Composición química y aspectos nutricionales

Al igual que el rendimiento del cultivo, la composición química del trigo puede variar según la región, clima, condiciones edafológicas, las condiciones de cultivo y el año de cosecha etc. En la Tabla 1 se detalla la composición media del trigo.

Tabla 1. Intervalos de variación en la concentración (%) de los principales componentes del trigo.

Componentes Composición (%) Humedad 8.0 - 18.0 Almidón 60.0 - 68.0 Proteínas 7.0 - 18.0 Lípidos 1.5 - 2.0 Fibra cruda 2.0 - 2.5 Cenizas 1.5 - 2.0 Hidratos de carbono

Como en el resto de vegetales, los hidratos de carbono se forman a partir de dióxido de carbono y agua durante el proceso de la fotosíntesis. Constituyen una estructura de soporte en la planta y en la semilla, y la principal fuente de energía para muchas de las reacciones metabólicas. En la semilla se depositan para suministrar energía para los procesos que conllevan el desarrollo de la plántula.

Los mono- y disacáridos, y algunos oligosacáridos, como la rafinosa, se encuentran en el grano en cantidades pequeñas (fructosa 0.06%, glucosa 0.08%, galactosa 0.02%, sacarosa 0.54%, maltosa 0.05%, rafinosa 0.19%). La principal reserva de energía de los granos de cereales es el almidón, representando entre el 65-70% de la harina de trigo. El almidón se acumula en forma de gránulos que se encuentran en el interior de los amiloplastos. (Létang et al., 1999; Rojas et al., 2000; Román-Gutiérrez et al., 2002). Las propiedades del almidón se deben principalmente a los dos polímeros que lo constituyen amilosa y amilopectina. Los gránulos de almidón, debido a su estado nativo parcialmente cristalino, experimentan distintos cambios o transiciones de fase cuando son sometidos a tratamiento térmico, entre los que destacan las llamadas gelatinización y retrogradación (Bilbao-Sáinz et al., 2007; Xue et al., 2010). Estos cambios influyen en el volumen final de los productos horneados y en su tendencia al endurecimiento, dependiendo, entre otros factores, de la proporción amilosa/amilopectina.

El endospermo del grano de trigo también contiene una pequeña proporción de polisacáridos, distintos del almidón, que nutricionalmente se incluyen dentro del grupo de las fibras, y que incluye a los polisacáridos no digeribles y las ligninas. Estos componentes son mayoritariamente arabinoxilanos (en cantidades relativamente altas) y β-D-glucanos solubles (en cantidades muy bajas), además de pequeños porcentajes de celulosa y glucomananos. A su vez, las paredes celulares de las capas de salvado de los granos presentan una apreciable cantidad de celulosa y arabinoxilanos.

Proteínas

En términos generales, las proteínas de los granos de trigo se pueden dividir en dos grandes grupos: las proteínas del gluten y aquellas que no contribuyen al gluten (resto de proteínas). Las primeras se denominan proteínas de almacenamiento y constituyen alrededor del 75-80% del total. Entre las proteínas no formadoras de gluten, que representan el 20-25% del contenido total, se encuentran la mayoría de enzimas presentes en el trigo.

Las proteínas de los cereales se clasifican en cuatro grupos en relación a su solubilidad (Osborne, 1907): albúminas (solubles en agua), globulinas (insolubles en agua y solubles en soluciones salinas diluidas), prolaminas (insolubles en agua y en soluciones salinas y solubles en alcohol al 70%), y glutelinas (insolubles en los solventes anteriormente mencionados y solubles en ácidos diluidos). La composición proteica del gluten está formada mayoritariamente por las gliadinas y gluteninas (también denominadas prolaminas y glutelinas).

En los cereales, las albúminas y las globulinas están concentradas en el germen, el salvado y las células de la capa de aleurona, y en menor medida en el endospermo. Las prolaminas y glutelinas sólo se encuentran en el endospermo, y sirven como fuente de nitrógeno durante la germinación. En el trigo, la composición aminoacídica de las glutelinas y las prolaminas son similares y se distinguen por las altas concentraciones de glutamina (1 de cada 3 aminoácidos) y de prolina (1 de cada 7 aminoácidos). Las propiedades de la harina de trigo para formar una masa cohesiva apta para ser horneada y producir pan, o para formar pastas, son derivadas de las proteínas presentes en el gluten, las cuales constituyen una red viscoelástica continua dentro de la masa (Lindsay y Skerritt, 1999; Shewry et al., 2001). Cada una de las proteínas que forman el gluten tiene una función específica. Así las gliadinas son proteínas monoméricas responsables de la viscosidad del gluten, constituyendo un tercio de las proteínas de la harina. Las gluteninas, que forman macropolímeros, determinan la fuerza y la elasticidad del gluten.

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Además del gluten, entre las proteínas presentes en el grano de trigo destacan, por su importancia funcional, las enzimas. En el grano intacto, seco y no germinado la actividad enzimática total es muy baja, pero cambia drásticamente cuando comienza la germinación

(Demeke et al., 2001). Las principales enzimas son α- y β-amilasas, enzimas

desramificantes, celulasas, β-gluconasas y glucosidasas. También existen un gran número de enzimas proteolíticas, lipasas, esterasas y fosfatasas (Evers y Redman, 1973). Otras enzimas importantes son las fitasas, que catalizan la hidrólisis de ácido fítico a inositol y ortofosfato; las lipooxigenasas, que aceleran la peroxidación de ciertos ácidos grasos insaturados por el oxígeno y las polifenoloxidasas, que oxidan los fenoles a quinonas (Honold y Stahmann, 1968; Rani et al., 2001).

Micronutrientes y otros componentes menores

En el grano de trigo se encuentran además distintos tipos de moléculas de naturaleza lipídica, como ácidos grasos, glicéridos simples, galactoglicéridos, fosfoglicéridos, esfingolípidos, tocoferoles además de hidrocarburos, esteroles y carotenoides. Estos últimos se describirán con más detalle más adelante al ser objeto de estudio en la presente memoria.

Los lípidos conteniendo ácidos grasos son los que se encuentran en mayor proporción; entre ellos predominan los triglicéridos, fundamentalmente con ácido palmítico, esteárico, oleico, linoleico y α-linolénico, encontrándose los mono- y diglicéridos en menor proporción. Los ácidos grasos saturados constituyen el 11-26% del total y los no saturados el 72-85%.

Los minerales están en muy pequeña proporción en el grano de trigo, y es aún menor su presencia en el endospermo (<1%). Destacan los fosfatos y sulfatos de potasio, magnesio y calcio. También se encuentran cantidades significativas de hierro, magnesio, zinc y cobre. (Pallarés et al., 2007).

Con respecto a las vitaminas, los cereales son muy ricos en vitamina E y especialmente en vitaminas del grupo B, principalmente la niacina o vitamina B3 que se encuentra en el salvado. En menor cantidad se encuentran el ácido pantoténico o vitamina B5 y la piridoxina o vitamina B6, localizados en la capa de aleurona, la tiamina o vitamina B1 centrada en el escutelo y la riboflavina o vitamina B2 que se encuentra mayoritariamente en el salvado y el germen. En la Tabla 2 se muestra la composición nutricional de la harina de trigo.

En los países en vías de desarrollo los cereales proporcionan más del 70% de la energía en la dieta y una gran parte de la ingesta de proteínas (Wrigley, 2009). El trigo y

resto de cereales, como ya se ha comentado antes, son una buena fuente de macronutrientes como hidratos de carbono de lenta asimilación, proteínas además de micronutrientes relevantes como fibra, vitaminas y sales minerales. Sin embargo no son capaces de proveer todos los aminoácidos esenciales, ya que son deficientes en algunos como la lisina (Shewry et al., 2009). Por otro lado, el contenido de grasa de la harina de trigo es baja comparado con la mayoría de los alimentos (Chung et al., 2009). Los fitoesteroles vegetales, esteroles y estanoles, que aportan también los cereales tienen implicaciones nutricionales-sanitarias relevantes ya que disminuyen la absorción del colesterol LDL, al presentar una estructura similar a este, previniendo las enfermedades cardiovasculares (Jong et al., 2003), por lo que las investigaciones en este campo han suscitado bastante interés.

Tabla 2. Composición nutricional de la harina de trigo (por 100 g de producto). Componentes Harina blanca Salvado Germen Harina integral

Calorías (kcal) 361 216 360 339 Proteína (g) 11.98 15.55 23.15 13.7 Grasa (g) 1.66 4.25 9.72 1.87 Hidratos de Carbono (g) 72.53 64.51 51.80 72.57 Cenizas (g) 0.47 5.79 4.21 1.6 Fibra (g) 2.4 42.8 13.2 12.2 Humedad (g) 13.36 9.9 11.12 10.26 Minerales Calcio (mg) 15 73 39 34 Hierro (mg) 0.9 10.57 6.26 3.88 Magnesio (mg) 25 611 239 138 Fósforo (mg) 97 1013 842 346 Potasio (mg) 100 1182 892 405 Sodio (mg) 2 2 12 5 Zinc (mg) 0.85 7.27 12.29 2.93 Cobre (mg) 0.18 1.0 0.8 0.38 Manganeso (mg) 0.79 11.5 13.3 3.8 Selenio (µg) 39.7 77.6 79.2 70.7 Vitaminas Tiamina (mg) 0.08 0.52 1.88 0.45 Riboflavina (mg) - 0.06 0.58 0.37

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Muchos de estos nutrientes se encuentran concentrados en zonas específicas del grano, por lo que el fraccionamiento de éste como paso previo a la molienda tiene implicaciones muy importantes a nivel nutricional. Los productos integrales proporcionan un aporte nutricional más completo que los refinados o las harinas blancas (Marquart et al.,

2002). Aunque desde la antigüedad se conocen las ventajas de una dieta rica en vegetales, y por tanto en fibra, no ha sido hasta finales del siglo XX cuando ha surgido una verdadera preocupación por el bajo nivel de fibra dietética presente en muchas dietas. El incremento de las enfermedades asociados a un déficit de fibra en la dieta provocó una revisión de la pirámide alimenticia (Fardet, 2010). La harina entera de trigo es una excelente fuente de fibra, particularmente de fibra insoluble mientras que la harina refinada, aunque no provee grandes cantidades de fibra, tiene un contenido apreciable de fibra soluble. El consumo recomendado de productos integrales difiere de un país a otro aconsejándose en la mayoría el incremento en dichos productos. En Estados Unidos, por ejemplo, se recomienda al menos tres raciones al día, es decir, aproximadamente 48 gramos de cereales integrales (Welsh et al., 1994; USDA, 2005).

Este apartado sobre los aspectos nutricionales de los cereales en general y del trigo en particular, no podía pasar sin mencionar el contenido de nutrientes antioxidantes y fitoquímicos. Este grupo de nutrientes suscita un gran interés tanto desde el punto de vista científico-tecnológico como sanitario. La formación de radicales libres y el estrés oxidativo favorece la aparición de ciertas enfermedades degenerativas como algunos tipos de cáncer, y, en general, de aquellas asociadas a los procesos de envejecimiento (enfermedades coronarias, Alzheimer, artritis, etc.). El trigo también constituye una fuente excelente de compuestos antioxidantes (Liu, 2007; Fardet et al., 2008). Entre los antioxidantes destacan algunos ácidos fenólicos (como el ácido ferúlico), el ácido fítico, el selenio, los tocoferoles y tocotrienoles, y los flavonoides. Algunos de esos fitoquímicos como el ácido ferúlico y los diferulatos son encontrados en niveles apreciables en los granos de cereales a diferencia de otros alimentos, como frutas y vegetales, lo que complementa el aporte total de antioxidantes cuando se consumen con éstos últimos (Liu, 2007). Sin embargo, existen otras moléculas de interés desde el punto de vista antioxidante, como son los carotenoides, de los que a pasar de la gran información que se dispone en otros tipos de alimentos (principalmente frutas y vegetales), ésta es escasa en el caso de los cereales, debido a su reducida presencia en éstos (Humphries et al., 2004). Como se ya se ha indicado, el estudio de los carotenoides se abordará más adelante en detalle.

Al igual que ocurre con la mayoría de las vitaminas y minerales, las sustancias antioxidantes del trigo se concentran mayoritariamente en el salvado, en la capa de aleurona y en el germen, por lo que su contenido se reduce en los procesos de molturación para obtener harinas blancas (Yu et al., 2002; Zhou et al., 2004a; Zhou y Yu, 2004a,b; Liyana-Pathirana y Shahidi, 2007). El contenido en antioxidantes depende de las condiciones de crecimiento y factores ambientales y también del tipo de trigo, es decir, del genotipo (Zhou et al., 2004b; Zhou y Yu, 2004a,b; Liyana-Pathirana y Shahidi, 2007). La capacidad antioxidante también se altera por los tratamientos postcosecha, procesamientos a que se somete el trigo y sus derivados, y condiciones de almacenamiento (Zhou et al., 2004a,b; Hidalgo y Brandolini, 2008b). El estudio del efecto del genotipo y de las condiciones de almacenamiento del grano y harinas sobre el contenido y composición de pigmentos carotenoides en cereales será uno de los principales objetivos del presente trabajo de investigación.

El refinamiento de los cereales puede no obstante tener efectos, en algunos casos, positivos ya que éstos contienen también en las capas externas de los granos los llamados

antinutrientes (McKevith, 2004). Este es el caso de los taninos, los cuales provocan la precipitación de proteínas disminuyendo su digestibilidad. El ácido fítico y su sal, fitato, también se consideran en algunos casos factores antinutricionales ya que pueden unirse a minerales como hierro, calcio y zinc disminuyendo la absorción de los mismos (Grela, 1996; Graham et al., 2000; Febles et al., 2002).