Leccin 1. Estructura del grano de cereal

Todos los granos de cereales a excepcin del arroz con cscara (contiene un hollejo que envuelve el pericarpio), presentan iguales caractersticas anatmicas y celulares. Son frutos monospermos, que tienen una envoltura externallamada pericarpio, la cual encierra al endospermo en donde se almacena el almidn de donde se obtiene la harina y la otra capa es el germen o embrin; cada una de las tres capas mencionadas se subdividen en varias capas o regiones.Tabla 1.Componentes en granos de cereales

Resumiendo lo anterior, Tabla 1. La estructura del grano de cereales (figura 1) est compuesta principalmente por:

La cscara de celulosa, la cual no tiene valor nutritivo para el hombre El pericarpio y la testa: son capas fibrosas que contienen pocos nutrientes La aleurona: rica en protenas, grasas, vitaminas y minerales El embrin o germen: compuesto por la plmula, el escutelo y la radcula. es rico en nutrientes como las protenas y lpidos y en vitamina B1,genera la mayor cantidad de enzimas necesarias para el proceso de germinacin. El endospermo: comprendems de la mitad del grano y est compuesto principalmente por almidn

La estructura de los granos de los diversos cereales es muy similar, tal como se observa en la tabla 2, donde se indica la estructura simplificada del grano de trigo y se muestra las proporciones en algunos componentes de las diferentes fracciones del grano de trigo. Los tegumentos son ricos en fibras celulsicas y hemicelulsicas, en sales minerales y en cido ftico. El germen es rico en protenas, lpidos y vitamina E. La capa de aleurona es rica en protenas, lisina, sales minerales y vitaminas. El endospermo contiene el 70% de las protenas del grano; estas protenas, estn localizadas sobre todo en las partes perifricas del endospermo que adems contiene la totalidad del almidn, bajo la forma de grnulos intracelulares de almidn. (Bioqumica de los cereales).Tabla 2.Distribucin de algunos componentes en las diferentes fracciones del grano de trigo.

En los granos de cereales se pueden distinguir principalmente cuatro tipos deprotenas. En la actualidad la caracterizacin de las protenas se realiza a travs de diferentes pruebas basados en electroforesis, cromatografa o ultracentrfuga, En el caso de las glutelinas y especialmente las prolaminas, se sintetizan durante las fases finales de la maduracin de los granos de cereales. A travs de la observacin microscpica se pueden observar en las clulas del endospermo.Durante la germinacin de los granos, los grnulos y el contenido en protena, disminuyen de una forma notable. Por tal razn, se presenta la hiptesis de que las glutelinas y las prolaminas de los cereales representan las protenas de reserva, utilizadas como elemento nutritivo para el crecimiento del embrin.La distribucin de la protena en el grano est repartida por todos los tejidos del grano, encontrndose en el embrin, escutelo y capa de aleurona una mayor concentracin que en el endospermo feculento (en conjunto), el pericarpio y la testa. Dentro del endospermo, la concentracin de protena aumenta desde el centro a la periferia. As, en un trigo duro de invierno de 44,4% de protena, la capa ms externa del endospermo, la capa sub-aleurona, contena 45% de protena, mientras que el resto del endospermo feculento contena en promedio 11% de protena (Kent, 1966)En las Figuras 2 y 3 se observa la estructura morfolgica del grano de cebada y del trigo y en la tabla 3, los constituyentes del grano presentes en las principales partes morfolgicas.

Leccion 2. Componentes principales de los cereales

El contenido de los nutrientes de los cereales, vara no solamente de una especie a otra sino que esta composicin depende tambin de factores externos como el clima y el suelo. Tabla 4. Los granos de cereales contienen muy poca agua, de ah su fcil conservacin.Tabla 4. Composicin general de los cereales

Los cereales por su contenido de carbohidratos son una gran fuente de energa proporcionan aproximadamente de 1600 1700 caloras por libra. De otra parte los granos completos aportan minerales como el hierro y vitaminas tiamina, niacina y riboflavina, adems de ser una fuente importante de protenas, en este sentido la protena del grano integral es de mejor calidad que la del endospermo solo del que se extrae la harina; De otra parte los cereales integrales contienen celulosa que aporta volumen al tracto gastrointestinal, los cereales refinados generan energaa partir del almidn. En la tabla 5, se presentas el contenido de nutrientes en algunos cereales.Tabla5.Contenido de nutrientes en algunos cereales

Anualmente las prdidas de cereales en el mundo pueden llegar a ascender a 100 millones de toneladas, prdidas ocasionadas por las malas prcticas de manipulacin en poscosecha y durante el procesamiento.

Protenas:Los cereales son fuente til de protenas, estn concentradas en las clulas de aleurona, salvado y germen y en bajas proporciones en el endospermo.El contenido de protena en los cereales es de vital importancia desde el punto de vista nutricional y en las harinas de panificacin desde el punto de vista funcional,es considerado el contenido de protenas para evaluar su calidad. Las molculas de protenas estn formadas por cadenas de aminocidos unidos entre si por enlaces peptdicos entre el grupo carboxlico de un aminocido y el grupo amino. En las protenas de los cereales se encuentran unos 18 aminocidos diferentes.Las albminas y globulinas de la harina, se nombran comnmente como protenas solubles. Las protenas insolubles estn integradas por las prolaminas y glutelinas. Las protenas solubles, albminas y globulinas de las clulas del endospermo de los granos de cereal, son consideradas como derivadas del protoplasma original de la clula en desarrollo, de las membranas celulares y del retculo endoplsmico; tienen funciones metablicas y estructurales. Las protenas insolubles, prolaminas y glutelinas, se desarrollan en los proteoplastos, durante la maduracin del grano y forman cuerpos proteicos que son irreconocibles, comprimidos unos con otros, en el grano maduro de la mayora de los cereales, Las protenas insolubles se consideran como protenas de reserva. Los cuatro tipos principales de protena varan considerablemente en su composicin de aminocidos. Las proporciones en que se encuentran y su orden en las cadenas, determinan las propiedades de cada protena.Protenasdel trigo:se encuentran en el endospermo dos clases de protenas: hidrosolubles que constituyen del 10-25%, como la globulina yla albmina; la insolubles que constituyen el resto de la protena del grano como la gliadina y la glutenina.La parte proteica de trigo, soluble en alcohol diluido (prolamina), se llama gliadina; contiene por lo menos ocho componentes (Woychirk et. al, 1961). Jones et.al (1961) dan como p.m. de la gliadina; contiene por lo menos ocho componentes (Woychrk et al., 1961). Jones et al. (1961) da como p.m. de la gliadina 42.000 47.000. La parte insoluble en alcohol, pero soluble en cidos diluidos y en lcalis (glutelina) se llama glutenina. Nielsen et al. (1962) consideraron que est formada por unidades de 20.000 de p.m., ligadas entre s por enlaces disulfuro para formar macro unidades de p.m. que se eleva a los millones. La gliadina y glutenina del trigo, forman con agua y sales el gluten al amasar la harina. Se puede aislar el gluten de una masa de harina, lavndola al chorro de agua o con una disolucin diluida de sal comn (ClNa). As se elimina la mayor parte del almidn y sustancias hidrosolubles. La composicin del gluten seco ha sido establecido (Vaker, 1961) como: gliadina 43%, glutenina 39%, otras protenas 4,4%, lpidos 2,8%, azcares 2,1% y almidn 6,4% con algo de celulosa y sustancias minerales.Protenas del arroz: el contenido protenico del arroz es mucho menor al de los otroscereales. La protena total del grano la constituye la glutelina, en un 80%, el contenido de gluteninaest alrededor del 3-5%.Protenas del maz: el contenido de protena en el endospermo es de alredor del 5%, en globulinas y albminas, del 44% de zeina y de un 28% de glutelinas.Protenas de la cebada: en el grano de cebada se encuentran protenas como la glutelina en un 41%, una prolamina en un 38%, una globulina en un 18% y una albmina en un 3%.Protenas de la avena: la protena de este cereal es la de mayor valor nutricional, se encuentran, globulinas en un 55%, glutelinas en un 20-25% y prolminas en un 10-15%.

Carbohidratos:El principal carbohidrato presente en los cereales es el almidn, su contenido en el grano varaentre el 60 y el 75% del peso del grano, constituye aproximadamente el 64% de la materia seca del grano completo de trigo y un 70% de endospermo.El almidn est compuesto por polmeros deD-glucosa, como lo esla amilosa que comprende aproximadamente del 25 - 27%, del almidn del trigo, est constituida por un compuesto de cadena recta fcilmente atacada por enzimas y la amilopectina, que comprende entre el 73 75% del almidn del trigo, est constituida por un compuesto de cadena ramificada.Como se mencion bsicamente el almidn est compuesto por alfa D Glucosa, a nivel qumico se pueden diferenciar dos tipos de polmeros, estos son la amilasa y la amilopectina, que no son ms que dos enzimas. La primera es un polmero lineal y la segunda bsicamente se encuentra ramificada en el endospermo.El almidn es insoluble en agua fra. Cuando se calienta con agua, la absorbe, se hincha y revienta; este fenmeno se llama gelificacin. Durante la molturacin se puede lesionar mecnicamente a los granos de almidn, el almidn alterado juega un papel importante en el proceso de coccin. La fibra es un carbohidrato del tipo polisacrido que no se digiere por falta de enzimas digestivas.En cada una las estructuras del grano de trigo se encuentran una serie de carbohidratos distribuidos as: en el pericarpio se encuentra un 20% de celulosa y un 70% de pentosas; en la semilla se encuentra alredor del 70% de glcidos; en el germen hay alrededor del 20%de azcares en forma de sacarosa y rafinosa, en el endospermo se ubican los grnulos de almidn.El contenido de carbohidratos en el arroz depende del tipo, es as que el contenido de almidn en el arroz pulido es del 79%, en ele arroz moreno es del 75% y en el arroz integral del 65.5%. Respecto al contenido de fibra el arroz integral tiene un contenido del 8.7% mientras el arroz moreno y pulido tienen un contenido del 1 y 03% respectivamente.El contenido de glcidos del grano de maz oscila entre un 68 - 72%; el contenido de fibra es de un 1.7 - 2.3%. Gran parte de los carbohidratos del maz dulce estn formado por dextrinas, polmeros de glucosa bajo peso molecular, que sustituyen al almidn. Al maz dentado se le confiere un 4% de pentosanas (Matz, 1959).En la cebada el contenido de almidn esta alredor del 66% de la composicin total del grano, con un contenido de fibra en los granos descascarillados del 4.5%.En la avena el contenido de carbohidratos oscila en un 68%, compuesto principalmente por almidn, tiene un porcentaje de fibra alrededor del 1-2%. La avena contiene pentosanas y una poliglucosana que es soluble en agua caliente dando una solucin viscosa. La poliglucosana de la avena es parecida a la de la cebada; esta fraccin es responsable de alguna de las propiedades gelificantes de los productos cocinados con harina de avena.El contenido en azcar libre en los granos de cereal es de 1-3%. En la tabla se observa el contenido individual de azcares en los granos y en las harinas de cereales. Los oliogosacridos de la harina de trigo y de centeno son: maltotriosa, tetrosa y pentosa, que forman glucosa por hidrlisis. Tambin estn presentes en la harina las dextrinas, compuestos intermedios entre el almidn y el azcar. El contenido en azcares del embrin de trigo y de centeno, oscila entre 16 y 23% y el maz es de 115. Los azcares son importantes en el malteado de la cebada.Lpidos:Los lpidos de los cereales son glicridosde cidos grasos, el cido graso predominante en los cereales es el linolico,seguido del oleico y del palmitico. La porcin lipdica se encuentra en mayor cantidad en el germen del trigo. Los lpidos libres en el grano de maz son mucho ms altos que los lpidos asociados, lo que permite la extraccin de aceite de este cereal, con un contenido elevado de loscidos grasos linoleico y linolnico; el contenido lpidico en el grano de arroz se encuentra en la parte ms perifrica, lo cual permite un mayor contenido en el arroz integral con 3%, que en arroz moreno (1.8%) y en el arroz pulido (0.3-0.5%); los lpidos en el grano de cebada se localizan principalmente en el germen, principalmente se encuentran los cidos granos linolnico y palmtico; la cantidad de lpidos en el grano de avena es mayor que en los otros cereales, la cual se encuentra entre un 5-8%, principalmente en el endospermo y en menor proporcin en el germen.Los cereales tambin contienen fosfolpido, es el caso de la lecitina, compuesta por una molcula de glicerol combinada con dos de cido grasos y una de cido fosfrico, el cual a su vez, est unido a la colina. La grasa de los cereales contiene hasta el 4% de fosfolpidos.Los lpidos en los productos molturados de los cereales, estn expuestos a sufrir dos tipos de alteracin: hidrlisis por accin de la lipasa, enzima que est presente en el grano; y oxidacin, que se puede producir enzimticamente por accin de la lipoxidasa, o no enzimticamente por la presencia de oxgeno. Normalmente, las enzimas y los lpidos no estn en contacto con el grano intacto; en la avena, la lipasa se localiza en el pericarpio, en el arroz, principalmente en la testa. En cambio, los lpidos estn en la capa de aleurona, en el germen y en el endospermo. No obstante, si se lesiona el germen y la fragmentacin que se produce al moler pueden poner en contacto la enzima y el lpido, provocando la alteracin. Los productos de la hidrlisis de los lpidos son: glicerol y cidos grasos; los granos sanos y enteros normalmente tienen cantidades pequeas de cidos libres (por ejemplo, 4-10% de los lpidos en la semilla de avena), pero cantidades mayores debidas a lesiones y al deterioro, dan lugar a sabores desagradables. Los productos de la oxidacin lipdica producen el olor y sabor a rancio. En la avena se ha encontrado antioxidantes naturales.En el proceso de elaboracin de la harina blanca se debe separar el germen del endospermo para mejorar la capacidad de conservacin. La separacin del germen de maz, que tiene mayor riqueza de lpidos que el germen de trigo, es igualmente importante en la preparacin de smolas y harinas de maz.

Vitaminas:Las principales vitaminas del grupo B, tiamina (B1), niacina, riboflavina (B2), cido pantotnico (B3) y piridoxina (B6), estn distribuidas por todo el grano sin uniformidad. La tiamina (B1) se concentra en el escutelo y la niacina en la capa de aleurona. La riboflavina y el cido pantotnico estn distribuidos con ms uniformidad. La piridoxina se concentra en la aleurona y en el germen y muy poco en el endospermo.Un 80% de la niacina del salvado de maz es inasequible biolgicamente, ya que se encuentra al estado de niacina, un complejo mitad polisacrido mitad polipptido, que en el intestino se convierte en trigonelina (Kodicek y Wilson, 1960; Mason et al, 1971). La niacina en el grano de sorgo, parece asimilable por el hombre, aunque es muy inasequible para el cerdo (Wall y Ross, 1970).No se conoce la distribucin en la cebada, centeno y avena aunque se ha determinado la concentracin de tiamina y su proporcin respecto al total en el germen y escutelo.La proporcin de tiamina total en el escutelo es muy alta en el centeno y en el maz; algo menos en la cebada, arroz y trigo y relativamente baja en la semilla de avena. El embrin de arroz, que tiene relativamente alta concentracin de tiamina, contiene ms de 1/10 del total de grano, proporcin superior a la encontrada en otros cereales.La irregular distribucin de las vitaminas B por el grano, es la responsable de las considerables diferencias de contenido vitamnico entre los granos completos y los productos de la molturacin o de los procesos industriales.El trigo contiene los tocoferoles , , - y . La riqueza total de tocoferoles es de 2,0 3,4 mg/100 g. Tambin estn presentes , , y - tocotrienoles. La actividad biolgica de vitamina E de los tocoferoles , y son 30, 7, 5 y 40% respectivamente de la del -tocoferol. Los contenidos totales de tocoferol en el germen, salvado y harina de trigo de 80% de extraccin son de 30, 6 y 1,6 mg/100grespectivamente (Moran, 1959); el -tocoferol predomina en el germen, el -tocoferol en el salvado y endospermo, dando -equivalentes de 65%, 20% y 35%respectivamente para los tocoferoles totales del germen, salvado y harina de 80% de extraccin.Para otros granos de cereales el contenido total de tocoferol (en mg/100 g.); cebada 0,75-0,9, avena 0,6-1,3 centeno1, 8, arroz 0,2-0,6, maz 4,4-5,1 (la mayor parte como -tocoferol). (Science Editor, 1970; Slover, 1971).La Vitamina E, la pierden los granosen el molido yla B1se encuentra principalmente en el salvado.En el grano de trigo y maz,se encuentran adems de la vitamina E,la tiamina, la riboflavina, la niacina,la piridoxina y el cido pantotnico, en algunas variedades de maz amarillo se encuentran la vitamina A. En el arroz se encuentran principalmente, la tiamina, la riboflavina, la niacina. En la cebada y en la avena,estn presentes la niacina y el cido pantotnico.

Minerales:En algunos cereales como la cebada, avena y arroz el contenido de minerales en la cscara es ms alto que en las semillas, los principales minerales en el grano de trigo y arroz son el hierro, potasio, calcio, sodio.El fsforo, hierroy magnesio en el maz, diferencindose en el grano de cebada por que no contiene hierro sino potasio, al igual que la avena.