QU

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QUÍMICA DE LOS CEREALES

• 1. INTRODUCCIÓN
• 2. ANATOMÍA DEL GRANO COMPOSICIÓN GENERAL
• 3. COMPONENTES PRINCIPALES DE LOS CEREALES
• 4. ALMIDÓN Y ALMIDONES MODIFICADOS
• 5. QUÍMICA DE LA PANIFICACIÓN

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1. INTRODUCCIÓN

• Fuente principal de alimentos para el hombre
• Se cultivan trigo, arroz, maíz, cebada, sorgo,
  avena, mijo, centeno y triticale (cruce de trigo
  y centeno)
• Producción mundial aprox. 1 600 millones de Tm
  (arroz, trigo y maíz, 3/4 partes)
• Consumo- Trigo pan y otros productos
  horneados- Arroz alimento básico en Oriente
  (88)- Maíz fundamentalmente América del Sur-
  Sorgo y mijo grandes áreas de Africa
• Uso- consumo directo- piensos- Industrial
  almidón (maíz), cerveza (cebada), aceite
  comestible

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2. ANATOMÍA DEL GRANO COMPOSICIÓN GENERAL

• Además, los granos de arroz, avena y cebada
  presentan una cubierta lignocelulósica
  (cascarilla)

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COMPONENTES SEGÚN CAPAS DEL GRANO

• Pericarpio rico en celulosa
• Testa (o tegmen) sustancia grasa
  pigmentos (coloración típica del grano)
• Capa de aleurona glóbulos de grasa y proteína
• Endospermo rico en almidón. Poca proteína y
  grasa
• Germen rico en lípidos y proteínas. Poco
  almidónEl endospermo forma el 70-83 del peso
  del grano, las capas más externas del salvado
  junto con la capa de aleurona hasta el 15 y el
  germen del 2-11

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3. COMPONENTES PRINCIPALES DE LOS CEREALES3.1.
HIDRATOS DE CARBONO

• Almidón
• Hemicelulosas (pentosanas)
• Celulosa
• Mono y oligosacaridos- sacarosa (di)- rafinosa
  (tri)

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3.2. PROTEÍNAS

• Concentración no uniforme alta concentración en
  las capas más externas del endospermo
  (subaleurónicas), en la capa de aleurona y en el
  germen OJO MOLIENDA
• Fundamentalmente- prolaminas (solubles alcohol
  70)......GLIADINAS (trigo, 69)- glutelinas
  (insolubles alcohol 70 y disol.salinas)...GLUTENI
  NAS (trigo,16) (arroz,
  80) GLIADINAS GLUTENINAS GLUTEN
• Además albúminas y globulinas (alta activ.
  enzimática)
• Son proteínas de bajo VB, deficitarias en lisina

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3.3. LÍPIDOS

• Contenido medio 1-4 del peso del grano (avena
  9-10)
• Distribución testa y aleurona (80), germen.
• Fundamentalmente triacilglicéridos y fosfolípidos
• También mono y diglicéridos y A.G. libres
• Existe una fracción que se encuentra químicamente
  combinada al almidón lípidos por hidrólisis
  (sólo se extraen con eter tras hidrólisis)

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3.4. VITAMINAS Y MINERALES

• Vitaminas del grupo B niacina, ac. pantoténico,
  piridoxina, tiamina
• Minerales P, K, Mg (fosfatos y sulfatos de K, Mg
  y Ca, 85)
• Ácido fítico (hexafosfato de mioinositol)Fitina
  sal Ca 2 /Mg 2 del ácido fíticoImportancia en
  nutrición- el P fítico se asimila mal- además
  es quelante ----gt disminuye la asimilación de
  otros iones (Ca, Mg, Zn, Fe, Cu...) (existen
  fitasas termorresistentes que actuan durante la
  panificación, hidrolizando la fitina y liberando
  el grupo fosfato)

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4. ALMIDÓN Y ALMIDONES MODIFICADOS4.1. EL
ALMIDÓN

• Se encuentra en el endospermo de cereales en
  forma de gránulos de distinto tamaño y forma
  según cereal
• Birrefringentes cruz de Malta bajo luz
  polarizada----gt desaparece durante la
  gelatinización

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4.1.2. PROPIEDADES DE LOS CONSTITUYENTES DEL
ALMIDÓN

• A) AMILOSA- Se dispersa en agua /Q- Al enfriar
  -----gt GELIFICA O RETROGRADAFundamento en
  agua/ Q las cadenas lineales de la amilosa están
  desordenadas, y al enfriarse se asocian por
  puentes de H en un retículo que solidifica en
  forma de gel GELIFICA si la disolución de
  amilosa es diluída o se enfría muy lentamente,
  las moléculas lineales se ordenan en haces
  cristalinos que precipitan RETROGRADA

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B) AMILOPECTINA

• Poca tendencia a retrogradar
• Agua/ Q ---gt disoluciones viscosas que no
  gelifican al enfriar ( por la estructura
  ramificada)

Los almidones normales tienen 20-25 de
amilosa, las variedades céreas es casi todo
amilopectina
Importante no confundir gelatinización con
gelificación
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GELATINIZACIÓN Proceso de hinchamiento y
ruptura de los gránulos de almidón. A la tª de
gelatinización (55- 75ºC, según cereales) el
gránulo pierde su estructura organizada y ya no
se observa la cruz de Malta La tª de
gelatinización marca el nivel energético por
encima del cual se pueden empezar a disociar los
puentes de H entre cadenas vecinasGELIFICACIÓN
Proceso de formación de un gel Al enfriarse
las soluciones calientes de almidón por unión
entrecruzada de cadenas de amilosa
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4.1.3. ALMIDONES MODIFICADOS

• Almidón ingrediente usual en la preparación de
  distintos tipos de alimentos (sopas,
  precocinados, postres...)
• En cada alimento ha de aportar diferentes
  características- consistencia al paladar-
  viscosidad- formación de geles
• Ha de suministrar estabilidad en la fabricación y
  almacenamiento
• Necesidad de preparar distintos almidones
  modificados con distintas características, por lo
  que se someten a - modificación física
  pregelatinización-modificación química
  oxidación, esterificación...

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ALMIDONES MODIFICADOS MÁS IMPORTANTES
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PROCESOS MÁS COMUNES PARA LA OBTENCIÓN DE
ALMIDONES MODIFICADOSA) PREGELATINIZACIÓN

• Obtención a partir de almidón que ha sido cocido
  o gelatinizado (pasta agua- almidón entre
  rodillos calientes) y luego secado
• Características hincha en frío
• Aplicación- bebidas instantáneas de cacao-
  postres instantáneos

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B) FLUIDIFICACIÓN POR ÁCIDOS

• Obtención calentar a tª suave (50ºC) una
  suspensión de almidón en HCl diluído filtrar
  lavar secar
• Características se produce hidrólisis parcial de
  amilosa y amilopectina (desramificación)-
  producto que en caliente presenta baja
  viscosidad- al enfriar retrograda y gelifica
  mejor que el almidón natural
• Aplicación- caramelos- confites de estructura
  gomosa

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C) INTRODUCCIÓN DE CADENAS LATERALES EN LOS
GRUPOS OH C1. Por enlace éter

• Fórmula
• Características - disminuye la ordenación
  cristalina por lo que disminuye la tª de
  gelatinización- hay más átomos de O que forman
  puentes de H con el agua --gt absorben y retienen
  más agua --gt mayor capacidad de hinchamiento- el
  impedimento de las cadenas laterales hace que
  gelifiquen mal y no retrograden --gt soluciones
  frías viscosas
• Aplicación salsas o cremas espesas para platos
  congelados (retienen agua --gt disminuye exudación
  en congelación/ descongelación)

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C2. Por formación de éster fosfórico

• Fórmula
• Características- la presencia de grupos fosfato
  disminuye la tª de gelatinización- hinchan mucho
  en agua fría- se pueden obtener pastas de
  elevada viscosidad, transparentes, que no
  retrogradan
• Aplicación - textil- papelera- alimentaria
  (alimentos que han de sufrir congelación/
  descongelación)

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C3. Por formación de grupos de éster acético

• Fórmula
• Características - disminuyen la tª de
  gelatinización- disminuyen la capacidad de
  retrogradación y gelificación- no aumenta la
  retención de agua- dan soluciones claras y
  estables
• Aplicación - lacas y barnices- seda al
  acetato- película fotográfica- poco uso en la
  industria alimentaria

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C4. Introducción de cadenas laterales iónicas

• Fórmula
• Características los grupos iónicos confieren una
  elevada capacidad de solvatación, por lo que-
  aumenta la capacidad de retención de agua-
  hincha muy rápidamente
• Aplicación - espesante en la industria
  alimentaria- industria textil y papelera

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D. ALMIDONES OXIDADOS

• Obtención tratamiento con- ácido peryódico
  más usado en papeleras y curtidos- hipoclorito
  autorizado para alimentación oxidación del
  C6 a carboxilo, otros OH a carbonilo, e
  hidrólisis de las cadenas
• Características- tª de gelatinización y
  viscosidad menor que en almidón natural- pastas
  muy estables al enfriamiento (poca retrogradación
  y gelificación)
• Aplicación- chocolate instantáneo ( alimentos
  con alto de sólidos y viscosidad moderada)

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E. ALMIDONES CON ENLACES CRUZADOS

• Obtención reacción con oxicloruro de P,
  tripolifosfato Na, dialdehídos y dianhídridos
  terminales, epiclorhidrina (fórmulas)
• Características- menor absorción de agua-
  gelatiniza a tª más altas- da soluciones más
  viscosas cuanto mayor es su tamaño molecular-
  gran estabilidad a tratamientos térmicos y ácidos
• Aplicación- alimentos que han de sufrir
  esterilización o han de prepararse a pH ácido)

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5. QUÍMICA DE LA PANIFICACIÓN5.1. FASES DE LA
PANIFICACIÓNa) AMASADO

• Mezcla de harina, agua, sal y levadura---gt
  obtención de la masa panaria (elástica)
• Funciones- hidratación de los componentes-
  desarrollo de la masa se va formando la red de
  gluten que englobará al CO2- incorporación de
  aire

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b) FERMENTACIÓN las levaduras fermentan los
azúcares (25-30ºC) -----gt desprenden CO2 y aromas

• azúcares que fermentan- preexistentes
  inicialmente....se agotan rápidamente- las
  amilasas producen maltosa y glucosa (desde que
  existe humedad suficiente)
• aparición de aromas (compuestos volátiles)-
  alcoholes y aldehídos ---gt aroma típico a pan
  cocido
• desprendimiento CO2- gracias a su elasticidad
  la masa panaria pude retener el gas generado-
  aumenta su volumen ---gt la masa se esponja

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c) COCCIÓN se forma el pan por endurecimiento de
la masa con dos partes diferenciadas

• corteza (tª gt 100ºC)- producida por evaporación
  de agua (dura)- en ella se produce
  caramelización de azúcares y R. Maillard ---gt
  formación de color
• miga (tª lt 100ºC)- actividad de las levaduras
  con desprendimiento de CO2 (impulso horno)-
  gelatinización del almidón (55ºC)- coagulación
  del gluten (gt 70ºC)

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5.2. PAPEL DE LAS PROTEÍNAS EN LA
PANIFICACIÓN5.2.1. Proteínas no enzimáticas
gluteninas y gliadinas

• Las proteínas constituyen el 9-13 del peso de
  la harina
• El 85 de ellas ( agua) tienen la capacidad de
  formar GLUTEN
• GLUTEN (confiere a la masa capacidad de retener
  gas)- Aislamiento sometiendo a la masa a
  trabajo mecánico bajo corriente de agua- El
  gluten aislado aumenta cohesividad
  extensibilidad elasticidad

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Proteínas que componen el gluten

• Gluteninas (16 aprox.)- son glutelinas ---gt
  solubles en ácidos y bases diluidas- de elevado
  Pm- con agua forman una masa muy tenaz y
  elástica
• Gliadinas (69 aprox.)- son prolaminas ---gt
  solubles en alcohol al 70- de bajo Pm- con
  agua forman una masa fluida y poco elásticaAsí,
  el gluten presenta propiedades intermediasEl
  resto de proteínas de la harina (15 aprox.) son
  albúminas (solubles en agua) y globulinas (
  solubles en Na Cl) ---gt fundamentalmente
  proteínas enzimáticas

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• El elevado Pm de las gluteninas es debido a a
  asociación de cadenas de lt Pm mediante puentes
  S-S intermoleculares- Si -S-S-
  ------------------gt -SH SH- pierde sus
  propiedades mecánicas adquiere prop.
  viscoelásticas semejantes a las
  gliadinas

reducción
FUERZA DE LAS HARINASa) harinas fuertes
retienen CO2, dan panes esponjados
(gluteninas con muchos S-S ---gt est.
reticular) b) harinas flojas panes más densos
(gluteninas con pocos -S-S-, y Pm bajo)
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MEJORANTES DE LAS HARINASLa adición de agentes
químicos permite regular la proporción relativa
de enlaces cruzados y modificar las
características reológicas de la masa

• a) Agentes oxidantes para aumentar la fuerza de
  las harinas - bromatos- persulfatos- vitamina
  C (dehidroascórbico)Produce- mantenimiento de
  S-S- formación de nuevos S-S

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• b) Agentes reductores para harinas con demasiada
  fuerza, poco extensibles- Na H SO3 (sulfitos)-
  Cisteína (-SH)- Glutatión (tripéptido)Producen
  - ruptura de S-S- disminución tiempo amasado-
  mejora propiedades reológicas de la masa

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5.2.2. Proteínas enzimáticas amilasas

• a - amilasa liberan dextrinas (8-14 unidades
  glucosa)- hidrolizan enlaces a (1--gt4)- al
  azar, rompen enlaces internos a ambos lados de
  las ramificaciones- no hidrolizan enlaces a
  (1--gt6) (respetan ramificaciones)- liberan
  fragmentos más cortos (dextrinas).......y luego,
  maltosa/ maltotriosa- la actividad a-amilolítica
  es elevada en la maduración del grano
  baja en el grano maduro

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• b - amilasa liberan maltosa (2 unidades
  glucosa)- hidrolizan enlaces a (1--gt4)-
  empiezan el ataque sólo por extremo reductor -
  no hidrolizan enlaces a (1--gt6) (respetan
  ramificaciones)- liberan maltosa- queda
  dextrina limite residual-la actividad b
  -amilolítica es elevada en la maduración del
  grano se mantiene en el grano maduroLos
  enlaces a (1--gt6) son hidrolizados por otras
  enzimas (glucoamilasas o amiloglucosidasas) ---gt
  glucosa maltosa

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• Las amilasas actúan- desde el
  amasado........mezclado de ingredientes para dar
  la masa panaria- hasta la cocción.........en que
  se desnaturalizan (a - amilasa
  termorresistente)
• Aportan maltosa para la fermentación (por las
  levaduras)- la velocidad de formación de la
  maltosa depende de la concentración de amilasas y
  de de álmidón utilizable

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Es importante la b-amilasa/ a-amilasa
(normalmente gt de b)

• si hay elevada actividad a- amilolítica (p.e. en
  harinas de trigo con muchos granos germinados)-
  se forma mucha de dextrina- debilita la miga,
  se hace más pastosa y pegajosa
• si hay una actividad a- amilolítica intermedia-
  dextrinas adecuado- durante la cocción se
  produce pirólisis de las dextrinas- producción
  de miga y corteza del pan adecuadas
• si hay una baja actividad a- amilolítica -
  dextrinas bajo- producción de corteza pálida,
  poco quebradiza- en últimas fases de cocción
  faltan azúcares---gt falta CO2---gt el pan no
  levanta

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• la actividad actividad b- amilolítica - da
  elevada de maltosa- se forma color tostado-
  se forma aroma - producción de gases
• Posibilidad de adecuación de la actividad
  enzimática por adición de enzimas industriales

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5.3. PAPEL DE LOS LÍPIDOS EN LA PANIFICACIÓN

• 25 de los lípidos está ligados al almidón ( a
  las cadenas helicoidales de la amilosa en el
  interior del grano)
• Lípidos libres- triglicéridos (55)-
  glicolípidos (galactosilgliceridos)-
  fosfolípidos (lecitinas)
• En la panificación, los lípidos que cumplen
  misión más importante son los polares
  (fosfolípidos y glicolípidos)- agentes
  humectantes facilitan hidratación de la harina-
  permiten ordenación y desplazamiento de
  proteínas en el amasado- lípidos polares
  proteína--gtasociaciones en doble capa-la adición
  de glicolípidos aumenta la calidad de la masa
  panaria porque liga el almidón y las glutelinas

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5.4. PAPEL DE LOS HIDRATOS DE CARBONO EN LA
PANIFICACIÓN

• a) ALMIDÓN- diluye el gluten dando consistencia
  adecuada a la masa- fuente de maltosa y glucosa
  para la fermentación- gelatiniza y retiene
  agua---gt contribuye a la textura del pan- causa
  principal del valor calórico del pan
• b) HEMICELULOSAS SOLUBLES EN AGUA- producen
  absorción de H2O ---gt mejora el volumen del pan y
  su textura- disminuye tiempo de amasado
• c) AZÚCARES- contribuyen al sabor del pan-
  constituyen el sustrato principal de la
  fermentación- intervienen en el desarrollo del
  color de la corteza- influyen en la textura y
  aspecto del producto final horneado