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DCA-703 Tpicos selectos de qumica en alimentos

Datos generales

Unidad acadmica: Departamento de Ingeniera Agroindustrial

Programa educativo: Doctorado en Ciencias Agroalimentarias

Nivel educativo: Doctorado en Ciencias

Estructura curricular: Lnea de Generacin y Aplicacin del Conocimiento

Denominacin: Metodolgica

Asignatura: Tpicos selectos de qumica en alimentos

Carcter: Optativa

Tipo: Terico y prctico

Prerrequisitos: Recomendable cursos bsicos de Qumica orgnica,

Qumica inorgnica y Bioqumica general

Profesores: Dra. Diana Guerra Ramrez, Dr. Benito Reyes Trejo, Dr. Holber

Zuleta Prada

Ao: Primero

Sesin: Primavera

Semestre: Primero

Horas /semana: 4

Horas totales del curso: 64

Horas de estudio independiente/semana: 2

Horas totales de estudio independiente: 32

Crditos: 6

Clave: DCA-703

Introduccin

Los alimentos estn constituidos bsicamente por hidratos de carbono, grasas,

aminocidos, vitaminas, sustancias con diferentes aromas, etctera. Adems, a

nivel industrial se utilizan aditivos que tienen como finalidad alargar la vida de

anaquel y mejorar las propiedades organolpticas de los productos alimenticios.

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Por otro parte, en los bioprocesos agroindustriales, muchos compuestos orgnicos

similares sufren transformaciones para generar nuevos productos, a travs de

mecanismos de oxidacin-reduccin, fermentacin, hidrlisis etctera.

Por lo antes mencionado, es indispensable la inclusin de conceptos tericos y

prcticos y aspectos fundamentales de la qumica. El conocimiento de los

fundamentos de esta materia aplicados a los alimentos, permite que los estudiantes

utilicen la informacin, los mtodos, los conceptos y las teoras en nuevas

situaciones para resolver problemas y aplicarlos a otras asignaturas relacionadas y

como apoyo a su proyecto de investigacin.

Esta asignatura terico-prctico y de formacin integradora se ubica en el primer

semestre del ao 1 del Doctorado en Ciencias Agroalimentaria y tiene relacin

horizontal con las asignaturas: Diseos experimentales y Bioqumica de alimentos;

la relacin vertical es con las asignaturas: Proyecto de investigacin I-VI y Seminario

de investigacin I-IV.

El curso se impartir mediante clases magistrales, desarrollo de problemas,

discusin en clase y prcticas de laboratorio. Se dispondr de salas de cmputo y

auditorios y se proporcionar material impreso y electrnico como apoyo al estudio

de la asignatura. Se usarn las tecnologas actuales (TIC) para proyectar

presentaciones, videos con equipos de cmputo y can en aulas. El trabajo

experimental de la asignatura consiste en prcticas de laboratorio relacionadas con

los temas bsicos y de aplicacin a la qumica de alimentos. La asignatura permite

fomentar el aprendizaje crtico en un ambiente de discusin y razonamiento para

desarrollar la capacidad de sntesis y anlisis de problemas cientficos. Los

conocimientos adquiridos durante el curso contribuyen a fortalecer el nmero de

herramientas analticas disponibles y elevar la calidad de los datos obtenidos en el

trabajo investigativo del proyecto doctoral. Los protocolos experimentales se

realizarn en el laboratorio de investigacin en productos naturales.

La evaluacin de esta asignatura consiste en tres categoras: inicial, intermedia y

final. En cada una se considera el trabajo individual y por equipo; incluye aqu la

realizacin de exmenes parciales, as como trabajos en clase, consulta y fase

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experimental. El trabajo es independiente y se sistematizar informacin consultada

y resultados de las prcticas.

Presentacin

La investigacin cientfica en ciencias agroalimentarias considera muchos estudios

y tpicos especficos involucrados con los compuestos orgnicos. La resolucin de

un problema de investigacin depende en algunos casos, de la comprensin de las

propiedades estructurales, fisicoqumicas y de reactividad de las molculas

orgnicas o biomolculas. El crecimiento inagotable de la qumica ha permitido

acceder a un arsenal de conocimientos que constituyen un tejido extenso en

cualquier disciplina relacionada con las molculas orgnicas. Con base en lo

anterior, la asignatura Tpicos selectos de qumica en alimentos, consiste en una

seleccin de temas orientados a que los estudiantes incorporen las bases qumicas

tiles en las tres Lneas de Generacin y Aplicacin del Conocimiento (LGAC)

comprendidas en el programa de doctorado en Ciencias Agroalimentarias. El curso

ofrece una introduccin, complementacin y ampliacin de los conceptos bsicos

adquiridos en los cursos de qumica de nivel medio o medio superior y de qumica

orgnica general y bioqumica del nivel de licenciatura o posgrado. Por lo tanto, se

contempla a un nivel elemental de profundidad conceptual y terica, adems de

aportar algunos elementos de experimentacin adicionales en algunos tpicos

especiales. Este curso consiste en la seleccin de algunos temas comunes y de

aplicacin constante en la comprensin de las propiedades y procesos orgnicos.

Una vez concluido el curso los estudiantes sern capaces de aplicar los

conocimientos adquiridos para comprender las propiedades fsicas y qumicas de

las sustancias orgnicas involucradas en sus proyectos de investigacin, manejarn

adems, el lenguaje qumico apropiado y racionalizarn los procesos promovidos

por dichas sustancias, as como los protocolos tcnicos propuestos en la literatura

cientfica.

Objetivo

Proporcionar a los estudiantes una base de conocimientos y mtodos en

Qumica, mediante la consulta de textos especializados, artculos cientficos y

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uso de TIC, para la identificacin de los diferentes aspectos implicados en la

composicin y transformacin de los alimentos y compuestos derivados de los

bioprocesos agroalimentarios.

Contenido

Unidad I. Estructura qumica de los compuestos representativos en los

alimentos.

(16 horas de teora y 6 horas de prctica)

Objetivo: Relacionar la estructura electrnica de algunas molculas presentes en

los alimentos, con sus propiedades fsicas y qumicas, para explicar sus posibles

transformaciones.

1.1. Anlisis de la estructura molecular de compuestos representativos de los

alimentos: lpidos, protenas, carbohidratos, carotenoides, antocianinas y

aditivos.

1.1.1. Familias de compuestos orgnicos.

1.1.2. Electronegatividad y polaridades de enlaces.

1.1.3. Hibridacin y geometra.

1.1.4. Interacciones no covalentes.

1.1.5. Reglas de resonancia.

1.2. Propiedades cido bsicas.

1.2.1. Acidez y basicidad de los compuestos de acuerdo a las teoras de

Bronsted-Lowry y Lewis.

1.2.2. Efectos inductivos y de resonancia.

Unidad II. Isomera de los compuestos en los alimentos

(16 horas de teora)

Objetivo: Relacionar los diferentes tipos de estereoisomera con las propiedades

fsicas y qumicas de las sustancias de inters alimentario, mediante la

representacin con modelos moleculares, para la comprender sus caractersticas

sensoriales y biolgicas.

2.1. Estereoisomros en los alimentos

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2.1.1. Isomera conformacional

2.1.1.1. Conformaciones de la estructura cclica de los monosacridos.

2.2. Isomera geomtrica cis-trans, E/Z.

Isomera geomtrica de los cidos grasos y en los procesos de

Biosntesis.

2.3. Isomera ptica en monosacridos, aminocidos y enzimas.

2.3.1. Propiedades biolgicas, fsicas y organolpticas entre

Estereoismeros

2.3.2. Descriptores estereoqumicos (R/S, D/ L

2.3.3. Rotacin especfica,

2.3.3.1. Compuestos dextrorotatorios y levorotatorios

significado de la simbologa (+)/(-) o d/)

2.3.4. Relaciones isomricas entre compuestos

2.3.4.1. Enntimeros , epmeros y diateroismeros

2.3.5. Fenmeno de mutarrotacin e de inversin de azcares.

Unidad III. Procesos reactivos y mecansticos caractersticos de compuestos

de inters en alimentos y bioprocesos.

(16 horas de teora y 10 horas de prctica)

Objetivo: Interpretar los diferentes procesos que se llevan a cabo durante la

transformacin de los compuestos de inters en el mbito alimentario, mediante el

anlisis de su estructura qumica y de los cambios de energa involucrados, para

controlar los procesos agroindustriales.

3.1. Formacin de intermediarios de reaccin

3.1.1. Rupturas heteroltica y homoltica

3.1.2. Intermediarios reactivos: carbocationes, carbaniones y radicales

libres.

3.1.2.1. Concepto de nuclefilo y electrfilo

3.2. Procesos reactivos y aspectos mecansticos

3.2.1. Reacciones de sustitucin

3.2.1.1. Sustitucin por radicales libres en procesos oxidativos

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3.2.1.2. reacciones de condensacin (formacin de steres en los

triglicridos y ceras) y amidas en la formacin de pptidos y

protenas.

3.2.1.3. Proceso de transesterificacin de los triglicridos

3.3. Reacciones de adicin

3.3.1. Hidrogenacin de cidos grasos insaturados que forman los

triglicridos

3.3.2. Halogenacin con yodo molecular

3.3.3. Adicin de alcoholes al grupo carbonilo de aldehdos y cetonas en

el equilibrio qumico entre las formas cclicas y abiertas de las

alhexosas y cetohexosas

3.3.4. Reacciones de eliminacin

3.3.4.1. Reacciones de deshidratacin de alcoholes

3.3.5. Reacciones de oxidacin

3.3.5.1. Peroxidacin de lpidos

3.3.6. Aplicaciones en tecnologa agroalimentaria.

3.3.6.1. Tema selecto: antioxidantes.

3.3.6.2. Atrapamiento de las especies reactivas de oxgeno y nitrgeno por

la transferencia de electrones.

3.3.6.3. Tema selecto: biotransformaciones.

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Actividades prcticas

Se desarrollarn cuatro prcticas, con duracin total de 16 horas, en el Laboratorio

de productos naturales y se apoyan en el manual de prcticas correspondiente.

No. Nombre de la prctica Objetivo Horas Unidad

1 Separacin de mezclas por cromatografa en capa delgada.

Examinar una mezcla de compuestos, utilizando la tcnica de cromatografa en capa fina y tomando como base las propiedades fsicas de los componentes de la mezcla, para identificarlos.

3.0 I

2

Aislamiento y purificacin de un compuesto orgnico problema derivado de una especie vegetal.

Producir el aislamiento de un compuesto orgnico de un extracto vegetal, usando la maceracin, la separacin por cromatografa de columna y comprobando la estructura por mtodos espectroscpicos sencillos, para su identificacin.

3.0 I

3

Derivatizacin de aceites para la obtencin de steres metlicos de cidos grasos.

Producir steres metlicos de cidos grasos, mediante la reaccin de transesterificacin de aceites, para conocer el perfil de cidos grasos del aceite por cromatografa de gases.

4.0

III

4

Reduccin de cetonas usando zanahorias como portadoras de agentes reductores biolgicos.

Aplicar tcnicas de la qumica verde a los procesos de xido-reduccin, mediante la metodologa recomendada, para preservacin de la calidad de nutracuticos.

6.0 III

Metodologa

Para desarrollar el proceso de enseanza aprendizaje de esta asignatura, se

realizan diversas actividades:

i. Tcnicas grupales: debates, lluvia de ideas, ejercicios.

ii. Tcnicas audiovisuales: videos documentales especializados.

iii. Tcnicas tradicionales: presentacin del profesor, seminario por estudiantes y

lecturas.

iv. Aprendizaje basado en proyectos y estudios de caso.

Los recursos materiales y didcticos consisten en la utilizacin de programas de

qumica, as como la consulta en textos y artculos cientficos. Recursos fsicos o

lugar de trabajo es en biblioteca, aula, y laboratorio.

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Evaluacin (E)

E Elaborar/presentar Indicadores Valor Objetivo In

icia

l

Examen diagnstico individual

Examen 0

Valorar los conocimientos tericos bsicos de la qumica orgnica, mediante un examen, para la definicin de prioridades de regularizacin. Comprende temas tericos de la unidad I Actividades prcticas I y II.

Inte

rmed

ia

Examen Terico Exposicin Prctico

10 10 10

Aplicar exmenes de los temas revisados formulando preguntas terico-prcticas, para la evaluacin del aprendizaje.

Trabajos previos de prctica

Revisin 10

Aplicar los conocimientos tericos adquiridos en el curso, mediante el desarrollo de prcticas, para la adquisicin de habilidades en el manejo de materiales y equipo

Trabajo de laboratorio

Asistencia, participacin y organizacin

10

Informes de prcticas

Reportes 10

Fin

al

Seminario Exposicin

40

Elaborar un proyecto mediante la revisin de artculos cientficos del mbito agroalimentario, para la identificacin y aplicacin de los conceptos qumicos abordados en el curso.

Bibliografa

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Publicaciones en revistas

Food chemistry

Agricultural and food chemistry

Food composition and Analysis

Innovative food science and emerging technologies

Perfil del profesor

Especialista en qumica orgnica. Doctorado con dos aos de experiencia docente,

de investigacin o de trabajo en el rea.