Qal115 Unidad 3.1(2019).pdf

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA INGENIERIA DE ALIMENTOS

QUIMICA DE ALIMENTOS – QAL115

MSc. Carmen Dinora Cuadra Zelaya

UNIDAD III: CARBOHIDRATOS 3.1 AZÚCARES

Carbohidratos • Constituyen más del 90% de la materia seca de los

vegetales. • Son por tanto abundantes, de fácil disponibilidad y baratos. • Poseen muchas estructuras moleculares diferentes,

tamaños y formas, exhiben una gran variedad de propiedades físicas y químicas • Susceptibles de modificación química y bioquímica,

utilizadas comercialmente para mejorar sus propiedades y ampliar su uso. • Composición elemental

genérica, concretamente Cx(H2O)n

Carbohidratos • La estructura química de los hidratos de carbono

determina su funcionalidad y las características que repercuten de diferente manera en los alimentos, principalmente en el sabor, la viscosidad, la estructura y el color.

• La glucosa es el CH

más importante en el metabolismo de las células y su oxidación completa a CO2 y H2O por medio de la glucolisis y el ciclo de Krebs genera ATP.

• Solo 5 CH se han aislado en estado libre, , 3 de los cuales son aldosas (glucosas,

galactosa y manosa) y dos cetosas (fructosa y sorbosa)

Carbohidratos • Los Carbohidratos contienen átomos

de carbono quirálicos (el que existe en dos configuraciones espaciales diferentes).

• quiralidad es la propiedad de un

objeto de no ser superponible con su imagen especular. Como ejemplo sencillo, la mano izquierda humana no es superponible con su imagen especular (la mano derecha).

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos

• Fuente: Badui

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos • Los

monosacáridos son los monómeros o unidades básicas de los CH mas complejos.

• La unión química de pocos de ellos (de 2 a 10, aprox) da como

resultado los oligosacáridos

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos • Los

CH que no pueden ser hidrolizados en otros mas simples se denominan monosacáridos.

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos • Nomenclatura algo confusa ya que, al igual que muchos otros compuestos

químicos, originalmente se les designo con nombres triviales y raíces que indican el origen o procedencia, a la cual solo se le añade el sufijo “osa”, como el caso de la lactosa que es el azúcar de la leche, la fructosa, la maltosa, etc.

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos MONOSACARIDOS •

Son insolubles en etanol y éter; solubles en agua y sus soluciones tienen, en general, un sabor dulce aunque existen algunos que son amargos.

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos

• La glucosa es el monosacárido más abundante,

encontrado en diferentes frutas y hortalizas como cebollas, manzanas, fresas, etc. • Obtenida de la hidrolisis controlada del almidón • Conocida como dextrosa

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos • La fructosa, encontrado principalmente en los jugos de diversas

frutas. • Designada con el nombre de levulosa. • Forma parte de algunos polisacáridos, principalmente de la

inulina, encontrado principalmente en el maguey.

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos • El contenido de los distintos

grado de maduración. • Llave de activación ETILENO

azúcares en las frutas varía con el

Fig. Conversión del almidón en azúcares durante la maduración del plátano

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos • Los granos de cereales

tienen una proporción baja de azúcares libres (de 1 a 3% en peso, aprox), encontrado en el germen y las capas de salvado.

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos • La galactosa es parte constitutiva de algunos compuestos químicos, como

cerebrósidos y los gangliósidos, indispensables en los tejidos nerviosos del cerebro.

los

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos • Azúcares Ácidos

Ácido ascorbico o vitamina C, localizado sobre todo en las frutas.. • Origen de varias reacciones quimicas que inducen la producción de pigmentos amarillos en los alimentos que lo contienen. •

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos

• Durante la formación de oligosacaridos , uno de los azúcares elimina su OH

anomérico para poder establecer el enlace glucosidico; al monómero que lo cede se le agrega el sufijo “sil”, que va inmediatamente después de su nombre. • Por ejemplo, la lactosa es la O-β-D-galactopiranosil-(1,4)-α-D-glucopiranosa.

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos • Los disacáridos se han dividido de acuerdo con

su poder reductor, y así tenemos aquellos que son capaces de reducir las soluciones de Fehling, como la lactosa, la celobiosa, la isomaltosa y la maltosa, y los que no la reducen, como la sacarosa. • El organismo humano solo utiliza los

oligosacaridos, después que han sido hidrolizados enzimáticamente en el intestino delgado y convertidos en sus correspondientes monosacáridos; en esta forma se absorben a traves de

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos SACAROSA • Integrada por una glucosa cuyo carbono aldehidico se une al cetodico de la fructosa. Estableciendo un enlace glucosidico β(1,2) que impide que este disacarido sea reductor por carácter de grupos aldehido o cetona libres. • La fructosa presente como furanosa tensionada, lo que hace que el enlace glucosidico sea muy lábil al calor y a los ácidos y se pueda hidrolizar facilmente. Produciéndose una mezcla altamente reductora de los correspondientes monosacáridos. • Unión más sensible de todos los disacaridos.

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos LACTOSA • (4-O-β-D-galactopiranosil-D-glucopiranosa) se

encuentra exclusivamente en la leche de los mamíferos y esta constituida por una molécula de galactosa y otra de glucosa, unidas mediante un enlace glucosídico β(1,4). • Presenta características de azúcares reductores. • De los carbohidratos menos solubles y dulce ya que representa el 25% del poder edulcorante de la sacarosa. • Por su poder absorbente la lactosa se utiliza en la industria para retener compuestos que imparten sabores, olores y colores. • Empleada también en la panificación al igual que la maltosa, ya que interacciona fácilmente con proteínas y produce pigmentos mediante la reacción de maillard.

3.1.1 Clasificación y nomenclatura, Monosacáridos, Oligosacáridos OTROS OLIGOSACARIDOS • Lactulosa (4-O-α-D-galactopiranosil – D-

fructofuranosa) producido durante el calentamiento de la lactosa de la leche al epimerizarse la glucosa en fructosa • Celobiosa (4-O-β-D-glucopiranosil-β-D-glucopiranosa),

que es la unidad repetitiva de la celulosa • Neoquestosa (fructrosa-glucosa-fructosa) trisacarido

que se localiza principalmente en los granos de elote

3.1.2 Derivados de azúcares, Estructura, propiedades y aplicaciones • Los derivados de los monosacaridos son : •

Por reducción: desoxirribosa

•

Oxidación: Ac. Glucoronico

•

Sustitución: Glucosamina

3.1.3 Reacciones de azúcares. Mutarrotación, medio ácido y medio alcalino. • Los monosacáridos tienen un grupo aldehído o una cetona y

varios hidroxilos, que se ven afectados por los álcalis, las altas temperaturas y los agentes oxidantes y reductores. • Provocan: Isomerización, enolización, deshidratación,

ciclización (Ciclación), reducción, oxidación, etc. • Entre las reacciones mas relevantes están las que provocan

oscurecimiento o empardeamiento.

El siguiente diagrama ilustra el proceso de mutarrotación de la D-Fructosa, incluyendo el porcentaje (%) en equilibrio de cada isómero:

3.1.3 Reacciones de azúcares. Mutarrotación, medio ácido y medio alcalino. • ALCALIS

En soluciones debiles (0.05N) se isomerizan los azucares • Al incrementarse la solución del álcali (0.5 N) se forman enoles en todos los carbonos del monosacarido. • Los enoles son agentes reductores, se aprovechan para medir el poder reductor de los azúcares, en una reacción alcalina en el que se usa el ión cúprico como agente oxidante (M. Fehling). •

3.1.3 Reacciones de azúcares. Mutarrotación, medio ácido y medio alcalino. • ÁCIDOS

La isomerización de los azúcares en condiciones acidas es muy lenta, comparada con la de los álcalis. • Los ácidos inorgánicos calientes producen moléculas cíclicas; con las hexosas se genera el hidroximetilfurfural, y con las pentosas, se produce el 2-furaldehido. •

3.1.3 Reacciones de azúcares. Mutarrotación, medio ácido y medio alcalino. • ALTAS TEMPERATURAS

Aceleran considerablemente todos los cambios que le suceden a los monosacáridos en condiciones ácidas como alcalinas, pero a pH neutro catalizan las reacciones de caramelizarían y de oscurecimiento no enzimático. • Favorece algunos mecanismos que implican la polimerización y la epimerización de los monosacáridos •

3.1.3 Reacciones de azúcares. Mutarrotación, medio ácido y medio alcalino. • OSCURECIMIENTO O EMPARDEAMIENTO

Durante fabricación y almacenamiento, etc. muchos alimentos, 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 que son las que provocan estos cambios. En algunos casos los pigmentos naturales (mioglobina, clorofila, antocianinas, etc.) se pierden, y en otros la oxidación de las grasas y las interacciones de taninos con el hierro generan compuestos colorados que no están presentes en el producto original. •

3.1.3 Reacciones de azúcares. Mutarrotación, medio ácido y medio alcalino.

3.1.4 Reacciones de empardeamiento enzimatico y no enzimatico, reacción de Maillard, caramelización y reacción de acido ascorbico. • Los mecanismos de oscurecimiento en los que intervienen los

azucares reductores son: Caramelización • Reacción de Maillard •

3.1.4 Reacciones de empardeamiento enzimatico y no enzimatico, reacción de Maillard, caramelización y reacción de acido ascorbico. • CARAMELIZACION • También llamada pirólisis, ocurre cuando los azucares son

calentados arriba de su punto de fusión. • Se efectúa tanto a pH ácidos como alcalinos, se acelera con la

adición de ácidos carboxílicos y de algunas sales

3.1.4 Reacciones de empardeamiento enzimatico y no enzimatico, reacción de Maillard, caramelización y reacción de acido ascorbico. • Se presenta en los alimentos que son tratados de manera

drástica Leche condensada o azucarada. • Derivados de la panificación. • Frituras • Dulces a base de leche (cajeta, natilla, etc.) •

3.1.4 Reacciones de empardeamiento enzimatico y. no enzimatico, reacción de Maillard, caramelización y reacción de acido ascorbico. • La Caramelización de la sacarosa se ha

estudiado con mas detalle y se ha comprobado que al calentarse a mas de 160 °C se provoca simultáneamente la hidrólisis, la deshidratación y la dimerización de los productos resultantes. • Se sintetiza la Isosacarosana de sabor

amargo, al incrementar la temperatura se acelera la deshidratación y se produce la caramelana, despues el carameleno sustancia oscura y amarga, calentamiento excesivo da origen a la caramelina o humina

3.1.4 Reacciones de empardeamiento enzimatico y no enzimatico, reacción de Maillard, caramelización y reacción de acido ascorbico. • REACCIÖN DE MAILLARD • Con este nombre se designa un grupo muy complejo de

transformaciones que traen consigo la producción de melanoidinas. Pigmentos complejos de alto peso molecular • Color amarillo al café oscuro • Sabor amargo •

• Para que se lleve acabo requiere azúcar reductor (cetosa o

aldosa) y un grupo amino libre proveniente de un aminoacido y de una proteina.

3.1.4 Reacciones de empardeamiento enzimatico y no enzimatico, reacción de Maillard, caramelización y reacción de acido ascorbico. • Deseable color de esta reacción en carnes y panaderia y postres a

base de leche

• Indeseable en leches azucaradas, evaporadas y jugos concentrados

3.1.4 Reacciones de empardeamiento enzimático y no enzimático, reacción de Maillard, caramelización y reacción de acido ascórbico. • Influenciada por los siguientes parámetros

pH Alcalino (incrementa velocidad) • Temperatura (0 – 70°C, por cada 10°C la velocidad incrementa de 2 a 3 veces) • Actividad de Agua (favorecida en alimentos de 0.6 a 0.9, mas baja se inhibe) • Tipo de aminoácido (mas reactivo a mayor tamaño de la cadena y tengan un grupo amino), siendo la lisina el mas activo. • Azucares reductores •

Aldosas>cetosas: • Xilosa>galactosa>glucosa>fructosa>lactosa>maltosa •

•

Metales: Cu2+ / Fe3+, O2 y radiaciones catalizan formación de melanoidinas

3.1.4 Reacciones de empardeamiento enzimático y no enzimático, reacción de Maillard, caramelización y reacción de acido ascórbico. Empardeamiento

Enzimático

Catalizadas por Enzimas

Oxidación de componentes

No Enzimático

Caramelización de Azúcares

Reacción de Maillard

3.1.5 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación,, etc. Valor nutritivo. PODER EDULCORANTE • Cuando se disuelven en agua los azúcares presentan

reacciones de mutarrotación que producen una mezcla de tautomeros con distinta dulzura, • Soluciones de fructosa son mas dulces recién

preparadas que al dejar reposar y alcanzan el equilibrio tautomerico.

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo.

Dulce

Amarga

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo. • La propiedad de ser dulces de los carbohidratos

esta muy

relacionada con los grupos hidroxilo. • Sin embargo existen otros compuestos que no pertenecen a

los hidratos de carbono, que no poseen OH, ya que son dulces como el cloroformo y algunos aminoácidos ,sales metálicas, la sacarina y los ciclamatos.

Sacarina

Ciclamato

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo. • La D-fructosa es mas dulce a temperaturas bajas,

fenómeno que se aprovecha en la elaboración de bebidas refrescantes. • La glucosa es menos dulce que la sacarosa pero ambas

causan la misma sensación a una concentración de 40%. • La presencia de ácidos, polímeros y sales, así como la

viscosidad, modifican la percepción. • El etanol intensifica la dulzura en la sacarosa, y los

ácidos en la fructosa, mientras la carboximetilcelulosa (CMC) y el almidón la reducen.

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo.

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo.

Gráfica sobre Variación PE con la Temperatura

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo.

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo. CRISTALIZACIÓN • Los CH tienen la capacidad de presentar el fenómeno de

polimorfismo, es decir, un mismo compuesto se puede cristalizar se diferentes formas. • Ejemplo típico es la lactosa que produce los isómeros α y β,

cuyos cristales tienen solubilidades de tamaños diferentes. • En la elaboración de productos lácteos condensados se

alcanza una concentración del disacárido muy cercana a la saturación, haciendo relativamente fácil su cristalización, en exceso dará producto arenoso, en deficiencia dará un producto con cuerpo débil.

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo. • En la leche en polvo es importante que la β este presente ya

que es mas soluble que la α. • Con el control de la temperatura y la concentración se puede

inducir a la formación de un determinado tipos de cristal. • Debido a que la fructosa es soluble en agua y difícil de

cristaliza, inhibe la cristalización de mono y oligosacáridos, creando jarabes invertidos. • En chocolates se usan jarabes invertidos para evitar

concentraciones de azúcar que den un aspecto desagradable.

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo. CRISTALIZACIÓN

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo.

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo.

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo. HIDRATACIÓN • Característica de los azucares relacionada con la facilidad que

tienen sus OH de establecer puentes de hidrogeno con el agua y varia entre los diferentes mono y disacáridos • En una mezcla de β y α lactosa, no hay una buena hidratación

ya que las dos formas anomericas actúan entre si por puentes de hidrogeno. • La hidratación se aprovecha para el control de la actividad

acuosa de los alimnentos, sobre todo los de humedad intermedia.

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo. • En algunos casos estos CH son higroscópicos, es decir, se

hidratan con la humedad del aire, ocasionando un problema en los derivados de la confitería haciéndolos pegajosos.

3.1.4 Propiedades funcionales de los azucares. Poder edulcorante, cristalización, hidratación, etc. Valor nutritivo.