identificación y diferenciación microscópica de macro nutrientes en

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
harinoso” respectivamente.
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).
3.4 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
3.1 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.
3.2 Registre a través de dibujos, las diferentes observaciones realizadas, con
relación a los cortes y estructuras de cada clase de grano.
3.3 Establezca diferencias fundamentales
observados.
entre
los
diferentes tejidos
3.4 Diferencias entre amilosomas, liposomas y cuerpos proteicos.
3.5 En qué forma, se encuentra distribuidas las sustancias lipídicas dentro del
tejido cotiledonar de la soya y el maní.
3.6 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.
3.7 Confronte la información obtenida a través de consultas con sus
observaciones realizadas en la práctica. Establezca deducciones.
3.8 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.
3.9 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)
3.10 Que clases de proteínas son comunes en cereales, en leguminosas y en
oleaginosas.
3.11 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.
3.12 Potencial agroindustrial de los granos, para la formulación y desarrollo de
alimentos ricos en proteínas alternativas.
3.13 Investigue sobre lípidos: a) composición de semillas oleaginosas. b)
principales ácidos grasos presentes en la fracción lipídica de semillas
oleaginosas.
3.14 Características de las grasas vegetales, su valor nutricional, y potencial
agroindustrial.
3.15 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.
4.
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.
FLINT, O., 1994. Microscopía de los alimentos, Acríbia, Zaragoza, España.
WRCH, P., 1998. Starch in human nutrition. World Review of Nutrition and
Dietetics; 60:199-256.
ASP, N.G., 1994. Nutritional classification analysis of food carbohydrates.
American Journal of Clinical Nutrition 59: 679S.
BRESSALLI, R. B.,1974. Whole soybeans as a mean of increasing protein and
calories in maize-based diets. J. Food. Sc. 39: 577-580.
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.