Los granos constituyen parte fundamental de la alimentación humana, nos provee de sustancias indispensables para nuestra vida como son los carbohidratos, las grasas las vitaminas y los minerales.

La cariópside madura de los cereales está compuesta de carbohidratos, compuestos nitrogenados, lípidos y sales minerales. Las diferentes partes de los granos tienen composición química y bioquímica diferente. El pericarpio es rico en minerales y carbohidratos.

Estos granos son clasificados como alimentos alminodosos puesto que todos ellos contienen más del 60% de almidón, totalmente digestibles en el sistema humano. Los polímeros de almidón, conformados por unidades de glucosa, hacen que los cereales se consideren como los principales aportadores de calorías o energía. El segundo grupo de compuestos más abundantes en el grano es el de las proteínas localizadas en sus distintas partes anatómicas. Casi todos los cereales contienen de 8 a 16% de proteína.

La cantidad y calidad de los nutrientes difieren los distintos géneros y especies de los cereales y afecta las propiedades nutritivas, culinarias y funcionales. El genotipo y condiciones ambientales durante el crecimiento y la maduración afectan la composición química de los granos.

El endospermo contiene básicamente almidón y proteínas; mientras que el embrión está conformado por grasas, proteínas y vitaminas. La composición nutricional de los cereales, varía de acuerdo a los diferentes factores como la variedad, el estado de sanidad y el manejo previo que haya tenido el grano. La sustancia nutritiva que se encuentra en la mayor cantidad en los cereales es el almidón, componente básico de la parte más grande del grano que es el endospermo.

En la siguiente tabla se presenta la composición química proximal de los cereales. La avena, arroz y la cebada se caracterizan por su alto contenido de fibra debido a que son granos recubiertos (poseen glumas). En proporción contienen menos almidón que los cereales desnudos el maíz, sorgo, centeno, trigo y triticale contienen un alto porcentaje de almidón (alrededor de un 75%) y un contenido proteico que fluctúa del 8 al 14%.Los cereales con más cantidad de aceite son el mijo perla, el maíz y el sorgo ya que poseen un germen mayor que los otros cereales.

Tabla.1- Composición Quimica de los Cereales

Aproximadamente el 80% del grano está compuesto por carbohidratos. Únicamente del 3 al 5% de estos carbohidratos son estructurales, conformado por la fracción fibrosa. El resto es material de reserva constituido principalmente por el almidón. El almidón se almacena en gránulos dentro de las células del endospermo. Las moléculas del almidón son polímeros de glucosa unidos por enlaces glucosidicos alfa 1-4 y 1-6. Está conformado por moléculas de amilopectina y amilosa. El grano de almidón es insoluble en agua fría. Cuando se calienta con agua, la absorbe, se hincha y revienta.

Los polímeros del almidón forman círculos concéntricos dentro de los gránulos de almacenamiento. El almidón, en la mayoría de los cereales, contiene aproximadamente 75% de amilopectina y 25% de amilosa. Algunos cereales como el maíz, el arroz, la cebada y el sorgo han sido modificados genéticamente para producir almidón con 95-100% de amilopectina. A estos cereales se les denomina cerosos. Estos granos y almidones tienen usos especiales en la industria.

Los cereales maduros tienen pequeñas cantidades (aproximadamente 2%) de monosacáridos, disacáridos y oligosacaridos. La mayoría de estos azucares solubles se localizan en el germen. La fructuosa, la glucosa y sacarosa (fructosa-glucosa) son los principales carbohidratos solubles. La cantidad de azucares sencillos aumenta considerablemente cuan el grano es sometido a procesos de malteado o germinado dado a la hidrólisis del almidón que produce, entre otros azucares, maltosa y glucosa.

La fibra dietética se clasifica en soluble e insoluble. La composición y naturaleza de cada una es distinta y ejerce diferentes efectos en la digestión y en el metabolismo. La fracción insoluble está formada básicamente por celulosa  y hemicelulosa. Estas entidades químicas se localizan principalmente en las envolturas del grano (lema y palea) y en el pericarpio.

La fibra dietética solubel se conforma por B-glucanes y pentosanes. Los b-glucanes son polímeros de glucopiranosil unidos por enlace 1.4 o 1-3. Estos polisacáridos se encuentran principalmente en las paredes celulares. Los pentosanes tienen estructura similar a la hemicelulosa y se conforman por pentosas como la arabinosa y la xilosa. Los B-glucanes y pentosanes tienen la propiedad de ligar agua, por lo que se les denomina comúnmente gomas.

Los cereales se consideran la principal fuente de fibra dietética. El residuo, llamado fibra dietética, se compone de fibra soluble e insoluble más proteína y carbohidratos indigestibles (almidón residual) que están asociados con la fibra.

La cantidad de proteína difiere notablemente en los distintos cereales e inclusive dentro del mismo cereal de unas cosechas a otras. Esto es debido a la fuerte interacción entre el genotipo y las condiciones ambientales que prevalecen durante el desarrollo y la maduración del grano. Los compuestos proteicos del grano se localizan en todos sus tejidos, pero el germen  y la capa de aleurona concentran la mayor cantidad de compuestos nitrogenados.

Las proteínas se clasifican  de acuerdo con su solubilidad  en hidrosolubles (albúminas) y en soluciones iónicas débiles (globulinas) que se encuentran principalmente en el germen. Las albuminas y globulinas se conforman por enzimas, nucleoproteínas y glucoproteinas, sustancias biológicamente activas que juegan un papel crítico durante la germinación.

De las cuatro fracciones proteicas, las albuminas y las globulinas tienen el mejor balance de aminoácidos esenciales porque, son especialmente ricas en lisina. Dentro de los cereales, la avena se distingue porque contiene el mayor porcentaje de estas dos fracciones proteicas.

Aproximadamente el 80% de las proteínas del grano es de almacenamiento y reserva. La fracción proteica más abundante en la mayoría de los cereales es la que contiene a las prolaminas. Estas proteínas de almacén  se forman en los protoplástidos durante la maduración del grano y se encuentran en los cuerpos proteicos localizados en el endospermo. Son insolubles en agua pero soluble en alcohol. Esta fracción proteica adquiere  diferentes denominaciones en los distintos cereales: maíz, zeína; sorgo, kafirinas; trigo, gliadina; centeno, secalina; arroz, arizina; cebada, ordinina.

Desde el punto de vista nutricional las prolaminas son las proteínas más pobres, ya que carecen de aminoácidos esenciales y son ricas en aminoácidos no esenciales como la prolamina, glicina, ácido glutámico y aspártico.

En el trigo, cuando la gliadina es hidratada y sometida a acción mecánica adquiere propiedades de elasticidad y distensión, criticas para la manufactura de pan, galletas  productos afines. Por otra parte las glutelinas son las principales son las principales proteínas estructurales en el endospermo, siendo estas de calidad nutricional mejores que las prolaminas.

Cuando las proteínas son sometidas a una hidrólisis o digestión completa liberan sus unidades fundamentales (aminoácidos). Los cereales generalmente se caracterizan por sus altos contenidos de leucina, prolina, ácido aspártico y ácido glutámico.

Los aminoácidos esenciales son los que el hombre no puede sintetizar en cantidades suficientes para lograr un optimo desarrollo, por tanto estos deben ser proporcionados por la dieta. Una dieta exclusivamente basada en cereales solo aporta aproximadamente un 50% del requerimiento de proteína para un niño. El aminoácido limitante en todos los cereales es la lisina. El segundo aminoácido limitante para el maíz es el triptófano, mientras que para el resto de los cereales es la treonina. El maiz y el sorgo alto en lisina tienen mejor valor proteico por su mejor contenido y balance de aminoácidos esenciales.

Tabla 2. Distribución de las fracciones proteicas en los cereales.

Los cereales tienen baja cantidad de compuestos liposoluble. Los procesos de molienda y casi todos los de producción de alimentos están enfocados a remover el germen (contiene más del 30% de aceite)  porque el aceite es susceptible a oxidarse o enranciarse y es aquí donde se concentra la mayor parte. El maíz es el único cereal que se utiliza comercialmente en la industria refinadora de aceite.

La fracción lipídica se divide en compuestos saponificables e insaponificables. Los saponificables a su vez se subdividen en no polares (triglicéridos) y polares (monogliceridos, digliceridos, acidos grasos libres, fosfolipidos y glicolipidos). Los esteroles, tocoferoles, ceras y carotenoides pertenecen a la fracción insaponificable. La fracción más abundante en todos los cereales es la de los triglicéridos debido a que es la principal forma de almacenamiento de los lípidos. Durante la germinación o respiración del grano, los triglicéridos son gradualmente atacados por lipasas liberando ácidos grasos. Así, un mal almacenamiento del grano conlleva a la formación de acidos grasos libres que bajan el pH. Estos son más susceptibles a oxidarse o enranciarse y, por lo tanto, a producir olores y sabores indeseables. La mayoría de los ácidos grasos, de los triglicéridos son insaturados; aproximadamente el 70% del total es oleico (18:1) y linoléico (18:2). El acido palmítico (16:0) es el principal ácido graso saturado y generalmente conforma de 15-25% del total.

Los cereales son considerados como fuente importante de algunos minerales y vitaminas. En general, el pericarpio, el germen y la capa de aleurona son ricos en estos constituyentes. En general, el pericarpio, el germen y la capa de aleurona son ricos en estos constituyentes. Durante los procesos de molienda seca muchos de estos nutrientes se remueven y se pierden. Esta es la razón fundamental por la que los procesos de molienda son enriquecidos con hierro y vitaminas del complejo B. En general se considera a los cereales como una fuente pobre de calcio. La adición de cenizas y cal el sorgo, mijo y maíz para la preparación de alimento tradicionales en África y América Latina (tortillas y otros productos nixtamalizados) provee de calcio suplementario a las dietas de estas personas.

El fosforo es el macromineral encontrado en mayores cantidades en todos los cereales. Aproximadamente el 80% de este, está asociado con ácido fítico en trigo, arroz y maíz. El acido fítico se encuentra principalmente en la capa de la aleurona. En el caso único del maíz, un 80% del acido fítico esta e el germen.

El fosforo asociado con el ácido fítico tiene baja disponibilidad (40-80%) y liga a otros materiales como son el Ca, Mg, Zn, Cu, y Fe. La biodisponibilidad del fosforo y de otros minerales aumenta considerablemente durante los procesos de malteado y fermentación principalmente por la actividad de las fitasas. El magnesio se localiza en la capa de la aleurona, generalmente ligado al ácido fítico.

Los cereales son una importante fuente de potasio, pero ninguno de ellos contiene cantidades significativas de sodio. El hierro, el zinc y el cobre están en el pericarpio, germen y en la capa de la aleurona, por lo tanto cantidades considerables de estos microminerales se pierden durante los procesos de refinación o molienda.

Los cereales son una importante fuente de vitaminas del complejo B, particularmente tiamina, riboflavina, niacina y piridoxina, pero pobres aportadores de vitaminas liposolubles y vitaminas B₁₂. Las del complejo B se encuentran generalmente en la capa de la aleurona. La niacina se presenta en forma libre o ligada. La forma ligada no es bien aprovechada por el organismo humano. El tratamiento alcalino del maíz para la producción de tortillas incrementa notablemente la cantidad de niacina disponible, ya que la cocción cal rompe el enlace glucosídico que une a la niacina con el compuesto ligante.

• Los cereales son complicados sistemas biológicos que contienen un sinnúmero de enzimas, al menos durante el periodo de tiempo desde la iniciación de la semilla hasta la maduración del grano.
• Las enzimas más comunes tienen la función desmoldeadora de almidón, puesto que este se encuentra en gran cantidad en los cereales, constituyendo su forma de almacenamiento de energía.

Amilasa

• La endoenzima a-amilasa degrada los enlaces glucosidicos a-1,4, al azar, disminuyendo el tamaño del almidón y su viscosidad, la actividad de esta enzima es una medida para la detección de la germinación en los cereales.
• La exoenzima ß-amilasa (enzima sacarificante) ataca el almidón por los extremos no reductores del polímeros y en los enlaces a-1,4 glucosídicos y rompe el uno si y el otro no liberando maltosa (la amilosa es ramificada).
• Solo el 70% de amilosa es convertida a maltosa.
• Y en la amilopectina solo el 50%.
• La acción de las enzimas degrada el almidón más rápidamente pero no por completo, en conjunto produce la conversión del 85% del almidón en azúcar.
• Cada ruptura de la a-amilasa produce un nuevo extremo no reductor que puede atacar la ß-amilasa.

Proteasa

• En cereales maduros y sanos se encuentran proteinasas y peptidasas.
• Sus niveles de actividad son bajos.
• Los métodos de determinación proteolítica, están basados en la producción de nitrógeno soluble.

Lipasa

• Secciona triglicéridos, es una esterasa.
• Todos los cereales tienen actividad lipásica que varia ampliamente entre ellos, por ejemplo: la avena y el mijo perlado que tienen actividad relativamente alta si se compara con la del trigo y la cebada.
• La importancia de la actividad lipásica radica en que los ácidos grasos libres son más susceptibles al enranciamientooxidativo que los mismos ácidos grasos en el triglicérido.

Lipoxigenasa

• Peroxidación de las grasas poliinsaturadas.
• Su sustrato tiene dobles enlaces configuración cis, no saturados, interrumpidos con metilenos.
• Se encuentra en muchos cereales pero en mayor concentración en la soja.
• Existe un gran número de isoenzimaslipoxigenasas con diferentes actividades, por ejemplo la lipoxigenasa de la soja ataca a los triglicéridos, mientras que la lipoxigenasa del trigo necesita para su actividad, ácidos grasos libres.
• Principales efectos de las lipoxigenasa: Agente blanqueador eficaz (oxidación pareja destruye el pigmento amarillo de la harina de trigo); aumenta la estabilidad del amasado en las masas de harina de trigo; alteran la reología produciendo masa fuerte; promoción al deterioro oxidativo de muchos productos.

Vea También: ''Producción Nacional de Cereales''