Identificación y diferenciación microscópica de macro nutrientes en diferentes granos y su importancia en los procesos de transformacióN



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PRACTICA No. 5

IDENTIFICACIÓN Y DIFERENCIACIÓN MICROSCÓPICA DE MACRO NUTRIENTES EN DIFERENTES GRANOS Y SU IMPORTANCIA EN LOS PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN.



1. OBJETIVO: Identificar y diferenciar a nivel celular las características estructurales, de conformación y/o de composición celular de los principales macro nutrientes que se encuentran en los granos (almidones, grasas y proteínas), como fundamento básico para interpretar y aplicar procesos de transformación.

2. INTRODUCCIÓN
Los granos, cereales y leguminosas, constituyen la principal fuente alimentaria en el mundo, pues toda su masa no constituye otra cosa que una reserva de alimentos disponibles para la humanidad, ya sea directa (mediante transformaciones simples o complejas) indirectamente (cuando son aprovechados para la nutrición animal). Los granos entregan simultáneamente almidones lípidos y proteínas. Así, además de cubrir los requerimientos de energía suministran los macro nutrientes necesarios para la biosíntesis celular y de tejidos. Igualmente entregan casi todas las sustancias indispensables en la regulación de funciones metabólicas y de biosíntesis como son las vitaminas y minerales.

ALMIDONES ALIMENTARIOS

El almidón, es la sustancia de reserva alimenticia predominante en las plantas, especialmente en los granos de los cereales, proporcionan el 70-80% de las calorías consumidas por los humanos en todo el mundo. Los almidones comerciales se obtienen a partir de las semillas de los cereales, principalmente maíz, trigo, arroz y de algunas raíces y tubérculos como la batata, la papa la arracacha y la yuca. Tanto los almidones naturales como los almidones modificados tienen enormes aplicaciones en la agroindustria, que incluyen los siguientes: adhesivos, ligante, enturbiante formador de películas, estabilizante de espumas, agente antienvejecimiento del pan, gelificante, humectante, estabilizante, texturizante y espesante.


El almidón se diferencia de los demás carbohidratos, en que en la naturaleza se presenta como complejas partículas discretas (gránulos). Los gránulos de almidón son relativamente densos e insolubles y se hidratan muy mal en agua fría. El tamaño y la forma del gránulo de todos los almidones, incluidos los comerciales es característico de cada fuente vegetal, lo que permite identificarlo microscópicamente. El trigo el centeno y la cebada tienen dos tipos de granos de almidón: los grandes lenticulares, y los pequeños esféricos, los gránulos de maíz, angular poligonal y esférica, y el arroz presenta forma poliédrica y redondeada
Otros detalles fiscos que ayudan a la identificación del almidón son la apariencia del almidón cuando se observa entre polarizadores cruzados, la posición del hilo o punto de crecimiento, y la presencia de estrías en los gránulos; aspectos que resultan útiles para distinguir el almidón de diferentes tipos de granos. Las estrías se deben a las capas que van configurando el granulo de almidón y que van depositándose alrededor de un punto interno llamado hilo. El hilo puede ser central o excéntrico. Las estrías no son tan evidentes en todos los almidones pero la posición del hilo normalmente se puede ver en medios de montajes no acuosos, presentándose como un punto o, a veces, como una rotura en forma de estrella.
Químicamente el almidón es una mezcla de dos polisacáridos de la glucosa, muy similares: la amilosa, y la amilopectina; contienen regiones cristalinas y no cristalinas en capas alternadas determinadas por la mayor concentración de amilopectina o de amilosa, lo que determina las nominaciones de “céreo y harinosorespectivamente.
La amilosa es una molécula esencialmente lineal, es el producto de la condensación de D-glucopiranosas por medio de enlaces glucosídicos (1-4), cuya unidad repetitiva es la maltosa. La amilopectina, es una molécula mucho más grande, con ramificaciones que dan una forma molecular a la de un árbol, las ramas están unidas al tronco central por enlaces glucosídicos -D-(1-6), localizados cada 15 a 26 unidades lineales de glucosa. La mayoría de los almidones contienen alrededor del 25% de amilosa y 75% de amilopectina.
Las diferentes cantidades de amilosa y amilopectina en el almidón afectan su reacción con el yodo. En presencia de agua, la larga estructura helicoidal de la amilosa fija el yodo dando un color azul intenso. Este color azul lo presentan los almidones normales aunque sólo contengan un 25% de amilosa. Las ramificaciones de la molécula de amilopectina forman hélices muy cortas y los almidones céreos que no tienen amilosa presentan con el yodo un color rojizo mate. Este color se parece al que dan los almidones hidrolizados (dextrinas) que contienen cadenas cortas de amilosa. Por estas razones el yodo es un reactivo útil para la identificación de almidones con un alto contenido de amilopectina (céreos) para el seguimiento de los cambios que se producen durante la cocción.
Los diferentes procesos inducen cambios en el comportamiento de los almidones y por tanto, en la aptitud para su uso. Efectos producidos por el calor como son la gelatinización, retrogradación, sancochado y texturizado son aspectos muy importantes a evaluar en un almidón con fines industriales. La industria alimentaria se halla en la búsqueda de almidones nativos que presenten ciertas propiedades específicas, como permitir la resistencia a diferentes tratamientos industriales estresantes que deterioran la estructura del gel de almidón: altas temperaturas (hidrólisis del gel y disminución de la viscosidad), bajas temperaturas (que ocasionan sinéresis en los productos) y condiciones ácidas (desnaturalización de la estructura del gel). Como alternativa, con el propósito de responder a las exigencias extremas de los procesos industriales de fabricación se ha generalizado el uso de almidones modificados químicamente, pero su uso está restringido al 5% del peso seco del alimento elaborado, por ser considerados aditivos alimentarios; planteándose así un vasto campo de investigación sobre propiedades de los almidones nativos, para los cuales no existe límite para su utilización por ser almidones naturales.
PROTEÍNAS VEGETALES
La fuente más rica de proteína de las plantas superiores es el tejido embrionario; es decir, las semillas como las de leguminosas (arvejas o guisantes, los frijoles), frutos secos y cereales. Todas ellas aportan cantidades importantes de proteína en la dieta, pero solamente a partir de la semilla de soya y en menor extensión, de la harina de trigo se obtienen industrialmente concentrados proteicos para su consumo directo o como ingredientes en distintos alimentos.
La semilla de soya está formada esencialmente por dos cotiledones alojados en el interior de una vaina que es parecida, pero de forma distinta, a los de otras leguminosa. Los cotiledones son también diferentes a los de otras leguminosas porque contienen proteína y aceite pero carecen prácticamente de almidón. La proteína se encuentra en forma de gránulos de aleurona (cuerpos proteicos) con un tamaño entre 4-18 m que están rodeados por una pequeña (0.2 –0.5 m) membrana de aceite-cuerpos proteicos. Al microscopio aparecen con matriz aceitosa.
A diferencia de otras leguminosas, la soya contiene distintas capas de células de aleurona que encierran gotitas de aceite y gránulos de aleurona, pero su detalle más característico son las células de empalizada rectangulares muy empaquetadas y las células en forma de reloj de arena que se sitúan debajo de las de empalizada. Cortes de la semilla se pueden teñir con azul de toluidina y observarse con iluminación intensa y entre polarizadores cruzados. Se aprecia una matriz fibrosa proteica teñida de púrpura encerrando las células de cotiledón teñidas de rosa, las células en empalizada u en forma de reloj de arena son claramente diferenciables.
LÍPIDOS
Los granos y semillas oleaginosas, constituyen la fuente más importante de ácidos grasos poliinsaturados, ácidos grasos esenciales y vitaminas liposolubles para la nutrición humana. Algunas semillas como las del ajonjolí y maní contienen en su composición hasta el 55% de material lipídico. El valor nutricional de los aceites procedentes de semillas está dado fundamentalmente por que tienen en su composición concentraciones predominantes de ácidos grasos de la serie omega 3, omega 6 y omega 9, considerados esenciales para la biosíntesis y composición de la estructuras celulares, hormonas y neurotransmisores.
El método más comúnmente utilizado para el análisis microscópico de las grasas vegetales son las tinciones con colorantes liposolubles, como el Sudán IV y el Negro Sudán B. Las grasas líquidas se tiñen de rojo.

3. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1 Microscopios, portaobjetos y cubreobjetos (disponibles en el laboratorio de Biología).
3.2 Soluciones de trabajo para tinción de cortes en los granos (disponibles en el laboratorio de Biología).
3.3 Granos o semillas para análisis de almidón: de trigo, maíz, arroz, granos vítreos y harinosos (deben ser llevadas por el estudiante, 10-15 unidades de cada tipo).
3.4 Granos o semillas para análisis de grasas: soya, maní, linaza y ajonjolí (deben ser llevadas por el estudiante, 10-15 unidades de cada tipo).


    1. Hojillas o cuchillas nuevas (sin previo uso, recubierto con cinta uno de los bordes, por seguridad en el uso) para realizar cortes en los granos (deben ser llevadas por el estudiante).

METODOLOGÍA

Siga el procedimiento indicado por el técnico de laboratorio.



4. ACTIVIDADES Y PREGUNTAS


    1. Realice cortes a mano alzada, sobre las siguientes estructuras de los granos observados: pericarpio en cereales, testa en leguminosas y oleaginosas, endospermo, cotiledón, eje embrionario.




    1. Registre a través de dibujos, las diferentes observaciones realizadas, con relación a los cortes y estructuras de cada clase de grano.




    1. Establezca diferencias fundamentales entre los diferentes tejidos observados.




    1. Diferencias entre amilosomas, liposomas y cuerpos proteicos.




    1. En qué forma, se encuentra distribuidas las sustancias lipídicas dentro del tejido cotiledonar de la soya y el maní.




    1. Investigue, para cada clase de grano analizado, sobre las siguientes propiedades de los almidones: temperatura de gelatinización, forma del granulo, tamaño del granulo, capacidad de unión con el yodo y contenido de amilosa.




    1. Confronte la información obtenida a través de consultas con sus observaciones realizadas en la práctica. Establezca deducciones.




    1. Que tipo de análisis podría aplicar sobre harinas de cereales, para determinar pureza en la naturaleza de las mismas, y para la detección de mezclas. Explique el fundamento.




    1. Investigue sobre carbohidratos: a)tipos de carbohidratos y porcentaje en cada tipo de grano. b) almidones en cereales (composición y estructura, comportamiento reológico durante un tratamiento hidrotérmico, estabilidad del almidón ante tratamientos estresantes: esterilización, acidez y congelación)




    1. Que clases de proteínas son comunes en cereales, en leguminosas y en oleaginosas.




    1. Investigue sobre calidad de las proteínas de los granos (cereales, oleaginosas y leguminosas), soporte su consulta en indicadores como: presencia, concentración y proporción de aminoácidos esenciales, factores antinutricionales y digestibilidad.




    1. Potencial agroindustrial de los granos, para la formulación y desarrollo de alimentos ricos en proteínas alternativas.




    1. Investigue sobre lípidos: a) composición de semillas oleaginosas. b) principales ácidos grasos presentes en la fracción lipídica de semillas oleaginosas.




    1. Características de las grasas vegetales, su valor nutricional, y potencial agroindustrial.




    1. Presente algunas reflexiones sobre la utilidad de esta práctica, en su formación profesional, y la aplicabilidad de los conocimientos adquiridos en la agroindustria de los granos.



  1. INFORME

Presente el informe de la práctica ocho días después del desarrollo de la misma.


Observación: el informe adquiere un verdadero valor de aprendizaje cuando se construye a partir del análisis de las experiencias obtenidas y de los nuevos conceptos adquiridos y su confrontación con diferentes fuentes de consulta relacionadas con el tema objeto de una experiencia práctica.

BIBLIOGRAFÍA
Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación FAO, Organización Mundial de la Salud OMS, 1.999. “Los carbohidratos en la alimentación humana”, Roma, Italia.
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Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación FAO, Organización Mundial de la Salud OMS, 1.997. “Grasas y aceites en la alimentación humana”, Roma, Italia.



MESTRES, C., 1996. Los estados físicos del almidón, Conferencia internacional de almidones: propiedades fisicoquímicas, funcionales y nutricionales; usos. Mayo 8 a 10 de 1.996. Escuela Politécnica Nacional (EPN), Quito Ecuador.

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