Carbohidratos Funciones Carbohidratos clasificación

Funciones
Carbohidratos
Dra. Edith Ponce A.
Carbohidratos
Edulcorantes
Agentes funcionales
Geles
Emulsiones
Incrementar
viscosidad
Crioprotectores
Abatir aw
Reserva de energía
Intermediarios de metabolismo
Estructura
Defensa
clasificación
Monosacáridos
Oligosacáridos
C6H12O6
(C6H10O5)n
si, N(2,12)
Polisacáridos
(C6H10O5)n
Biosas
Triosas
Tetraosas
Pentosas
Hexosas
Disacáridos
Trisacaridos
Tetrasacaridos
Reserva
Estructurales
gomas
Monosacáridos
Monosacáridos
Poli- hidroxialdehídos o aldosas
Polihidroxicetonas o cetosas
Azucares simples
Cristalizables
Solubles en agua
Poco solubles en etanol
Amplio espectro de dulzura
Mutarrotación
Desvían la luz polarizada
1
Aldosas y cetosas
Gliceraldehído
Aldotriosa
Dihidroxiacetona
Cetotriosa
2
Estructura
Pentosas (C5)
Hexosas (C6):
Aldosas
Aldosas: ribosa, arabinosa, xilosa, lixosa
Cetosa: ribulosa, xilulosa
Aldosas: glucosa, manosa, galactosa
Cetosa: fructosa, sorbosa
Cetosas
Nombre
Fuente
Hexosas
galactosa
hexulosa
D-fructosa
Miel, frutas
D-Psicosa
Residuos de malazas
glucosa
Leche, oligo- y
polisacáridos
Plantas y animales
manosa
Polisacáridos
heptulosa
D-mano-2-hetulosa
aguacate
L-ramnosa
Gomas vegetales,
glucosidos
octulosa
D-glicero-D-manosa-Doctulosa
Aguacate
nonulosa
D-eritro-L-gluco-2-nonulosa
aguacate
3
Carbonos asimétricos
1
2
3
4
5
6
CHO
HCOH
2N = 24 = 16 estereoisómeros
HCOH
HCOH
HCOH
H2COH
Enantiómeros D y L
Configuración del penúltimo átomo de carbono
en relación con la del último
D-gliceraldehído
L-gliceraldehído
hemiacetales
H
R C
OR’
+ HO R’
O
R CH
OH
C1 hemiacetálico se vuelve
asimétrico :.
dos esterioisómeros α y β
4
mutarrotación
CHO
OH
HC
HO
CH
HCOH
HCOH
HOCH
HCOH
HOCH
HOCH
HCOH
O
HCOH
HC
O
HCOH
HCOH
HC
CH2OH
CH2OH
CH2OH
D-α-glucosa
D-glucosa
D-β-glucosa
+112.2°
+53°
+18.7°
t
Rotación específica [α]λ
Rotación óptica
Dextrógira: Rotación óptica a la derecha (+)
Levógira: Rotación óptica a la izquierda (- )
t
[α]λ =
100 a
l c
Nombre
t
l = longitud del polarímtero
c = gramos de azúcar en 100 ml de sol.
α = ángulo de rotación
Nombre
t
[α]λ
[α]λ
D(+)glucosa
Lα(+) arabinosa
+55.4
Dα(+) manosa
+29.3
D(-)fructosa
Dβ(-) fructosa
-133.5
Dβ(-) manosa
-17
Dα(+) galactosa
+150.7
(+) Maltotriosa
+160
Dβ(+) galactosa
+52.7
(+) Lactosa
+53.6
Poder edulcorante
%
nombre
sacarosa
100
βD-manosa
D-fructosa
135
Lactosa
D-galactosa
63
xilitol
D-glucosa
Azúcar
invertido
40
127
aspartamo
%
150
amargo
130
39
102
10000
poder edulcorante
nombre
Poder edulcorante
D-glucosa
D-galactosa
maltosa
D-fructosa
110
90
70
50
30
10
30
50
temperatura (°C)
5
Conformación
La conformación 4C1 es más estable por la posición axial de
grupos
La conformación 1C4 es menos estable por la posición
ecuatorial
Fructosa
levulosa o azúcar de las
frutas y miel.
• C6H12O6
Hidrólisis de sacarosa, e
inulina
cristaliza con dificultad
Temperatura de fusión
102 -104 ºC
Glucosa
HOCH2 O
HO
HO
OH
CH2OH
•Dextrosa
•C6H12O6
•Miel, jugo de numerosas frutas,
sangre.
•hidrólisis ácida o enzimática de:
sacarosa, maltosa, almidón,
celulosa, glucógeno.
HO
•cristaliza en tres formas diferentes y
c/u gira el plano de polarización de la
luz en distinto grado.
CH2OH
O
OH
OH
OH
6
Galactosa
•C6H12O6
•hidrólisis ácida o enzimática de:
lactosa, gomas
HO
CH2OH
O
H
OH
Oligosacáridos
OH
OH
Oligosacáridos
Condensación de 2 a 10 monosacáridos
mediante un enlace glucosídico
Uno de los azucares pierde un –OH unido al
carbono anomérico y adquiere el sufijo (- sil)
Enlace
glucosídico
Si uno de los C con la función carbonílica se
encuentra libre se denominan azúcares
reductores ya que pueden reducir iónes
metálicos
Maltosa
Isomaltosa
4−β−D-Glucopiranosil-α-D-glucopiranosa
• 2 unidades Glucosa
CH2OH
•Enlace α(1,4)
O
•Reductor
•Isomeros α y β
OH
•hidrolizados de almidón de maiz, cebada
OH
O
•Fermentable, soluble en agua
•No cristaliza
OH
•Elaboración de bebidas fermentadas
•Fácil digestión
•Elaboración de alimentos infantiles
CH2OH
O
4−β−D-Glucopiranosil-α-Dglucopiranosa
CH2OH
O OH
OH
OH
OH
• 2 unidades Glucosa
•Enlace α(1,6)
•Reductor
•Isomeros α y β
•Cebada, hidrolizados de maíz,
almidón
•Fermentable, soluble en agua
•No cristaliza
•Elaboración de bebidas
fermentadas
HO
O
OH
CH2
O
OH
HO
OH
OH
7
Celobiosa
Gentobiosa
β-D-glucopiranosil-α-D-glucopiranosido
4-β-D-glucopiranosil-Dglucopiranosa
CH2OH
CH2OH
O OH
O
Glucosa
β(1,4)
Unidad de la celulosa
reductor
OH
OH
O
OH
2 unidades de glucosa
β(1,6)
Reductor
presente en amigdalina
(glucósido cianogénico
presente en almendras)
CH2OH
O
O
CH2
OH
HO
Trehalosa
OH
OH
OH
OH
O
OH
OH
HO
Lactosa
1−α-D-glucopiranosil-α-D-glucopiranosido
4-β-D-galactopiranosil-Dglucopiranosa
Galactosa y glucosa
Enlace β(1,4)
Reductor
Isomeros α y β
Leche de mamíferos
poco soluble
2 unidades de glucosa
α(1,1)
Carece de grupos aldehído
y cetona libres
No Reductor
hemolinfa de insectos
Hongos y levaduras
Lactosa
CH2OH
OH
OOH
OH
O
OH
Lactosa
OH
HO
Lactasa
(β-galactosidasa)
OH
CH2OH
O OH
O
OH
O
OH
OH
OH
lactulosa
CH2OH
O
CH2OH
OH
CH2OH
O
H
OH
CH2OH
O
+
OH HO
OH
galactosa
+
OH
OH
OH
glucosa
OHCH2
4
- -α -D galactopiranosilO OH
-D fructofuranosa
HO
CH2OH
CH2OH
β(1,4)
HO
O
O
Galactosa y fructosa
H
OH
Reductor
OH
Por epimerización de
OH
glucosa a fructosa al
calentar leche
8
Sacarosa
CAÑA
TRITURADO
β-D-fructofuranosil-α-D-glucopiranosido
α-D-glucopiranosil- β-D-fructofuranosido
BAGAZO
JUGO
Proceso de
obtención DE
AZÚCAR
Clarificar
Glucosa y fructosa
(1,2)
Carece de grupos aldehído y cetona libres
No sufre mutarrotación
No Reductor
Elevada solubilidad
Fácilmente cristalizable
Remolacha, caña de azúcar
Granos y frutas
Evaporar
Centrifugar
MELAZAS
AZÚCAR
EN BRUTO
AZUCAR
REFINADA
Azúcar invertido
Galactosacaridos
Sacarosa en solución
CH2OH
O
OH
[α]λ
OH
HOCH2 O
OH
HO
t
OH
OH
t
[α]λ -20
HO
HO
CH2OH
OH
HO
CH2
O
CH2OH
Rafinosa
O
CH2OH
O
H
OH
HO
O
HO
OH
HO
O
OH
α(1,6)
O
α(1,6)
O
CH2
CH2OH
Estaquiosa
OH
OH
H
Reacciones de carbohidratos
HOCH2 O
OH
OH
HO
Gal- glu
- fru
Gal- gal- glu
- fru
Gal- gal- gal- glu
- fru
[α]λ -92
OH
O
Rafinosa
Estaquiosa
Verbascosa
t
[α]λ +52.5
α(1,6)
Flatulencia
Leguminosas: soya, frijoles, garbanzo,
cacahuates, chíncharos
Mezcla de glucosa y fructosa
CH2OH
O
OH
H
CH2OH
OH
Calor/ácido
o
invertasa
+66
HO
O
HO
t
HOCH2 O
CH2
O
OH
HOCH2 O
O
HO
OH
HO
OH
CH2OH
9
Reacciones químicas
condiciones
reacción
HC=O
isómeros
Enolización/hidrólisis
Enoles,
Diacetilo, acetoína, ácidos
Álcalis (1N)
Enolización/
Oxidación
Ácidos débiles
Enolización (lenta) Isómeros
Ácidos fuertes
Deshidratación/
ciclización
Ácidos glucónicos
OHCH
OHCH
Álcali 1N
HCOH
HCOH
HCOH
HCOH
CH2OH
O=CH
HOC
HOC
OHCH
OHCH
OHCH
HCOH
HCOH
HCOH
HCOH
HCOH
HCOH
HCOH
HCOH
HCOH
CH2OH
trans-enol
enediol
CH2OH
CH2OH
D-Fructosa
32%
cis-enol
enediol
Poder reductor
(Fehling reduccion del CuSO4)
Enoles
Cu+
+ Cu2+
enolización
enedioles o reductonas
Óxido-reducción
Cu+ + azúcares ácidos
+
H2O
oxidación
Cu2O (rojo)
Ac. D-glucorónico
Iones que pueden reducir: Ag +, Hg 2+ , Cu 2+ , Bi 3+ , Fe(CN)
métodos de Benedict, Somogyi, Hagendorn-Jensen, etc
Deshidratación y ciclización
(ácidos)
HC=O
HCOH
HC=O
=
HC=O
HCOH
=
HCOH
H2O
CH
HCOH
HCOH
HCOH
HCOH
1,2-enol
CH2OH
CH2OH
3-desoxiosulosa
=
HCOH
CH
HCOH
6-
Reacciones de oscurecimiento
Mecanismo
HC=O
HC=O -H O
2
reacomodo
CH2
CH ciclización
HCOH
CH2OH
D-manosa
3%
CH2OH
D-glucosa
OHCH
CH2OH
Arreglo de Lobry De Bruyn y Alberda Van Eckenstein
Azúcar
+ álcali
reductor
HCOH
HOCH
HCOH
D-glucosa
65%
hidroximetilfurfural
furfural
HC=O
COOH
HCOH
OHCH
OHCH
HOCH2
HCOH
CH2OH
Oxidación a ácidos glucónicos
HC=O
HOCH
HCOH
=
Álcalis (0.5N)
productos
=
álcalis (0.05N) enolización
Enolización (álcalis débiles 0.05N)
HC
CH
HOCH2C
O2
Caramelización No
Sustrato
Temp. pH óptimo
elevada
azúcares
Sí
Alc/ac
productos
caramelo
CCHO
O
Maillard
No
Az. reductor
+ amino
No
ligeramentea melanoidinas
lcalino
Oxidación
Ac. ascórbico
Sí
Ac.
ascórbico
No
Ligeramente
ácido
No
Polifenoloxidasa (PPO)
sí
Comp.
fenólicos
No
Ligeramente
alcalino
melaninas
CH2OH
hidroximetil furfufural
HMF
10
Oscurecimiento
enzimático
Caramelización
OH
Reacciones:
O
PPO / O2
OH
Ocurre a Temp. superiores al punto de fusión
pH ácidos/alcalinos
Se acelera con ácidos carboxílicos y sales
•Sistema enzimático polifenol oxidasa
•pH óptimo 7
•Sensibles a tratamiento térmico
•Agentes reductores: ácido cítrico, SO2
polimerización
(catecolasa)
(cresolasa)
MELANINAS
O
Fenoles
Deshidratación
Polimerización
Otras
derivados furfural
melanoidinas
aldehídos, cetonas,
pirazinas, etc
Quinonas
Caramelo
Caramelización: fragmentación
melanoidinas
Mezcla compleja compuestos en forma
coloidal.
Temperatura superior al punto de
fusión
Líquido o sólido café oscuro
sabor a azúcar quemada/ amargo
Soluble en agua
SACAROSA
(C6H12O6)
Azucares
O
Acidos sacaricos
C2H5
O
Etil-maltol
maltol
(C24H36O18)
(C36H50O25)
CARAMELINA
(C125H188O80)
HUMINA
H3C
N
CH3
N
CH3
N
H3C
CH3
N
N
CH2CH3
N
CH3
2,3,5-trimetilpirazina
2,5-dimetilpirazina 2-etil5(6)dimetilpirazina
Adición de ácidos
CARAMELENO
OH
O
CARAMELANA
CH3
Furanos, furanonas,lactonas
Pironas, aldehídos, cetonas
Ácidos, ésteres, pirazinas
CH3
OH
ISOSACAROSANA
Hidrólisis
Deshidratación
dimerización
O
Furfural
Sulfúrico
Acético
Cítrico
Fosfórico
Favorecen formación de furanos
baja intensidad de sabor
11
Alcalis
Hidroxido
Hidroxido
Hidroxido
Hidroxido
Amoniaco y SO2
de
de
de
de
sodio
potasio
amonio
calcio
Caramelo tipo I
absorbancia de
caramelo al 0.1% (w/v)
en agua,
celda de 1-cm a 610 nm
base al contenido de
sólidos
Sulfatado
En presencia de ácidos o bases y SO2
Usos
Extractos vegetales
Aderezos
coñac
Simple o cáustico sin aditivos
Estable en solución alcohólica al 75%
Usos
Tequila,
Ron
Etc.
Caramelo tipo III
(Ammoniacal)
Caramelo tipo II
Bebidas de cola
favorece enolización y fragmentación
Sabor intenso
Color suave
Color
Favorecen la producción de pigmentos
obscuros de elevado peso molecular
Usos
En presencia de ácidos o bases y sales de
Amonio
Color oscuro e intenso
Estable en soluciones salinas al 20%
Estable a pH 3
Usos
Cerveza
Salsas y aderezos
Productos horneados
12
Clase IV
Sulfato
- amonio
En presencia de ácidos o bases, SO2 y sales
de amonio
Color oscuro e intenso
Estable en soluciones salinas al 20%
Estable a pH menor a 2
Usos
Bebidas de cola
saborizantes
Reacción de Maillard:etapas
A. Condensación azúcar reductor y grupo
amino
B. Reordenamiento de los productos de
condensación
C. Deshidratación de los productos
reordenados
D. Fisión y Degradación
E. Polimerización a melanoidinas
Melanoidinas
Pigmentos
complejos de alto
peso molecular
Color amarillo al
café oscuro
Sabor amargo
Reacción de Maillard: factores
pH alcalino
Ea= 30 kcal/mol Q10 = 2 a 3
Aw 0.6
- 0.9
Tipo de aminoácido
Tipo de azúcar
Reacción de Maillard:inhibición
Acido sulfuroso
Bloquea grupos carbonilo en degradación
de Strecker
R
- CH=O + H2SO3
HO
- C
-H OSO2H
R
Efecto antioxidante
Lisina> arginina> histidina> triptofano
Aldosas>cetosas:
Xilosa>galactosa>glucosa>fructosa>lactosa>maltosa
Cu2+ / Fe3+, O2 y radiaciones catalizan formación
de melanoidinas
Reacción de Maillard:inhibición
Refrigeración
Acidificación
Emplear azúcar no reductor: sacarosa
Fermentación de azúcar
13
Reacción de Maillard: efectos
Reduce la calidad nutricional
Aminoácidos esenciales “lisina”
Reduce solubilidad y digestibilidad de
proteínas
Oscurecimiento y sabores
desagradables
14