“AÑO DE LA INVERSIÓN PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN MARTÍN

FACULTAD DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

ASIGNATURA : QUÍMICA DE LOS ALIMENTOS

DOCENTE : Ing. EPIFANIO EFRAÍN MARTÍNEZ MENA

TEMA : CARBOHIDRATOS EN LOS ALIMENTOS

ESTUDIANTE : DAVID SANTOS HUANCAS

Octubre del 2013

CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos constituyen más del 90% de la materia seca de los vegetales.

Son por tanto abundantes, de fácil disponibilidad y baratos. Son un componente

común en los alimentos, bien como componentes naturales o bien como ingredientes

añadidos. Su uso está muy extendido, tanto por las cantidades que se consumen

como por la variedad de productos en los que se encuentran. Poseen muchas

estructuras moleculares diferentes, tamaños y formas, y exhiben una gran variedad

de propiedades físicas y químicas. Por otra parte, son susceptibles de modificación

química y bioquímica, y ambos tipos de modificaciones se utilizan comercialmente

para mejorar sus propiedades y para ampliar su uso. Por último, son inocuos (no

tóxicos).

El término carbohidrato sugiere una composición elemental genérica, concretamente

Cx(H2O)n, que coincide con moléculas que contienen átomos de carbono con otros

de hidrógeno y oxígeno en la misma proporción que el agua. Sin embargo, la gran

mayoría de los carbohidratos naturales producidos por los organismos vivos no

poseen esta simple formula empírica. De hecho, la mayoría de los carbohidratos

naturales se encuentran en forma de oligómeros (oligosacáridos) o polímeros

(polisacáridos) de azúcares sencillos o modificados. Los carbohidratos de peso

molecular más bajo se obtienen con frecuencia por despolimerización de los

polímeros naturales.

Como su nombre indica, los hidratos de carbono o carbohidratos son compuestos con

estructura de polihidroxialdehído o de polihidroxiacetona. Los hidratos de carbono que

provienen del reino vegetal son más variados y abundantes que los del reino animal;

se originan como producto de la fotosíntesis y son los principales compuestos

químicos que almacenan la energía radiante del sol. La glucosa sintetizada en las

plantas por el proceso de fotosíntesis representa la materia prima fundamental para la

fabricación de la gran mayoría de ellos: el bióxido de carbono reacciona con agua para

formar glucosa, con el consecuente desprendimiento de oxígeno:

6CO2+12H 2O→C6H 1206+6O2+H 2O a su vez la glucosa, mediante diversas rutas

bioquímicas, da origen a muchos otros como la sacarosa y la fructosa, o bien a

polímeros como !a celulosa y el almidón. Los organismos obtienen energía a través del

metabolismo bioquímico de los CHO (glucólisis y ciclo de Krebs).

La estructura química de los hidratos de carbono determina su funcionalidad y

características, mismas que repercuten de diferentes maneras en los alimento,

principalmente en el sabor, la viscosidad, la estructura y el color. Es decir las

propiedades de los alimentos, tanto naturales como procesados, dependen del tipo de

hidrato de carbono que contienen y de las reacciones en que éstos intervienen.

La glucosa es la forma de hidrato de carbono más importante en el metabolismo de las

células y su oxidación completa a CO2 y H2O, por medio de la glucólisis y el ciclo de

Krebs, genera ATP, base energética de los sistemas biológicos. La reserva de estos

compuestos en los animales y en las plantas son, respectivamente, el glucógeno, el

almidón, polímeros de glucosa cuya combustión genera 4 Kcal/g; la porción de fibra

dietética presente en los vegetales no produce energía.

CLASIFICACIÓN Y NOMENCLATURA

Existen diversas clasificaciones de los carbohidratos, cada uno de los cuales se basan

en un criterio distinto:

1. Estructura química: ubicación del grupo C═O (aldosas o cetosas)

2. Numero de átomos de carbono de la cadena (triosa, pentosa, hexosa)

3. Abundancia en la naturaleza

4. Uso en los alimentos

5. Poder edulcorante; etc.

Por lo que se prefiere el criterio de la estructura química, que hace referencia al

tamaño de la molécula o al número de átomos de carbono que esta contiene, así como

la cantidad de unidades de azúcar que lo conforman. De acuerdo a este principio

pueden clasificarse como:

Clasificación de los hidratos de carbono más importantes en lo alimentos:

a) Monosacáridos (1 unidad de azúcar):

Pentosas: xilosa, arabinosa, ribosa, etc.

Hexosas:

aldohexosas: glucosa, galactosa, manosa, etc.

cetohexosas: fructuosa, sorbosa, etc.

b) Oligosacáridos (de 2 a 10 unidades de azúcar):

Disacáridos: lactosa, sacarosa, maltosa, etc.

Trisacáridos: rafinosa, etc.

Tetra y pentasacáridos: estaquiosa, verbasosa, etc.

c) Polisacáridos (más de 10 unidades de azúcar):

Hemopolisacáridos: almidón, glucógeno, celulosa, etc.

Heteropolisacáridos: hemicelulosa, pectinas, etc.

Los hidratos de carbono que no pueden ser hidrolizados en otros más simples se

denominan monosacáridos como los de tres átomos de carbono llamados triosas o los

de cuatro, cinco y seis que corresponden a las tetrosas, pentosas y hexosas,

respectivamente. Por su parte, a los carbohidratos que contengan el grupo cetona se

les asigna el sufijo “ulosa” para distinguirlos de los aldehídos que llevan la terminación

“osa”; por ejemplo, la levulosa (fructosa) es una cetosa del grupo de las hexulosas,

mientras que la glucosa es una aldosa que pertenece a las hexosas. En el reino

vegetal se encuentran muchos azúcares de seis átomos de carbono, aunque sólo

cinco se han aislado en estado libre, tres de los cuales son aldosas (glucosa,

galactosa y manosa) y dos cetosas (fructosa y sorbosa).

Los monosacáridos son los monómeros o unidades básicas de los hidratos de carbono

más complejos; cuya unión química produce oligosacáridos; cuando el número es muy

grande, se forman los polisacárídos, que a su vez pueden estar constituidos por una o

varias clases de monómeros. La palabra azúcar se emplea para designar

generalmente a los hidratos de carbono clasificados como mono y oligosacáridos.

Su nomenclatura es algo confusa ya que, al igual que muchos otros compuestos

químicos, originalmente se les designó con nombres triviales y raíces que indican el

origen o procedencia, a la cual solo se le añade el sufijo "osa", como en el caso de la

lactosa que es el azúcar de la leche, la fructosa de las frutas, la maltosa de la malta,

etc. estos nombres no ofrecen una idea de su estructura química, pero se siguen

usando a pesar de que desde hace tiempo ya existe una nomenclatura científica para

diferenciarlos.

En el caso de los polímeros se emplea la terminación "ana"; por ejemplo, los

constituidos por la unión de moléculas de glucosa se denominan glucanas, los que

contienen sólo galactosa, galactanas, etc. Cuando están integrados por más de un tipo

de monómero se les da un nombre compuesto, como la galactomanana que es un

polímero de galactosa y manosa.

MONOSACÁRIDOS:

Estos compuestos son insolubles en etanol y en éter; solubles en agua y sus

soluciones tienen, en general, un sabor dulce aunque existen algunos que son

amargos y tienen una apariencia cristalina y blanca. Comparativamente, la cantidad de

monosacáridos en estado libre es muy inferior a la que se encuentra combinada

integrando los diversos polísacáridos. La mayoría se han podido cristalizar, pero en

ciertos casos este proceso es difícil si no se cuenta con cristales que permitan iniciarlo.

Al igual que otros, los cristales de los azúcares, pueden descomponerse a

temperaturas cercanas a su punto de fusión, e intervienen en un gran número de

reacciones.

Estructura química

Los monosacáridos más comunes en la naturaleza, tales como las treosas, pentosas y

hexosas, derivan del D-gliceraldehído con la adición de grupos CHOH a la cadena

básica de carbonos.

Proyección de Fischer de los azucares derivados del D-gliceraldehído de 4, 5, y 6 átomos de carbono.

Diferentes representaciones de la D-glucosa (dextrosa)

El átomo número 2 del gliceraldehído es asimétrico y puede existir como los isómeros

D y L; en los primeros el hidroxilo del carbono asimétrico más alejado del aldehído se

encuentra a la derecha del plano lineal de la molécula (en las hexosas, las pentosas y

las tetrosas, se localiza en el C-5, C-4 y C-3 respectivamente), y en los de la serie L

dicho hidroxilo de referencia se ubica a la izquierda del plano central.

Es necesario hacer notar que las designaciones D y L no indican la dirección en ¡a

cual el azúcar hace rotar el plano de la luz polarizada, y si se desea hacer mención a

su poder rotatorio, se deben incluir los signos (+) o (-) que corresponden a

carbohidratos dextrorrotatorios o levorrotatorios respectivamente.

Se llama epímero el azúcar cuya única diferencia en su molécula es la localización o

posición de un solo hidroxilo que no sea el de referencia; así, la glucosa es epímero de

la manosa en el hidroxilo del C-2; igualmente, la glucosa y la galactosa son epímeros

por el hidroxilo del C-4.

Las representaciones químicas pueden hacerse con las proyecciones de Fischer y de

Haworth, o bien con la fórmula conformacional.

Representación de la D-fructuosa (levulosa)

En la primera, los carbonos están en una cadena lineal abierta y se numeran a partir

del aldehído, pero en el caso de las cetosas se hace por el átomo de carbono más

cercano a la cetona. Debido a su alta reactividad, el carbonilo interacciona con grupos

alcohol de la misma molécula, produciendo enlaces hemiacetales intramoleculares que

originan azúcares cíclicos, y que en agua se encuentran en equilibrio con la cadena

abierta. En las hexosas se producen generalmente compuestos de conformación de

piranosa (anillos de seis átomos), excepto en el caso de la fructosa que es una

furanosa (anillo de cinco átomos); de estos dos arreglos, el primero es el más estable

y más común entre los distintos azúcar debido a que presenta menos tensiones en los

enlaces. Por lo tanto, estos hidratos de carbono, se denominan con la terminación

piranosa o furanosa, según el tipo de anilloque desarrollen.

Enlaces hemiacetal de los monosacáridos

Son los azúcares más sencillos. Tienen sabor dulce, son cristalinos y solubles en

agua.

Hay diferentes tipos de monosacáridos:

1. GLUCOSA

Es el hidrato de carbono más importante para el hombre, ya que constituye su

principal fuente de energía. En ausencia de glucosa las células obtienen energía

utilizando las reservas grasas y las proteínas.

2. GALACTOSA

Es uno de los componentes de la lactosa, por tanto, la encontramos principalmente en

la leche. Tras ser

absorbida se transforma en glucosa en el hígado y por tanto, también constituye una

fuente energética.

3. FRUCTOSA

También tiene como función ser una fuente de energía. En la fruta y la miel. Además

forma parte de la sacarosa. Tiene gran poder edulcorante. La fructosa se puede

convertir en glucosa y así se metaboliza

También podemos encontrar otro tipo de monosacáridos ribosa, desoxirribosa. Que

no es que no tienen demasiado interés nutricional.

DISACÁRIDOS

Resultan de la unión de dos a diez moléculas de monosacáridos. Los más abundantes

son los que están formados por la unión de dos monosacáridos

Hay diferentes tipos de disacáridos:

1. SACAROSA

Es muy abundante en la naturaleza y aparece por la unión de una molécula de glucosa

y una molécula de fructosa. La separación de ambas moléculas tiene lugar en el ribete

del cepillo de la mucosa intestinal a través de la acción de la enzima sacarasa.

Dos derivados de la sacarosa son glúcidos no aprovechables por el organismo, siendo

éstos la rafinosa y la estaquiosa, relativamente abundantes en las favoreciendo la

aparición de gases en el intestino grueso causando la flatulencia.

2. LACTOSA

Es el azúcar de la leche de los mamíferos, tiene un sabor dulce moderado. Es el

menos soluble en agua, está formado por la unión de una molécula de glucosa y una

molécula de galactosa que se desdoblan en el intestino gracias a la acción de la

enzima lactasa,

3. MALTOSA

Está formado por dos moléculas de glucosa, es soluble en agua y es la consecuencia

de la hidrolisis enzimática del almidón.

POLISACÁRIDOS

Convencionalmente, se ha considerado polisacárido aquel polímero constituido por

más de 10 monosacáridos unidos por distintos enlaces glucosídicos; los de menos de

10 son los oligosacáridos. A pesar de esta distinción, la gran mayoría de los

polisacáridos naturales contienen cientos de monómeros y en ocasiones, varios miles.

No producen verdaderas soluciones, sino más bien dispersiones de tamaño coloidal;

puros no tienen color, aroma o sabor. Su peso molecular, que puede llegar a ser hasta

de millones, es en realidad un promedio, puesto que las moléculas no son iguales y

siempre presentan una distribución de valores.

Se encuentran como cadenas lineales, o bien, ramificadas, que a su vez pueden estar

integradas por un solo tipo de monosacárido (homopolisacárido), como el almidón y la

celulosa, o también por varios tipos de monosacáridos (heteropolisacárido), como es el

caso de la mayoría de las gomas. De cualquier manera, sus componentes siempre

están unidos regularmente con una secuencia y estructura repetitivas, representando

polímeros con un alto grado de ordenación.

De los hidratos de carbono contenidos en la mayoría de los tejidos animal y vegetal,

los polisacáridos son los más abundantes; los azúcares libres generalmente están en

una menor concentración. Interaccionan fuertemente con las proteínas en los sistemas

biológicos lo cual determina muchas de las funciones celulares; la unión entre estos

polímeros se efectúa principalmente por enlaces electrostáticos, aun cuando pueden

existir puentes de hidrógeno, hidrófobos y, en ocasiones, covalentes. Algunos de estos

complejos forman geles cuando se calientan y producen una estructura ordenada

tridimensional en la que queda atrapada el agua.

Su nomenclatura se basa en la adición de la terminación "ana" a las primeras letras

que identifiquen el nombre del azúcar que lo integra; por ejemplo, aquellos constituidos

por glucosa exclusivamente se denominan glucanas, los que contienen sólo galactosa,

galactanas, etc. Cuando contienen más de un monómero se hace una combinación,

como galactomanana, arabinogalactana, etcétera.

De acuerdo con su función biológica se han dividido en dos grandes grupos: los que

constituyen la estructura celular y le confieren rigidez a los tejidos (celulosa, pectinas.

gomas, etc.), y los que representan la reserva energética de animales (glucógeno) y

vegetales (inulina y almidón).

Su hidrólisis, al igual que la de los oligosacáridos depende del pH, la temperatura, el

tipo de enlace glucosídico, la configuración anomérica y la presencia de grupos

voluminosos que ejercen un efecto estabilizador. Por ejemplo los α-D-enlaces del

almidón son más susceptibles que los β-D-enlaces de la celulosa; a su vez, los α-(1,3)

se rompen más fácilmente que los α-(1,6) o los α-(1,4). Las uniones en que intervienen

furanosas (fructosa) son más lábiles que en las que contienen píranosas. La presencia

de grupos sulfato estabiliza los enlaces glucosídícos a pesar de que éstos en forma

individual son muy sensibles a los ácidos.

Los polisacáridos se encuentran en forma natural en muchos alimentos, pero en

algunas ocasiones se añaden a otros para obtener la formulación correcta, como en el

caso del almidón, la carragaenina y las pectinas, que se utilizan por sus propiedades

funcionales. Por su gran capacidad de retener agua, producen partículas coloidales

muy hidratadas, razón por la cual a los polisacáridos se les da el nombre de

hidrocoloides.

GELATINIZACIÓN Y OTRAS PROPIEDADES DEL ALMIDÓN

Los gránulos de almidón intactos no son solubles en agua fría, pero pueden embeber

pequeñas cantidades de agua de forma reversible, ocasionando un pequeño

hinchamiento. Este incremento del diámetro del gránulo varía entre 9,1 % para el

almidón normal y 22,7 % para el maíz céreo.

Cuando los gránulos de almidón se calientan en presencia de agua, sufren un proceso

llamado gelatinización. La gelatinización es la disrupción del orden molecular dentro

del gránulo. La evidencia de la pérdida del orden, incluye:

hinchamiento irreversible del gránulo

pérdida de birrefringencia

pérdida de cristalinidad.

Se produce dentro de un estrecho margen de temperatura, gelatinizando primero los

gránulos más grandes y por último los más pequeños.

Temperatura de gelatinización de almidones de distintas fuentes:

Si se continúa el calentamiento de los gránulos de almidón en exceso de agua, resulta

un gránulo hinchado con adicional extracción de amilosa. Si además se aplica en esta

etapa un esfuerzo de corte, los gránulos se rompen y se forma una pasta. Una pasta

de almidón es una masa viscosa consistente de una fase continua (una dispersión

molecular) de amilosa y amilopectina solubilizada y una fase discontinua de gránulos

remanentes. La completa dispersión molecular se obtiene bajo condiciones de altas

temperaturas, altos esfuerzos de corte y con exceso de agua, condiciones raras, en

los productos alimenticios.

La gelatinización y empastamiento de los gránulos de almidón ocurren, debido a que la

temperatura de la suspensión de almidón en agua se incrementa, las moléculas de

almidón vibran y giran vigorosamente, rompiendo los enlaces de hidrógeno

intermoleculares, permitiendo así la penetración de agua, así como la separación

progresiva de más y mayores segmentos de cadena de almidón, aumentando el azar

en la estructura general y disminuyendo el número y tamaño de las regiones

cristalinas.

Cuando las pastas cocidas de almidón son enfriadas y almacenadas, el almidón se

torna progresivamente menos soluble. En solución diluida, las moléculas de almidón

precipitan, y este material insoluble es difícil de redisolverlo por calentamiento. Si una

solución de almidón concentrada se enfría, en ausencia de agitación, se forma un gel

rígido. Este retorno al estado insoluble se llama retrogradación. La retrogradación del

almidón cocido involucra a los dos polímeros constituyentes, la amilosa y amilopectina.

La retrogradación de la amilosa es mucho más rápida que la que sufre la amilopectina.

USOS DEL ALMIDÓN

Almidones modificados

Los distintos almidones poseen un espectro amplio den características, que los hacen

adecuados para multitud de usos. Sin embargo, la gran diversidad de aplicaciones que

tiene actualmente el mismo hace que los almidones nativos no cubran la gama de

propiedades físico-químicas requeridas por la industria. Por esta razón, se someten a

procesos de modificación, por vía física y/o química para obtener tipos adecuados

para usos específicos.

La modificación o derivatización, tiene como objetivos:

Modificar las características de gelatinización y de cocción de los almidones

nativos.

Modificar las tendencias a la retrogradación y formación de geles de los

almidones.

Aumentar la capacidad de retención de agua a bajas Temperaturas de las

dispersiones.

Impartir propiedades hidrofóbicas.

Introducir componentes iónicos.

Los procesos más comunes son:

1. Pre gelatinización

Es un almidón que ha sido cocido o gelatinizado de alguna forma, y a

continuación secado, tiene la propiedad de redisolverse en agua fría, dando

una pasta que difiere poco de la del almidón original. La aplicación más

importante de los almidones pregelatinizados es la preparación de bebidas

instantáneas a base de cacao y de postres instantáneos que se sirven

inmediatamente después de agitarlos con leche fría; se aplica, con frecuencia,

a almidones modificados por vía química, para combinar las propiedades de

éstos con la facilidad de hincharse en agua fría.

2. Fluidización por ácidos

Se obtienen calentando, a temperatura suave (50 °C), una suspensión del

almidón en ClH diluido, seguido de filtración, lavado y secado. El tratamiento

produce una hidrólisis parcial de las moléculas de amilosa y amilopectina, con

la cual se obtiene un producto cuya pasta caliente es de baja viscosidad, y que

puede utilizarse en concentraciones altas con una fluidez manejable. En el

enfriamiento, la retrogradación es mayor que la del almidón original,

produciéndose geles rígidos. Tienen gran aplicación en la confección de

caramelos y confites de textura gomosa.

3. Eterificación

Se hace reaccionar los grupos OH del almidón con reactivos que introduzcan

en las moléculas cadenas con grupos hidrofílicos alcohólicos, catiónicos o

aniónicos). La presencia de estos grupos disminuye la temperatura de

gelatinización y aumenta la velocidad de hinchamiento. Los grupos iónicos

mejoran la capacidad de retención de agua y dan pasta de gran viscosidad.

Las pastas son, además, de buena transparencia y con muy escasa

retrogradación. Dichas características y su capacidad de formar películas

transparentes y flexibles en el secado, son la base de las aplicaciones en las

industrias textil y papelera.

4. Esterificación

Los grupos OH del almidón pueden esterificarse con diversos anhídridos

orgánicos e inorgánicos, obteniéndose varios tipos de ésteres de almidón,

entre los que destacan los fosfatos y los acetilados. La presencia de estos

grupos disminuye la temperatura de gelatinización. Los fosfatos de almidón

muy sustituidos pueden hincharse incluso con agua fría. Las pastas

producidas son de mayor viscosidad, con buena transparencia y presentan

poca retrogradación. Los ésteres de almidón se aplican en las industrias textil,

papelera y alimentaria. Los fosfatos de almidón, poseen propiedades

excelentes para la formulación de alimentos congelados, por su buen

comportamiento en los ciclos de congelación y descongelación.

5. Almidones con enlaces cruzados

Se obtienen cuando se hace reaccionar el almidón con un compuesto con

varios grupos funcionales capaces de reaccionar con los grupos OH. El

resultado es la formación de puentes intermoleculares que refuerzan la

estructura del gránulo. La ventaja principal de estos derivados es la estabilidad

que presentan sus pastas frente a la agitación y el calentamiento, incluso en

medio ácido. Son importantes sus aplicaciones en alimentos que han de sufrir

un proceso de esterilización o que se preparan con un pH ácido.

6. Oxidación

Se puede realizar con diferentes reactivos, si bien los más utilizados son el

ácido peryódico y el hipoclorito de Na. La oxidación con ácido peryódico da

lugar al almidón dialdehído, de gran aplicación en la industria papelera y del

curtido. El almidón dialdehído se condensa con las proteínas, a lo que debe

sus propiedades curtientes, y con los grupos OH de la molécula de celulosa,

que adquiere mayor resistencia a la ruptura.

La oxidación con hipoclorito es, generalmente, el único procedimiento

autorizado por la legislación de diversos países para obtener almidones

oxidados que se utilizarán en alimentos. Este tratamiento produce la oxidación

de algunos grupos OH del almidón a carbonilo y carboxilo, así como alguna

hidrólisis de las cadenas. Presentan temperatura de gelatinización y

viscosidad menores que los almidones nativos. La viscosidad disminuye

rápidamente con el calentamiento y la agitación, dando pastas fluidas, de gran

transparencia y con escasa retrogradación.

Al extender y secar las pastas forman películas transparentes, continuas y

muy adherentes. Esta propiedad es la base de la utilización de estos

almidones en la industria de adhesivos y papelera.

La estabilidad de sus pastas en el enfriamiento los hace útiles en la

preparación de alimentos, cuando es importante evitar la geleficación. Su baja

viscosidad en caliente permite emplearlos en los alimentos en que se necesita

disponer de una alta proporción de sólidos, compatible con una viscosidad

moderada.

BIBLIOGRAFÍA:

1. BADUI. Bergal Salvador 2006. Química de los alimentos. Cuarta

edición. PEARSON EDUCACIÓN, México. Pág. 29-109