elcereal se modifica poco y queda crudo, de manera quese debe cocinar para ser consumido.

Procesamiento mecánico de los cerealesProcesamiento del trigo:

Proceso mecánico donde el trigo es molido para producir harina y se va refinando mediante efecto de dos tiposde molienda hasta obtener la harina. Durante el proceso no existe tratamiento térmico importante y se utilizamuy poca agua, por tal razón el cereal se modifica poco y queda crudo, de manera que luego de usarse en lapreparación se debe cocinar, lo cual ocurre principalmente por horneado.

E-38E-37E-36

E-2 E-3

P-1

Silos

P-2

Separador

P-4

Aspirador

P-5

Separador de Disco

E-8

V-1

V-2

V-3

V-4

P-6

Separador Magnético

Premojo N° 1

Limpieza

N° 1

Palos

Ramas

Piedras

Metales

P-8

P-10

P-11

Separador

E-14

V-5

V-7

V-8

V-6

Premojo N° 2

P-12

Entoleter

E-15 E-16 E-17Temperos

E-19 E-20 E-18Temperos

P-13

Limpieza

N° 2

Soya

Cebada

Trigo Malo

E-23E-21E-22

E-24E-25E-26

P-15

P-16

Rotura

2 Bancos

Dobles

Bancos

B y T

E-28E-30E-29

P-17

P-19

Devastamiento

P-20

P-21

Purificador

Saror 1

Sifter 3

P-22

Purificador

Saror 2P-23

E-34E-32E-33

Reducción

4 Bancos

D

1 Bancos

SR

E-40E-41E-39

P-24

P-25

Purificador

Saror 3

Compresión

Línea Nueva

4 Bancos

Línea Vieja

6 Bancos

C

P-27

P-28

Afrecho de

Trigo

P-29

Durumfina

Sifter 4

120 mm

E-44 E-45

P-30

P-31

P-32

P-33

Sifter 1

Sifter 2

1500 mm

Semola

Tipos de Harina de Trigo

Argentina y Sudamérica

España Italia Otros Venezuela

0 Gran Fuerza 2 Sémola Integral Integral

00 Media Fuerza 1 Semolina Duro todo uso

000 Fuerza 0 Sémola Duro leudante

0000 Floja 00 Harina Blando Galletero

Harina o sémola de trigo durum con muy alta proteína utilizada en el proceso de pastificio

Procesamiento mecánico de los cereales

E-2

E-5

E-6

E-7

E-8

V-1

E-9

E-10

E-11 E-12

E-13

E-14

E-15

E-16

E-17 E-18

E-19 E-20

E-21 E-22 E-23 E-24

E-25 E-26 E-27 E-28 E-29 E-30E-31 E-32

Amasado

Extrusión

Secado

Procesamiento térmico mecánico de los cereales (pastificio)

Tostado de los cerealesTostado de la cebada:

Proceso térmico donde la cebada es malteada y tostada para producir malta consabores y olores característicos. Dependiendo de la intensidad del tostado seutiliza muy poca agua, y la modificación principal sobre el grano se produce porefecto de la germinación de la cebada y posteriormente por las temperaturas deltostado.

Procesamiento térmico mecánico de los cereales

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Humedad (%)

10

20

30

40

50

60

70

MP

as 18 %

22 %

15 %

12 %

Avena en hojuelas:

Se realiza un tratamiento térmico del grano de avena atemperaturas inferiores a los 95 °C y muy baja humedad(10 a 22 %) con la finalidad de reblandecer el grano deavena. Posteriormente se realiza un tratamientomecánico, mediante laminación y así obtener unahojuela gruesa de cerca de 400 µm de espesor, quemantiene la forma del grano de avena.Este procesamiento modifica muy poco loscomponentes del grano, de manera que la hojuela debeser cocinada para la preparación de la colada o atol.

Avena cruda sin tratamiento

Avena acondicionada y laminada

Hidrólisis de los almidones de

avena

Drum Dryer

5

Procesamiento térmico mecánico de los cerealesHarina precocida:

Se realiza un tratamiento térmico del endospermo de maíza temperaturas cercanas a 100 °C y una humedad entre 24a 32 %, con la finalidad de reblandecer el endospermo ypregelatinizar el almidón. Posteriormente se realiza untratamiento mecánico mediante laminación y se obtieneuna hojuela que luego se seca y se muele a granulometríacalibrada.Este procesamiento modifica los almidones delendospermo aportándoles una buena capacidad deabsorción de agua en frío, la capacidad de formación demasa y la capacidad de ser accesibles a la acción de lasenzimas.

Hidrolisis de los almidones de maíz

A diferencia de lo observado en la hidrólisis de los almidones de avena, en el caso de la harina precocida demaíz, por encontrarse precocida, sus almidones absorben más fácilmente el agua para generar masa atemperatura ambiente, lo que indica que están mucho más expuestos para la acción de las enzimas y portanto son mucho más biodisponibles .Por otro lado existe una correlación directa entre la velocidad con la cual los materiales amiláceos sonhidrolizados por las enzimas del tracto gastrointestinal y la respuesta glicémica o de glucosa medida ensangre por el período de la digestión. Así, mientras más fácilmente hidrolizable sea un almidón, mayor serásu respuesta glicémica.

Procesamiento de alto impacto de los cereales

Extrusión

Drum DryerSecado por tambor


Los procesamientos de alto impacto como la extrusión, el secado por tambor o los procesos enzimáticosson los que más modifican las estructuras de los diferentes componentes de los granos de cereal, tantoalmidones como proteínas e incluso fibras. Estos procesos incrementan su biodisponibilidad e inclusopermiten, mediante procesos secundarios, obtener productos con azúcares sencillos y alcohol (como en lacerveza); o a través de modificaciones químicas más complejas modificar los almidones para obteneringredientes que permiten modificar la viscosidad y la textura de alimentos al constituir parte de susfórmulas.

Conclusiones

• Los cereales son principalmente fuente de carbohidratos en forma de almidón y por endeenergía desde el punto de vista nutricional.

• Aunque algunos cereales como el trigo, la avena y el centeno dan un aporte importante deproteínas, estas pueden generar alergias o intolerancias en ciertas personas.

• El trigo, la avena, la cebada y el centeno, son cereales con un buen aporte de fibra dietética.Sin embargo, solo la avena y la cebada poseen un aporte importante de fibra soluble, en elresto de los cereales la mayor cantidad de aporte es de fibra insoluble.

• El perfil de ácidos grasos en los cereales es bastante similar. Sin embargo, cereales como elmaíz y el arroz poseen un aporte de fitosteroles, que ayuda a reducir los niveles de colesterolen el individuo.

• La modificación de los almidones, proteínas y fibras de los cereales se favorecen a medidaque los mismos son sometidos a mayores temperaturas y en presencia de mayorescantidades de agua.

• A medida que es mayor la intensidad de temperatura, de cantidad de agua utilizada en elproceso y la fuerza mecánica aplicada, será mayor la modificación de los componentes de loscereales y por lo tanto los almidones, las proteínas y las fibras, serán más digeribles y estaránmás biodisponibles.

• Los procesos de alto impacto, pueden ser tan drásticos que permiten producir a partir dealmidones, azúcares sencillos u otros compuestos como el etanol, o por otro lado modificartanto el almidón que puede utilizarse como ingrediente en alimentos procesados paraproducir textura, viscosidad o incluso utilizarse en otras industrias como la de los plásticos, latextil o la minera.

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