Proteína de harinas de maíz, cebada, quinua, trigo nacional y papa202
Resumen
El trigo es uno de los cereales más importantes en la elaboración de pan, ya
que la funcionalidad que poseen sus proteínas lo hace único. Se realizó análisis
físico - químicos a todas las muestras de harinas que se seleccionaron. Con el fin
de obtener una harina que se adapte a los procesos de elaboración de pan y pastas
alimenticias. Se seleccionaron cinco harinas procedentes de cereales y un tubér-
culo (trigo, maíz, cebada, quinua y papa), el diseño experimental que se siguió
fue el diseño de un solo factor completamente aleatorizado. Los parámetros que
se utilizaron para determinar las características y la funcionalidad de las proteí-
nas de estas harinas fueron la capacidad de retención de disolventes y la determi-
nación de grupos disulfuro y sulfhidrilo, ya que estos se encuentran ligados
directamente a la estructura cuaternaria y terciaria de las proteínas. Se estableció
como mejores tratamientos a la harina de cebada cañicapa y el trigo nacional
cojitambo. La presente investigación tuvo como objetivo determinar qué tipo de
harina proveniente de distintos cereales (maíz, cebada, quinua, trigo nacional) y
tubérculo (papa) podría sustituir a la harina de trigo según las características y
funcionalidad de las proteínas en panificación y fideos.
Palabras claves: Proteínas, Características, Funcionalidad, Sustitución
Abstract
Wheat is one of the most important cereals in bread making, since the functio-
nality that their proteins possess makes it unique. Physicochemical analyzes
were performed on all samples of flours selected. In order to obtain a flour that
suits the processes of making bread and noodles. Five flours from cereals and
one tuber (wheat, maize, barley, quinoa and potato) were selected. �e experi-
mental design was the design of a single completely randomized factor. �e
parameters that were used to determine the characteristics and the functionality
of the proteins of these flours were the capacity of solvent retention and the
determination of disulfide and sulfhydryl groups, since these are directly bound
to the quaternary and tertiary structure of the proteins. It was established as
better treatments to the barley flour and the national wheat. �e objective of this
research was to determine which type of flour from different cereals (maize,
barley, quinoa, domestic wheat) and tuber (potato) could substitute wheat flour
according to the characteristics and functionality of the proteins in the elabora-
tion of bread and noodles.
Keywords: Proteins, Characteristics, Functionality, Substitution.
Introducción.
Desde hace varios años el pan ha
sido el principal constituyente de la
dieta, el proceso de elaboración de
panes fermentados y fermentados con
levadura son conocidos como uno de
los procesos biotecnológicos más
antiguos del mundo. El trigo es el
cereal más importante dentro de la
panificación, en algunos lugares de
mundo el uso del centeno es impor-
tante. Mientras que otros tipos de
cereales se utilizan en menor medida.
(Goesaert et al. 2005).
(Osborne 1924) introdujo una
clasificación basada en solubilidad de
proteínas vegetales usando extracción
secuencial en la siguiente serie de
disolventes: (1) agua, (2) solución de
sal diluida, (3) alcohol y (4) ácido
diluido o álcali. Utilizando este esque-
ma de clasificación, las proteínas de
trigo se clasificaron en las albúminas,
globulinas, gliadinas y gluteninas,
respectivamente. Sin embargo, una
fracción significativa de proteínas de
trigo se excluye de las fracciones de
Osborne porque no son extraíbles en
todos los disolventes anteriormente
mencionados. Investigaciones adicio-
nales acompañadas de mejoras signifi-
cativas en herramientas para el análi-
sis bioquímico/genético mostraron
gradualmente que el fraccionamiento
de Osborne no proporciona una sepa-
ración definida de proteínas de trigo
que difieren bioquímicamente/genéti-
camente o en funcionalidad durante la
panificación. (Goesaert et al. 2005)
Las proteínas no solo son fuentes
de aminoácidos, sino que debido a su
naturaleza polimérica, su presencia
influye decididamente en las caracte-
rísticas reológicas del alimento, que
hacen que éste sea más aceptado por
el consumidor (Cherry 1998).
Una proteína puede tener una alta
calidad nutritiva y sin embargo no
poseer propiedades funcionales
adecuadas para su incorporación en
un determinado sistema alimentario o
proceso. La funcionalidad de las
proteínas es por lo tanto de gran
importancia tecnológica, existiendo
un gran interés por conocer los meca-
nismos implicados en la funcionalidad
de las mismas, para de esta forma,
poder modificarlas y extender su
rango de aplicabilidad (Badui Dergal
et al. 1993).
Una de las propiedades funcionales
que presentan las proteínas se debe a
sus grupos ionizables carboxilo,
amino, disulfuro y otros, los aminoá-
cidos son capaces de desarrollar una
carga (+) o (-) de acuerdo con el pH en
el que se encuentren, es decir, su
carácter anfotérico les confiere la
capacidad de recibir y de donar elec-
trones, esta situación hace que exista
un estado químico conocido como
punto isoeléctrico o de doble ión.
(Badui Dergal et al. 1993).
El trigo se usa fundamentalmente
en la fabricación de los distintos deri-
vados de panificación, ya que presenta
la particularidad de que durante su
fermentación se produce un esponja-
miento, característica que solo el
centeno comparte parcialmente ya que
los demás cereales no la tienen
(avena, sorgo, cebada, maíz, arroz,
etc.)(Badui Dergal et al. 1993).
Esta capacidad de esponjamiento
se debe principalmente a las proteínas,
la harina de trigo contiene de un 10 a
12 por ciento de proteínas, que al
igual que las del maíz, son básicamen-
te glutelinas y prolaminas (Badui
Dergal et al. 1993).
Las glutelinas del trigo reciben el
nombre de gluteninas, mientras que
las prolaminas, el de gliadinas y
ambas suman 85 por ciento de la frac-
ción proteínica; estas, junto con los
lípidos y el agua forman el llamado
gluten, responsable de las propiedades
de cohesividad y de viscoelasticidad
de la masa de panificación (Kinsella et
al. 1986).
Las gliadinas solubles en etanol al
70 por ciento representan 50 por
ciento del total de las proteínas, son
una clase heterogénea de 40 – 60 polí-
meros que por electroforesis se han
dividido en cuatro grupos (α, β, γ, ω),
su conformación se estabiliza por
enlaces disulfuro intramoleculares, al
hidratarse forman una masa visco
extensible (Zhou et al. 2014).
(Kobrehel et al. 1988) mencionan
que el papel funcional de las proteínas
de trigo, especialmente del gluten en
la calidad panadera está bien estable-
cido. Las propiedades específicas
visco elásticas de la masa son usual-
mente explicadas por la presencia y la
interacción de los grupos thiol y disul-
furo.
(Flores 2014) mencionan que la
harina de trigo es la única que posee
proteínas que al mezclarse con agua o
líquidos conteniendo agua forma una
sustancia firme, gomosa y elástica
denominada gluten. La proteína es un
factor determinante en las característi-
cas tecnológicas del trigo, tanto en
cantidad como en calidad. En la
calidad desempeñan un rol relevante
las proteínas de reserva, específica-
mente las gliadinas y las gluteninas,
que durante el mezclado por acción
del agua forman el gluten. Las gliadi-
nas (cadena monomérica, de bajo peso
molecular) presentan propiedades de
plasticidad y las gluteninas (cadenas
poliméricas, de alto y bajo peso mole-
cular) de elasticidad. Ambas contribu-
yen a las propiedades visco-elásticas
necesarias para un buen comporta-
miento de la masa durante la panifica-
ción, por la formación de una red
tridimensional continua, llamada
gluten. (Flores 2014)
Durante el proceso de elaboración
de pan y fideos, se producen cambios
dramáticos en las proteínas del gluten,
ya que son probablemente una combi-
nación de cambios en la hidrofobici-
dad superficial de la proteína, interpo-
laciones de sulfhidrilo/disulfuro y
formación de nuevos reticulados
disulfuros. Como resultado de estos
cambios inducidos por el calor se
forma la estructura de espuma típica
del pan horneado. (Goesaert et al.
2005)
Consecuentemente, el objetivo del
presente trabajo es determinar qué
tipo de harina proveniente de distintos
cereales (maíz, cebada, quinua, trigo
nacional) y/o tubérculo (papa) podría
sustituir a la harina de trigo según las
características y funcionalidad de las
proteínas en panificación y fideos.
Materiales y métodos
Se utilizó harina de trigo importado
CWRS #1 y Hard Red Winter, como
muestras control, las muestras prove-
nientes de harinas de Cereales Nacio-
nales como maíz, cebada, trigo,
quinua y papa variedad Gabriela.
Como equipos se utilizó una centri-
fuga, incubadora, micro centrífuga,
agitador magnético, baño termostati-
zado, balanza analítica, balanza infra-
rroja, material de vidrio como cajas
petri, tubo de ensayo, vasos de preci-
pitación, matraz erlenmeyer, probetas
graduadas, tubos de centrífuga.
Metodología
Los análisis en las harinas se tomó
en cuenta análisis físico – químicos
como: El Porcentaje de Gluten
(INEN-ISO 21415-1:2013 2013),
Volumen de Sedimentación
(INEN-ISO 5529:2013 2013), Perfil de
Capacidad de Retención de Solventes
(AACC 56 – 11), Absorción de Agua
por Proteínas y Estabilidad de geles se
utilizó los Métodos descritos por Pilo-
sof et al (2000), para la Determinación
de Grupos Disulfuro y Sulfhidrilo se
utilizó el método de Beveridge et al.
(1974), con una adaptación en el uso
de urea en lugar de la mezcla Urea –
GuHCl. El análisis bromatológico se
realizó en el Instituto de Investigacio-
nes Agropecuarias (INIAP) donde se
manejan los métodos de la AOAC
(2005), además se utilizó un equipo de
HPLC Shimadzu para determinar el
perfil de aminoácidos.
Resultados y discusion
Determinación del porcentaje de
gluten
Según Badui (1993), el gluten en su
conjunto tiene una composición de
aminoácidos de aproximadamente 6%
ionizables, 45% polares y 49% apola-
res; el mismos que se caracteriza por
su elevado contenido de prolina y de
glutamina (ácido glutámico), 14% y
37%, respectivamente, del total de
aminoácidos. (Cerda-Mejía 2010;
Cerda-Mejía et al. 2017)
En la figura 1 se presenta la dife-
rencia en el porcentaje de gluten de las
muestras de harinas de trigo importa-
do (CWRS#1 y Hard Red Winter) con
la harina de trigo nacional (Cojitam-
bo), presentado esta última un valor
igual a la mitad del que se reporta para
la harina de trigo importado. (Cer-
da-Mejía 2010; Cerda-Mejía et al.
2017)
Estas muestras presentaron un
porcentaje de pentosanos solubles
entre 6.6 – 8.5% ya que los valores
oscilan entre el 85 – 105 % SRC de
sacarosa. En las muestras de harina de
maíz, cebada, quinua y papa, los valo-
res del SRC son altos, la harina de
cebada en un promedio de 135.3%, la
harina quinua con 146.1%, la harina
de maíz con 125.3% y la harina de
papa que presenta el valor masa alto
con 211.9% de SRC sacarosa lo que
indica que contienen aproximadamen-
te un porcentaje de pentosanos solu-
bles de 10.95, 11.82, 10.14 y 17.15
respectivamente.
Los pentosanos solubles modifican
la reología de las masas, favoreciendo
al volumen del pan aproximadamente
en un 25%, mejora la extensibilidad
de las masas y disminuye la elastici-
dad, pero sin la aparición de grietas, se
obtiene migas más flexibles y con
alveolos más parejos (Martínez-Crus
et al. 2010).
Capacidad de Retención de Na
2
CO
3
Un aumento de almidón dañado
empieza produciendo un aumento del
volumen del pan, debido a que la leva-
dura tiene más azucares en forma de
maltosa disponible para su acción en
consecuencia, si la red de proteína
(gluten) encargado de retener el gas,
lo soporta, el tamaño del pan será
mayor.
Sin embargo, si se incrementa los
niveles de almidón dañado, el volu-
men de pan comenzará a decrecer,
porque la red de proteína (gluten) no
será capaz de retener este mayor gas
generado y empezará a aparecer poro-
sidad en la masa durante la fermenta-
ción, perdiendo volumen y fuerza
(Pérez Lumus & García Reina 2013).
El %SRC Na2CO3 (Figura 5) está
influenciado por los niveles de almi-
dón dañado que se encuentre en las
muestras de harinas, ninguna muestra
se encuentra dentro de los valores que
establece el método ya que este
porcentaje para la utilización de las
harinas para la elaboración de pan se
debe encontrar en cifras inferiores a
72.