GRANOS Y CEREALESGRANOS Y CEREALES

PROCESOS AGROINDUSTRIALES II

Ing. Edson Hilmer JULCA MARCELO

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚFACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS HUMANAS

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

CEREALES

Grupo de los gramíneas, tubérculos y leguminosas

CEREALES

Son los frutos maduros y desecados de las gramíneas que adoptan la conocida forma de crecimiento en espiga. Lo más utilizados en nuestra alimentación son el trigo y el arroz, aunque también se utilizan cebada, centeno, avena y maíz.

TrigoSus clases

El trigo se puede dividir en dos grandes grupos:

1. Trigo de invierno: se siembra en otoño y se recoge en primavera.

2. Trigo de primavera: se siembra en primavera y se recoge en verano, es propio de países muy fríos. De esta forma se evitan las heladas del invierno que estropearían el trigo.

Según la frecuencia con que se siembren los trigos:

1. Trigo común: también llamado vulgar o candeal, es el más cultivado y se utiliza para la panificación.

2. Trigo duro: proporciona el grano que se utiliza para la fabricación de pastas alimenticias (macarrones, fideos, etc.),es muy rico en proteínas.

3. Trigo compacto: es de calidad relativamente baja y es el que se utiliza para repostería, tiene pocas proteínas

Clasificación según la textura del endospermo

Trigo vítreo La textura del endospermo puede ser vítrea

(acerada, pétrea, cristalina, córnea) El peso específico de los granos vítreos es mayor por lo general que el de los granos harinosos: 1,422 los vítreos (Bailey, 1916).

Trigo harinoso La textura del endospermo que es harinosa

(feculenta, yesosa). El peso específico de los granos harinosos es de 1,405 (Bailey, 1916).

Clasificación según la dureza del endospermo

Trigos Duros

Los trigos duros producen harina gruesa, arenosa, fluida y fácil de cerner

Trigos blandos

Producen harina muy fina compuesta por fragmentos irregulares de células de endospermo, se cierne con dificultad y tiende a obturar las aberturas de los cedazos.

Clasificación según su fuerza

Trigos fuertes

Produce harina para panificación con piezas de gran volumen, buena textura de la miga y buenas propiedades de conservación , tienen por lo general alto contenido de proteína.

Trigos flojos

Los trigos que dan harina con la que solamente se pueden conseguir pequeños panes con miga gruesa y abierta y que se caracterizan por su bajo contenido en proteína. La harina de trigo flojo es ideal para galletas y pastelería.

Grupo Denominación Características

I Fuerte Gluten fuerte y elástico apto para la industria mecanizada de panificación. Usados para mejorar la calidad de trigos débiles.

II Medio-Fuerte Gluten medio-fuerte apto para la industria artesana de panificación.

III Suave Gluten débil o suave pero extensible apto para la industria galletera. Usado para mejorar las propiedades de trigos tenaces.

IV Tenaz Gluten corto o poco extensible pero tenaz, apto para la industria pastelera y galletera

V Cristalino Gluten corto y tenaz, apto para la industria de pastas y sopas.

Clasificación de los trigos con base en la funcionalidad del gluten

Estructura del grano de trigo y su composición nutritiva

El grano de cereal está formado por dos partes bien diferenciadas: las cubiertas o envolturas y la parte interna o endospermo.

Composición Química Hidratos de carbono, (fibra cruda, almidón,

maltosa, sucrosa, glucosa, melibiosa, pentosanos, galactosa, rafinosa)

Compuestos nitrogenados (proteínas: Albúmina, globulina, prolamina, residuo y gluteínas).

Lípidos (ac. Grasos: mirístico, palmítico, esteárico, palmitooleico, oléico, linoléico, linolénico).

sustancias minerales (K, P, S, Cl ) y agua junto con pequeñas cantidades de vitaminas (inositol, colina y del complejo B), enzimas ( B-amilasa, celulasa, glucosidasas

  H de C

Proteína

Fibra

F. crud

Lípidos

Mineral

Pericarpio y aleurona

0 20 70 93 30 67

Endospermo 100 72 27 4 50 23

Embrión y escutelo

0 8 3 3 20 10

% de los constituyentes del trigo en las principales partes morfológicas

1. Hidratos de carbono

El almidón es el hidrato de carbono más importante de todos los cereales. Forma 70% del grano de trigo en forma natural. Los hidratos de carbono presentes en los cereales incluye al almidón (que predomina), celulosa, hemicelulosas, pentosanos, dextrinas y azúcares.

2. Proteinas

En el trigo, las prolaminas son llamadas gliadinas, y junto a las gluteninas y otros componentes proteicos y no proteicos forman una estructura viscoelástica denominada gluten.

3. Lípidos

2 a 23% de lípidos.La porción lipídica se encuentran de manera más abundante en el germen de trigo.

4. Minerales

Principalmente las del complejo B. Riqueza vitamínica del grano de trigo

Tiamina 4.3 Piridoxina 4.5

Riboflavina 1.3 Ac. Fólico 0.5

Niacina 54 Colina 1100

Ac. Pantoténico 10 Inositol 2800

Biotina 0.1 Ac.p-amino benzóico

2.4

4. Vitaminas

Estructura del grano de trigo y su composición nutritiva

1. Cubierta externa o cascarilla y cubierta interna o salvado: están formadas por celulosa (fibra vegetal),son ricas en vit.B1,contienen una pequeña cantidad de proteínas y elementos minerales (calcio,hierro).

2. Capa de aleurona: es una capa muy fina que envuelve a la almendra harinosa,es muy interesante desde el punto de vista nutritivo porque contiene proteínas de alto valor biológico.

Estructura del grano de trigo y su composición nutritiva

1. Almendra harinosa: es el alimento de la futura planta si creciera,de ella obtenemos la harina.Está compuesta principalmente por almidón y un complejo de proteínas llamado gluten.

2. Germen o embrión: es la parte del grano que daría lugar a la planta si se encuentra en condiciones adecuadas.Es rico en proteínas de alto valor biológico,ácidos grasos esenciales,vits.E y B1 y elementos minerales.

Alimentos Elaborados con Trigo

Su principal uso es una vez hecho Harina con la que se hace:

Pan Repostería (bizcocho, magdalenas,

rosquilla, etc....) Pasta ( tallarines, macarrones, canellones,

etc ) Salsa bechamel

Obtención y clases de harina de trigo

1. Limpieza preliminar de los granos,mediante corrientes de aire que separan el polvo,la paja y los granos vacíos.

2. Escogido de los granos,mediante cilindros cribados que separan los granos por su tamaño y forma.

3. Despuntado y descascarillado,en esta fase se eliminan el embrión y las cubiertas del grano.

Obtención y clases de harina de trigo

4. Cepillado de la superficie de los granos,para que queden totalmente limpios.

5. Molturación,finalmente se pasa a la molienda por medio de unos rodillos metálicos de superficie ásperas o lisas,que van triturando el grano y obteniendo la harina.

6. Refinado,una vez obtenida la harina pasa a través de una serie de tamices que van separando las diferentes calidades de la harina.

Tasa de extracción

La tasa de extracción de una harina se mide por la cantidad de kilos de harina que obtenemos moliendo 100 kilos de cereal.Tasa de extracción de 60: hemos obtenido 60 kilos de harina,moliendo 100 kilos de grano.

Clasificación según la tasa de extracción

1. Harina flor con una tasa de extracción de 40.

2. Harina blanca con una tasa de extracción de 60-70.Es la harina refinada de uso común.Solo se ha molido la almendra harinosa,exenta de germen y de cubiertas.

Clasificación según la tasa de extracción

3. Harina integral con grado de extracción superior a 85, se ha utilizado el grano completo excepto la cascarilla.

4. Sémola,producto de la molienda de trigo duro,se utiliza para la fabricación de alimentos moldeados y desecados denominados -pastas alimenticias- (ravioles,spaguettis).Tiene mayor contenido en proteínas (gluten) y la molturación es más grosera.

HARINA

La harina debe ser: suave al tacto,de color natural,sin sabores extraños a rancio, moho, amargo o dulce. Debe presentar una apariencia uniforme sin puntos negros,libre de insectos vivos o muertos,cuerpos extraños y olores anormales.

Composición

Su composición debe ser:

Glúcidos....................74-76%Prótidos....................9-11%Lípidos.....................1-2%

Agua........................11-14%Minerales...................1-2%

1. Glúcidos: Almidón

Es el componente principal de la harina.Es un polisacárido de glucosa,insoluble en agua fría,pero aumentando la temperatura experimenta un ligero hinchamiento de sus granos. El almidón está constituido por dos tipos de cadena: Amilosa: polímero de cadena lineal. Amilopectina polímero de cadena ramificada.

1. Glúcidos: Almidón

Junto con el almidón,vamos a encontrar unas enzimas que van a degradar un 10% del almidón hasta azúcares simples,son la alfa y la beta amilasa.Estas enzimas van a degradar el almidón hasta dextrina,maltosa y glucosa que servirá de alimento a las levaduras durante la fermentación.

2. Prótidos: Gluten

La cantidad varía mucho según el tipo de trigo, la época de recolección y la tasa de extracción. El gluten es un complejo de proteínas insolubles en agua,que le confiere a la harina de trigo la cualidad de ser panificable.Está formado por: Glutenina,proteína encargada de la fuerza o tenacidad de la masa. Gliadina,proteína responsable de la elasticidad de la masa.

Prótidos: Gluten

La cantidad de gluten es lo que determina que la harina sea "fuerte" o "floja".

1. Harina fuerte: rica en gluten, tiene la capacidad de retener mucha agua, dando masas consistentes y elásticas, panes de buen aspecto, textura y volumen satisfactorios.

2. Harina floja: pobre en gluten, absorbe poca agua, forma masas flojas y con tendencia a fluir durante la fermentación, dando panes bajos y de textura deficiente. No son aptas para fabricar pan pero si galletas u otros productos de repostería.

3. Lípidos

Las grasas de la harina proceden de los residuos de las envolturas y de partículas del germen. El contenido de grasas depende por tanto del grado de extracción de la harina. Mientras mayor sea su contenido en grasa más fácilmente se enranciará.

4. Agua:

La humedad de una harina, no debe sobrepasar el 15%, es decir que 100 kilos de harina pueden contener, como máximo, 15 litros de agua. Naturalmente la harina puede estar más seca.

5. Minerales: Cenizas

Casi todos los países han clasificado sus harinas según la materia mineral que contienen, determinando el contenido máximo de cenizas para cada tipo. Las cenizas están formadas principalmente por calcio, magnesio, sodio, potasio, etc., procedentes de la parte externa del grano, que se incorporan a la harina según su tasa de extracción.

Harina Integral

La composición de una harina integral:

Almidón ........................... 65%Celulosa (fibra) .................. 10%Prótidos .......................... 11%Lípidos ........................... 2%Minerales ......................... 2%Agua .............................. 12%

Harina de malta

Se obtiene haciendo germinar un cereal (generalmente cebada), cuyo objetivo es el enriquecimiento en enzimas que van a convertir el almidón en maltosa.Se remoja la cebada con agua durante tres días a 12 C y un 50% de humedad, a partir de aquí comienza la germinación que dura unos diez días. Por último el grano sufre una desecación (tostado) y pasa a molturación para obtener la harina. La malta tiene unas cualidades organolépticas que la hacen ser apreciadas por industrias cerveceras.

Conservación de la harina de trigo

1. Humedad de la zona: este es el mayor peligro, la humedad hace que se altere el gluten y el almidón, que la harina fermente y se endurezca.

2. Plagas, larvas, gusanos, cucarachas, etc. Para ello siempre hay que conservar la harina metida en sacos, no muy juntos y sobre tarimas de madera.

3. Al aumentar la temperatura, hay que ventilar las harinas, cambiándolas de lugar, el calor favorece el enranciamiento de las grasas, formándose ácidos grasos libres de cadena corta responsable del mal olor y sabor.

Pan

Es el producto resultante de la fermentación de la harina (generalmente trigo) que mezclada con levadura (Saccaromyces cerevisiae) sal y agua, el trabajo de la masa (amasado) y posterior cocción, nos va a dar el pan.

Amasado

En el amasado, el gluten, se hidrata y se hincha, formando una red tridimensional muy compleja, con propiedades elásticas y extensibles que facilitan la retención del CO2 y otras sustancias volátiles

desprendidas durante la fermentación, adquiriendo el pan ese aspecto alveolado.

Troceado, boleado y moldeado

La masa se corta del tamaño preciso, se transforman en bolas de masa y se moldea según el tipo de piezas

Fermentación

Las levaduras, como seres vivos que son, necesitan materia orgánica para alimentarse, actúan sobre azúcares simples convirtiendolos en etanol y CO2,

es lo que se llama fermentación alcohólica, tiene dos grandes aplicaciones en el campo de la alimentación. En unos casos se aprovecha el CO2,

como es en la industria panadera y en otros lo que resulta aprovechable es el alcohol, como ocurre en la industria vitinícola.

Cocción

Durante la cocción esta red de gluten se coagula y el almidón se hincha aumentando su volumen y formando lo que conocemos como "miga". La composición de la "miga" y de la "corteza" es idéntica a excepción de su contenido en agua, por supuesto menor en la corteza.

composición del pan

La composición del pan, por estar fabricado con harinas de baja extracción, será idéntica a la de la almendra harinosa.

Glúcidos ...................... 55%Prótidos ...................... 6%

Lípidos ....................... 0'5%Agua .......................... 35%

Pan

La principal función del pan es energética (250 Kcal./100g), aunque tampoco hay que olvidar su contenido en proteínas vegetales. Esta proteína vegetal es pobre en un aminoácido esencial llamado Lisina.El pan integral desde un punto de vista nutritivo es más completo que el pan blanco.

Pastas alimenticias

A partir de la sémola de trigo duro se fabrican las pastas alimenticias. El trigo duro tiene mayor contenido en proteínas y por un proceso de molturación más grosero que el de la harina, obtenemos un producto semitransparente, duro y frágil, que conserva su forma después de cocido. Es lo que conocemos como "pasta seca".

Las pastas frescas no han sido sometidas a desecación, por lo tanto su contenido en agua es alto y su periodo de conservación es muy corto, no más de una semana conservada en frigorífico.

Pastas

Se denominan pastas a los macarrones, espaguetis, fideos, etc. Las pastas, como se compran en el mercado, aportan unas 350 Kcal/100 gr.

Pastas alimenticias

Pasta enriquecida; se la incorpora huevos, espinacas o tomates, adquieren el color y el

aroma del alimento añadido. Pasta integral; elaborada con sémola de

trigo duro completo, es más rica en fibra, vitaminas y minerales. Algunas variedades son: macarrones, espaguetis, cintas, lazos,

tortellinis, raviolis, fideos, etc.

Galletas

Galletas, dulces y bollería: Aunque la base de la elaboración de estos productos es la harina de trigo, en su composición entran otros ingredientes como grasas, azúcar, derivados lácteos y derivados de huevo; por tanto su densidad calórica es elevada, entre 350 y 450 Kcal./100 gr de producto.

Cereales para el desayuno

Son granos de cereales (arroz, maíz, avena, trigo) sometidos a tratamientos muy sofisticados como el calor, humedad, insuflado de aire, para que adquieran apariencia externa y sean solubles.

Son enriquecidos con azúcares simples (sacarosa, jarabe de glucosa, miel o caramelo) vitaminas y elementos minerales (calcio, fosforo e hierro) que perdieron en el proceso de fabricación. Son más calóricos que el pan 400 Kcal./ 100g.

ARROZ

Es el alimento básico de las poblaciones orientales.Su composición es idéntica a otros cereales. No posee gluten, por lo tanto su harina no es panificable. Su proteína se llama oricenina.El arroz que normalmente consumimos es un arroz descascarillado, libre de las envueltas y del germen, que llamamos arroz blanco o perlado. Si consumimos arroz integral, tendremos un arroz más nutritivo, rico en fibra, vitamina B1 y los nutrientes propios del germen.

tipos de arroz

Arroz pulido o blanco: es un arroz escascarillado y sometidos a procesos de pulimentación para blanquearlo.

1. Glutinoso: rico en almidón, los granos quedan pegados tras la cocción. Se utiliza en la cocina china para hacer sushi, en forma de rulo y relleno.

2. Grano largo: variedad india, queda entero y suelto. 3. Grano medio: empleado en paellas. 4. Grano redondo: empleado en arroces cremosos,

contiene gran cantidad de almidón.

Tipos de arroz

Arroz vaporizado: llamado "sancochado". Es semejante al arroz blanco, pero ha sido sometido a una precocción que permite que se retengan una parte importante de minerales y vitaminas. Tarda más en cocer y absorbe peor los sabores de los ingredientes que lo acompañan.

Arroz integral: de color oscuro, no se somete a refinado y conserva todas las vitaminas, minerales y fibra.

Arroz salvaje: no es un arroz, sino una planta llamada "arroz indio". Es más fino que el de grano largo y tiene un color muy oscuro.

LEGUMBRES

Legumbres

Las más consumidas: garbanzos, alubias y lentejas. La soja es una leguminosa de gran riqueza nutritiva.

Proteínas .......................... 20%Hidratos de carbono ......... 60%Lípidos ............................... 5%Fibra ................................. 10%Vitaminas.......................... B1, B2, ácido fólico.

Sales minerales.................. Hierro, calcio.

Proteínas: contenido similar a las carnes, proteína pobre en metionina, se puede complementar con cereales.

Hidratos de carbono: es el almidón, hidrato de carbono complejo de gran poder energético.

Lípidos: contenido muy bajo (1-5%), rica en ácidos grasos poliinsaturados.

Fibra: gran aporte en fibra alimentaria, esta fibra provoca gases que algunos no pueden tolerar.

Vitaminas: vitaminas B1 y B2,. Ac, fólico.

Sales minerales: ricas en calcio, pero sobre todo en hierro.

TUBERCULOS

Tubérculos

Son engrosamientos característicos de las raíces de ciertas plantas.

Patata

Se cultiva en países fríos y templados. Valor calórico no elevado 80 Kcal./100g (cocidas) y hasta 253

Kcal (fritas). Glúcidos .......................... 20%

Prótidos ........................ 2%Fibra ........................... 2%

Vitamina C ...................... 20 mgAgua ............................ 80%

El almidón de la patata se denomina fécula. El contenido en vitamina C se pierde durante la cocción.

Otros tubérculos

BatataPosee más riqueza en glúcidos (30%) y sabor

dulce. Tapioca

Es la fécula extraída de la raíz de mandioca. La mandioca es un tubérculo cultivado en zonas tropicales húmedas. Es muy pobre en proteínas 1% y es una de las causas de la malnutrición de países donde la cultivan.

Bioquimica de cereales

Composición de los cereales:

Los cereales contienen almidón que es el componente principal de los alimentos humanos. El germen de la semilla contiene lípidos en proporción variable que permite la extracción de aceite vegetal de ciertos cereales. La semilla está envuelta por una cáscara formada sobre todo por la celulosa, componente fundamental de la fibra dietética. Algunos cereales contienen una proteína, el gluten, indispensable para que se forme el pan. Las proteínas de los cereales son escasas en aminoácidos esenciales como la lisina

PROTEINAS DE RESERVA DEL TRIGO

Las prolaminas del trigo, son un conjunto heterogéneo de proteínas que forman del 80 al 85% del nitrógeno de reserva del trigo. Estas proteínas que se encuentran en la harina del trigo son las responsables del amplio uso que este cereal ha tenido en la alimentación humana, como por ejemplo en la fabricación del pan, desde tiempos muy antiguos

con los avances en materia de salud se reconoció a un grupo humano intolerante a proteínas del trigo, avena, cebada y centeno, que desarrollan una enfermedad, llamada enfermedad celíaca, con lesiones severas en la mucosa intestinal

Las proteínas de reserva del trigo son únicas, basado en la solubilidad, se tienen cuatro grupos principales: albúminas, globulinas, prolaminas y glutelinas. De éstas, las albúminas son solubles en agua; las globulinas solubles en soluciones salinas diluidas; las prolaminas son solubles en soluciones acuosas alcohólicas y las glutelinas en ácidos o álcalis.

Gluten

En el trigo, las prolaminas son llamadas gliadinas, y junto a las gluteninas y otros componentes proteicos y no proteicos forman una estructura viscoelástica denominada gluten. Entre sus propiedades funcionales, la formación de masa es la que ha conducido a su tan extensa aplicación en la industria alimentaria. Además, la formación de geles, películas, espumas, y su uso como aglutinante son extremadamente importantes desde el punto de vista tecnológico para mejorar la calidad de producto.

Gliadinas y gluteninas

Las gliadinas y las gluteninas presentan un alto contenido en prolina y glutamina. En conjunto son proteínas de baja polaridad y requieren de pHs extremos para lograr una carga efectiva sobre su estructura molecular. Mediante el uso de pHs ácidos se desarrolló un sistema de electroforesis a pH=3, empleado como método de referencia para separarlas según su movilidad decreciente en: a -, b -, g - y w -gliadinas

Gliadinas

Desde el punto de vista químico, entre las gliadinas, se diferencian dos grandes grupos: a) las ricas en azufre, que contienen residuos de cisteína formando puentes disulfuro intracatenarios, representadas por las a -b - y g -gliadinas, con masas moleculares entre 30 y 45 kD; y b) las pobres en azufre, que no presentan residuos de cisteína en su estructura primaria, representadas por las w -gliadinas, con masa moleculares mayores, entre 50 y 60 kD .

Desde el punto de vista genético, los tipos a -/b -, g - y w - son codificados por genes presentes en diferentes cromosomas..

La complejidad del sistema proteico expresado en éstos cereales se incrementa aún más por efecto del medio ambiente, pues la composición de las prolaminas es afectada tanto por el clima, como por la composición de los suelos (contenido de azufre, nitrógeno, fósforo, etc.) donde los cereales son cultivados. Esto determina variaciones sutiles en las fracciones proteicas dentro de una dada variedad.

Sorgo y mijos

El sorgo y los mijos son en general ricas fuentes de vitaminas B. Algunas variedades de endospermo amarillo de sorgo contienen beta-caroteno, que podría ser convertido en vitamina A por el cuerpo humano.

Sorgo

En el grano de sorgo también se han encontrado cantidades detectables de otras vitaminas liposolubles, a saber, D, E y K. El sorgo tal como se consume comúnmente no es una fuente de vitamina C. Al germinar, se sintetiza una cierta cantidad de vitamina C (Taur et al., 1984) en el grano y al fermentar se produce un ulterior aumento del contenido de vitamina

Sorgo

Entre las vitaminas B, las concentraciones de tiamina, riboflavina y niacina que hay en el sorgo son comparables a las del maíz

Otras vitaminas B presentes en el sorgo en cantidades notables por 100 g son la vitamina B6 (0,5 mg), la folacina (0,02 mg), el ácido pantoténico (1,25 mg) y la biotina (0,042 mg) (United States National Research Council/ National Academy of Sciences, 1982).