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Alimentos de los Humanos || Cereales
Los cereales son los frutos de unas plantas herbáceas, es decir sin consistencia leñosa, monocotiledóneas, de la familia de las gramíneas y con unas mismas características familiares: raíces numerosas con apariencia de cabellera, tallo fino, hojas envolventes y alargadas y frutos agrupados en torno a una espiga.

Son plantas anuales, sembradas y recolectadas en el mismo año. Suelen clasificarse en dos grandes grupos: los cereales de invierno, que resisten las condiciones meteorológicas extremas de esta estación, y los cereales típicos de primavera.

En el mundo se producen anualmente cerca de dos mil millones de toneladas de cereales. España es, por su situación geográfica y sus condiciones climáticas, un país extremadamente cerealista. Las principales cosechas son de trigo, arroz, cebada, avena, centeno, maíz, alpiste, sorgo y mijo.

Los cereales y los productos elaborados con ellos, suministran a los humanos, desde los tiempos más remotos, más de la mitad de la energía que se necesita para vivir con salud y rendir a fondo física e intelectualmente.

Los distintos cultivos mayoritarios de uno u otro grano han servido a los historiadores para apoyar, e incluso para acentuar aún más, la división histórica, cultural y geográfica del mundo. A Oriente le tocó el mayor reparto de los campos de arroz de todo el globo debido a las especiales condiciones de sus lluvias periódicas, que encharcaban los campos y los suelos. El arroz pasó en poco tiempo de la lndia a China, y de aquí se exportó a Corea, a Japón y a las islas Filipinas y, en general, a todo el sureste Asiático.

En ambas orillas del Mediterráneo prosperó y creció, junto al olivo y la vid, la estilizada espiga de trigo, base de la alimentación de Roma en los gloriosos tiempos de la República y el Imperio.

Las particulares condiciones del continente americano fueron favorables al cultivo del maíz, que los conquistadores introdujeron en Europa a partir del siglo XVI, y en el norte y centro de Europa crecieron vastos campos de centeno, que era el cereal base de los llamados “pueblos bárbaros del Norte”.

Arroz

Su nombre científico es Oryza sativa L.

La alimentación de más de la mitad de la humanidad depende de este grano diminuto, oval y pastoso, cuyo testimonio escrito más antiguo lo encontramos en la China del emperador Ching-Nong, 2.800 años a.C.

Su considerable valor nutritivo se explica por el alto contenido en proteínas e hidratos de carbono que encierra cada grano. Es uno de los cereales más ricos en fécula. Es rico además en calcio, fósforo y potasio, y debido a la calidad de su almidón se digiere fácilmente.

El grano de arroz se compone de varias partes. La cobertura de salvado, más o menos consistente, según esté más o menos pulido, es más rica en vitaminas y sales minerales, el germen, que queda eliminado en los primeros procesos de elaboración, el endosperma o reserva de almidón, es decir el interior del grano, que contiene algunas vitaminas y sales minerales

El arroz se cultiva en terrenos encharcados. Los mejores suelos arroceros se dan en aquellos lugares del mundo visitados frecuentemente por las lluvias o perpetuamente sumergidos por el delta de un río o por las marismas costeras. También hay una variedad de arroz de secano, que se cultiva como el resto de los cereales.

Hay muchas clases de arroz en el mercado. Los arroces integrales, silvestres y morenos, menos depurados, conservan casi intactas sus cualidades nutritivas, vitaminas y minerales, y son más ásperos al paladar que el arroz blanco que se consume a diario en casi todos los hogares.

Trigo

La principal especie de trigo es el Triticum aestivum L., que corresponde a todos los trigos llamados blandos. Pan común, pasteles, bizcochos y galletas se elaboran con la harina obtenida de esta variedad de trigos

Los duros, ricos en proteínas, llamados Triticum turgidum L., son la especie utilizada para la fabricación de ciertas clases de pan, como el pan gallego, la hogaza de León, el pan de molde, los bollos y todas las pastas alimenticias. El grano de trigo está formado por el pericarpio, o piel del grano, el endospermo o núcleo del grano, de donde sale la harina, el germen, donde se almacena el 30% de las proteínas, y que es el embrión del que nacerá la nueva planta.

Maíz

El maíz, cuyos testimonios más antiguos se remontan a hace más de 5.000 años. Parece ser que la actual planta de maíz procede de la evolución del teosinto, primer ancestro de este cereal, que desarrolló las características perfollas que protegen a la mazorca.

La gran adaptabilidad de esta popular planta de la familia de las gramíneas, cuyo nombre científico es Zea mays L., a las distintas altitudes ha extendido su cultivo más allá de sus orígenes naturales.

Las espigas de la planta madura, las “panochas”, o mazorcas, forman una piña de granos apretados, que queda protegida del aire por un ramillete de grandes hojas verdes que surgen del tallo y llegan hasta la punta de la misma.

En la cocina, el maíz se consume en forma de harina, copos, palomitas, aceite, jarabe, etc.La harina de maíz es amarillenta y se usa en la elaboración de panes, pasteles y bollos, y de los célebres tamales y tortillas americanas. Su almidón también es empleado con frecuencia para dar consistencia a las preparaciones culinarias.

Para muchos, las “flores de maíz”, o palomitas, suponen la versión más familiar, crujiente y sabrosa de este energético y nutritivo cereal.

Cuando los españoles llegaron a las Indias Occidentales, los amerindios ya las tenían en gran consideración y eran grandes devoradores de palomitas, además de utilizarlas como amuleto o como adorno para engalanar sus trajes. Las preparaban de tres maneras distintas: bien ensartaban en un palo la mazorca y la ponían directamente sobre la llama, bien desgranaban la mazorca y tiraban los granos al fuego, o bien tostaban los granos o la mazorca tras colocarlos sobre un recipiente de arcilla.

Cebada

Su nombre científico es Hordeum vulgare L. y existen numerosas variedades, cuya longitud varía de los 60 centímetros hasta un metro de altura.

El cultivo de la cebada se remonta a los orígenes de la humanidad. Decía Plinio que la cebada, en su forma silvestre, era el alimento vegetal más antiguo, y fué utilizada por los antiguos egipcios, cuatro mil años antes de Cristo, en la elaboración de panes y tonas rituales.

La cebada mondada es el fruto desprovisto de su película externa. Una vez que ha sido descortezado, redondeado y blanqueado artificialmente se le llama comúnmente cebada perlada.

Actualmente, sustituida por otros cereales más digeribles y sabrosos, se emplea fundamentalmente en la alimentación animal (cebadas verdes), en la elaboración de bebidas populares como la cerveza y para la fabricación de whisky.

Avena

Es un cereal (Avena nativa) de gran poder alimenticio. Su consumo, en relación con otros cereales, es muy bajo, y se dirige sobre todo a la alimentación del ganado doméstico y de las aves de corral. Sólo Estados Unidos y el Reino Unido siguen empleándola para la elaboración de los célebres desayunos anglosajones, que tanta fama han cosechado en todo el mundo por su elevado aporte energético, ya sea en forma del saludable müesli o en el conocidísimo porridge.

El müesli se prepara a partir de copos de avena y yogur o leche, miel, frutos secos y manzanas. El porridge se elabora a partir de harina de avena mezclada con agua, y durante muchos siglos ha sido el alimento principal y el orgullo nacional de los escoceses, que con frecuencia lo exportaron más allá de sus fronteras.

Centeno

Parecido al trigo en muchos aspectos, es también panificable. Su nombre científico es Secale cereale L. y se conocen sobre todo dos variedades, la de maduración tardía de paja basta y la de maduración precoz. Su grano se utiliza habitualmente en Rusia para la elaboración de cerveza.

Mijo

Existen tres variedades, según el color y la calidad de su grano: blanco, negro y rojo. Se cultiva en tierras pobres donde no es posible sembrar trigo. Este cereal tiene aproximadamente un metro de altura. En Europa se dedica de forma principal a la alimentación animal, aunque en algunos países se consume en forma de gachas y los rusos elaboran con él un delicioso desayuno llamado kasha.

Sorgo

Existen aproximadamente un centenar de variedades de sorgo, mide unos cuatro metros y su aspecto es muy parecido al del maíz. Sus granos pueden ser de color blanco, amarillento o rojizo. Después del trigo, el maíz y el arroz, es la gramínea más cultivada del mundo.

El sorgo azucarado contiene un jugo dulce y seco en su interior y ha sido utilizado como endulcorante, aunque la obtención de su azúcar es muy trabajosa y poco rentable. El jarabe, sin embargo, es más fácil de obtener. Se aplasta el tallo, se hierve y luego se cuela. Se utiliza sobre todo en el ámbito doméstico para repostería, confituras, y para la obtención de un mosto azucarado. Su pulpa se emplea también para la obtención de pasta de papel, y los granos, para la alimentación animal, forraje y paja.

Principales zonas de cultivo de cereales en el mundo y en España

Arroz: es el cereal de mayor consumo del mundo y el alimento básico de la dieta de los habitantes del Extremo Oriente. En nuestro país se cultiva de manera principal en Andalucía, Valencia, Extremadura y Cataluña, en torno al delta del Ebro

Trigo: después del arroz, el trigo es el cereal más cultivado en el mundo y el de mayor consumo en Estados Unidos y Europa. En España, se cultiva sobre todo en Castilla-León y Andalucía

Maíz: era el alimento base de los pueblos precolombinos, extendidos por todo el continente americano. Actualmente, Estados Unidos es el mayor productor de maíz del mundo y en nuestro país las regiones de Extremadura, Castilla-La Mancha, Aragón, Galicia y Andalucía

Cebada: la mejor cebada se cultiva en regiones templadas, sobre terrenos algo calizos y sueltos. La especie más extendida es originaria de Asia. Actualmente se cultiva en Castilla- La Mancha, Castilla-León y Aragón

Avena: aunque su origen está en Europa Oriental, en la tierra de los legendarios tártaros, actualmente se cultiva también en América del Norte y América del Sur y en España en Castilla- La Mancha, Castilla- León y Andalucía

Centeno: era el cereal de mayor consumo entre los pueblos bárbaros, que llegaron a Europa meridional en sucesivas oleadas desde el Norte, a lo largo de la Edad Media. Castilla-León y Galicia son las regiones españolas de mayor cultivo de centeno.

Mijo: es el alimento base de millones de individuos en la India, Rusia, China y Africa. La mayor parte del consumo nacional español procede de la importación.

Sorgo: el sorgo común crece en climas secos de Asia y Africa y en España en Andalucía, Aragón y Cataluña.

Anatomía y composición química de los cereales: visión general

Los cereales destacan entre las demás gramíneas por la formación de frutos relativamente grandes, que se llaman cariópsides, en los que las cubiertas están soldadas a las semillas. El tamaño de los granos se expresa como el peso de mil granos, dependiendo este valor no sólo del tipo de cereal, sino de la variedad y de las técnicas de producción, siendo por tanto muy variable. En la cebada, la avena y el arroz las glumas están unidas al fruto. Las que poseen el trigo y el centeno se separan en el proceso de la trilla.

Los principales constituyentes de los siete cereales antes mencionados son muy uniformes. Variaciones notables son, sin embargo, el elevado contenido en lípidos de la avena y el bajo contenido en almidón de la avena, la cebada y el centeno. En vez de almidón, en estos cereales está aumentada toda la fracción de “otros carbohidratos”, que consisten principalmente en polisacàridos no amiláceos. Estos cereales también difieren en el contenido en vitaminas del grupo B.

Las cubiertas de los frutos y semillas envuelven al tejido nutritivo, al endospermo, y al germen del grano. Botánicamente, el endospermo está formado por el endospermo amiláceo (70-80% del grano) y la capa de aleurona que, con excepción de la cebada, es una monocapa. En el grano de trigo la capa de aleurona es rica en proteínas y contiene grandes cantidades de grasa, enzimas y vitamínas.

ver anexo 1

Proteínas

Las proteínas de las diferentes harinas de cereales varían en su composición de aminoácidos. El contenido en lisina de todos los cereales es bajo y también el de metionina, especialmente el trigo, el centeno, la cebada, la avena y el maíz, comparados con las proteínas del músculo, de los huevos y de la leche. Mediante mejora genética se han realizado intentos para aumentar el contenido de aminoácidos esenciales, que han tenido de momento algunos éxitos.

ver anexo 2

En 1907, Osborne separó las proteínas del trigo en cuatro fracciones en función de sus solubilidades, extrayendo sucesivamente de una muestra de harina las albúminas, con agua, las globulinas, con una disolución salina y las prolaminas, con etanol acuoso al 70%. Las glutelinas quedan en el residuo de la harina. Pueden obtenerse todavía dos subfracciones disolviendo las proteínas del residuo por reducción de los puentes disulfuro. Aumentando la concentración de propanol al 60% precipitan las subunidades de elevado peso molecular, quedando en disolución las de bajo peso molecular.

Las albúminas y las globulinas derivan probablemente de los residuos citoplasmáticos y de otras fracciones subcelulares que toman parte en la génesis del grano. También existen enzimas en las dos primeras fracciones de Osborne, prolaminas y glutelinas son proteínas de reserva.

ver anexo 3

Los distintos cereales contienen niveles diferentes de las fracciones de Osborne. El trigo contiene la mayor cantidad de prolamina, seguido de cerca sólo por el maíz. En el centeno la fracción más abundante es la albúmina, que es minoritana en el maíz. Debido al elevado contenido proteico, la cantidad de albúmina de la avena es comparable a la del centeno. En cuanto al contenido en gluteninas, la avena y el arroz poseen más que el trigo, siendo mucho menor en centeno, mijo y maíz.

Sólo la composición en aminoácidos de las prolaminas se relaciona con el parentesco botánico entre los cereales. Es muy similar en trigo, centeno y cebada. En cuanto a su composición en prolaminas, la avena se encuentra entre las Triticeae y el resto de los cereales: el contenido de Glx corresponde al de Triticeae, el de Pro y Leu es muy superior e inferior, respectivamente, análogamente al trigo, mijo y maíz. En cuanto a sus perfiles de aminoácidos, estos últimos no se relacionan ni entre si , ni con Pooideae.

Las Triticeae, que concuerdan ampliamente en la composición de aminoácidos de las prolaminas, pueden originar la enfermedad celiaca. En comparación con las prolaminas de los demás cereales, poseen en esta fracción proteica una proporción de Glx y Pro considerablemente mayor. Se supone que las diferencias consiguientes en la estructura de las prolaminas podrían ser las responsables de dicha enfermedad.

Gluten en el trigo
Al añadir agua a la harina de trigo se forma una masa vísco-elástica cohesiva que puede amasarse. El producto responsable de dicha estabilidad es el gluten, que queda como residuo al eliminarse el almidón y los componentes solubles.

El gluten está formado por proteínas (90%), lípidos (8%) y carbohidratos (2%). Estos últimos son principalmente pentosanos solubles e insolubles, que fijan el agua. Los lípidos se asocian con determinadas proteínas del gluten formando lipoproteínas. En el gluten recién obtenido se encuentran enzimas.

Las proteínas del gluten, y los lípidos, son responsables de las propiedades visco-elásticas y cohesivas de la masa. Tales propiedades reológicas confieren a la masa la capacidad de retener gas durante la fermentación y dan un producto que tras el horneado es poroso y esponjoso, con una corteza elástica.

Contrariamente al trigo, el centeno y los demás cereales no forman un gluten que quede como residuo tras el lavado. La capacidad de panificación del centeno es debida a los pentosanos y a determinadas proteínas cuyo estado de imbibición resulta tan modificado después de la acidificación, que contribuyen a la fijación de gas.

Componentes proteicos del gluten de trigo
Mediante fraccionamiento de las proteínas del trigo se obtienen prolaminas y glutelinas en proporción 2:3 aproximadamente. Ambas fracciones, en su forma hidratada, tienen efectos diferentes sobre las características reológicas de la masa: las prolaminas se consideran el “disolvente”, de las glutelinas y responsables sobre todo de la viscosidad, siendo las glutelinas, por el contrario, responsables de la elasticidad de la masa del pan. Los aminoácidos del gluten de trigo varían en sus concentraciones en dependencia de su pertenencia a las distintas proteínas.

Enzimas
En todos los cereales existen a y b-amilasas. El trigo contiene un 1% de fitina, que liga el 70% del fósforo del grano. La enzima se ha aislado a partir de la harina de trigo, en la que su actividad es relativamente alta. En los cereales, las polifenoloxidasas se encuentran preferentemente en las capas externas del grano. Esta polifenoloxidasas son causantes del pardeamiento en las harinas integrales.

Carbohidratos
El almidón, que es el principal carbohidrato de reserva de los cereales está presente únicamente en el endospermo. Los almidones de cereales están formados por un 25% de amilosa y un 75% de amilopectina. En el almidón de trigo constan principalmente de lisolecitina. Los cereales contienen otros polisacáridos distintos del almidón. En las harinas con un elevado grado de extracción su contenido es más alto.

El contenido en pentosanos de los cereales es variable. La harina de centeno es excepcionalmente rica (6-8%) en comparación con la harina de trigo (2-3%). Una parte de los pentosanos (1-1,5% en el trigo y el 15-25% en el centeno) son hidrosolubles.

En la harina de centeno, una relación almidón-pentosano óptima es de 16:1 en peso. Permiten mezclar el trigo con un 5-10% de cereales no panificables, sin menoscabo de las propiedades panificables. Estas harinas se denominan «compuestas». El contenido de b-glucanos de los cereales es diverso: 3-7% en cebada, 2,2-4,2% en avena, sólo 0,5-2% en trigo y centeno.

En el trigo y otros cereales existen concentraciones relativamente bajas de mono, di, y trisacáridos así como otros productos de bajo peso molecular resultantes de la degradación del almidón.

ver anexo 4

Lípidos
Los granos de los cereales contienen cantidades relativamente pequeñas de lípidos, sin embargo, existen diferencias entre los distintos cereales. El endospermo de la avena contiene lípidos en cantidad mayor (6-8%) que el trigo (1,6%). Por esta razón el contenido total de lípidos de la avena es mayor.

ver anexo 5

Un grano de trigo pesa 30-42 mg y contiene 0,92-1,24 mg de lípidos. La harina de trigo contiene 1,5-2,5% de lípidos, dependiendo del índice de extracción de la harina. Los lípidos restantes están unidos al almidón.

Lipidos no-ligados al almidón de la harina de trigo (mg/100 g*)
Lípidos apolares (59%)

Esteres de esteroles, triacilgliceroles, diacilgliceroles, monoacilgliceroles, ácidos grasos libres
Glicolípidos (26%).
Esterolglicósidos: monogalactosildiacilgliceroles, monogalactosilmonoacilgliceroles, digalactosildiacilgliceroles, digalactosilmonogliceroles
Fosfolípidos (15%)
N-acilfosfatidiletanolamina , N-acil-lisofosfatidiletanolamina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilglicerol, fosfatidilcolina, fosfatidilserina , fosfatidilinostol , lisofosfatidilglicerol ;lisotosfatidilcolina
* Calculado sobre sustancia seca

Los lípidos del trigo ligados al almidón y los que no lo están difieren en su composición. La proporción de los distintos tipos de lípidos no ligados al almidón dependen del grado de extracción de la harina. Las propiedades reológicas de la masa se ven afectadas por los lípidos que no están ligados al almidón. Los lípidos no ligados al almidón se dividen en lípidos libres y lípidos ligados cuando se extraen con disolventes de diferente polaridad. La harina de trigo tiene un contenido en carotenoides del orden de 5,7 mg/kg.

ver anexo 6


Molienda de los cereales (Trigo y centeno)

El control de calidad de las materias primas y de los productos molidos suele consistir en la determinación de agua, proteínas y minerales.

La molturación del trigo y del centeno son distintas debido a las diferencias estructurales de sus granos. El grano de trigo es quebradizo y el de centeno es adhesivo. La composición química de la harina depende del grado de extracción. A igual grado de extracción, la harina de centeno contiene una mayor proporción de los minerales y vitaminas del grano que la harina de trigo , aunque debe tenerse en cuenta que esta diferencia en el caso de algunas vitaminas del grupo B,por ejemplo la niacina, se equilibra debido a su mayor concentración en el grano de trigo .

Derivados del trigo y del centeno.
Harina comercial
apropiada para la obtención de diferentes productos panificables.
Harina especial. Para productos especiales, p.e.: harina de trigo duro para pan tostado, harina para bizcochos y pasteles.
Harina acondicionada. Cereal descascarillado (sin embrión ni glumas)
Grano triturado integral o su harina. Cereal descascarillado (incluido el embrión)

El contenido en los distintos componentes depende del tamaño de las partículas de las distintas harinas.

ver anexo 7

Referencias:
- BORNET F.: El pan, los cereales y derivados. En, La Alimentación Humana. Coordinadores:. H Dupien, J-J Cuq, M-- Malewiak, C, Leynaud-Rouaud, A-M Berthier..  Ed Bellaterra, , 1997
- MATAIX J.: Tabla de Composición de Alimentos Españoles.. ((2ª ed aumentada) ed),  Instituto de Nutrición y Tecnología de Alimentos., Univ. Granada, 1995
- PRIMO E.: Química de los alimentos..  Ed Síntesis, , 1997
- ROJAS E.: Los carbohidratos en nutrición humana..  Grupo Aula Médica, , 1994
- VARELA G, MONTEAGUDAO E, CARVAJAL A, MOREIRAS O.: El pan en la alimentación de los españoles..  Ed Eudema, , 1991
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