Investigacion Documental 1.3 Javier Cervantes Martinez #19310546.docx

SEP
TECNM
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TIJUANA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA
INGENIERÍA BIOQUÍMICA
CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS
Investigación documental
“1.3. Polisacáridos, celulosa, hemicelulosa, almidón obtención,
gelatinización, retrogradación, productos derivados, intercesión con otros
constituyentes, pectinas y glucógeno.”
PRESENTA:
Cervantes Martinez, Javier [19310546]
ASESOR:
Dr. Jorge Ricardo Ocampo Garcia
Tijuana, B.C.
12 de septiembre de 2024
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
Instituto Tecnológico de Tijuana
Departamento de Ingenierías Química y Bioquímica, Ingeniería Bioquímica
Agosto - Diciembre 2024
Polisacaridos
Los
polisacáridos
son
macromoléculas
formadas
por
la
unión
de
monosacáridos mediante enlaces glicosídicos, se clasifican principalmente en
homopolisacáridos y heteropolisacáridos. Los homopolisacáridos están compuestos
por un solo tipo de monosacárido, como el almidón, celulosa o glucógeno, los
heteropolisacáridos, por otro lado, están formados por más de un tipo de
monosacárido, como las hemicelulosas y las pectinas (Badui-Dergal, 2006).
Tabla I. Características de los polisacáridos.
Los polisacáridos constituyen una categoría esencial de biopolímeros que
desempeñan diversas funciones tanto en organismos vivos como en la industria
alimentaria, desde la celulosa hasta el glucógeno, estos compuestos ofrecen una
variedad de propiedades físicas y químicas que los hacen ideales para distintas
aplicaciones tecnológicas en alimentos. Su interacción con otros componentes, como
proteínas y lípidos, es fundamental en la modificación de texturas, estabilidad y
capacidad de retención de agua de los productos alimenticios (Belitz et al, 2005).
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
Instituto Tecnológico de Tijuana
Departamento de Ingenierías Química y Bioquímica, Ingeniería Bioquímica
Agosto - Diciembre 2024
Celulosa
La celulosa es el polisacárido estructural más abundante en la naturaleza, se
encuentra principalmente en las paredes celulares de las plantas. Su obtención a
escala industrial se realiza a partir de fuentes vegetales como la madera y el algodón
mediante procesos químicos de disolución y purificación, en estos procesos se
emplean soluciones alcalinas y blanqueadores para remover la lignina y otros
componentes no celulósicos (Astiasaran & Martinez, 2000).
Figura 1. Estructura de la celulosa.
En su forma nativa, la celulosa, es insoluble en agua y presenta una alta
capacidad de retención de agua, lo que la hace útil como agente texturizante y
estabilizador en productos alimentarios. También se utiliza en forma de derivados,
como carboximetilcelulosa (CMC), que mejora la viscosidad y estabilidad de
productos líquidos y semisólidos (Fennema, 2000).
Hemicelulosa
Las hemicelulosas son un grupo complejo de polisacáridos presentes en las
paredes celulares de las plantas superiores, donde cumplen funciones estructurales.
A diferencia de la celulosa, las hemicelulosas son heteropolisacáridos que contienen
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
Instituto Tecnológico de Tijuana
Departamento de Ingenierías Química y Bioquímica, Ingeniería Bioquímica
Agosto - Diciembre 2024
una mezcla de diferentes monosacáridos, entre los que se incluyen pentosas, como la
xilosa y la arabinosa, y hexosas, como la glucosa, manosa y galactosa. Estas
moléculas pueden formar cadenas cortas, en comparación con las largas cadenas
lineales de la celulosa, lo que las hace menos rígidas y más solubles en soluciones
acuosas, especialmente bajo condiciones alcalinas (Lopez Perez, 2012).
Figura 2. Estructura de la hemicelulosa.
Las hemicelulosas, en particular los xilanos y los arabinoxilanos, son polímeros
lineales o ramificados que contienen cantidades variables de monosacáridos, estos
polisacáridos no forman fibras cristalinas como la celulosa, lo que contribuye a su
solubilidad en medios acuosos. En los xilanos, la xilosa es el monosacárido
predominante, mientras que los arabinoxilanos contienen tanto xilosa como
arabinosa, además de pequeñas cantidades de otras pentosas o hexosas (Belitz et
al, 2005).
La degradación de las hemicelulosas, específicamente los xilanos, arabanos y
arabinoxilanos, mediante pentosanasas, enzimas que hidrolizan los enlaces
glicosídicos entre las unidades de pentosa (Fennema, 2000).
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
Instituto Tecnológico de Tijuana
Departamento de Ingenierías Química y Bioquímica, Ingeniería Bioquímica
Agosto - Diciembre 2024
Almidon
El almidón es un polisacárido de reserva que se encuentra en diversas fuentes
vegetales, como tubérculos, papa, camote o yuca, cereales, trigo, maíz o arroz, y
leguminosas, lenteja, garbanzo o haba. Este polisacárido está compuesto por dos
fracciones principales: la amilosa y la amilopectina, que forman gránulos
microscópicos de 10 a 70 μm, estos gránulos tienen diferentes formas y están
cubiertos de proteínas, siendo la amilosa aproximadamente el 15-30% del almidón,
mientras que el resto está formado por amilopectina (Astiasaran & Martinez, 2000).
Figura 3. Estructura del almidon.
Los gránulos de almidón, debido a su estructura compacta, actúan como
mecanismos eficientes para almacenar grandes cantidades de energía en forma de
glucosa en un espacio reducido, esto explica la textura arenosa que se percibe en
alimentos como los plátanos inmaduros y las papas crudas, antes de ser cocidos. Al
contener tanto amilosa como amilopectina en diferentes proporciones, el almidón de
estas fuentes varía en su comportamiento al ser cocido (Badui-Dergal, 2006).
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
Instituto Tecnológico de Tijuana
Departamento de Ingenierías Química y Bioquímica, Ingeniería Bioquímica
Agosto - Diciembre 2024
Obtencion de almidon
La obtención comercial del almidón se lleva a cabo principalmente mediante un
proceso conocido como molienda húmeda, que se utiliza en granos como el maíz. El
proceso comienza con la limpieza y maceración de los granos, los cuales se
sumergen en agua durante 24 a 48 horas a una temperatura de 50 °C, en algunos
casos, se añade un agente antimicrobiano como el anhídrido sulfuroso (0.1-0.2%)
para prevenir el crecimiento de microorganismos, durante la maceración, los granos
absorben agua, alcanzando un contenido de humedad del 45-50%, lo que ablanda el
grano y facilita su trituración ioro (Fennema, 2000).
Figura 4. Almidón de grano de maíz.
Tras la maceración, se realiza la separación del germen, que es la parte del
grano rica en aceites, el germen se separa utilizando técnicas de flotación o
hidrociclones, aprovechando su menor densidad en comparación con otras partes del
grano, una vez separado el germen, la suspensión resultante se muele y filtra para
aislar el almidón de las proteínas y otras impurezas, este proceso se basa en las
diferencias de densidad entre el almidón y las proteínas, permitiendo una separación
efectiva (Badui-Dergal, 2006).
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
Instituto Tecnológico de Tijuana
Departamento de Ingenierías Química y Bioquímica, Ingeniería Bioquímica
Agosto - Diciembre 2024
El almidón extraído pasa por un proceso de purificación, donde se reduce su
contenido de proteínas a niveles inferiores al 0.3%, garantizando un producto de alta
calidad, posteriormente, el almidón purificado se seca utilizando métodos como el
secado por tambor rotatorio o por aspersión, que reducen su contenido de humedad
para obtener un producto en polvo, este almidón seco es el que se comercializa para
diversas aplicaciones en la industria alimentaria y otros sectores (Badui-Dergal,
2006).
Gelatinización
La gelatinización del almidón es un proceso donde los gránulos de almidón
absorben agua y se hinchan cuando se exponen al calor. Durante esta, los gránulos
de almidón, que inicialmente son insolubles en agua fría debido a su estructura
altamente organizada, comienzan a absorber agua en las zonas menos organizadas
de su estructura, conocidas como regiones amorfosas (Lopez Perez, 2012).
Figura 5. Gráfico de la gelatinización del almidón.
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
Instituto Tecnológico de Tijuana
Departamento de Ingenierías Química y Bioquímica, Ingeniería Bioquímica
Agosto - Diciembre 2024
A medida que aumenta la temperatura, las moléculas de agua penetran en las
zonas amorfas, donde las interacciones entre las moléculas de amilosa y
amilopectina son más débiles y menos rígidas, esto provoca que los gránulos
comienzan a hincharse y aumenten de volumen, un fenómeno visible al microscopio,
el continuar el calentamiento, las zonas cristalinas más ordenadas del gránulo, que
son más estables debido a los numerosos puentes de hidrógeno, también comienzan
a absorber agua. Sin embargo, la ruptura de estas zonas cristalinas requiere más
energía, por lo que el proceso de gelatinización se completa cuando las regiones
amorfas y cristalinas se hidratan completamente. Este cambio estructural transforma
el almidón en una pasta viscosa, que es esencial para obtener la textura deseada en
muchos alimentos cocidos (Lopez Perez, 2012).
Retrogradación
La retrogradación del almidón es un proceso que ocurre tras la gelatinización,
cuando las moléculas de amilosa y amilopectina, que han sido separadas y dispersas
durante el calentamiento, comienzan a reorganizarse al enfriarse (Belitz et al, 2005).
Figura 6. Comparación del gránulo de almidón sin alterar (A), gránulo gelatinizado (B), gránulo
retrogradado ( C).
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
Instituto Tecnológico de Tijuana
Departamento de Ingenierías Química y Bioquímica, Ingeniería Bioquímica
Agosto - Diciembre 2024
Durante la retrogradación, las moléculas de amilosa tienden a alinearse y
formar nuevas estructuras cristalinas, lo que puede conducir a la formación de una
textura más firme o endurecida en los productos alimentarios, como ocurre en
productos horneados o en alimentos cocidos y enfriados (Belitz et al, 2005).
Productos derivados
El almidón, debido a su versatilidad, se utiliza como materia prima para obtener
una amplia gama de productos derivados, que tienen aplicaciones en diversas
industrias. Entre los más importantes se encuentran los almidones modificados, que
se obtienen a través de procesos físicos, químicos o enzimáticos para mejorar o
alterar sus propiedades funcionales, como la solubilidad en agua, la resistencia a la
retrogradación o su capacidad para formar geles, estos almidones son ampliamente
utilizados en productos alimentarios como salsas, postres, productos horneados y
congelados (Fennema, 2000).
Figura 7. Estructura de la glucosa, uno de los derivados del almidon mediant hidrolisis
enzimatica, para transformarse despues a maltodextrinas o jarabe de maiz.
Intercesion con otros constituyentes
El almidón interactúa con diversos constituyentes alimentarios, como
proteínas, lípidos, azúcares y otros polisacáridos, lo que afecta significativamente su
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
Instituto Tecnológico de Tijuana
Departamento de Ingenierías Química y Bioquímica, Ingeniería Bioquímica
Agosto - Diciembre 2024
comportamiento durante la cocción y almacenamiento. Las interacciones entre el
almidón y las proteínas, como el gluten en productos de panificación, son esenciales
para proporcionar una estructura esponjosa y mejorar la retención de gases, lo que
influye en la textura y volumen del producto final. Estas proteínas forman una red que
atrapa los gránulos de almidón gelatinizados, permitiendo una estructura firme tras la
cocción (Astiasaran & Martinez, 2000).
En cuanto a los lípidos, forman complejos con la amilosa, lo que estabiliza el
almidón y reduce su gelatinización. Esto es crucial en productos horneados o fritos,
donde los lípidos ayudan a mejorar la textura crujiente y retrasan el envejecimiento
del producto al retardar la retrogradación (Badui-Dergal, 2006).
Pectinas
Las pectinas son polisacáridos que se encuentran principalmente en las
paredes celulares y espacios intercelulares de frutas como los cítricos, la manzana y
el membrillo, están formadas por unidades de ácido galacturónico, un ácido derivado
de la oxidación de la galactosa (Badui-Dergal, 2006).
Figura 8. Estructura básica de la pectina.
Los grupos ácidos de las pectinas pueden estar parcialmente esterificados con
grupos metoxilos, lo que da lugar a su clasificación en pectinas de alto grado de
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
Instituto Tecnológico de Tijuana
Departamento de Ingenierías Química y Bioquímica, Ingeniería Bioquímica
Agosto - Diciembre 2024
metilación (ATM) cuando más del 50% de estos grupos ácidos están metilados. Las
pectinas nativas que se encuentran en las plantas son moléculas más complejas que,
tras su extracción con ácidos débiles, se convierten en los productos comerciales que
se emplean en la industria alimentaria (Badui-Dergal, 2006).
Una propiedad clave de las pectinas es su capacidad para formar geles en
presencia de azúcar y ácido o de iones calcio, lo que las hace especialmente útiles en
la elaboración de productos como mermeladas, gelatinas y postres. La formación de
geles es posible gracias a la estructura de las pectinas y su capacidad para
interactuar con otros compuestos (Belitz et al, 2005).
Glucogeno
El glucógeno es el principal polisacárido de reserva energética en animales,
almacenado en el músculo y el hígado. Está formado por cadenas de D-glucosa
altamente ramificadas, que se descomponen para liberar glucosa utilizada en la
glucólisis para producir energía. Tras el sacrificio animal, su descomposición genera
ácido láctico, reduciendo el pH muscular y afectando la calidad de la carne. La falta
de glucógeno puede provocar condiciones como PSE (Pálida, Suave y Exudativa) o
DFD (Oscura, Firme y Seca), impactando negativamente la textura, retención de agua
y resistencia a la contaminación bacteriana en los productos cárnicos (Badui-Dergal,
2006).
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
Instituto Tecnológico de Tijuana
Departamento de Ingenierías Química y Bioquímica, Ingeniería Bioquímica
Agosto - Diciembre 2024
Figura 9. Estructura básica del glucógeno.
Bibliografia:
Astiasaran, I. & Martinez, J. A. (2000). Alimento Composición y Propiedades (2da
ed.). Editorial McGraw-Hill. Madrid: España.
Badui-Dergal, S. (2006). Química de los Alimentos (4ta ed.). Editorial Pearson
Education. México: México.
Belitz, H.-D., Grosch, W. & Schieberle, P. (2005). Química de los Alimentos (3ra ed.).
Editorial Acribia. Madrid: España.
Fennema, O. R. (2000). Química de los Alimentos (2da ed.). Editorial Acribia. México:
México.
Lopez Perez, V. M. (2012). Composición Química de los Alimentos. Editorial Red
Tercer Milenio. México: México.