PRESENTACIÓN SOSTENIBLE

Hidratos de carbono

Tipos de hidratos de carbono. Reacciones químicas de HC Tecnologías de HC

Introducción

Los hidratos de carbono —o carbohidratos— (CHO) son compuestos formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, presentan la fórmula general Los CHO son los compuestos orgánicos más abundantes en la natu- raleza, y también los más consumidos por los seres humanos (en muchos países constituyen entre 50 y 60% de la dieta poblacional).

Hidratos de carbono como combustible

la glucosa da origen a muchos otros azúcares, como la sacarosa y la fructosa, o bien a polímeros como la celu- losa y el almidón. Los organismos obtienen energía a través del metabolismo bioquímico de los CHO (glucólisis y ciclo de Krebs).

Hidratos de carbono no digeribles

En general, los azúcares simples no se encuentran libres en la naturaleza, sino en forma de polisacáridos, como reserva energética (almidones), o como parte de la estructura firme del producto (fibra dietética, vg. celulosa, pectinas, gomas y hemicelulosa), en cuyo caso no son digeribles,

Hidratos de Carbono y alimentos

La estructura química de los carbohidratos determina su funcionalidad y características, mismas que repercuten de diferentes maneras en los alimentos, principalmente en el sabor, la viscosidad, la estructura y el color. Las propiedades de los alimentos, tanto naturales como procesados, de- penden del tipo de carbohidrato que contienen y de las reacciones en que éstos intervienen.

Hidratos de Carbono

La glucosa es una forma de carbohidrato importante en el metabolismo de las células;

Su oxidación completa a CO2 y H2O, por medio de la glucólisis y el ciclo de Krebs, genera ATP, unidad de transferencia de energía en sistemas biológicos.

La reserva de estos compuestos son, respectivamente, el glucógeno y el almidón, polímeros de glucosa cuya combustión genera 4 kcal/g (17kJ/g);

La porción de fibra dietética presente en los vegetales no pro- duce energía.

CLASIFICACIÓNY NOMENCLATURA

Hidratos de carbono

Clasificación de los hidratos de carbono más importantes en los alimentos

Existen diversas clasificaciones de los carbohidratos, cada una de las cuales se basa en un criterio distinto: -Estructura química, -Ubicación de grupo C=O (en aldosas o cetosas), -Número de átomos de carbono en la cadena (triosa, tetrosa, pentosa, hexosa), -Abundancia en la naturaleza -Uso en alimentos, -Poder edulcorante, etc.

Oligosacáridos (de 2 a 10 unidades de azúcar) Disacáridos: lactosa, sacarosa, maltosa, etc. Trisacáridos: rafinosa, etc. Tetra y pentasacáridos: estaquiosa, verbascosa, etc.

Monosacáridos(1 unidad de azúcar) Pentosas: xilosa, arabinosa, ribosa, etc. Hexosas: aldohexosas: glucosa, galactosa, manosa, etc. cetohexosas: fructosa, sorbosa, etc.

Polisacáridos (más de 10 unidades de azúcar) Homopolisacáridos: almidón, glucógeno, celulosa, etc. Heteropolisacáridos: hemicelulosa, pectinas, etc.

MONOSACÁRIDOS

Química de los alimentos

Monosacaridos

Estos compuestos, solubles en agua, son insolubles en etanol y en éter; además son dulces —aunque existen algunos amargos— y tienen apariencia cristalina y blancaCasi todos los monosacáridos se han podido cristalizar, pero en ciertos casos el procedimiento necesario para ello es difícil si no se cuenta con cristales que permi- an iniciarlo. Al igual que otros, los cristales de los azúcares pueden descomponerse a temperaturas cercanas a su punto de fusión, e intervienen en un gran número de reacciones..

La glucosa es el monosacárido más abundante en la naturaleza; se encuentra en diferentes frutas, como las manzanas y las fresas, y en hortalizas como la cebolla Su concentración depende básicamente del grado de madurez del producto, como se detallará y ejemplificará posteriormente.

Distribución en la naturaleza

Otro tipo de producto rico en glucosa es la miel, que contiene aproximadamente un 40% de ésta; la adulteración más común en la miel se presenta mediante la adición de sacarosa invertida, lo cual altera la relación glucosa-fructosa; este resultado se emplean como un indicativo de adulteración en este producto.

Dextrosa

Debido a que la glucosa es dextrorrotatoria (es decir, gira a la derecha sobre el plano de la luz polarizada) también se le conoce con el nombre de dextrosa, y como es muy abundante en la uva (95% de los azúcares totales), se le llama azúcar de la uva. La glucosa que se emplea comercialmente en la elaboración de gran número de alimentos y se obtiene de la hidrólisis controlada del almidón

Levulosa (fructuosa)

Por su parte, la fructosa se encuentra principalmente en jugos de diversas frutas y en las mieles; cuando se hidroliza la sacarosa, se produce en cantidades equimoleculares con glucosa. Al igual que la mayoría de los monosacáridos, la fructosa es un azúcar reductor y, dado que es altamente levorrotatorio, se le designa con el nombre de levulosa.

Forma parte de algunos polisacáridos, principalmen- te de la inulina (polisacárido lineal que contiene una glucosa terminal, y cuya unión molecular se da mediante enlaces b(2-1) glicosídicos no digeribles), que se encuentra en plantas como el maguey, el ajo y la alcachofa, entre otras. La extracción comercial de la inulina —alentada por reportes científi- cos que indican una mejora en la absorción de calcio y magnesio se lleva a cabo a partir de la achicoria, herbácea compuesta que contiene hasta 20% de dicho monosacárido.

Grado de maduración y contenido de azúcares

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

El contenido de los distintos azúcares en las frutas varía según el grado de maduración de éstas. Por ejemplo, en la fase inicial del desarrollo del durazno y del chabacano, los monosacáridos son más abundantes que la sacarosa; sin embargo, cuando los frutos alcanzan su estado comestible, los primeros se reducen a costa de las síntesis del disacárido. .

En la maduración de las frutas climatéricas —como el plátano—, el etileno provoca la activa- ción de diversas enzimas que catalizan la síntesis de fructosa, glucosa y sacarosa a partir del almidón; por su importancia destacan la sacarosa sintetasa y la invertasa.

El contenido y tipo de azúcares en las frutas, los vegetales, mieles, jarabes y productos deriva- dos de éstos (donde los azúcares son los componentes dominantes) son como su huella digital, y conocerlos permite, junto con el resultado de otros análisis (pigmentos, ácidos orgánicos, azúcares,, determinar si un producto derivado de los mismos ha sido adulterado mediante la adición de azúcares de un origen diferente al esperado.

No se debe perder de vista que los tratamientos térmicos aplicados a los diferentes productos procesados pueden afectar la re- lación de los azúcares al presentarse diversos tipos de reacciones, como caramelización, reacciones de oscurecimiento de Maillard, hidrólisis,

Los granos de los cereales tienen una proporción baja de azúcares libres (de 1 a 3% en peso, aproximadamente), sobre todo en el germen y en las capas de salvado.

La galactosa es parte constitutiva de algunos compuestos químicos, como los cerebrósidos y los gangliósidos, indispensables en los tejidos nerviosos del cerebro.

Es muy abundante en forma combinada principalmente con la glucosa integrando, por ejemplo, la lactosa un metabolismo inadecuado de este azúcar puede acarrear muy serios problemas de salud al ser humano.

Las pentosas se encuentran como polímeros o como parte integrante de diversos glu- cósidos, por lo que es raro hallarlas en estado libre.

La arabinosa es constituyente de varios polisacáridos (llamados arabanas), de gomas y de hemicelulosas, sustancias que se encuentran en el reino vegetal.

La ramnosa es una metilpentosa (desoxiazúcar) de varios glucósidos importantes, como la solanina, la hesperidina, la naringina y otras antocianinas.

La xilosa, también llamada azúcar de la madera, se obtiene por hidrólisis de los polisacáridos estructurales de la madera (xilanas), de la mazorca del maíz y de la paja

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OLIGOSACÁRIDOS

Este grupo de sustancias se considera tradicionalmente como producto de la condensación de entre tres y 10 monosacáridos mediante un enlace glucosídico. Cuando el número de monómeros es mayor, la molécula resultante se llama polisacárido, y sus características específicas dependen del tipo de azúcar que los conforma, así como de si su estructura es lineal o ramificada

Nomenclatura

Al monómero que lo cede se le agrega el sufijo “sil” inmedia- tamente después de su nombre.

Durante la formación de oligosacáridos, uno de los azúcares elimina su OH anomérico para poder establecer el enlace glucosídico

la lactosa es la O-b-D-galactopiranosil-(1,4)-a-D-glu- copiranosa, o 4-O-b-D-galactopiranosil-D-glucopiranosa

En caso de que los dos monosacáridos estén unidos por medio de sus respectivos carbonos anoméricos, se producen azúcares no reductores, como la sacarosa.Los disacáridos se han dividido de acuerdo con su poder reductor.

No reductores

Reductores

La sacarosa

La lactosa La celobiosa, La isomaltosa La maltosa

Oligosacaridos y su digestion

El organismo humano sólo utiliza los oligosacáridos después de que han sido hidrolizados enzimáticamente en el intestino delgado, y convertidos en sus correspondientes monosacáridos.Se absorben a través de la pared intestinal para lle- gar a los sitios donde finalmente pasan al torrente sanguíneo, mismo que los traslada a donde serán aprovechados.

Sacarosa

La sacarosa es el químico orgánico más abundante en el mundo. Su hidrólisis parcial se aprovecha comercialmente en la elaboración de azúcar invertido usado en bebidas, ya que se reduce el porcen- taje de azúcar necesario para proporcionar un dulzor determinado.Grado de solubilidad muy alto Gran capacidad de hidratación Menos higroscópico que la fructosa Capacidiad para retener y liberar agua en función de la humedad relativa del ambiente.

Sacarosa

La sacarosa (b-D-fructofuranosil-a-D-glucopiranosa) llamada comúnmente “azúcar”, está integrada por una glucosa cuyo carbono aldehídico se une al cetónico de la fructosa, estableciendo un enlace glucosídico b(1,2) que impide que este disacárido sea reductor por carecer de grupos aldehído o ce- tona libres

Sacarosa

Abunda en forma natural en casi todas las frutas, en algunas raíces (como la remola- cha, a partir de la cual se obtiene comercialmente, junto con la caña de azúcar), en ciertos granos, y en leguminosas como los chícharos. Su concentración en los diversos alimentos varía de manera con- siderable según el grado de madurez de estos productos.

Por ejemplo, antes de alcanzar la madurez óptima para su cosecha, los chícharos (guisantes) contienen un porcentaje de sacarosa que represen- ta 95% del total de los azúcares (9.5% del peso de la legumbre), y algunos monosacáridos como glu- cosa, fructosa y galactosa en baja cantidad; además, como la proporción de sacarosa es mayor que la del almidón, un chícharo inmaduro tiene un sabor dulce y una textura delicada.

El rendimiento máximo por hectárea se logra cuando la proporción de almidón es mayor, a pesar de que las características sensoriales más adecuadas se ubican en un pun- to anterior a éste.

Al continuar el proceso natural de maduración, la sacarosa se convierte en almidón mediante una transformación bioquímica una vez cosechado y alma- cenado

El producto maduro la cantidad del polisacárido se incrementa de 2 a 16%, aproximadamente, debido a un proceso contrario al del plátano hace la textura más rígida y el sabor menos dulce.

Cambios como el anterior se observan también en otros alimentos, por ejemplo, en garbanzos, ejotes, habas y maíz. En algunos tubérculos como la papa (patata), la sacarosa (y algo de concentración glucosa y de fructosa) se sintetiza a partir del almidón por acción enzimática amilolítica que se favorece a temperaturas inferiores a 12oC, lo que provoca la transformación de almidón en glucosa.

Esto ocasiona que el producto sea inadecuado para la industrialización, ya que los azúcares intervienen en reacciones de oscurecimiento durante el freído, o se pierden por lixiviación en el lavado. Por otra parte, si el almacenamiento se lleva a cabo a 25°C durante algunos días, la glucosa se transforma en almidón, haciendo el producto adecuado para su transformación comercial.

Caries y Sacarosa

Esta enfermedad es el resultado del crecimiento de bacterias tales como Streptococcus mutans y S. sanguis, que utilizan el disacárido y lo transforman en los ácidos pirúvico, acético y láctico, agentes que disuelven el esmalte de los dientes. Estos microorga- nismos sintetizan, además, dextranas (polímeros de glucosa) que les sirven de soporte, y crean un microambiente adecuado para su desarrollo.

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Azúcar invertido

Se conoce con este nombre a la mezcla de azúcares producida cuando la sacarosa se hidroliza, química o enzimáticamente.El adjetivo “invertido” se refiere al cambio del poder rotatorio que se observa durante dicha hidrólisis: la sacarosa es dextrorrotatoria (􏰂66o), pero al transformarse en glu- cosa (􏰂52o) y en fructosa (􏰁92o), la mezcla resultante desarrolla un poder levorrotatorio (􏰁20o) por la fuerte influencia de la fructosa

Azúcar invertido

La producción de azúcar invertido puede lograrse mediante acción enzimática (el uso de una invertasa) o mediante tratamientos químicos que involucran la ruptura del enlace acetal, adicionando un H del agua a la fructosa y un O a la glucosa.e produce naturalmente en la miel de abeja, razón por la cual dicho produc- to es tan dulce; también en los jugos de frutas con pH ácido y que sufren algún tratamiento térmico se percibe un ligero aumento de la dulzura, debido a la hidrólisis de la sacarosa.

Dulzura del azucar invertido

• el azúcar invertido es 27% más dulce que la sacarosa
• 1.3 veces más dulce
• no cristaliza
• es higroscópico
• azúcar líquido
• Realza el sabor en productos derivados de fruta
• Puede reducir As

Debido a la presencia de la fructosa, el azúcar invertido es un poco más dulce que la sacarosa. Si consideramos un valor arbitrario de 100 para el poder edulcorante del disacárido, el de la fructosa es de 180 y el de la glucosa de 74; consecuentemente, el del azúcar invertido será el promedio:

Maltosa

Integrada por dos moléculas de glucosa, es un azúcar reductor hidrolizado por ácidos y por la enzima maltasa; presenta el fenómeno de la mutarrotación, se encuentra comúnmente en la cebada y en los hi- drolizados de maíz y de almidones

Maltosa

es el menos higroscópico

Propiedades químicas

no es tan dulce como la glucosa

Es fermentable

soluble en agua, y no cristaliza fácilmente.

Existen jarabes comerciales con altos porcentajes de este disacárido fabricados enzimáticamente a partir de almidón mismos que disfrutan de gran aceptación en la industria alimentaria para la elaboración de bebidas alcohólicas como el whisky y la cerveza, entre otras; de hecho, la malta germinada, materia prima empleada en la elaboración de dichas bebidas, se obtiene mediante la germinación de cebada por el proceso llamado malteado.

Lactosa

Se encuentra exclusivamente en la leche de los mamíferos, y está constituida por una molécula de galactosa y otra de glucosa, unidas mediante un enlace glucosídico b(1,4). Debido a que el carbono anomérico de la glucosa está libre, este disa- cárido presenta las características de los azúcares reductores

Propiedades Químicas

Es un azúcar reductor

Presenta 15% del poder edulcorante de la sacarosa.

Poder adsorbente

Es el menos soluble y menos dulce

Algunos grupos étnicos no la toleran

Utilización alimentos

La lactosa se utiliza en la industria para retener compuestos que impar- ten sabores, aromas y colores y, al igual que la maltosa, se emplea en la panificación, pues interac- ciona fácilmente con proteínas y produce pigmentos mediante las reacciones de Maillard; también se aplica en productos de confitería, mezclas secas, productos lácteos, vegetales secos, botanas y fórmulas de alimento infantil.

Otros oligosacáridos

La lactulosa (4-O-a-D-galactopiranosil-D-fructofuranosa)

Disacárido reductor constituido por la unión de la galactosa y de la fructosa mediante un enlace glucosídico.

Se produce durante el calentamiento de la lactosa de la leche al epimerizarse la glucosa en fructosa, es un azúcar no reductor cuya aplicación principal se da en el área farmaceútica, como laxante

la celobiosa

(4-O-b-D-glucopiranosil-b-D-glucopiranosa) es el disacárido obtenido de la hidrólisis parcial de la celulosa, y la neoquestosa (fructosa-glucosa-fructosa), que es un trisacárido que se localiza principalmente en los granos de los elotes

Otros hidratos de carbono importantes son los a-galactosacáridos que se encuentran en las leguminosas (soya, frijoles, garbanzos, cacahuates, chícharos, alubias, etcétera); también se han identificado en algunos cereales

estaquiosa

verbascosa

rafinosa

Estos hidratos de carbono se caracterizan por ser productores de gases intestinales en el ser hu- mano; es decir, su consumo causa flatulencia, debido a que el tracto no sintetiza la a-galactosidasa.

Toda vez que estos carbohidratos no son digeribles a nivel estomacal

No son hidrolizados durante el metabolismo normal de los alimentos; de esta forma llegan al íleon y al colon

En donde la flora intestinal normal los descompone en sus correspondien- tes monosacáridos,

Los que a su vez son fermentados anaeróbicamente para generar anhídrido carbó- nico e hidrógeno, y algo de metano.

La formación de gases irrita las paredes intestinales, excita la mucosa y aumenta los movimientos peristálticos, originando en algunos casos la imperiosa necesidad de evacuar el intestino cuando la flatulencia es excesiva, puede incluso provocar diarrea.

El proceso fermentativo de estos azúcares no tiene relación con bacterias aeróbicas, como Escherichia coli, que se encuentran en gran concentración en el intestino; parece que los verdaderos responsables son el Clostridium perfringens y otros microorganismos anaeróbicos

En la soya, la concentración de los a-galactosacáridos en general aumenta considerablemente durante la maduración de la semilla y disminuye en la germinación

Debido a que estos azúcares son hidrosolubles, se pueden eliminar parcialmente de los granos y las semillas que los contienen me- diante un remojado prolongado; este proceso se acelera si se adiciona calor al proceso.

12-24hrs

Remojar

CUADRO 2.8 Hidratos de carbono de la harina de soya desgrasada y descascarillada

1. Algunos alimentos orientales a base de soya fermentada (tempe y tofu) se inoculan con hongos como Rhizopus
2. Que consumen los oligosacáridos para crecer, resultando en una reducción en la con- centración final del producto
3. Existe una relación entre el hidrógeno intestinal generado en las ratas de laboratorio y la cantidad de gases que el ser humano puede sintetizar con el mismo tipo de dieta
4. Por esa razón, para medir la flatulencia humana se determina el hidrógeno que producen las ratas.

REACCIONES QUÍMICAS DE LOS MONOSACÁRIDOS

Hidratos de carbono

Reacciones más importantes

Introducción

Los monosacáridos tienen un grupo aldehído o una cetona y varios hidroxilos; consecuentemente, los cambios químicos a los que están sujetos se relacionan con las transformaciones de estas funciones: se ven afectados por los ácidos, los álcalis, las altas temperaturas y los agentes oxidantes y reductores, que provocan su isomerización, enolización, deshidratación, ciclización, oxidación, reducción, etc. Ante la presencia de álcalis y ácidos se dan normalmente a pHs extremos, debido a que son relativamente estables entre pHs de 3 y 7.

Entre las reacciones más relevantes en que participan se encuentran las que provocan un oscurecimiento o empardeamiento

Por álcalis

Los álcalis inducen diversas transformaciones en los monosa- cáridos; en soluciones débiles provoca enolización y aun fragmentación del azúcar, a las que puede seguir reacciones secundarias.

Los disacáridos se transforman en aldosas o cetosas, mientras que la lactosa puede convertirse en lactulosa,

Por álcalis

Las aldosas que se generan con este rompimiento pueden, a su vez, enolizarse y sintetizar nuevos compuestos, entre los cuales desta- can el diacetilo, el acetol, la acetoína y algunos ácidos como el láctico, el propiónico y el pirúvico.

Estos enoles son agentes muy reductores (más que los propios monosacáridos de donde provienen), su presencia se aprovecha para medir el poder reductor de los azúcares mediante una reacción alcalina en la que se usa el ion cúprico como agente oxidante.El método más conocido es el de Fehling, el cual se aplica comúnmente en la determinación de azúcares reductores

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Por álcalis

La reacción emplea sulfato cúprico con un amortiguador de pH a base de tartrato de sodio y potasio, y se lleva a cabo con aplicación de calor. El hidrato de carbono disuelto en esta solución produce enoles que reducen el ion cúprico a cuproso, produciéndose el óxido correspondiente de color rojo

Existen otros métodos que se basan en un principio similar al de Fehling,

Con tartrato trivalente de bismuto

la reacción de Nylander

Que es un procedimiento gravimétrico (técnica de laboratorio utilizada para determinar la concentración de una sustancia midiendo un cambio en la masa.

Donde el ion cúprico se compleja con ion citrato

el método de Benedict

método de Munson Walker,

Por altas temperaturas

Por ácidos

La isomerización de los azúcares en condiciones ácidas es muy lenta en comparación con la que se efectúa con los álcalis

Las altas temperaturas aceleran considerablemente todos los cambios que sufren los monosacáridos en condiciones tanto ácidas como alcalinas, pero a pH neutro catalizan las reacciones de carameli- zación y de oscurecimiento no enzimático.

las reacciones de deshidratación son más rápidas y se aceleran considerablemen- te a altas temperaturas, produciendo derivados furanos

Reacciones de oscurecimiento o de empardeamiento

Durante la fabricación, el almacenamiento y otros procedimientos en que intervienen, muchos ali- mentos desarrollan una coloración que, en ciertos casos, mejora sus propiedades sensoriales, mientras que en otros las deteriora; la complejidad química de los alimentos hace que se propicien diversas transformaciones responsables de estos cambios. En algunas situaciones los pigmentos naturales (vg. mioglobina, clorofila, antocianinas, etc.) se pierden, y en otras la oxidación de las grasas y la interac- ción de taninos con el hierro generan compuestos coloreados que no están presentes en el producto ori- ginal.

Sin embargo, existe otro grupo de mecanismos muy importantes, llamado de oscurecimiento, enca- fecimiento o empardeamiento, que sintetizan compuestos de colores que van desde un ligero amarillo hasta el café oscuro; en términos generales y para agruparlos, dichos mecanismos se han clasificado como:

Reacciones no enzimáticas

Reacciones enzimáticas

Se incluyen la caramelización, la reacción de Maillard y la degradación del ácido ascórbico

sólo se incluye la reacción catalizada por la polifenoloxidasa (Enzima)

Estos cambios son de fundamental importancia, ya que no sólo dan lugar a un color ligeramen- te amarillo (como la costra de algunos productos de la panificación) o café oscuro (como el de los caramelos que se emplean para colorear bebidas), sino que también sintetizan una gama muy amplia de sustancias que contribuyen al sabor y al aroma, además de alterar la calidad nutritiva y la aparien- cia del alimento. Tales transformaciones no son siempre dañinas; en el caso de muchos productos, como el café, el cacao y el pan, son deseables, debido a que provocan el empardeamiento y el aro- ma requeridos.

Caramelización

También llamada pirólisis, ocurre cuando los azúcares se calientan por arriba de su punto de fusión. La reacción se lleva a cabo tanto a pH ácidos como alcalinos, y se acelera con la adición de ácidos carboxílicos y de algunas sales; se presenta en los alimentos tratados térmicamente de manera drástica, tales como: la leche condensada y azucarada, -Los derivados de la panificación, -Las frituras, -Los dulces a base de leche, como cajeta, natillas, etcétera

Caramelización

Durante esta transformación también se sintetiza una serie de compuestos de bajo peso molecular y muy olorosos, como furanos, furanonas, lactonas, pironas, aldehídos, cetonas, ácidos, ésteres y pirazinas, así como otros con dobles ligaduras conjugadas que igualmente absorben la energía radiante y, por lo tanto, producen colores. ,La 5-dimetilpirazina y la trimetilpirazina se generan por este mecanismo y contribuyen al aroma típico de las frituras de papas y cacahuates; de manera semejante, el maltol, el isomaltol y el etil-maltol, que se forman en la elaboración del pan, son parte fundamental del aroma

Comercialmente, la caramelización se lleva a cabo de manera controlada para la fabricación de caramelos, líquidos o sólidos, que se utilizan como colorante para refrescos de cola, postres, productos de la confitería, etc. Para ello se calientan soluciones concentradas de glucosa o de sacarosa en presencia de ácidos y sales de amonio

Reacción de Maillard

Designa un grupo muy complejo de transformaciones que traen consigo la producción de múltiples compuestos. Entre ellos pueden citarse las melanoidinas coloreadas, que van desde amarillo claro hasta café oscuro e incluso negro, y afectan también el sabor, el aroma y el valor nutritivo de los productos involucrados.Dan lugar a la formación de compuestos mutagénicos o potencialmente carcinogénicos, como la acrilamida.

Reacción de Maillard

Azúcar reductor

Un grupo amino libre

Proveniente de un aminoácido o de una proteína

Cetosa o aldosa)

Esta reacción se puede efectuar en diferentes condiciones, se ve influida sobre todo por los siguientes parámetros:

A pH alcalino se incrementa la velocidad y alcanza un máximo a pH 10

Las temperaturas elevadas también la aceleran, pero debido a que su energía de activación es baja, se observa de igual manera hasta en condiciones de refrigeración.

Actividad del agua, por lo que los alimentos de humedad inter- media son los más propensos

El tipo de aminoácido es decisivo, puesto que será más reactivo en la medida en que se incremente el tamaño de la cadena y tenga más de un grupo amino.

Esta reacción se puede efectuar en diferentes condiciones, se ve influida sobre todo por los siguientes parámetros:

Los azúcares reductores que más favorecen la reacción de Maillard son, en primer término, las pentosas, y en segundo las hexosas; asimismo, las aldosas actúan más fácilmente que las cetosas, y los monosacáridos son más efectivos que los disacáridos. la xilosa es el azúcar más activo, seguido de la galactosa, la glucosa, la fructosa, la lactosa y la maltosa; 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 nucléicos también in- tervienen, porque contienen ribosa 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.

Etapas de la Reacción de Maillard

Condensación del azúcar reductor con el grupo amino.

Transposición de los productos de condensación.

Reacción de los productos de la transposición.

Polimerización y formación de sustancias coloreadas. .

Etapas de la Reacción de Maillard

Efectos dañinos del oscurecimiento

colores y olores indeseables

pérdida de lisina

actividad mutagénica que presentan algunas sustancias

TECNOLOGÍA DE LOS AZÚCARES

Introducción

La industria ha empleado tradicionalmente diver- sos mono y disacáridos, como la glucosa, la sacarosa, el azúcar invertido y la lactosa. Han adquirido mayor popularidad algunos azúcares-alcoholes, sobre todo el xilitol y el sorbitol que, en ciertos casos, han desplazado a los primerosLos diferentes usos de dichos azúcares se basan en sus propiedades funcionales, las cuales son consecuencia de su estructura química: su alto contenido de hidroxilos altamente hidrófilos, les pro- porciona la capacidad de hidratarse y de retener agua al establecer puentes de hidrógeno

Introducción

Estos azucares propician las reacciones de oscurecimiento de Maillard y de caramelización y fermentación, fungiendo como fuente de carbono; son capaces de inhibir el crecimiento microbiano, dependiendo de la concentración a la cual se empleen, por reducir el aa; confieren viscosidad y “cuerpo” a diversos alimentos, etcétera.

Conservación

Los solutos de peso molecular bajo reducen la presión de vapor de agua y, paralelamente, aumentan la presión osmótica; es decir, se pueden emplear para el control microbiológico de diversos hongos, levaduras y bacterias.Este efecto se requiere que estén en solución; por esta razón, lo importante es la cantidad disuelta y no la total añadida.

Conservación y Mermeladas

En el caso de las mermeladas se pueden evitar los hongos y las levaduras ajustando el aa= 0.8, lo que implica la adición de 60-65% de sacarosaEn estos productos, la sacarosa ayuda a la gelificación de las pectinas y su concentración es doblemente importante: si es baja, el gel es débil y puede ocurrir la sinéresis que concentra agua en la superficie, aumenta la actividad del agua y favorece el crecimiento microbiano.

Cristalización

Los azúcares tienen la capacidad de presentar el fenómeno de polimorfismo, que consiste en que un mismo compuesto puede cristalizar en diversas formas.

En la elaboración de productos lácteos condensados la concentración del disacárido alcanza niveles muy cercanos a la saturación, lo que hace relativamente fácil su cristali- zación. Esto, en una determinada proporción, es bueno para lograr las propiedades sensoriales de- seadas; no obstante, si la concentración es menor el producto tendrá un “cuerpo” débil, y si se excede conferirá una textura arenosa.

Se puede inducir la formación de un determinado tipo de cristal.Con el control adecuado de algunos parámetros como la temperatura, las concentraciones,Además de ser soluble en agua y difícil de cristalizar, la fructosa ejerce un efecto inhibidor sobre la cristalización de mono y oligosacáridos, por lo que los jarabes invertidos se emplean en confitería.

La textura y el lustre o brillantez de los chocolates y los dulces se debe en gran medida a la rela- ción de concentraciones de los azúcares amorfos y cristalinos. La relación de éstos es importante, por ejemplo, si la humedad no es la adecuada en los chocolates y, si en su formulación sólo se empleó sa- carosa, ésta se disuelve, migrando a la superficie del producto para cristalizar y producir una mancha blanquecina conocida como sugar bloom, que dota al producto de una textura arenosa y una apariencia desagradable; ésta situación puede evitarse si se emplea azúcar invertido en la formulación..

Hidratación

Esta propiedad de los azúcares está directamente relacionada con la facilidad que tienen sus OH de establecer puentes de hidrógeno con el agua, y varía de manera considerable entre los distintos mono y disacáridos. La hidratación se aprovecha para el control de la actividad del agua de los alimentos, sobre todo los de humedad intermedia. En algunos casos estos hidratos de carbono son higroscópicos, es decir, se hidratan con la humedad del aire, ocasionando un problema en los derivados de la confitería, ya que se vuelven pegajosos.

Hidratación

La selección de un azúcar para un uso específico debe hacerse tomando en cuenta el grado de higroscopia que tiene, ya que este fenómeno es indeseable en los productos deshidratados, como la leche en polvo, los granulados, etc.; sin embargo, en algunos productos de confitería sí es benéfi- co, toda vez que confiere cierta humedad constante que les da aspecto de frescura. Cuando los azúcares son higroscópicos, deben almacenarse en recipientes cerrados y herméti- cos para evitar su exposición al aire húmedo.

Poder edulcorante

Los azúcares presentan diferentes poderes edulcorantes en función de diversos factores Debido a que las determinaciones de dulzura provienen de un grupo de jueces o catadores y, por tanto, son netamente subjetivas, los resultados de todo análisis sensorial están sujetos a errores propios de los individuos

Otros factores que influyen en el poder edulcorante de los azúcares son la temperatura y la con- centración; la D-fructosa es más dulce a temperaturas bajas, fenómeno que se aprovecha en la elabo- ración de bebidas refrescantes que se consumen normalmente frías

La glucosa es menos dulce que la sacarosa, pero ambas causan la misma sensación a una concentración de 40%

La presencia de ácidos, sales y algunos polímeros, así como la viscosidad del sistema, modifican esta percepción

el etanol intensifica la dulzura de la sacarosa, y lo mismo hacen los ácidos con la fructo- sa,

La presencia del maltol y del etil-maltol aumentan el poder edulcorante de la sacarosa: el primero reduce 50% el umbral mínimo de percepción del disacárido.

POLISACÁRIDOS

POLISACÁRIDOS

Los polisacáridos constituyen un grupo heterogéneo de polímeros, en el que intervienen más de 10 monosacáridos unidos por distintos enlaces glucosídicos- no tienen color, aroma ni sabor. -Se encuentran como cadenas lineales o ramificadas -Que pueden estar integradas por un tipo de monosacárido (almidón y la celulosa) -O por varios tipos de monosacáridos (la mayoría de las gomas)

De acuerdo con su función biológica, los polisacáridos se han dividido en dos grandes grupos:

Celulosa

Los que constituyen la estructura celular y le confieren rigidez a los tejidos

Pectinas y gomas

AnimalesGlucogeno

Los que representan la reserva energética de

Vegetales Inulina

Celulosa

Para el organismo humano, la celulosa es parte de la fibra cru- da, por lo que se elimina en las heces sin haber sido aprovechada.La celulosa se encuentra en las frutas, las hortalizas y los cereales como constituyente estructu- ral de las paredes celulares, y también la producen ciertos microorganismos. En el arroz, el maíz y el trigo se localiza en el pericarpio, y en el germen junto con las hemicelulosas y la lignina, represen- tando 1.0, 2.5 y 2.0% del grano, respectivamente.

Dato 3

Celulosa

Generalmente la celulosa no se usa como aditivo de manera directa; se emplean más bien sus diversos derivados, principalmente la carboximetilcelulosa,Presenta propiedades funcionales de interés en la industria de alimentos, actúa como aglutinante, como espesante y estabilizante, y forma películas resistentes. Se utiliza en productos como tortillas de maíz por su habilidad de retener agua, en la elaboración de jugos y néctares, rellenos de pie, productos de panificación, como substituto de grasa, en productos lácteos (helados), en salsas, aderezos y productos elaborados a base de jitomate

Dato 3

Hemicelulosa

Se emplea para referirse a un grupo muy extenso de polisacáridos con diversos tipos de monómeros (heteropolisacáridos) que se localizan en la pared celular,Su composición química se basa en la unión glucosídica de distintos monosacáridos, sobre todo pentosas (vg. arabinosa y xilosa), hexosas (glucosa, manosa y galactosa), ácidos urónicos (galacturónico y glucurónico) y algunos desoxiazúcares.

Hemicelulosa

Cuando aumenta el contenido de hemicelulosas insolubles, la calidad global de los productos de la panificación tiende a reducirse.Estos hidratos de carbono presentan diferentes capacidades de hidratación o retención de agua; por ejemplo, la hemicelulosa proveniente de los frijoles tiene un valor de 3.3 g de agua por gramo de polímero, mientras que el valor de la col es de 12 g y el del trigo de 22.8 g. Se considera que por esta razón los dos últimos alimentos tienen la capacidad de formar grandes volúmenes de bolo, que ayudan a efectuar la defecación más fácilmente

Hemicelulosa

Las hemicelulosas tienen una alta habilidad de absorber agua, razón por la cual se dice que son solubles; al absorber agua en los intestinos ayudan a la formación de heces y a la mejor y más fácil eliminación de éstas, por lo que son ingredientes en la manufactura de varios productos farmacéuti- cos para este propósito.

Almidón

Se encuentra en los ce- reales, los tubérculos y en algunas frutas como polisacárido de reserva energética. Su concentración varía según el estado de madurez de la fuenteEs una mezcla de dos polisacáridos muy similares, la amilosa y la amilopectina; el primero es producto de la condensación de D-glucopiranosas por me- dio de enlaces glucosídicos a

Obtención del almidón

Uno de los métodos para obtener almidón de manera comercial consiste en la llamada molienda hú- meda de maíz, en la que intervienen los siguientes pasos:

Se limpian los granos y se maceran en agua de 24 a 48 horas a 50oC; en esta etapa el maíz absorbe agua hasta alcanzar un contenido de 45 a 50%, con lo cual se ablanda el grano y se facilita su trituración; duran- te este proceso se desprende el germen,

La suspensión resultante se muele y se filtra, y el almidón se separa de las proteínas por diferencia de densidades.

La fracción que contiene el polisacárido se purifica hasta reducir su contenido de proteínas a un valor menor de 0.3%; posteriormente se concentra y se seca por méto- dos como el de tambor rotatorio o el de aspersión.

Los subproductos también tienen un alto valor comercial, ya que el germen se usa para la extrac- ción de aceite comestible, y el gluten, rico en proteínas, para el consumo humano y animal.

Pectinas

Comprenden un extenso grupo de heteropolisacáridos vegetales cuya estruc- tura básica está integrada por moléculas de ácido D-galacturónico, unidas por enlaces glucosídicos a-D-(1,4), sSn responsables de la firmeza de algunos productos.

Pectinas

De todas estas sustancias, las pectinas son las más abundantes e importantes, están en mayor cantidad en los frutos inmaduros y especialmente en algunos tejidos suaves, como en la cáscara de los cítricos (naranja, limón, toronja, lima), en las manzanas, las peras, etc.Las pectinas desempeñan un papel muy importante en la industrialización de las frutas, como la elaboración de jaleas (manufacturadas con pectinas de bajo grado de esterificación), gelatinas (con pectinas de alta esterificación) o geles similares73, 98, 108 y, sobre todo, en lo relacionado con la ela- boración de bebidas.

Glucógeno

Polisacárido de reserva energética animal más importante, se encuentra principalmente en el músculo y en el hígado; Está formado por cadenas de 8-12 moléculas de glucosa, unidas en enlaces 1-4;

Glucógeno e impacto en carne

En el nivel de metabolismo se emplea como fuente de glucosa, la que a su vez se usa en la glu- cólisis para producir moléculas de ATP y de ácido láctico.Después del sacrificio de los animales se reduce el pH por efecto de este ácido, lo que trae consigo una contracción muscular y el endureci- miento característico de la carne post-mortem. Del contenido de glucógeno en los animales depende, en gran medida, la calidad de su carne, ya que si no hay glucógeno, no habrá conversión en ácido láctico y el pH no descenderá lo suficiente, haciendo susceptible la carne al ataque microbiano.

Glucógeno e impacto en carne

Por otra parte, esta situación puede dar lugar a una disminución de la retención de agua en la elabora- ción de productos cárnicos, produciendo carne PSE (Pálida, Suave y Exudativa), o DFD (siglas en inglés de Oscura, Firme y Seca).

Calidad de la carne

Gomas

Grupo muy amplio de polisacáridos de alto peso molecular, que tienen la capacidad de actuar como espesantes y gelificantes, y que presen- tan además algunas propiedades funcionales, como emulsificación, estabilización, crioprotección,

gomas naturales,

semisintéticas

sintéticas.

Tipos de Gomas

Gomas semisintéticas

Gomas sintéticas

Gomas naturales

Se elaboran a partir de un polímero natural que se somete a alguna transformación física o química; en esta categoría están los almidones modificados, al igual que los distintos derivados celulósicos

Son polímeros vinílicos y acríli- cos que hasta la fecha no están aprobadas para el consumo humano, aunque presentan muchas de las propiedades de las naturales.s.

Son obtenidas a partir de una variedad de fuentes: exudados y semillas de plantas terrestres, algas, productos de la biosíntesis de microorganismos.

Todas ellas forman parte de la fibra cruda, ya que el organismo humano está incapacitado para metabolizarlas por carecer del sis- tema enzimático necesario. Su característica más importante se basa en la capacidad que tienen para interactuar con el agua, de manera que, en concentraciones bajas, producen soluciones viscosas, y cuando éstas se incrementan llegan incluso a establecer geles.

Gomas

Al igual que ocurre con la mayoría de los polímeros las proppiedades funcionales de las gomas, como son la de espesante y gelificante, dependen de varios factores. El uso de las gomas en la industria alimentaria es muy vasto: en helados, confitería, jugos de frutas, cerveza, vinos, quesos, mermeladas, aderezos, embutidos, productos dietéticos, etc.

a) los intrínsecos

Propios de la molécula, como el peso molecular, los grados de ionización y de rami- ficación,

b) los extrínsecos

que son propios del sistema, tales como el pH, la fuerza iónica, la temperatura, la concentración de los otros componentes, la interacción con los componentes del alimento

Tipos de Gomas

Goma xantano: sintetizado por diferentes especies de bacterias Xanthomonas, principalmente X. campestris ormada por residuos de D-glucosa, D-manosa y ácido D-glucurónico. aderezos, salsas,

Goma arábiga: formado por una cadena principal de unidades de b-galactopiranosas a la cual se le unen residuos de L-ramnopiranosas, de L-arabinofuranosas y de ácido glucurónico

Agar.Extracto obtenido con agua caliente a pH ligeramente ácido de algas rojas, entre las que se encuentran Gelidium cartilagineum, G. amansii, G. corneum formado por b-D-galactosa, 3,6-anhidro-a-L-galactosa, con 5 a 10% de ésteres sulfato y algo de ácido D-glucurónico. Confiteria

Goma guar: del endospermo de la semilla leguminosa Cyamopsis tetragonolobus consiste en unidades de b- D-manopiranosas unidas b(1,4) se utiliza en aderezos productos lacteos etc.

Goma de algarrobo: extraído del endospermo de las semillas del árbol Ce- ratonia siliqua estructura química corresponde a una galactomanana D-manosas y D-galactosas. En alimentos para bebe, postres congelados

Carrageninas: proviene de la pared celular de las algas ma- rinas rojas (Rodofíceae), siendo los géneros Chondrus Su fórmula química consiste en unidades de D-galactosa unidas por enlaces glucosídicos a(1,3) y b(1,4)

FIBRA

La fibra está constituida por los componentes estructurales de las paredes celulares de los ve- getales, entre los que destacan la celulosa, la hemicelulosa y las pectinas y la lignina Por otra parte, muchos alimentos se elaboran mediante el empleo de gomas, como las de alga- rrobo, guar, arábiga y de tragacanto; éstas también forman parte de la fibra, debido a que no son hi- drolizadas (ni aprovechadas) en el tracto gastrointestinal del humano.

Fibra

Su función principal es que tiene la capacidad de hincharse al absorber agua y, por lo tanto, de aumentar el volumen de la materia fecal; esto provoca un incremento en los movimientos peristálticos del intestino y facilita el tránsito, la distensión intes- tinal y, consecuentemente, la defecación; es decir, su acción primaria se lleva a cabo precisamente en el colon del ser humano. Constipación, diverticulosis, colitis, hemorroides, cáncer en el colon y en el recto, diabetes mellitus, ateroesclerosis

FIBRA

Esta situación provoca que se incremente la viscosidad, se reduzca el tiempo de residencia de los constituyentes del alimento en el intestino, y que sólo las moléculas fácilmente absorbibles atraviesen la pared intestinal; aquellas sustancias irritantes, dañinas y toxicas (vg. las cancerígenas), que ge- neralmente requieren más tiempo para entrar al sistema linfático, no tienen oportunidad de hacerlo y se eliminan en las heces.

Efecto Fibra en secreción biliar

Estos polisacáridos provocan y aceleran la secreción de ácidos biliares y de colesterol; éstos se unen a la fibra y se eliminan en las heces, reduciendo la posibilidad de su reabsorción. También se ha indicado que los hidratos de carbono que contienen pentosas , como los que se encuentran en los cereales, son mejores para evitar la constipación que los de las frutas y hortalizas.

Una dieta muy abundante en fibra puede llegar a provocar problemas estomacales, sobre todo de diarrea, ya que al hidratarse mucho ocasiona un desequilibrio en el contenido de agua intestinal. Además, esta situación también tiene el inconveniente de que los polisacáridos se unen a elementos importantes, como calcio, cinc, hierro, magnesio, fósforo y cobre, así como a la vitamina Bl2 y a algunos aminoácidos, lo que provoca que estos nutrimentos no sean aprovechados, porque se eliminan en las heces.

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