INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE
BIOTECNOLOGÍA
QUÍMICA Y FUNCIONALIDAD DE LOS
ALIMENTOS
PRÁCTICA 4
CINÉTICA DE OSCURECIMIENTO NO ENZIMÁTICO
1. OBJETIVOS
a) Conocer como se produce la reacción de Maillard (oscurecimiento no
enzimático) tanto en un alimento como en sistemas modelo.
b) Determinar la cinética del oscurecimiento no enzimático en un alimento.
c) Identificar los factores influyentes, tanto intrínsecos como extrínsecos de
la reacción.
d) Determinar el efecto del tipo de reactante (azúcar y aminoácido), pH y
temperatura del medio, así como la presencia de un inhibidor en la
rapidez de la reacción.
2. INTRODUCCIÓN
Entre las reacciones que sufren los componentes de los alimentos se encuentran
las de oscurecimiento oxidativo y no oxidativo. Estos fenómenos son muy
importantes en el almacenamiento y procesamiento de los alimentos debido a
sus repercusiones deseables o indeseables en el color, sabor y valor nutritivo de
éstos. El primer tipo se refiere a las reacciones enzimáticas entre compuestos
fenólicos (sustratos) y el oxígeno catalizadas por polifeloxidasas, por lo tanto no
están implicados los carbohidratos. Entre los ejemplos se pueden citar los cortes
de manzana, pera, plátano, aguacate, lechuga, etc.
MANUAL DE PRÁCTICAS DE
QUÍMICA Y FUNCIONALIDAD DE LOS ALIMENTOS
Las reacciones de caramelización y Maillard comprenden el segundo tipo de
oscurecimiento, no enzimático, ni oxidativo y donde si intervienen los
carbohidratos. En la caramelización (pirólisis) los azúcares se deshidratan,
fragmentan y polimerizan para producir melanoidinas a altas temperaturas,
actividad acuosa muy reducida y en medio tanto ácido como alcalino. En la
segunda (Maillard), reaccionan el grupo carbonilo reductor de azúcares con un
grupo amino libre proveniente de aminas primarias, aminoácidos o proteínas en
un medio alcalino y una actividad acuosa entre 0.6 y 0.9. El incremento de
temperatura las favorece, aunque se han observado en condiciones de
refrigeración, pues su energía de activación es baja. Su nombre se debe a que
fueron descritas por primera vez por el químico francés L. C. Maillard en 1913.
Mucho tiempo después, Hodge propuso un mecanismo en 1953, el cual sigue
siendo el más aceptado hasta la fecha.
En su etapa inicial, al reaccionar los grupos carbonilo y amino se forman las
glucosilaminas; éstas a su vez producen aldosaminas o cetosiminas según el
tipo de carbonilo por medio de la llamada transposición de Amadori o Heyns. La
solución formada tiene la capacidad reductora, no presenta absorbancia de
irradiaciones ultravioleta (UV) y no es colorida. En la etapa intermedia, los
azúcares se deshidratan produciendo 5-hidroximetil-2-furaldehído, sus derivados
y reductonas, se fragmentan, se producen compuestos –dicarbonilo
(degradación de Strecker) e incipientemente pigmentos. Aquí la solución se
torna amarillenta y existe escasa absorbancia en la región UV cercana.
Finalmente se forman los pigmentos, melanoidinas, ya sea en forma coloidal o
insolubles, resultado de condensaciones complejas de aldoles y
polimerizaciones. La solución adquiere un color rojizo o hasta un café muy
oscuro, presenta fluorescencia (absorbancia a 420 y 490 nm) y su aroma es
similar al del caramelo. Los productos lácteos y de cereales pueden sufrir este
tipo de oscurecimiento no enzimático.
3. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR
a)
Describir en un diagrama las reacciones por etapas que comprenden al
oscurecimiento tipo Maillard de los alimentos.
b)
Explicar tanto los factores intrínsecos (tipo de reactantes) y los
extrínsecos (pH, temperatura y actividad acuosa) que influyen en el
desarrollo del oscurecimiento
c)
Proporcionar ejemplos de alimentos donde se desee la reacción de
Maillard y sea indeseable, señalando los efectos positivos y negativos.
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PRACTICA 4
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QUÍMICA Y FUNCIONALIDAD DE LOS ALIMENTOS
d)
Explicar la desventaja nutricional de este tipo de oscurecimiento y las
formas de su control.
e)
Describir brevemente en que consisten las otras reacciones de
oscurecimiento y señalar sus efectos positivos y negativos.
4. MATERIALES Y REACTIVOS
Agitadores
Termómetro
Balanza analítica
Tubos de ensaye 18 x 150
Baños de agua con regulador de Agua destilada
temperatura
Cronómetro
Leche en polvo descremada
Charolitas de aluminio para pesar
Solución al 10% de ácido cítrico
Espátulas
Solución al 0.3% de metabisulfito de
sodio (Na2S2O4)
Espectrofotómetro con tubos
Solución saturada de lisina
Estufa
Solución saturada de glicina (25g en 100
mL)
Gradillas
Solución al 64.2% de fructosa
Matraces aforados de 50 y 100 mL
Solución 0.5N de NaOH
Pipetas de 2 y 5 mL
Solución al 64.2% de glucosa
Pinzas
5. DESARROLLO EXPERIMENTAL
5.1.
CINÉTICA DE OSCURECIMIENTO
a) Se cubren 6 charolitas de aluminio con la leche en polvo descremada y se
les coloca en la estufa a 125°C. Al cabo de 10, 20, 30, 40, 50 y 60
minutos se van sacando de la estufa.
b) Tomar de cada charola 12 g y disolver con 10 mL de agua destilada
perfectamente bien. Se realiza el experimento por duplicado.
c) Calibrar el espectrofotómetro con agua destilada a cero de absorbancia y
a una longitud de onda de 430 nm. Leer la absorbancia de cada solución.
Reportar los resultados multiplicando el valor de absorbancia por el factor
de dilución. Construir una curva con los valores medios de tiempo contra
absorbancia.
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5.2. EFECTO DEL TIPO DE REACTANTES, TEMPERATURA, pH E
INHIBIDOR
Se preparan de acuerdo al cuadro las siguientes mezclas, calentando a 70°C.
Se miden y anotan los tiempos en que se produce un cambio en la coloración en
cada tubo. Efectuar por duplicado cada mezcla.
Cuadro 1. Volúmenes de los reactivos
Tubo
Glicina Glucosa Fructosa Sacarosa Na2S2O4 NaOH Ácido Tiempo
(mL)
(mL)
(mL)
(mL)
(mL)
(mL) cítrico (min)
(mL)
Testigos
A
B
C
Muestras
1
2
3
4
5
6
7
8
1.5
1.5
1.5
3.5
-
3.5
-
3.5
-
-
-
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
3.5
3.5
3.5
3.5
-
3.5
3.5
3.5
3.5
-
2
2
-
2
2
-
2
2
Variables
Tipo de aminoácido. Se efectúa la corrida como se indica en el cuadro sólo
cambiando la glicina por lisina.
Temperatura. Se realizan las corridas para los dos tipos de aminoácidos a 85°C
en vez de 70°C.
6. INFORME DE RESULTADOS
a) Discutir la cinética del oscurecimiento en leche a partir del gráfico
elaborado, consultando la literatura correspondiente.
b) Reportar las medias de los resultados del efecto de las distintas variables
(segundo experimento) en sendas hojas de datos (cuatro en total).
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c) Comparar con la literatura y discutir los tiempos de reacción con respecto:
al tipo de aminoácido y azúcar empleados en cada reacción, a las
sustancias modificadoras del pH y a la temperatura.
d) Realizar observaciones y recomendaciones a la práctica.
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PRACTICA 4