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Propiedades de las macro moléculas, ampliación a la tecnología de los alimentos.

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  1. 1. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero QuímicoTema 2 Macromoléculas en los alimentos. OBJETIVOS: • Conocer las clases de macromoléculas más importantes que se encuentran en los alimentos. • Importancia nutricional de las macromoléculas. • Propiedades de las macromoléculas de los alimentos especialmente respecto a su papel en las características de los alimentos. • Papel de las macromoléculas en el procesado industrial de alimentos, definición de las propiedades funcionales. • Definición de alimentos funcionales y papel de las macromoléculas en los alimentos funcionales. 1
  2. 2. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico Índice del tema 1 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 3 2 CLASIFICACIÓN DE LAS MACROMOLÉCULAS .................................................................................. 3 2.1 Proteínas .............................................................................................................................. 4 2.1.1 Péptidos, oligopéptidos y aminoácidos libres................................................................................. 4 2.1.2 Proteínas globulares ........................................................................................................................ 4 2.1.3 Proteínas fibrosas ............................................................................................................................ 6 2.2 Lípidos.................................................................................................................................. 6 2.2.1 Grasas (triacilgliceroles) ................................................................................................................. 7 2.2.2 Gliceroles, fosfolípidos y otras grasas polares ................................................................................ 7 2.2.3 Ácidos grasos libres ........................................................................................................................ 8 2.2.4 Esteroles.......................................................................................................................................... 8 2.2.5 Pigmentos........................................................................................................................................ 9 2.2.6 Otros (lactonas, metilcetonas, aldehidos, esteres). ........................................................................ 10 2.3 Hidratos de carbono y fibra............................................................................................... 10 2.3.1 Azúcares (mono y disacáridos) ..................................................................................................... 11 2.3.2 Fibra soluble y fibra insoluble....................................................................................................... 12 2.3.3 Polisacáridos (almidones, pectina, glucanos y fructanos) ............................................................. 12 2.3.4 Otros polímeros............................................................................................................................. 14 3 PROPIEDADES FUNCIONALES ....................................................................................................... 14 3.1 Proteínas ............................................................................................................................ 14 3.2 Lípidos................................................................................................................................ 15 3.3 Hidratos de carbono, fibra soluble y cruda. ...................................................................... 16 4 ALIMENTOS FUNCIONALES Y NEUTRACÉTICOS. ........................................................................... 17 2
  3. 3. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico1 Introducción Aunque se puede definir “macromolécula” estrictamente en base a su peso molecular (tamaño)la distinción entre lo que llamamos macromoléculas y lo que no lo son se realiza porque laspropiedades de éstas vienen influenciadas en gran medida por sus relaciones estructurales, y no solopor sus propiedades químicas o por los elementos que la componen. Así, en general, consideramos que una proteína como la mioglobina es una macromolécula nosolo por su gran tamaño y peso molecular, sino porque sus propiedades van mucho mas allá del meroconjunto de aminoácidos que las constituyen. Así otra proteína, como el colágeno, tiene una naturalezasimilar pero propiedades muy distintas que les confieren papeles muy diferentes tanto en losorganismos de los que proviene como en su aplicación a la tecnología de los alimentos. Las macromoléculas en el alimento hacen cosas como dar color (mioglobina,carotemoides,…), textura (gelatina, colágeno, …) retener agua, emulsionar, etc.,… y muchas de ellastiene valor nutritivo de nutriente esencial o aportan beneficios a la salud (fitoesteroles que bajan elcolesterol, oligosacáridos “efecto bífidus” o ácidos grasos w-3) Por tanto, debemos conocer las propiedades de estas macromoléculas para aprovechar supotencial y no destruirlas durante el procesado o, simplemente, para conocer el fundamento de losprocesos de producción de alimentos en los que intervienen estas macromoléculas y ser capaces deentenderlos mejor. Proteínas globulares y fibrosas2 Clasificación de las macromoléculas Como ya se ha comentado, las macromoléculas tienen naturalezas diferentes que determinansus propiedades y su valor nutritivo y funcional. El poder nutricional de las macromoléculas de losalimentos está relacionado con su composición básica. Por ejemplo, en una proteína, esta viene dadapor su composición en aminoácidos y es independiente de otras consideraciones estructurales. Sinembargo, existen otras propiedades denominadas “funcionales” que influyen en el aspecto, texturacolor, etc… de los alimentos y que vienen dados por las propiedades que derivan de la supraestructurade estas macromoléculas. En los siguiente epígrafes repasaremos los tipos de macromoléculas que podemos encontrar enlos alimentos haciendo una clasificación detallada, y a continuación definiremos las propiedadesfuncionales y veremos cómo se relacionan con los principales tipos de macromoléculas. 3
  4. 4. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico Para clasificar las macromoléculas que se encuentran en los alimentos, lo mejor es atender alanálisis de principios fundamentales explicado en el tema anterior. 2.1 Proteínas Hemos visto en el tema anterior, se caracterizan por contener nitrógeno. También recordaráque las proteínas son largas cadenas de aminoácidos unidas por enlaces peptídicos. La composición osecuencia de aminoácidos (estructura primaria) determina las relaciones estructurales de la moléculadando lugar a tipos de proteínas muy diferentes. Como recordará de otros temas, las cadenas de las proteínas tienden a replegarse sobre símismas como resultado de interacciones electrostáticas en las que entran en juego la hidrofobicidad dezonas de las cadenas e interacciones entre grupos polares de la misma cadena por interacciones de Vander Vaals o mediadas por agua (puentes de hidrógeno). Por otra parte, y debido a los diferentes grupos funcionales de los aminoácidos, las proteínaspueden tener carácter ácido, básico o neutro, o incluso puede variar en diferentes partes de la cadena. Cuestión: Clasifique los aminoácidos en polares y apolares, y también en ácidos y alcalinos. Como resultado, las proteínas son macromoléculas mayoritariamente solubles en agua, conuna gran variedad de comportamientos que dependen de • Su composición en aminoácidos • Longitud de la cadena • Tipo de replegamiento o estructuración de la cadena. Las tres cosas están interrelacionadas, como se ve en la siguiente clasificación. 2.1.1 Péptidos, oligopéptidos y aminoácidos libres Los péptidos y oligopeptidos son cadenas de aminoácidos de longitud corta hasta muy corta,que puede tener desde algunos hasta unos cientos de restos de aminoácidos hasta unas pocas unidades. Proceden en su mayoría de procesos de degradación de proteínas. Son el producto de losprocesos de hidrólisis enzimática, aunque existen algunos en los organismos que sirven comoalimento. Ejemplos de estas sustancias son la insulina y el glucagón, hormonas con un importanteefecto regulatorio en el metabolismo de los Tienen un peso molecular muy inferior a la media de las proteínas y pueden tener efectosmucho más intensos que estas, a igualdad de peso, sobre algunas propiedades funcionales. Estas sustancias aparecen típicamente en el curso de las fermentaciones como las que tienelugar en la fabricación del yogur o durante el curado de los quesos. Durante la maduración de quesosmuy curados, como el parmesano, se producen una gran cantidad de productos de lisis de las proteínasentre los que se encuentran incluso aminoácidos libres. 2.1.2 Proteínas globulares Son macromoléculas de naturaleza proteica (aminoácidos) que pueden alcanzar un grantamaño (hasta millones de daltons) y que se caracterizan por tener una estructura replegada sobre símisma, lo que en ocasiones da una forma redondeada o esferoidal, de ahí que se les denomineglobulinas. 4
  5. 5. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico La forma de las proteínas globulares se mantiene gracias a las asociaciones intracatenariasentre grupos con diferente carga y afinidad por el agua. Son muy hidrofílicas y en su inmensa mayoríason solubles, mientras mantengas su estructura terciaria y cuaternaria. Albúmina del suero Las proteínas globulares desempeñan una variedad de papeles fisiológicos que tienen susconsecuencias en las aplicaciones tecnológicas a las que se puede destinar. En general se puede decirque son solubles, tienen una elevada capacidad de retención de agua y desempeñan una importantefunción de regulación osmótica, tanto en vivo como en los alimentos. Por otra parte, ante cambios en el entorno como modificaciones de la fuerza iónica, pH oelevación de la temperatura, las proteínas globulares pueden perder sus estructuras terciaria ycuaternaria, produciéndose un despliegue de la cadena que acarrea profundos cambios en la reologíadel sistema alimentario que las contenga. La proteínas globulares, por su solubilidad y por tener diferentes polaridades en diferentespartes de la cadena, tienen también una elevada capacidad de emulsionar. La albúmina de huevo es un buen estabilizador de emulsiones G-L También hay que decir que muchas proteínas globulares son enzimas o proteínas detransporte. Las enzimas tienen propiedades catalíticas que les permiten llevar a cabo una variedad dereacciones químicas. Otras son proteínas de transporte, como la mioglobina o hemoglobina, quetransportan oxígeno, mientras que otras participan en diferentes cadenas de transporte, como loscitocromos de la cadena respiratoria. Cuestión: Enumere las características más relevantes de las proteínas globulares y suimportancia en el procesado de los alimentos. 5
  6. 6. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico 2.1.3 Proteínas fibrosas Contrariamente a lo que ocurre con las proteínas globulares, existe otra familia de proteínasque adoptan una conformación en forma de haces rectos con diversos grados de entrecruzamiento.Esta familia de proteínas tiene un función fundamentalmente estructural, de alguna forma la contrariaa la de las proteína globulares. El colágeno es una fibra compuesta por una triple hélice de cadenas de aminoácidos El ejemplo más importante de estas proteínas es el colágeno, proteína constituida por unatriple hélice de cadenas polipeptídicas, de gran resistencia estructural y que constituye la partefundamental de los tejidos de sostén animales. Otro ejemplo de proteína fibrosa es la elastina, aunque se diferencia del colágeno en lacapacidad de deformarse ante un esfuerzo y volver a su forma original al cesar éste. Al contrario que las proteínas globulares, las fibrosas no son solubles en agua en su estadonativo, aunque sí se pueden solubilizar como resultado de tratamientos desnaturalizantes (productoscomo la gelatina y la cola son el resultado de estos procesos). La proteínas fibrosas tampoco tienen un importante efecto osmótico, aunque si pueden afectarmuy profundamente la reología de los alimentos que las contienen cuando son tratados de la formacorrecta. Especialmente importante a este respecto son las propiedades de los geles de colágeno delicuarse con la temperatura y volver a solidificarse al enfriarse, ya que es el fundamento de lafabricación de algunos artículos alimentarios denominados gelificados (entre los que se encuentranmuses y natillas, por mencionar algunos). Cuestión: Enumere las propiedades de las proteínas fibrosas y contrapóngalas con laspropiedades de las proteínas globulares. Dependiendo de sus características, las diferentes proteínas confieren a los alimentosdiferentes propiedades funcionales tal y como se expone en el epígrafe posterior. 2.2 Lípidos Los lípidos son una clase de sustancias muy diversas en la que entran a formar parte sustanciasde muy diferente naturaleza física. Las diferentes familias se relacionan a continuación, junto con susprincipales características. 6
  7. 7. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico 2.2.1 Grasas (triacilgliceroles) Son los triesteres del trialcohol glicerol (glicerina) con ácidos grasos. Los triacilgliceroles sonsustancias bastante apolares, tanto más cuanto mas larga sea la cadena de los ácidos grasos que loscomponen. Su principal característica química es la relativa facilidad con la que puede romperse el enlaceéster, con lo que se liberan la glicerina, ácidos grasos y, acaso, mono y diacilgliceroles. La rotura deeste enlace puede ocurrir por catálisis ácida (hidrólisis), alcalina (saponificación), térmica oenzimática. 2.2.2 Gliceroles, fosfolípidos y otras grasas polares La esterificación parcial del glicerol, en el que pueden quedar uno o dos OH libres, da origen auna nueva familia de compuestos grasos con cierta polaridad debida a la capacidad de los OH deinteraccionar con el agua y con otras sustancia polares. La importancia de estos compuestos radica en que su naturaleza bipolar les permite interactuaren la interfases de mezclas inmiscibles estabilizándolas. Los OH libres de los mono y diacilglicéridos pueden reaccinar con otras sustancias y amenudo se encuentran sustituidos por grupos aún más polares que el propio OH como pueden sergrupos sulfato, aminas y, el más importante, fosfato, dando origen a los fosfolípidos. Los fosfolípidos tienen una gran diferencia de polaridad entre las diferentes zonas de lamolécula porque a menudo, el grupo fosfato se encuentra ionizado. Los fosfolípidos tienen una gran relevancia alimentaria ya que actuan muy a menudo comoestabilizadores de emulsiones. La yema de huevo es un buen estabilizador por ejemplo en la payonesaporque tiene un elevado contenido en grasa fosforada. Por otra parte, sólo comentar que se forman muchos derivados de estos lípidos a partir demoléculas como la, colina y la esfingosina. En estos derivados grasos semipolares, también puedenintervenir azúcares. Un ejemplo de extraordinaria importancia en alimentación es la lecitina 7
  8. 8. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico 2.2.3 Ácidos grasos libres Aunque algunos ácidos grasos tienen una polaridad lo suficientemente elevada como parapoder disolverse en agua en condiciones alcalinas, se consideran lípidos por formar parte de las grasasy extraerse como parte de estas en disolventes apolares. Los ácidos grasos libres existen en los organismos en muy pequeña proporción, y aparecen enlos alimentos como resultado de condiciones agresivas de procesamiento o por ataques microbianos.Los ácidos grasos libres son indeseables porque son ligeramente tóxicos y considerablementeirritantes. Los ácidos grasos se clasifican atendiendo a la longitud de su cadena y al número deinsaturaciones que ésta contiene. Los ácidos grasos de interés alimentario tienen siempre una longitudde cadena par. Cuestión: Recopile información sobre los ácidos grasos saturados, monoinsaturados ypoliinsaturados más distribuidos entre los alimentos. 2.2.4 Esteroles Son un importante subgrupo de los esteroides. Los esteroides son lípidos derivados delesterano , siendo el colesterol el más conocido entre los esteroides: El colesterol supone un grave problema de salud pública que, al parecer, puede ser paliado enciertos casos con el uso de sustancias similares como son los esteroles, de ahí su importancia actual enla industria agroalimentaria. Los esteroles son esteroides insaturados que conservan la mator parte del esqueleto decoclopentanoperhidrofenantreno y el grupo hidroxilo en la posición 3 y tienen una cadena de 8 o másátomos de carbono colgando de la posición 17 (ver el ejemplo del fucosterol) que cuelga una cadena 8
  9. 9. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico Son lípidos insaponificables y se puede decir, expresandolo en términos sencillos, que sonimportantes porque parecen mimetizar en el cuerpo humano algunos de los efectos del colesterol sinsus consecuencias perjudiciales, por lo que se incorporan a algunos alimentos funcionales. 2.2.5 Pigmentos Son una amplia familia de naturaleza muy diversa, muy distribuida especialmente en el reinovegetal. Son especialmente importantes los carotenoides, las clorofilas y los antocianos. Los carotenoides son una familia de pigmentos cuya estructura se muestra continuación. Pese a su similitud estructural, tienen poderes antioxidantes y papeles fisiológicos en el cuerpohumano muy diferentes unos de otros. El papel de los carotenoides en la salud humana ha sido puestode manifiesto reiteradamente y es aún hoy dia motovo de estudio. Es posible que en un futuro próximoalgunos carotenoides sean incluidos en la lista de nutrientes esenciales. Cuestión: Sabría definir “nutriente esencial”. Los antocianos (o antocianósidos) son una familia de compuestos con la siguiente estructurageneral 9
  10. 10. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico Aparecen en diversas frutas, como grosellas, moras y frambuesas (por mencionar algunas) alas que confieren sus colores característicos. Está demostrada su acción protectora sobre las paredes delos vasos sanguíneos, así como sus propiedades antioxidantes. Son, por tanto, un importante elementonutritivo en los alimentos que los contienen. Finalmente podemos mencionar las clorofilas, pigmentos fotosintéticos captadores de luzomnipresentes en todos los vegetales. A diferencia de los anteriores no presentan un valor nutritivoespecial, aunque son importantes por el color que le confieren a los alimentos. Desafortunadamente,las clorofilas se degradan muy fácilmente durante el procesado de los alimentos, sobre todo ante laaplicación del color, dando productos de color pardo o marrón desagradable, por lo que a menudo sonsustituidos por colorantes artificiales. 2.2.6 Otros (lactonas, metilcetonas, aldehidos, esteres). Existen muchos otros compuestos que se podrían considerar lípidos, de naturaleza muydiferente a los presentados hasta ahora, que entran a formar parte de los alimentos y les transmitencaracterísticas organolépticas distintivas. Aunque muchas de ellas no son macromoléculas, han de sertenidas en cuenta en el diseño de los procesos de alimentos si se desea obtener productos de buenacalidad. Resulta imposible un estudio exhaustivo de estas sustancias por el elevado número en el queaparecen, pero sí conviene destacar su existencia y resaltar que en el desarrollo de cualquier proceo decalidad, deben ser tenidas en cuenta para favorecer su desarrollo o para preservarlas en la medida de loposible durante el procesado. Aldehido cinámico (canela) vainillina 2.3 Hidratos de carbono y fibra Los hidratos de carbono son una familia de sustancias amplia pero de composición bastanteuniforme en el sentido de que todas las sustancias que la integran son polihidroxialdehidos opolihidroxicetonas organizadas en monómeros de composición bien conocida, denominados azúcares,que se unen entre sí mediante enlace glicosidico para dar desde dímeros como la sacarosa hastapolímeros momo el almidón o la celulosa. 10
  11. 11. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico Un polihidroxialdehido y una polihidroxicetona El enlace glicosídico se da por la reacción de dos grupos OH liberando agua. Dos monosacaridos unidos por enlace glicosídico 2.3.1 Azúcares (mono y disacáridos) Son los hidratos de carbono más simple presentes en los alimentos. Los monoracáridosconstan de una única molécula de polihidroxialdehido o polihidroxicetona de 5 ó 6 átomos decarbonos (otro número es posible pero poco habitual). En los monosacáridos suele reaccional el OHcon el grupo carbonilo dando un hemiacetal interno que le da a la moécula de monosacárido forma deanillo. Este enlace produce un estereocentro que hace que esta reacción interna produzca dos posibleisómeros ópticos, lo que amplia la familia de posibles moléculas. Cuestión: ¿Cuáles son los monosacáridos más habituales en los alimentos? A continuación se muestran algunos ejemplos. galactosa, 11
  12. 12. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico Los disacáridos resultan de la unión de dos monosacáridos por enlace glicosídico. Si el enlace interesa al carbono anomérico de sólo uno de los monosacáridos (enlacemonocarbonílico), se origina un azúcar reductor, tal como la lactosa o la maltosa lactosa maltosa Por el contrario, si el enlace interesa al los dos carbonos anoméricos(enlace dicarbonílico), se origina un azúcar no reductor como la sacarosa. 2.3.2 Fibra soluble y fibra insoluble. Hay dos tipos de fibra: soluble e insoluble. La primera atrapa el agua durante la digestión y lavuelve de consistencia gelatinosa, lo cual retarda la digestión y la velocidad de la absorción de losnutrientes desde el estómago y los intestinos. Se puede encontrar en la avena, cebada, nueces, semillas,fríjoles, lentejas, arvejas y algunas frutas y verduras. La segunda se encuentra en alimentos como elsalvado de trigo, verduras y granos integrales, que parecen acelerar el paso de los alimentos a travésdel estómago y de los intestinos, agregándole volumen a las heces. 2.3.3 Polisacáridos (almidones, pectina, glucanos y fructanos) Son largas cadenas formadas por monosacáridos unidos por enláce glicosídico. Según el tipode enlace, pueden clasificarse en digeribles y no digeribles. Entre los POLISACÁRIDOS DIGESTIBLES se encuentra el almidón, polímero de reservade los y está integrado por dos tipos de polímeros: • la amilosa, formada por unidades de maltosa, unidas mediante enlaces a(1-4). Presenta estructura helicoidal. • la amilopectina , formada también por unidades de maltosas unidas mediante enlaces a(1-4), con ramificaciones en posición a(1-6). Amilosa Amilopectina 12
  13. 13. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico Glucógeno es el polisacárido propio de los animales. Se encuentra abundantemente en elhígado y en los músculos. Molécula muy similar a la amilopectina; pero con mayor abundancia deramificaciones Glucógeno Entre los POLISACÁRIDOS NO DIGESTIBLES se encuentran Celulosa Es un polímero de glucosa, pero la unión entre las glucosas es la opuesta que en el almidón yno puede ser digerida por las enzimas humanas. Insoluble en agua. La celulosa está constituída por unidades de b-glucosa, y la peculiaridad del enlace b(beta)hace a la celulosa inatacable por las enzimas digestivas humanas, por ello, este polisacárido no tieneinterés alimentario para el hombre. Hemicelulosa Es un polisacárido que acompaña a la celulosa en las partes más duras de los vegetales.Abundante en cereales e insoluble en agua. Se distingue porque contiene xilosa como principal azúcar,mezclado con otros monómeros entre los que se encuentran las glucosa, la manosa y el ácidoglucurónico. A diferencia de la celulosa, que tiene una estructura ordenada que da un disposición regularque puede llegar incluso a ser cristalina, la hemicelulosa se encuentra dispuesta al azar y su estructuraes amorfa. Pectina Sustancia gelificante presente en las frutas, sobre todo manzana y cítricos. Soluble en agua yforma con el agua un gel, es muy utilizado en la industria de la alimentación como aditivo gelificantepara mermeladas y en confitería. Gomas (Goma Arábiga, Goma de Tragacanto, Goma Guar) Son polisacáridos que tienen propiedades gelificantes, emulsionantes y espesantes, por todoello son utilizados en la industria alimentaria como aditivos. Mucílagos (Agar-Agar, Carragenatos y Alginatos) Son sustancias extraídas de vegetales marinos, es decir, de las algas marinas. Como losanteriores son utilizados por la industria como aditivos alimentarios, también son utilizados para laelaboración de alimentos, como modificadores de la textura. 13
  14. 14. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico 2.3.4 Otros polímeros Los polímeros mencionados han sido modificados profusamente por la industria química paradar sustancias de características controladas en cuanto a retención de agua, viscosidad o sabor.Algunas de estas se estudiarán más adelante.3 Propiedades funcionales La expresión “propiedades funcionales” se refiere a la capacidad que tienen algunas sustanciaspara modificar o ajustar una propiedad física o química de un alimento tal vez como parte de unproceso de elaboración. Una propiedad funcional puede ser la capacidad de modificar la textura o elpoder de estabilizar una espuma. No debe confundirse con la capacidad (pretendida) terapéutica o preventiva de enfermedadesque confiere a un alimento la adición de una sustancia dada (como fitoesteroles a margarinas que bajanel colesteros) y que dan origen a los denominados “alimentos funcionales”. A continuación veremos las propiedades funcionales de los principios inmediatos, que sesuman el la elaboración de alimentos, a sus propiedades nutritivas. 3.1 Proteínas Las proteínas, por su naturaleza, tienen capacidad de retención de agua y son capaces deinteractuar entre fases de diferente polaridad. Cuando la molécula de proteína es lineal, de formanatural o porque se ha desnaturalizado, las proteínas pueden variar muy profundamente laspropiedades reológicas. En este sentido, se puede decir que la propiededes funcionales que se puede esperar de lasproteínas son: • viscosidad • capacidad de emulsificación • retención de agua, • solubilidad • estabilidad térmica • formación de matriz proteica • formación de films • viscoelasticidad • cohesión • adhesión • gelación • absorción • absorción de lípidos • pardeamiento • retención de lípidos • coagulación • espumado • dispersibilidad • humectabilidad. Se puede obtener información sobre la estabilidad térmica de proteínas Por calorimetríadiferencial de barrido. EA continuación se muestran las entalpías ( H) y Temperaturas dedesnaturalización (Tp) de algunas proteínas. 14
  15. 15. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico Recuerde que la desnaturalización de una proteína es un proceso que ocurre a una temperaturamuy precisa y que en la mayoría de las ocasiones cambia el estado del alimento de una forma muyprofunda e irreversible. Los efectos de la desnaturalización son, en general, una pérdida de las propiedades funcionalesdescritas entre las que destacan la retención de agua y la capacidad de emulsificación (la carne sueltaagua al ser cocinada y la mayonesa se destruye al calentar). Por otra parte, la desnaturalización a veces favorece otros efectos funcionales, como elestablecimiento de una matriz tridimensional en la fabricación de flanes, gelificados y productoshorneados. 3.2 Lípidos Al importante papel nutricional que desempeñan las grasas en los alimentos, se suma lafuncionalidad que pueden conferir, debido a sus características químicas y estructurales. Unapropiedad clave de los lípidos es su relativa insolubilidad en agua, gracias a su larga región no polar.Sin embargo, los lípidos también contienen grupos con una cierta polaridad, como ya se ha dicho. La combinación de estas características de compuestos simultáneamente polares y no polares,así como los diferentes grados de las mismas que pueden encontrarse, son las que les confieren elamplio rango de propiedades funcionales que poseen y su extraordinario valor. Algunas de las propiedades funcionales más importantes que confieren las grasas a losalimentos en cuya composición entran son las siguientes: Flavor: sensación compleja resultado de la percepción conjunta de olor-sabor. Las grasas,especialmente sus componentes minoritarios, son muy importantes para otorgar un sabor matizado yprofundo, así como para disolver componentes y transmitir el flavor. Flavor carrier: Las grasas desempeñan un papel muy importante en la solubilidación, mezclay transmisión del flavor. Fusibilidad, punto de fusión: Mientras que otros componentes se disuelven, la grasa es elúnico que se funde, proporcionando sensaciones particulares en la boca y en el masticado y liberandosabores. Textura Las grasas son importantes modificadores de la textura, otorgando cremosidad ypermanencia. El punto de fusión, el intervalo de fusión y la textura de la grasa tanto en estado sólidocomo fundido son propiedades que influyen decisivamente en las características de alimentos comolos helados. Formación de estructuras: La capacidad de formar recubrimientos resulta esencial en elfuncionamiento de las grasas como “shortening” o limitador de la elasticidad en las masas de harina.Desempeña un papel fundamental en confecciones como el hojaldre o galletas. Emulsificacion: Algunas grasa, como los fosfolípidos o la lecitina, Atrapamiento de burbujas de aire: Forman, al solidificarse, espumas sólidas decaracterísticas organolépticas muy apreciadas. 15
  16. 16. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico Anti-bloom Impiden la aparición de manchas blancas en la superficie del chocolate queaparecen por defectos en la cristalización. Viscosidad: actúan como agentes espesantes. Su acción se puede modular con la temperaturay variando el grado de insaturación de los ácidos grasos que las componen. Plasticidad: Otorgan al alimento la capacidad de deformarse sin romperse. Las grasas, en sí,son muy plásticas y pueden ser sometidas a muchas acciones mecánicas sin que se produzca fractura.Su presencia como componente de alimento suaviza las fricciones internas por lubricación de gránulosy superficies que recubre. Extensibilidad: Adecuadas para la formulación de salsas y “spreads” (untables) debido a quesu baja tensión superficial las hace vehículos muy adecuados para estos alimentos. 3.3 Hidratos de carbono, fibra soluble y cruda. Las propiedades funcionales de esta familia de sustancias derivan de la presencia masiva degrupos hidroxilo que les da una gran capacidad de retención de agua. Las diferencias entre unas y otrassustancias surgen de los diferentes pesos moleculares, de la estructura más o menos ramificada y máso menos ordenada de las diferentes moléculas, y de que sean solubles, como la pectina, o no, como lacelulosa. Las principales propiedades funcionales de los HC son: Absorción de agua: Debida a la gran cantidad de grupos hidroxilo que tienen. Sin embargomuchos HC absorben poco agua en su estado nativo, por ser cristalino y exponer poca superficie, peropasan a absorber una gran cantidad cuando se desnaturalizan por la acción del calor y sus cadenas sedespliegan. Este proceso, conocido como gelificación de los almidones, es de extremada importanciaen el procesado de los alimentos ya que supone un intenso cambio en las propiedades reológicas y unafijación de la estructura del alimento. Algunos almidones modificados no necesitan pasar por el proceso de gelificación, y tienen unaalta capacidad de retención de agua en todo momento. Emulsificación, estabilización y capacidad espumante: los HC tienen poca eficacia comoagentes tensioactivos, y por tanto no actúan en las interfases. Su capacidad estabilizadora se debe a lafijación de la estructura del alimento que impide la coalescencia de las gotículas de grasa o el escapede los gases atrapados. Gelificación, como ya se ha dicho, la desnaturalización de los almidones provoca intensoscambios en la reología de los alimentos. Un ejemplo es la elaboración de la salsa bechamel o elempleo de harina de maíz como espesante. La propiedad “gelificación” es un concepto cuantitativoque indica cuanto hace variar la reología de un alimento una determinada concentración de agentegelificante comparando el estado anterior y posterior a la gelificación. Respecto del gelificante, también es importante la temperatura a la que tiene lugar el proceso yel rango en el que ocurre. Secuestro de iones, Aunque no es exclusivo de los HC, la presencia de hidroxilos permite lacomplejación y con ello el secuestro de diversos iones minerales, con lo que se evita la precipitaciónde sales y con ello la alteración de la textura del alimento. Modificación de las propiedades reológicas: es, probablemente, la propiedad másimportante. A diferencia de proteínas y grasas, lo más relevante de los HC, y en concreto de losalmidones, es que pueden ser modificados por la adición de grupos funcionales, alteración de lalongitud de la cadena, variación del grado de ramificación y cross-linking, para producir una variedadde productos gelificantes o, simplemente modificadores de la viscosidad. Se puede decir que estosproductos pueden ser “hechos a medida” para satisfacer cualquier necesidad. 16
  17. 17. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico Una importante aplicación de los almidones es la estabilización de platos preparadoscongelados, en particular de las salsas. La adición de almidones y su gelificación durante el cocinadofavorece el proceso de congelación al impedir la segregación de los componentes por congelaciónpreferente (no deja separarse a los componentes). Por otro lado, también juega un papel muy positivodurante la descongelación, al retener al menos parcialmente, los exhudados que aparecen comoconsecuencia del inevitable deterioro de las estructuras durante la congelación. A continuación puede verse el efecto de añadir diversos gelificantes a un proceso decongelación.4 Alimentos funcionales y neutracéticos. El objetivo principal de este apartado es dejar clara la diferencia entre “propiedadesfuncionales”, expuestas en el apartado anterior y qué son los denominados “alimentos funcionales”. La industria se encuentra desde aproximadamente el último decenio ante lo que podemosconsiderar un hito en cuanto a las características de su alimentación: los hábitos alimentarios y laproducción de alimentos. En estos últimos años, el concepto de alimento ha transcendido de su definición como meroaporte de “repuestos” al metabolismo para incorporar componentes que pretenden tener una ciertaacción terapéutica sobre algunos trastornos (como la hipercolesterolemia, por ejemplo) o un efectopreventivo de enfermedades (prevención del cancer de colon por la fibra) 17
  18. 18. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico Éstos alimentos, formulados con la adición de alguna sustancia con este tipo de efecto, sedenominan “alimentos funcionales” aunque también se emplea la palabra “neutracéticos” como fusiónentre nutrición y farmaceutico. El primer paso hacia este tipo de productos puede considerarse que se dio con la adición devitaminas y otros nutrientes que se hace de rutina en las harinas destinadas a panificación en los paisesoccidentales, y que fue seguido por la fortificación en vitaminas realizada a zumos y mermeladas, laaportación de fibra o la incorporación de microorganismos beneficiosos para la flora intestinal. Hoy día se comercializan margarinas con fitoesteroles que anuncian una disminución de lacolesterolemia, derivados láctros con ácidos grasos w-3 que mejoran la función cardiaca, yogures queincluyen modificadores de la flora bacteriana, derivados de la soja con acción hormonal y soncomunes las leches enriquecidas en calcio y vitaminas. Estos alimentos gozan de gran aceptación pese a su elevado precio y representan un saltocualitativo en cuanto al valor añadido que agregan como productos de la industria alimentaria encomparación con los tradicionales. El desarrollo de los alimentos funcionales, exige como todo alimento procesado, latransformación de la materia prima en un producto con características físico-químicas y organolépticasdeseables, y con propiedades de salubridad seguras, además de la creación u optimización de sucomponente funcional. Esto seguramente requerirá del sector industrial un mayor nivel de complejidady monitorización de su procesamiento. Cuestión: ¿Le suenan términos como “benecol” “tonalin” “bífidus” u “omega-3”? 18
  19. 19. Tema 2: Macromoléculas en los Alimentos Ampliación de Tecnología de los AlimentosDpt. Ingeniería Química Ingeniero Químico BIBLIOGRAFÍA JC Cheftel, H Cheftel y P Besançon; Introducción a la bioquímica y tecnología de losalimentos. Ed. Acribia (1989). Primo Yúfera, E.; Química de los alimentos. Ed. Síntesis (1997). Food Chemistry. Fennema O.R. (editor) M. Decker Inc. 1985 CUESTIONES Cómo actúan las proteínas para estabilizar una emulsión de aceite en agua? Justifique en basea la naturaleza de la molécula proteica. Qué puede decir del efecto del pH sobre la estabilidad de la una emulsión estabilizada porfosfolípidos? ¿Qué características debe tener una proteína para formar espuma? ¿Qué cambios cree vd que ocurren durante la congelación de una mayonesa? 6 Entre las propiedades de las macromoléculas podemos mencionar la capacidad de formargeles y/o actuar como agentes espesantes. Estas propiedades están relacionadas con el PM y con laestructura de la macromolécula (proteínas y polisacáridos) como también con la concentración. a) Qué tipo de estructuras presentan las macromoléculas mencionadas? b) Las propiedades y la estructura de estos biopolímeros se vería modificada por laconcentracion? c) Cómo determinaría las propiedades viscoelásticas de los geles? Indique la metodologíautilizada, los parámetros obtenidos y su significado d) Grafique la variación de los parámetros G’, G" y * en función de la frecuencia para unasolución diluída, una solución semidiluída y un gel de un biopolímero dado 19

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