PROPIEDADES QUIMICAS, FISICAS, FISICOQUIMICAS Y TERMODINAMICAS

PROPIEDADES QUIMICAS. Agua.El agua es un compuesto formado por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O). Es fundamental para todas las formas de vida es un disolvente polar, su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares, o con carga iónica, como alcoholes, azúcares con grupos R-OH, aminoácidos y proteínas con grupos que presentan cargas + y -, dando lugar a disoluciones moleculares. El agua actúa vehículo de transporte de alimentos, productos metabólicos y sustancias de desecho, interviene en reacciones químicas como la hidrólisis de carbohidratos y proteínas; también actúa como termo regulador y estabilizador de sistemas vivientes. Carbohidratos.Son compuestos formados por carbono, hidrógeno y oxígeno; presentan la fórmula general Cx(H2O)n, y tienen la estructura de polihidroxialdehído o de polihidroxicetona; además todos los carbohidratos presentan grupos funcionales C=O y OH. Son los compuestos más abundantes en la naturaleza, y también los más consumidos por los seres humanos. Hay tres tipos de carbohidratos: Monosacáridos, Oligosacáridos y Polisacáridos.

Lípidos.Un lípido es un compuesto orgánico de origen natural que es insoluble en el agua y soluble en disolventes orgánicos no polares, tales como un hidrocarburo o éter dietílico. La baja solubilidad de los lípidos se debe a que su estructura química es fundamentalmente hidrocarbonada (alifática, alicíclica o aromática), con gran cantidad de enlaces C-H y C-C. Son de consistencia oleosa o aceitosa y actúan como reserva energética de las células y de los organismos. Los lípidos pueden clasificarse en saponificables (ácidos grasos, lípidos anfipáticos, eicosaonides) y no saponificables (Fosfolípidos, esteroides, terpenos, lípidos pirrólicos). FibraSe conoce con el nombre de fibra a diversos compuestos de origen vegetal que presentan como común denominador el estar constituidos por macromoléculas no digeribles, debido a que las enzimas del intestino humano no pueden hidrolizarlas. Cenizas.Se denomina así a la materia inorgánica que forma parte constituyente de los alimentos (sales minerales). Las cenizas permanecen como residuo luego de la calcinación de la materia orgánica del alimento. Proteínas.En su estructura primaria, las proteínas están formadas por cadenas de aminoácidos unidos entre sí por enlaces peptídicos entre un grupo carboxilo (COOH)y el grupo amino (NH2) siguiente. Están constituidas por Carbono,

Hidrógeno, Oxígeno y Nitrógeno. Las proteínas diferente entre si por numero secuencia y por el orden de los aminoácidos que las constituyen.

PROPIEDADES FISICAS

Se refieren a las cualidades que pueden ser medibles sin que sea alterada su estructura. Peso electrolítico. Es el criterio utilizado para determinar el grado y la calidad de los cereales, el valor se expresa en lb/bu o en Kg/hl. Mide la textura del grano y estado de salud del mismo.  Densidad.Es la relación entre la masa de una muestra dada y su volumen. Unidades de densidad en el SI son:→ Kilogramo por metro cúbico (kg/m³)→ Gramo por centímetro cúbico (g/cm³)

3. Propiedad aerodinámica. Es la resistencia que un cereal ofrece a la corriente del aire, es importante para el transporte de estos en corrientes de aire. Dimensiones.Abarcan el largo, el ancho, grosor y la relación existente entre largo y ancho del grano.

PROPIEDADES FISICOQUIMICAS. pH. Permite conocer el grado de acidez o basicidad que tiene, en este caso, elcereal. El pH del grano de cereal se encuentra entre 6.3 y 6.8.2. Contenido de agua.

El agua en los cereales aparece de 2 formas:a. El agua de composición contenida en las células.

b. El agua libre que se encuentra en la superficie de las células, de la que

éstas absorben superficialmente una parte. Este el contenido de humedad libre que se mide y condiciona la conservación del grano. Los cereales en general no se conservarán si el porcentaje de humedad supera el 13%.

PROPIEDADES TERMODINAMICAS Calor específico

El calor específico se define como la energía necesaria para elevar un grado la temperatura de la unidad de masa. Existen diversos métodos y equipos para medir el calor específico: métodos de mezclas y sus modificaciones, el calorímetro adiabático con calentamiento interno y la calorimetría diferencial de barrido (DSC).

Las unidades del calor específico son: ó . En productos de molinería, el calor específico (masas y productos de panadería) depende en gran medida de la humedad. Así, por ejemplo, para la masa de trigo para horneo, con humedades entre 40-50%, el calor específico varía entre 2.740 y 3.030 J/kg K. Para el caso de panes enrollados, el calor específico puede calcularse en función de su humedad [g/100g], mediante: Cp = 1.23044 + 30.56h2. Conductividad térmica. Mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las que está en contacto. Los dos principales grupos de métodos de medición de esta propiedad están basados en mediciones en estado estacionario y en estado transitorio. Los cereales poseen bajo calor específico y una escasa conductibilidad térmica, es decir, son aislantes del calor. Cuando se produce una fermentación en la masa del cereal dentro de un almacenamiento a granel, resulta insuficiente la circulación natural de aire entregranos para evacuar el calor producido, y debido al bajo calor específico, la temperatura puede alcanzar valores muy elevados.

CALIDAD DEL GRANO

Existen métodos analíticos para valorar la calidad objetiva del grano de cereal, entre los factores más destacados que se relacionan en la calidad del grano se encuentran:

Limpieza y pureza del grano. Un factor que altera la calidad del grano es la presencia de impurezas, como basura, piedras, malas hierbas, entre otros. El análisis de estas impurezas se efectúa por la separación de tamices y conteo posterior. También el empleo de cribas, ventiladores y mesas disimétricas mejora la limpieza del grano.

Aptitud germinativa. Es la cualidad necesaria para la obtención de semillas y la producción de la cebada cervezera; se encuentra relacionada con la pureza genética dela variedad y su estado sanitario.

Conservación. El estado de conservación del grano, tanto físico como sanitario, serelaciona con la calidad del mismo. Los aspectos que influyen son la conservación dehumedad del grano, su temperatura y su estado sanitario, en relación con la presenciade insectos o infecciones.

Características intrínsecas de grano.Dentro de una misma especia hay diferencias en la composición, esto referido en cuanto a la proporción del germen, endospermo y tegumentos. A su vez, esto tiene que vero con el peso específico y el contenido de cenizas en el grano, ya que son parámetros ligados a la proporción de endospermo y tegumentos; así, entre mayor sea el endospermo, se tendrá un contenido más alto de minerales, por lo que el porcentaje de ceniza expresa una proporción entre ambos componentes.

Calidad nutricional. El valor nutritivo del cereal se conoce mediante el estudio de la composición bioquímica y a través de ensayos de crecimientos en los que se determinan los valores nutricionales energéticos y proteicos. Igualmente, se incluye el valor higiénico del grano, esto en relación con la presencia de residuos de pesticidas y toxinas microbianas; este índice se expresa mediante niveles de contaminación.

Calidad tecnológica. Engloba las técnicas de transformación y fabricación aplicadas aciertos cereales, como el trigo, maíz, cebada y arroz. Dicha calidad varía con las diferencias en las técnicas empleadas.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS CEREALES

Los cereales como grupo son un 75% carbohidratos, 10% proteínas, 10% humedad, 1-2% grasa y 1-2% ceniza.

Composición química media del grano de algunos cereales(% del peso seco)

APORTE NUTRICIONAL

Carbohidratos

El almidón es el principal carbohidrato que se encuentra en todos los cereales, éste se encuentra presente únicamente en el endospermo y esta formado por dos glucanos: amilosa y amilopectina. La cantidad de amilosa en el almidón de los genotipos corrientes es de 25-27%.Aproximadamente el 70% de la masa de un grano se considera amorfa, en la cual se localizala mayor parte de la amilosa; el 30% restante es cristalina, y en la que predomina la amilopectina. En general, el almidón sirve de reserva energética. También se incluyen las pentosanas, como la celulosa y la hemicelulosa, las cuales son polimeros de azúcares pentosa como lo son la arabinosa o la xilosa. Éstas son las principales constituyentes de la pared celular de los granos de cereales, y junto con la lignina constituyen el grueso de la fibra cruda. La fibra tiene la habilidad de captar el agua además de reducir el contenido de glucosa en la sangre. Igualmente, existen azúcares, en los granos de cereal, cuya riqueza libre es de 1-3%.Algunos de estos azucares son la Glucosa, Fructosa, Maltosa, Sacarosa, entre otros. Así, por ejemplo, la fructosa produce escasos efectos en el nivel de glucosa en la sangre y no estimula la secreción de insulina.

Proteínas Las proteínas, dentro del grano de cereal, pueden encontrarse en el embrión, el escutelo y la capa de aleurona, aunque en menores proporciones se localiza, también, en el endospermo feculento, el pericarpio y la testa. Dentro del endospermo, la concentración de proteína aumenta del centro hacia los alrededores. El endospermo constituye, aproximadamente, un 80% del peso del grano, el cual contribuye con un 70% a la proteína encada cereal; la capa de aleurona contribuye en menor proporción al peso total del grano. Los granos de cereales contienen cuatro tipos de proteínas: albúminas, las cuales son solubles en agua; las globulinas, con una disolución salina, las prolaminas con etanol acuoso al 70% y las glutelinas. Igualmente, éstos cuatro tipos proteínas se pueden en clasificar en solubles (albúminas y globulinas), denominadas proteínas citoplasmáticas, las cuales tienen funciones metabólicas y estructurales, localizadas principalmente en el embrión y en la periferia del grano; e insolubles (prolaminas y glutelinas), denominadas proteínas de reserva, que se encuentran en las células del endospermo en forma de corpúsculos o cuerpos protéicos .Albúmina Globulina. Las gliadina es una proteína soluble en alcohol (prolaminas) y la glutenina insoluble (glutelinas). Ambas, la gliadina y la glutenina, forman, con agua y sales, el gluten al amasar la harina; el gluten es una proteína que se encuentra en la semilla de muchos cereales combinada con almidón. La composición del gluten es: gliadina 43%, glutenina 39%, otras proteínas4.4%, lípidos 2.8%, azúcares 2.1% y almidón 6.4% con algo de celulosa y sustancias minerales. El complejo gluten tiene propiedades elásticas y de esponjamiento de gran valor para la fabricación de pan y otros productos. Aunque el gluten se

encuentra en la mayoría delos cereales (trigo, cebada o centeno) hay cereales libres de gluten como el arroz, el maíz y el trigo alforfón.

Diferentes proteínas del grano de los cereales (% de la proteína total)

En los cereales existen 18 aminoácidos diferentes, su proporción y orientación en las cadenas peptídicas determinan las propiedades de cada proteína, por lo que los cuatro tipos de proteína varían en su composición de aminoácidos, las prolaminas son pobres en lisina, mientras que las albúminas y las globulinas son más ricas, por ejemplo.

Composición en aminoácidos del grano de los cereales (g/16g de nitrógeno)

Algunas proteínas de los cereales poseen cierto carácter enzimático, desempeñando un papel importante en el procesamiento del cereal, algunas de estas proteínas son:

Amilasas. Pueden ser a y b- amilasas, presentes en todos los cereales, éstas favorecen la ferminación prematura.

Peroxidasas. Aceleran la oxidación no enzimática de ácido ascórbico y ácido de hidroascórbico.

Fitasa. Hidrolia el ácido fítico, sustancia que inhibe la absorción intestinal de los ionesde calcio y hierro por la formación de sales insolubles difíciles de absorber.

Lípidos

La cantidad de lípidos en los granos de cereales es pequeña. El contenido lipídico del trigo, centeno, cebada, triticale, arroz y mijo es de 1-3%; en el sorgo del 3-4%; y el del maíz, avena y algunas clases de mijo el 4-6%.Los lípidos más abundantes en los cereales son los glicéridos de ácidos grasos, además de fosfolípidos y glicolípidos. Los lípidos en los cereales son relativamente ricos en ácidos grasos esenciales (ácido linoléico). Los ácidos grasos saturados, principalmente palmítico, representan del 11-26% de la grasa total de los cereales, y los insaturados del 72-85%. Los fosfolípidos se encuentran hasta en un 4% presentes en los cereales. Como componentes menores de la fracción lipídica están los carotenoies y los tocofenoles. Los tocofenoles presentan actividad de vitamina E, ademá de actuar como antioxidantes, siendo el a-tocofenol el de mayor actividad vitamínica y menor actividad antioxidante.

Vitaminas

Los cereales contienen vitaminas del grupo B, las principales vitaminas del grupo Bson: Tiamina (B1), niacina, riboflavina (B2), ácido pantoténico (B3), piridoxna (B6), biotina,ácido fólico, colina, inositol y ácido p-aminobenzoico. Estas vitaminas se encuentran distribuidas por todo al grano sin uniformidad. Esta irregularidad en la distribución trae como consecuencia las diferencias del contenido vitamínico entre los granos completos y los productos de la molturación o de los procesos industriales.

Minerales

Un 95% de las sustancias minerales de los cereales con cariópsides desnudas (trigo, sorgo, centeno, maíz y algunos mijos) y de las semillas de avena, cebada, arroz y mijos vestidos, esta formado por fosfatos y sulfatos de potasio y magnesio. Se pueden encontrar elementos como Fósforo, Potasio, Calcio y Magnesio; y en menores cantidades Hierro, Manganeso, Cobre y Zinc. La presencia de estos elementos, ayuda al crecimiento de los huesos y dientes, para la asimilación de Vitamina C.

Análisis Químico proximal

El conocimiento de la composición química de los granos de maíz es una herramienta útil y necesaria para evaluar y preservar su calidad durante todos los procesos que sufre después de la cosecha, como son el secado y

almacenamiento. Al mismo tiempo, este análisis nos da información acerca del uso más apropiado para cada tipo de maíz, por ejemplo, para la alimentación humana o animal, la producción de semillas, la industria, entre otras.

Humedad

La humedad es un factor muy importante en la calidad de los alimentos, ya que de ésta depende su preservación. De acuerdo con Darrah, et al. (2003), en el caso de los granos de maíz, un porcentaje elevado de humedad (superior al 14.5%) los convierte en un sustrato adecuado para el crecimiento de mohos; mientras que, un porcentaje reducido (inferior al 10%) hará que se vuelvan frágiles y quebradizos. La FAO, por su parte, menciona que los maíces son comercialmente aceptables cuando tienen un contenido menor o igual al 15.5%.

Las variedades de maíz analizadas presentaron un porcentaje de humedad inferior al 15.5%, por lo que, para la FAO, todas son buena calidad. Sin embargo, en algunos casos el contenido de humedad se encuentra ligeramente por debajo del 10%; por este motivo, los granos son más frágiles, lo cual podría reflejarse en su resistencia al almacenamiento y aceptación por parte de los compradores.

Cenizas

En general, las cenizas representan el contenido de materia inorgánica, principalmente minerales de un alimento. Si se compara el porcentaje de cenizas del maíz con el de otros alimentos (Pomeranz y Meloan, 1994), por ejemplo, frutas frescas (0.2- 0.8%), carne (1%), yema del huevo (1.7%), se puede observar que presenta un contenido superior (Watson, 2003) que va del 1.1 al 3.9%. Los maíces analizados caen dentro de este intervalo (1.11- 2.36% ).

Proteínas

El grano de maíz es la segunda especie vegetal más rica en proteínas, solo superada por la soya. De acuerdo con Darrah et al. (2003) el contenido de proteína de los granos de maíz oscila entre el 9 y el 11%; mientras que las variedades analizadas contienen del 7.57 al 13.46 %, lo cual puede deberse a múltiples factores tales como la herencia, prácticas de cultivo y el clima.

Un aspecto importante a considerar en el caso del maíz es que la cantidad de proteínas no está relacionada directamente con la calidad nutricional de éste. Esto se debe a que las proteínas presentes en mayor proporción en el grano son las zeínas, deficientes en lisina y triptofano. Por lo tanto, cuando aumente el contenido proteíco, quiere decir que va a aumentar la cantidad de zeína, lo cual se verá reflejado en una proporción menor de estos aminoácidos limitantes. Esta es una de las razones por las que no hay mucho interés en manipular genéticamente al maíz para producir una mayor cantidad de proteínas.

Hasta el momento, la mejor forma de compensar la deficiencia en lisina y en triptofano, ya sea para la alimentación humana o animal es utilizar otra fuente de proteínas rica en estos aminoácidos, por ejemplo, las leguminosas como la soya, aunque éstas sean deficientes en aminoácidos azufrados (cisteina y metionina); o bien, consumir proteínas de origen animal.

Aplicación de Pruebas especiales de Calidad.

Hipoclorito en semilla/grano de soja

La semilla/grano de soja es susceptible de alterarse en su estructura física por diversos factores que tienen su origen en el ambiente y en el manejo del lote de producción. Estas alteraciones pueden afectar físicamente al embrión y a las estructuras de cobertura y de reserva representadas por los cotiledones. Cualquier tipo de daño físico afecta no solo la germinación sino también la producción de plántulas normales e incide directamente sobre la longevidad de la semilla/grano durante toda la poscosecha. La perdida de germinación en la semilla acompaña también a diferentes procesos deteriorativos en el grano como la alteración de los contenidos de proteínas y aceites.

La utilización de métodos rápidos indicadores del grado de deterioro físico actual y/o potencial son de gran utilidad para diagnosticar daños y tomar decisiones a cerca del destino del lote.

La implementación de la Prueba de Hipoclorito constituye una herramienta sencilla, económica y rápida para determinar el nivel de daño físico provocado a la semilla/grano de soja en distintas etapas del proceso de producción y manipuleo.

Consiste en sumergir 100 semillas/granos de soja en una solución de hipoclorito y observar el tamaño que adquieren las semillas sumergidas luego de 10 a 15 minutos. Las semillas/ granos que poseen alteraciones físicas en cualquiera de sus estructuras se hinchan aumentando su volumen de manera considerable. De esta manera se computan las semillas/granos de mayor tamaño, se obtiene el porciento en forma directa y se relaciona con el nivel de daño mecánico presente en la muestra y el lote.

Este sencillo análisis puede ser practicado durante la cosecha al pie de la maquina, perdiendo establecer correcciones en variables tales como velocidad de avance, revoluciones por minuto, luz del cilindro y cóncavo, etc. Así mismo este análisis puede ser utilizado para probar la eficiencia del funcionamiento de maquinarias en cualquier momento durante el manipuleo del lote. Por otra parte, el conocer el nivel del daño mecánico que tiene el lote permite tomar decisiones rápidas relacionadas con el caudal de agua a emplear en tratamientos especiales como curado y/o inoculado cuando se trata de semilla destinada a siembra.

Procedimientos

Se prepara una solución de hipoclorito al 0.5% y para ello se toman 5 ml de una solución de lavandina comercial (5 -5.5%) y se completa a 100 ml con agua corriente o destilada preferentemente.

Se toman 100 semillas al azar representativas del proceso y se sumergen en la solución.

Se esperan 10 a 15 minutos como máximo.

Se observan y cuentan las semillas que han alcanzado entre 2 y 3 veces su tamaño original.

Se establece directamente el porciento (%) de daño físico de la muestra.