22/07/2015

1

CARBOHIDRATOS

Mg.Sc. Ing. Elena Chau L.

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO

FACULTAD DE INGENIERIA QUMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

QUMICA DE LOS ALIMENTOS

Definicin

Glcidos, Hidratos de carbono o Azcares Son biomolculas formadas bsicamente por: carbono

(C), hidrgeno (H) y oxgeno (O). Son aldehidos o cetonas polihidroxilados y sus derivados

por reduccin, oxidacin, sustitucin o polimerizacin. Abundan en frutas, leche, cereales y tubrculos. Los carbohidratos se consideran dentro del grupo de los

nutrientes bsicos y siempre han tenido una gran importancia en la alimentacin; incluso aquellos no digeribles se consideran de gran inters para una alimentacin equilibrada.

Funciones

ENERGTICA. Un gramo de carbohidrato produce 4,3 kcal o 17,2 kJ.

RESERVA. Como almidn en las plantas o como glucgeno en los animales y el hombre.

ESTRUCTURAL. Celulosa, condoitina, quitina, son ejemplos de glcidos estructurales en los seres vivos.

Clasificacin

CARBOHIDRATOS

Monosacridos Oligosacridos Polisacridos

Derivados Disacridos Trisacridos DerivadosSimples Simples

GlucosaFructosa

Ac. glucornicoGlucosamina

MaltosaSacarosaLactosa

RafinosaMelicitosa

CondroitinsulfatosHeparinaPeptidoglucanos

InulinaAlmidnGlucgeno

22/07/2015

2

MONOSACRIDOS

Los monosacridos de clasifican por su grupo funcional en: Aldosas Cetosas

Y por el nmero de tomos de carbono en: Triosas C = 3 Tetrosas C = 4 Pentosas C = 5 Hexosas C = 6

MONOSACRIDOS

Son slidos, blancos o cristalinos, solubles en agua y tienen sabor dulce.

Algunos tienen poder reductor: en determinadas condiciones reducen el in cprico (azul) a in cuproso (rojo).

Los derivados se forman por: reduccin (desoxirribosa), oxidacin (c.glucornico) o sustitucin (glucosamina).

22/07/2015

3

Isomera de Monosacridos Reacciones de Monosacridos

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Los monosacridos tienen un grupo aldehdo o una cetona y varios hidroxilos y consecuentemente los cambios qumicos a los que estn sujetos se relacionan con las transformaciones de estas funciones; se ven afectados por los cidos, los lcalis, las altas temperaturas y los agentes oxidantes y reductores, que provocan su isomerizacin, enolizacin, deshidratacin, ciclizacin, oxidacin, reduccin, etc.

Entre las reacciones ms relevantes en que participan se encuentran las que provocan un oscurecimiento o pardeamiento

a. Reducciones a Polialcoholes

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Los monosacridos se reducen a sus correspondientes alcoholes por accin de NaBH4 o de hidrogeno, bien de forma cataltica o electroltica.

La reduccin de la glucosa se aprovecha ampliamente para obtener azcares-alcoholes (polioles) que tienen un gran nmero de aplicaciones en la industria alimentaria: se utilizan como edulcorantes en alimentos dietticos, disminuidores de la actividad de agua en alimentos de humedad intermedia, humectantes, inhibidores de la cristalizacin.

b. Reacciones de Pardeamiento

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Durante la fabricacin, el almacenamiento, etc., muchos alimentos desarrollan una coloracin que en ciertos casos mejora sus propiedades sensoriales, mientras que en otros las deteriora.

Los mecanismos de oscurecimiento en los que intervienen azcares reductores son: la caramelizacin y la reaccin de Maillard.

22/07/2015

4

b.1 Caramelizacin

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Esta reaccin de oscurecimiento, tambin llamada pirlisis, ocurre cuando los azcares se calientan por encima de su punto de fusin; se efecta tanto a pH cidos como alcalinos y se acelera con la adicin de cidos carboxlicos y de algunas sales; se presenta en los alimentos que son tratados trmicamente de manera drstica, tales como la leche condensada y azucarada, los derivados de la panificacin, las frituras, y los dulces a base de leche, como natillas, etc.

b.2 Reaccin de Maillard

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Pardeamiento no Enzimtico Es un grupo muy complejo de transformaciones que traen

consigo la produccin de melanoidinas coloreadas que van desde amarillo claro hasta caf oscuro, o incluso negro; para que se lleven a cabo se requiere de un azcar reductor (cetosa o aldosa) y un grupo amino libre proveniente de un aminocido o de una protena.

El caracterstico y deseado color de la costra de los alimentos horneados se debe a esta reaccin, 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.

Etapas de la Reaccin de Maillard

Ing. Elena Chau L.

1 Condensacin del azcar reductor con el

grupo amino

2 Transposicin de los productos de

condensacin

3 Reaccin de los productos de la

transposicin.

4 Polimerizacin y formacin de sustancias

coloreadas.

Ing. Elena Chau L.

AZCARES+

AMINOCIDOS

- Agua- cidos- Aldehdos- Cetonas- CO2- Dehidrorreduc

tonas- Furanonas- Furanos- Furfurales- Imidazoles- Lactonas- Melaninas- Pirazinas- Pironas- Reductonas- Etc.

GENERAN

22/07/2015

5

MONOSACRIDO

DISACRIDOS

Tienen propiedades semejantes a las de los monosacridos: blancos, cristalinos, solubles en agua

Pueden clasificarse en reductores (maltosa, lactosa) y no reductores (sacarosa), si les queda o no grupos cetonas o aldehidos libres, respectivamente

MONOSACRIDO MONOSACRIDO MONOSACRIDO

REDUCTOR

(Un grupo aldehdo libre)

NO REDUCTOR

(Ningn grupo aldehdo libre)

Principales Disacridos

Propiedades de los Azcares

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Para la elaboracin de un gran nmero de alimentos, la industria ha empleado tradicionalmente diversos mono y disacridos, como la glucosa, la sacarosa, el azcar invertido y la lactosa; sin embargo, ahora han adquirido mayor popularidad algunos azcares-alcoholes, sobre todo el xilitol y el sorbitol, que, en ciertos casos, han desplazado a los primeros.

a. Cristalizacin

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Una de las principales caractersticas de los azcares es su capacidad de formar cristales. Generalmente, la cristalizacin se consigue enfriando soluciones saturadas de los azcares, con lo que se provoca la inmovilizacin y reorganizacin de las molculas, formndose un cristal.

Los factores que ms influyen en el crecimiento de los cristales son los siguientes: grado de saturacin de la disolucin original, temperatura, naturaleza de la superficie del cristal y naturaleza y concentracin de las impurezas presentes en la disolucin, las cuales pueden adsorberse a la superficie del cristal reduciendo as su velocidad de crecimiento.

22/07/2015

6

b. Higroscopicidad

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

La atraccin de agua por los carbohidratos es una de sus bsicas y ms tiles propiedades fsicas.

Esta propiedad de los azcares est directamente relacionada con la facilidad que tienen sus OH de establecer puentes de hidrgeno con el agua, lo cual conduce a la solvatacin y/o solubilizacin de los azcares y de muchos de sus polmeros.

La estructura del carbohidrato afecta en gran medida a la velocidad de unin con el agua, as como a su cantidad.

c. Poder Edulcorante

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Una de las propiedades ms reconocidas de los carbohidratos es su poder edulcorante. Salvo muy pocas excepciones, los mono y oligosacridosposeen sabor dulce y se diferencian entre s, entre otras cosas, por su poder edulcorante.

La propiedad de ser dulces de estos hidratos de carbono est muy relacionada con los grupos hidroxilo y con su estereoqumica; por ejemplo, la -D-glucosa es dulce, mientras que su epmero, la -D-manosa, es amargo.

Ing. Elena Chau L.

DulzuraAzcar En solucin Forma cristalina

-D-fructosa 135 180-D-glucosa 60 74-D-glucosa 40 82-D-galactosa 27 32-D-galactosa -- 21-D-manosa 59 32-D-manosa Amargo Amargo-D-lactosa 27 16-D-lactosa 48 32-D-maltosa 39 --

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Los factores que influyen en el poder edulcorante son la temperatura y la concentracin del azcar: La D-fructosa es ms dulce a temperaturas bajas, fenmeno

que se aprovecha en la elaboracin de bebidas refrescantes que se consumen normalmente fras.

La glucosa es menos dulce que la sacarosa, pero ambas causan la misma sensacin a una concentracin de 40%.

La presencia de cidos, sales y algunos polmeros, as como la viscosidad del sistema, modifican esta percepcin; el etanol intensifica la dulzura de la sacarosa y lo mismo hacen los cidos con la fructosa

22/07/2015

7

d. Inversin de los Azcares

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

La inversin de los azcares, fundamentalmente de la sacarosa, consiste en una hidrlisis de su molcula bien por va enzimtica (invertasa) o por procedimientos fisicoqumicos como la hidrlisis con cido clorhdrico a temperatura elevada o la utilizacin de resinas sulfnicas.

El producto obtenido se conoce como azcar invertido y se encuentra de forma natural en la miel.

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

El fenmeno de la inversin provoca un aumento del sabor dulce y sobre todo un aumento de la solubilidad del azcar debido a que la fructosa libre es ms soluble que la sacarosa. Este hecho es interesante porque aumenta la posibilidad de incrementar la concentracin de azcares en una solucin.

POLISACRIDOS

Son polmeros formados por ms de 20 monosacridos dispuestos en forma lineal o ramificada.

Si todos los monmeros constituyentes son de un mismo azcar, los polisacridos se denominan homopolisacrido (celulosa, almidn). Si son de diferentes azcares, se denominan heteropolisacaridos(gomas).

Presentan funcin: Reserva. Amilosa, amilopectina, glucgeno. Estructurales. Forman fibras. Ej. Celulosa. Derivados. Condrointinsulfatos, heparina, peptidoglucanos.

Propiedades

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

No producen verdaderas soluciones, sino ms bien dispersiones de tamao coloidal; puros no tienen color, aroma o sabor. Su peso molecular, que puede llegar a ser hasta de millones, es en realidad un promedio, puesto que las molculas no son iguales y siempre presentan una distribucin de valores.

Se encuentran como cadenas lineales, o bien, ramificadas, que a su vez pueden estar integradas por un solo tipo de monosacrido (homopolisacrido), o tambin por varios tipos de monosacridos (heteropolisacrido. De cualquier manera, sus componentes siempre estn unidos regularmente con una secuencia y estructura repetitivas, representando polmeros con un alto grado de ordenacin.

22/07/2015

8

Uso de Polisacridos en alimentos

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Los polisacridos se encuentran en forma natural en muchos alimentos, y tienen significacin como materiales estructurales (en frutas y verduras) y como nutrientes (en cereales, patatas y legumbres).

Adems, en algunas ocasiones se aaden a otros para obtener la formulacin correcta, como en el caso del almidn, la carragenina y las pectinas, que se utilizan por sus propiedades funcionales. Se utilizan en grandes cantidades en forma nativa o modificada en el procesado tecnolgico de muchos alimentos.

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Se pueden usar como: Estabilizadores a travs de sus interacciones con agua. Emulsionantes Gelificantes Estabilizan o forman espumas Mejoran la textura, dando cuerpo al alimento. Espesantes y agentes de viscosidad Encapsulacin de sabores artificiales, fijacin de sabores Controlan la cristalizacin de azucares, sales y agua. Forman pelcula resistentes Agentes floculantes Espesantes en alimentos dietticas bajos en caloras.

Almidn

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

El almidn se encuentra ampliamente distribuido en los diversos rganos de las plantas como carbohidrato de reserva. Es tambin, componente de gran cantidad de alimentos, y la fuente ms importante de carbohidratos de la alimentacin humana.

Qumicamente es una mezcla de dos polisacridos muy similares, la amilosa y la amilopectina

Caractersticas de la Amilosa y Amilopectina

Ing. Elena Chau L.

Caracteristica Amilasa Amilopectina

Forma Lineal, helicoidal Muy ramificadaEnlaces (1,4) (1,6) ramificacinUnidades de glucosa 250 - 6000 > 10 000

Estabilidad en solucin

Reasociacin EstableRetrogradacin Ligera tendencia a la

retrogradacin

Formacin de gel consinresis

Transparencia de lasolucin

Opaca Transparente

Color por tincin conyodo

Azul intenso Pardo rojizo

22/07/2015

9

Polisacridos.- ALMIDN Gelatinizacin del Almidn

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Los grnulos de almidn son insolubles en agua fra debido a que su estructura est altamente organizada y a que presenta una gran estabilidad debido a las mltiples interacciones que existen con sus dos polisacridos constituyentes; sin embargo, cuando se calientan empieza un proceso lento de absorcin de agua en las zonas intermicelares amorfas, que son las menos organizadas y las ms accesibles.

una vez que la parte amorfa se ha hidratado completamente, la cristalina inicia un proceso semejante, pero para esto se requiere ms energa.

Gelatinizacin del Almidn

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Al llegar a una cierta temperatura, el grnulo alcanza su volumen mximo y pierde tanto su patrn de difraccin de rayos X como la propiedad de birrefringencia: si se administra ms calor, el grnulo hinchado, incapacitado para retener el lquido, se rompe parcialmente y la amilosay la amilopectina, fuertemente hidratadas, se dispersan en el seno de la disolucin.

A todo este proceso se le llama gelatinizacin y es una transicin de un estado ordenado (la estructura cristalina) a otro desordenado en el que se absorbe calor. Es decir, la gelatinizacin transforma los grnulos de almidn insolubles en una solucin de las molculas constituyentes en forma individual. Representacin esquemtica de los cambios en el

almidn durante el calentamiento en exceso de agua.

Ing. Elena Chau L.

22/07/2015

10

Ing. Elena Chau L.

Tipo Amilopectina(%) Amilosa (%)Tamao del

grnulo (micras)

Temperatura de

gelatinizacin (C)

Maz 73 27 5-25 62-72Maz rico en

amilasa 20-45 55-80 5-25 67-80

Papa 78 22 5-100 58-67Arroz 83 17 2-5 62-78

Maz creo 99-100 0-1 5-25 63-72Sorgo creo 99-100 0-1 5-25 67-74

Trigo 76 24 11-41 58-64

Pectina

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Las pectinas son muy abundantes en todo el reino vegetal. Se obtienen de las cscaras de los ctricos y de restos de manzanas, que las contienen, respectivamente, en un 20-40% y 1020% de la materia seca.

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Las pectinas estn formadas fundamentalmente por restos de cido -D-galacturnico unidos por enlaces (1 4) y en la cual algunos de los carboxilos pueden estar esterificados con metilos o en forma de sal.

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

Las pectinas forman geles termorreversibles a pH 3 y en presencia de iones Ca2+ tambin a pH ms alto.

La capacidad de formacin de geles es, en condiciones por lo dems iguales, directamente proporcional al peso molecular e inversamente al grado de esterificacin. Las pectinas menos esterificadas necesitan, para llegar a formar geles, valores muy bajos de pH y/o iones calcio; pero gelifican sin embargo en presencia de menores concentraciones de azcar.

22/07/2015

11

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

A causa de su gran capacidad para la formacin de geles, se utilizan grandes cantidades de pectinas para la elaboracin de mermeladas y jaleas.

Las condiciones estndar para la formacin de un gel estable son, por ejemplo: contenido en pectina

22/07/2015

12

Mg. Sc. Ing. Elena Chau L.

El uso de las gomas en la industria alimentaria es muy vasto: en helados, confitera, jugos de frutas, cerveza, vinos, mayonesa, quesos, mermeladas, aderezos, embutidos, productos dietticos, etc. En cada caso, las gomas desempean un papel muy caracterstico gracias a las propiedades funcionales que desarrollan.