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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
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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).
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Isomera de Monosacridos Reacciones de Monosacridos
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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
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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
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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.
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b.1 Caramelizacin
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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
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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
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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.
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AZCARES+
AMINOCIDOS
- Agua- cidos- Aldehdos- Cetonas- CO2- Dehidrorreduc
tonas- Furanonas- Furanos- Furfurales- Imidazoles- Lactonas- Melaninas- Pirazinas- Pironas- Reductonas- Etc.
GENERAN
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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
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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
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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.
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b. Higroscopicidad
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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
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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.
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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 --
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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
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d. Inversin de los Azcares
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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.
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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
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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.
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Uso de Polisacridos en alimentos
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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.
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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
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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
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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
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Polisacridos.- ALMIDN Gelatinizacin del Almidn
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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