Post on 02-Oct-2018
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
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.
Almidones de los cereales
Almidones de los cereales
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
Hidrólisis de los almidones
Sinergia en la acción de las enzimas
Hidrólisis de los almidones
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
Procesamiento de alto impacto de los cereales
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.
Procesamiento de alto impacto de los cereales
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.