carbohidratos en la quimica de los alimentos 110609170828 phpapp02

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.

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CARBOHIDRATOS


INTRODUCCIN

Este nombre se deriv de las investigaciones de los primeros qumicos, quienes observaron que al calentar azcares por un perodo prologado de tiempo, en un tubo de ensayo abierto, obtenan un residuo negro, carbn y gotas de agua condensadas en las paredes del tubo. Adems, el anlisis qumico de los azcares y otros carbohidratos indicaron que contenan nicamente carbono, hidrgeno y oxgeno y muchos de ellos tenan la frmula general Cx(H2O)y. Ahora se sabe que algunos carbohidratos contienen nitrgeno y azufre adems de carbono, hidrgeno y oxgeno. No son compuestos hidratados, como lo son muchas sales inorgnicas (por ejemplo, el sulfato de cobre pentahidratado CuSO4.5H2O. Actualmente, el nombre de carbohidratos se utiliza para designar una clase de compuestos que son aldehdos o cetonas polihidroxiladas, o sustancias que producen estos compuestos por hidrlisis (reaccin con agua). Los carbohidratos son los principales componentes de casi todas las plantas, comprenden del 60 al 90% de su masa seca. En contraste, el tejido animal contiene una cantidad comparativamente pequea de carbohidratos (por ejemplo, menos del 1% en el hombre). Los vegetales utilizan los carbohidratos tanto como fuente de energa as como tejido de sostn, de la misma manera que los animales emplean las protenas. Los animales no realizan esta sntesis, por lo tanto, dependen del reino animal como fuente de estos compuestos vitales. El hombre, otra especie animal, no solo utiliza carbohidratos en su alimentacin (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).

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RESUMEN En este trabajo se a desarrollado los siguientes temas: Carbohidratos. Estructura. Propiedades fsicas, qumicas y organolpticas. Reacciones en medio cido y bsico. Caramelizacin. Reacciones con compuestos amnicos. N-glucsidos. Compuestos de Heyns y Amadori. Estados iniciales de la reaccin de Reaccin Maillard. Productos de degradacin de las desoxiosonas. Reaccin de Strecker. Inhibicin de la reaccin de Maillard. Reacciones con compuestos hidroxlicos (O-glicsidos) Oligosacridos, gomas arbiga, propiedades, tragacanto. clasificacin. Polisacridos celulosa, tipos de conformacin, propiedades. Polisacridos especiales Agar, carragenatos, Pectinas, Almidones, dextranos. Propiedades fsicas y qumicas. Anlisis y deteccin. Requerimientos nutricionales. Contenido en los alimentos. Valor calrico.

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CARBOHIDRATOSI.-DEFINICIN DE CARBOHIDRATO Los carbohidratos, glcidos o hidratos de carbono, son biomolculas ternarias, relativamente simples constituidas de carbono, hidrgeno y oxgeno, pero tambin pueden presentar otros tomos. Los hidratos de carbono, qumicamente son polihidroxialdehdos o polihidroxiacetonas, o productos derivados de ellos por oxidacin, reduccin, sustitucin o polimerizacin. Muchos tienen la frmula (CH2O)n, que daba a entender, en su origen, que se trataba de hidratos de carbonos. Estas biomolculas son las ms abundantes en la naturaleza de origen sobre todo vegetal, los glcidos proceden de la actividad fotosinttica de los vegetales. Son estas biomolculas la base de todo el equilibrio trfico o alimenticio de la materia viva. Se les considera como elementos comunes existentes en casi todos los alimentos, tanto de forma natural o como componentes y como ingredientes artificialmente aadidos. Su uso es muy grande y puede decirse que son muy consumidos. Tienen diferentes estructuras moleculares, tamaos y formas que exhiben una variedad de propiedades qumicas y fsicas El almidn, la lactosa y la sucrosa (azcar corriente) son carbohidratos digeribles por los humanos y ellos junto con la D-glucosa y la D-fructosa proporcionan casi el 7080% de la caloras en la dieta humana a lo largo de todo el mundo ours meet me in the tower II.-TIPOS DE CARBOHIDRATOS. Basndose en su complejidad estructural los carbohidratos se presentan en varias formas de compuestos: Monosacridos, oligosacridos y polisacridos.

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CARBOHIDRATOS

SIMPLES HIDROLISIS

COMPLEJOS

DISACARIDOS MONOSACARIDOS HIDROLISIS

2 molculas de monosacrido s 3 a 10 molculas de monosacridos

HIDROLISIS

OLIGOSACARIDOS

POLISACARIDOS

Ms de 10 molculas de monosacridos

2.1.-LOS CARBOHIDRATOS COMPLEJOS Estn hechos de molculas de azcar que se extienden juntas en complejas cadenas largas. Dichos carbohidratos se encuentran en alimentos tales como guisantes, frjoles, granos enteros y hortalizas. Tanto los carbohidratos complejos como los carbohidratos simples se convierten en glucosa en el cuerpo y son usados como energa. La glucosa es usada en las clulas del cuerpo y del cerebro y la que no se utiliza se almacena en el hgado y los msculos como glucgeno para su uso posterior. Los alimentos que contienen carbohidratos complejos suministran vitaminas y minerales que son importantes para la salud de una persona. La mayora de la ingesta de carbohidratos debe provenir de los carbohidratos complejos (almidones) y azcares naturales en lugar de azcares procesados y refinados.

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2.2.-LOS CARBOHIDRATOS SIMPLES Son descompuestos rpidamente por el cuerpo para ser usados como energa y se encuentran en forma natural en alimentos como las frutas, la leche y sus derivados, al igual que en azcares procesados y refinados como los dulces, el azcar comn, los almbares y las gaseosas. La mayor parte de la ingesta de carbohidratos debe provenir de carbohidratos complejos (almidones) y azcares naturales, en lugar de azcares procesados o refinados.

III.-MONOSACRIDOS Son azcares simples monomoleculares (monmeros), constitudos por una sola unidad de polihidroxialdehido o polihidroxiacetona; por ello no pueden ser desdoblados en compuestos ms sencillos por hidrlisis.

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3.1.-PROPIEDADES FSICAS: En forma slida son de color blanco, cristalino, muy soluble en agua e insoluble en disolventes no polares. La mayora tienen sabor dulce. Son los azcares ms sencillos, son aldehdos (aldosas) o cetonas (cetosas) con dos o ms grupos hidroxilo. Debido a que los hidrxidos son grupos muy polares, todos los monosacridos son muy solubles en agua, pueden cristalizar y atraviesan fcilmente las membranas biolgicas. Los monosacridos existen habitualmente como ismeros, es decir son molculas que tienen la misma frmula general e emprica, no obstante la frmula estructural de las molculas es muy diferente y les imprime propiedades fsicas y qumicas muy distintas; Por ejemplo, la glucosa y la fructosa tienen la misma frmula C6H12O6 puesto que contienen los mismos tomos en las mismas proporciones, pero las frmulas estructurales para indicar el ordenamiento espacial de las partes es muy diferente, as mismo el sabor de la glucosa ni siquiera se aproxima al sabor de la fructosa que es el monosacridos ms dulce. Los monosacridos debido a que presentan uno o varios carbonos asimtricos, tienen la posibilidad de formar numerosas configuraciones pticas espaciales en la cadena hidrocarbonada originando los estereoisomeros (son imgenes especulares en un espejo, una idntica de la otra), la ms frecuente son, D y L, por sus configuraciones espaciales, derecha a izquierda (D por dextro = derecha y L por Levo = izquierda). El caso ms sencillo es el de la aldotriosa gliceraldehdo, que tiene un carbono asimtrico, lo que da lugar a dos configuraciones posibles, conocidas como ismeros D y L. Todos los dems azcares se consideran estructuralmente deriva-dos D L gliceraldehdo, por lo que se agrupan en las familias D y L. La serie D comprende todos los monoscridos en los que el OH del carbono estereognico directamente unido al grupo CH2OH terminal est situado a la derecha en una proyeccin de Fisher.

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D-(+)-gliceraldehido

D-eritrosa

D-treosa

D-ribosa

D-arabinosa

D-xilosa

D-lixosa

D-alosa

D-altrosa D-glucosa D-m anosa

D-gulosa

D-idosa D-galactosa D-talosa

**Ciclizacin de los monosacridos. Mutarrotacin Los monosacridos son molculas polifuncionales ya que poseen un grupo aldehido, o cetnco, y al menos dos grupos hidroxilos. Como es conocido, los grupos carbonilos reaccionan en medio cido para dar acetales:

O R C H + HOR '

H

+

OR' R C H + H OR' OH un hem iacetal

H

+

OR' R C H OR' un acetal

En el equilibrio entre un aldehido, un hemiacetal y un acetal el aldehido est favorecido. No ocurre as cuando las molculas poseen un grupo OH en

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posicin (1,4)o (1,5) a un grupo carbonilo ya que la formacin del hemiacetal cclico de 5 o 6 miembros est favorecida:

O C1 H H2O/H+

O OH

O

OH H H OH

H OH C5 R(H) O carbono hemiacetlico O H2O/H+

O

O OH

C1

H

OH H H OH

H OH C4 R(H) hemiacetales cclicos

O

De esta forma los monosacridos en agua forman hemiacetles cclicos; cuando utilizan el OH del carbono 4, se forma un anillo de 5 miembros (forma furansica) mientras que cuando utilizan el OH del carbono 5, se forma un anillo de 6 miembros (forma piransica).* En las disoluciones acuosas se encuentran ambas formas en equilibrio. Al formarse el hemiacetal cclico aparece en la molcula un nuevo centro quiral (el carbono carbonlica pasa de sp2 a sp3) por lo que en cada carbono hemiacetlico hay dos formas espaciales diferentes. Cuando el grupo OH se encuentra hacia arriba, el hemiacetal se denomina y cuando est hacia abajo . En los azcares, a este carbono se le denomina carbono anomrico y a los dos diastereoismeros resultantes de la formacin del hemiacetal se le denominan anmeros.

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3.2.-PROPIEDADES QUMICAS: Reacciones de oxidacin: Todos los monosacridos reducen los reactivos de Fehling y de Tollens y son por lo tanto azcares reductores. Si estas reacciones sirven para diferenciar aldehidos de cetonas por qu cetosas y aldosas tienen igual comportamiento frente a estos reactivos? Ambos reactivos son alcalinos y el medio bsico provoca la isomerizacin, e incluso la descomposicin, de los azcares ya que facilitan la formacin de la forma enlica: epmerosCHO H C OH H C OH CHOH C OH H C OH enodiol CHO HO C H H C OH

CH2OH C O H C OH cetosa

CH2OH C OH C OH etc

Las aldosas, pero no las cetosas se oxidan con agua de bromo obtenindose un cido glicnico. Esta reaccin permite diferenciar las aldosas de las cetosas ya que por ser este un medio cido no se isomerizan los azcares. La oxidacin con cido ntrico produce cidos glicricos:

Br2/H2O CHO H C OH n CH2OH

COOH H C OH n CH2OH COOH H C OH n 10 COOH cido glicrico cido glicnico

HNO3

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Oxidacin con cido perydico: Los compuestos que contienen dos grupos susceptibles de oxidarse en carbonos adyacentes se oxidan, con ruptura del enlace carbono-carbono:

R CH CH R' OH OH R CH CH R' OH OR"

HIO4

R C H + H C R'

+HIO3Por cada enlace que se rompe se incrementa el grado de oxidacin

HIO4

xO

O

O no reacciona

R CH CH CH R' OH OH OH

HIO4

R C H + HCOOH + H C R' +HIO3 O

Formacin de osazonas: Como todos los aldehidos las aldosas reaccionan con fenilhidracina para dar fenilhidrazonas. Si se emplea un exceso del reactivo (3:1) se obtienen osazonas:

epmeros CHO H C OH H C OH 3 C6H5NHNH2 dos moles forman la osazona CH NNHC6H5 C NNHC6H5 + C6H5NH2 + NH3 un mol oxida al grupo OH y se reduce CHO HO C H H C OH

H C OH osazona

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Los epmeros producen la misma osazona IV.-RESUMEN DE LAS MS IMPORTANTES REACCIONES DE LOS MONOSACRIDOS:CH2OH

H2O/H

+HO OH

O

OH

El otro anmero (mutarrotacin)

OH CH2OH

-D-glucosa un glicsido (estable en sln neutra o alcalina) un cido aldnico (forma lactona en medio cido) un cido aldrico (tambin forma lactona en H +)

CH2OH O OH HO OH OH -D-glucosa

ROH/H

+OH

O OR HO

oxidacin suave Ag /NH3 o X2 oxidacin HNO3 oxidacin enzimticaHO OH

OH

+

HOCH 2(CHOH) 4COOH

HOO C(C HOH)4 COOHCOOH O OH

un cido urnico

HIO4 H2/cat

OH

aldehidos y cidosHOCH 2(CHOH) 4CH 2OHCH2OAc O OAc AcO OAc OAc CH2OCH3

un alditol

(CH3CO)2O/NaAc fro

un penta acetato

(CH3O)2SO2 o CH3I/NaOHCH3O OCH3

O OCH3

eter-acetalOCH3

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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.

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Dihidroxiacetona

D-eritrulosa

D-ribulosa

D-xilulosa

D-psicosa

D-fructosa

D-sorbosa

D-tagatosa

5.2.-POR EL NMERO DE TOMOS DE CARBONO EN SU CADENA MOLECULAR Segn el nmero de tomos de carbono que posee la cadena se distinguen los siguientes 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 cadena molecular. 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. Se

forman en el catabolismo anaerbico de la glucosa. PENTOSAS.- En este grupo se encuentra azcares de extremada importancia en la qumica de la herencia, son componentes de los cidos nucleicos: ribosa, integrantes del cido ribonucleico (ARN) y cido desoxirribonucleico (ADN). La ribosa interviene adems en la formacin de la molcula del adenosintrifosfato

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(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 punto de vista energtico y nutricional ya que la mayor parte de los alimentos estn constituidos por ellos, las principales son: Glucosa.- Es la hexosa ms comn en los organismos de todos los reinos de los seres vivos, y se considera la ms importante fuente de energa y material formativo para la estructura de las clulas. La glucosa en el organismo humano se encuentra en el plasma sanguneo en una concentracin aproximada de 0,15%, y est regulada estrictamente por un complejo mecanismo que comprende el sistema nervioso, el hgado, pncreas, suprarrenales y la hipfisis. Las clulas cerebrales son particularmente sensibles a la glucosa y, por debajo de cierta concentracin se daa su funcin, por ello una disminucin importante en glucosa en la sangre suele provocar convulsiones e inconsciencia y, quizs, hasta la muerte. Los alimentos ricos en glucosa proporcionan energa rpidamente, porque sta se disuelve con facilidad en agua y por su tamao molecular puede pasar por las membranas biolgicas 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 una pequea diferencia en el arreglo de los tomos. La galactosa en el hgado es fcilmente convertida en glucosa y metabolizada posteriormente de sta manera, sin embargo algunos bebes sufren el trastorno denominado galactosemia, debido a que ha heredado una incapacidad para convertir la galactosa en glucosa, y a consecuencia de esta incapacidad metablica enferma. Fructosa.- Es el ms dulce de los monosacridos: tiene la misma composicin qumica 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

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sacarosa (disacrido) y en el organismo se puede transformar en glucosa. En los vegetales se encuentra en forma libre. VII.-MONOSACRIDOS DERIVADOS. D-glucuronato Un derivado carboxlico de la glucosa D-glucuronato, que forma parte de los glucurnidos y est presente en los glucosaminoglucanos.

-D-glucuronato

AMINOAZCARES Diversos grupos hidroxilo de los monosacridos se pueden sustituir por grupos amino. Entre las ms conocidas estn la Glucosamina (2-amino-2-desoxi-Dglucosa) y la galactosamina (2-amino-2-desoxi-D-galactosa).

-D-glucosamina

-D-galactosamina

AMINOAZCARES CIDOS

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El cido N-acetilmurmico, derivado de la N-acetil-glucosamina, participa en la formacin de las paredes bacterianas y asegura as su rigidez.

N-acetilmurmico CIDOS SILICOS El cido neuramnico es una cetosa de nueve tomos de carbono que resulta de la condensacin del cido pirvico con la D-manosamina. El cido neuramnico no existe en estado libre, sino que siempre se presenta combinado (N-acetil, N-glucosil, O-acetil, O-glucosil). Estas combinaciones constituyen los cidos silicos.

Los cidos silicos son de gran inters en biologa. Intervienen en la formacin de las glucoprotenas as como de los glucolpidos de las membranas celulares. cido L-ascrbico

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El cido L-ascrbico es la vitamina C y es un compuesto muy reductor

DESOXIAZCARES Son azcares en los que se ha sido eliminado el oxgeno de un grupo hidroxilo, dejando el hidrgeno. Entre los desoxiazcuras tenemos 2-desoxirribosa es uno de los componentes fundamentales del ADN

L-fucosa (6-desoxi-L-galactosa), forma parte de los polisidos de la leche y las glucoprotenas. L-ramnosa (6-desoxi-L-manosa) est presente en la pared de algunas clulas bacterianas y vegetales INOSITOLES O CICLITOLES Los inositoles o ciclitoles son derivados del ciclohexano en los cuales un hidrgeno cada carbono ha sido reemplazado por un grupo hidroxilo. de

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Mioinositol

VIII.-QUMICA DE LA CARAMELIZACIN Como consecuencia de la desestabilizacin trmica de los azucares aparecen dos 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 correcta es bastante estrecho. A partir de 170C, empieza la aparicin de sustancias amargas como consecuencia del comienzo de la carbonizacin

8.1.-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

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145Oc comienza la caramelizacin

165Ccaramelizacin correcta

175C comienzo de carbonizacin

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8.2.-FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CARAMELIZACIN. El tipo de azcar utilizado como materia prima, la presencia o ausencia de pequeas cantidades de vinagre o zumo de limn como catalizadores, la temperatura mxima alcanzada durante la caramelizacin y el tipo de calentamiento utilizado, influyen en las proporciones y tipos concretos de molculas obtenidas, tanto en la fraccin voltil como en la que tiende a polimerizar. Se ha sugerido que estas diferencias seran la causa de las sutiles diferencias de flavor y propiedades organolpticas en general que se logran en diferentes recetas tradicionales. El pH del proceso tambin interviene, aumentando la velocidad a la que se produce la caramelizacin, y reduciendo la rapidez de solidificacin en el enfriamiento. Por esta razn se suele aadir al azucar unas gotas de zumo de limn.

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 MAILLARD Con este nombre se designa un grupo muy complejo de transformaciones que traen consigo la produccin de melanoidinas coloreadas que van desde amarillo claro hasta caf oscuro, o incluso negro; para que se lleven a cabo se requiere de un azcar reductor (cetosa o aldosa) y un grupo amino libre proveniente de un aminocido o de una protena. 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 colores y aromas son variados y apreciados por los consumidores. Estn en el origen del olor a "tostado" de los alimentos.

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Se constituyen los polmeros marrones, llamados melanoidinas. Las melanoidinas, que tienen un peso molecular elevado, no atraviesan la mucosa intestinal, a no ser que se este produciendo hiperpermeabilidad intestinal por disyuncin de enterocitos. Estas grandes molculas cuando han atravesado la barrera intestinal, se acumulan en el medio extracelular. Suelen ser insolubles en agua y resistentes a 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, en 1913, pero no fue sino hasta 1953 cuando se aclar su mecanismo general. El caracterstico y deseado color de la costra de los alimentos horneados se debe a esta reaccin, al igual que el de loS diversos postres a base de leche; sin embargo, es indeseable en otros productos, como en las leches evaporadas y azucaradas y en algunos jugos concentrados. Aunque esta reaccin se puede efectuar en diferentes condiciones, est principalmente influenciada por los siguientes parmetros: a) A pH alcalino se incrementa la velocidad y alcanza un mximo a pH 10; sin embargo, hay que recordar que existen muy pocos alimentos en forma natural Con pH > 7 (Como el huevo). Por lo contrario, el mecanismo se inhibe en condiciones muy cidas que normalmente no se encuentran en los alimentos. b) Las temperaturas elevadas tambin la aceleran, pero debido a que su energa de activacin es baja, tambin se observa hasta en condiciones de refrigeracin. En trminos generales, la Ea es del orden de 16 a 30 kcal/mo1, y el valor de su coeficiente de temperatura. Qln (en el intervalo de 0 a 70C). Es de 2 a 3; es decir por cada 10 oCde aumento, la velocidad se incrementa de dos a tres veces. En el caso del encafecimiento del jugo de manzana de 65 a 75 Brix, la Ea es de 16.4 a 19.3 kcal/mol, 82 mientras que para la pera es de 21.9 kcal/mo1.9 En sistemas modelo de casena-glucosa se sigue una relacin lineal entre la temperatura y la velocidad de reaccin en un intervalo de 0 a 90 C. de acuerdo con la ecuacin de Arrhenius. Igualmente, este mecanismo se 22

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ajusta 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 alimentos de humedad intermedia Son los ms propensos; en la figura 1.7 se observa que los valores de a" de 0.6 a 0.9 Son los que ms la favorecen: una actividad acuosa menor no permite la movilidad de los reactantes y se inhibe el mecanismo. Y una mayor produce el mismo efecto ya que el agua por ser el producto de la propia reaccin, ejerce una accin inhibidora, de acuerdo con la Ley de accin de masas.Ya que diluye los reactantes. d) El tipo de aminocido es decisivo puesto que stos sern ms reactivos en la medida en que se incremente el tamao de la cadena y tengan ms 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 histidina y el triptofano. Se sabe que en los sistemas modelo de glucosa-aminocido. La velocidad se incrementa con los aminocidos cuyo grupo a mi no est ms alejado del carboxilo. El aspartamo es un dipptido y1ambin est sujeto a estos cambios; Con la glucosa presenta una energa de activacin de 22 kcal/m01 y un valor de Qln de 2.4.79 e) Los azcares reductores que ms favorecen la reaccin de Maillard Son en primer trmino las pentosas y. en un segundo trmino las hexosas; asimismo las aldosas actan ms fcilmente que las cetosas, y los monosacridos son ms efectivos que los disacridos. Con base en esto y en trminos 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 no tener poder reductor no interviene a menos que se hidrolice previamente, lo cual es muy sencillo. Este ordenamiento no es estricto, ya que en sistemas especficos, como el fredo de papas, la fructosa es ms activa que la glucosa, y en otros esta situacin se invierte. Los cidos nucleicos tambin intervienen porque contienen ribosa que es altamente reactiva. En los sistemas modelo de casena se ha demostrado que esta transformacin se lleva a cabo a diferentes velocidades de acuerdo con el azcar que se emplea. 23

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f) Los metales como el cobre y el hierro tienen un efecto catalizador sobre la formacin de las melanoidinas, lo que indica el carcter de oxidacinreduccin de la ltima etapa de este mecanismo. El oxgeno y las radiaciones electromagnticas actan de manera semejante. La ausencia de estos agentes 24

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(metales, luz y oxgeno) no previene el inicio de la reaccin ya que slo favorecen la polimerizacin final. Mbb n La reaccin de Maillard se lleva a cabo de manera muy compleja mediante un gran nmero de mecanismos que incluyen la posible produccin de radicales libres; 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 rutas que siguen los reactantes. Con base en esto, se ha dividido en cuatro principales etapas: condensacin del azcar reductor con el grupo amino; transposicin de los productos de condensacin; reaccin de los productos de la transposicin, y polimerizacin y formacin de sustancias coloreadas. Condensacin del azcar reductor con el grupo amino. Este inicio consiste en que el carbonilo libre de un azcar reductor se condensa con el grupo amino libre de un aminocido o de una protena. Es preciso recordar que los grupos a mi no que intervienen en un enlace peptdico no estn libres y por tanto no actan en este mecanismo. El azcar debe tener una estructura abierta para que su carbonilo sea atacado nucleofilicamente por el par de electrones del nitrgeno del grupo amino, y formar 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, el compuesto resultante se llamara glucosil-glicina: 25

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Debido a que existen ms aldosas que cetosas, generalmente se producen glucosilaminas; sin embargo, la fructosa, aunque con mayor dificultad, tambin puede condensarse y formar la fructosilamina correspondiente:

Hasta este momento no hay produccin de sustancias coloreadas ni de compuestos insaturados que absorban radiaciones, por lo que no se puede medir espectroscpicamente la intensidad de la reaccin. En sistemas modelo se ha observado que el pH se reduce por el bloqueo del grupo amino por parte del azcar. Transposicin de los productos de condensacin. Tanto las aldosaminas como las cetosaminas hasta ahora producidas, son inestables y estn sujetas a diversos cambios qumicos; las primeras se isomerizan a cetosas por el mecanismo de Amadori, mientras que las segundas se transforman en aldosas por la transposicin de Heyns. Por ejemplo, la glucosilamina cambia

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a una fructosamina o 1-amino-1-desoxifructosa, mientras que las cetosilaminas a 2-amino-2-desoxialdosa. Las dos isomerizaciones son reversibles y hasta aqu no se sintetizan todava sustancias coloreadas. En la figura 2.16 se muestran estas dos transposiciones. La transposicin de Amadori ha sido aceptada desde que Hodge la propuso en 1953; sin embargo, en los ltimos aos se ha sugerido un nuevo mecanismo que implica la fragmentacin de los azcares y la produccin de radicales libres, previamente a dicha transposicin. Con base en esto, se ha visto que, en un sistema modelo de casena-glucosa, los antioxidantes que se usan para los lpidos, tales como a-tocoferol, butilhidroxianisol, butilhidroxitolueno y galato de propilo, controlan el oscurecimiento por1a reaccin de Maillard y la prdida de lisina. Reaccin de los productos de la transposicin. De acuerdo con el pH, la actividad acuosa y la temperatura, los compuestos formados pueden sufrir modificaciones muy profundas. En esta fase aparecen algunos olores, se incrementa el poder reductor, se observan ligeras tonalidades amarillas y aumenta la absorcin de las radiaciones ultravioleta. Las principales reacciones que suceden son de deshidratacin de los azcares por isomerizacin enlica, con lo cual se sintetiza furfural y sus derivados, as como 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 de fragmentacin de los azcares enlicos, con lo cual se favorece la sntesis de un gran nmero de compuestos de peso molecular bajo, como aldehdos, cetonas, cidos y alcoholes de dos a cuatro tomos de carbono. Entre stos se encuentra el gliceraldehdo, el piruvaldehdo, el acetol, la acetona y el diacetilo, todos con un olor caracterstico.

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La mayora de las sustancias formadas son insaturadas y muy reactivas, por lo que a su vez siguen diversas rutas qumicas que dependen de las condiciones de acidez, temperatura, etc. que prevalezcan. A manera de ejemplo, en la figura 2.17 se observan dos mecanismos de transformacin que puede seguir una cetosamina; mediante deshidrataciones, isomerizaciones y desaminaciones se generan otros compuestos insaturados tambin inestables, como las osulonas

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(3,4-didesoxi-3-enohexosona) y las desoxiosulosas (3-desoxihexosona); stos tambin reaccionan con aminocidos por medio de la llamada degradacin de Strecker y producen un aldehdo con un tomo de carbono menos que el

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aminocido, CO2 y nuevas sustancias carbonlicas. Si la 3-desoxihexosona actuara sobre la glicina se tendra:

El formaldehdo puede a su vez condensarse con grupos amino para as iniciar la reaccin de Maillard. La produccin de CO2 se ha empleado para cuantificar el grado de avance de estas transformaciones. El mecanismo de Strecker por s solo no sintetiza compuestos coloreados, sino muchos aldehdos de bajo peso molecular que contribuyen a retroalimentar la reaccin, adems de producir los olores tpicos. Cabe indicar que este mismo mecanismo es el responsable de la produccin de pirazinas y de otras molculas con un alto poder odorifico, como las que se encuentran en el caf y el cacao. Por esta razn, la industria de los saborizantes sintticos emplea la degradacin de Stnecker en forma controlada para elaborar compuestos, o mezclas de stos, que imitan determinados sabores; se sabe que el calentamiento de un cierto aminocido con glucosa genera olores muy caractersticos. Polimerizacin .v formacin de sustancias coloreadas. La fase final de esta reaccin es la polimerizacin de un gran nmero de compuestos insaturados que trae consigo la sntesis de las sustancias coloreadas llamadas melanoidinas; a pesar de que su concentracin es baja, ejercen un efecto muy marcado en la apariencia del alimento. El color se debe a una amplia absorcin del espectro visible por parte de diversos cromforos. Para la sntesis del polmero influyen decididamente algunas molculas como el furfural, el hidroximetil-furfural, las osulosas, las desoxiosulosas, los aldehdos, las pirazinas, los imidazoles, las cetonas y las reductonas; como muchos de ellos contienen grupos carbonilos, se favorece la condensacin aldlica:

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A su vez, estos dmeros pueden seguir polimerizndose con otros aldehdos libres o con grupos amino. La estructura qumica de las melanoidinas es muy compleja; los estudios espectrofotomtricos han demostrado la presencia de muchos dobles enlaces de aminocidos y de distintos grupos heterocclicos. La mayora de ellas tienen su mxima absorcin a 420 o 490 nm, por lo cual pueden ser cuantificadas a estas longitudes de onda. Igualmente, mediante sus espectros en el infrarrojo o en el ultravioleta se ha podido seguir el curso de su formacin. Slo las de bajo peso molecular son solubles en agua. Como se puede deducir, el nmero de compuestos que se generan en la reaccin de Maillard en su conjunto es muy grande; muchos de ellos contienen grupos aldehdo y grupos cetona por lo que muestran una capacidad reductora muy alta, y en los sistemas modelo se ha podido demostrar su efecto antioxidante en lpidos insaturados;47 ste es el caso de los productos de peso molecular de ms de 1 000 que resultan de la histidina y la glucosa y que probablemente, debido a la presencia de radicales libres, evitan la oxidacin de grasas. Esta accin tambin se ha observado en diversos alimentos, tales como dulces, aderezos y leche en polvo; o pero no en el pescado congelado. Se ha sealado tambin que estos mismos compuestos presentan propiedades antagonistas con algunos nutrimentos, adems de que son txicos y mutagnicos. En la figura 2.18 se muestran los compuestos y los grupos de sustancias que se han identificado en sistemas modelo con slo calentar azcares y aminocidos.

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X.-CONTROL DE LA REACCIN DE OSCURECIMIENTO Como ya se indic, los factores que ms influyen en esta reaccin son el pH, la temperatura, la actividad acuosa, el tipo de aminocido y de azcar, los metales y el oxgeno. En sistemas modelo de laboratorio se pueden manipular todos estos parmetros de tal manera que su velocidad sea controlable; sin embargo en un alimento con toda la complejidad qumica que presenta slo es posible modificarlos moderadamente. La reduccin del pH, de la temperatura y de la actividad acuosa inhiben esta reaccin considerablemente, aunque en ocasiones lograr esto resulta imposible tcnica y econmicamente. En los huevos deshidratados se puede aadir cidos o eliminar la glucosa por la accin de la enzima glucosa oxidasa (vase el captulo 5). Hasta la fecha, el procedimiento ms comn de control se hace mediante la adicin de sulfitos, metabisulfitos, bisulfitos o anhdrido sulfuroso siempre y cuando el alimento lo permita, como es el caso de las frutas deshidratadas; stos se deben aadir antes de que se

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inicie la reaccin, ya que de otra manera no surten efecto. Se considera que estos compuestos actan con los grupos aldehdo, las osulosas y desoxiosulosas, 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 es notorio cuando existe una cantidad libre que verdaderamente acte sobre los microorganismos; si el alimento contiene azcares reductores, parte de la concentracin de estos agentes se perder porque reacciona con los carbohidratos y se reducir la proporcin que funciona como conservador. Recientemente se ha adjudicado un efecto txico a los sulfitos (vase el captulo 9) y se ha tratado de sustituirlos sin 'ningn xito. Existen muchos compuestos que a nivel de laboratorio inhiben el mecanismo de Maillard, pero la mayora de ellos, como por ejemplo, la dimedona, los cianuros, la hidroxilamina, las hidrazinas, los mercaptanos, los bromuros y las sales de estao, 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 tal manera que favorezca las transferencias de calor y de masa sin que ocurra un oscurecimiento. Otra forma es mediante la reduccin de los azcares reductores de estos tubrculos, que se logra almacenndolos en condiciones adecuadas antes de su fredo.

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XI.-EFECTOS DAINOS DEL OSCURECIMIENTO Adems de los colores y olores indeseables, esta reaccin reduce el valor nutritivo del alimento ya que se pierden aminocidos y vitaminas y se generan compuestos que pueden ser txicos; las propiedades funcionales de las protenas, como la solubilidad, el espumado y la emulsificacin, tambin se reducen. La lisina es uno de los aminocidos indispensables ms importantes que se encuentra escasamente en los cereales; en algunos pases como Mxico cuya dieta se basa en el maz, esta reaccin es de una importancia particular ya que cualquier disminucin de este compuesto afecta el ya reducido valor nutritivo del cereal. Existen muchos trabajos que muestran que la prdida de lisina, o su conversin a una forma biolgicamente indisponible, reducen la relacin de eficiencia protenica. La simple condensacin azcar-Iisina hace que este aminocido se vuelva indisponible y que, por lo tanto, no pueda utilizarse en la sntesis de otras protenas; es decir, no es necesario que el alimento desarrolle los compuestos coloreados finales para que se pierdan los aminocidos indispensables. Se ha observado que la tripsina slo ataca parcialmente las protenas que han sufrido este tipo de transformacin, sobre todo en los enlaces peptdicos cercanos a donde sucede la condensacin azcar-aminocido. Los productos lcteos son en particular muy susceptibles debido a su alto contenido de lactosa y de lisina y pueden propiciar la reaccin incluso en condiciones de refrigeracin. Se ha visto que en el suero de la leche la aparicin de compuestos coloreados va acompaada de una reduccin de la lisina disponible; esto mismo se ha observado en sistemas modelo de casenaglucosa-glicerol (Fig. 2.19). Ciertas pruebas de laboratorio han demostrado que las ratas alimentadas a base de casena adicionada con 0.2% del producto resultante del calentamiento de una mezcla de glucosa y lisina, reducen su capacidad de retencin de nitrgeno de 49 a 33%, con una prdida de peso. En algunos

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pases es costumbre aadir lisina a los productos que llevan a cabo esta reaccin, para restablecer as el contenido original del aminocido. En los ltimos aos se ha despertado un gran inters por la actividad mutagnica que presentan algunas sustancias que se generan en esta reaccin y en la pirlisis de los hidratos de carbono. Se ha visto que su concentracin es paralela a la intensidad ya la produccin del colores y que se sintetizan ms fcilmente cuando la lisina est en proporcin equimolecular en presencia de ribosa que cuando est en presencia de glucosa en un sistema modelo a lOOC. Cabe recordar que la ribosa abunda en el pescado y en las carnes blancas y rojas por lo que se considera que en estos productos es donde ms fcilmente se pueden sintetizar los compuestos mutagnicos. XII.-OLIGOSACRIDOS Los oligosacridos son polmeros de monosacridos con un nmero de unidades monomricas entre 2 y 10. Los oligosacridos ms presentes en la naturaleza son la inulina, la oligofructosa (fructooligosacridos) y los galactooligosacridos. La inulina y oligofructosa estn formados por cadenas de fructosa que pueden terminar 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 estn presentes en la leche y en algunas plantas. Los oligosacridos forman parte de los glucolpidos y glucoprotenas que se encuentran en la superficie externa de la membrana plasmtica y por lo tanto tienen 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, un tipo concreto de enlace acetlico. Los ms abundantes son los disacridos, oligosacridos formados por dos monosacridos, iguales o distintos. Los disacridos pueden seguir unindose a otros monosacridos por medio de enlaces 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 alcohlicos As se forman los trisacridos, tetrasacridos, o en general, oligosacridos. La cadena de oligosacridos no tiene que ser necesariamente lineal, y de hecho,

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con mucha frecuencia se encuentran en la Naturaleza oligosacridos y polisacridos ramificados. Se ha establecido arbitrariamente un lmite de 20 unidades para definir a los oligosacridos. Por encima de este valor se habla de polisacridos. Los oligosacridos suelen estar unidos covalentemente a protenas o a lpidos formando 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 O-glicosdica a una protena

Unin N-glicosdica a una protena

Los oligosacridos se unen a los lpidos mediante un enlace O-glicosdico a un grupo OH del lpido. La figura izquierda de la tabla inferior muestra un oligosacrido unido a un fosfolpido. La unin y la estructura del oligosacrido son de tal manera que ste no presenta ningn grupo reductor libre. En la composicin del oligosacrido suelen formar parte monosacridos como: Dglucosa, D-galactosa, D-manosa, N-acetil-D-glucosamina, N-acetil-Dgalactosamina, cido silico y fucosa.Los oligosacridos que forman parte de los glicolpidos y glicoprotenas que se encuentran en la superficie externa de la membrana plasmtica (figura derecha de la tabla superior) tienen una gran importancia en las funciones de reconocimiento en superficie. 36

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Los oligosacridos tambin cumplen funciones importantes cuando forman parte de las glicoprotenas solubles del citoplasma. 12.1.-FUNCIONES DE LOS OLIGOSCARIDOS EN DISOLUCIN La molcula representada en la figura izquierda de la tabla inferior corresponde a una protena soluble, la glucoamilasa de Aspergillus awamorii (cdigo PDB = 3GLY). Presenta azcares O-glicosiladas a residuos de Ser o Thr (resaltados en color verde) y oligosacridos N-glicosilados a residuos de Asn (resaltados en color azul). Entre las funciones que llevan a cabo los oligosacridos unidos a protenas que se encuentran disueltas 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

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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 lo tanto un fructosano o fructano, que se encuentran generalmente en las races, tubrculos y rizomas de ciertas plantas fanergamas (por ejemplo el yacn) en forma 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, y es bien tolerada por los diabticos gracias a que no precisa de la hormona insulina para su metabolismo. Adems, medicinalmente la inulina es una sustancia muy til ya que al no ser degradada por enzimas endgenas, y al filtrar a nivel glomerular sin ser excretado ni reabsorbido a nivel tubular, suele utilizarse para evaluar la funcion renal a nivel de glomrulo. ALIMENTOS PROCESADOS La inulina est comenzando a utilizarse de manera creciente en alimentos, debido a sus inusuales caractersticas nutricionales y en especial a sus propiedades como ingrediente alimentario (segn la legislacin europea, no es un aditivo alimentario7 ). Propiedades que van desde un sabor moderadamente dulce en los miembros mas sencillos de la familia, hasta los mas complejos que pueden servir como sucedneos de harinas; pasando por una enorme cantidad de compuestos de mediana complejidad sin sabor y con una textura y palatabilidad muy similar a la de las grasas (a las que de hecho reemplaza en numerosos productos de bajas caloras, en especial lcteos y helados). Estas propiedades son particularmente ventajosas debido a que la inulina contiene entre un tercio y un cuarto de las caloras del azcar y entre un sexto y un noveno de las caloras de las grasas. Adems incrementa la absorcion de calcio y posiblemente tambin de magnesio, sumado al hecho de que promueve la flora intestinal beneficiosa. Produce un impacto mnimo en el azcar sanguneo, regulariza el transito intestinal y ayuda a mejorar la calidad de vida de las personas con sndrome de colon irritable.

XIII.-POLISACRIDOS

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Frecuentemente son compuestos amorfos, insolubles e inspidos, con masas molares sumamente grandesLos polisacridos son biomolculas formadas por la unin de una gran cantidad de monosacridos. Se encuadran entre los glcidos, y cumplen funciones diversas, sobre todo de reserva energtica y estructural. Los polisacridos son polmeros, cuyos monmeros constituyentes son monosacridos, los cuales se unen repetitivamente mediante enlaces glucosdicos. Estos compuestos llegan a tener un peso molecular muy elevado, que depende del nmero de residuos o unidades de monosacridos que participen en su estructura. Este nmero es casi siempre indeterminado, variable dentro de unos mrgenes, a diferencia de lo que ocurre con biopolmeros informativos, como el ADN o los polipptidos de las protenas, que tienen en su cadena un nmero fijo de piezas, adems de una secuencia especfica. Los polisacridos pueden descomponerse, por hidrlisis de los enlaces glucosdicos entre residuos, en polisacridos ms pequeos, as como en disacridos o monosacridos. Su digestin dentro de las clulas, o en las cavidades digestivas, consiste en una hidrlisis catalizada por enzimas digestivas (hidrolasas) llamadas genricamente glucosidasas, que son especficas para determinados polisacridos y, sobre todo, para determinados tipos de enlace glucosdico. As, por ejemplo, las enzimas que hidrolizan el almidn, cuyos enlaces son del tipo llamado (14), no pueden descomponer la celulosa, cuyos enlaces son de tipo (14), aunque en los dos casos el monosacrido sea el mismo. Las glucosidasas que digieren los polisacridos, que pueden llamarse polisacarasas, rompen en general uno de cada dos enlaces, liberando as disacridos y dejando que otras enzimas completen luego 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, as que en una cadena hecha de n monosacridos, habr n-1 enlaces glucosdicos. Partiendo de que la frmula general, no sin excepciones, de los monosacridos es CxH2xOx se deduce fcilmente que los polisacridos respondern casi siempre a la frmula general: Cx(H2O)x1

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13.1.-CLASIFICACIN DE LOS POLISACRIDOS Para la clasificacin de los polisacridos, se acude a uno de dos criterios, el funcional, que es el ms difundido, o el qumico, que se atiene a su estructura y composicin. SEGN LA FUNCIN BIOLGICA Segn la funcin biolgica, podemos clasificar los polisacridos en los siguientes grupos: POLISACRIDOS DE RESERVA Los polisacridos de reserva representan una forma de almacenar azcares sin crear por ello un problema osmtico. La principal molcula proveedora de energa para las clulas de los seres vivos es la glucosa. Su almacenamiento como molcula libre, dado que es una molcula pequea y muy soluble, dara lugar a severos problemas osmticos y de viscosidad, incompatibles con la vida celular. Los organismos mantienen entonces slo mnimas cantidades, y muy controladas, de glucosa libre, prefiriendo almacenarla como polmero. La concentracin osmtica depende del nmero de molculas, y no de su masa, as que la clula puede, de esta forma, almacenar enormes cantidades sin problemas. Es de destacar que los polisacridos de reserva no juegan el mismo papel en organismos inmviles y pasivos, como plantas y hongos, que en los animales. stos no almacenan ms que una pequea cantidad de glucgeno, que sirve para asegurar un suministro permanente de glucosa disuelta. Para el almacenamiento a mayor escala de reservas, los animales recurren a las grasas, que son lpidos, porque stas almacenan ms del doble de energa por unidad de masa; y adems, son lquidas en las clulas, lo que las hace ms compatibles con los movimientos del cuerpo. Un organismo humano almacena como glucgeno la energa necesaria para no ms de seis horas, pero puede guardar como grasa la energa equivalente a las necesidades de varias semanas. La mayora de los polisacridos de reserva son glucanos, es decir, polmeros de glucosa, ms exactamente de su ismero de anillo hexagonal (glucopiranosa). Se trata sobre todo de glucanos (14), representados en las plantas por el almidn y en los animales por el glucgeno, con cadenas que se ramifican gracias a enlaces de tipo (16). En numerosos grupos de protistas cumplen la misma funcin glucanos de tipo (13). POLISACRIDOS ESTRUCTURALES Se trata de glcidos que participan en la construccin de estructuras orgnicas. Los ms importantes son los que constituyen la parte principal de la pared celular de plantas, hongos y otros organismo eucariticos osmtrofos, es decir, que se alimentan por absorcin de sustancias disueltas. stos no tienen otra

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manera ms econmica de sostener su cuerpo, que envolviendo a sus clulas con una pared flexible pero resistente, contra la que oponen la presin osmtica de la clula, logrando as una solucin del tipo que en biologa se llama esqueleto hidrosttico. La celulosa es el ms importante de los polisacridos estructurales. Es el principal componente de la pared celular en las plantas, y la ms abundante de las biomolculas que existen en el planeta. Es un glucano, es decir, un polmero de glucosa, con enlaces glucosdicos entre sus residuos de tipo (14). Por la configuracin espacial de los enlaces implicados, los residuos de glucosa quedan alineados de forma recta, no en helicoide, que es el caso de los glucanos (14), del tipo del almidn. sta es la regla en cuanto a la conformacin de todos los polisacridos estructurales de las paredes. Esas cadenas rectas se enlazan transversalmente, por enlaces de hidrgeno, en haces de cadenas paralelas. La quitina cumple un papel equivalente al de la celulosa, pero en los hongos, y adems es la base del exoesqueleto de los artrpodos y otros animales emparentados. La quitina es un polmero de la N-acetil-2, D-glucosamina, un monosacrido aminado, que contiene por lo tanto nitrgeno. Siendo ste un elemento qumico de difcil adquisicin para los organismos auttrofos, que lo tienen que administrar con tacaera, la quitina queda reservada a hetertrofos como los hongos, que lo obtienen en abundancia. SEGN LA COMPOSICIN Se 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.-AGAR El agar, o agar -agar, es un polisacrido que se obtiene de algas del gnero Gelidium, algas que se han utilizado en la cocina tradicional japonesa, por sus propiededes gelificantes, desde hace muchos siglos. Tambin se obtiene de otras algas, entre ellas especies de los gneros Gracillaria , de las que procede actualmente la mayora del agar, y de Gelidiella y Pterocladia, que aportan pequeas cantidades. El agar de mejor calidad de obtiene de Gelidium, aunque en los ltimos aos se ha extendido mucho la obtencin a partir de cultivos

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marinos de Gracillaria, que son ahora la fuente principal de este polisacrido. En Espaa se obtiene sobre todo de Gelidium corneum. En el listado de aditivos alimentarios de la Unin Europea, el agar es el E-406 ESTRUCTURA El agar se considera formado por la mezcla de dos tipos de polisacridos, la agarosa y la agaropectina. La agarosa es el componente principal, representando alrededor del 70% del total. Tanto la agarosa como la Agarosa y agaropectina se diferencian en la presencia de restos de sulfato y piruvato,relativamente abundantes en la agaropectina y muy escasos (idealmente, ausentes) en la agarosa. Los restos de sulfato aparecen sobre unidades de galactosa, que entonces ocupan el lugar de una anhidrogalactosa en la secuencia alterna. Existe una gradacin de tipos entre la agarosa y la agaropectina muy sulfatada. Precisamente las algas sintetizan el agar en forma sulfatada, produciendose la anhidrogalactosa en la eliminacin enzimtica del sulfato. Esto es un detalle muy importante, dado que el contenido de sulfato decrece con la madurez de la planta, a la vez que aumenta mucho la resistencia de los geles del agar obtenido a partir de ella. Tambin, dependiendo de las especies, algunos restos de galactosa tienen grupos metilo en el carbono 6. La cantidad y calidad del agar acumulado depende de diversos factores biolgicos y ambientales, en incluso es distinto en distintas zonas del alga. En disolucin, a temperatura alta, las cadenas de agar estn desenrrolladas y plegadas al azar. Los geles de agar se forman fundamentalmente por uniones en forma de doble hlice entre las cadenas de agarosa. La presencia de grupos sulfato, como sucede en la agaropectina, impedira la formacin de estas hlices. Para obtener el agar de Gracillaria, el alga se trata en medio alcalino antes de la extraccin del polisacrido, para reducir su contenido de sulfato y mejorar sus propiedades. Esta tcnica, desarrollada en la dcada de 1950, ha permitido utilizar el agar de este alga, que sin tratamiento alcalino es de muy mala calidad. Los geles de agar se forman a concentraciones de menos del 1% de polisacrido, y son transparentes, duros y quebradizos. Esta ltima propiedad los diferencia de la mayora de los otros geles de polisacridos, que son ms elsticos. Adems tienen la propiedad particular de presentar una gran histresis trmica. Es decir, mientras que el gel se forma (en el caso del agar de Gellidium) a una temperatura de alrededor de entre 30C, volver de nuevo a la disolucin exige calentar el gel hasta entre 75C y 90C, segn el tipo. Los geles de agar de Gracillaria presentan el mismo fenmenos, pero menos acusado. Con esta salvedad, los geles de agar son reversibles trmicamente.

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El agar es un polisacrido relativamente caro, por lo que se utiliza en forma limitada, y en muchas aplicaciones se ha sustituido por el carragenano. Como gelificante, se enplea en productos crnicos y de pescado de gama alta, para mimetizar la gelatina, que tiene el inconveniente de fundir a temperatura baja, asi como en otros productos "gelatinosos". Como estabilizante, puede utilizarse en productos lcteos y helados, combiando con la goma de algarroba. El agar es un polisacrido no digerible, que desde el punto de vista nutricional forma parte de la "fibra". Las enzimas capaces de degradar el agar son extarordinariamente raras, incluso entre los microrganismos. Por eso el agar es tambin un valioso medio de cultivo en bacteriologa, utilizndose en esta aplicacin desde la dcada de 1880. XV.-CARRAGENATOS El carragenato es un producto natural extrado de algas marinas rojas de la clase Rhodophyceae mediante diversas tcnicas. Se utiliza ampliamente en la

Industria alimentaria (E-407) como gelificante, espesante, emulsionante y estabilizante. El origen del producto se remonta a su utilizacin tradicional como espesante de la leche en Irlanda, siendo extrado del alga Irish moss, conocida en botnica como Chondrus crispus. La disponibilidad limitada de este tipo de alga y la creciente demanda del hidrocoloide hizo que el campo de materias primas de las que procede el carragenato se ampliara a otras algas del gnero Euchema (E. Cottonii y E. Spinosum) y Gigartina. La estructura qumica exacta del carragenato depende del tipo de alga y proceso empleado. La estructura molecular del carragenato permite segn la extraccin, refinamiento y tratamiento de purificacin de las algas la obtencin de productos con propiedades substancialmente diferentes. Tradicionalmente los diferentes tipos de carragenato se clasifican en funcin de su estructura molecular particular y efecto en el producto final: Kappa: forma geles fuertes y rgidos.

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Iota: se mezclan con agua o leche para formar geles dbiles, sin sinresis y elsticos. Presenta comportamiento tixotropia (estable a su destruccin mecnica) y estabilidad a ciclos de congelacin/ descongelacin. La sal sdica es soluble en 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 una gama completa de carragenatos incluyendo todas las fracciones (Kappa, Iota y Lamda), los diferentes tratamientos alcalinos (Na+, Ca++, K+) por precipitacin alcohlica o salina del gel y diferentes grados de pureza, dando lugar a diferentes 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 industria alimentaria. Es ideal para proporcionar una textura especfica as como optimizar 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 de alio) No alimenticios ( pasta de dientes, cosmticos, ambientadores, champs) Adems de esta amplia gama de extractos muy refinados, Hispanagar ofrece tambin una seleccin de carragenatos semirefinados (Algas Euchema Procesadas o PES). Del mismo modo se comercializan mezclas que incluyen carragenato refinado y PES muy asequibles y funcionales. XVI.-GOMA ARBIGA La goma arbiga es la secrecin gomosa desecada de las ramas y troncos de la Acacia senegal o de otras especies de acacias de la familia de las Fabceas (antes denominadas leguminosas). Descripcin Son lgrimas esferoidales de hasta 32 mm de dimetro o fragmentos angulosos de color blanco o blanco amarillentos, translcido, mas o menos opaco debido a la presencia de pequeas fisuras numerosas. Son quebradizas, la rotura es brillante y ocasionalmente iridiscente. Casi sin olor.

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Es muy soluble en agua a temperatura ambiente, pero es insoluble en alcohol. Historia La goma arbiga encontr uso hace ms de 4000 aos en Egipto, donde ya se usaba en la fabricacin de cosmticos, tintas y en la preparacin de los vendajes para los cuerpos que iban a ser momificados. Obtencin La goma resinosa se obtiene de varias especies de acacia, aunque es de la Acacia senegal de la que se ha extrado desde siempre. La goma aparece como un exudado de manera natural como largas esferas durante un proceso llamado gomosis en el cual se sellan las heridas en las cortezas de los rboles a modo de proteccin. De esta manera, si la corteza de un rbol se corta, se producir goma para cerrar los agujeros. Este proceso dura alrededor de 3 a 8 semanas. Cuando se requiere la goma para el comercio se hacen una serie de cortes con el fin de obtener una mayor cantidad de resina, lo que ocurre de un mes a un mes y medio. Un rbol de acacia puede llegar a producir entre 2 y 5 kg de goma al ao durante la estacin seca, de octubre a junio. La calidad de pureza de la goma se valora segn si posee un color ms claro. El precio en el mercado de la goma arbiga depende de la cantidad extrada, y esta depende de las sequas. Composicin La goma arbiga tiene como componentes una mezcla de polisacridos y protenas cuya cantidad vara segn su origen. Los polisacridos tienen como componentes principales

Galactosa Arabinosa Ramnosa cido glucurnico

En cambio las protenas son fundamentalmente glicoprotenas muy ricas en hidroxiprolina. Los restos glucdicos de las glucoprotenas son arabinogalactanos. La goma arbiga es fcilmente soluble, produciendo soluciones relativamente poco viscosas incluso a concentraciones elevadas (20%). Usos Se utiliza como emulsificante, especialmente en la industria de bebidas refrescantes, para formar pelculas protectoras, para encapsular y dispersar

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aromas, pigmentos y aceites esenciales en productos concentrados y en polvo. Tambin estabiliza espumas. Uso en enologa El empleo de las goma arbiga en enologa se describe a finales de 1800 y en 1933 Ribreau-Gayon demostraba que la adicin en cantidad media de goma arbiga constitua una tcnica til para mejorar globalmente la estabilidad y consolidar las caractersticas organolpticas en los vinos blancos y tintos. Spindal, sociedad del grupo AEB, es lder mundial en la produccin de goma arbiga para uso enolgico y es la nica empresa capaz de controlar todo el proceso productivo, desde la recoleccin hasta su utilizacin final. Las especies de acacias que producen goma tienen una gran diversidad gentica, como consecuencia la cantidad y la calidad de este producto es muy diferente de una planta a otra. Es por lo tanto importante seleccionar la goma arbiga en base al tipo de planta que la produce y la zona de produccin. La transformacin de las piedras de goma se lleva a cabo segn una consolidada tecnologa que prev tratamientos para eliminar todas las impurezas presentes en el producto natural. La ltima filtracin se realiza con placas, para asegurar la absoluta asepticidad de la goma y su filtrabilidad despus de la adicin al vino. XVII.-TRAGACANTO Goma tragacanto La goma tragacanto es el exudado del arbol Astragalus gummifer, y tambin se utiliza desde antiguo, al menos desde hace 2.000 aos. A diferencia de la goma arbiga, que suele adoptar en el arbol formas redondeadas, la goma tragacanto forma cintas y copos irregulares. La goma tragacanto est formada por dos fracciones principales, conocidas con el nombre de tragacantina y basorina. La primera representa alrededor del 30% del total y es soluble en agua. La basorina es insoluble, pero se hincha para formar un gel. Ambas estn formadas fundamentalmente por arabinogalactanos. La goma tragacanto es estable a pH muy bajos, y da unas dispersiones muy viscosas con concentraciones de menos del 1%, las ms viscosas de las producidas por cualquier goma. Tambin acta como emulsionante, debido a la presencia de protenas, y como estabilizante de suspensiones y de dispersiones de slidos en materiales pastosos.

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El tragacanto o goma adragante es una resina de consistencia gomosa que sale 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 pierden aproximadamente el 14 % del agua que contienen. Una vez solidificado, el tragacanto es muy quebradizo y se recoge con facilidad para su uso comercial. La planta del tragacanto, espinosa y frondosa, crece en Persia, Turqua. Grecia y ciertas partes del sur y el este deEuropa. El tragacanto pulverizado, de color amarillento, es insaboro e inodoro y no se disuelve del todo en agua. Pero se disuelve perfectamente en un medio alcalino. XVIII.-PECTINAS Las mermeladas y derivados de frutas en los que intervienen las pectinas se han elaborado desde hace siglos. En 1825, el qumico francs Henri Braconnot aisl las pectinas por primera vez, reconociendo su papel en esos productos. La produccin comercial de pectinas comenz en 1908 en Alemania, a partir de los restos de la fabricacin de zumo de manzana. Actualmente se obtienen de los restos de la extraccin de zumo de manzana y, sobre todo, de los de la industria de los zumos de ctricos. La pectina de manzana suele ser de un color algo ms oscuro, debido a las reaccciones de pardeamiento enzimtico. La pectina se extrae con agua caliente acidificada, perecipitndo la de la disolucin con etanol o con una sal de aluminio. Las pectinas estn formadas fundamentalmente por largas cadenas formadas por 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 estn esterificados por metanol. Este metanol fuede perderse con relativa facilidad por hidrlisis cida o enzimtica, dejando el grupo cido libre. En funcin del porcentaje de restos de cido galacturnico esterificado, las pectinas se clasifican como "de alto metoxilo", cuando este porcentaje es superior al 50%, y "de bajo metoxilo", cuando es inferior.

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Pectina de alto metoxilo

PECTINA DE BAJO METOXILO En las pectinas existen zonas en las que la continuidad de la cadena se rompe por la presencia de algunos restos de ramnosa, con ramificaciones de galactosa, arabinosa y xilosa. La proporcin es de alrededor de una ramnosa por cada 40 galacturnicos, pero no se encuentran dispersas individualmente, sino agrupadas en algunas zonas, las llamadas "zonas peludas". Las "zonas peludas" de las pectinas estn formadas por una cadena de ramnogalacturonano, con unidades alternas de cido galacturnico y ramnosa, con ramificaciones sobre la ramnosa que pueden ser de cuatro tipos: Cadenas lineales de galactosa, cadenas ramificadas de arabinosa, cadenas lineales de galactosa con alguna ramificacin de arabinosa, y cadenas ramificadas de galactosa 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 la extraccin con cido, formando la pectina soluble. En este proceso se pierden sobre todo las regiones ramificadas. La pectina de remolacha azucarera contiene algunos grupos ferolilo en lugar del metanol.

GELES DE PECTINA DE ALTO METOXILO La primera condicin para obtener geles de pectina de alto metoxilo es que el pH sea bajo, Para que los grupos cidos, minoritarios, se encuentren fundamentalmente en forma no ionizada, y no existan repulsiones entre cargas. A pH 3,5, aproximadamente la mitad de los grupos carboxilo del cido galacturnico se encuentran ionizados, pero por debajo de pH 2 el porcentaje es ya muy pequeo. Las cadenas de pectinas de alto metoxilo pueden entonces unirse a travs de interacciones hidrofbicas de los grupos metoxilo o mediante puentes de hidrgeno, incluidos los de los grupos cidos no ionizados, siempre que exista un material muy hidrfilo (azcar)que retire el a

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agua. En consecuencia, las pectinas de alto metoxilo formarn geles a pH entre 1 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 sobre sus propiedades. En particular, a mayor grado de esterificacin, mayor es la temperatura de gelificacin. Por ejemplo, una pectina con un grado de esterificacin del 75% es capaz de gelificar ya a temperaturas de 95, y lo hace en muy pocos minutos a temperaturas por debajo de 85C. Por esto se llaman "pectinas rpidas". Son, por ejemplo, las que se utilizan en la fabricacin de gominolas, que con una concentracin muy elevada de azcar, hasta el 80% de slidos, forman geles que pueden desmoldearse al poco tiempo. En cambio, una pectina con un grado de esterificacin del 65% no gelifica auna temperatura de 75C, y tarda alrededor de media hora en hacerlo a 65C. Es lo que se llama una "pectina lenta". Adems, las pectinas con un grado de esterificacin mayor forman geles que son ireversibles trmicamente, mientras que los geles formados por pectinas de grado de esterificacin menor son reversibles. Para cada tipo de pectina con un grado de metoxilacin concreto existe una combinacin ptima de concentracin de azcar y pH, aunque se pueden obtener geles dentro de un cierto rango de pH. GELES DE PECTINA DE BAJO METOXILO En el caso de las pectinas de bajo metoxilo, el mecanismo de formacin de geles es totalmente distinto, ya que la unin entre cadenas se produce a travs de iones de calcio, que forman puentes entre las cargas negativas. La estructura es semejante a la "caja de huevos" de lso geles de alginato, pero algo menos ordenada, dada la presencia de grupos esterificados entre los galacturnicos sin esterificar. La concentracin de calcio es importante hasta llegar a una cierta cantidad, que depende de cada tipo concreto de pectina, y que se conoce como "saturacin de calcio". Suele estar en torno a las 500 ppm. Por encima, una mayor cantidad de calcio no tiene efecto, o incluso en algunos casos puede llegar a debilitar el gel. Esto no sucede en el caso de otros geles de este tipo, como es el de alginato. Las pectinas de bajo metoxilo forman geles de consistencia mxima con cantidades de calcio que oscilan de 20 a 100 mg de por gramo de pectina. La presencia de azcar reduce mucho la cantidad de calcio necesaria. Consecuentemente, a menor cantidad de azcar presente en el producto, es necesario utilizar pectinas de metoxilo menor para obtener la misma consistencia PECTINAS AMIDADAS Las pectinas amidadas se obtienen mediante procesos qumicos, forrmando amidas con amoniaco en algunos de los grupos carboxilo de pectinas de bajo metoxilo. Forman geles en presencia de calcio, y tienen como ventaja una mayor tolerancia frente a la concentracin de este in, en comparacin con las pectinas de bajo metoxilo convencionales. A mayor grado de amidacin, la temperatura de formacin de geles es tambin mayor.

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LAS PECTINAS COMO ESTABILIZANTES las pectinas se comportan muy bien como estabilizantes de las casenas frente a los tratamientos trmicos a pH cido. Dado que a pH por encima de 3,5 las pectinas tienen carga negativa, son capavces de unirse a las regiones con carga positiva de las micelas, formando una "bola peluda" que se mantiene en suspensin. Las pectinas, como muchos otros polisacridos, se hinchan muy rpidamente con el agua, y por eso cuando se aaden de golpe, y especialmente si se aade agua sobre el slido, forman agregados difciles de disolver. La solucin es separar las partculas cuando se se mezcla el polisacrido con el agua, con sistemas mecnicos o mezclandolo previamente con otro material no acuoso. son relativamente inestables desde el punto de vista qumico, especialmente a temperaturas elevadas. Su mxima estabilidad est en torno a pH 4. Pueden perder grupos metoxilo, hidrolizarse, y en medio neutro o alcalino romperse por beta-eliminacin. Esto afecta muy negativamente a su viscosidad y capacidad de formacin de geles. XIX.-ALMIDON El almidn es un polisacrido de reserva alimenticia predominante en las plantas, y proporciona el 70-80% de las caloras consumidas por los humanos de todo el mundo. Tanto el almidn como los productos de la hidrlisis del almidn constituyen la mayor parte de los carbohidratos digestibles de la dieta habitual. Del mismo modo, la cantidad de almidn utilizado en la preparacin de productos alimenticios, sin contar el que se encuentra presente en las harinas usadas para hacer pan y otros productos de panadera. Los almidones comerciales se obtienen de las semillas de cereales, particularmente de maz (Zea mays), trigo (Triticum spp.), varios tipos de arroz (Oryza sativa), y de algunas races y tubrculos, particularmente de patata (Solanum tuberosum), batata (Ipomoea batatas) y mandioca (Manihot esculenta). Tanto los almidones como los almidones modificados tienen un nmero enorme de posibles aplicaciones en los alimentos, que incluyen las siguientes: adhesivo, ligante, enturbiante, formador de pelculas, estabilizante de espumas, agente anti-envejecimiento de pan, gelificante, glaseante, humectante, estabilizante, texturizante y espesante. El almidn se diferencia de todos los dems carbohidratos en que, en la naturaleza se presenta como complejas partculas discretas (grnulos). Los grnulos de almidn son relativamente densos, insolubles y se hidratan muy mal en agua fra. Pueden ser dispersados en agua, dando lugar a la formacin de suspensiones de baja viscosidad que pueden ser fcilmente mezcladas y bombeadas, incluso a concentraciones mayores del 35%. El trigo, el centeno (Secale cereale) y la cebada (Hordeum vulgare) tienen dos tipos de granos de almidn: los grandes lenticulares y los pequeos esfricos. En la cebada, los granos lenticulares se forman durante los primeros 15 das despus de la polinizacin. Los pequeos grnulos, representando un total de

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88% del nmero de granos, aparecen a los 18-30 das posteriores a la polinizacin. Los almidones de los cereales contienen pequeas cantidades de grasas. Los lpidos asociados al almidn son, generalmente, lpidos polares, que necesitan disolventes polares tales como metanol-agua, para su extraccin. Generalmente el nivel de lpidos en el almidn cereal, est entre 0.5 y 1%. Los almidones no cereales no contienen esencialmente lpidos. Qumicamente es una mezcla de dos polisacridos muy similares, la amilosa y la amilopectina; contienen regiones cristalinas y no cristalinas en capas alternadas. Puesto que la cristalinidad es producida por el ordenamiento de las cadenas de amilopectina, los grnulos de almidn creo tienen parecido grado de cristalinidad que los almidones normales. La disposicin radial y ordenada de las molculas de almidn en un grnulo resulta evidente al observar la cruz de polarizacin (cruz blanca sobre un fondo negro) en un microscopio de polarizacin cuando se colocan los polarizadores a 90 entre s. El centro de la cruz corresponde con el hilum, el centro de crecimiento de grnulo. La amilosa es el producto de la condensacin de D-glucopiranosas por medio de enlaces glucosdicos a(1,4), que establece largas cadenas lineales con 2002500 unidades y pesos moleculares hasta de un milln; es decir, la amilosa es una a-D-(1,4)-glucana cuya unidad repetitiva es la a-maltosa. Tiene la facilidad de adquirir una conformacin tridimensional helicoidal, en la que cada vuelta de hlice consta de seis molculas de glucosa. El interior de la hlice contiene slo tomos de hidrgeno, y es por tanto lipoflico, mientras que los grupos hidroxilo estn situados en el exterior de la hlice. La mayora de los almidones contienen alrededor del 25% de amilosa. Los dos almidones de maz comnmente conocidos como ricos en amilosa que existen comercialmente poseen contenidos aparentes de masa alrededor del 52% y del 70-75%. La amilopectina se diferencia de la amilosa en que contiene ramificaciones que le dan una forma molecular a la de un rbol; las ramas estn unidas al tronco central (semejante a la amilosa) por enlaces a-D-(1,6), localizadas cada 15-25 unidades lineales de glucosa. Su peso molecular es muy alto ya que algunas fracciones llegan a alcanzar hasta 200 millones de daltones. La amilopectina constituye alrededor del 75% de los almidones ms comunes. Algunos almidones estn constituidos exclusivamente por amilopectina y son conocidos como creos. La amilopectina de papa es la nica que posee en su molcula grupos ster fosfato, unidos ms frecuentemente en una posicin O-6, mientras que el tercio restante lo hace en posicin O-3. 19.1.-FORMA DE LOS GRANOS DE ALMIDN El tamao y la forma de los granos de almidn de las clulas del endospermo, vara de un cereal a otro; en el trigo, centeno, cebada, maz, sorgo y mijo, los granos son sencillos, mientras que los de arroz son compuestos. La avena tiene granos sencillos y compuestos predominando estos ltimos.

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La mayor parte de los granos de almidn de las clulas del endospermo prismtico y central del trigo tiene dos tamaos: grande, 30-40 micras de dimetro, y pequeo, 1-5 micras, mientras que los de las clulas del endospermo sub-aleurona, son principalmente de tamao intermedio 6-15 micras de dimetro. En las clulas del endospermo sub-aleurona hay relativamente ms protena y los granos de almidn estn menos apretados que en el resto del endospermo. 19.2.-GELATINIZACIN Los grnulos de almidn son insolubles en agua fra, pero pueden embeber agua de manera reversible; es decir, pueden hincharse ligeramente con el agua y volver luego al tamao original al secarse. Sin embargo cuando se calientan en agua, los grnulos de almidn sufren el proceso denominado gelatinizacin, que es la disrupcin de la ordenacin de las molculas en los grnulos. Durante la gelatinizacin se produce la lixiviacin de la amilosa, la gelatinizacin total se produce normalmente dentro de un intervalo ms o menos amplio de temperatura, siendo los grnulos ms grandes los que primero gelatinizan. Los diversos estados de gelatinizacin pueden ser determinados utilizando un microscopio de polarizacin. Estos estados son: la temperatura de iniciacin (primera observacin de la prdida de birrefrigerancia), la temperatura media, la temperatura final de la prdida de birrefrigerancia (TFPB, es la temperatura a la cual el ltimo grnulo en el campo de observacin pierde su birrefrigerancia), y el intervalo de temperatura de gelatinizacin. Al final de este fenmeno se genera una pasta en la que existen cadenas de amilosa de bajo peso molecular altamente hidratadas que rodean a los agregados, tambin hidratados, de los restos de los grnulos. 19.3.-RETROGRADACIN Se define como la insolubilizacin y la precipitacin espontnea, principalmente de las molculas de amilosa, debido a que sus cadenas lineales se orientan paralelamente y accionan entre s por puentes de hidrgeno a travs de sus mltiples hidroxilos; se puede efectuar por diversas rutas que dependen de la concentracin y de la temperatura del sistema. Si se calienta una solucin concentrada de amilosa y se enfra rpidamente hasta alcanzar la temperatura ambiente se forma un gel rgido y reversible, pero si las soluciones son diluidas, se vuelven opacas y precipitan cuando se dejan reposar y enfriar lentamente pero en si no se tiene un concepto claro dedido a las palabras que se utilizan en este articulo. La retrogradacin esta directamente relacionada con el envejecimiento del pan, las fracciones de amilosa o las secciones lineales de amilopectina que retrogradan, forman zonas con una organizacin cristalina muy rgida, que requiere de una alta energa para que se rompan y el almidn gelatinice.

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ANEXO (19-01-08): Las molculas de amilosa y amilopectina estn dispersas en la solucin acuosa (gelatinizada) de almidn. Despus del enfriamiento, las porciones lineales de varias molculas se colocan paralelamente debido a la formacin de enlaces H. Esto obliga a las molculas de agua a apartarse y a permitir que las molculas cristalicen juntas. Cuando se disuelve el almidn en agua, la estructura cristalina de las molculas de amilosa y amilopectina se pierde y stas se hidratan, formando un gel, es decir, se gelatiniza. Si se enfra este gel, e inclusive si se deja a temperatura ambiente por suficiente tiempo, las molculas se reordenan, colocndose las cadenas lineales de forma paralela y formando puentes de hidrgeno. Cuando ocurre este reordenamiento, el agua retenida es expulsada fuera de la red (proceso conocido como sinresis), es decir, se separan la fase slida (cristales de amilosa y de amilopectina) y la fase acuosa (agua lquida). El fenmeno de sinresis puede observarse en la vida cotidiana en las cremas de pastelera, yogures, salsas y purs. Para ver una imagen de este proceso se puede ir a: http://www.landfood.ubc.ca/courses/fnh/301/water/waterq5.htm 19.4.-GELIFICACIN

Tipo de almidn Amilosa Forma del grnulo Tamao Temperatura gelatinizacin de

Maz 27 % Angular poligonal, esfrico 5-25 micras

Trigo 24 % Esfrico o lenticular 11-41 micras

62-72 C

58-64 C

Caractersticas del gel

Tiene una viscosidad media, Viscosidad baja, es es opaco y tiene una opaco y tiene una alta tendencia muy alta a tendencia a gelificar gelificar

19.5.-ALMIDN Y ARQUEOLOGA Debido a las cualidades morfolgicas diferenciadas con que cuentan los grnulos de almidn segn la planta a la cual pertenecen, se ha diseado una tcnica de investigacin paleoetnobotnica (granos de almidn en arqueologa) de gran ayuda para la arqueologa de las regiones tropicales del mundo.

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Muchas plantas, sobre todo tuberosas y de semillas, no haban podido ser identificadas en los contextos arqueolgicos de los trpicos, situacin que arrestaba el conocimiento que se poda tener sobre la importancia que tuvieron las plantas para los pueblos antiguos de estas reas. Los grnulos de almidn, al ser estructuras perdurables en las herramientas arqueolgicas relacionadas con la produccin de alimentos y otros derivados, pueden ser recuperados e identificados. El proceso de extraccin de almidones de herramientas arqueolgicas comienza con la recoleccin de muestras de sedimentos en los poros, grietas y fisuras de dichas herramientas para luego someterlas a un proceso de separacin qumica (por medio de centrifugacin con cloruro de cesio). Gracias a la aplicacin del estudio de granos de almidn en arqueologa, en la actualidad existen varias investigaciones sobre el origen y evolucin de las plantas en el neotrpico americano que han servido para comenzar a trazar, de manera efectiva, muchas de las dinmicas bioculturales en torno al desarrollo de las plantas econmicas (silvestres y domsticas) y de la complejidad sociocultural de los pueblos indgenas. Para conocer ms sobre granos de almidn y arqueologa busque en la Web: granos de almidn y arqueologa (starch grain analysis and archaeology). 19.6.-ALMIDN Y EVOLUCIN HUMANA Investigaciones concluidas en septiembre de 2007 realizadas por el equipo dirigido por Nathaniel Domihy han demostrado que el Homo sapiens (el ser humano) posee copias adicionales de un gen denominado AMY1 el cual es bsico para sintetizar la enzima amilasa en las glndulas salivales y, en el pncreas. Concretamente, el ser humano posee ms AMY1 que los dems primates (triplica en cantidad a sus parientes vivos ms cercanos: los chimpancs y los bonobos). Esta copia abundante de AMY1 en el ser humano le ha posibilitado sobrevivir ante carestas de carnes o frutas merced a dietas ricas en almidn como el que se encuentra en cereales, tubrculos y bulbos. Se considera que la capacidad de asimilar el almidn por parte de los ancestros del humano ocurri unos 2 millones de aos antes del presente y est asociado al rpido desarrollo del cerebro debido al rpido aporte de carbohidratos los cuales son un excelente combustible para la actividad cerebral. Los animales que se alimentan de bulbos y de tubrculos producen masa corporal a partir del almidn con patrones coincidentes con los de los ancestros humanos. An entre las poblaciones humanas actuales se encuentran pequeas diferencias de dosaje de la AMY1 segn predomine o no una dieta rica en almidn: la mayora de los japoneses actuales, con una dieta en la cual abunda el almidn procedente del arroz poseen ms gen AMY1 que poblaciones con dietas ms carnvoras como los turcos yakutas de Siberia o los biaka de frica. Empero, no todas parecen ser ventajas en la capacidad humana de consumir y metabolizar el almidn, sus carbohidratos de combustin rpida parecen provocar la afeccin llamada sndrome de hgado graso, tal afeccin se vera

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particularmente potenciada cuando a una dieta muy abundante en almidn (con elevado ndice glucmico) se le suma un modo de vida sedentario como el que es frecuente en las sociedades urbanas contemporneas. XX.-CELULOSA La celulosa es un polisacrido compuesto exclusivamente de molculas de glucosa; es pues un homopolisacrido (compuesto por un solo tipo de monosacrido); es rgido, insoluble en agua, y contiene desde varios cientos hasta varios miles de unidades de -glucosa. La celulosa es la biomolcula orgnica ms abundante ya que forma la mayor parte de la biomasa terrestres. 20.1.-Estructura de la celulosa La celulosa se forma por la unin de molculas de -glucosa mediante enlaces -1,4-O-gl

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