INSTITUTO TECNOLOGICO DE DURANGO

QUIMICA DE LOS ALIMENTOS

EIRA OLIVIA VILLAREAL RIVOTA

POLISACARIDOS, ALMIDON, CELULOSA, HEMICELULOSA GOMAS Y PEPTIDOS

(¿Qué son?, características y en donde los podemos encontrar).

INGENIERIA BIOQUIMICA

POLISACARIDOS

Los polisacáridos constituyen un grupo heterogéneo de polímeros, en el que intervienen más de 10 monosacáridos unidos por distintos enlaces glucosídicos; los polisacáridos de menos de 10 son los oligosacáridos.

Casi todos 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 ni 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 ramificadas, que a su vez pueden estar integradas por un solo tipo de monosacárido (homopolisacárido) como el almidón y la celulosa 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. Estos enlaces pueden darse entre el C1o C2y el C2, C3, C4, C5 o C6 del segundo residuo. Un polisacárido ramificado presenta más de dos tipos de enlace en una misma molécula.

De acuerdo con su función biológica, los polisacáridos 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); cada grupo tiene propiedades físicas y químicas muy distintas.

CARACTERISTICAS

¿DONDE LO EMCONTRAMOS?

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 carragenina 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 se les da el nombre de hidrocoloides.

CELULOSA

Es el polisacárido estructural de todo el reino vegetal; por ser considerado el compuesto orgánico más abundante en la naturaleza y constituir una fuente de glucosa prácticamente inagotable que se renueva de forma continua mediante la fotosíntesis, los científicos han desarrollado muchas investigaciones para aprovecharlo en la obtención de glucosa. A diferencia de los animales monogástricos como el hombre, los herbívoros son los únicos capaces de

aprovechar la celulosa en su metabolismo, pues cuentan con las correspondientes enzimas celulasas en el tracto gastrointestinal; para el organismo humano, la celulosa es parte de la fibra cruda, por lo que se elimina en las heces sin haber sido aprovechada.

¿DONDE LA ENCONTRAMOS?

La celulosa se encuentra en las frutas, las hortalizas y los cereales como constituyente estructural de las paredes celulares, y también la producen ciertos microorganismos. En el arroz, el maíz y el trigo se localiza en el pericarpio, y en el germen junto con las hemicelulosas y la lignina, representando 1.0, 2.5 y 2.0% del grano, respectivamente.

CARACTERISTICAS

Al igual que la amilosa del almidón, la celulosa es un homopolisacárido lineal de unidades de D-glucopiranosas, pero con la diferencia de que los monómeros se unen mediante enlaces glucosídicos β(1,4); su peso molecular llega a ser hasta de varios millones, y su alta resistencia mecánica y química se debe a que sus cadenas paralelas se alinean sobre un eje longitudinal y establecen un gran número de puentes de hidrógeno intermoleculares, lo que da origen a microfibrillas altamente estructuradas. Tiene zonas cristalinas y amorfas: las primeras se producen cuando las moléculas se enlazan con un alto grado de ordenación, mientras que en las segundas no existe este orden. A pesar de tener muchos hidroxilos libres es muy poco soluble en agua, debido a que estos grupos no se hidratan por estar actuando entre sí.

Puede ser hidrolizada a residuos de D-glucosa por la acción de ácidos como el sulfúrico y el clorhídrico a una temperatura de más de 125ºC; también se han

desarrollado métodos enzimáticos aprovechando las celulasas extracelulares que sintetizan ciertos microorganismos.

Otro derivado importante de la celulosa es la carboximetilcelulosa, que presenta propiedades funcionales de interés en la industria de alimentos, actúa como aglutinante, como espesante y estabilizante, y forma películas resistentes. Se utiliza en productos como tortillas de maíz por su habilidad de retener agua, en la elaboración de jugos y néctares, rellenos de pie, productos de panificación, como substituto de grasa, en productos lácteos (helados), en salsas, aderezos y productos elaborados a base de jitomate.

Los usos de los derivados de la celulosa son muchos y muy variados; por ejemplo, en el control de la cristalización de la lactosa para la fabricación de helados; en la elaboración de productos congelados; en aderezos para conferir “cuerpo” e incrementar la viscosidad; en mezclas con otras gomas para evitar la sinéresis; en alimentos dietéticos (pues no se metabolizan), etcétera.

HEMICELULOSA

Este término es algo ambiguo; se emplea para referirse a un grupo muy extenso de polisacáridos con diversos tipos de monómeros (heteropolisacáridos) que se localizan principalmente en la pared celular, y que son muy distintos a la celulosa o al almidón. Generalmente son solubles en soluciones alcalinas concentradas (18 a 24% de los hidróxidos de sodio o de potasio), presentan una estructura amorfa (aun cuando algunos tipos desarrollan una forma fibrilar), y actúan como agentes cementantes en el tejido vegetal.

Se asocian principalmente a las pectinas, a la celulosa y a otros polímeros con estructuras de mananas, glucomananas, galactanas, arabinogalactanas, etc. Su composición química se basa en la unión glucosídica de distintos monosacáridos, sobre todo pentosas (vg. arabinosa y xilosa), hexosas (glucosa, manosa y galactosa), ácidos urónicos (galacturónico y glucurónico) y algunos desoxiazúcares. El contenido de hemicelulosas cambia durante la maduración de los frutos y vegetales.

¿DONDE LO ENCONTRAMOS?

El trigo contiene de 2 a 3% de hemicelulosa, y una fracción de ésta (0.5 a 0.8%) es de peso molecular bajo y soluble en agua, mientras que la otra es de peso molecular alto e insoluble. La presencia de la primera provoca que la harina de este cereal absorba mayor cantidad de agua, lo cual reduce el tiempo de amasado y mejora el volumen y la textura del pan de trigo. Cuando aumenta el contenido de hemicelulosas insolubles, la calidad global de los productos de la panificación tiende a reducirse.

Estos hidratos de carbono presentan diferentes capacidades de hidratación o retención de agua; por ejemplo, la hemicelulosa proveniente de los frijoles tiene un valor de 3.3 g de agua por gramo de polímero, mientras que el valor de la

col es de 12 g y el del trigo de 22.8 g. Se considera que por esta razón los dos últimos alimentos tienen la capacidad de formar grandes volúmenes de bolo, que ayudan a efectuar la defecación más fácilmente.

CARACTERISTICAS

Las hemicelulosas tienen una alta habilidad de absorber agua, razón por la cual se dice que son solubles; al absorber agua en los intestinos ayudan a la formación de heces y a la mejor y más fácil eliminación de éstas, por lo que son ingredientes en la manufactura de varios productos farmacéuticos para este propósito.

ALMIDON

Desde el punto de vista químico, el almidón es una mezcla de dos polisacáridos muy similares, la amilosa y la amilopectina; el primero es producto de la condensación de D-glucopiranosas por me- dio de enlaces glucosídicos α (1,4), que establece largas cadenas lineales con 200-2 500 unidades y pesos moleculares hasta de un millón; es decir, la amilosa es una α-D-(1,4)-glucana, cuya unidad repetitiva es la a-maltosa. Tiene la facilidad de adquirir una conformación tridimensional helicoidal, en la que cada vuelta de la hélice consta de seis moléculas de glucosa.

En términos generales, los almidones contienen aproximadamente 17-27% de amilosa, y el resto de amilopectina. Algunos cereales, como el maíz, el sorgo y el arroz, tienen variedades llamadas “céreas” que están constituidas casi únicamente por amilopectina; hay otras que tienen hasta 90% de amilosa. La concentración relativa de estos dos polímeros está regida por factores genéticos típicos de cada cereal.

El almidón sirve de reserva energética en el reino vegetal, y se encuentra en pequeños corpúsculos discretos que reciben el nombre de gránulos; en el tejido vegetal, éstos ejercen una presión osmótica muy baja, con lo que la planta almacena grandes cantidades de glucosa de una manera muy accesible sin romper el balance de agua interior. El tamaño y la forma del gránulo son característicos de cada especie botánica; esto se ha aprovechado en el desarrollo de diferentes métodos microscópicos para identificar el origen de los distintos almidones. En un mismo cereal se distinguen varios tipos de gránulos; en general, los que se encuentran en la zona más exterior del endospermo son poliédricos, mientras que los del interior son redondos.

CARACTERISTICAS Y ALGUNOS ALIMENTOS DONDE PODEMOS ENCONTRAR LOS ALMIDONES

La estructura rígida de los gránulos está integrada por capas concéntricas de amilosa y de amilo- pectina (distribuidas radialmente) que permanecen inalterables durante la molienda, el procesamiento y la obtención de los almidones comerciales.

OBTENCIÓN DEL ALMIDÓN

Uno de los métodos para obtener almidón de manera comercial consiste en la llamada molienda húmeda de maíz, en la que intervienen los siguientes pasos: Se limpian los granos y se maceran en agua de 24 a 48 horas a 50ºC (se puede añadir entre 0.1 y 0.2% de anhídrido sulfuroso como agente microbiano); en esta etapa el maíz absorbe agua hasta alcanzar un contenido de 45 a 50%, con lo cual se ablanda el grano y se facilita su trituración; duran- te este proceso se desprende el germen, que se recupera por flotación o mediante un sistema de hidrociclones. La suspensión resultante se muele y se filtra, y el almidón se separa de las proteínas por diferencia de densidades. La fracción que contiene el polisacárido se purifica hasta reducir su contenido de proteínas a un valor menor de 0.3%; posteriormente se concentra y se seca por métodos como el de tambor rotatorio o el de aspersión. Los subproductos también tienen un alto valor comercial, ya que el germen se usa para la extracción de aceite comestible, y el gluten, rico en proteínas, para el consumo humano y animal.

GOMAS

En sus orígenes, este término se refería a los productos de la exudación de algunas plantas y árboles; sin embargo, en la actualidad su uso se ha

extendido a un grupo muy amplio de polisacáridos de alto peso molecular, que tienen la capacidad de actuar como espesantes y gelificantes, y que presentan además algunas propiedades funcionales, como emulsificación, estabilización, crioprotección, etc.

Las gomas semisintéticas se elaboran a partir de un polímero natural que se somete a alguna transformación física o química; en esta categoría están los almidones modificados, al igual que los distintos derivados celulósicos. Las gomas sintéticas son polímeros vinílicos y acrílicos que hasta la fecha no están aprobadas para el consumo humano, aunque presentan muchas de las propiedades de las naturales.

CARACTERISTICAS

Su característica más importante se basa en la capacidad que tienen para interactuar con el agua, de manera que, en concentraciones bajas, producen soluciones viscosas, y cuando éstas se incrementan llegan incluso a establecer geles.

Al igual que ocurre con la mayoría de los polímeros (vg. polisacáridos y proteínas), las propiedades funcionales de las gomas, como son la de espesante y gelificante, dependen de varios factores:

a) los intrínsecos propios de la molécula, como el peso molecular, los grados de ionización y de ramificación, etc.

b) los extrínsecos, que son propios del sistema, tales como el pH, la fuerza iónica, la temperatura, la concentración de los otros componentes, la interacción con los componentes del alimento en que se emplean, si se emplean solos o mezclados con otros hidrocoloides, etc.

Cada goma presenta características físicas y químicas determinadas, que no pueden sustituirse fácilmente con el uso de otro polisacárido; la combinación de dos o más de estos compuestos genera nuevas propiedades funcionales que no tienen en lo individual; éste es el caso de la emulsificación de sistemas aceite/agua, que se logra con mezclas de gomas.

PEPTIDOS

Los aminoácidos se unen covalentemente formando un enlace amida entre los grupos a-amino y a-carboxilo. Este enlace suele denominarse enlace peptídico, y los productos que se forman a partir de esta unión se llaman péptidos.

Para la unión de dos aminoácidos, por ejemplo Gly más Ala, el producto es un dipéptido denominado glicil-alanina. La reacción puede considerarse una simple eliminación de una molécula de agua entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino del otro. En la unión anterior se deja aún un grupo –H3N+ disponible en un extremo del dipéptido, y un grupo –COO- sin reaccionar en el otro. En consecuencia, la reacción podría continuar añadiendo, por ejemplo, Glu a un ex- tremo y Lys al otro para producir un tetrapéptido. Cada vez que se añade un aminoácido a la cadena debe eliminarse una molécula de agua. La porción de cada aminoácido que permanece en la cadena se denomina residuo de aminoácido.

¿DONDE LOS ENCONTRAMOS?

Péptidos en alimentos

Varios péptidos tienen funciones biológicas importantes: la anserina (β-alanil-1-metil-L-histidina) y la carnosina (β-alanil-L-histidina) se encuentran en alta concentración en diferentes tejidos animales con funciones de amortiguador de pH. En el pescado es más abundante la anserina en tanto que la carnosina abunda en el músculo de mamíferos, por lo que en un tiempo se utilizó el análisis por HPLC de estos dipéptidos para determinar el tipo de carne utilizada en un alimento.

Otro péptido es el glutatión (γ-glutamilcisteíl-glicina) integrado por un residuo de ácido glutámico, cuyo carboxilo γ, en lugar del a de los enlaces peptídicos normales, se une a la cisteína y ésta a su vez a la glicina. Se encuentra en papas, frutos cítricos, uvas y en sangre; permite la desintoxicación de muchas sustancias a través de la enzima glutation-S-transferasa, y se adiciona a los derivados cárnicos que serán curados ya que desempeña un papel muy importante en la transformación de los nitritos en nitrosomioglobina característica del color de los embutidos curados. Su degradación térmica produce compuestos que recuerdan el aroma de la carne, por lo que además se ha empleado como saborizante en aplicaciones cárnicas. Desde luego existen muchos más péptidos en la naturaleza, algunos cumplen la función biológica de hormona, como es el caso de la oxitocina y la vasopresina.

CARACTERISTICAS

Los péptidos presentan a menudo ciertas peculiaridades estructurales que no aparecen en las proteínas. Los grupos NH2 y COOH terminales pueden encontrarse bloqueados. Así, es frecuente encontrar grupos amino terminales que están acetilados o en forma de ácido piruglutamico (un residuo de Glu N-sustituido por su propia cadena lateral) y grupos carboxilo terminales en forma de amidas. Este bloqueo de los grupos terminales confiere al péptido resistencia frente a exopeptidasas. Un ejemplo de péptido que presenta estas modificaciones es la hormona liberadora de tiritropina (THR): piruglutamil-histidil-prolinamida.