En el mundo los cereales constituyen la fuente mas importante de calorías. Se consume en forma natural o ligeramente modificada como artículos básicos de la dieta; se convierten mediante el procesamiento en harinas, almidones, aceites salvado, jarabes de azúcar, y en un gran numero de ingredientes adicionales empleados en la fabricación de otros aliméntenlos; se dan como alimento al ganado, transformándose así encarne, leche y huevos
El grano del cereal, que constituye el elemento comestible, es una semilla formada por varias partes: la cubierta o envoltura externa, compuesta bĂĄsicamente por fibras de celulosa que contiene vitamina B 1 , se retira durante la molienda del grano y da origen al salvado. En el interior del grano distinguimos fundamentalmente dos estructuras: el germen y el nĂşcleo.
En el germen o embri贸n abundan las prote铆nas de alto valor biol贸gico, contiene grasas insaturadas ricas en 谩cidos grasos esenciales y vitamina E y B 1 que se pierden en los procesos de refinado para obtener harina blanca.
La parte interna o núcleo amiláceo, está compuesto por almidón y en el caso del trigo, avena y centeno por un complejo proteico denominado gluten que está formado por dos proteínas: gliadina y glutenina, que le dan elasticidad y características panificables a la masa de pan y son responsables de la esponjosidad y textura del buen pan. Los cereales y sus derivados son ricos en carbohidratos tanto de absorción rápida (tras la ingestión pasan a la sangre en poco tiempo) como de absorción lenta (fibra). El contenido de la fibra varía según el proceso industrial de preparación.
El contenido proteico es muy variable, entre un 6 y un 16% del peso, dependiendo del tipo de cereal y del procesamiento industrial. La composición en aminoácidos de las proteínas de los cereales depende de la especie y variedad; en general son pobres en aminoácidos esenciales, por lo que se las cataloga de proteínas de moderada calidad biológica.
El contenido en grasas de los cereales naturales es muy bajo; algo más el del maíz cuyo contenido en grasa es del 4% aproximadamente y por ello se utiliza para obtener aceite. Los granos de los cereales contienen muy poca agua, de ahí su facilidad de conservación.
Los cereales contienen minerales como el calcio, fósforo (aunque la presencia de ácido fólico interfiere parcialmente su absorción), hierro y en menor cantidad potasio. Contienen también todas las vitaminas del complejo B. Carecen de vitamina A (excepto el maíz amarillo que contiene carotenos). La vitamina E está en el germen que se pierde con la molienda del grano y la vitamina B 1, es abundante en el salvado. De todas formas, la mayor parte de los cereales de uso más común sobre todo infantil como los copos de cereales del desayuno y diversa bollería están enriquecidos artificialmente con vitaminas.
Las proteínas son polímeros de aminoácidos encadenados por enlaces peptídico. Lo importante es saber que los aminoácidos poseen grupos R que varían de un aminoácido a otro. Existen a aminoácidos ácidos, básicos, hidrofílicos (afines al agua) e hidrofóbicos (repelen el agua)
En los cereales, las proteínas han sido clasificadas tradicionalmente en cuatro grupos de acuerdo a su solubilidad en diversos solventes. 1. Las albúminas son las proteínas solubles en agua, 2. Las Globulinas son solubles en soluciones diluidas de sales. 3. Las prolaminas son aquellas solubles en etanol al 70%, 4. Las glutelinas son insolubles en etanol 70% pero soluble en ácidos o bases diluidas.
La cadena de aminoácidos determina la conformación final que las proteínas asumirán y es ésta conformación tridimensional (estructura terciaria) donde radica la especificidad de los millones de proteínas existentes.
El almidón esta compuesto básicamente de glucosa. Aunque posea componentes minoritarios (grasas y minerales) muchos de ellos se encuentra a nivel de trazas. Así que generalmente el almidón es básicamente un polímero de glucosa.
Sin embargo, estas trazas (ya sean contaminantes del proceso de extracción o realmente asociadas a la composición química del almidón) tienen un efecto definitivo sobre las propiedades del mismo.
Los almidones de cereales poseen grasas asociadas a su estructura (bajas concentraciones) usualmente las grasas unidas al almidón son del tipo polar, ya que se necesitan solventes polares para extraerlos (metanol, por ejemplo). La concentración de lípidos en cereales se ubica entre un 0,5 y 1%.
Además de lípidos, el almidón posee nitrógeno y fósforo y básicamente no existe nitrógeno, por lo tanto no hay proteínas en él. Básicamente el almidón en los cereales es un polímero de glucosa. Desde un punto de vista químico hay dos tipos de polímeros: amilasa y amilopectina. El primero es lineal, el segundo ramificado.
El almidón presente en los cereales y tubérculos (y en las plantas en general) se encuentra en las células formando estructuras discretas llamadas los gránulos de almidón. Estos a su vez están ubicados en los amiloplastos. Los gránulos de almidón poseen un tamaño entre 2 y 100 micrómetros, dependiendo del cereal siendo los gránulos de almidón del arroz los más pequeños, y los del almidón de papa los más grandes.
La forma suele ser redondeada pero los hay de forma alargada o irregular. Las moléculas de amilosa y de amilopectina (componentes químicos del almidón) se hallan dispuestos de forma radial, formando una serie de capas concéntricas. En estas estructuras existen zonas cristalinas en las que las cadenas están asociadas en forma de hélices.
La Amilopectina también es un polímero de a-D-glucosa unidos entre sí por enlaces glicosídicos a-1,4. Pero, la amilopéctina posee ramificaciones que se originan cuando dos moléculas de glucosas se unen formando en laces a-1,6. Estas son mucho más frecuentes que en la amilasa (recuerde que en la amilasa también ocurren muy de vez en cuando ciertas ramificaciones). Se ha calculado que en la amilopéctina cada 20-25 subunidades de glucosa ocurre una ramificación a-1,6. La amilopéctina posee un peso molecular elevado en el orden de 100.000.000 ( la amilosa es de solo 250.000). Esto hace que la amilopéctina tenga aproximadamente cerca de 600,000 moléculas de glucosa en su estructura.
Debido a la naturaleza ramificada de la amilopéctina sus cadenas se las clasifican en A, B y C. Las cadenas A son las cadenas de glucosa unidas por a-1,4, las cadenas B son aquellas que poseen a-1,4 y a-1,6, mientras que las C poseen a-1,4 y a1,6 y además un grupo reductor libre (la ultima glucosa libre que no se une a nada). Así pues, las A no poseen ramificaciones y las B sí,: las cadenas C también tienen ramificaciones y, además, es donde finaliza la molécula.
El almid贸n es importante porque forma parte de nuestra dieta. Se encuentra en las patatas, el arroz, los cereales, las frutas, etc. En una dieta sana, la mayor parte de la energ铆a la conseguimos a partir del almid贸n y las unidades de glucosa en que se hidroliza.
Los almidones nativos se obtienen a partir de las fuentes de cereales (a partir de grano o subproductos) conservando la estructura nativa del almid贸n, su utilidad consiste en que regulan y estabilizan la textura y por sus propiedades gelificantes y espesante. Estos compuestos son una excelente materia prima, su funcionalidad depende del peso molecular promedio de la amilosa y la amilopectina, as铆 como de la organizaci贸n molecular de estos glucanos dentro del gr谩nulo
Grano de almidón El tamaño y la forma de los granos de almidón de las células del endospermo, varía de un cereal a otro; en el trigo, centeno, cebada, maíz, sorgo y mijo, los granos son sencillos, mientras que los de arroz son compuestos (poliédrica) . La avena tiene granos sencillos (esférica) y compuestos predominando estos últimos. La mayor parte de los granos de almidón de las células del endospermo prismático y central del trigo tiene dos tamaños: grande, 15-30 mm de diámetro, y pequeño, 1-10 mm, mientras que los de las células del endospermo sub-aleurona, son principalmente de tamaño intermedio 6-15 mm de diámetro. En las células del endospermo sub-aleurona hay relativamente más proteína y los granos de almidón están menos apretados que en el resto del endospermo.
Entonces diremos que el endospermo periférico se caracteriza por tener unidades de almidón pequeñas, angulares y compactas mientras que en el endospermo vítreo los gránulos de almidón ocupando el mayor espacio celular y están rodeados y separados de la matriz proteica y tienen formas angulares. Por otra parte en el endospermo almidonoso que se encuentra encerrado por el vítreo las unidades de almidón son de mayor tamaño y menos angulares La proporción entre estos endospermos, determina la dureza y densidadd del grano, y por ende, muchos factores que afectan el procesamiento, como el tiempo de cocción, la molienda seca y húmeda, el decorticado, etc.
El almidón también es muy utilizado en la industria alimentaria como aditivo para algunos alimentos. Uno más de los muchos utilizados. Tiene múltiples funciones entre las que cabe destacar: adhesivo, ligante, enturbiante, formador de películas, estabilizante de espumas, conservante para el pan, gelificante, aglutinante, etc.
También pueden ser utilizados como materias primas, que sometidas a hidrólisis, dan lugar a dextrinas que tiene aplicaciones tales como: Substitución del azúcar (rebajar el dulzor); Bebidas instantáneas (mejora la solubilidad y facilita la dispersabilidad); Productos en polvo, salsas, sopas, postres (dispersa mejor el almidón); Mayonesas y aliños (mejora la palatabilidad, intensifica el sabor); Productos cárnicos curados (substrato de fermentación) En dietética como fuente de carbohidratos.
El estudio de la estructura, composición y comportamiento fisicoquímico de los diferentes almidones ha ayudado mucho a la industria alimentaría, dándole bases para escoger el tipo de almidón adecuado que dará a un producto determinado las propiedades deseadas. Así, por ejemplo, se utiliza en la fabricación de embutidos y fiambres de baja calidad para dar consistencia al producto.
- Espesante Por su, el almidón es un espesante de bajo costo utilizado en productos alimenticios, gomas y adhesivos. - Vehículo Su compatibilidad con ingredientes diversos lo hacen un excelente vehículo o extensor de diversos productos alimenticios, industriales y farmacéuticos.
- Gelificante Las cualidades de retrogradación de los almidones, permiten usarlos como gelificantes en diversos productos, principalmente del sector alimenticio. - Sustrato de fermentación permite a los almidones una excelente funcionalidad como fuente de carbohidratos fermentables.
- Agente de acabado La Propiedad de formar películas resistentes y lisas, es aprovechada para dar acabado en superficies en diferentes tipos industrias. - Aglutinante La capacidad de formar pastas viscosas, permite al almidón la posibilidad de uso como ligante o aglutinante de una amplia gama de ingredientes. - Control de textura Tanto crudo como en dispersión, el almidón funciona como un eficaz medio para el control de la consistencia de diversos productos.
- Agente de moldeo El almidón crudo tiene la capacidad de retener formas estampadas sobre su superficie, cualidad importante en la industria alimentaria principalmente.
Tanto la amilosa como la amilopectina influyen de manera de determinante en las propiedades sensoriales y reol贸gicas de los alimentos, principalmente mediante su hidrataci贸n y gelatinizaci贸n. En ciertos casos cuando una de las fracciones est谩 en exceso puede traer consigo algunos inconvenientes; esto se observa en el arroz cocido cuya calidad mejora cuando se reduce el contenido de amilosa, pues resulta menos pegajoso.
El almidón se puede emplear como emulsivo en su presentación de almidones modificados o como espesante, donde se pueden presentar como modificados o no modificados. Este polisacárido influye definitivamente en las propiedades sensoriales de los alimentos que están determinadas por las interacciones que tenga con otros componentes. La influencia del agua, las sales, las proteínas, etc., hacen que este hidrato de carbono pueda cambiar su temperatura y su velocidad de Gelatinización, así como otras características.
El almidón también tiene gran utilidad en una amplia variedad de productos no alimentarios:
- Adhesivos: gomas de cola de fusión, estampillas, encuadernación, sobres, etiquetas. - Explosivos: adhesivo para la cabeza de los fósforos. - Papel: recubrimientos de papel, pañales desechables. - Construcción: aglutinante para tabiques de concreto, adhesivo para madera laminada. - Metal: adhesivo de metal poroso, aglutinantes para núcleos de fundición.
Textiles: acabado de telas, estampado. Cosméticos: maquillajes, cremas faciales. Farmacéuticos: revestimiento de cápsulas, agentes dispersantes. Minería: separación de minerales por flotación y sedimentación. Otros: películas de plásticos biodegradables, baterías secas, como aglutinante de materias primas en la fabricación de aislantes de asbesto y corcho. como agente espesante en la fabricación de tintes y pinturas, aglutinante en la fabricación de crayones, en la elaboración de fibra de vidrio
Limitaciones de los almidones nativos: razones para modificarlos.
El almidón actúa muy bien como espesante en condiciones normales, pero tiene tendencia a perder líquido cuando el alimento se congela y se descongela. Algunos derivados del almidón tienen mejores propiedades y se utilizan con valores nutricionales semejantes y aportando casi las mismas calorías.
La utilización del almidón como componente alimentario se basa además de sus propiedades funcionales en sus propiedades de interacción con el agua, especialmente en la capacidad de formación de geles. Sin embargo, el almidón tal como se encuentra en la naturaleza no se comporta bien en todas las situaciones que pueden presentarse en los procesos de fabricación de alimentos.
Concretamente presenta problemas en alimentos ácidos o cuando éstos deben calentarse o congelarse, inconvenientes que pueden obviarse en cierto grado modificándolo químicamente . La estructura nativa del almidón puede ser menos eficiente debido a que las condiciones del proceso (temperatura, pH y presión) reducen su uso en otras aplicaciones industriales, debido a la baja resistencia a esfuerzos de corte, descomposición térmica, alto nivel de retrogradación y sinéresis
Si sabemos que los gránulos de almidón son insoluble en agua fría, pero pueden contener agua al aumentar la temperatura, es decir los gránulos de almidón sufren el proceso denominado Gelatinizacion o gelificación. Durante la Gelatinización se produce la lixiviación de la amilosa, la Gelatinización total se produce normalmente dentro de un intervalo más o menos amplio de temperatura, siendo los gránulos más grandes los que primero gelatinizan.
Los diversos determinados.
estados de Estos
gelatinización pueden ser estados son:
a) la temperatura de iniciación (primera observación de la pérdida de birrefrigerancia o doble refracción), b) la temperatura media, la temperatura final de la pérdida de birrefrigerancia (TFPB, es la temperatura a la cual el último gránulo en el campo de observación pierde su birrefrigerancia), y el intervalo de temperatura de Gelatinización. Al final de este fenómeno se genera una pasta en la que existen cadenas de amilosa de bajo peso molecular altamente hidratadas que rodean a los agregados, también hidratados, de los restos de los gránulos.
Retrogradación Se define como la insolubilización y la precipitación espontánea, principalmente de las moléculas de amilosa, debido a que sus cadenas lineales se orientan paralelamente y reaccionan entre sí por puentes de hidrogeno a través de sus múltiples hidroxilos; se puede efectuar por diversas rutas que dependen de la concentración y de la temperatura del sistema.
Si se calienta una solución concentrada de amilosa y se enfría rápidamente hasta alcanzar la temperatura ambiente se forma un gel rígido y reversible, pero si las soluciones son diluidas, se vuelven opacas y precipitan cuando se dejan reposar y enfriar lentamente.
Cuando se disuelve el almidón en agua, la estructura cristalina de las moléculas de amilosa y amilopectina se pierde y éstas se hidratan, formando un gel, es decir, se gelatiniza. Si se enfría este gel, e inclusive si se deja a temperatura ambiente por suficiente tiempo, las moléculas se reordenan, colocándose las cadenas lineales de forma paralela y formando puentes de hidrógeno.
Cuando ocurre este reordenamiento, el agua retenida es expulsada fuera de la red (proceso conocido como sinéresis), es decir, se separan la fase sólida (cristales de amilosa y de amilopectina) y la fase acuosa (agua líquida). Si se calienta una solución concentrada de amilosa y se enfría rápidamente hasta alcanzar la temperatura ambiente se forma un gel rígido y reversible, pero si las soluciones son diluidas, se vuelven opacas y precipitan cuando se dejan reposar y enfriar lentamente.
Los almidones modificados: Las limitaciones anteriores se pueden superar modificando la estructura nativa por métodos químicos, físicos y enzimáticos, dando como resultado un almidón modificado; se incluye a los almidones hidroxipropilados, de enlaces cruzados y acetilados. Estos almidones generalmente muestran mejor claridad de pasta y estabilidad, menor tendencia a la retrogradación y aumento en la estabilidad al congelamiento-deshielo El origen de este tipo de almidones es fundamentalmente los cereales, de los cuales se obtienen las harinas nativas a partir de las cuales se aíslan los almidones nativos que pueden ser convertidos en almidones modificados tras la aplicación tratamientos como acidificaciones, oxidaciones, introducción de grupos químicos, tratamientos enzimáticos, etc
Estas modificaciones permiten adecuar las propiedades a la finalidad tecnológica que se requiera, así por ejemplo tenemos que el uso de la: - Gelatinización: permite obtener almidones que no requieren un posterior calentamiento para adquirir sus propiedades espesantes. - Hidrólisis: acorta algunas cadenas del polisacárido obteniendo pastas que en caliente presentan poca viscosidad mientras que se logran texturas gomosas por los geles débiles que se forman en frío.
- Eterificación: reduce la temperatura de gelatinización así como la retrogradación. - Cross-linking: permite obtener pastas de alta estabilidad ante el calentamiento, la agitación y el bajo pH. No presentan gelificación ni retrogradación. - Oxidación: disminuye la temperatura de gelatinización y la viscosidad. Se obtienen pastas fluidas y transparentes.
Una de las modificaciones más utilizadas es el entrecruzado, que consiste en la formación de puentes entre las cadenas de azúcar que forman el almidón. Estos almidones entrecruzados tiene como ventajas que dan geles mucho más viscosos a alta temperatura que el almidón normal y se comportan muy bien en medio ácido, resisten el calentamiento
y forman geles que no son pegajosos, sin embargo tienen limitaciones como: no resisten la congelación ni el almacenamiento muy prolongado (años, por ejemplo, como puede suceder en el caso de una conserva) además que cuanto más entrecruzado sea el almidón, mayor cantidad hay que añadir para conseguir el mismo efecto, resultando por esta razón más caros
Para extender la utilización del almidón en aplicaciones industriales, se están desarrollando almidones granulares solubles en agua fría (AGSAF). Éstos confieren propiedades funcionales importantes a muchos alimentos instantáneos, tales como una mayor viscosidad, textura suave y propiedades similares a las de los almidones pre y gelatinizados. Los AGSAF se pueden producir por un tratamiento del almidón en una solución acuosa de alcohol, con alta temperatura y presión, mediante un proceso de secado por aspersión en un sistema de doble boquilla y por un tratamiento alcohólico-alcalino, el cual es eficaz con una gran variedad de almidones, resultando viscosidades más altas y una mejor estabilidad al congelamiento-deshielo.
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