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CARBOHIDRATOS

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2

USOS DE LOS CARBOHIDRATOS EN LA ALIMENTACIN Y EN LA

INDUSTRIA

1. EN LA ALIMENTACIN

Contribuyen a la apetecibilidad de los alimentos: Dulzor, aromas, textura

Principal fuente de energa: 3.8 Kcal/g

Requerimientos mnimos FAO: 2500 3200 Kcal/da

Pases pobres: 90% de la dieta, carbohidratos

EEUU: Menos del 50% de caloras consumidas provienen de

CHOs.

Deficiencia: Marasmo

Algunos no digeribles

No aportan energa

Buenos para la salud

USOS DE LOS CARBOHIDRATOS EN LA ALIMENTACIN Y EN LA INDUSTRIA

2. EN LA INDUSTRIA

Edulcorantes

Estabilizadores

Clarificantes (vinos)

Espesantes (jugos)

Fijadores de aromas

Texturizantes

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Marasmo

4

Deficiencia crnica de caloras

Puede ocurrir en presencia de ingesta adecuada de protenas

Usualmente ocurre en nios menores de un ao

Sntomas incluyen: Menor

crecimiento, Debilidad, Anemia.

Signos clnicos del Marasmo

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MARASMO NUTRICIONAL

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Kwashiorkor

Inadecuada ingesta de Protenas

Usualmente ocurre en nios mayores de un ao, cuando la dieta esta compuesta bsicamente de carbohidratos

Sntomas incluyen: Edema, lesiones en la piel, despigmentacin del cabello, anorexia, agrandamiento del hgado y disminucin de la albmina srica.

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Signos clnicos del Kwashiorkor

8

KWASHIORKOR

9

DIFERENCIAS ENTRE MARASMO Y

KWASHIORKOR

Marasmo y Kwashiorkor son los principales problemas de salud

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ALGUNAS ENFERMEDADES RELACIONADAS A LAS DIETAS CON BAJO CONTENIDO DE FIBRA

___________________________________________________________ Enfermedades gastrointestinales y relacionadas: Estreimiento Enfermedad diverticular del colon Sndrome de intestino irritable Colitis espstica Enfermedad funcional del intestino

Cncer de colon Hemorroides (Apendicitis) (Hernia)

Enfermedades cardiovasculres y del metabolismo de lpidos: Hipercolestermia Enfermedades cardacas isqumicas Clculos de colesterol

Otras enfermedades metablicas: (Toxinas del embarazo) (Obesidad) (Diabetes mellitus) ___________________________________________________________ Entre parntesis: Enfermedades investigadas en forma limitada.

Fuente: Amen y Spiller (1977), citados por Desrosier (1983).

UTILIZACIN DE LOS HIDRATOS DE CARBONO DE LA DIETA EN EL METABOLISMO HUMANO

Tipo de hidrato de carbono Aprovechable

(Digerible y absorbido)

No aprovechable

(No digerido o poco

Absorbido)

Monosacridos

Hexosas

Pentosas

Alditoles

D-glucosa

D-fructosa

D-galactosa

D-ribosa

Glicerol

D-glucitol (sorbitol)

Xilitol

D-manosa

L-sorbosa

L-arabinosa

D-xilosa

D-manitol

Galactilol (dulcitol)

L-arabinitol

Oligosacridos Sacarosa

Maltosa

Isomaltosa

Lactosa

Melibiosa

Rafinosa

Estaquiosa

Verbascosa

Polisacridos Almidones gelatinizados

Amilosa

Amilopectina

Amilodextrina

Glucgeno

Celulosa

Hemicelulosa

Sustancias pcticas

Pentosanos

Quintina 13

PRINCIPALES CARBOHIDRATOS EN LOS ALIMENTOS

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1. GLUCOSA

Unica hexosa libre en organismo humano: sangre, 1 mg/ml;

msculo, como glucgeno.

En miel y en frutas

Usos: - Conservacin frutas: alta presin osmtica - Control cristalizacin azcar en dulces y helados - Retiene humedad - Exalta sabores - Acta como adhesivo

PRINCIPALES MONO Y DISACRIDOS

PRINCIPALES MONO Y DISACRIDOS

2. FRUCTOSA

Presente en miel y algunos frutos

Principal constituyente de algunos polisacridos: inulina en algunos tubrculos

Se metaboliza independientemente de la insulina en el hgado

Se absorbe lentamente en el intestino

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MOLCULA DE FRUCTOSA

17

18

SACAROSA Glucosa (-D-glucopiranosa) y fructosa (-D-fructofuranosa) Hidrosoluble: elevada solubilidad (204 g/100 ml , 20C; 490g/100 ml, 100 C) Fcilmente cristalizable Fcilmente hidrolizable: - cidos dbiles: pH 2.15; 71 C x 2 hrs. en HCl 0.1% - Enzimas (invertasa): 60 C x 8 hrs. No reductor

MOLECULA DE SACAROSA

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20

LACTOSA Glucosa y galactosa Principal carbohidrato en la leche (2 8 %) Poco soluble (5g/100 g agua, a 0 C; 18.90 g/100 ml, a 25C ) No tolerado por algunas personas (deficiencia lactasa) Digestibilidad ms baja que sacarosa Usos: - Aderezos, confitados, rellenos pasteles, dulces - Coadyuvante viscosidad sin aumentar dulzor - Estabilizador aromas y sabores en algunos alimentos - Mejora sabor y color horneado del pan.

MOLECULA DE LACTOSA

21

AZUCAR REDUCTOR

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DERIVADOS DE LOS MONOSACRIDOS


1. CIDOS ALDNICOS

Producto de la oxidacin de los azcares reductores.

CH2OH (CHOH)4 CHO CH2OH (CHOH)4 COOH

Glucosa cido glucnico

2. CIDOS HEXURNICOS

Producto de la oxidacin del grupo terminal CH2OH de las hexosas, sin oxidacin de la funcin reductora (protegida)

CH2OH (CHOH)4 CHO COOH (CHOH)4 CHO

Glucosa cido glucornico

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3. CIDOS ALDRICOS

Se oxidan ambos extremos de la cadena, ej: ac. Tartrico, ac. Manrico, ac. Galactrico, ac. Glucrico.

CH2OH (CHOH)2 CHO COOH (CHOH)2 COOH

Eritrosa Ac. Tartrico

CH2OH (CHOH)4 CHO COOH (CHOH)4 COOH

Glucosa Ac. Glucrico

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4. ALDITOLES

Alcoholes que se producen cuando se reduce la funcin

carbonilo de aldosas y cetosas:

CH2OH (CHOH) CH2OH Gliceritol (o glicerol): en grasas

CH2OH (CHOH)4 CH2OH Glucitol: en frutas

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REACCIONES EN LAS QUE INTERVIENEN LOS CARBOHIDRATOS

EN LOS ALIMENTOS

1. HIDRLISIS DE LA SACAROSA

Proceso mediante el cual la sacarosa es desdoblada en sus componentes: glucosa y fructosa.

SACAROSA + H2O D(+)-GLUCOSA + D(-)-FRUCTOSA

[]= + 66.5 [ ] = +52.5 [ ] = -92

\_______________ ____________/

v

AZUCAR INVERTIDO [ ] = -20

La hidrlisis de la sacarosa se puede realizar por medio de cidos dbiles o por accin enzimtica (invertasa).

30

31

2. REACCIN DE MAILLARD

CARACTERISTICAS DE LA REACCION DE MAILLARD

1. Reaccin entre azcares reductores y aa

2. Estadios iniciales no necesitan de oxgeno, s etapas finales

3. Durante reaccin, formacin de CO2 y agua

4. Pigmentos, desde muy solubles en agua hasta casi insolubles

5. Productos finales contienen nitrgeno

6. Puede evitarse: eliminando reactantes

7. Puede disminuirse: bajando la temperatura, Aw, inhibidores qumicos, pH

8. Deseable en algunos casos; indeseable en otros

9. Contribuye con formacin de olores y sabores

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FASES DE LA REACCION DE MAILLARD Fase Inicial

Reacciones de condensacin, enolizacin, formacin de base de Schiff, hasta glicosilamina N-sustituida.

La glucosa y los grupos amino libres se combinan en la relacin 1:1.

El poder reductor aumenta en solucin alcalina

En esta fase no hay coloracin.

1er PASO DE REACCIONES DE MAILLARD REACCIONES CON COMPUESTOS AMINICOS

N- GLICSIDOS O GLICOSILAMINAS

- ALDOSILAMINAS - CETOSILAMINAS

Ejemplo:

AZCAR REDUCTOR +

PROTENA PPTIDO aa AMINAS

aW

T

PRODUCTO PRIMARIO DE MAILLARD

Entrar dentro de otras secuencias de reacin. Puede sufrir transposiciones isomerizaciones a travs del ENAMINOL.

C

R

O H + H2N R1

Compuesto amnico

D- glucosa Monosacrido

adicin

OH

O

HO

OH

CH2OH

NH-R1

Ciclacin

C H

R

N R1

Imina -H2O

C

OH

H

R

NH R1

GLUCOSILAMINA

CETOSA

C

H

OH H

C O

.

.

.

C

H

C O

.

.

.

H

C

H

O

H C OH

.

.

.

ALDOSA 1,2-ENODIOL

OH

TAUTOMERA CETOENLICA:

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Fase intermedia - Reacciones de deshidratacin de los azcares; fragmentacin del azcar; formacin de compuestos - dicarbonlicos; reductonas y pigmentos. - Se desarrolla poder reductor en solucin cida - Disminuye el pH - Los azcares desaparecen ms rpido que los aminocidos - Aparece color amarillo leonado, el que puede ser decolorado por la accin del bisulfito. El bisulfito se combina con los azcares, formando productos de adicin azcar-SO2, llamados hidroxisulfonatos (de la glucosa, arabinosa, galactosa, manosa, etc.)

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Fase final Reacciones de condensacin aldlica; polimerizacin; degradacin de Strecker de los -aminocidos a aldehdos y N- heterocclicos a temperatura elevada.

Se libera CO2, el cual proviene mayormente de los aminocidos (90-100 %)

Incremento de la acidez

Desarrollo de aromas parecidos al caramelo

Formacin de melanoidinas coloidales e insolubles. La adicin de sulfito no los decolora.

PROPORCIONAN LOS COLORES PARDO-ROJIZOS O PARDO-

OSCUROS CARACTERSTICOS DE LAS REACCIONES DE

MAILLARD.

SON HEPATOTXICAS SI SE INGIEREN A DOSIS ; NO

SUELE DARSE.

EN DETERMINADAS OCASIONES PUEDEN INTERACCIONAR

CON LOS NITRITOS DE LOS ALIMENTOS PARA FORMAR

NITROSAMINAS CANCERGENAS.

LAS MELANOIDINAS

Factores que influyen en la

reaccin de Maillard

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1- Tipo de hidrato de carbono

2- Tipo de aminocidos o protena

3- Concentracin de sustratos

4- Tiempo y temperatura de coccin

5- pH

6- Presencia de inhibidores

7- Actividad de agua

Los monosacridos dan una reaccin ms intensa que los disacridos.

Dentro de los monosacridos, las pentosas dan reaccin ms intensa que las hexosas

Pentosas > Hexosas > Disacridos

reductores 40

La intensidad de la reaccin depende del

tipo de hidrato de carbono

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Soluciones con distintos azcares

Variables

Tipo de Azcar Concentracin pH

de azcar

Fructosa 3M Neutro

Glucosa 3M Neutro

Sacarosa 3M Neutro

Se mezclaron 4 ml de solucin de azcar, 4 ml de solucin de glicina 1.5 M. Se calentaron los tubos en estufa a 80C durante 12 horas

Leche en polvo despus del tratamiento trmico, de izquierda a derecha: control, leche a 10 minutos, leche a 20 minutos, leche a

30 minutos y leche a 60 minutos.

De izquierda a derecha: glucosa ms casena, lactosa ms casena y sacarosa ms casena.

PARDEAMIENTO DE LA LECHE EN POLVO

PARDEAMIENTO NO ENZIMTICO

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Variables

Tipo deAzcar Cantidad Leudante de Azcar Fructosa 50 g NaHCO3 + CaHPO4 Glucosa 50 g NaHCO3 + CaHPO4 Sacarosa 50 g NaHCO3 + CaHPO4

180 C x 30 min.

El aroma de los productos de reaccin depende de:

los aminocido que componen las protenas

y de la temperatura de coccin.

Reaccin entre glucosa y diferentes aminocidos

Aminocido 100C 180C

Valina Pan de centeno Chocolate muy fuerte

Leucina Chocolate dulce Queso quemado

Glutamina Chocolate Caramelo

Lisina Ninguno Pan

La intensidad de color tambin depende del tipo de aminocido.

Los bsicos son los ms reactivos.

44

45

Concentracin de hidratos de carbono y

protenas

Para que se lleve a cabo la reaccin es necesario que

estn presentes los 2 sustratos:

hidratos de carbono y protenas.

Al aumentar la concentracin de estos sustratos en el alimento, mayor ser la intensidad de la reaccin

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Tiempo y temperatura de coccin

Si bien la reaccin puede ocurrir a temperatura ambiente, se

ve favorecida a altas temperaturas.

Al aumentar el tiempo de coccin, aumenta la intensidad de la reaccin.

Los aromas generados tambin dependen de la temperatura y tiempo de coccin.

pH La intensidad de la reaccin aumenta a pH alcalinos (pH > 7) y disminuye a pH cidos (pH

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Actividad de agua (Aw)

Los alimentos de humedad intermedia, con valores de aw de 0.6

a 0.9, son los que ms favorecen esta reaccin:

Un Aw menor no permite la movilidad de los reactivos.

Una Aw mayor ejerce una accin inhibidora ya que el agua diluye a los reactivos.

MEDIDAS PARA EVITAR LAS REACCIONES DE MAILLARD EN

LA MANIPULACIN Y ALMACENAMIENTO DE ALIMENTOS

1) DISMINUCIN DEL PH pH bsico cataliza enolizaciones y rupturas.

Si aumenta el pH, se arranca el H+ con facilidad y se dan deshidrataciones

2) UTILIZACIN DE BAJA T

T Velocidad de reaccin

3) UTILIZAR BAJAS aw

5) ADICIN DE SULFITO: Bloquea los grupos carbonilo y el compuesto ya no

puede entrar en la secuencia de reaccin.

O C

. . .

H C N R

H2NR

H C SO3Na+

. .

OH

+NaHSO3

4) UTILIZACIN DE AZCARES NO REDUCTORES

REACCIONES DE MAILLARD DESEADAS

En muchas ocasiones las reacciones de Maillard son deseables y se realizan a nivel industrial.

- Producto de las reacciones de Maillard, gran inters. - Potencia el sabor dulce y proporciona aroma a caramelo.

Hay una serie de reacciones perfectamente estudiadas para la

obtencin de diversos aromas:

Ejemplos:

D - GLUCOSA + VALINA (1/1)

D - GLUCOSA + GLICINA (1/1)

D - GLUCOSA + GLUTMICO (1/1)

D - GLUCOSA + VALINA (1/1)

AROMA A PAN DE CENTENO

AROMA A CARAMELO

AROMA A CHOCOLATE

AROMA A CHOCOLATE

T = 100C

T = 100C

T = 100C

T = 180C

ESTAS REACCIONES SE LLEVAN A CABO A NIVEL INDUSTRIAL

MALTOL:

3. REACCIONES DE CARAMELIZACIN

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Fennema (1982) cita a las siguientes como reacciones que se producen durante la caramelizacin de los azcares: INVERSIN DE LA SACAROSA EQUILIBRIO DE LAS FORMAS ANOMRICAS CONDENSACIN INTERMOLECULAR CONDENSACIN INTRAMOLECULAR ENOLIZACIN E ISOMERIZACIN DE ALDOSAS A CETOSAS REACCIONES DE DESHIDRATACIN REACCIONES DE FRAGMENTACIN PARDEAMIENTO

Equilibrio de formas anomricas y anillos,

Inversin de la sacarosa a fructosa y glucosa

Reacciones de condensacin ntermolecular,

Enlazamiento o condensacin intramolecular

Isomerizacin de aldosas a cetosas,

Temperaturas de caramelizacin

Azcar Temperatura

Fructosa 110

Galactosa 160

Glucosa 160

Sacarosa 160

Maltosa 180

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Caramelizaci%C3%B3n

CARACTERSTICAS DE LA REACCIN DE CARAMELIZACIN

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La caramelizacin ocurre cuando los azcares se calientan por encima de su punto de fusin, formndose pigmentos pardos llamados caramelos. La reaccin ocurre tanto en condiciones cidas como alcalinas, siendo ms rpida a pH alto. La composicin qumica de los productos es compleja y vara con las condiciones de calentamiento empleadas. Los fosfatos, citratos, malatos, fumaratos y tartratos catalizan estas reacciones. La reaccin de caramelizacin es ms lenta que la reaccin de Maillard. Fagerson (1969), citado por Hawthorn (1983), ha relacionado 96 compuestos que se han aislado al calentar glucosa, tales como lactonas, aldehdos, cetonas, cidos, furanos y compuestos de la serie aromtica.

57

Se aprecia el post-calentamiento de las placas, en la derecha sacarosa ms bitartrato de potasio, al centro glucosa ms agua y en la izquierda sacarosa ms

agua.

CARAMELIZACIN

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EDULCORANTES

Los edulcorantes son compuestos que proporcionan sabor dulce a los alimentos. Entre stos se tiene: sacarosa, glucosa, jarabe de glucosa, fructosa, lactosa, jarabes de maz (mezcla de glucosa y sus polmeros).

Poder dulce Est dado por la capacidad del edulcorante de proporcionar el sabor dulce. El poder dulce de los edulcorantes se puede expresar de las siguientes formas: Umbral lmite Indica la concentracin del edulcorante a la que se puede detectar el sabor dulce. Esta es una forma antigua de expresar el poder dulce; en la actualidad, este trmino resulta muy subjetivo ya que el sabor dulce es un fenmeno sensorial y por lo tanto subjetivo, est influido por factores psicolgicos y ambientales, por lo que se le considera de poco valor.

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Poder dulce relativo (PDR)

Est dado por la relacin entre las concentraciones de sacarosa y la del otro edulcorante con las cuales se alcanza el mismo sabor dulce.

Concentracin de sacarosa PDR = ------------------------------------------

Concentracin del otro edulcorante

Si el poder dulce de la sacarosa se considera como 1.00, se tiene que:

Compuesto Poder dulce relativo Sacarosa 1.00 Rafinosa 0.15 Lactosa 0.20 - 0.30 Maltosa 0.30 - 0.50 Glucosa 0.75 Fructosa* 1.74 (a 5 C) (a 40 C) 1.00 (a 60 C) 0.80 Sacarina 300 500 (*) El dulzor de las soluciones de fructosa disminuye, con respecto a la sacarosa, cuando se incrementa la temperatura. Segn Fennema (1982), este fenmeno se atribuye a un cambio en el equilibrio de las formas anomricas e ismeros cclicos.

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PODER DULCE RELATIVO DE ALGUNOS AZUCARES Y ALDITOLES

(sacarosa = 1.00)

Concentracin

de sacarosa

(g/100 ml)

Poder dulce relativo

D-fructosa Xilitol D-xilosa D-glucosa D-glucitol D-manitol

2.5

5.0

10.0

15.0

20.0

30.0

40.0

1.32

1.33

1.23

1.24

0.96

1.01

1.02

1.08

1.18

0.57

0.59

0.65

0.78

0.56

0.56

0.63

0.72

0.77

0.83

0.55

0.54

0.58

0.71

0.82

0.51

0.56

0.62

DULZORES RELATIVOS DE VARIAS SUSTANCIAS ORGNICAS

SUSTANCIA FRMULA DULZOR

SACAROSA C12H22O11 1

LACTOSA C12H22O11 0.27

DULCITOL C6H14O6 0.41

MANITOL C6H14O6 0.45

SORBITOL C6H14O6 0.48

GLICEROL C3H8O3 0.48

ETILEN GLICOL C2H6O2 0.49

D-GLUCOSA C6H12O6 0.5 0.6

MALTOSA C12H22O11 0.6

D-FRUCTOSA C6H12O6 1.5

CICLOHEXIL SULFAMATO DE SODIO

C6H11NHSO3Na 30

DULCINA (1) C2H5OC6H4NHCONH2 350

SACARINA (2) C6H4.CO6.NH.SO2 500

XILITOL ------------------------ 1 2

ASPARTAME Phe-Ac.asp. (3) 200

TAUMATINA II Protena 2000

P-400 NH2C6.H3(OC3H7)NO2 4100

61

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