Carbohidratos en-la-quimica-de-los-alimentos

CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS

DEDICATORIA

Dedicamos este proyecto a nuestra familia y
amistades las cuales nos ayudaron con su
apoyo incondicional a ampliar nuestros
conocimientos y estar más cerca de nuestras
metas profesionales. Esto fue posible
primero que nadie con la ayuda de Dios,
gracias por otorgarnos la sabiduría y la salud
para lograrlo. Gracias a los intercambios y
exposiciones de ideas con mis compañeros
y amigos de estudios durante el proceso del
curso. No quisieramos dejar a nuestra
profesora Ing. Lida Sanez Falcon quien nos
inspiró a continuar en momentos difíciles
para seguir con este trabajo pese a las
dificultades que se presenten.

1


INTRODUCCIÓN

Este nombre se derivó de las investigaciones de los primeros químicos,
quienes observaron que al calentar azúcares por un período prologado de
tiempo, en un tubo de ensayo abierto, obtenían un residuo negro, carbón y
gotas de agua condensadas en las paredes del tubo.

Además, el análisis químico de los azúcares y otros carbohidratos indicaron
que contenían únicamente carbono, hidrógeno y oxígeno y muchos de ellos
tenían la fórmula general Cx(H2O)y.

Ahora se sabe que algunos carbohidratos contienen nitrógeno y azufre además
de carbono, hidrógeno y oxígeno. No son compuestos hidratados, como lo son
muchas sales inorgánicas (por ejemplo, el sulfato de cobre pentahidratado—
CuSO4.5H2O—.

Actualmente, el nombre de carbohidratos se utiliza para designar una clase de
compuestos que son aldehídos o cetonas polihidroxiladas, o sustancias que
producen estos compuestos por hidrólisis (reacción con agua). Los
carbohidratos son los principales componentes de casi todas las plantas,
comprenden del 60 al 90% de su masa seca. En contraste, el tejido animal
contiene una cantidad comparativamente pequeña de carbohidratos (por
ejemplo, menos del 1% en el hombre). Los vegetales utilizan los carbohidratos
tanto como fuente de energía así como tejido de sostén, de la misma manera
que los animales emplean las proteínas. Los animales no realizan esta síntesis,
por lo tanto, dependen del reino animal como fuente de estos compuestos
vitales. El hombre, otra especie animal, no solo utiliza carbohidratos en su
alimentación (aproximadamente del 60 al 65% en masa de la dieta mundial),
sino también para su vestimenta (algodón, lino, rayón), habitación (madera),
combustible (madera) y productos de papel (madera).

2


RESUMEN

En este trabajo se a desarrollado los siguientes temas:
Carbohidratos. Estructura. Propiedades físicas, químicas y organolépticas.
Reacciones en medio ácido y básico. Caramelización. Reacciones con
compuestos amínicos. N-glucósidos. Compuestos de Heyns y Amadori.
Estados iniciales de la reacción de Reacción Maillard. Productos de
degradación de las desoxiosonas. Reacción de Strecker. Inhibición de la
reacción de Maillard. Reacciones con compuestos hidroxílicos (O-glicósidos)
Oligosacáridos, propiedades, clasificación. Polisacáridos tipos de
conformación, propiedades. Polisacáridos especiales Agar, carragenatos,
gomas arábiga, tragacanto. Pectinas, Almidones, celulosa, dextranos.
Propiedades físicas y químicas. Análisis y detección. Requerimientos
nutricionales. Contenido en los alimentos. Valor calórico.

3


CARBOHIDRATOS

I.-DEFINICIÓN DE CARBOHIDRATO

Los carbohidratos, glúcidos o hidratos de carbono, son biomoléculas ternarias,
relativamente simples constituidas de carbono, hidrógeno y oxígeno, pero
también pueden presentar otros átomos.
Los hidratos de carbono, químicamente son polihidroxialdehídos o
polihidroxiacetonas, o productos derivados de ellos por oxidación, reducción,
sustitución o polimerización. Muchos tienen la fórmula (CH2O)n, que daba a
entender, en su origen, que se trataba de “hidratos de carbonos”.
Estas biomoléculas son las más abundantes en la naturaleza de origen sobre
todo vegetal, los glúcidos proceden de la actividad fotosintética de los
vegetales. Son estas biomoléculas la base de todo el equilibrio trófico o
alimenticio de la materia viva.
Se les considera como elementos comunes existentes en casi todos los
alimentos, tanto de forma natural o como componentes y como ingredientes
artificialmente añadidos. Su uso es muy grande y puede decirse que son muy
consumidos. Tienen diferentes estructuras moleculares, tamaños y formas que
exhiben una variedad de propiedades químicas y físicas
El almidón, la lactosa y la sucrosa (azúcar corriente) son carbohidratos
digeribles por los humanos y ellos junto con la D-glucosa y la D-fructosa
proporcionan casi el 70–80% de la calorías en la dieta humana a lo largo de
todo el mundo
ours meet me in the tower

II.-TIPOS DE CARBOHIDRATOS.

Basándose en su complejidad estructural los carbohidratos se presentan en
varias formas de compuestos: Monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.

4


CARBOHIDRATOS

COMPLEJOS
SIMPLES

HIDROLISIS
2 moléculas
de
DISACARIDOS monosacárido
MONOSACARIDOS s
HIDROLISIS
3 a 10
moléculas
de
OLIGOSACARIDOS monosacáridos
HIDROLISIS

Más de 10
moléculas
de
POLISACARIDOS monosacáridos

2.1.-LOS CARBOHIDRATOS COMPLEJOS

Están hechos de moléculas de azúcar que se extienden juntas en complejas
cadenas largas. Dichos carbohidratos se encuentran en alimentos tales como
guisantes, fríjoles, granos enteros y hortalizas. Tanto los carbohidratos
complejos como los carbohidratos simples se convierten en glucosa en el
cuerpo y son usados como energía. La glucosa es usada en las células del
cuerpo y del cerebro y la que no se utiliza se almacena en el hígado y los
músculos como glucógeno para su uso posterior. Los alimentos que contienen
carbohidratos complejos suministran vitaminas y minerales que son
importantes para la salud de una persona. La mayoría de la ingesta de
carbohidratos debe provenir de los carbohidratos complejos (almidones) y
azúcares naturales en lugar de azúcares procesados y refinados.

5


2.2.-LOS CARBOHIDRATOS SIMPLES

Son descompuestos rápidamente por el cuerpo para ser usados como energía
y se encuentran en forma natural en alimentos como las frutas, la leche y sus
derivados, al igual que en azúcares procesados y refinados como los dulces, el
azúcar común, los almíbares y las gaseosas. La mayor parte de la ingesta de
carbohidratos debe provenir de carbohidratos complejos (almidones) y
azúcares naturales, en lugar de azúcares procesados o refinados.

III.-MONOSACÁRIDOS

Son azúcares simples monomoleculares (monómeros), constituídos por una
sola unidad de polihidroxialdehido o polihidroxiacetona; por ello no pueden ser
desdoblados en compuestos más sencillos por hidrólisis.

6


3.1.-PROPIEDADES FÍSICAS:

En forma sólida son de color blanco, cristalino, muy soluble en agua e insoluble
en disolventes no polares. La mayoría tienen sabor dulce. Son los azúcares
más sencillos, son aldehídos (aldosas) o cetonas (cetosas) con dos o más
grupos hidroxilo.

Debido a que los hidróxidos son grupos muy polares, todos los monosacáridos
son muy solubles en agua, pueden cristalizar y atraviesan fácilmente las
membranas biológicas.

Los monosacáridos existen habitualmente como isómeros, es decir son
moléculas que tienen la misma fórmula general e empírica, no obstante la
fórmula estructural de las moléculas es muy diferente y les imprime
propiedades físicas y químicas muy distintas; Por ejemplo, la glucosa y la
fructosa tienen la misma fórmula C6H12O6 puesto que contienen los mismos
átomos en las mismas proporciones, pero las fórmulas estructurales para
indicar el ordenamiento espacial de las partes es muy diferente, así mismo el
sabor de la glucosa ni siquiera se aproxima al sabor de la fructosa que es el
monosacáridos más dulce.

Los monosacáridos debido a que presentan uno o varios carbonos asimétricos,
tienen la posibilidad de formar numerosas configuraciones ópticas espaciales
en la cadena hidrocarbonada originando los estereoisomeros (son imágenes
especulares “en un espejo”, una idéntica de la otra), la más frecuente son, D y
L, por sus configuraciones espaciales, derecha a izquierda (D por dextro =
derecha y L por Levo = izquierda). El caso más sencillo es el de la aldotriosa
gliceraldehído, que tiene un carbono asimétrico, lo que da lugar a dos
configuraciones posibles, conocidas como isómeros D y L. Todos los demás
azúcares se consideran estructuralmente deriva-dos D ó L – gliceraldehído, por
lo que se agrupan en las familias D y L.

La serie D comprende todos los monoscáridos en los que el OH del carbono
estereogénico directamente unido al grupo CH2OH terminal está situado a la
derecha en una proyección de Fisher.

7


D-(+)-gliceraldehido

D-eritrosa D-treosa

D-ribosa D-arabinosa D-xilosa D-lixosa

D-alosa D-altrosa D-glucosa D-manosa D-gulosa D-idosa D-galactosaD-talosa

**Ciclización de los monosacáridos. Mutarrotación
Los monosacáridos son moléculas polifuncionales ya que poseen un grupo
aldehido, o cetóníco, y al menos dos grupos hidroxilos. Como es conocido, los
grupos carbonilos reaccionan en medio ácido para dar acetales:

+ OR' + OR'
O H H
R C + HOR' R C H + HOR' R C H
H OH OR'
un hemiacetal un acetal

En el equilibrio entre un aldehido, un hemiacetal y un acetal el aldehido está
favorecido. No ocurre así cuando las moléculas poseen un grupo OH en

8


posición γ (1,4)o δ (1,5) a un grupo carbonilo ya que la formación del
hemiacetal cíclico de 5 o 6 miembros está favorecida:

O O
α O OH
C1 β
+
H H2O/H H
β OH
O H
H OH
C5 α
δ γ OH
R(H) carbono hemiacetálico
O O
O OH
C1
β
α H +
H
H2O/H
OH
O H
H OH
β α
C4 OH
δ hemiacetales cíclicos
R(H)

De esta forma los monosacáridos en agua forman hemiacetáles cíclicos;
cuando utilizan el OH del carbono 4, se forma un anillo de 5 miembros (forma
furanósica) mientras que cuando utilizan el OH del carbono 5, se forma un
anillo de 6 miembros (forma piranósica).* En las disoluciones acuosas se
encuentran ambas formas en equilibrio. Al formarse el hemiacetal cíclico
aparece en la molécula un nuevo centro quiral (el carbono carbonílica pasa de
sp2 a sp3) por lo que en cada carbono hemiacetálico hay dos formas
espaciales diferentes. Cuando el grupo OH se encuentra hacia arriba, el
hemiacetal se denomina β y cuando está hacia abajo α . En los azúcares, a
este carbono se le denomina carbono anomérico y a los dos
diastereoisómeros resultantes de la formación del hemiacetal se le denominan
anómeros.

9


3.2.-PROPIEDADES QUÍMICAS:

Reacciones de oxidación:

Todos los monosacáridos reducen los reactivos de Fehling y de Tollens y
son por lo tanto azúcares reductores. Si estas reacciones sirven para
diferenciar aldehidos de cetonas ¿por qué cetosas y aldosas tienen igual
comportamiento frente a estos reactivos? Ambos reactivos son alcalinos y
el medio básico provoca la isomerización, e incluso la descomposición, de los
azúcares ya que facilitan la formación de la forma enólica:
epímeros
CHO CHO
H C OH HO C H
CHOH
H C OH H C OH
C OH
H C OH

enodiol

CH2OH CH2OH
C O C OH etc
H C OH C OH
cetosa

Las aldosas, pero no las cetosas se oxidan con agua de bromo obteniéndose
un ácido glicónico. Esta reacción permite diferenciar las aldosas de las cetosas
ya que por ser este un medio ácido no se isomerizan los azúcares. La
oxidación con ácido nítrico produce ácidos glicáricos:

COOH
Br2/H2O
H C OH n ácido glicónico
CHO CH2OH
H C OH n
CH2OH COOH
HNO3
H C OH n ácido glicárico

10 COOH


Oxidación con ácido peryódico:

Los compuestos que contienen dos grupos susceptibles de oxidarse en
carbonos adyacentes se oxidan, con ruptura del enlace carbono-carbono:

HIO4
R CH CH R' R C H + H C R' +HIO3
OH OH O O

R CH CH R'
OH OR"
HIO4
x no reacciona
Por cada enlace que se

rompe se incrementa el

grado de oxidación
HIO4
R CH CH CH R' R C H + HCOOH + H C R' +HIO3
OH OH OH O O
Formación de osazonas:
Como todos los aldehidos las aldosas reaccionan con fenilhidracina para dar
fenilhidrazonas. Si se emplea un exceso del reactivo (3:1) se obtienen
osazonas:

epímeros
CHO CHO
H C OH HO C H
H C OH H C OH
3 C6H5NHNH2

CH NNHC6H5
dos moles forman la osazona
C NNHC6H5 + C6H5NH2 + NH3
H C OH un mol oxida al grupo OH
osazona y se reduce

11


Los epímeros producen la misma osazona

IV.-RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES REACCIONES DE LOS
MONOSACÁRIDOS:

CH2OH
O
+
H2O/H El otro anómero
OH (mutarrotación)
HO OH
α-D-glucosa
OH
CH2OH
+ O
ROH/H OR
un glicósido
CH2OH (estable en sln
HO
OH neutra o alcalina)
O
OH OH un ácido aldónico
oxidación suave
+ HOCH 2(CHOH) 4COOH (forma lactona en
Ag /NH3 o X2 medio ácido)
OH
HO
un ácido aldárico
oxidación (también forma
HOO C(C HOH)4 COOH
OH
HNO3 lactona en H +)
β-D-glucosa COOH
O
oxidación OH
enzimática un ácido urónico
OH
HO

OH
HIO4
aldehidos y ácidos
H2/cat
HOCH 2(CHOH) 4CH 2OH un alditol
CH2OAc
O
(CH3CO)2O/NaAc OAc

frío un penta acetato
OAc
AcO

OAc

CH2OCH3
O
(CH3O)2SO2 OCH3

o CH3I/NaOH eter-acetal
OCH3
CH3O

OCH3

12


V.-CLASIFICACION.

Los monosacáridos se clasifican en: 1). Por el grupo funcional, 2). Por el
número de átomos de carbono en su cadena molecular.

5.1.-POR EL GRUPO FUNCIONAL

Los monosacáridos corrientes tienen el esqueleto hidrocarbonado no
ramificado y todos los átomos de carbono, excepto uno, poseen un grupo
hidroxilo; en el átomo de carbono restante existe un oxígeno carbonílico, que,
como veremos, se halla frecuentemente combinado formando un enlace acetal
o acetaldehído y cetal o cetónico, originando las aldosas y cetosas.

ALDOSAS.- Son monosacáridos cuyo grupo carbonilo se halla al final de la
cadena, originando una función aldehído (-COH), recibiendo el nombre de
aldosas. Son azúcares reductores, a consecuencia del grupo aldehído que es
muy reactivo. Son capaces de reducir en caliente y en medio alcalino al cobre
(II), azul a cobre (I), rojo. Este es el fundamento de las clásicas reacciones de
Fehling y Benedict, entre otras.

El nombre de estos azúcares se hace terminar en “osa”.

D-gliceraldehido D-eritrosa D-treosa D-ribosa D-arabinosa D-xilosa D-lixosa

CETOSAS.- Son monosacáridos cuyo oxígeno carbonilo que forma la función
cetona (= C = O) se encuentra en cualquier otra posesión. El nombre de estos
azúcares se hace terminar frecuentemente en “ulosa”, por ejemplo ribulosa.

13


Dihidroxiacetona D-eritrulosa D-ribulosa D-xilulosa

D-psicosa D-fructosa D-sorbosa D-tagatosa

5.2.-POR EL NÚMERO DE ÁTOMOS DE CARBONO EN SU CADENA
MOLECULAR

Según el número de átomos de carbono que posee la cadena se distinguen los
siguientes monosacáridos.

TRIOSAS.- (C3H6O3) Con tres átomos de carbono en su cadena molecular.

TETROSAS.- (C4H8O4) Con cuatro carbonos en su cadena molecular.

PENTOSAS.- (C5H10O5) Con cinco átomos de carbonos en su cadena
molecular.

HEXOSAS.- (C6H12O6) Con seis átomos de carbonos en la cadena molecular.

HEPTOSAS.- (C7H14O7) Con siete átomos de carbonos en la cadena molecular.

VI.-MONOSACÁRIDOS IMPORTANTES.

TRIOSAS.- Son monosacáridos importantes en el metabolismo celular. Se
forman en el catabolismo anaeróbico de la glucosa.
PENTOSAS.- En este grupo se encuentra azúcares de extremada importancia
en la química de la herencia, son componentes de los ácidos nucleicos: ribosa,
integrantes del ácido ribonucleico (ARN) y ácido desoxirribonucleico (ADN). La
ribosa interviene además en la formación de la molécula del adenosintrifosfato

14


(ATP), y en coenzimas NAD (dinucleotido de nicotinamida y adenina);
flavoproteínas y la coenzima A o ATP.

HEXOSAS.- Estos glúcidos se consideran los más importantes desde el punto
de vista energético y nutricional ya que la mayor parte de los alimentos están
constituidos por ellos, las principales son:

Glucosa.- Es la hexosa más común en los organismos de todos los reinos de
los seres vivos, y se considera la más importante fuente de energía y material
formativo para la estructura de las células.

La glucosa en el organismo humano se encuentra en el plasma sanguíneo en
una concentración aproximada de 0,15%, y está regulada estrictamente por un
complejo mecanismo que comprende el sistema nervioso, el hígado, páncreas,
suprarrenales y la hipófisis. Las células cerebrales son particularmente
sensibles a la glucosa y, por debajo de cierta concentración se daña su función,
por ello una disminución importante en glucosa en la sangre suele provocar
convulsiones e inconsciencia y, quizás, hasta la muerte. Los alimentos ricos en
glucosa proporcionan energía rápidamente, porque ésta se disuelve con
facilidad en agua y por su tamaño molecular puede pasar por las membranas
biológicas y penetrar en las células donde se metaboliza.

Galactosa.- Proviene de la hidrólisis de la lactosa que es el azúcar de la leche.
La fórmula estructural de la galactosa difiere de la glucosa porque hay una
pequeña diferencia en el arreglo de los átomos. La galactosa en el hígado es
fácilmente convertida en glucosa y metabolizada posteriormente de ésta
manera, sin embargo algunos bebes sufren el trastorno denominado
galactosemia, debido a que ha heredado una incapacidad para convertir la
galactosa en glucosa, y a consecuencia de esta incapacidad metabólica
enferma.

Fructosa.- Es el más dulce de los monosacáridos: tiene la misma composición
química de la glucosa, pero con un grupo cetona (= C = O) en el carbono 2,
en lugar del grupo aldehído. Este azúcar se origina por el desdoblamiento de la

15


sacarosa (disacárido) y en el organismo se puede transformar en glucosa. En
los vegetales se encuentra en forma libre.

VII.-MONOSACÁRIDOS DERIVADOS.

D-glucuronato

Un derivado carboxílico de la glucosa D-glucuronato, que forma parte de los
glucurónidos y
está presente en los glucosaminoglucanos.

-D-glucuronato

AMINOAZÚCARES

Diversos grupos hidroxilo de los monosacáridos se pueden sustituir por grupos
amino. Entre las más conocidas están la Glucosamina (2-amino-2-desoxi-D-
glucosa) y la galactosamina (2-amino-2-desoxi-D-galactosa).

-D-glucosamina -D-galactosamina

AMINOAZÚCARES ÁCIDOS

16


El ácido N-acetilmurámico, derivado de la N-acetil-glucosamina, participa en la
formación de
las paredes bacterianas y asegura así su rigidez.

N-acetilmurámico

ÁCIDOS SIÁLICOS
El ácido neuramínico es una cetosa de nueve átomos de carbono que resulta
de la condensación del ácido pirúvico con la D-manosamina. El ácido
neuramínico no existe en estado libre, sino que siempre se presenta
combinado (N-acetil, N-glucosil, O-acetil, O-glucosil). Estas combinaciones
constituyen los ácidos siálicos.

Los ácidos siálicos son de gran interés en biología. Intervienen en la formación
de las glucopro-
teínas así como de los glucolípidos de las membranas celulares.

Ácido L-ascórbico

17


El ácido L-ascórbico es la vitamina C y es un compuesto muy reductor

DESOXIAZÚCARES

Son azúcares en los que se ha sido eliminado el oxígeno de un grupo hidroxilo,
dejando el hidrógeno. Entre los desoxiazúcuras tenemos 2-desoxirribosa es
uno de los componentes fundamentales del ADN

L-fucosa (6-desoxi-L-galactosa), forma parte de los poliósidos de la leche y las
glucoproteínas. L-ramnosa (6-desoxi-L-manosa) está presente en la pared de
algunas células bacterianas y vegetales

INOSITOLES O CICLITOLES
Los inositoles o ciclitoles son derivados del ciclohexano en los cuales un
hidrógeno de
cada carbono ha sido reemplazado por un grupo hidroxilo.

18


Mioinositol

VIII.-QUÍMICA DE LA CARAMELIZACIÓN

Como consecuencia de la desestabilización térmica de los azucares aparecen
dos grupos diferentes de compuestos:
• Compuestos de bajo peso molecular, formados por deshidratación y
ciclación. Constituyen entre el 10-5% del total y entre ellos se
encuentran carbociclicos y piranonas, muchos de ellos volátiles y
responsables del olor y sabor típicos del caramelo. También aparecen 5
hydroximetil-furfural (HMF) y hydroxiacetil-furano (HAF) que al
polimerizar dan los colorantes característicos.
• Polímeros de azúcares de tipo muy variado y complejo. Forman entre el
90-95% del total y en su mayoría son polidextrosas, oligosacáridos de
glucosa. Sin embargo los productos más típicos de la caramelización
son los dianhídridos de fructosa (DAF) o mixtos de fructosa y glucosa.
El intervalo de temperatura en el que se produce una caramelización correcta
es bastante estrecho. A partir de 170˚C, empieza la aparición de sustancias
amargas como consecuencia del comienzo de la carbonización

8.1.-REACCIONES DE CARAMELIZACIÓN
Es una serie compleja de reacciones que comienza cuando los azúcares se
calientan por encima de los 150˚C. Aunque es frecuente partir de sacarosa,
que por acción del calor se hidroliza y se descompone en glucosa y
fructosa, reacciones muy similares tienen lugar a partir de otros azúcares o
de mezclas de varios

19


145Oc comienza la 165°Ccaramelización 175°C
caramelización correcta comienzo de carbonización

20


8.2.-FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CARAMELIZACIÓN.

El tipo de azúcar utilizado como materia prima, la presencia o ausencia de
pequeñas cantidades de vinagre o zumo de limón como catalizadores, la
temperatura máxima alcanzada durante la caramelización y el tipo de
calentamiento utilizado, influyen en las proporciones y tipos concretos de
moléculas obtenidas, tanto en la fracción volátil como en la que tiende a
polimerizar. Se ha sugerido que estas diferencias serían la causa de las sutiles
diferencias de flavor y propiedades organolépticas en general que se logran en
diferentes recetas tradicionales.
El pH del proceso también interviene, aumentando la velocidad a la que se
produce la caramelización, y reduciendo la rapidez de solidificación en el
enfriamiento. Por esta razón se suele añadir al azucar unas gotas de zumo de
limón.
• Con pH ácido la caramelización ocurre más deprisa y comienza a menor
temperatura; por ello es necesario vigilar más atentamente que no se
produzca un calentamiento excesivo (más de 170˚C), que provocaría el
comienzo de la carbonización.
• Por otra parte el pH ácido hace más lenta la solidificación y disminuye la
viscosidad del producto.

IX.- REACCIÓN DE MAILLARD

Con este nombre se designa un grupo muy complejo de transformaciones que
traen consigo la producción de melanoidinas coloreadas que van desde
amarillo claro hasta café oscuro, o incluso negro; para que se lleven a cabo se
requiere de un azúcar reductor (cetosa o aldosa) y un grupo amino libre
proveniente de un aminoácido o de una proteína.
Al principio se forman aldosaminas (compuestos de Heyns) y cetosaminas
(compuestos de Amadori), estos productos apenas tienen color.
.Aldosaminas y cetosaminas se transforman en premelanoidinas, cuyos colores
y aromas son variados y apreciados por los consumidores.
Están en el origen del olor a "tostado" de los alimentos.

21


Se constituyen los polímeros marrones, llamados melanoidinas.
Las melanoidinas, que tienen un peso molecular elevado, no atraviesan la
mucosa intestinal, a no ser que se este produciendo hiperpermeabilidad
intestinal por disyunción de enterocitos.
Estas grandes moléculas cuando han atravesado la barrera intestinal, se
acumulan en el medio extracelular. Suelen ser insolubles en agua y resistentes
a enzimas proteolíticas, así mismo, la lejía o detergentes no pueden romperlos.
Se crean sustancias con efecto mutágeno.
Estas reacciones las observó por vez primera el químico francés Maillard, en
1913, pero no fue sino hasta 1953 cuando se aclaró su mecanismo general.

El característico y deseado color de la costra de los alimentos horneados se
debe a esta reacción, al igual que el de loS diversos postres a base de leche;
sin embargo, es indeseable en otros productos, como en las leches evaporadas
y azucaradas y en algunos jugos concentrados.
Aunque esta reacción se puede efectuar en diferentes condiciones, está
principalmente influenciada por los siguientes parámetros:

a) A pH alcalino se incrementa la velocidad y alcanza un máximo a pH
10; sin embargo, hay que recordar que existen muy pocos alimentos en forma
natural Con pH > 7 (Como el huevo). Por lo contrario, el mecanismo se inhibe
en condiciones muy ácidas que normalmente no se encuentran en los
alimentos.

b) Las temperaturas elevadas también la aceleran, pero debido a que su
energía de activación es baja, también se observa hasta en condiciones de
refrigeración. En términos generales, la Ea es del orden de 16 a 30 kcal/mo1, y
el valor de su coeficiente de temperatura. Qln (en el intervalo de 0 a 70°C). Es
de 2 a 3; es decir por cada 10 oCde aumento, la velocidad se incrementa de
dos a tres veces. En el caso del encafecimiento del jugo de manzana de 65 a
75° Brix, la Ea es de 16.4 a 19.3 kcal/mol, 82 mientras que para la pera es de
21.9 kcal/mo1.9 En sistemas modelo de caseína-glucosa se sigue una relación
lineal entre la temperatura y la velocidad de reacción en un intervalo de 0 a 90°
C. de acuerdo con la ecuación de Arrhenius. Igualmente, este mecanismo se

22


ajusta a un modelo de primer orden aparente en el jugo de manzana,
dependiente de la temperatura, la composición y los sólidos solubles.

c) Otro factor importante es la actividad acuosa por lo que los alimentos
de humedad intermedia Son los más propensos; en la figura 1.7 se observa
que los valores de a" de 0.6 a 0.9 Son los que más la favorecen: una actividad
acuosa menor no permite la movilidad de los reactantes y se inhibe el
mecanismo. Y una mayor produce el mismo efecto ya que el agua por ser el
producto de la propia reacción, ejerce una acción inhibidora, de acuerdo con la
Ley de acción de masas.Ya que diluye los reactantes.

d) El tipo de aminoácido es decisivo puesto que éstos serán más
reactivos en la medida en que se incremente el tamaño de la cadena y tengan
más de un grupo amino. Por esta razón, la lisina, Con su amino en posición E:
es el más activo; también pueden intervenir otros, como la arginina, la histidina
y el triptofano. Se sabe que en los sistemas modelo de glucosa-aminoácido. La
velocidad se incrementa con los aminoácidos cuyo grupo a mi no está más
alejado del carboxilo. El aspartamo es un dipéptido y1ambién está sujeto a
estos cambios; Con la glucosa presenta una energía de activación de 22
kcal/m01 y un valor de Qln de 2.4.79

e) Los azúcares reductores que más favorecen la reacción de Maillard
Son en primer término las pentosas y. en un segundo término las hexosas;
asimismo las aldosas actúan más fácilmente que las cetosas, y los
monosacáridos son más efectivos que los disacáridos. Con base en esto y en
términos generales, la xilosa es el azúcar más activo, seguido de la galactosa;
la glucosa la fructosa la lactosa y la maltosa; por su parte la sacarosa por no
tener poder reductor no interviene a menos que se hidrolice previamente, lo
cual es muy sencillo. Este ordenamiento no es estricto, ya que en sistemas
específicos, como el freído de papas, la fructosa es más activa que la glucosa,
y en otros esta situación se invierte. Los ácidos nucleicos también intervienen
porque contienen ribosa que es altamente reactiva. En los sistemas modelo de
caseína se ha demostrado que esta transformación se lleva a cabo a diferentes
velocidades de acuerdo con el azúcar que se emplea.

23


f) Los metales como el cobre y el hierro tienen un efecto catalizador
sobre la formación de las melanoidinas, lo que indica el carácter de oxidación-
reducción de la última etapa de este mecanismo. El oxígeno y las radiaciones
electromagnéticas actúan de manera semejante. La ausencia de estos agentes

24


(metales, luz y oxígeno) no previene el inicio de la reacción ya que sólo
favorecen la polimerización final.
Mbb n
La reacción de Maillard se lleva a cabo de manera muy compleja mediante un
gran número de mecanismos que incluyen la posible producción de radicales
libres; en la figura 2.15 se muestra el diagrama característico de este proceso,
de acuerdo con los primeros trabajos de Hodge, que resume las posibles rutas
que siguen los reactantes. Con base en esto, se ha dividido en cuatro
principales etapas: condensación del azúcar reductor con el grupo amino;
transposición de los productos de condensación; reacción de los productos de
la transposición, y polimerización y formación de sustancias coloreadas.

Condensación del azúcar reductor con el grupo amino. Este inicio consiste en
que el carbonilo libre de un azúcar reductor se condensa con el grupo amino
libre de un aminoácido o de una proteína. Es preciso recordar que los grupos a
mi no que intervienen en un enlace peptídico no están libres y por tanto no
actúan en este mecanismo.

El azúcar debe tener una estructura abierta para que su carbonilo sea atacado
nucleofilicamente por el par de electrones del nitrógeno del grupo amino, y
formar así la base de Schiff correspondiente:

A su vez, la base de Schiff se cicla y genera una glucosilamina que puede ser,
según intervenga una aldosa o una cetosa, alsosamina o cetosamina,
respectivamente. Por ejemplo, si ésta proviene de la glucosa y la glicina, el
compuesto resultante se llamaría glucosil-glicina:

25


Debido a que existen más aldosas que cetosas, generalmente se producen
glucosilaminas; sin embargo, la fructosa, aunque con mayor dificultad, también
puede condensarse y formar la fructosilamina correspondiente:

Hasta este momento no hay producción de sustancias coloreadas ni de
compuestos insaturados que absorban radiaciones, por lo que no se puede
medir espectroscópicamente la intensidad de la reacción. En sistemas modelo
se ha observado que el pH se reduce por el bloqueo del grupo amino por parte
del azúcar.

Transposición de los productos de condensación. Tanto las aldosaminas como
las cetosaminas hasta ahora producidas, son inestables y están sujetas a
diversos cambios químicos; las primeras se isomerizan a cetosas por el
mecanismo de Amadori, mientras que las segundas se transforman en
aldosas por la transposición de Heyns. Por ejemplo, la glucosilamina cambia

26


a una fructosamina o 1-amino-1-desoxifructosa, mientras que las cetosilaminas
a 2-amino-2-desoxialdosa. Las dos isomerizaciones son reversibles y hasta
aquí no se sintetizan todavía sustancias coloreadas. En la figura 2.16 se
muestran estas dos transposiciones.

La transposición de Amadori ha sido aceptada desde que Hodge la propuso en
1953; sin embargo, en los últimos años se ha sugerido un nuevo mecanismo
que implica la fragmentación de los azúcares y la producción de radicales
libres, previamente a dicha transposición. Con base en esto, se ha visto que,
en un sistema modelo de caseína-glucosa, los antioxidantes que se usan para
los lípidos, tales como a-tocoferol, butilhidroxianisol, butilhidroxitolueno y galato
de propilo, controlan el oscurecimiento por1a reacción de Maillard y la pérdida
de lisina.

Reacción de los productos de la transposición. De acuerdo con el pH, la
actividad acuosa y la temperatura, los compuestos formados pueden sufrir
modificaciones muy profundas. En esta fase aparecen algunos olores, se
incrementa el poder reductor, se observan ligeras tonalidades amarillas y
aumenta la absorción de las radiaciones ultravioleta.

Las principales reacciones que suceden son de deshidratación de los azúcares
por isomerización enólica, con lo cual se sintetiza furfural y sus derivados, así
como reductonas y dehidrorreductonas, ambas con un alto poder reductor;
también se producen compuestos como el maltol, el etilmaltol y el acetil-furano,
que son los que producen el aroma del pan.

Además de la deshidratación, se presentan igualmente mecanismos de
fragmentación de los azúcares enólicos, con lo cual se favorece la síntesis de
un gran número de compuestos de peso molecular bajo, como aldehídos,
cetonas, ácidos y alcoholes de dos a cuatro átomos de carbono. Entre éstos se
encuentra el gliceraldehído, el piruvaldehído, el acetol, la acetoína y el diacetilo,
todos con un olor característico.

27


La mayoría de las sustancias formadas son insaturadas y muy reactivas, por lo
que a su vez siguen diversas rutas químicas que dependen de las condiciones
de acidez, temperatura, etc. que prevalezcan.

A manera de ejemplo, en la figura 2.17 se observan dos mecanismos de
transformación que puede seguir una cetosamina; mediante deshidrataciones,
isomerizaciones y desaminaciones se generan otros compuestos insaturados
también inestables, como las osulonas

28


(3,4-didesoxi-3-enohexosona) y las desoxiosulosas (3-desoxihexosona); éstos
también reaccionan con aminoácidos por medio de la llamada degradación de
Strecker y producen un aldehído con un átomo de carbono menos que el

29


aminoácido, CO2 y nuevas sustancias carbonílicas. Si la 3-desoxihexosona
actuara sobre la glicina se tendría:

El formaldehído puede a su vez condensarse con grupos amino para así iniciar
la reacción de Maillard. La producción de CO2 se ha empleado para cuantificar
el grado de avance de estas transformaciones. El mecanismo de Strecker por
sí solo no sintetiza compuestos coloreados, sino muchos aldehídos de bajo
peso molecular que contribuyen a retroalimentar la reacción, además de
producir los olores típicos. Cabe indicar que este mismo mecanismo es el
responsable de la producción de pirazinas y de otras moléculas con un alto
poder odorifico, como las que se encuentran en el café y el cacao. Por esta
razón, la industria de los saborizantes sintéticos emplea la degradación de
Stnecker en forma controlada para elaborar compuestos, o mezclas de éstos,
que imitan determinados sabores; se sabe que el calentamiento de un cierto
aminoácido con glucosa genera olores muy característicos.

Polimerización .v formación de sustancias coloreadas. La fase final de esta
reacción es la polimerización de un gran número de compuestos insaturados
que trae consigo la síntesis de las sustancias coloreadas llamadas
melanoidinas; a pesar de que su concentración es baja, ejercen un efecto muy
marcado en la apariencia del alimento. El color se debe a una amplia absorción
del espectro visible por parte de diversos cromóforos. Para la síntesis del
polímero influyen decididamente algunas moléculas como el furfural, el
hidroximetil-furfural, las osulosas, las desoxiosulosas, los aldehídos, las
pirazinas, los imidazoles, las cetonas y las reductonas; como muchos de ellos
contienen grupos carbonilos, se favorece la condensación aldólica:

30


A su vez, estos dímeros pueden seguir polimerizándose con otros aldehídos
libres o con grupos amino.

La estructura química de las melanoidinas es muy compleja; los estudios
espectrofotométricos han demostrado la presencia de muchos dobles enlaces
de aminoácidos y de distintos grupos heterocíclicos. La mayoría de ellas tienen
su máxima absorción a 420 o 490 nm, por lo cual pueden ser cuantificadas a
estas longitudes de onda. Igualmente, mediante sus espectros en el infrarrojo o
en el ultravioleta se ha podido seguir el curso de su formación. Sólo las de bajo
peso molecular son solubles en agua.

Como se puede deducir, el número de compuestos que se generan en la
reacción de Maillard en su conjunto es muy grande; muchos de ellos contienen
grupos aldehído y grupos cetona por lo que muestran una capacidad reductora
muy alta, y en los sistemas modelo se ha podido demostrar su efecto
antioxidante en lípidos insaturados;47 éste es el caso de los productos de peso
molecular de más de 1 000 que resultan de la histidina y la glucosa y que
probablemente, debido a la presencia de radicales libres, evitan la oxidación de
grasas. Esta acción también se ha observado en diversos alimentos, tales
como dulces, aderezos y leche en polvo; o pero no en el pescado congelado.

Se ha señalado también que estos mismos compuestos presentan propiedades
antagonistas con algunos nutrimentos, además de que son tóxicos y
mutagénicos.

En la figura 2.18 se muestran los compuestos y los grupos de sustancias que
se han identificado en sistemas modelo con sólo calentar azúcares y
aminoácidos.

31


X.-CONTROL DE LA REACCIÓN DE OSCURECIMIENTO

Como ya se indicó, los factores que más influyen en esta reacción son el pH, la
temperatura, la actividad acuosa, el tipo de aminoácido y de azúcar, los
metales y el oxígeno. En sistemas modelo de laboratorio se pueden manipular
todos estos parámetros de tal manera que su velocidad sea controlable; sin
embargo en un alimento con toda la complejidad química que presenta sólo es
posible modificarlos moderadamente.

La reducción del pH, de la temperatura y de la actividad acuosa inhiben esta
reacción considerablemente, aunque en ocasiones lograr esto resulta imposible
técnica y económicamente. En los huevos deshidratados se puede añadir
ácidos o eliminar la glucosa por la acción de la enzima glucosa oxidasa (véase
el capítulo 5).

Hasta la fecha, el procedimiento más común de control se hace mediante la
adición de sulfitos, metabisulfitos, bisulfitos o anhídrido sulfuroso siempre y
cuando el alimento lo permita, como es el caso de las frutas deshidratadas;
éstos se deben añadir antes de que se

32


inicie la reacción, ya que de otra manera no surten efecto. Se considera que
estos compuestos actúan con los grupos aldehído, las osulosas y
desoxiosulosas, evitando que intervengan en reacciones subsecuentes;
además, su carácter reductor inhibe los pasos finales de la polimerización:

Los sulfitos también se emplean para el control microbiano y su efecto sólo es
notorio cuando existe una cantidad libre que verdaderamente actúe sobre los
microorganismos; si el alimento contiene azúcares reductores, parte de la
concentración de estos agentes se perderá porque reacciona con los
carbohidratos y se reducirá la proporción que funciona como conservador.
Recientemente se ha adjudicado un efecto tóxico a los sulfitos (véase el
capítulo 9) y se ha tratado de sustituirlos sin 'ningún éxito. Existen muchos
compuestos que a nivel de laboratorio inhiben el mecanismo de Maillard,
pero la mayoría de ellos, como por ejemplo, la dimedona, los cianuros, la
hidroxilamina, las hidrazinas, los mercaptanos, los bromuros y las sales de
estaño, o son muy tóxicos, o confieren olores indeseables.

Un método adecuado para el control es la optimación de los procesos térmicos.
Éste es el caso de la deshidratación de las papas, que se puede efectuar de tal
manera que favorezca las transferencias de calor y de masa sin que ocurra un
oscurecimiento.

Otra forma es mediante la reducción de los azúcares reductores de estos
tubérculos, que se logra almacenándolos en condiciones adecuadas antes de
su freído.

33


XI.-EFECTOS DAÑINOS DEL OSCURECIMIENTO

Además de los colores y olores indeseables, esta reacción reduce el valor
nutritivo del alimento ya que se pierden aminoácidos y vitaminas y se generan
compuestos que pueden ser tóxicos; las propiedades funcionales de las
proteínas, como la solubilidad, el espumado y la emulsificación, también se
reducen.

La lisina es uno de los aminoácidos indispensables más importantes que se
encuentra escasamente en los cereales; en algunos países como México cuya
dieta se basa en el maíz, esta reacción es de una importancia particular ya que
cualquier disminución de este compuesto afecta el ya reducido valor nutritivo
del cereal. Existen muchos trabajos que muestran que la pérdida de lisina, o su
conversión a una forma biológicamente indisponible, reducen la relación de
eficiencia proteínica. La simple condensación azúcar-Iisina hace que este
aminoácido se vuelva indisponible y que, por lo tanto, no pueda utilizarse en la
síntesis de otras proteínas; es decir, no es necesario que el alimento desarrolle
los compuestos coloreados finales para que se pierdan los aminoácidos
indispensables.

Se ha observado que la tripsina sólo ataca parcialmente las proteínas que han
sufrido este tipo de transformación, sobre todo en los enlaces peptídicos
cercanos a donde sucede la condensación azúcar-aminoácido. Los productos
lácteos son en particular muy susceptibles debido a su alto contenido de
lactosa y de lisina y pueden propiciar la reacción incluso en condiciones de
refrigeración. Se ha visto que en el suero de la leche la aparición de
compuestos coloreados va acompañada de una reducción de la lisina
disponible; esto mismo se ha observado en sistemas modelo de caseína-
glucosa-glicerol (Fig. 2.19).

Ciertas pruebas de laboratorio han demostrado que las ratas alimentadas a
base de caseína adicionada con 0.2% del producto resultante del
calentamiento de una mezcla de glucosa y lisina, reducen su capacidad de
retención de nitrógeno de 49 a 33%, con una pérdida de peso. En algunos

34


países es costumbre añadir lisina a los productos que llevan a cabo esta
reacción, para restablecer así el contenido original del aminoácido.
En los últimos años se ha despertado un gran interés por la actividad
mutagénica que presentan algunas sustancias que se generan en esta
reacción y en la pirólisis de los hidratos de carbono. Se ha visto que su
concentración es paralela a la intensidad ya la producción del colores y que se
sintetizan más fácilmente cuando la lisina está en proporción equimolecular en
presencia de ribosa que cuando está en presencia de glucosa en un sistema
modelo a lOO°C. Cabe recordar que la ribosa abunda en el pescado y en las
carnes blancas y rojas por lo que se considera que en estos productos es
donde más fácilmente se pueden sintetizar los compuestos mutagénicos.

XII.-OLIGOSACÁRIDOS

Los oligosacáridos son polímeros de monosacáridos con un número de
unidades monoméricas entre 2 y 10. Los oligosacáridos más presentes en la
naturaleza son la inulina, la oligofructosa (fructooligosacáridos) y los
galactooligosacáridos.

La inulina y oligofructosa están formados por cadenas de fructosa que pueden
terminar en glucosa o fructosa. Están presentes en muchos vegetales:
achicoria, cebolla, puerro, ajo, plátano, alcachofa, etc.

Los galactooligosacáridos están formados por cadenas de galactosa y están
presentes en la leche y en algunas plantas.

Los oligosacáridos forman parte de los glucolípidos y glucoproteínas que se
encuentran en la superficie externa de la membrana plasmática y por lo tanto
tienen una gran importancia en las funciones de reconocimiento celular.

.Los oligosacáridos son polímeros de hasta 20 unidades de monosacáridos.
La unión de los monosacáridos tiene lugar mediante enlaces glicosídicos, un
tipo concreto de enlace acetálico. Los más abundantes son los disacáridos,
oligosacáridos formados por dos monosacáridos, iguales o distintos. Los
disacáridos pueden seguir uniéndose a otros monosacáridos por medio de
enlaces glicosídicos:

1. si el disacárido es reductor, se unirá a otros monosacáridos por medio
del OH de su carbono anomérico o de cualquier OH alcohólico
2. si no es reductor, se unirá únicamente por medio de grupos OH
alcohólicos

Así se forman los trisacáridos, tetrasacáridos, o en general, oligosacáridos. La
cadena de oligosacáridos no tiene que ser necesariamente lineal, y de hecho,

35


con mucha frecuencia se encuentran en la Naturaleza oligosacáridos y
polisacáridos ramificados.

Se ha establecido arbitrariamente un límite de 20 unidades para definir a los
oligosacáridos. Por encima de este valor se habla de polisacáridos.

Los oligosacáridos suelen estar unidos covalentemente a proteínas o a lípidos
formando glicoproteínas y glicolípidos.

Los oligosacáridos pueden unirse a las proteínas de dos formas:

• mediante un enlace N-glicosídico a un grupo amida de la cadena lateral
del aminoácido asparagina
• mediante un enlace O-glicosídico a un grupo OH de la cadena lateral
de los aminoácidos serina o treonina.

Unión N-glicosídica a una proteína Unión O-glicosídica a una proteína

Los oligosacáridos se unen a los lípidos mediante un enlace O-glicosídico a
un grupo OH del lípido. La figura izquierda de la tabla inferior muestra un
oligosacárido unido a un fosfolípido. La unión y la estructura del oligosacárido
son de tal manera que éste no presenta ningún grupo reductor libre. En la
composición del oligosacárido suelen formar parte monosacáridos como: D-
glucosa, D-galactosa, D-manosa, N-acetil-D-glucosamina, N-acetil-D-
galactosamina, ácido siálico y fucosa.Los oligosacáridos que forman parte de
los glicolípidos y glicoproteínas que se encuentran en la superficie externa
de la membrana plasmática (figura derecha de la tabla superior) tienen una
gran importancia en las funciones de reconocimiento en superficie.

36


Los

oligosacáridos también cumplen funciones importantes cuando forman parte
de las glicoproteínas solubles del citoplasma.

12.1.-FUNCIONES DE LOS OLIGOSÁCARIDOS EN DISOLUCIÓN

La molécula representada en la figura izquierda de la
tabla inferior corresponde a una proteína soluble, la
glucoamilasa de Aspergillus awamorii (código PDB =
3GLY). Presenta azúcares O-glicosiladas a residuos
de Ser o Thr (resaltados en color verde) y
oligosacáridos N-glicosilados a residuos de Asn
(resaltados en color azul).

Entre las funciones que llevan a cabo los
oligosacáridos unidos a proteínas que se encuentran
disueltas en el citoplasma celular caben destacar:

1. Función estructural : La presencia del
oligosacárido puede participar en el proceso
de plegamiento correcto de la molécula, como
en el caso de la inmunoglobulina G (Figura
derecha de la tabla superior). Además,
confiere mayor estabilidad a las proteínas de
membrana, ya que al ser muy polares, facilitan
su interacción con el medio (Figura izquierda de la tabla superior).

2. En muchos casos, el oligosacárido que se une a la estructura de la
proteína determina el destino de la proteína sintetizada (targeting):
glicoproteína de la membrana, proteína de secreción o proteína
específica de un orgánulo determinado (figura inferior).

3. Los residuos de ácido siálico, además de aportar numerosas cargas
negativas a las proteínas, también las protegen de la acción de
proteasas (proteínas que destruyen otras proteínas).

4. En los peces que habitan en latitudes polares, existe una proteína
anticongelante (Figura central de la tabla superior), presente en

37


elevada concentración en los líquidos corporales de estos animales, y
que se une a una gran cantidad de residuos de carbohidrato.

INULINA

Es el nombre con el que se designa a una familia de glúcidos complejos
(polisacáridos), compuestos de cadenas moleculares de fructosa. Es por lo
tanto un fructosano o fructano, que se encuentran generalmente en las raíces,
tubérculos y rizomas de ciertas plantas fanerógamas (por ejemplo el yacón) en
forma de sustancias de reserva. Forma parte de la fibra alimentaria.

La inulina libera fructosa durante la digestión, aunque en pequeña proporción,
ya que el organismo humano carece de enzimas específicas para degradarla, y
es bien tolerada por los diabéticos gracias a que no precisa de la hormona
insulina para su metabolismo.

Además, medicinalmente la inulina es una sustancia muy útil ya que al no ser
degradada por enzimas endógenas, y al filtrar a nivel glomerular sin ser
excretado ni reabsorbido a nivel tubular, suele utilizarse para evaluar la funcion
renal a nivel de glomérulo.

ALIMENTOS PROCESADOS

La inulina está comenzando a utilizarse de manera creciente en alimentos,
debido a sus inusuales características nutricionales y en especial a sus
propiedades como ingrediente alimentario (según la legislación europea, no es
un aditivo alimentario7 ). Propiedades que van desde un sabor moderadamente
dulce en los miembros mas sencillos de la familia, hasta los mas complejos que
pueden servir como sucedáneos de harinas; pasando por una enorme cantidad
de compuestos de mediana complejidad sin sabor y con una textura y
palatabilidad muy similar a la de las grasas (a las que de hecho reemplaza en
numerosos productos de bajas calorías, en especial lácteos y helados).

Estas propiedades son particularmente ventajosas debido a que la inulina
contiene entre un tercio y un cuarto de las calorías del azúcar y entre un sexto
y un noveno de las calorías de las grasas.

Además incrementa la absorcion de calcio y posiblemente también de
magnesio, sumado al hecho de que promueve la flora intestinal beneficiosa.

Produce un impacto mínimo en el azúcar sanguíneo, regulariza el transito
intestinal y ayuda a mejorar la calidad de vida de las personas con síndrome de
colon irritable.

XIII.-POLISACÁRIDOS

38


Frecuentemente son compuestos amorfos, insolubles e insípidos, con masas
molares sumamente grandesLos polisacáridos son biomoléculas formadas
por la unión de una gran cantidad de monosacáridos. Se encuadran entre los
glúcidos, y cumplen funciones diversas, sobre todo de reserva energética y
estructural.

Los polisacáridos son polímeros, cuyos monómeros constituyentes son
monosacáridos, los cuales se unen repetitivamente mediante enlaces
glucosídicos. Estos compuestos llegan a tener un peso molecular muy elevado,
que depende del número de residuos o unidades de monosacáridos que
participen en su estructura. Este número es casi siempre indeterminado,
variable dentro de unos márgenes, a diferencia de lo que ocurre con
biopolímeros informativos, como el ADN o los polipéptidos de las proteínas,
que tienen en su cadena un número fijo de piezas, además de una secuencia
específica.

Los polisacáridos pueden descomponerse, por hidrólisis de los enlaces
glucosídicos entre residuos, en polisacáridos más pequeños, así como en
disacáridos o monosacáridos. Su digestión dentro de las células, o en las
cavidades digestivas, consiste en una hidrólisis catalizada por enzimas
digestivas (hidrolasas) llamadas genéricamente glucosidasas, que son
específicas para determinados polisacáridos y, sobre todo, para determinados
tipos de enlace glucosídico. Así, por ejemplo, las enzimas que hidrolizan el
almidón, cuyos enlaces son del tipo llamado α(1→4), no pueden descomponer
la celulosa, cuyos enlaces son de tipo β(1→4), aunque en los dos casos el
monosacárido sea el mismo. Las glucosidasas que digieren los polisacáridos,
que pueden llamarse polisacarasas, rompen en general uno de cada dos
enlaces, liberando así disacáridos y dejando que otras enzimas completen
luego el trabajo.

En la formación de cada enlace glucosídico «sobra» una molécula de agua,
igual que en su ruptura por hidrólisis se consume una molécula de agua, así
que en una cadena hecha de n monosacáridos, habrá n-1 enlaces
glucosídicos. Partiendo de que la fórmula general, no sin excepciones, de los
monosacáridos es

CxH2xOx

se deduce fácilmente que los polisacáridos responderán casi siempre a la
fórmula general:

Cx(H2O)x–1

39


13.1.-CLASIFICACIÓN DE LOS POLISACÁRIDOS

Para la clasificación de los polisacáridos, se acude a uno de dos criterios, el
funcional, que es el más difundido, o el químico, que se atiene a su estructura y
composición.

SEGÚN LA FUNCIÓN BIOLÓGICA

Según la función biológica, podemos clasificar los polisacáridos en los
siguientes grupos:

POLISACÁRIDOS DE RESERVA

Los polisacáridos de reserva representan una forma de almacenar azúcares sin
crear por ello un problema osmótico. La principal molécula proveedora de
energía para las células de los seres vivos es la glucosa. Su almacenamiento
como molécula libre, dado que es una molécula pequeña y muy soluble, daría
lugar a severos problemas osmóticos y de viscosidad, incompatibles con la vida
celular. Los organismos mantienen entonces sólo mínimas cantidades, y muy
controladas, de glucosa libre, prefiriendo almacenarla como polímero. La
concentración osmótica depende del número de moléculas, y no de su masa,
así que la célula puede, de esta forma, almacenar enormes cantidades sin
problemas.

Es de destacar que los polisacáridos de reserva no juegan el mismo papel en
organismos inmóviles y pasivos, como plantas y hongos, que en los animales.
Éstos no almacenan más que una pequeña cantidad de glucógeno, que sirve
para asegurar un suministro permanente de glucosa disuelta. Para el
almacenamiento a mayor escala de reservas, los animales recurren a las
grasas, que son lípidos, porque éstas almacenan más del doble de energía por
unidad de masa; y además, son líquidas en las células, lo que las hace más
compatibles con los movimientos del cuerpo. Un organismo humano almacena
como glucógeno la energía necesaria para no más de seis horas, pero puede
guardar como grasa la energía equivalente a las necesidades de varias
semanas.

La mayoría de los polisacáridos de reserva son glucanos, es decir, polímeros
de glucosa, más exactamente de su isómero de anillo hexagonal
(glucopiranosa). Se trata sobre todo de glucanos α(1→4), representados en las
plantas por el almidón y en los animales por el glucógeno, con cadenas que se
ramifican gracias a enlaces de tipo α(1→6). En numerosos grupos de protistas
cumplen la misma función glucanos de tipo β(1→3).

POLISACÁRIDOS ESTRUCTURALES

Se trata de glúcidos que participan en la construcción de estructuras orgánicas.
Los más importantes son los que constituyen la parte principal de la pared
celular de plantas, hongos y otros organismo eucarióticos osmótrofos, es decir,
que se alimentan por absorción de sustancias disueltas. Éstos no tienen otra

40


manera más económica de sostener su cuerpo, que envolviendo a sus células
con una pared flexible pero resistente, contra la que oponen la presión
osmótica de la célula, logrando así una solución del tipo que en biología se
llama esqueleto hidrostático.

La celulosa es el más importante de los polisacáridos estructurales. Es el
principal componente de la pared celular en las plantas, y la más abundante de
las biomoléculas que existen en el planeta. Es un glucano, es decir, un
polímero de glucosa, con enlaces glucosídicos entre sus residuos de tipo
β(1→4). Por la configuración espacial de los enlaces implicados, los residuos
de glucosa quedan alineados de forma recta, no en helicoide, que es el caso de
los glucanos α(1→4), del tipo del almidón. Ésta es la regla en cuanto a la
conformación de todos los polisacáridos estructurales de las paredes. Esas
cadenas rectas se enlazan transversalmente, por enlaces de hidrógeno, en
haces de cadenas paralelas.

La quitina cumple un papel equivalente al de la celulosa, pero en los hongos, y
además es la base del exoesqueleto de los artrópodos y otros animales
emparentados. La quitina es un polímero de la N-acetil-2, D-glucosamina, un
monosacárido aminado, que contiene por lo tanto nitrógeno. Siendo éste un
elemento químico de difícil adquisición para los organismos autótrofos, que lo
tienen que administrar con tacañería, la quitina queda reservada a heterótrofos
como los hongos, que lo obtienen en abundancia.

SEGÚN LA COMPOSICIÓN

Se distinguen dos tipos de polisacáridos según su composición:

1. Homopolisacáridos: están formados por la repetición de un
monosacárido.
2. Heteropolisacáridos: están formados por la repetición ordenada de un
disacárido formado por dos monosacáridos distintos (o, lo que es lo
mismo, por la alternancia de dos monosacáridos). Algunos
heteropolisacáridos participan junto a polipéptidos (cadenas de
aminoácidos) de diversos polímeros mixtos llamados peptidoglucanos,
mucopolisacáridos o proteoglucanos. Se trata esencialmente de
componentes estructurales de los tejidos, relacionados con paredes
celulares y matrices extracelulares.

XIV.-AGAR

El agar, o agar -agar, es un polisacárido que se obtiene de algas del género
Gelidium, algas que se han utilizado en la cocina tradicional japonesa, por sus
propiededes gelificantes, desde hace muchos siglos. También se obtiene de
otras algas, entre ellas especies de los géneros Gracillaria , de las que procede
actualmente la mayoría del agar, y de Gelidiella y Pterocladia, que aportan
pequeñas cantidades. El agar de mejor calidad de obtiene de Gelidium, aunque
en los últimos años se ha extendido mucho la obtención a partir de cultivos

41


marinos de Gracillaria, que son ahora la fuente principal de este polisacárido.
En España se obtiene sobre todo de Gelidium corneum. En el listado de
aditivos alimentarios de la Unión Europea, el agar es el E-406

ESTRUCTURA

El agar se considera formado por la mezcla de dos tipos de polisacáridos, la
agarosa y la agaropectina. La agarosa es el componente principal,
representando alrededor del 70% del total. Tanto la agarosa como la Agarosa y
agaropectina se diferencian en la presencia de restos de sulfato y
piruvato,relativamente abundantes en la agaropectina y muy escasos
(idealmente, ausentes) en la agarosa. Los restos de sulfato aparecen sobre
unidades de galactosa, que entonces ocupan el lugar de una anhidrogalactosa
en la secuencia alterna. Existe una gradación de tipos entre la agarosa y la
agaropectina muy sulfatada. Precisamente las algas sintetizan el agar en forma
sulfatada, produciendose la anhidrogalactosa en la eliminación enzimática del
sulfato. Esto es un detalle muy importante, dado que el contenido de sulfato
decrece con la madurez de la planta, a la vez que aumenta mucho la
resistencia de los geles del agar obtenido a partir de ella. También,
dependiendo de las especies, algunos restos de galactosa tienen grupos metilo
en el carbono 6. La cantidad y calidad del agar acumulado depende de
diversos factores biológicos y ambientales, en incluso es distinto en distintas
zonas del alga.

En disolución, a temperatura alta, las cadenas de agar están desenrrolladas y
plegadas al azar. Los geles de agar se forman fundamentalmente por uniones
en forma de doble hélice entre las cadenas de agarosa. La presencia de grupos
sulfato, como sucede en la agaropectina, impediría la formación de estas
hélices. Para obtener el agar de Gracillaria, el alga se trata en medio alcalino
antes de la extracción del polisacárido, para reducir su contenido de sulfato y
mejorar sus propiedades. Esta técnica, desarrollada en la década de 1950, ha
permitido utilizar el agar de este alga, que sin tratamiento alcalino es de muy
mala calidad.
Los geles de agar se forman a concentraciones de menos del 1% de
polisacárido, y son transparentes, duros y quebradizos. Esta última propiedad
los diferencia de la mayoría de los otros geles de polisacáridos, que son más
elásticos. Además tienen la propiedad particular de presentar una gran
histéresis térmica. Es decir, mientras que el gel se forma (en el caso del agar
de Gellidium) a una temperatura de alrededor de entre 30ºC, volver de nuevo a
la disolución exige calentar el gel hasta entre 75ºC y 90ºC, según el tipo. Los
geles de agar de Gracillaria presentan el mismo fenómenos, pero menos
acusado. Con esta salvedad, los geles de agar son reversibles térmicamente.

42


El agar es un polisacárido relativamente caro, por lo que se utiliza en forma
limitada, y en muchas aplicaciones se ha sustituido por el carragenano. Como
gelificante, se enplea en productos cárnicos y de pescado de gama alta, para
mimetizar la gelatina, que tiene el inconveniente de fundir a temperatura baja,
asi como en otros productos "gelatinosos". Como estabilizante, puede utilizarse
en productos lácteos y helados, combiando con la goma de algarroba.

El agar es un polisacárido no digerible, que desde el punto de vista nutricional
forma parte de la "fibra". Las enzimas capaces de degradar el agar son
extarordinariamente raras, incluso entre los microrganismos. Por eso el agar es
también un valioso medio de cultivo en bacteriología, utilizándose en esta
aplicación desde la década de 1880.

XV.-CARRAGENATOS

El carragenato es un producto natural extraído de algas marinas rojas de la
clase Rhodophyceae mediante diversas técnicas. Se utiliza ampliamente en la

Industria alimentaria (E-407) como gelificante, espesante, emulsionante y
estabilizante.

El origen del producto se remonta a su utilización tradicional como espesante
de la leche en Irlanda, siendo extraído del alga Irish moss, conocida en
botánica como Chondrus crispus. La disponibilidad limitada de este tipo de alga
y la creciente demanda del hidrocoloide hizo que el campo de materias primas
de las que procede el carragenato se ampliara a otras algas del género
Euchema (E. Cottonii y E. Spinosum) y Gigartina.

La estructura química exacta del carragenato depende del tipo de alga y
proceso empleado. La estructura molecular del carragenato permite según la
extracción, refinamiento y tratamiento de purificación de las algas la obtención
de productos con propiedades substancialmente diferentes. Tradicionalmente
los diferentes tipos de carragenato se clasifican en función de su estructura
molecular particular y efecto en el producto final:

• Kappa: forma geles fuertes y rígidos.

43


• Iota: se mezclan con agua o leche para formar geles débiles, sin sinéresis y
elásticos.
Presenta comportamiento tixotropia (estable a su destrucción mecánica) y
estabilidad a ciclos de congelación/ descongelación. La sal sódica es soluble
en agua fría.
• Lambda:no gelifica pero ofrece alta viscosidad. Soluble en agua fría.

Hispanagar es una de las pocas compañías a nivel mundial que fabrica una
gama completa de carragenatos incluyendo todas las fracciones (Kappa, Iota y
Lamda), los diferentes tratamientos alcalinos (Na+, Ca++, K+) por precipitación
alcohólica o salina del gel y diferentes grados de pureza, dando lugar a
diferentes líneas de productos: Secogel, Secolacta y Secovis.

La versatibilidad de este hidrocoloide le hace idóneo como estabilizante,
espesante o gelificante, en una gran cantidad de aplicaciones en la industria
alimentaria. Es ideal para proporcionar una textura específica así como
optimizar el producto final.

• Lácteos (natillas, batidos, yogures, flanes, helados, mousse de chocolate,
leche condensada, queso fresco y en polvo, cremas)
• Cárnicos, aves y pescados (salchichas, jamones cocidos, carne de cerdo,
pollo, pavo, hamburguesas, gelatinas de pescado)
• Pastelería ( tartas, postres de gelatina, mermeladas, siropes, gominolas,
glaseados)
• Salsas y bebidas ( zumos de frutas concentrados, cerveza, sopas, salsa de
aliño)
• No alimenticios ( pasta de dientes, cosméticos, ambientadores, champús)

Además de esta amplia gama de extractos muy refinados, Hispanagar ofrece
también una selección de carragenatos semirefinados (Algas Euchema
Procesadas o PES). Del mismo modo se comercializan mezclas que incluyen
carragenato refinado y PES muy asequibles y funcionales.

XVI.-GOMA ARÁBIGA

La goma arábiga es la secreción gomosa desecada de las ramas y troncos de
la Acacia senegal o de otras especies de acacias de la familia de las Fabáceas
(antes denominadas leguminosas).

Descripción

Son lágrimas esferoidales de hasta 32 mm de
diámetro o fragmentos angulosos de color blanco
o blanco amarillentos, translúcido, mas o menos
opaco debido a la presencia de pequeñas fisuras
numerosas. Son quebradizas, la rotura es brillante
y ocasionalmente iridiscente. Casi sin olor.

44


Es muy soluble en agua a temperatura ambiente, pero es insoluble en alcohol.

Historia

La goma arábiga encontró uso hace más de 4000 años en Egipto, donde ya se
usaba en la fabricación de cosméticos, tintas y en la preparación de los
vendajes para los cuerpos que iban a ser momificados.

Obtención

La goma resinosa se obtiene de varias especies de acacia, aunque es de la
Acacia senegal de la que se ha extraído desde siempre. La goma aparece
como un exudado de manera natural como largas esferas durante un proceso
llamado gomosis en el cual se sellan las heridas en las cortezas de los árboles
a modo de protección. De esta manera, si la corteza de un árbol se corta, se
producirá goma para cerrar los agujeros. Este proceso dura alrededor de 3 a 8
semanas. Cuando se requiere la goma para el comercio se hacen una serie de
cortes con el fin de obtener una mayor cantidad de resina, lo que ocurre de un
mes a un mes y medio. Un árbol de acacia puede llegar a producir entre 2 y 5
kg de goma al año durante la estación seca, de octubre a junio. La calidad de
pureza de la goma se valora según si posee un color más claro. El precio en el
mercado de la goma arábiga depende de la cantidad extraída, y esta depende
de las sequías.

Composición

La goma arábiga tiene como componentes una mezcla de polisacáridos y
proteínas cuya cantidad varía según su origen. Los polisacáridos tienen como
componentes principales

 Galactosa
 Arabinosa
 Ramnosa
 Ácido glucurónico

En cambio las proteínas son fundamentalmente glicoproteínas muy ricas en
hidroxiprolina. Los restos glucídicos de las glucoproteínas son
arabinogalactanos.

La goma arábiga es fácilmente soluble, produciendo soluciones relativamente
poco viscosas incluso a concentraciones elevadas (20%).

Usos

Se utiliza como emulsificante, especialmente en la industria de bebidas
refrescantes, para formar películas protectoras, para encapsular y dispersar

45


aromas, pigmentos y aceites esenciales en productos concentrados y en polvo.
También estabiliza espumas.

Uso en enología

El empleo de las goma arábiga en enología se describe
a finales de 1800 y en 1933 Ribéreau-Gayon
demostraba que la adición en cantidad media de goma
arábiga constituía una técnica útil para mejorar
globalmente la estabilidad y consolidar las
características organolépticas en los vinos blancos y
tintos.

Spindal, sociedad del grupo AEB, es líder mundial en la
producción de goma arábiga para uso enológico y es la
única empresa capaz de controlar todo el proceso
productivo, desde la recolección hasta su utilización
final.

Las especies de acacias que producen goma tienen una gran diversidad
genética, como consecuencia la cantidad y la calidad de este producto es muy
diferente de una planta a otra. Es por lo tanto importante seleccionar la goma
arábiga en base al tipo de planta que la produce y la zona de producción. La
transformación de las “piedras” de goma se lleva a cabo según una
consolidada tecnología que prevé tratamientos para eliminar todas las
impurezas presentes en el producto natural. La última filtración se realiza con
placas, para asegurar la absoluta asepticidad de la goma y su filtrabilidad
después de la adición al vino.

XVII.-TRAGACANTO

Goma tragacanto
La goma tragacanto es el exudado del arbol
Astragalus gummifer, y también se utiliza desde
antiguo, al menos desde hace 2.000 años. A
diferencia de la goma arábiga, que suele adoptar en
el arbol formas redondeadas, la goma tragacanto
forma cintas y copos irregulares.
La goma tragacanto está formada por dos
fracciones principales, conocidas con el nombre de
tragacantina y basorina. La primera representa
alrededor del 30% del total y es soluble en agua. La
basorina es insoluble, pero se hincha para formar
un gel. Ambas están formadas fundamentalmente por arabinogalactanos. La
goma tragacanto es estable a pH muy bajos, y da unas dispersiones muy
viscosas con concentraciones de menos del 1%, las más viscosas de las
producidas por cualquier goma. También actúa como emulsionante, debido a la
presencia de proteínas, y como estabilizante de suspensiones y de
dispersiones de sólidos en materiales pastosos.

46


El tragacanto o goma adragante es una resina de consistencia gomosa que
sale de las incisiones practicadas en la corteza del Astragulus gummifer.

El primer tragacanto que se recoge al hacer las Â¡nicisiones es de color blanco,
pero la resina que fluye un poco más tarde tiene color amarillo limón.

Se cuaja formando unas cintas de consistencia gruesa que al secarse pierden
aproximadamente el 14 % del agua que contienen.

Una vez solidificado, el tragacanto es muy quebradizo y se recoge con facilidad
para su uso comercial.

La planta del tragacanto, espinosa y frondosa, crece en Persia, Turquía. Grecia
y ciertas partes del sur y el este deEuropa.

El tragacanto pulverizado, de color amarillento, es insaboro e inodoro y no se
disuelve del todo en agua. Pero se disuelve perfectamente en un medio
alcalino.

XVIII.-PECTINAS

Las mermeladas y derivados de frutas en los que intervienen las pectinas se
han elaborado desde hace siglos. En 1825, el químico francés Henri Braconnot
aisló las pectinas por primera vez, reconociendo su papel en esos productos.
La producción comercial de pectinas comenzó en 1908 en Alemania, a partir de
los restos de la fabricación de zumo de manzana. Actualmente se obtienen de
los restos de la extracción de zumo de manzana y, sobre todo, de los de la
industria de los zumos de cítricos. La pectina de manzana suele ser de un color
algo más oscuro, debido a las reaccciones de pardeamiento enzimático. La
pectina se extrae con agua caliente acidificada, perecipitándo la de la
disolución con etanol o con una sal de aluminio.

Las pectinas están formadas fundamentalmente por largas cadenas formadas
por unidades de ácido galacturónico, que puede encontrarse como tal ácido,
con el grupo carboxilo libre, o bien o con el carboxilo esterificado por metanol
(metoxilado).

En las frutas, la mayoría de los grupos ácidos del ácido galacturónico están
esterificados por metanol. Este metanol fuede perderse con relativa facilidad
por hidrólisis ácida o enzimática, dejando el grupo ácido libre. En función del
porcentaje de restos de ácido galacturónico esterificado, las pectinas se
clasifican como "de alto metoxilo", cuando este porcentaje es superior al 50%, y
"de bajo metoxilo", cuando es inferior.

47


Pectina de alto metoxilo

PECTINA DE BAJO METOXILO

En las pectinas existen zonas en las que la continuidad de la cadena se rompe
por la presencia de algunos restos de ramnosa, con ramificaciones de
galactosa, arabinosa y xilosa. La proporción es de alrededor de una ramnosa
por cada 40 galacturónicos, pero no se encuentran dispersas individualmente,
sino agrupadas en algunas zonas, las llamadas "zonas peludas". Las "zonas
peludas" de las pectinas están formadas por una cadena de
ramnogalacturonano, con unidades alternas de ácido galacturónico y ramnosa,
con ramificaciones sobre la ramnosa que pueden ser de cuatro tipos: Cadenas
lineales de galactosa, cadenas ramificadas de arabinosa, cadenas lineales de
galactosa con alguna ramificación de arabinosa, y cadenas ramificadas de
galactosa con alguna arabinosa.

En los vegetales, la pectina se encuentra en forma insoluble, la llamada
"protopectina", que se solubiliza durante la maduración de las frutas y en la
extracción con ácido, formando la pectina soluble. En este proceso se pierden
sobre todo las regiones ramificadas. La pectina de remolacha azucarera
contiene algunos grupos ferolilo en lugar del metanol.

GELES DE PECTINA DE ALTO METOXILO

La primera condición para obtener geles de pectina de alto metoxilo es que el
pH sea bajo, Para que los grupos ácidos, minoritarios, se encuentren
fundamentalmente en forma no ionizada, y no existan repulsiones entre cargas.
A pH 3,5, aproximadamente la mitad de los grupos carboxilo del ácido
galacturónico se encuentran ionizados, pero por debajo de pH 2 el porcentaje
es ya muy pequeño. Las cadenas de pectinas de alto metoxilo pueden
entonces unirse a través de interacciones hidrofóbicas de los grupos metoxilo o
mediante puentes de hidrógeno, incluidos los de los grupos ácidos no
ionizados, siempre que exista un material muy hidrófilo (azúcar)que retire el a

48


agua. En consecuencia, las pectinas de alto metoxilo formarán geles a pH entre
1 y 3,5, con contenidos de azúcar entre el 55% como mínimo y el 85%.

El grado de esterificación de las pectinas de alto metoxilo influye mucho sobre
sus propiedades. En particular, a mayor grado de esterificación, mayor es la
temperatura de gelificación. Por ejemplo, una pectina con un grado de
esterificación del 75% es capaz de gelificar ya a temperaturas de 95º, y lo hace
en muy pocos minutos a temperaturas por debajo de 85ºC. Por esto se llaman
"pectinas rápidas". Son, por ejemplo, las que se utilizan en la fabricación de
gominolas, que con una concentración muy elevada de azúcar, hasta el 80% de
sólidos, forman geles que pueden desmoldearse al poco tiempo.

En cambio, una pectina con un grado de esterificación del 65% no gelifica auna
temperatura de 75ºC, y tarda alrededor de media hora en hacerlo a 65ºC. Es lo
que se llama una "pectina lenta". Además, las pectinas con un grado de
esterificación mayor forman geles que son ireversibles térmicamente, mientras
que los geles formados por pectinas de grado de esterificación menor son
reversibles.

Para cada tipo de pectina con un grado de metoxilación concreto existe una
combinación óptima de concentración de azúcar y pH, aunque se pueden
obtener geles dentro de un cierto rango de pH.

GELES DE PECTINA DE BAJO METOXILO

En el caso de las pectinas de bajo metoxilo, el mecanismo de formación de
geles es totalmente distinto, ya que la unión entre cadenas se produce a través
de iones de calcio, que forman puentes entre las cargas negativas. La
estructura es semejante a la "caja de huevos" de lso geles de alginato, pero
algo menos ordenada, dada la presencia de grupos esterificados entre los
galacturónicos sin esterificar. La concentración de calcio es importante hasta
llegar a una cierta cantidad, que depende de cada tipo concreto de pectina, y
que se conoce como "saturación de calcio". Suele estar en torno a las 500
ppm. Por encima, una mayor cantidad de calcio no tiene efecto, o incluso en
algunos casos puede llegar a debilitar el gel. Esto no sucede en el caso de
otros geles de este tipo, como es el de alginato. Las pectinas de bajo metoxilo
forman geles de consistencia máxima con cantidades de calcio que oscilan de
20 a 100 mg de por gramo de pectina. La presencia de azúcar reduce mucho la
cantidad de calcio necesaria. Consecuentemente, a menor cantidad de azúcar
presente en el producto, es necesario utilizar pectinas de metoxilo menor para
obtener la misma consistencia

PECTINAS AMIDADAS
Las pectinas amidadas se obtienen mediante procesos químicos, forrmando
amidas con amoniaco en algunos de los grupos carboxilo de pectinas de bajo
metoxilo. Forman geles en presencia de calcio, y tienen como ventaja una
mayor tolerancia frente a la concentración de este ión, en comparación con las
pectinas de bajo metoxilo convencionales. A mayor grado de amidación, la
temperatura de formación de geles es también mayor.

49


LAS PECTINAS COMO ESTABILIZANTES

las pectinas se comportan muy bien como estabilizantes de las caseínas frente
a los tratamientos térmicos a pH ácido. Dado que a pH por encima de 3,5 las
pectinas tienen carga negativa, son capavces de unirse a las regiones con
carga positiva de las micelas, formando una "bola peluda" que se mantiene en
suspensión.

Las pectinas, como muchos otros polisacáridos, se hinchan muy rápidamente
con el agua, y por eso cuando se añaden de golpe, y especialmente si se
añade agua sobre el sólido, forman agregados difíciles de disolver. La solución
es separar las partículas cuando se se mezcla el polisacárido con el agua, con
sistemas mecánicos o mezclandolo previamente con otro material no acuoso.
son relativamente inestables desde el punto de vista químico, especialmente a
temperaturas elevadas. Su máxima estabilidad está en torno a pH 4. Pueden
perder grupos metoxilo, hidrolizarse, y en medio neutro o alcalino romperse por
beta-eliminación. Esto afecta muy negativamente a su viscosidad y capacidad
de formación de geles.

XIX.-ALMIDON

El almidón es un polisacárido de reserva alimenticia predominante en las
plantas, y proporciona el 70-80% de las calorías consumidas por los humanos
de todo el mundo. Tanto el almidón como los productos de la hidrólisis del
almidón constituyen la mayor parte de los carbohidratos digestibles de la dieta
habitual. Del mismo modo, la cantidad de almidón utilizado en la preparación
de productos alimenticios, sin contar el que se encuentra presente en las
harinas usadas para hacer pan y otros productos de panadería.

Los almidones comerciales se obtienen de las semillas de cereales,
particularmente de maíz (Zea mays), trigo (Triticum spp.), varios tipos de arroz
(Oryza sativa), y de algunas raíces y tubérculos, particularmente de patata
(Solanum tuberosum), batata (Ipomoea batatas) y mandioca (Manihot
esculenta). Tanto los almidones como los almidones modificados tienen un
número enorme de posibles aplicaciones en los alimentos, que incluyen las
siguientes: adhesivo, ligante, enturbiante, formador de películas, estabilizante
de espumas, agente anti-envejecimiento de pan, gelificante, glaseante,
humectante, estabilizante, texturizante y espesante.

El almidón se diferencia de todos los demás carbohidratos en que, en la
naturaleza se presenta como complejas partículas discretas (gránulos). Los
gránulos de almidón son relativamente densos, insolubles y se hidratan muy
mal en agua fría. Pueden ser dispersados en agua, dando lugar a la formación
de suspensiones de baja viscosidad que pueden ser fácilmente mezcladas y
bombeadas, incluso a concentraciones mayores del 35%.

El trigo, el centeno (Secale cereale) y la cebada (Hordeum vulgare) tienen dos
tipos de granos de almidón: los grandes lenticulares y los pequeños esféricos.
En la cebada, los granos lenticulares se forman durante los primeros 15 días
después de la polinización. Los pequeños gránulos, representando un total de

50


88% del número de granos, aparecen a los 18-30 días posteriores a la
polinización.

Los almidones de los cereales contienen pequeñas cantidades de grasas. Los
lípidos asociados al almidón son, generalmente, lípidos polares, que necesitan
disolventes polares tales como metanol-agua, para su extracción.
Generalmente el nivel de lípidos en el almidón cereal, está entre 0.5 y 1%. Los
almidones no cereales no contienen esencialmente lípidos.

Químicamente es una mezcla de dos polisacáridos muy similares, la amilosa y
la amilopectina; contienen regiones cristalinas y no cristalinas en capas
alternadas. Puesto que la cristalinidad es producida por el ordenamiento de las
cadenas de amilopectina, los gránulos de almidón céreo tienen parecido grado
de cristalinidad que los almidones normales. La disposición radial y ordenada
de las moléculas de almidón en un gránulo resulta evidente al observar la cruz
de polarización (cruz blanca sobre un fondo negro) en un microscopio de
polarización cuando se colocan los polarizadores a 90° entre sí. El centro de la
cruz corresponde con el hilum, el centro de crecimiento de gránulo.

La amilosa es el producto de la condensación de D-glucopiranosas por medio
de enlaces glucosídicos a(1,4), que establece largas cadenas lineales con 200-
2500 unidades y pesos moleculares hasta de un millón; es decir, la amilosa es
una a-D-(1,4)-glucana cuya unidad repetitiva es la a-maltosa. Tiene la facilidad
de adquirir una conformación tridimensional helicoidal, en la que cada vuelta de
hélice consta de seis moléculas de glucosa. El interior de la hélice contiene
sólo átomos de hidrógeno, y es por tanto lipofílico, mientras que los grupos
hidroxilo están situados en el exterior de la hélice. La mayoría de los almidones
contienen alrededor del 25% de amilosa. Los dos almidones de maíz
comúnmente conocidos como ricos en amilosa que existen comercialmente
poseen contenidos aparentes de masa alrededor del 52% y del 70-75%.

La amilopectina se diferencia de la amilosa en que contiene ramificaciones que
le dan una forma molecular a la de un árbol; las ramas están unidas al tronco
central (semejante a la amilosa) por enlaces a-D-(1,6), localizadas cada 15-25
unidades lineales de glucosa. Su peso molecular es muy alto ya que algunas
fracciones llegan a alcanzar hasta 200 millones de daltones. La amilopectina
constituye alrededor del 75% de los almidones más comunes. Algunos
almidones están constituidos exclusivamente por amilopectina y son conocidos
como céreos. La amilopectina de papa es la única que posee en su molécula
grupos éster fosfato, unidos más frecuentemente en una posición O-6, mientras
que el tercio restante lo hace en posición O-3.

19.1.-FORMA DE LOS GRANOS DE ALMIDÓN

El tamaño y la forma de los granos de almidón de las células del endospermo,
varía de un cereal a otro; en el trigo, centeno, cebada, maíz, sorgo y mijo, los
granos son sencillos, mientras que los de arroz son compuestos. La avena
tiene granos sencillos y compuestos predominando estos últimos.

51


La mayor parte de los granos de almidón de las células del endospermo
prismático y central del trigo tiene dos tamaños: grande, 30-40 micras de
diámetro, y pequeño, 1-5 micras, mientras que los de las células del
endospermo sub-aleurona, son principalmente de tamaño intermedio 6-15
micras de diámetro. En las células del endospermo sub-aleurona hay
relativamente más proteína y los granos de almidón están menos apretados
que en el resto del endospermo.

19.2.-GELATINIZACIÓN

Los gránulos de almidón son insolubles en agua fría, pero pueden embeber
agua de manera reversible; es decir, pueden hincharse ligeramente con el agua
y volver luego al tamaño original al secarse. Sin embargo cuando se calientan
en agua, los gránulos de almidón sufren el proceso denominado gelatinización,
que es la disrupción de la ordenación de las moléculas en los gránulos.
Durante la gelatinización se produce la lixiviación de la amilosa, la
gelatinización total se produce normalmente dentro de un intervalo más o
menos amplio de temperatura, siendo los gránulos más grandes los que
primero gelatinizan.

Los diversos estados de gelatinización pueden ser determinados utilizando un
microscopio de polarización. Estos estados son: la temperatura de iniciación
(primera observación de la pérdida de birrefrigerancia), la temperatura media,
la temperatura final de la pérdida de birrefrigerancia (TFPB, es la temperatura a
la cual el último gránulo en el campo de observación pierde su birrefrigerancia),
y el intervalo de temperatura de gelatinización.

Al final de este fenómeno se genera una pasta en la que existen cadenas de
amilosa de bajo peso molecular altamente hidratadas que rodean a los
agregados, también hidratados, de los restos de los gránulos.

19.3.-RETROGRADACIÓN

Se define como la insolubilización y la precipitación espontánea, principalmente
de las moléculas de amilosa, debido a que sus cadenas lineales se orientan
paralelamente y accionan entre sí por puentes de hidrógeno a través de sus
múltiples hidroxilos; se puede efectuar por diversas rutas que dependen de la
concentración y de la temperatura del sistema. Si se calienta una solución
concentrada de amilosa y se enfría rápidamente hasta alcanzar la temperatura
ambiente se forma un gel rígido y reversible, pero si las soluciones son diluidas,
se vuelven opacas y precipitan cuando se dejan reposar y enfriar lentamente
pero en si no se tiene un concepto claro dedido a las palabras que se utilizan
en este articulo.

La retrogradación esta directamente relacionada con el envejecimiento del pan,
las fracciones de amilosa o las secciones lineales de amilopectina que
retrogradan, forman zonas con una organización cristalina muy rígida, que
requiere de una alta energía para que se rompan y el almidón gelatinice.

52

Carbohidratos en-la-quimica-de-los-alimentos

Carbohidratos en-la-quimica-de-los-alimentos

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

En vedette

En vedette (14)

Similaire à Carbohidratos en-la-quimica-de-los-alimentos

Similaire à Carbohidratos en-la-quimica-de-los-alimentos (20)

Carbohidratos en-la-quimica-de-los-alimentos