1. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS DEDICATORIA Dedicamos este proyecto a nuestra familia y amistades las cuales nos ayudaron con su apoyo incondicional a ampliar nuestros conocimientos y estar ms cerca de nuestras metas profesionales. Esto fue posible primero que nadie con la ayuda de Dios, gracias por otorgarnos la sabidura y la salud para lograrlo. Gracias a los intercambios y exposiciones de ideas con mis compaeros y amigos de estudios durante el proceso del curso. No quisieramos dejar a nuestra profesora Ing. Lida Sanez Falcon quien nos inspir a continuar en momentos difciles para seguir con este trabajo pese a las dificultades que se presenten. 1

2. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS INTRODUCCINEste nombre se deriv de las investigaciones de los primeros qumicos,quienes observaron que al calentar azcares por un perodo prologado detiempo, en un tubo de ensayo abierto, obtenan un residuo negro, carbn ygotas de agua condensadas en las paredes del tubo.Adems, el anlisis qumico de los azcares y otros carbohidratos indicaronque contenan nicamente carbono, hidrgeno y oxgeno y muchos de ellostenan la frmula general Cx(H2O)y.Ahora se sabe que algunos carbohidratos contienen nitrgeno y azufre ademsde carbono, hidrgeno y oxgeno. No son compuestos hidratados, como lo sonmuchas sales inorgnicas (por ejemplo, el sulfato de cobre pentahidratadoCuSO4.5H2O.Actualmente, el nombre de carbohidratos se utiliza para designar una clase decompuestos que son aldehdos o cetonas polihidroxiladas, o sustancias queproducen estos compuestos por hidrlisis (reaccin con agua). Loscarbohidratos son los principales componentes de casi todas las plantas,comprenden del 60 al 90% de su masa seca. En contraste, el tejido animalcontiene una cantidad comparativamente pequea de carbohidratos (porejemplo, menos del 1% en el hombre). Los vegetales utilizan los carbohidratostanto como fuente de energa as como tejido de sostn, de la misma maneraque los animales emplean las protenas. Los animales no realizan esta sntesis,por lo tanto, dependen del reino animal como fuente de estos compuestosvitales. El hombre, otra especie animal, no solo utiliza carbohidratos en sualimentacin (aproximadamente del 60 al 65% en masa de la dieta mundial),sino tambin para su vestimenta (algodn, lino, rayn), habitacin (madera),combustible (madera) y productos de papel (madera). 2

3. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS RESUMENEn este trabajo se a desarrollado los siguientes temas:Carbohidratos. Estructura. Propiedades fsicas, qumicas y organolpticas.Reacciones en medio cido y bsico. Caramelizacin. Reacciones concompuestos amnicos. N-glucsidos. Compuestos de Heyns y Amadori.Estados iniciales de la reaccin de Reaccin Maillard. Productos dedegradacin de las desoxiosonas. Reaccin de Strecker. Inhibicin de lareaccin de Maillard. Reacciones con compuestos hidroxlicos (O-glicsidos)Oligosacridos, propiedades, clasificacin. Polisacridos tipos deconformacin, propiedades. Polisacridos especiales Agar, carragenatos,gomas arbiga, tragacanto. Pectinas, Almidones, celulosa, dextranos.Propiedades fsicas y qumicas. Anlisis y deteccin. Requerimientosnutricionales. Contenido en los alimentos. Valor calrico. 3

4. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS CARBOHIDRATOSI.-DEFINICIN DE CARBOHIDRATOLos carbohidratos, glcidos o hidratos de carbono, son biomolculas ternarias,relativamente simples constituidas de carbono, hidrgeno y oxgeno, perotambin pueden presentar otros tomos.Los hidratos de carbono, qumicamente son polihidroxialdehdos opolihidroxiacetonas, o productos derivados de ellos por oxidacin, reduccin,sustitucin o polimerizacin. Muchos tienen la frmula (CH2O)n, que daba aentender, en su origen, que se trataba de hidratos de carbonos.Estas biomolculas son las ms abundantes en la naturaleza de origen sobretodo vegetal, los glcidos proceden de la actividad fotosinttica de losvegetales. Son estas biomolculas la base de todo el equilibrio trfico oalimenticio de la materia viva.Se les considera como elementos comunes existentes en casi todos losalimentos, tanto de forma natural o como componentes y como ingredientesartificialmente aadidos. Su uso es muy grande y puede decirse que son muyconsumidos. Tienen diferentes estructuras moleculares, tamaos y formas queexhiben una variedad de propiedades qumicas y fsicasEl almidn, la lactosa y la sucrosa (azcar corriente) son carbohidratosdigeribles por los humanos y ellos junto con la D-glucosa y la D-fructosaproporcionan casi el 7080% de la caloras en la dieta humana a lo largo detodo el mundoours meet me in the towerII.-TIPOS DE CARBOHIDRATOS.Basndose en su complejidad estructural los carbohidratos se presentan envarias formas de compuestos: Monosacridos, oligosacridos y polisacridos. 4

5. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS CARBOHIDRATOS COMPLEJOS SIMPLES HIDROLISIS 2 molculas de DISACARIDOS monosacrido MONOSACARIDOS s HIDROLISIS 3 a 10 molculas de OLIGOSACARIDOS monosacridos HIDROLISIS Ms de 10 molculas de POLISACARIDOS monosacridos2.1.-LOS CARBOHIDRATOS COMPLEJOSEstn hechos de molculas de azcar que se extienden juntas en complejascadenas largas. Dichos carbohidratos se encuentran en alimentos tales comoguisantes, frjoles, granos enteros y hortalizas. Tanto los carbohidratoscomplejos como los carbohidratos simples se convierten en glucosa en elcuerpo y son usados como energa. La glucosa es usada en las clulas delcuerpo y del cerebro y la que no se utiliza se almacena en el hgado y losmsculos como glucgeno para su uso posterior. Los alimentos que contienencarbohidratos complejos suministran vitaminas y minerales que sonimportantes para la salud de una persona. La mayora de la ingesta decarbohidratos debe provenir de los carbohidratos complejos (almidones) yazcares naturales en lugar de azcares procesados y refinados. 5

6. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS2.2.-LOS CARBOHIDRATOS SIMPLESSon descompuestos rpidamente por el cuerpo para ser usados como energay se encuentran en forma natural en alimentos como las frutas, la leche y susderivados, al igual que en azcares procesados y refinados como los dulces, elazcar comn, los almbares y las gaseosas. La mayor parte de la ingesta decarbohidratos debe provenir de carbohidratos complejos (almidones) yazcares naturales, en lugar de azcares procesados o refinados.III.-MONOSACRIDOSSon azcares simples monomoleculares (monmeros), constitudos por unasola unidad de polihidroxialdehido o polihidroxiacetona; por ello no pueden serdesdoblados en compuestos ms sencillos por hidrlisis. 6

7. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS3.1.-PROPIEDADES FSICAS:En forma slida son de color blanco, cristalino, muy soluble en agua e insolubleen disolventes no polares. La mayora tienen sabor dulce. Son los azcaresms sencillos, son aldehdos (aldosas) o cetonas (cetosas) con dos o msgrupos hidroxilo.Debido a que los hidrxidos son grupos muy polares, todos los monosacridosson muy solubles en agua, pueden cristalizar y atraviesan fcilmente lasmembranas biolgicas.Los monosacridos existen habitualmente como ismeros, es decir sonmolculas que tienen la misma frmula general e emprica, no obstante lafrmula estructural de las molculas es muy diferente y les imprimepropiedades fsicas y qumicas muy distintas; Por ejemplo, la glucosa y lafructosa tienen la misma frmula C6H12O6 puesto que contienen los mismostomos en las mismas proporciones, pero las frmulas estructurales paraindicar el ordenamiento espacial de las partes es muy diferente, as mismo elsabor de la glucosa ni siquiera se aproxima al sabor de la fructosa que es elmonosacridos ms dulce.Los monosacridos debido a que presentan uno o varios carbonos asimtricos,tienen la posibilidad de formar numerosas configuraciones pticas espacialesen la cadena hidrocarbonada originando los estereoisomeros (son imgenesespeculares en un espejo, una idntica de la otra), la ms frecuente son, D yL, por sus configuraciones espaciales, derecha a izquierda (D por dextro =derecha y L por Levo = izquierda). El caso ms sencillo es el de la aldotriosagliceraldehdo, que tiene un carbono asimtrico, lo que da lugar a dosconfiguraciones posibles, conocidas como ismeros D y L. Todos los demsazcares se consideran estructuralmente deriva-dos D L gliceraldehdo, porlo que se agrupan en las familias D y L.La serie D comprende todos los monoscridos en los que el OH del carbonoestereognico directamente unido al grupo CH2OH terminal est situado a laderecha en una proyeccin de Fisher. 7

8. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS D-(+)-gliceraldehido D-eritrosa D-treosa D-ribosa D-arabinosa D-xilosa D-lixosa D-alosa D-altrosa D-glucosa D-manosa D-gulosa D-idosa D-galactosaD-talosa**Ciclizacin de los monosacridos. MutarrotacinLos monosacridos son molculas polifuncionales ya que poseen un grupoaldehido, o cetnco, y al menos dos grupos hidroxilos. Como es conocido, losgrupos carbonilos reaccionan en medio cido para dar acetales: + OR + OR O H H R C + HOR R C H + HOR R C H H OH OR un hemiacetal un acetalEn el equilibrio entre un aldehido, un hemiacetal y un acetal el aldehido estfavorecido. No ocurre as cuando las molculas poseen un grupo OH en 8

9. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSposicin (1,4)o (1,5) a un grupo carbonilo ya que la formacin delhemiacetal cclico de 5 o 6 miembros est favorecida: O O O OH C1 + H H2O/H H OH O H H OH C5 OH R(H) carbono hemiacetlico O O O OH C1 H + H H2O/H OH O H H OH C4 OH hemiacetales cclicos R(H)De esta forma los monosacridos en agua forman hemiacetles cclicos;cuando utilizan el OH del carbono 4, se forma un anillo de 5 miembros (formafuransica) mientras que cuando utilizan el OH del carbono 5, se forma unanillo de 6 miembros (forma piransica).* En las disoluciones acuosas seencuentran ambas formas en equilibrio. Al formarse el hemiacetal cclicoaparece en la molcula un nuevo centro quiral (el carbono carbonlica pasa desp2 a sp3) por lo que en cada carbono hemiacetlico hay dos formasespaciales diferentes. Cuando el grupo OH se encuentra hacia arriba, elhemiacetal se denomina y cuando est hacia abajo . En los azcares, aeste carbono se le denomina carbono anomrico y a los dosdiastereoismeros resultantes de la formacin del hemiacetal se le denominananmeros. 9

10. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS3.2.-PROPIEDADES QUMICAS:Reacciones de oxidacin:Todos los monosacridos reducen los reactivos de Fehling y de Tollens yson por lo tanto azcares reductores. Si estas reacciones sirven paradiferenciar aldehidos de cetonas por qu cetosas y aldosas tienen igualcomportamiento frente a estos reactivos? Ambos reactivos son alcalinos yel medio bsico provoca la isomerizacin, e incluso la descomposicin, de losazcares ya que facilitan la formacin de la forma enlica: epmeros CHO CHO H C OH HO C H CHOH H C OH H C OH C OH H C OH enodiol CH2OH CH2OH C O C OH etc H C OH C OH cetosaLas aldosas, pero no las cetosas se oxidan con agua de bromo obtenindoseun cido glicnico. Esta reaccin permite diferenciar las aldosas de las cetosasya que por ser este un medio cido no se isomerizan los azcares. Laoxidacin con cido ntrico produce cidos glicricos: COOH Br2/H2O H C OH n cido glicnico CHO CH2OH H C OH n CH2OH COOH HNO3 H C OH n cido glicrico 10 COOH

11. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSOxidacin con cido perydico:Los compuestos que contienen dos grupos susceptibles de oxidarse encarbonos adyacentes se oxidan, con ruptura del enlace carbono-carbono: HIO4R CH CH R R C H + H C R +HIO3 OH OH O OR CH CH R OH OR" HIO4 x no reacciona Por cada enlace que se rompe se incrementa el grado de oxidacin HIO4R CH CH CH R R C H + HCOOH + H C R +HIO3 OH OH OH O OFormacin de osazonas:Como todos los aldehidos las aldosas reaccionan con fenilhidracina para darfenilhidrazonas. Si se emplea un exceso del reactivo (3:1) se obtienenosazonas: epmeros CHO CHO H C OH HO C H H C OH H C OH 3 C6H5NHNH2 CH NNHC6H5 dos moles forman la osazona C NNHC6H5 + C6H5NH2 + NH3 H C OH un mol oxida al grupo OH osazona y se reduce 11

12. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS Los epmeros producen la misma osazona IV.-RESUMEN DE LAS MS IMPORTANTES REACCIONES DE LOS MONOSACRIDOS: CH2OH O + H2O/H El otro anmero OH (mutarrotacin) HO OH -D-glucosa OH CH2OH + O ROH/H OR un glicsido CH2OH (estable en sln HO OH neutra o alcalina) O OH OH un cido aldnico oxidacin suave + HOCH 2(CHOH) 4COOH (forma lactona en Ag /NH3 o X2 medio cido) OHHO un cido aldrico oxidacin (tambin forma HOO C(C HOH)4 COOH OH HNO3 lactona en H +) -D-glucosa COOH O oxidacin OH enzimtica un cido urnico OH HO OH HIO4 aldehidos y cidos H2/cat HOCH 2(CHOH) 4CH 2OH un alditol CH2OAc O (CH3CO)2O/NaAc OAc fro un penta acetato OAc AcO OAc CH2OCH3 O (CH3O)2SO2 OCH3 o CH3I/NaOH eter-acetal OCH3 CH3O OCH3 12

13. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS V.-CLASIFICACION. Los monosacridos se clasifican en: 1). Por el grupo funcional, 2). Por el nmero de tomos de carbono en su cadena molecular. 5.1.-POR EL GRUPO FUNCIONAL Los monosacridos corrientes tienen el esqueleto hidrocarbonado no ramificado y todos los tomos de carbono, excepto uno, poseen un grupo hidroxilo; en el tomo de carbono restante existe un oxgeno carbonlico, que, como veremos, se halla frecuentemente combinado formando un enlace acetal o acetaldehdo y cetal o cetnico, originando las aldosas y cetosas. ALDOSAS.- Son monosacridos cuyo grupo carbonilo se halla al final de la cadena, originando una funcin aldehdo (-COH), recibiendo el nombre de aldosas. Son azcares reductores, a consecuencia del grupo aldehdo que es muy reactivo. Son capaces de reducir en caliente y en medio alcalino al cobre (II), azul a cobre (I), rojo. Este es el fundamento de las clsicas reacciones de Fehling y Benedict, entre otras. El nombre de estos azcares se hace terminar en osa.D-gliceraldehido D-eritrosa D-treosa D-ribosa D-arabinosa D-xilosa D-lixosa CETOSAS.- Son monosacridos cuyo oxgeno carbonilo que forma la funcin cetona (= C = O) se encuentra en cualquier otra posesin. El nombre de estos azcares se hace terminar frecuentemente en ulosa, por ejemplo ribulosa. 13

14. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS Dihidroxiacetona D-eritrulosa D-ribulosa D-xilulosa D-psicosa D-fructosa D-sorbosa D-tagatosa5.2.-POR EL NMERO DE TOMOS DE CARBONO EN SU CADENAMOLECULARSegn el nmero de tomos de carbono que posee la cadena se distinguen lossiguientes monosacridos.TRIOSAS.- (C3H6O3) Con tres tomos de carbono en su cadena molecular.TETROSAS.- (C4H8O4) Con cuatro carbonos en su cadena molecular.PENTOSAS.- (C5H10O5) Con cinco tomos de carbonos en su cadenamolecular.HEXOSAS.- (C6H12O6) Con seis tomos de carbonos en la cadena molecular.HEPTOSAS.- (C7H14O7) Con siete tomos de carbonos en la cadena molecular.VI.-MONOSACRIDOS IMPORTANTES.TRIOSAS.- Son monosacridos importantes en el metabolismo celular. Seforman en el catabolismo anaerbico de la glucosa.PENTOSAS.- En este grupo se encuentra azcares de extremada importanciaen la qumica de la herencia, son componentes de los cidos nucleicos: ribosa,integrantes del cido ribonucleico (ARN) y cido desoxirribonucleico (ADN). Laribosa interviene adems en la formacin de la molcula del adenosintrifosfato 14

15. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS(ATP), y en coenzimas NAD (dinucleotido de nicotinamida y adenina);flavoprotenas y la coenzima A o ATP.HEXOSAS.- Estos glcidos se consideran los ms importantes desde el puntode vista energtico y nutricional ya que la mayor parte de los alimentos estnconstituidos por ellos, las principales son:Glucosa.- Es la hexosa ms comn en los organismos de todos los reinos delos seres vivos, y se considera la ms importante fuente de energa y materialformativo para la estructura de las clulas.La glucosa en el organismo humano se encuentra en el plasma sanguneo enuna concentracin aproximada de 0,15%, y est regulada estrictamente por uncomplejo mecanismo que comprende el sistema nervioso, el hgado, pncreas,suprarrenales y la hipfisis. Las clulas cerebrales son particularmentesensibles a la glucosa y, por debajo de cierta concentracin se daa su funcin,por ello una disminucin importante en glucosa en la sangre suele provocarconvulsiones e inconsciencia y, quizs, hasta la muerte. Los alimentos ricos englucosa proporcionan energa rpidamente, porque sta se disuelve confacilidad en agua y por su tamao molecular puede pasar por las membranasbiolgicas y penetrar en las clulas donde se metaboliza.Galactosa.- Proviene de la hidrlisis de la lactosa que es el azcar de la leche.La frmula estructural de la galactosa difiere de la glucosa porque hay unapequea diferencia en el arreglo de los tomos. La galactosa en el hgado esfcilmente convertida en glucosa y metabolizada posteriormente de stamanera, sin embargo algunos bebes sufren el trastorno denominadogalactosemia, debido a que ha heredado una incapacidad para convertir lagalactosa en glucosa, y a consecuencia de esta incapacidad metablicaenferma.Fructosa.- Es el ms dulce de los monosacridos: tiene la misma composicinqumica de la glucosa, pero con un grupo cetona (= C = O) en el carbono 2,en lugar del grupo aldehdo. Este azcar se origina por el desdoblamiento de la 15

16. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSsacarosa (disacrido) y en el organismo se puede transformar en glucosa. Enlos vegetales se encuentra en forma libre.VII.-MONOSACRIDOS DERIVADOS.D-glucuronatoUn derivado carboxlico de la glucosa D-glucuronato, que forma parte de losglucurnidos yest presente en los glucosaminoglucanos. -D-glucuronatoAMINOAZCARESDiversos grupos hidroxilo de los monosacridos se pueden sustituir por gruposamino. Entre las ms conocidas estn la Glucosamina (2-amino-2-desoxi-D-glucosa) y la galactosamina (2-amino-2-desoxi-D-galactosa). -D-glucosamina -D-galactosaminaAMINOAZCARES CIDOS 16

17. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSEl cido N-acetilmurmico, derivado de la N-acetil-glucosamina, participa en laformacin delas paredes bacterianas y asegura as su rigidez. N-acetilmurmicoCIDOS SILICOSEl cido neuramnico es una cetosa de nueve tomos de carbono que resultade la condensacin del cido pirvico con la D-manosamina. El cidoneuramnico no existe en estado libre, sino que siempre se presentacombinado (N-acetil, N-glucosil, O-acetil, O-glucosil). Estas combinacionesconstituyen los cidos silicos.Los cidos silicos son de gran inters en biologa. Intervienen en la formacinde las glucopro-tenas as como de los glucolpidos de las membranas celulares.cido L-ascrbico 17

18. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSEl cido L-ascrbico es la vitamina C y es un compuesto muy reductorDESOXIAZCARESSon azcares en los que se ha sido eliminado el oxgeno de un grupo hidroxilo,dejando el hidrgeno. Entre los desoxiazcuras tenemos 2-desoxirribosa esuno de los componentes fundamentales del ADNL-fucosa (6-desoxi-L-galactosa), forma parte de los polisidos de la leche y lasglucoprotenas. L-ramnosa (6-desoxi-L-manosa) est presente en la pared dealgunas clulas bacterianas y vegetalesINOSITOLES O CICLITOLESLos inositoles o ciclitoles son derivados del ciclohexano en los cuales unhidrgeno decada carbono ha sido reemplazado por un grupo hidroxilo. 18

19. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS MioinositolVIII.-QUMICA DE LA CARAMELIZACINComo consecuencia de la desestabilizacin trmica de los azucares aparecendos grupos diferentes de compuestos: Compuestos de bajo peso molecular, formados por deshidratacin y ciclacin. Constituyen entre el 10-5% del total y entre ellos se encuentran carbociclicos y piranonas, muchos de ellos voltiles y responsables del olor y sabor tpicos del caramelo. Tambin aparecen 5 hydroximetil-furfural (HMF) y hydroxiacetil-furano (HAF) que al polimerizar dan los colorantes caractersticos. Polmeros de azcares de tipo muy variado y complejo. Forman entre el 90-95% del total y en su mayora son polidextrosas, oligosacridos de glucosa. Sin embargo los productos ms tpicos de la caramelizacin son los dianhdridos de fructosa (DAF) o mixtos de fructosa y glucosa.El intervalo de temperatura en el que se produce una caramelizacin correctaes bastante estrecho. A partir de 170C, empieza la aparicin de sustanciasamargas como consecuencia del comienzo de la carbonizacin8.1.-REACCIONES DE CARAMELIZACIN Es una serie compleja de reacciones que comienza cuando los azcares se calientan por encima de los 150C. Aunque es frecuente partir de sacarosa, que por accin del calor se hidroliza y se descompone en glucosa y fructosa, reacciones muy similares tienen lugar a partir de otros azcares o de mezclas de varios 19

20. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS145Oc comienza la 165Ccaramelizacin 175Ccaramelizacin correcta comienzo de carbonizacin 20

21. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS8.2.-FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CARAMELIZACIN.El tipo de azcar utilizado como materia prima, la presencia o ausencia depequeas cantidades de vinagre o zumo de limn como catalizadores, latemperatura mxima alcanzada durante la caramelizacin y el tipo decalentamiento utilizado, influyen en las proporciones y tipos concretos demolculas obtenidas, tanto en la fraccin voltil como en la que tiende apolimerizar. Se ha sugerido que estas diferencias seran la causa de las sutilesdiferencias de flavor y propiedades organolpticas en general que se logran endiferentes recetas tradicionales.El pH del proceso tambin interviene, aumentando la velocidad a la que seproduce la caramelizacin, y reduciendo la rapidez de solidificacin en elenfriamiento. Por esta razn se suele aadir al azucar unas gotas de zumo delimn. Con pH cido la caramelizacin ocurre ms deprisa y comienza a menor temperatura; por ello es necesario vigilar ms atentamente que no se produzca un calentamiento excesivo (ms de 170C), que provocara el comienzo de la carbonizacin. Por otra parte el pH cido hace ms lenta la solidificacin y disminuye la viscosidad del producto.IX.- REACCIN DE MAILLARDCon este nombre se designa un grupo muy complejo de transformaciones quetraen consigo la produccin de melanoidinas coloreadas que van desdeamarillo claro hasta caf oscuro, o incluso negro; para que se lleven a cabo serequiere de un azcar reductor (cetosa o aldosa) y un grupo amino libreproveniente de un aminocido o de una protena.Al principio se forman aldosaminas (compuestos de Heyns) y cetosaminas(compuestos de Amadori), estos productos apenas tienen color..Aldosaminas y cetosaminas se transforman en premelanoidinas, cuyos coloresy aromas son variados y apreciados por los consumidores.Estn en el origen del olor a "tostado" de los alimentos. 21

22. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSSe constituyen los polmeros marrones, llamados melanoidinas.Las melanoidinas, que tienen un peso molecular elevado, no atraviesan lamucosa intestinal, a no ser que se este produciendo hiperpermeabilidadintestinal por disyuncin de enterocitos.Estas grandes molculas cuando han atravesado la barrera intestinal, seacumulan en el medio extracelular. Suelen ser insolubles en agua y resistentesa enzimas proteolticas, as mismo, la leja o detergentes no pueden romperlos.Se crean sustancias con efecto mutgeno.Estas reacciones las observ por vez primera el qumico francs Maillard, en1913, pero no fue sino hasta 1953 cuando se aclar su mecanismo general.El caracterstico y deseado color de la costra de los alimentos horneados sedebe 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 evaporadasy azucaradas y en algunos jugos concentrados.Aunque esta reaccin se puede efectuar en diferentes condiciones, estprincipalmente influenciada por los siguientes parmetros: a) A pH alcalino se incrementa la velocidad y alcanza un mximo a pH10; sin embargo, hay que recordar que existen muy pocos alimentos en formanatural Con pH > 7 (Como el huevo). Por lo contrario, el mecanismo se inhibeen condiciones muy cidas que normalmente no se encuentran en losalimentos. b) Las temperaturas elevadas tambin la aceleran, pero debido a que suenerga de activacin es baja, tambin se observa hasta en condiciones derefrigeracin. En trminos generales, la Ea es del orden de 16 a 30 kcal/mo1, yel valor de su coeficiente de temperatura. Qln (en el intervalo de 0 a 70C). Esde 2 a 3; es decir por cada 10 oCde aumento, la velocidad se incrementa dedos a tres veces. En el caso del encafecimiento del jugo de manzana de 65 a75 Brix, la Ea es de 16.4 a 19.3 kcal/mol, 82 mientras que para la pera es de21.9 kcal/mo1.9 En sistemas modelo de casena-glucosa se sigue una relacinlineal entre la temperatura y la velocidad de reaccin en un intervalo de 0 a 90C. de acuerdo con la ecuacin de Arrhenius. Igualmente, este mecanismo se 22

23. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSajusta a un modelo de primer orden aparente en el jugo de manzana,dependiente de la temperatura, la composicin y los slidos solubles. c) Otro factor importante es la actividad acuosa por lo que los alimentosde humedad intermedia Son los ms propensos; en la figura 1.7 se observaque los valores de a" de 0.6 a 0.9 Son los que ms la favorecen: una actividadacuosa menor no permite la movilidad de los reactantes y se inhibe elmecanismo. Y una mayor produce el mismo efecto ya que el agua por ser elproducto de la propia reaccin, ejerce una accin inhibidora, de acuerdo con laLey de accin de masas.Ya que diluye los reactantes. d) El tipo de aminocido es decisivo puesto que stos sern msreactivos en la medida en que se incremente el tamao de la cadena y tenganms de un grupo amino. Por esta razn, la lisina, Con su amino en posicin E:es el ms activo; tambin pueden intervenir otros, como la arginina, la histidinay el triptofano. Se sabe que en los sistemas modelo de glucosa-aminocido. Lavelocidad se incrementa con los aminocidos cuyo grupo a mi no est msalejado del carboxilo. El aspartamo es un dipptido y1ambin est sujeto aestos cambios; Con la glucosa presenta una energa de activacin de 22kcal/m01 y un valor de Qln de 2.4.79 e) Los azcares reductores que ms favorecen la reaccin de MaillardSon en primer trmino las pentosas y. en un segundo trmino las hexosas;asimismo las aldosas actan ms fcilmente que las cetosas, y losmonosacridos son ms efectivos que los disacridos. Con base en esto y entrminos generales, la xilosa es el azcar ms activo, seguido de la galactosa;la glucosa la fructosa la lactosa y la maltosa; por su parte la sacarosa por notener poder reductor no interviene a menos que se hidrolice previamente, locual es muy sencillo. Este ordenamiento no es estricto, ya que en sistemasespecficos, como el fredo de papas, la fructosa es ms activa que la glucosa,y en otros esta situacin se invierte. Los cidos nucleicos tambin intervienenporque contienen ribosa que es altamente reactiva. En los sistemas modelo decasena se ha demostrado que esta transformacin se lleva a cabo a diferentesvelocidades de acuerdo con el azcar que se emplea. 23

24. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS f) Los metales como el cobre y el hierro tienen un efecto catalizadorsobre la formacin de las melanoidinas, lo que indica el carcter de oxidacin-reduccin de la ltima etapa de este mecanismo. El oxgeno y las radiacioneselectromagnticas actan de manera semejante. La ausencia de estos agentes 24

25. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS(metales, luz y oxgeno) no previene el inicio de la reaccin ya que slofavorecen la polimerizacin final. Mbb nLa reaccin de Maillard se lleva a cabo de manera muy compleja mediante ungran nmero de mecanismos que incluyen la posible produccin de radicaleslibres; en la figura 2.15 se muestra el diagrama caracterstico de este proceso,de acuerdo con los primeros trabajos de Hodge, que resume las posibles rutasque siguen los reactantes. Con base en esto, se ha dividido en cuatroprincipales etapas: condensacin del azcar reductor con el grupo amino;transposicin de los productos de condensacin; reaccin de los productos dela transposicin, y polimerizacin y formacin de sustancias coloreadas.Condensacin del azcar reductor con el grupo amino. Este inicio consiste enque el carbonilo libre de un azcar reductor se condensa con el grupo aminolibre de un aminocido o de una protena. Es preciso recordar que los grupos ami no que intervienen en un enlace peptdico no estn libres y por tanto noactan en este mecanismo.El azcar debe tener una estructura abierta para que su carbonilo sea atacadonucleofilicamente por el par de electrones del nitrgeno del grupo amino, yformar as la base de Schiff correspondiente:A su vez, la base de Schiff se cicla y genera una glucosilamina que puede ser,segn intervenga una aldosa o una cetosa, alsosamina o cetosamina,respectivamente. Por ejemplo, si sta proviene de la glucosa y la glicina, elcompuesto resultante se llamara glucosil-glicina: 25

26. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSDebido a que existen ms aldosas que cetosas, generalmente se producenglucosilaminas; sin embargo, la fructosa, aunque con mayor dificultad, tambinpuede condensarse y formar la fructosilamina correspondiente:Hasta este momento no hay produccin de sustancias coloreadas ni decompuestos insaturados que absorban radiaciones, por lo que no se puedemedir espectroscpicamente la intensidad de la reaccin. En sistemas modelose ha observado que el pH se reduce por el bloqueo del grupo amino por partedel azcar.Transposicin de los productos de condensacin. Tanto las aldosaminas comolas cetosaminas hasta ahora producidas, son inestables y estn sujetas adiversos cambios qumicos; las primeras se isomerizan a cetosas por elmecanismo de Amadori, mientras que las segundas se transforman enaldosas por la transposicin de Heyns. Por ejemplo, la glucosilamina cambia 26

27. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSa una fructosamina o 1-amino-1-desoxifructosa, mientras que las cetosilaminasa 2-amino-2-desoxialdosa. Las dos isomerizaciones son reversibles y hastaaqu no se sintetizan todava sustancias coloreadas. En la figura 2.16 semuestran estas dos transposiciones.La transposicin de Amadori ha sido aceptada desde que Hodge la propuso en1953; sin embargo, en los ltimos aos se ha sugerido un nuevo mecanismoque implica la fragmentacin de los azcares y la produccin de radicaleslibres, previamente a dicha transposicin. Con base en esto, se ha visto que,en un sistema modelo de casena-glucosa, los antioxidantes que se usan paralos lpidos, tales como a-tocoferol, butilhidroxianisol, butilhidroxitolueno y galatode propilo, controlan el oscurecimiento por1a reaccin de Maillard y la prdidade lisina.Reaccin de los productos de la transposicin. De acuerdo con el pH, laactividad acuosa y la temperatura, los compuestos formados pueden sufrirmodificaciones muy profundas. En esta fase aparecen algunos olores, seincrementa el poder reductor, se observan ligeras tonalidades amarillas yaumenta la absorcin de las radiaciones ultravioleta.Las principales reacciones que suceden son de deshidratacin de los azcarespor isomerizacin enlica, con lo cual se sintetiza furfural y sus derivados, ascomo reductonas y dehidrorreductonas, ambas con un alto poder reductor;tambin se producen compuestos como el maltol, el etilmaltol y el acetil-furano,que son los que producen el aroma del pan.Adems de la deshidratacin, se presentan igualmente mecanismos defragmentacin de los azcares enlicos, con lo cual se favorece la sntesis deun gran nmero de compuestos de peso molecular bajo, como aldehdos,cetonas, cidos y alcoholes de dos a cuatro tomos de carbono. Entre stos seencuentra el gliceraldehdo, el piruvaldehdo, el acetol, la acetona y el diacetilo,todos con un olor caracterstico. 27

28. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSLa mayora de las sustancias formadas son insaturadas y muy reactivas, por loque a su vez siguen diversas rutas qumicas que dependen de las condicionesde acidez, temperatura, etc. que prevalezcan.A manera de ejemplo, en la figura 2.17 se observan dos mecanismos detransformacin que puede seguir una cetosamina; mediante deshidrataciones,isomerizaciones y desaminaciones se generan otros compuestos insaturadostambin inestables, como las osulonas 28

29. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS(3,4-didesoxi-3-enohexosona) y las desoxiosulosas (3-desoxihexosona); stostambin reaccionan con aminocidos por medio de la llamada degradacin deStrecker y producen un aldehdo con un tomo de carbono menos que el 29

30. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSaminocido, CO2 y nuevas sustancias carbonlicas. Si la 3-desoxihexosonaactuara sobre la glicina se tendra:El formaldehdo puede a su vez condensarse con grupos amino para as iniciarla reaccin de Maillard. La produccin de CO2 se ha empleado para cuantificarel grado de avance de estas transformaciones. El mecanismo de Strecker pors solo no sintetiza compuestos coloreados, sino muchos aldehdos de bajopeso molecular que contribuyen a retroalimentar la reaccin, adems deproducir los olores tpicos. Cabe indicar que este mismo mecanismo es elresponsable de la produccin de pirazinas y de otras molculas con un altopoder odorifico, como las que se encuentran en el caf y el cacao. Por estarazn, la industria de los saborizantes sintticos emplea la degradacin deStnecker en forma controlada para elaborar compuestos, o mezclas de stos,que imitan determinados sabores; se sabe que el calentamiento de un ciertoaminocido con glucosa genera olores muy caractersticos.Polimerizacin .v formacin de sustancias coloreadas. La fase final de estareaccin es la polimerizacin de un gran nmero de compuestos insaturadosque trae consigo la sntesis de las sustancias coloreadas llamadasmelanoidinas; a pesar de que su concentracin es baja, ejercen un efecto muymarcado en la apariencia del alimento. El color se debe a una amplia absorcindel espectro visible por parte de diversos cromforos. Para la sntesis delpolmero influyen decididamente algunas molculas como el furfural, elhidroximetil-furfural, las osulosas, las desoxiosulosas, los aldehdos, laspirazinas, los imidazoles, las cetonas y las reductonas; como muchos de elloscontienen grupos carbonilos, se favorece la condensacin aldlica: 30

31. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSA su vez, estos dmeros pueden seguir polimerizndose con otros aldehdoslibres o con grupos amino.La estructura qumica de las melanoidinas es muy compleja; los estudiosespectrofotomtricos han demostrado la presencia de muchos dobles enlacesde aminocidos y de distintos grupos heterocclicos. La mayora de ellas tienensu mxima absorcin a 420 o 490 nm, por lo cual pueden ser cuantificadas aestas longitudes de onda. Igualmente, mediante sus espectros en el infrarrojo oen el ultravioleta se ha podido seguir el curso de su formacin. Slo las de bajopeso molecular son solubles en agua.Como se puede deducir, el nmero de compuestos que se generan en lareaccin de Maillard en su conjunto es muy grande; muchos de ellos contienengrupos aldehdo y grupos cetona por lo que muestran una capacidad reductoramuy alta, y en los sistemas modelo se ha podido demostrar su efectoantioxidante en lpidos insaturados;47 ste es el caso de los productos de pesomolecular de ms de 1 000 que resultan de la histidina y la glucosa y queprobablemente, debido a la presencia de radicales libres, evitan la oxidacin degrasas. Esta accin tambin se ha observado en diversos alimentos, talescomo dulces, aderezos y leche en polvo; o pero no en el pescado congelado.Se ha sealado tambin que estos mismos compuestos presentan propiedadesantagonistas con algunos nutrimentos, adems de que son txicos ymutagnicos.En la figura 2.18 se muestran los compuestos y los grupos de sustancias quese han identificado en sistemas modelo con slo calentar azcares yaminocidos. 31

32. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSX.-CONTROL DE LA REACCIN DE OSCURECIMIENTOComo ya se indic, los factores que ms influyen en esta reaccin son el pH, latemperatura, la actividad acuosa, el tipo de aminocido y de azcar, losmetales y el oxgeno. En sistemas modelo de laboratorio se pueden manipulartodos estos parmetros de tal manera que su velocidad sea controlable; sinembargo en un alimento con toda la complejidad qumica que presenta slo esposible modificarlos moderadamente.La reduccin del pH, de la temperatura y de la actividad acuosa inhiben estareaccin considerablemente, aunque en ocasiones lograr esto resulta imposibletcnica y econmicamente. En los huevos deshidratados se puede aadircidos o eliminar la glucosa por la accin de la enzima glucosa oxidasa (vaseel captulo 5).Hasta la fecha, el procedimiento ms comn de control se hace mediante laadicin de sulfitos, metabisulfitos, bisulfitos o anhdrido sulfuroso siempre ycuando el alimento lo permita, como es el caso de las frutas deshidratadas;stos se deben aadir antes de que se 32

33. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSinicie la reaccin, ya que de otra manera no surten efecto. Se considera queestos compuestos actan con los grupos aldehdo, las osulosas ydesoxiosulosas, evitando que intervengan en reacciones subsecuentes;adems, su carcter reductor inhibe los pasos finales de la polimerizacin:Los sulfitos tambin se emplean para el control microbiano y su efecto slo esnotorio cuando existe una cantidad libre que verdaderamente acte sobre losmicroorganismos; si el alimento contiene azcares reductores, parte de laconcentracin de estos agentes se perder porque reacciona con loscarbohidratos y se reducir la proporcin que funciona como conservador.Recientemente se ha adjudicado un efecto txico a los sulfitos (vase elcaptulo 9) y se ha tratado de sustituirlos sin ningn xito. Existen muchoscompuestos que a nivel de laboratorio inhiben el mecanismo de Maillard,pero la mayora de ellos, como por ejemplo, la dimedona, los cianuros, lahidroxilamina, las hidrazinas, los mercaptanos, los bromuros y las sales deestao, o son muy txicos, o confieren olores indeseables.Un mtodo adecuado para el control es la optimacin de los procesos trmicos.ste es el caso de la deshidratacin de las papas, que se puede efectuar de talmanera que favorezca las transferencias de calor y de masa sin que ocurra unoscurecimiento.Otra forma es mediante la reduccin de los azcares reductores de estostubrculos, que se logra almacenndolos en condiciones adecuadas antes desu fredo. 33

34. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSXI.-EFECTOS DAINOS DEL OSCURECIMIENTOAdems de los colores y olores indeseables, esta reaccin reduce el valornutritivo del alimento ya que se pierden aminocidos y vitaminas y se generancompuestos que pueden ser txicos; las propiedades funcionales de lasprotenas, como la solubilidad, el espumado y la emulsificacin, tambin sereducen.La lisina es uno de los aminocidos indispensables ms importantes que seencuentra escasamente en los cereales; en algunos pases como Mxico cuyadieta se basa en el maz, esta reaccin es de una importancia particular ya quecualquier disminucin de este compuesto afecta el ya reducido valor nutritivodel cereal. Existen muchos trabajos que muestran que la prdida de lisina, o suconversin a una forma biolgicamente indisponible, reducen la relacin deeficiencia protenica. La simple condensacin azcar-Iisina hace que esteaminocido se vuelva indisponible y que, por lo tanto, no pueda utilizarse en lasntesis de otras protenas; es decir, no es necesario que el alimento desarrollelos compuestos coloreados finales para que se pierdan los aminocidosindispensables.Se ha observado que la tripsina slo ataca parcialmente las protenas que hansufrido este tipo de transformacin, sobre todo en los enlaces peptdicoscercanos a donde sucede la condensacin azcar-aminocido. Los productoslcteos son en particular muy susceptibles debido a su alto contenido delactosa y de lisina y pueden propiciar la reaccin incluso en condiciones derefrigeracin. Se ha visto que en el suero de la leche la aparicin decompuestos coloreados va acompaada de una reduccin de la lisinadisponible; esto mismo se ha observado en sistemas modelo de casena-glucosa-glicerol (Fig. 2.19).Ciertas pruebas de laboratorio han demostrado que las ratas alimentadas abase de casena adicionada con 0.2% del producto resultante delcalentamiento de una mezcla de glucosa y lisina, reducen su capacidad deretencin de nitrgeno de 49 a 33%, con una prdida de peso. En algunos 34

35. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSpases es costumbre aadir lisina a los productos que llevan a cabo estareaccin, para restablecer as el contenido original del aminocido.En los ltimos aos se ha despertado un gran inters por la actividadmutagnica que presentan algunas sustancias que se generan en estareaccin y en la pirlisis de los hidratos de carbono. Se ha visto que suconcentracin es paralela a la intensidad ya la produccin del colores y que sesintetizan ms fcilmente cuando la lisina est en proporcin equimolecular enpresencia de ribosa que cuando est en presencia de glucosa en un sistemamodelo a lOOC. Cabe recordar que la ribosa abunda en el pescado y en lascarnes blancas y rojas por lo que se considera que en estos productos esdonde ms fcilmente se pueden sintetizar los compuestos mutagnicos.XII.-OLIGOSACRIDOSLos oligosacridos son polmeros de monosacridos con un nmero deunidades monomricas entre 2 y 10. Los oligosacridos ms presentes en lanaturaleza son la inulina, la oligofructosa (fructooligosacridos) y losgalactooligosacridos.La inulina y oligofructosa estn formados por cadenas de fructosa que puedenterminar en glucosa o fructosa. Estn presentes en muchos vegetales:achicoria, cebolla, puerro, ajo, pltano, alcachofa, etc.Los galactooligosacridos estn formados por cadenas de galactosa y estnpresentes en la leche y en algunas plantas.Los oligosacridos forman parte de los glucolpidos y glucoprotenas que seencuentran en la superficie externa de la membrana plasmtica y por lo tantotienen una gran importancia en las funciones de reconocimiento celular..Los oligosacridos son polmeros de hasta 20 unidades de monosacridos.La unin de los monosacridos tiene lugar mediante enlaces glicosdicos, untipo concreto de enlace acetlico. Los ms abundantes son los disacridos,oligosacridos formados por dos monosacridos, iguales o distintos. Losdisacridos pueden seguir unindose a otros monosacridos por medio deenlaces glicosdicos: 1. si el disacrido es reductor, se unir a otros monosacridos por medio del OH de su carbono anomrico o de cualquier OH alcohlico 2. si no es reductor, se unir nicamente por medio de grupos OH alcohlicosAs se forman los trisacridos, tetrasacridos, o en general, oligosacridos. Lacadena de oligosacridos no tiene que ser necesariamente lineal, y de hecho, 35

36. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOScon mucha frecuencia se encuentran en la Naturaleza oligosacridos ypolisacridos ramificados.Se ha establecido arbitrariamente un lmite de 20 unidades para definir a losoligosacridos. Por encima de este valor se habla de polisacridos.Los oligosacridos suelen estar unidos covalentemente a protenas o a lpidosformando glicoprotenas y glicolpidos.Los oligosacridos pueden unirse a las protenas de dos formas: mediante un enlace N-glicosdico a un grupo amida de la cadena lateral del aminocido asparagina mediante un enlace O-glicosdico a un grupo OH de la cadena lateral de los aminocidos serina o treonina.Unin N-glicosdica a una protena Unin O-glicosdica a una protenaLos oligosacridos se unen a los lpidos mediante un enlace O-glicosdico aun grupo OH del lpido. La figura izquierda de la tabla inferior muestra unoligosacrido unido a un fosfolpido. La unin y la estructura del oligosacridoson de tal manera que ste no presenta ningn grupo reductor libre. En lacomposicin del oligosacrido suelen formar parte monosacridos como: D-glucosa, D-galactosa, D-manosa, N-acetil-D-glucosamina, N-acetil-D-galactosamina, cido silico y fucosa.Los oligosacridos que forman parte delos glicolpidos y glicoprotenas que se encuentran en la superficie externade la membrana plasmtica (figura derecha de la tabla superior) tienen unagran importancia en las funciones de reconocimiento en superficie. 36

37. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSLosoligosacridos tambin cumplen funciones importantes cuando forman partede las glicoprotenas solubles del citoplasma.12.1.-FUNCIONES DE LOS OLIGOSCARIDOS EN DISOLUCINLa molcula representada en la figura izquierda de latabla inferior corresponde a una protena soluble, laglucoamilasa de Aspergillus awamorii (cdigo PDB =3GLY). Presenta azcares O-glicosiladas a residuosde Ser o Thr (resaltados en color verde) yoligosacridos N-glicosilados a residuos de Asn(resaltados en color azul).Entre las funciones que llevan a cabo losoligosacridos unidos a protenas que se encuentrandisueltas en el citoplasma celular caben destacar: 1. Funcin estructural : La presencia del oligosacrido puede participar en el proceso de plegamiento correcto de la molcula, como en el caso de la inmunoglobulina G (Figura derecha de la tabla superior). Adems, confiere mayor estabilidad a las protenas de membrana, ya que al ser muy polares, facilitan su interaccin con el medio (Figura izquierda de la tabla superior). 2. En muchos casos, el oligosacrido que se une a la estructura de la protena determina el destino de la protena sintetizada (targeting): glicoprotena de la membrana, protena de secrecin o protena especfica de un orgnulo determinado (figura inferior). 3. Los residuos de cido silico, adems de aportar numerosas cargas negativas a las protenas, tambin las protegen de la accin de proteasas (protenas que destruyen otras protenas). 4. En los peces que habitan en latitudes polares, existe una protena anticongelante (Figura central de la tabla superior), presente en 37

38. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS elevada concentracin en los lquidos corporales de estos animales, y que se une a una gran cantidad de residuos de carbohidrato.INULINA Es el nombre con el que se designa a una familia de glcidos complejos(polisacridos), compuestos de cadenas moleculares de fructosa. Es por lotanto un fructosano o fructano, que se encuentran generalmente en las races,tubrculos y rizomas de ciertas plantas fanergamas (por ejemplo el yacn) enforma de sustancias de reserva. Forma parte de la fibra alimentaria.La inulina libera fructosa durante la digestin, aunque en pequea proporcin,ya que el organismo humano carece de enzimas especficas para degradarla, yes bien tolerada por los diabticos gracias a que no precisa de la hormonainsulina para su metabolismo.Adems, medicinalmente la inulina es una sustancia muy til ya que al no serdegradada por enzimas endgenas, y al filtrar a nivel glomerular sin serexcretado ni reabsorbido a nivel tubular, suele utilizarse para evaluar la funcionrenal a nivel de glomrulo.ALIMENTOS PROCESADOSLa inulina est comenzando a utilizarse de manera creciente en alimentos,debido a sus inusuales caractersticas nutricionales y en especial a suspropiedades como ingrediente alimentario (segn la legislacin europea, no esun aditivo alimentario7 ). Propiedades que van desde un sabor moderadamentedulce en los miembros mas sencillos de la familia, hasta los mas complejos quepueden servir como sucedneos de harinas; pasando por una enorme cantidadde compuestos de mediana complejidad sin sabor y con una textura ypalatabilidad muy similar a la de las grasas (a las que de hecho reemplaza ennumerosos productos de bajas caloras, en especial lcteos y helados).Estas propiedades son particularmente ventajosas debido a que la inulinacontiene entre un tercio y un cuarto de las caloras del azcar y entre un sextoy un noveno de las caloras de las grasas.Adems incrementa la absorcion de calcio y posiblemente tambin demagnesio, sumado al hecho de que promueve la flora intestinal beneficiosa.Produce un impacto mnimo en el azcar sanguneo, regulariza el transitointestinal y ayuda a mejorar la calidad de vida de las personas con sndrome decolon irritable.XIII.-POLISACRIDOS 38

39. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSFrecuentemente son compuestos amorfos, insolubles e inspidos, con masasmolares sumamente grandesLos polisacridos son biomolculas formadaspor la unin de una gran cantidad de monosacridos. Se encuadran entre losglcidos, y cumplen funciones diversas, sobre todo de reserva energtica yestructural.Los polisacridos son polmeros, cuyos monmeros constituyentes sonmonosacridos, los cuales se unen repetitivamente mediante enlacesglucosdicos. Estos compuestos llegan a tener un peso molecular muy elevado,que depende del nmero de residuos o unidades de monosacridos queparticipen en su estructura. Este nmero es casi siempre indeterminado,variable dentro de unos mrgenes, a diferencia de lo que ocurre conbiopolmeros informativos, como el ADN o los polipptidos de las protenas,que tienen en su cadena un nmero fijo de piezas, adems de una secuenciaespecfica.Los polisacridos pueden descomponerse, por hidrlisis de los enlacesglucosdicos entre residuos, en polisacridos ms pequeos, as como endisacridos o monosacridos. Su digestin dentro de las clulas, o en lascavidades digestivas, consiste en una hidrlisis catalizada por enzimasdigestivas (hidrolasas) llamadas genricamente glucosidasas, que sonespecficas para determinados polisacridos y, sobre todo, para determinadostipos de enlace glucosdico. As, por ejemplo, las enzimas que hidrolizan elalmidn, cuyos enlaces son del tipo llamado (14), no pueden descomponerla celulosa, cuyos enlaces son de tipo (14), aunque en los dos casos elmonosacrido sea el mismo. Las glucosidasas que digieren los polisacridos,que pueden llamarse polisacarasas, rompen en general uno de cada dosenlaces, liberando as disacridos y dejando que otras enzimas completenluego el trabajo.En la formacin de cada enlace glucosdico sobra una molcula de agua,igual que en su ruptura por hidrlisis se consume una molcula de agua, asque en una cadena hecha de n monosacridos, habr n-1 enlacesglucosdicos. Partiendo de que la frmula general, no sin excepciones, de losmonosacridos es CxH2xOxse deduce fcilmente que los polisacridos respondern casi siempre a lafrmula general: Cx(H2O)x1 39

40. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS13.1.-CLASIFICACIN DE LOS POLISACRIDOSPara la clasificacin de los polisacridos, se acude a uno de dos criterios, elfuncional, que es el ms difundido, o el qumico, que se atiene a su estructura ycomposicin.SEGN LA FUNCIN BIOLGICASegn la funcin biolgica, podemos clasificar los polisacridos en lossiguientes grupos:POLISACRIDOS DE RESERVALos polisacridos de reserva representan una forma de almacenar azcares sincrear por ello un problema osmtico. La principal molcula proveedora deenerga para las clulas de los seres vivos es la glucosa. Su almacenamientocomo molcula libre, dado que es una molcula pequea y muy soluble, daralugar a severos problemas osmticos y de viscosidad, incompatibles con la vidacelular. Los organismos mantienen entonces slo mnimas cantidades, y muycontroladas, de glucosa libre, prefiriendo almacenarla como polmero. Laconcentracin osmtica depende del nmero de molculas, y no de su masa,as que la clula puede, de esta forma, almacenar enormes cantidades sinproblemas.Es de destacar que los polisacridos de reserva no juegan el mismo papel enorganismos inmviles y pasivos, como plantas y hongos, que en los animales.stos no almacenan ms que una pequea cantidad de glucgeno, que sirvepara asegurar un suministro permanente de glucosa disuelta. Para elalmacenamiento a mayor escala de reservas, los animales recurren a lasgrasas, que son lpidos, porque stas almacenan ms del doble de energa porunidad de masa; y adems, son lquidas en las clulas, lo que las hace mscompatibles con los movimientos del cuerpo. Un organismo humano almacenacomo glucgeno la energa necesaria para no ms de seis horas, pero puedeguardar como grasa la energa equivalente a las necesidades de variassemanas.La mayora de los polisacridos de reserva son glucanos, es decir, polmerosde glucosa, ms exactamente de su ismero de anillo hexagonal(glucopiranosa). Se trata sobre todo de glucanos (14), representados en lasplantas por el almidn y en los animales por el glucgeno, con cadenas que seramifican gracias a enlaces de tipo (16). En numerosos grupos de protistascumplen la misma funcin glucanos de tipo (13).POLISACRIDOS ESTRUCTURALESSe trata de glcidos que participan en la construccin de estructuras orgnicas.Los ms importantes son los que constituyen la parte principal de la paredcelular de plantas, hongos y otros organismo eucariticos osmtrofos, es decir,que se alimentan por absorcin de sustancias disueltas. stos no tienen otra 40

41. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSmanera ms econmica de sostener su cuerpo, que envolviendo a sus clulascon una pared flexible pero resistente, contra la que oponen la presinosmtica de la clula, logrando as una solucin del tipo que en biologa sellama esqueleto hidrosttico.La celulosa es el ms importante de los polisacridos estructurales. Es elprincipal componente de la pared celular en las plantas, y la ms abundante delas biomolculas que existen en el planeta. Es un glucano, es decir, unpolmero de glucosa, con enlaces glucosdicos entre sus residuos de tipo(14). Por la configuracin espacial de los enlaces implicados, los residuosde glucosa quedan alineados de forma recta, no en helicoide, que es el caso delos glucanos (14), del tipo del almidn. sta es la regla en cuanto a laconformacin de todos los polisacridos estructurales de las paredes. Esascadenas rectas se enlazan transversalmente, por enlaces de hidrgeno, enhaces de cadenas paralelas.La quitina cumple un papel equivalente al de la celulosa, pero en los hongos, yadems es la base del exoesqueleto de los artrpodos y otros animalesemparentados. La quitina es un polmero de la N-acetil-2, D-glucosamina, unmonosacrido aminado, que contiene por lo tanto nitrgeno. Siendo ste unelemento qumico de difcil adquisicin para los organismos auttrofos, que lotienen que administrar con tacaera, la quitina queda reservada a hetertrofoscomo los hongos, que lo obtienen en abundancia.SEGN LA COMPOSICINSe distinguen dos tipos de polisacridos segn su composicin: 1. Homopolisacridos: estn formados por la repeticin de un monosacrido. 2. Heteropolisacridos: estn formados por la repeticin ordenada de un disacrido formado por dos monosacridos distintos (o, lo que es lo mismo, por la alternancia de dos monosacridos). Algunos heteropolisacridos participan junto a polipptidos (cadenas de aminocidos) de diversos polmeros mixtos llamados peptidoglucanos, mucopolisacridos o proteoglucanos. Se trata esencialmente de componentes estructurales de los tejidos, relacionados con paredes celulares y matrices extracelulares.XIV.-AGAREl agar, o agar -agar, es un polisacrido que se obtiene de algas del gneroGelidium, algas que se han utilizado en la cocina tradicional japonesa, por suspropiededes gelificantes, desde hace muchos siglos. Tambin se obtiene deotras algas, entre ellas especies de los gneros Gracillaria , de las que procedeactualmente la mayora del agar, y de Gelidiella y Pterocladia, que aportanpequeas cantidades. El agar de mejor calidad de obtiene de Gelidium, aunqueen los ltimos aos se ha extendido mucho la obtencin a partir de cultivos 41

42. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSmarinos de Gracillaria, que son ahora la fuente principal de este polisacrido.En Espaa se obtiene sobre todo de Gelidium corneum. En el listado deaditivos alimentarios de la Unin Europea, el agar es el E-406ESTRUCTURAEl agar se considera formado por la mezcla de dos tipos de polisacridos, laagarosa y la agaropectina. La agarosa es el componente principal,representando alrededor del 70% del total. Tanto la agarosa como la Agarosa yagaropectina se diferencian en la presencia de restos de sulfato ypiruvato,relativamente abundantes en la agaropectina y muy escasos(idealmente, ausentes) en la agarosa. Los restos de sulfato aparecen sobreunidades de galactosa, que entonces ocupan el lugar de una anhidrogalactosaen la secuencia alterna. Existe una gradacin de tipos entre la agarosa y laagaropectina muy sulfatada. Precisamente las algas sintetizan el agar en formasulfatada, produciendose la anhidrogalactosa en la eliminacin enzimtica delsulfato. Esto es un detalle muy importante, dado que el contenido de sulfatodecrece con la madurez de la planta, a la vez que aumenta mucho laresistencia de los geles del agar obtenido a partir de ella. Tambin,dependiendo de las especies, algunos restos de galactosa tienen grupos metiloen el carbono 6. La cantidad y calidad del agar acumulado depende dediversos factores biolgicos y ambientales, en incluso es distinto en distintaszonas del alga.En disolucin, a temperatura alta, las cadenas de agar estn desenrrolladas yplegadas al azar. Los geles de agar se forman fundamentalmente por unionesen forma de doble hlice entre las cadenas de agarosa. La presencia de grupossulfato, como sucede en la agaropectina, impedira la formacin de estashlices. Para obtener el agar de Gracillaria, el alga se trata en medio alcalinoantes de la extraccin del polisacrido, para reducir su contenido de sulfato ymejorar sus propiedades. Esta tcnica, desarrollada en la dcada de 1950, hapermitido utilizar el agar de este alga, que sin tratamiento alcalino es de muymala calidad.Los geles de agar se forman a concentraciones de menos del 1% depolisacrido, y son transparentes, duros y quebradizos. Esta ltima propiedadlos diferencia de la mayora de los otros geles de polisacridos, que son mselsticos. Adems tienen la propiedad particular de presentar una granhistresis trmica. Es decir, mientras que el gel se forma (en el caso del agarde Gellidium) a una temperatura de alrededor de entre 30C, volver de nuevo ala disolucin exige calentar el gel hasta entre 75C y 90C, segn el tipo. Losgeles de agar de Gracillaria presentan el mismo fenmenos, pero menosacusado. Con esta salvedad, los geles de agar son reversibles trmicamente. 42

43. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSEl agar es un polisacrido relativamente caro, por lo que se utiliza en formalimitada, y en muchas aplicaciones se ha sustituido por el carragenano. Comogelificante, se enplea en productos crnicos y de pescado de gama alta, paramimetizar la gelatina, que tiene el inconveniente de fundir a temperatura baja,asi como en otros productos "gelatinosos". Como estabilizante, puede utilizarseen productos lcteos y helados, combiando con la goma de algarroba.El agar es un polisacrido no digerible, que desde el punto de vista nutricionalforma parte de la "fibra". Las enzimas capaces de degradar el agar sonextarordinariamente raras, incluso entre los microrganismos. Por eso el agar estambin un valioso medio de cultivo en bacteriologa, utilizndose en estaaplicacin desde la dcada de 1880.XV.-CARRAGENATOSEl carragenato es un producto natural extrado de algas marinas rojas de laclase Rhodophyceae mediante diversas tcnicas. Se utiliza ampliamente en laIndustria alimentaria (E-407) como gelificante, espesante, emulsionante yestabilizante.El origen del producto se remonta a su utilizacin tradicional como espesantede la leche en Irlanda, siendo extrado del alga Irish moss, conocida enbotnica como Chondrus crispus. La disponibilidad limitada de este tipo de algay la creciente demanda del hidrocoloide hizo que el campo de materias primasde las que procede el carragenato se ampliara a otras algas del gneroEuchema (E. Cottonii y E. Spinosum) y Gigartina.La estructura qumica exacta del carragenato depende del tipo de alga yproceso empleado. La estructura molecular del carragenato permite segn laextraccin, refinamiento y tratamiento de purificacin de las algas la obtencinde productos con propiedades substancialmente diferentes. Tradicionalmentelos diferentes tipos de carragenato se clasifican en funcin de su estructuramolecular particular y efecto en el producto final: Kappa: forma geles fuertes y rgidos. 43

44. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOS Iota: se mezclan con agua o leche para formar geles dbiles, sin sinresis yelsticos.Presenta comportamiento tixotropia (estable a su destruccin mecnica) yestabilidad a ciclos de congelacin/ descongelacin. La sal sdica es solubleen agua fra. Lambda:no gelifica pero ofrece alta viscosidad. Soluble en agua fra.Hispanagar es una de las pocas compaas a nivel mundial que fabrica unagama completa de carragenatos incluyendo todas las fracciones (Kappa, Iota yLamda), los diferentes tratamientos alcalinos (Na+, Ca++, K+) por precipitacinalcohlica o salina del gel y diferentes grados de pureza, dando lugar adiferentes lneas de productos: Secogel, Secolacta y Secovis.La versatibilidad de este hidrocoloide le hace idneo como estabilizante,espesante o gelificante, en una gran cantidad de aplicaciones en la industriaalimentaria. Es ideal para proporcionar una textura especfica as comooptimizar el producto final. Lcteos (natillas, batidos, yogures, flanes, helados, mousse de chocolate,leche condensada, queso fresco y en polvo, cremas) Crnicos, aves y pescados (salchichas, jamones cocidos, carne de cerdo,pollo, pavo, hamburguesas, gelatinas de pescado) Pastelera ( tartas, postres de gelatina, mermeladas, siropes, gominolas,glaseados) Salsas y bebidas ( zumos de frutas concentrados, cerveza, sopas, salsa dealio) No alimenticios ( pasta de dientes, cosmticos, ambientadores, champs)Adems de esta amplia gama de extractos muy refinados, Hispanagar ofrecetambin una seleccin de carragenatos semirefinados (Algas EuchemaProcesadas o PES). Del mismo modo se comercializan mezclas que incluyencarragenato refinado y PES muy asequibles y funcionales.XVI.-GOMA ARBIGALa goma arbiga es la secrecin gomosa desecada de las ramas y troncos dela Acacia senegal o de otras especies de acacias de la familia de las Fabceas(antes denominadas leguminosas).DescripcinSon lgrimas esferoidales de hasta 32 mm dedimetro o fragmentos angulosos de color blancoo blanco amarillentos, translcido, mas o menosopaco debido a la presencia de pequeas fisurasnumerosas. Son quebradizas, la rotura es brillantey ocasionalmente iridiscente. Casi sin olor. 44

45. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSEs muy soluble en agua a temperatura ambiente, pero es insoluble en alcohol.HistoriaLa goma arbiga encontr uso hace ms de 4000 aos en Egipto, donde ya seusaba en la fabricacin de cosmticos, tintas y en la preparacin de losvendajes para los cuerpos que iban a ser momificados.ObtencinLa goma resinosa se obtiene de varias especies de acacia, aunque es de laAcacia senegal de la que se ha extrado desde siempre. La goma aparececomo un exudado de manera natural como largas esferas durante un procesollamado gomosis en el cual se sellan las heridas en las cortezas de los rbolesa modo de proteccin. De esta manera, si la corteza de un rbol se corta, seproducir goma para cerrar los agujeros. Este proceso dura alrededor de 3 a 8semanas. Cuando se requiere la goma para el comercio se hacen una serie decortes con el fin de obtener una mayor cantidad de resina, lo que ocurre de unmes a un mes y medio. Un rbol de acacia puede llegar a producir entre 2 y 5kg de goma al ao durante la estacin seca, de octubre a junio. La calidad depureza de la goma se valora segn si posee un color ms claro. El precio en elmercado de la goma arbiga depende de la cantidad extrada, y esta dependede las sequas.ComposicinLa goma arbiga tiene como componentes una mezcla de polisacridos yprotenas cuya cantidad vara segn su origen. Los polisacridos tienen comocomponentes principales Galactosa Arabinosa Ramnosa cido glucurnicoEn cambio las protenas son fundamentalmente glicoprotenas muy ricas enhidroxiprolina. Los restos glucdicos de las glucoprotenas sonarabinogalactanos.La goma arbiga es fcilmente soluble, produciendo soluciones relativamentepoco viscosas incluso a concentraciones elevadas (20%).UsosSe utiliza como emulsificante, especialmente en la industria de bebidasrefrescantes, para formar pelculas protectoras, para encapsular y dispersar 45

46. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSaromas, pigmentos y aceites esenciales en productos concentrados y en polvo.Tambin estabiliza espumas.Uso en enologaEl empleo de las goma arbiga en enologa se describea finales de 1800 y en 1933 Ribreau-Gayondemostraba que la adicin en cantidad media de gomaarbiga constitua una tcnica til para mejorarglobalmente la estabilidad y consolidar lascaractersticas organolpticas en los vinos blancos ytintos.Spindal, sociedad del grupo AEB, es lder mundial en laproduccin de goma arbiga para uso enolgico y es lanica empresa capaz de controlar todo el procesoproductivo, desde la recoleccin hasta su utilizacinfinal.Las especies de acacias que producen goma tienen una gran diversidadgentica, como consecuencia la cantidad y la calidad de este producto es muydiferente de una planta a otra. Es por lo tanto importante seleccionar la gomaarbiga en base al tipo de planta que la produce y la zona de produccin. Latransformacin de las piedras de goma se lleva a cabo segn unaconsolidada tecnologa que prev tratamientos para eliminar todas lasimpurezas presentes en el producto natural. La ltima filtracin se realiza conplacas, para asegurar la absoluta asepticidad de la goma y su filtrabilidaddespus de la adicin al vino.XVII.-TRAGACANTOGoma tragacantoLa goma tragacanto es el exudado del arbolAstragalus gummifer, y tambin se utiliza desdeantiguo, al menos desde hace 2.000 aos. Adiferencia de la goma arbiga, que suele adoptar enel arbol formas redondeadas, la goma tragacantoforma cintas y copos irregulares.La goma tragacanto est formada por dosfracciones principales, conocidas con el nombre detragacantina y basorina. La primera representaalrededor del 30% del total y es soluble en agua. Labasorina es insoluble, pero se hincha para formarun gel. Ambas estn formadas fundamentalmente por arabinogalactanos. Lagoma tragacanto es estable a pH muy bajos, y da unas dispersiones muyviscosas con concentraciones de menos del 1%, las ms viscosas de lasproducidas por cualquier goma. Tambin acta como emulsionante, debido a lapresencia de protenas, y como estabilizante de suspensiones y dedispersiones de slidos en materiales pastosos. 46

47. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSEl tragacanto o goma adragante es una resina de consistencia gomosa quesale de las incisiones practicadas en la corteza del Astragulus gummifer.El primer tragacanto que se recoge al hacer las nicisiones es de color blanco,pero la resina que fluye un poco ms tarde tiene color amarillo limn.Se cuaja formando unas cintas de consistencia gruesa que al secarse pierdenaproximadamente el 14 % del agua que contienen.Una vez solidificado, el tragacanto es muy quebradizo y se recoge con facilidadpara su uso comercial.La planta del tragacanto, espinosa y frondosa, crece en Persia, Turqua. Greciay ciertas partes del sur y el este deEuropa.El tragacanto pulverizado, de color amarillento, es insaboro e inodoro y no sedisuelve del todo en agua. Pero se disuelve perfectamente en un medioalcalino.XVIII.-PECTINASLas mermeladas y derivados de frutas en los que intervienen las pectinas sehan elaborado desde hace siglos. En 1825, el qumico francs Henri Braconnotaisl las pectinas por primera vez, reconociendo su papel en esos productos.La produccin comercial de pectinas comenz en 1908 en Alemania, a partir delos restos de la fabricacin de zumo de manzana. Actualmente se obtienen delos restos de la extraccin de zumo de manzana y, sobre todo, de los de laindustria de los zumos de ctricos. La pectina de manzana suele ser de un coloralgo ms oscuro, debido a las reaccciones de pardeamiento enzimtico. Lapectina se extrae con agua caliente acidificada, perecipitndo la de ladisolucin con etanol o con una sal de aluminio.Las pectinas estn formadas fundamentalmente por largas cadenas formadaspor unidades de cido galacturnico, que puede encontrarse como tal cido,con el grupo carboxilo libre, o bien o con el carboxilo esterificado por metanol(metoxilado).En las frutas, la mayora de los grupos cidos del cido galacturnico estnesterificados por metanol. Este metanol fuede perderse con relativa facilidadpor hidrlisis cida o enzimtica, dejando el grupo cido libre. En funcin delporcentaje de restos de cido galacturnico esterificado, las pectinas seclasifican como "de alto metoxilo", cuando este porcentaje es superior al 50%, y"de bajo metoxilo", cuando es inferior. 47

48. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSPectina de alto metoxiloPECTINA DE BAJO METOXILOEn las pectinas existen zonas en las que la continuidad de la cadena se rompepor la presencia de algunos restos de ramnosa, con ramificaciones degalactosa, arabinosa y xilosa. La proporcin es de alrededor de una ramnosapor cada 40 galacturnicos, pero no se encuentran dispersas individualmente,sino agrupadas en algunas zonas, las llamadas "zonas peludas". Las "zonaspeludas" de las pectinas estn formadas por una cadena deramnogalacturonano, con unidades alternas de cido galacturnico y ramnosa,con ramificaciones sobre la ramnosa que pueden ser de cuatro tipos: Cadenaslineales de galactosa, cadenas ramificadas de arabinosa, cadenas lineales degalactosa con alguna ramificacin de arabinosa, y cadenas ramificadas degalactosa con alguna arabinosa.En los vegetales, la pectina se encuentra en forma insoluble, la llamada"protopectina", que se solubiliza durante la maduracin de las frutas y en laextraccin con cido, formando la pectina soluble. En este proceso se pierdensobre todo las regiones ramificadas. La pectina de remolacha azucareracontiene algunos grupos ferolilo en lugar del metanol.GELES DE PECTINA DE ALTO METOXILOLa primera condicin para obtener geles de pectina de alto metoxilo es que elpH sea bajo, Para que los grupos cidos, minoritarios, se encuentrenfundamentalmente en forma no ionizada, y no existan repulsiones entre cargas.A pH 3,5, aproximadamente la mitad de los grupos carboxilo del cidogalacturnico se encuentran ionizados, pero por debajo de pH 2 el porcentajees ya muy pequeo. Las cadenas de pectinas de alto metoxilo puedenentonces unirse a travs de interacciones hidrofbicas de los grupos metoxilo omediante puentes de hidrgeno, incluidos los de los grupos cidos noionizados, siempre que exista un material muy hidrfilo (azcar)que retire el a 48

49. CARBOHIDRATOS QUIMICA DE LOS ALIMENTOSagua. En consecuencia, las pectinas de alto metoxilo formarn geles a pH entre1 y 3,5, con contenidos de azcar entre el 55% como mnimo y el 85%.El grado de esterificacin de las pectinas de alto metoxilo influye mucho sobresus propiedades. En particular, a mayor grado de esterificacin, mayor es latemperatura de gelificacin. Por ejemplo, una pectina con un grado deesterificacin del 75% es capaz de gelificar ya a temperaturas d