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HIDRATOS DE CARBONO
Química de los Alimentos
Licenciatura en Ciencia y Tecnología
de Alimentos
HIDRATOS DE CARBONO
Cn ( H2O)n
• Compuestos alifáticos polihidroxilados con un grupo
carbonilo y sus derivados.
• Son los compuestos más abundantes en la naturaleza.
Se producen por fotosíntesis
• Cumplen funciones de reserva energética y estructural.
Reserva: almidón, glucógeno
Estructural: celulosa
HIDRATOS DE CARBONO
CLASIFICACIÓN
MONOSACÁRIDOS
DISACÁRIDOS
OLIGOSACÁRIDOS
POLISACÁRIDOS
MONOSACÁRIDOS
• Hidratos de carbono más simples. Entre 3 y 8 C.
• Los más comunes son los de 5 y 6.
• Grupo carbonilo: Aldosas
Cetosas
• Propiedades reductoras
• Carbono con 4 sustituyentes distintos: isomerismo
óptico. Casi todos los monosacáridos naturales son
serie D.
• Solubles en agua, son insolubles en etanol y en éter;
además son dulces
MONOSACÁRIDOS
Gliceraldehido
(sus ésteres fosfóricos son
intermediarios en el
metabolismo de glúcidos)
Triosas
Dihidroxicetona
Pentosas
Hexosas
Ribosa
Arabinosa
Xilosa
Xilitol
Importante en ácidos nucleicos
Muy baja cant. en alimentos
Difícil absorción
Más abundantes en frutas frescas y
desecadas.
MONOSACÁRIDOS
MONOSACÁRIDOS
Estructura de hemiacetal
Anillos de 5 o 6 átomos (piranosa o furanosa)
Nuevo carbono asimétrico : isomería óptica
Anómeros α y β: difieren en la rotación específica
Ej: α y β-D-glucosa en agua varía su rotación
específica hasta un valor final de +52°.
Fenómeno de mutarrotación.
MONOSACÁRIDOS
Derivados oxidados
• Ac. “ónicos” C1 en aldosas
• Ac. “urónicos” C6 forman parte de polisacáridos
Derivados reducidos
• Polioles (reducción del carbonilo con H2)
• Sabor dulce, no absorbibles por ID. En grandes
cantidades pueden provocar Diarreas osmóticas
Ej: xilitol, sorbitol ( edulcorante bajas Calorías y
como punto de partida para la síntesis de ac.
Ascórbico).
Polialcoholes – Azúcares alcoholes
Sorbitol
Inositol
Xilitol
Acido fítico
Manitol
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MONOSACÁRIDOS
DISTRIBUCIÓN
Orígen:
Coultate
PODER EDULCORANTE
Fructosa
Azúcar invertido
JMAF (42% fructosa)
Sacarosa
Xilitol
Glucosa
Jarabe maíz alto DE
Sorbitol
Manitol
Jarabe maíz regular
Galactosa
Lactosa
SACARINA
170
120
120
100
100
74
70
55
50
40
32
15
30000
DISACÁRIDOS
• Unión glicosídica entre el grupo carbonilo
y un OH de otro monosacárido.
• Cuando uno de los carbonilos queda libre
tiene capacidad reductora y posibilidad de
mutarrotar, anómeros α y β
Glucósidos
Azúcar unido por grupo reductor a un ol propio o de otra
molécula.
Isoflavonas de soja. Agluconas: daidzeína, genisteína
Tioglucósidos. Crucíferas. Bociógenos.
Glucósidos cianogénicos: amigdalina, linamarina, durrina.
Antocianinas.
DISACÁRIDOS
DISACÁRIDOS
Los más distribuídos en alimentos: SACAROSA, MALTOSA,
LACTOSA
SACAROSA (Azúcar de caña o de remolacha).
En caña de azúcar, remolacha, frutas (ananá, banana, etc.)
También en zanahorias.
INTENSO PODER EDULCORANTE
DISACÁRIDOS
AZUCAR INVERTIDO
hidródro
lisis
SACAROSA
GLUCOSA + FRUCTOSA
-invertasa
-ácidos
-pH ácido de los alimentos
-espontánea en zumos de fruta (almacenamiento)
AZUCAR INVERTIDO
MIEL
INVERSION : Se invierte poder rotatorio de la solución
α (D) = +66,5º (Sol. de Sacarosa)
- 20º (Sol. de A.I.)
-Aumento del 5,6% en peso seco de la solución.
-Aumento de la solubilidad
-Aumento de concentración (prod. de jarabes).
DISACÁRIDOS
LACTOSA
(Azúcar de leche)
-Comercial: a partir de suero de leche (fábricas de queso).
-dura
-poco soluble
-poco dulce
-Componente normal de la leche de todos los mamíferos:
2,5% en leche de reno
6% en leche de burra
4,5% en leche de vaca
7% en leche humana
OLIGOSACÁRIDOS
Rafinosa (GGalFru)
en caña de azúcar
Estaquiosa (GGal FruGal)
en leguminosas
Verbascosa (GalGalGal G Fru)
Melizitosa (G G Fru)
en la miel
Parcialmente digeribles. No se hidrolizan en ID.
Sí en colon e íleon; los monosacáridos se fermentan
con gran producción de CO2; H2 y CH4. Fibra
Trastornos digestivos
Oligosacáridos (nat +industriales)
*Fructo oligosacáridos (FOS) Fructanos.
Fructosa unión β 1-2. Glu-Fru-Fru. De inulina.
No se hidrolizan en ID.
Aumentan volumen y viscosidad, enlentecen la
absorción de lípidos e hidratos de C.
Fermentación colónica, promueven desarrollo de
Lactobacilos y Bifidobacterias. SCFA
*Xilo oligosacáridos (XOS)
Hidrólisis de hemicelulosa. No se digieren en ID
Demora vaciamiento gástrico.
Producción aumentada de Bifidobacterias. SCFA
• Galactooligosacáridos (GOS)
Transgalactosilación de lactosa por β galactosidasas en
condiciones particulares.
No se hidrolizan en ID. Enlaces β 1,1; 1,3; 14 y 1,6.
Fermentación colónica, acción protectora sobre cáncer.
Mejora absorción de minerales
Promoción del desarrollo de lactobacilos y bifidobacterias.
Aditivo G.R.A.S.
Todos estos oligosacáridos presentan
propiedades prebióticas.
POLISACÁRIDOS
Almidón: complejo de Amilosa y Amilopectina. Todas las glucosas con
uniones α.
• Amilosa consiste en 200 a 20.000 unidades de
Glucosa
Amilopectina tiene ramificaciones de 20 a 30 Glu cada 30 unidades
de Glu. En total hasta 2000000 de Glucosa
21
Amilopectina y gránulo de almidón
De TP Coultate, 2007
Porcentajes de amilosa y amilopectina en
distintos alimentos
Alimento
% Amilosa
% Amilopectina
Arvejas
35
65
Arroz
18
82
Cebada
22
78
Maíz estándar
26
74
Maíz HAM
70
30
Papa
24
76
Sorgo
20
80
Trigo
25
75
Amilograma Brabender y gelatinización
de diversos almidones
De TP Coultate, 2007
Glucógeno
Reserva de glucosa en tejidos animales. Uniones α
Estructura ramificada con brazos más cortos que en
Amilopectina. El centro es proteico
Inulina
Polímero de fructosa.
En espárragos, achicoria,
bananas, cebollas, ajos
Celulosa
• Polímero de dos unidades de glucosa (celobiosa
(celobiosa)) unidas
por unión β 1-4
• Sostén de los vegetales. Microfibrillas en pared celular.
• No hidrolizable, no digerible.
• Retiene agua en las heces
• Aumento tránsito intestinal y peso de heces
• Sin efectos sobre colesterol ni ácidos biliares.
• En paredes celulares de frutas y vegetales 35%
• En salvado de trigo 30%
Hemicelulosas
•
•
•
•
Diferentes polímeros de glúcidos. Acidas y neutras
Parcialmente digeribles en su mayoría
Aumento peso de heces, reducción tránsito intestinal
Fermentación colónica (algunas), disminución pH,
incremento de bacterias fecales
• Pared celular 15%; Salvado cereales 50%
PECTINAS
Polímeros de ácidos urónicos, galacturónico mayormente.
Cemento intercelular. Contenido en pared: 40%
Capacidad de formar geles. Enlentece el tránsito
gastrointestinal, demora la absorción de glúcidos,
disminución del colesterol.
Son sustrato para fermentación colónica.
Frutas, avena, cebada, leguminosas, psyllium
Jaleas de fantasía, aditivo alimentario.
Se ingieren 4-5 g de pectina/día en dieta occidental.
PECTINAS
Acido galacturónico + CH3OH. Formación de geles.
Poligalacturonano metilado (3) + ramnosa.
De TP Coultate
β Glucanos
Polímeros de glucosa. Enlaces variables. (1-2; 1-4)
Ramificados
Soluciones viscosas.
Paredes celulares de avena y cebada. Escaso en
trigo.
Fibra soluble.
El salvado de avena se adiciona a alimentos como
fuente de estos compuestos.
Gomas - Mucílagos
Hidrocoloides. Gran capacidad de formar geles.
Retardan vaciamiento gástrico.
Disminuyen colesterol y glucosa sanguíneos.
Sustrato de fermentación colónica.
Polisacáridos mixtos.
Garrofín (algarrobo) Guar (semilla de leguminosa)
Tragacanto y arábiga (exudados)
Alginatos, agar-agar (algas).
Mucílagos: psillium (semillas de Plantago ovata).
Aditivos alimenticios.
Lignina
• Parte constitutiva de la madera.
• En salvado de cereales 12%.
• Acelera el tránsito intestinal. Excreción de
sales y ácidos biliares
colesterol sanguíneo
Quitina y quitosanos
•
•
•
•
•
•
•
Polímero de N acetil Glucosamina
Quitosano:: quitina con escasa acetilación
Quitosano
Exoesqueleto de invertebrados y paredes celulares fúngicas.
Indigerible en tracto gastrointestinal superior
Alta viscosidad. Uniones iónicas con ac biliares y lípidos
Emulsiones intragástricas con aceites que se excretan
Hipocolesteremizante
Polidextrosa
• Condensación de glucosa, sorbitol y ácido
cítrico (89:10:1). DP 12.
• Resiste hidrólisis enzimática.
• Fermentación colónica (50%).
• Propiedades prebióticas.
• Aporte energético 11-2 Kcal/g (4(4-8 KJ/g).
• Agente de “masa” de bajas calorías.
“Litesse” (Pfizer).
Reacciones
• Reacción de Maillard
• Caramelización de azúcares
Características de las reacciones de
pardeamiento tipo Maillard
• Fase inicial (sin color, no hay absorción en UV cercano)
Reacciones: condensación, enolización, reorganización
de Amadori. Con proteínas, la glucosa y los grupos
amino libres se combinan en relación 1:1
Propiedades: aumenta el poder reductor en solución
alcalina. El almacenamiento del producto incoloro
glucosa-proteína (1:1) produce pardeamiento e
insolubilidad.
Características de las reacciones de
pardeamiento tipo Maillard
• Estadio intermedio (amarillo pardo, absorción en UV
cercano)
Reacciones: deshidratación de los azúcares hasta 3desoxiglucosona y sus 3,4-ene, HMF y 2-hidroxiacetil
furano, fragmentación del azúcar, formación de
compuestos α-dicarbonílicos, reductonas y pigmentos.
Propiedades: la adición de sulfito lo decolora, se
desarrolla poder reductor en solución ácida, el pH
disminuye, los azúcares desaparecen más deprisa que
los aminoácidos. Con proteínas, la hidrólisis no produce
el azúcar (D-glucosa). El ensayo de Elson-Morgan para
aminoazúcares resulta positivo (compuestos de
Amadori)
Características de las reacciones de
pardeamiento tipo Maillard
• Estadio final: (pardo rojizo y pardo oscuro)
Reacciones: condensaciones aldólicas; polimerización;
degradación de Strecker de los aminoácidos a aldehídos
y N-heterociclícos a temperatura elevada. Se libera
dióxido de carbono.
Propiedades. Acidez, desarrollo de aromas tostados
parecidos al caramelo, formación de melanoidinas
coloidales e insolubles; reductonas de poder reductor en
medio ácido; la adición de sulfito no lo decolora
Reacción de Maillard
R - COH
•
•
•
•
•
•
•
+ R'
- NH2
N- Glucosil-amina
Reordenamiento de Amadori
1-amino-1-deoxi-2-cetosa
Escisión
Aldehido pirúvico,
sust. aromáticas,etc.
Deshidratación intensa
Furfurales, dehidrofurfurales,
dehidroreductonas,sust. aromát
•
•
•
•
Reductonas, diacetilo, acetol,
Degradación de Strecker
•
•
•
•
Deshidratación
Aldehidos + CO2
Polimerización e
insolubilización
MELANOIDINAS (5-10 kD) poder antioxidante
39
Reacción de Maillard
Esquema de reacción del proceso de glucosilación no enzimática de proteínas. (A) Formación de la base
de Schiff. (B) Reordenamiento de Amadori. A través de una serie de reacciones complejas los productos
de Amadori pueden originar derivados con estructura imidazólica (C) pirrólica (D) y otras diversas (iminas,
furanos, piridinas, etc).
Caramelización de azúcares
• Los azúcares pueden sufrir reacciones que
llevan a compuestos coloreados en ausencia de
aminoácidos, como consecuencia de
tratamientos térmicos, que producen olores y
sabores característicos.
• Puede tener lugar en medio ácido como
alcalino.
• Se producen polimerizaciones no conocidas
estrictamente.
Caramelización
Caramelización
de azúcares
• Pirólisis: calentamiento por encima del punto de fusión.
• pH ácido y alcalino, se acelera con COOH.
• Sacarosa a > 160ºC : hidrólisis, deshidratación y
dimerización.
• Isosacarosana (dímero – 1 H2O); Caramelana (dos
sacarosas – 2 H2O): Carameleno: tres sacarosas menos 8
H2O.
• Calentamiento mayor Caramelina o humina = sabor
desagradable.
• Comercialmente caramelización controlada en presencia
de ácidos o NH3. Colorante.
BIBLIOGRAFÍA
• Baduí Dergal S. “Química de los Alimentos”,
Pearson, 2006.
• Bello Gutierrez, José. “Ciencia Bromatológica.
Principios generales de los alimentos”, Díaz de
Santos. 2000.
• Coultate TP “Manual de Química y Bioquímica
de los Alimentos”, Acribia, 2007
• Fennema O. “Introducción a la Ciencia de los
Alimentos”, Reverté, 1985.