QUÍMICA Y FISÍCOQUIMICA DE LOS CEREALES
Ing. Adriana Guillén B.
¿Qué son los Carbohidratos? • Todos los carbohidratos están formados por unidades estructurales de azúcares, que se pueden clasificar según el número de unidades de azúcar que se combinen en una molécula.
Clasificación de carbohidratos: • Monosacáridos: Glucosa, fructosa, galactosa • Disacáridos: Sacarosa, lactosa, maltosa • Oligosacáridos: Maltodextrina, fructooligosacáridos • Polisacáridos: Almidón: Amilosa, amilopectina, Celulosa, pectinas
Hidratos de Carbono • Almidón: Se encuentra en las plantas en forma de grano. Representa entre el 60-75 % del peso del grano. Es una fuente de energía • Celulosa: Fibra insoluble • Hemicelulosa: Polisacárido distinto del almidón e insoluble en agua, incluye los xilanos.
Hidratos de Carbono
1. Almid贸n: es un polvo blanco, brillante; esta constituido por los componentes amilosa y amilpectina. Los almidones naturales son insolubles en agua fr铆a pero por acci贸n del agua caliente sus gr谩nulos se hinchan llegando incluso a romperse si el agua se encuentra en exceso.
Hidratos de Carbono 1.1. Amilosa: comprende aproximadamente 20%-23% del almidon del trigo, esta constituido por un compuesto de cadena recta facilmente atacada por enzimas. 1.2. Amilopectina: comprende el 73%-80% del almid贸n de trigo; esta constituido por un compuesto de estructuras ramificada.
AMILOSA
AMILOPECTINA
GRANULO DE ALMIDﾃ誰
• •
Almidón; El almidón dañado absorbe mas agua.
•
El almidón normalmente se hidrata durante la gelatinización a 60-65 ºC.
•
1.3. El almidón es convertido en azucares por las enzima.
Proteinas • Son biomoleculas formadas básicamente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. • Pueden considerarse como unas pequeñas moléculas que reciben el nombre de aminoácidos. • Los aminoácidos se caracterizan por poseer un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo amino (-NH2)
Proteínas • Prolaminas: Zeína (maíz), gliadina (trigo),hordeína (cebada), orizanina (arroz). • Glutenina. • Albumina • Globulina
GLUTEN
FIGURA 1 / DIAGRAMA DE FABRICACIÓN DEL GLUTEN
Harina+Agua
Amasado
Lavado de la masa
Lechada de almidón
Fabricación de almidón
Secado y molido del gluten
• Cenizas : Expresa la riqueza mineral del grano y su valor nos da una idea del rendimiento y la calidad del producto. • Fibra: Es un conjunto de compuesto que solo se encuentra en los alimentos de origen vegetal, como los cereales, frutas, verduras, que no pueden ser digerida por el organismo humano.
ESTRUCTURA DE LOS PRINCIPALES CEREALES COMERCIALES EN VENEZUELA Trigo Maíz
Arroz Sorgo Avena Cebada
GRANO DE TRIGO Características: Longitud promedio: 8 mm Peso promedio: 35 mg Tamaño de los granos: Varia dependiendo de la variedad y posición de la espiga Forma: Redondeada en la parte dorsal (lado del germen) poseen un surco en la parte dorsal (lado opuesto del germen) – abarca toda la longitud del grano -centro
Corte Longitudinal y Transversal de un Grano de Trigo
Pericarpio o cubierta del fruto
Capa Exterior beeswing
1. Epidermis (Epicarpio) 2. Hipodermis 3. Restos de células de paredes delgadas
1. Células intermedias
Capa Interior
2. Células cruzadas 3. Células tubulares
Pericarpio: 5% del grano, 6% proteína, 2% cenizas, 20% celulosa, 0,5% grasa, resto pentosanos.
Pericarpio o cubierta del fruto
Capa Exterior beeswing
1. Epidermis (Epicarpio) 2. Hipodermis 3. Restos de células de paredes delgadas
1. Células intermedias
Capa Interior
2. Células cruzadas 3. Células tubulares
Pericarpio: 5% del grano, 6% proteína, 2% cenizas, 20% celulosa, 0,5% grasa, resto pentosanos.
Cubierta de la Semilla y Epidermis Nucelular
Semilla
1.Cubierta de espermodermo, pigmentada
la semilla tegumento) y
(testa, banda
2.Epidermis nucelar (capa hialina, perispermo) y proyecci贸n nucelar Endospermo 1. Capa de aleurona
2. Endospermo feculento
Estructura del grano de trigo Escutelo (cotiledón) 1. Epitelio 2. Parénquima 3. Tejidos provasculares
Germen
Plúmula, con el
(embrión)
coleoptilo Eje Embrionario
Raíz primaria cubierta
por la coleorriza Raicillas secundarias laterales
Epiblasto
Resumen: Partes del grano de trigo
Características del Germen Abarca 2,5-5,5% del grano de trigo Escutelo: almacen de proteínas Rico en proteínas: 25% Azúcar: 18%, sacarosa y rafinosa Aceite: 16% del eje embrionario y 33% del escutelo Cenizas: 5% Almidón: 0% Vitaminas: rico en vit B y E (tocoferol total, 500 ppm)
Capa de la aleurona Paredes formadas por pentosanos, hemicelulosa y ß-glucanos, pero no celulosa No almacena discretos
proteínas:
cuerpos
proteícos
No contiene almidón Alto contenido de grasa Bajo contenido de fibra Alto contenido de cenizas: Fósforo (fitatos) Alto contenido de vit: tiamina, niacina, riboflabina
Endospermo harinoso
Almacén de proteínas. Bajo contenido : > 18% Alto contenido de almidón: + 70% Bajo contenido de grasa Bajo contenido de cenizas Bajo contenido de fibra
Trigo duros y blandos Diferencia radica en: Pared celular gruesa: Característica de trigo duro
Hemicelulosa: absorbe gran cantidad de agua Pared celular fina: Característica de trigos blandos Poca absorción de agua Fractura del grano: Trigo duro: fractura por la pared celular y no a través del contenido de la célula Trigo blando: fractura a través del contenido celular
Fractura del grano de trigo
6. Trigo duro de invierno con la fractura en las paredes celulares
7. Trigo blando de invierno con la fractura atravesando las cĂŠlulas
Trigos Duros Proteína está fuertemente adherida al almidón: Matriz proteíca Enlace Proteína—almidón es muy fuerte: dureza del grano Trigos suaves: enlace proteína—almidón es muy frágil No se conoce la naturaleza del enlace proteína— almidón, pero se rompe facilmente en medio acuoso Tecnicas de Inmunoflorescencia: interfase proteína—almidón de trigo duro contiene una proteína hidrosoluble y que no posee el trigo blando
Además de la diferencia de dureza El aspecto del endospermo es una característica importante del trigo Algunos trigos son: vítreos, coriáceos, aspecto translucido, opacos, harinosos o farináceos Trigos opacos o harinosos: presencia de cavidades áreas en el grano que difractan y difunden la luz y hacen que el grano aparezca como opaco o harinoso Trigos vítreos o translucidos: ausencia de cavidades áreas en el grano
Resumen El endospermo del trigo varia en textura (dureza) y en aspecto (cualidad vítrea) En general:
los trigos duros ricos en proteína tienden a ser más vítreos Los trigos blandos pobres en proteína tienden a ser más opacos La causa de su dureza y de su transparencia son diferentes y no siempre se presentan juntas las dos
Resumen
Por ejemplo: Trigos blandos y ricos en proteína, son más vítreos que los trigos blandos pobres en proteína Los trigos duros y pobres en proteína, son más opacos (yellow-berry) [grano amarillo] que sus correspondientes ricos en proteína.
GRANO DE MAÍZ Compuesto de 4 partes principales: Cáscara o salvado (pericarpio y cubierta de la semilla) Germen Endospermo Pedículo (pico) Color del grano: Blanco y amarillo
Estructura del grano de maĂz
Estructura del grano de maíz Salvado: 5-6% del grano Germen relativamente grande: 10-14% Resto: endospermo A diferencia del trigo: dentro del mismo grano se encuentra el endospermo traslucido y opaco Endospermo traslucido: compacto sin espacios áereos
Estructura del grano de maíz Gránulos de almidón: forma polihedrica unidos en una matriz proteica Cuerpos proteicos: cuerpos de zeína Endospermo opaco: Los gránulos de almidón son esféricos Matriz proteica: Exenta de cuerpos proteicos Ambos endospermos: contienen igual cantidad de proteína, pero de diferentes tipos
Partes opacas y vĂtreas de tres tipos de maĂz
Micrografía electrónica de barrido de granos de maíz
Grano de Arroz Recolección: cariópside con cáscara adherida se conoce como arroz vestido o en cáscara. Cubiertas florales: 20% en peso bruto del arroz (lemma y palea) Cáscara: rica en celulosa (25%) Lignina: 30%
Sílice 95% de las cenizas Causa: bajo valor de la cáscara
Grano de Arroz
Endospermo: En Pálea: Pa Lemma: Le Pericarpio: Pc Cubierta de semilla: Sc Núcleo: N Aleurona: A Germen Escutelo: S Escama ventral: V Escama lateral: L
Coleóptilo: Cp Plúmula: P Mesocótilo: M Radicela: R Epiblasto: E Coleorriza: C
Características del grano de arroz Arroz moreno: desprovisto de cáscara Cariópsides: sin surco
Longitud variable: 5 y 8 mm Peso: 25 mg Composición: Pericarpio: 2% del grano Aleurona: 5% del grano
Germen: 2- 3% Endospermo: 89-94%
En General: Endospermo del arroz: Duro y vítreo Algunas variedades: presentan zonas opacas White belly (panza blanca). Opacidad del grano: espacios aéreos en el endospermo. Células de pared fina del endospermo: encajan granos compuestos poligonales de almidón y cuerpos proteicos. Cuerpos proteicos: abundancia en la capa de aleurona en comparación con las células más centrales del endospermo.
Grano de arroz El arroz y la avena son los únicos granos que tienen granos compuestos de almidon (granos grandes compuestos por muchas gránulos pequeños).
Gránulos individuales pequeños 2-3µm
de
almidón
de
arroz:
Grano de Sorgo Forma esférica: peso entre 20 y 30 mg
Color: blancos, rojos, amarillos y pardos Pericarpio: 7,9% (pericarpio + cubierta de la semilla) Germen: 9,8% Endospermo: 82,3% A diferencia de otros cereales: contiene almidón en el pericarpio: tamaño 1 y 4 µm localizados en el mesocarpio.
Testa: cubierta de la semilla contiene altos niveles de taninos condensados. Compuesto amargo: Resistencia a los pájaros Capa de aleurona: alto contenido de proteínas
Proteína: gran parte en forma de cuerpos proteicos 2-3 µm de diametro. Endospermo: traslucido y opaco igual que el maíz Endospermo opaco: grandes espacios aéreos responsables de la opacidad.
Estructura del grano de sorgo
Granos esféricos y de la parte opaca de almidón de sorgo con espacios aéreos
Grano de Cebada La cebada: igual que el arroz y la avena se cosecha con toda la cáscara Pericarpio Cariópside
cubierta de la semilla Germen Endospermo
Peso del grano: 35 mg
Grano de Cebada
Células de Endospermo: almidón incluido en una matriz proteica. Tamaño de los granos de almidón: lenticulares y pequeños gránulos esféricos.
grandes
Grano de Cebada
Grano de Avena Caprióside: encerrada en un envuelta floral Conocida: groat en USA Granos: aspecto similar al trigo o centeno Diferencia: cubiertos por (protuberancias con pelo)
numerosos
tricomas
Germen: 1/3 de longitud del grano, más largo y estrecho que el germen de trigo
Composición del Grano de avena Pericarpio Cubierta de la semilla Capa hialina Germen y Endospermo Aleurona: forma capa exterior del endospermo Endospermo feculento: Más proteína y aceite que otros cereales
Grano de Avena Almidón: Grandes granos compuestos, gránulos pequeños e individuales Gránulos pequeños de almidón: forma poliédrica Tamaño: 3 y 10 µm
Micrografía electrónica de un grano de avena, 500 µm
Composición componentes estructurales del grano de algunos cereales Cereal
Cáscara
Endosp
Germen
Afrecho
Arroz
18-28
70
2
8
Avena
20-25
70
2
8
Maíz
0
73-81
8-11
7,2
Trigo
0
83
2
15
Sorgo
0
82,3
9,8
7,9
Composición Química de Algunos Cereales Componente
Arroz
Avena Maíz
Trigo
Sorgo
(g/100g)
Humedad
12
8,3
13,8
12,5
11
Proteína
7,5
14,2
8,9
12,3
12,3
Grasa
1,9
7,4
3,9
1,8
1,7
Cenizas
1,2
1,9
1,2
2,3
1,7
Fibra
0,9
1,2
2
1,7
1,7
Tipos de carbohidratos presentes en algunos cereales Componente (g/100g)
Arroz Integral
Arroz Pulido
Maíz Integral
Maíz Trigo Endosp. Integral
Trigo Harina
Azúcares libres
0,6
0,1
2
0,6
2,6
1,2
Almidón
73
78
72
85
65
79
1
0,3
3,5
5,2
1,6
Pentosanos
-
Referencias Callejo, M.J. 2002. Industria de Cereales y Derivados. Colección Tecnología de Cereales. Ed. Mundi-Prensa, Madrid, España. Hoseney, R.C. 1991. Principios de Ciencia de los Cereales. Ed. Acribia, Zaragoza, España.