MODULO DE INDUSTRIAS DE HARINAS Y BALANCEADOS. TECNOLOGIA DE LOS CEREALES MODULO DE INDUSTRIAS DE HARINAS Y BALANCEADOS. TECNOLOGIA DE LOS CEREALES Ing.

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1 MODULO DE INDUSTRIAS DE HARINAS Y BALANCEADOS. TECNOLOGIA DE LOS CEREALES MODULO DE INDUSTRIAS DE HARINAS Y BALANCEADOS. TECNOLOGIA DE LOS CEREALES Ing. Carlos Rivas. Ing. Carlos Rivas. CARACTERÍSTICA GENERALES DE LOS GRANOS DE CEREALES. Morfología de los granos. Distribución de nutrientes en el grano. Principales constituyentes químicos del grano.

2 MODULO DE INDUSTRIAS DE HARINAS Y BALANCEADOS. TECNOLOGIA DE LOS CEREALES MODULO DE INDUSTRIAS DE HARINAS Y BALANCEADOS. TECNOLOGIA DE LOS CEREALES LOS CEREALES son plantas herbáceas de la familia de las Gramíneas cuyas semillas se emplean para la alimentación humana o animal, como granos o molidos en harina. Producen frutos secos con una sola semilla (cariópside). La palabra cereal procede de latín, Ceres. En la mitología Romana, Diosa de los campos y las cosechas. LOS CEREALES son considerados: la base alimentaria de las grandes civilizaciones por : Constituir una de las primeras actividades agrícolas humanas. Forjar una forma de alimentación constante alrededor de la cual, la actividad humana podía organizarse.

3 Las culturas europeas se formaron en torno al trigo, la cebada, el centeno y la avena. Las civilizaciones del extremo oriente alrededor del arroz. El sorgo se estableció en África. En América se desarrollaron alrededor del maíz.

4 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. OTRAS RELEVANCIAS A DESTACAR SOBRE LOS CEREALES: Desde la antigüedad sirvió de alimento básico para el hombre. Representa más de la tercera parte del ingreso calórico y proteico de la dieta humana. Representa el alimento más económico en referencia a sus costos en calorías y proteínas ( comparados con otros alimentos: Leche, huevos, carnes)., Presenta ciertas ventajas: -Adaptación a diversos suelos y condiciones climáticas. -Gran productividad. -Fácil cultivo. -Buenas cualidades de almacenamiento. -Gran valor alimenticio.

5 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. El incremento en su producción de cereales a nivel mundial ha sido notorio. Esto ha estado marcado por distintos factores entre los que se destacan: Búsquedas de variedades más productivas. Ampliación de tierras de cultivo. Mejoras en las labores. Tratamientos. Empleo de productos fitosanitarios, entre otros.

6 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. DIFERENCIAS BÁSICAS ENTRE LOS CEREALES. La composición química entre ellos. El tamaño de los gránulos de almidón del endospermo La forma del grano

7 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Dr.C Luis Miguel Hernández Luna.

8 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. ESTRUCTURA DEL GRANO DE CEREAL ESTRUCTURA DEL GRANO DE CEREAL. GERMEN O EMBRIÓN: Se localiza en el centro o núcleo de la semilla, a partir del cual se desarrolla una nueva planta. ENDOSPERMO: Estructura harinosa o feculenta que envuelve al embrión y que le proporciona los nutrientes necesarios para su desarrollo. PERICARPIO: Capas exteriores laminares que recubren al grano. CÁSCARA: Es la capa más exterior de todas y de cierta dureza ya que protege a la semilla. Está formada por fibras vegetales.

9 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Atendiendo a la presencia de cáscara en el grano existen: GRANOS DESNUDOS: Ausencia de la cáscara. Ejemplos: Trigo, Maíz, Sorgo entre otros. GRANOS NO DESNUDOS: Presentan cáscara. Ejemplos: Arroz, Cebada.

10 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. PARTES CONSTITUYENTES DEL PERICARPIO. Está compuesto de varias capas de células. Se divide en Epicarpio, Mesocarpio y Endocarpio, este último se subdivide en células intermedias, cruzadas y tubulares. EPICARPIO: Contiene células alargadas y rectangulares. EL MESOCARPIO Y ENDOCARPIO: Varían en grosor y número de capas para los diferentes granos de cereales. TESTA: Está adherida a la parte ventral de las células tubulares y consiste en 1 ó 2 estratos de células. FUNCIÓN FUNDAMENTAL: Agente de protección contra causantes bióticos externos, impedir pérdida de humedad y distribuir el agua y otros nutrientes en el grano.

11 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. PARTES CONSTITUYENTES DE LA CÁSCARA. Constituidas por GLUMAS que son estructuras florales en forma de hoja donde se desarrolla y encierra el grano. Sirven como mecanismo de protección en el grano en la fase de desarrollo y maduración. Las Glumas están formadas por LA LEMA y LA PALEA. LA LEMA: Generalmente cubre al embrión y termina en una punta lanceolada. LA PALEA: Cubre la parte ventral de los granos de cereales pequeños.

12 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. PARTES CONSTITUYENTES DEL GERMEN. Consta del ESCÚTELO y del EJE EMBRIONARIO. EL ESCUTELO: Se adhiere al endospermo. Sirve como almacén de nutrientes y como puente de comunicación entre la plántula en desarrollo y el almacén de nutrientes del endospermo. EL EJE EMBRIONARIO: Está formado por la radícula y la plúmula, que formarán las raíces y la parte vegetativa de la planta.

13 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. CAPA DE ALEURONA : Capa que separa el endospermo de la cubierta del grano. Está compuesta por una sola capa de células, menos la cebada que tiene de 2 a 4, el arroz que tiene 6 y la avena que tiene 1 ó 2. No contiene almidón, pero es rica en proteínas, grasa y minerales, fundamentalmente el ácido fítico. FUNCIÓN: Es importante porque durante la germinación sintetiza las enzimas indispensables para desdoblar los nutrimentos del endospermo

14 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. PARTES CONSTITUYENTES DEL ENDOSPERMO. EL ENDOSPERMO: Es el depósito de almidón y otros componentes que le sirven de nutriente a la planta. Se encuentra constituido por tres partes: Periférico, Vítreo y Almidonoso. EL ENDOSPERMO PERIFÉRICO: Caracterizado por: alto contenido en proteínas y tener unidades de almidón pequeñas, angulares y compactas. Es el responsable de la baja digestibilidad de nutrientes que presentan algunos cereales EL ENDOSPERMO VÍTREO: Los gránulos de almidón ocupan la mayoría del espacio celular y están rodeados y separados de la matriz proteica que sirve como pegamento para mantener la estructura interna de la célula. Los cuerpos proteicos son redondos y pequeños si se compara con las unidades de almidón. EL ENDOSPERMO ALMIDONOSO: Se encuentra encerrado por el vítreo. Las unidades de almidón son de mayor tamaño y menos angulares. La asociación entre la matriz proteica y los gránulos de almidón es más débil, tienen un menor contenido de proteína que el anterior.

15 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. LA PROPORCIÓN ENTRE ENDOSPERMOS DETERMINA: Dureza del grano. Formas de procesamiento Densidad del grano Densidad del grano. FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESAMIENTO FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESAMIENTO. La forma del grano. Tiempo de cocción. Descortezado y pulido. Molienda seca y Húmeda. La forma del grano. Tiempo de cocción. Descortezado y pulido. Molienda seca y Húmeda.

16 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. DISTRIBUCIÓN DE NUTRIENTES EN EL GRANO. Los constituyentes químicos no están distribuidos de manera homogénea en el grano. El almidón aumenta sus niveles del exterior hacia el centro del grano. Los restantes nutrientes muestran un patrón diferente. El almidón aumenta sus niveles del exterior hacia el centro del grano. Los restantes nutrientes muestran un patrón diferente. CUBIERTAS O ENVOLTURAS: Compuestos celulósicos, proteínas, lípidos, minerales, vitaminas y pigmentos carotenoides. GERMEN: Es rico en azúcares, proteínas, lípidos minerales, vitaminas y enzimas activas. ENDOSPERMO: Carbohidratos, proteínas, pequeñas cantidades de minerales, vitaminas y compuestos enzimáticos. LAS CAPAS DE ALEURONA: Son de alto valor nutritivo, contiene proteínas, grasas y vitaminas del complejo B.

17 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS CEREALES. Los cereales no refinados son fuentes valiosas de proteínas, carbohidratos, grasas, minerales, vitaminas B y E y enzimas. Aportan fibra y ácidos grasos esenciales a la dieta. Las proteínas no aportan un balance óptimo en aminoácidos esenciales, siendo la lisina su aminoácido limitante.

18 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. CerealProteínas Extracto etéreo Fibra cruda Cenizas Arroz elaborado7,80,50,40,6 Avena entera17,16,411,33,2 Cebada11,52,25,62,9 Centeno13,41,82,12,0 Maíz10,34,52,31,4 Mijo14,55,12,0 Sorgo11,03,22,71,8 Trigo13,42,4 1,9 Triticale15,21,92,21,9

19 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. COMPOSICIÓN EN HIDRATOS DE CARBONO DE LOS CEREALES. Hasta aprox. el 90 % del grano puede estar compuesto por hidratos de carbono y dentro de ellos EL ALMIDÓN es el que se encuentra en mayor proporción. (LOS CEREALES: Rango de contenido en almidones: 40-80%) CerealAlmidónCelulosaHemicelulosa  -glucanas PentosanasAzúcares libres Arroz elaborado85120,10,90,4 Avena entera4,63,21,3 Cebada5,87,53,5 Centeno2,46,47,1 Maíz7023-6,21,9 Sorgo752,5 --2 Trigo60250,84,92,3

20 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. PROPIEDADES FUNCIONALES DE LOS ALMIDONES Organización física de las macromoléculas en la estructura del granulo. (Distribución y tamaño de partículas. Relación de los componentes moleculares principales. (Amilosa – Amilopectina. TAMAÑO DE GRÁNULOS MÁS PEQUEÑOS. Más poder de hinchamiento. Menor solubilidad. Más capacidad de retención de agua. Mas baja susceptibilidad a la α-amilasa. Más poder de hinchamiento. Menor solubilidad. Más capacidad de retención de agua. Mas baja susceptibilidad a la α-amilasa.

21 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Comparación de los gránulos de almidón en diferentes cereales. CerealTamañoForma Trigo grandes: 15-40  pequeños: 1-40  lenticular esférica Centeno grandes: 25-60  pequeños: 2-10  lenticular esférica Avena hasta 60  lenticular Maízgránulos simples: 2-10  2-30  esférica angular, poligonal esférica Arroz entre 2-12  angular

22 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. CONSTITUYENTES DEL ALMIDÓN ALMIDÓN CONSTITUIDO POR POLÍMEROS….. AMILOSA AMILOPECTINA La proporción relativa de amilosa y amilopectina determinan muchas de las características de los almidones presentes en los cereales. Con ligeros cambios de la proporción entre amilasa y amilopectina se pueden conseguir enormes efectos en una amplia variedad de características funcionales.

23 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. AMILOSA Está constituida enteramente por moléculas de glucosa, unidas por las posiciones 1,4 teniendo los enlaces glicosídicos una configuración alfa (α). Es una molécula esencialmente lineal, PM entre 20,000 a 60,000.

24 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Contenido de Amilosa en los almidones más comunes Tipo de Almidón% de Amilosa Tipo de Almidón% de Amilosa Maíz 24 a 36 Trigo 17 a 29 Arroz 8 a 37

25 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. AMILOPECTINA α-1,4 glicosídicos α-1,6glicosídicos. Contiene ramificaciones que le dan una forma molecular de árbol (no lineal). Está constituida por unidades α-D-glucosa unido por enlaces α-1,4 glicosídicos en las cadenas principales y que se ramifican mediante enlaces α-1,6 glicosídicos. Tiene PM ≥ 100,000.

26 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Propiedades de la amilosa y amilopectina

27 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Proporción Amilosa/Amilopectina en el grano. Cerosa o Waxy 100% Amilopectina Cerosa o Waxy 100% Amilopectina Escasa retrogradación. Propiedades importantes de los almidones. Más común 25 / 75 % Más común 25 / 75 % Amiloliptidos Altas en Amilosas Amiloliptidos Altas en Amilosas Absorción y retención de agua. Capacidad de formación de gel.

28 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Azúcares Libres Azúcares Libres se encuentran presentes en cantidades no superiores al 3%, mayormente en capas externas que en el endospermo. La sacarosa, rafinosa, maltosa, estaquiosa, neoquestosa, glucosa y fructosa La sacarosa, rafinosa, maltosa, estaquiosa, neoquestosa, glucosa y fructosa polisacáridos Otros polisacáridos no feculentos presentes en las capas externas son: La celulosa, hemicelulosas,  -glucanas y pentosanas

29 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. La celulosa La celulosa es un polímero formado por unidades de D-glucosa unidas mediante enlaces  -1,4, formando una estructura básicamente lineal, la que se asocia de manera sólida consigo mismo y es insoluble en agua. Abunda en : Pericarpio GermenGermen

30 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. hemicelulosas Las hemicelulosas son polímeros ramificados de diferentes azúcares ( xilosa, arabinosa, galactosa, ácido glucónico y glucosa). El peso molecular y su solubilidad en agua son muy variados. Se clasifican Solubles en agua Insolubles en agua Beneficiosas Perjudiciales

31 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES.  -glucanas Las  -glucanas son polímeros de glucopiranosil unido por enlaces 1-4 o 1-3, siendo su proporción de aproximadamente 3 a 1. pentosanas Las pentosanas tienen una estructura similar a las hemicelulosas y se conforman por pentosas como la arabinosa y la xilosa. Característica principal: Ligar Agua

32 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Todos los cereales contienen 4 grupos de proteínas diferenciados por la solubilidad. Albúminas: Globulinas: Glutelinas: Prolaminas: Prolaminas: : Proteínas funcionales del grano Proteínas de reserva y estructurales del grano Fracción Trigo Arroz Maíz Centeno Avena Cebada Prolamina Gliadina Orizina Zeina Secalina Gliadina Hordeina Glutelina Glutenina Orizenina Zeanina Secalinina Avenina Hordenina Fracción Trigo Arroz Maíz Centeno Avena Cebada Prolamina Gliadina Orizina Zeina Secalina Gliadina Hordeina Glutelina Glutenina Orizenina Zeanina Secalinina Avenina Hordenina Denominación de las fracciones proteicas en los diferentes cereales.

33 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Fracciones más ricas en aminoácidos esenciales ALBÚMINAS y GLOBULINAS ALBÚMINAS y GLOBULINAS Fracciones más pobres en aminoácidos esenciales PROLAMINAS Compuestas por enzimas, nucleoproteínas, glucoproteínas, juegan un papel muy importante durante la germinación. Se encuentran localizadas fundamentalmente en el germen. Estas proteínas se forman en los protoplástidos, en los denominados cuerpos proteicos del endospermo, durante la maduración de los granos. En algunos cereales estas se encuentran entrelazadas por medio de enlaces disulfuro lo que dificulta su extracción.

34 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Aminoácido (g/100g proteína) Trigo panadero Arroz elaborado MaízCebadaCentenoSorgo Avena desnuda Esenciales Fenilalanina4,65,24,85,25,05,14,2 Histidina2,02,52,92,12,42,12,2 Isoleucina3,04,53,6 3,74,13,9 Leucina6,38,112,46,66,414,27,4 Lisina2.33,92,73,5 2,14,2 Metionina1,21,71,92,21,61,02,5 Treonina2,43,73,53,23,13,3 Triptófano1,51,30,51,50,81,01,3 Valina3,66,74,95,04,95,45,3

35 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. No esenciales Trigo panadero Arroz elaborado MaízCebadaCentenoSorgo Avena desnuda Ac. aspártico4,79,86,46,06,76,48,9 Ac. glutámico30,319,319,225,524,720,623,9 Alanina3,15,87,72,12,48,65,0 Arginina4,08,84,84,65,93,56,9 Cisteína2,82,21,41,82,01,6 Glicina3,84,83,83,94,02,94,9 Prolamina10,14,08,211,69,17,94,7 Serina4,24,34,63,84,1 4,2 Tirosina2,75,04,22,82,63,23,1

36 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. LÍPIDOS Los lípidos suelen representar entre el 1 - 4 % del grano de los cereales, encontrándose fundamentalmente en el germen de los mismos. Se localizan en todos los tejidos del grano como componente de la membrana celular. glicerofosfolípidos diglicéridos ácidos grasos libres. Predominan los triglicéridos seguidos de los glicerofosfolípidos, también se puede encontrar cantidades apreciables de mono y diglicéridos y ácidos grasos libres. Los ácidos grasos saturados constituyen el 11-26 % del total y los no saturados el 72-85 %.

37 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Cereal Cereal Ácidos Grasos Ácidos Grasos 14 :016 :016 :118 :018 :118 :218 :3 Avena entera0,618,9-1,636,440,51,9 Arroz elaborado0,924,00,12,529,641,21,1 Cebada0,423,01,1-16,054,06,5 Centeno0,114,81,20,817,157,77,4 Maíz-11,9-1,929,355,51,0 Sorgo-14,31,02,131,049,02,7 Trigo0,323,00,31,319,054,52,1 14 :0 mirístico ;16 :0 palmitico ; 16 :1 palmitoleico ; 18 :1 oleico ; 18 :2 linoleico ; 18 :3 linolénico.

38 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. VITAMINAS Y MINERALES Los cereales son considerados como fuente importante de algunas vitaminas y minerales, los que se encuentran fundamentalmente en las capas externas del grano (pericarpio y capas de aleurona) y el germen. Vitaminas más importantes: Complejo B Tiamina Riboflavina Niacina Piridoxina, Ácido Pantoténico. Vitamina E + Carecen: Vitamina B12 y Liposolubles

39 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Vitamina Arroz elaborado Avena entera CebadaCentenoMaízSorgoTrigo Ácido fólico0,40 0,600,700,20 0,56 Ácido pantoténico16,614,57,37,75,010,49,1 Biotina0,120,300,200,070,060,200,06 Niacina5517,864,51,3023,045,348,3 Piridoxina10,31,33,3-7,04,7 Riboflavina0,61,82,21,81,01,33,1 Tiamina3,47,05,74,44,03,37,9 Vitamina A (carotenos) 0,1---4,1-- Vitamina E (tocoferol) 13,16,66,817,43,0-4,3

40 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Carbohidrasas. Proteasas. Lipasas. Fitasas. Oxidasas. Hidrolasas. Las enzimas presentes en los granos de cereales son fundamentalmente Desempeñan un papel importante en el procesamiento o en la calidad de los productos derivados de ellos. Las diastasas o amilasas (  y  amilasas) se encuentran en todos los cereales. Estas forman parte de las hidrolasas. Las carbohidrasas que son capaces de hidrolizar los enlaces glicosídicos Beta.

41 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Las  -amilasas (alfa 1-4 glucanohidrolasas), proceden del embrión del germen o de las capas externas del grano. Actúan sobre los enlaces  1-4 pero al azar, produciendo maltosa, isomaltosa, glucosa, oligosacáridos y dextrinas límites, de ahí que se le denominen también enzimas liquefactoras Las  -amilasas (1-4 glucanomaltohidrolasas), proceden del endospermo del grano, son exoenzima que hidrolizan los enlaces  1-4 de la amilosa y amilopectina a partir de los extremos no reductores produciendo maltosa y dextrinas límites fundamentalmente.

42 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Las proteasas se encuentran fundamentalmente en el germen, aunque cantidades menores están presentes en el endospermo. Hidrolizan las uniones peptídicas de las proteínas y dan grupos aminos y carboxilos, originando polipeptidos de menor PM. Las lipasas se distribuyen fundamentalmente en el germen de los cereales, pero existen en todas las partes del grano. Hidrolizan los triglicéridos produciendo mono y diglicéridos y finalmente ácidos grasos libres con la consecuente disminución del pH. Esta enzima se inactiva a una temperatura de 60 º C Las fitasas, hidroliza el ácido fítico hasta inositol y ácido fosfórico que son solubles, y por tanto, ayudan a mejorar la absorción de minerales y proteínas.

43 CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS CEREALES. Son enzimas relacionadas con las reacciones de oxido-reducción en los sistemas biológicos La gluco-oxidasa y sulfidril oxidasa producen peróxido de hidrógeno, substrato de una peroxidasa endógena, catalizando la formación de puentes fenólicos entre las macromoléculas proteicas y glucídicas. Oxidasas. Lipoxigenasas. Las oxidoreductoras juegan un papel vital, puesto que su acción hace disponible la energía requerida por la célula viviente para sus procesos vitales. Celulasas y hemicelulasas. Son responsables de la descomposición de los polisacáridos en el almidón, compuestos por fibras insolubles, como celulosa y hemicelulosa.