Carbohidratos

Análisis y Tecnología de los alimentos

1. ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICO DE ALIMENTOS CARBOHIDRATOS.

2. CLASIFICACION Y COMPOSICION DE LOS CARBOHIDRATOS   Estas sustancias constituyen unos de los productos más importantes de los vegetales, a los cuales les sirven de estructura de sostén o protección de paredes celulares (celulosa) o bien como fuente de energía (glucosa). Los cloroplastos de los vegetales superiores usan la energía solar para fijar el bióxido de carbono, combinarlo con el H2O y convertirlo en carbohidratos desprendiendo oxígeno libre; esta transformación se llama fotosíntesis; los animales usan los carbohidratos como su principal fuente de energía.

3. El nombre de carbohidratos se les dio por su fórmula empírica más común C n H 2m O m .   Sistemáticamente se les clasifica como azúcares y polisacáridos.   Los primeros son sólidos cristalinos, solubles en agua, de sabor dulce y de bajo peso molecular.   Los polisacáridos son sólidos amorfos insolubles en agua, insípidos en su mayoría y de un elevado peso molecular.   A su vez los azúcares pueden ser monosacáridos y oligosacáridos. Los monosacáridos son los azucares más sencillos y no son hidrolisables.      

4. Los oligosacáridos si se hidrolizan, formando monosacáridos.   Los polisacáridos son cadenas moleculares muy largas o polímeros de los monosacáridos, son insípidos e insolubles y se pueden hidrolizar. Los monosacáridos y los oligosacáridos son empleados por las células vegetales para elaborar polisacáridos y otros productos.   Los carbohidratos juegan un papel muy importante en la alimentación, el vestido, los muebles, los medicamentos, etc.

5. ESTRUCTURA BÁSICA DE LOS MONOSACÁRIDOS Definición: Los monosacáridos son compuestos químicos que dependiendo del numero de carbonos que contengan se llaman diosas, triosas, tetrosas, pentosas, hexoxas y heptosas.   Estos contienen un gran aldehído o cetona por lo que pueden ser aldopentosas, cetohexosas, etc.   El estudio de los carbohidratos nos remite al concepto de isomería, fenómeno en el que con la misma cantidad molecular formamos sustancias distintas

6. La isomería se divide en: cadena Estructural posición de grupo funcional Isomería Isomería óptica Estereoisomería Isomería geométrica

7. PROPIEDADES GENERALES DE LOS CARBOHIDRATOS . Para el estudio especifico de los carbohidratos más importantes, se recomienda analizar ante dos características. Solubilidad y sabor SOLUBILIDAD: Los monosacáridos y disacáridos son sólidos solubles en agua, poco solubles en etanol, difícil de cristalizar y que forman con facilidad soluciones sobresaturadas como los jarabes y las mieles.   Salvo algunas excepciones, los polisacáridos no son solubles en agua, lo que les permite conservar su función estructural.

8. En algunos casos, al colocarlos en soluciones acuosas no se disuelven, pero se hinchan considerablemente permitiendo el paso del agua y de las sustancias disueltas; es decir, ayudan a la estructura molecular y celular sin limitar el acceso de moléculas a las células.     Sabor: Aunque la costumbre ha establecido el término azúcar como un sinónimo de carbohidratos y a los azúcares se les atribuye la propiedad de ser dulces, en la práctica, la mayor parte de ellos no lo son. Algunos tienen bien acentuada esta cualidad gustativa; la tabla siguiente muestra el comportamiento:  

9. Sabor dulce de distintas sustancias   Lactosa 1 Galactosa 3 Maltosa 3 Xilosa 4 Sorbitol 5 Sacarosa 10 Glicerol 11 Fructosa 17 Sacarina 1500

10. PROPIEDADES DE LOS MONOSACÁRIDOS Entre los monosacáridos más importantes (6 átomos de carbono) estas sustancias son dulces y cristalinas, solubles en agua se encuentra en frutas maduras y en la miel, Los carbohidratos que se hidrolizan para producir hexosas son el azúcar de caña o el azúcar de malta, el azúcar de leche, el almidón y la celulosa.

11. MONOSACÁRIDOS IMPORTANTES Glucosa: La glucosa C 6 H 12 O 6 (dextrosa, azúcar de uvas y azúcar de la sangre), constituye un tipo de azúcar que se halla presente en la naturaleza, además de influir en la mayoría de los procesos biológicos.   Este es el azúcar en el cual se convierten todos los demás carbohidratos antes de ser oxidados en el organismo. La glucosa se haya como tal en las frutas maduras, especialmente en las uvas.   La glucosa se usa extensamente como alimento y agente edulcorante. Anualmente se fabrican grandes cantidades a partir del almidón.  

12.   La glucosa es el carbohidrato primario utilizado por los tejidos del cuerpo, es el azúcar común de la sangre, y otros líquidos del cuerpo y se emplea para la alimentación intravenosa en pacientes.     Fructosa: También se le denomina levulosa o azúcar de las frutas. Es un monosacárido que aparece junto con la glucosa en las frutas dulces y en los jugos de frutas. Se produce junto con la glucosa durante la degradación de la sacarosa, y también como consecuencia de la hidrólisis de distintos carbohidratos .  

13. PROPIEDADES GENERALES Cristaliza con dificultad y los cristales se funden en un rango de 102 a 104°. Esta molécula es levógira; es decir sus disoluciones hacen rotar el plano de la luz polarizada hacia la izquierda.   Si la fructosa es fermentada por ciertas levaduras producirá bióxido de carbono y alcohol etílico.  

14. DISACARIDOS IMPORTANTES   Dos moléculas de monosacáridos unidas por un átomo de oxigeno, con la consiguiente eliminación de una molécula de agua, producen un disacárido, siendo los más importantes la sacarosa, la lactosa y la maltosa.

15. Sacarosa:   Azúcar cuya formula es C 12 H 22 O 11 que pertenece a los disacáridos, viene siendo la típica azúcar normal de mesa, extraída de 2 fuentes: caña de azúcar, y remolacha azucarera. Es soluble en agua y ligeramente soluble en alcohol y éter. Cuando cristaliza lo hace en forma de agujas de agujas largas y delgadas y es una sustancia dextrógira; es decir desvía el plano de la luz polarizado hacia la derecha.   Por hidrólisis produce una mezcla de glucosa fructosa, que son levógiras, pues desvían el plano de polarización hacia la izquierda. Por ello, dicha mezcla se llama azúcar inversa y se denomina inversión por el cual se forma.   En el intestino humano, la inversión tiene lugar gracias a la intervención de dos enzimas.  

16. Maltosa:   Azúcar de fórmula C12H22O11, que se forma por la acción de la amilasa sobre el almidón. La maltosa es soluble en agua, ligeramente soluble en alcohol y cristaliza en finas agujas. Gira el plano de polarización de la luz a la derecha (dextrógira). Por hidrólisis forma un único producto: la glucosa. Al ser un azúcar de fácil digestión, la maltosa se utiliza en alimentos infantiles y en bebidas como la leche malteada. Se fermenta por medio de levaduras y es fundamental en la elaboración de la cerveza.  

17. Lactosa: Azúcar de fórmula C 12 H 22 O 11 , presente en la leche. Se obtiene de la leche en forma de cristales arenosos duros, de composición C 12 H 22 O 11 ·H 2 O, mediante la evaporación del suero residual una vez extraída la grasa, y por la precipitación de la caseína. Los cristales pierden agua al calentarse a 140 °C, y se funden y descomponen a 202 °C. En la hidrólisis, la lactosa produce glucosa y galactosa. En presencia de las enzimas apropiadas fermenta a ácido láctico y a ácido butírico. La lactosa es menos dulce que la sacarosa, gira el plano de polarización de la luz a la derecha (dextrógira), y es menos soluble en agua que la glucosa y la sacarosa. Es un elemento importante en la dieta de los mamíferos jóvenes y a menudo se añade a los alimentos infantiles. También se emplea en repostería y en productos farmacéuticos.  

18. POLISACARIDOS   Macromolécula   Molécula de elevada masa molecular, formada por un número muy grande de átomos. Las macromoléculas son el resultado de la unión de un gran número de moléculas pequeñas de un mismo tipo o de diferentes tipos, y que son características de los primeros.    

19. Estas unidades estructurales se forman mediante enlaces covalentes y se repiten cientos de veces, incluso millones. Tanto en los polímeros naturales como en los artificiales, se considera que la unidad estructural es el átomo de carbono.   Los tipos principales de macromoléculas en un sistema celular son: las proteínas, formados por cadenas lineales de aminoácidos, los ácidos nucleicos cuyas unidades estructurales son los mononucleótidos y los polisacáridos formados por azúcares.  

20. Polisacáridos   Son enormes moléculas formadas por uno o varios tipos de mosacáridos. Unas diez en el glucógeno, 26 en el almidón y de 100 a 200 en la celulosa.   La complejidad molecular de los polisacáridos permite fabricar tejidos, películas fotográficas, plásticos y otros productos. La celulosa se puede convertir en un subproducto llamado papel. El almidón y la pectina, se usan en la preparación de alimentos para humanos y para el ganado, La hemicelulosa se usa para modificar el papel en su fabricación. Otro hidrato de carbono que actúa como anticoagulante sanguíneo, lo es el sulfato de heparina.  

21. Celulosa:   (Del latín cellula), celda pequeña. Es un carbohidrato muy complejo, es el componente principales de la pared celular de los vegetales. En las plantas; la celulosa, puede aparecer combinada con sustancias gomosas ó grasas. Salvo algunos insectos, ningún organismo animal contiene en sus tejidos verdadera celulosa, por lo que los m.o. del sistema digestivo de los herbívoros descomponen la celulosa en sustancias biodisponibles.   La celulosa es insoluble en todos los disolventes comunes y se separa fácilmente de los demás componentes de las plantas.    

22. Dependiendo de la concentración, el ácido sulfúrico actúa sobre la celulosa y produce glucosa y almidón soluble; este es una forma de almidón empleada en papeles de lujo.Cuando la celulosa se somete a un tratamiento alcalino y expone a disulfuro de carbono en forma de vapor, la solución se vuelve elástica, es decir, se puede hilar, lo que da lugar a la formación de cintas para películas. El rayón y el celofán son preparados de celulosa regenerados de manera industrial.   Con celulosa y algunos derivados se elaboran vidrios inastillables de seguridad. Los éteres de celulosa se usan para elaborar adhesivos y jabones.   Mezclada con ácido nítrico y sulfúrico forma una serie de compuestos inflamables y explosivos, conocidos como nitrocelulosas.  

23. Almidón:   Son polisacáridos que representan sustancias de reserva en las plantas tanto en las raíces como en los tallos de las hojas. Son más abundantes en las semillas de los cereales, en donde las de maíz llegan a contener el 80% de almidón. Los almidones están formadas por unidades de glucosa combinadas entre sí, por uniones glucosídicas.   Cuando los granos de almidón se dejan reposar en agua, sufren un proceso de hinchamiento que se ve favorecido al elevar la temperatura alrededor de 70°C. En estas condiciones, el grano de almidón difunde, al medio líquido, una sustancia llamada amilosa y otra insoluble llamada almilopectina.    

24. Las moléculas de almidón se hallan compuestas por cientos o miles de átomos que corresponden a la fórmula (C 6 H 10 O 5 ) x , que corresponden a los distintos valores de X.   El almidón es fabricado por las plantas verdes durante la fotosíntesis.   Es difícilmente soluble en agua fría y en alcohol, pero en agua hirviendo provoca una suspensión coloidal que se vuelve gelatinosa cuando se enfría; además, el agua caliente origina moléculas más pequeñas llamadas Dextrinas; éstas a su vez reaccionan con el agua para formar moléculas más sencillas:   Maltosa C 12 H 22 O 11 (Disacárido) Glucosa C 6 H 12 O 6 (Monosacárido)          

25. METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS Es un mecanismo mediante el cual el cuerpo emplea azúcar como fuente energética. Los lucidos, o hidratos de carbono son uno de los tres constituyentes principales de alimentos en la dieta humana. El producto final de la digestión y asimilación de todo tipo de carbohidrato es un azúcar simple llamada glucosa. Misma que es el principal combustible que los músculos y otras partes del cuerpo consumen para obtener energía. Está presente en cada célula y casi en cada fluido orgánico..   Entre otros azúcares menos importantes destaca la lactosa o la azúcar de la leche, de forma en las glándulas mamarias y que está presente en su leche.  

26. Mecanismos de digestión, asimilación y almacenamiento.     Los carbohidratos que consumimos en la dieta se descomponen en el tracto digestivo en azúcares simples de 6 carbonos, que pasan con facilidad a través de la pared intestinal. La fructosa y la glucosa no se alteran durante la digestión y se absorben como tales. En cambio, la celulosa presente en muchos alimentos, no representa valor nutricional. Para la asimilación de los carbohidratos se requiere la acción enzimática. Desde la amilasa, presente en saliva y en el intestino, y que descompone el almidón, la dextrina y el glucógeno en maltosa (12 carbonos)    

27. Otras enzimas del intestino delgado descompone los azúcares de 12 carbonos en otros de 6. Así, la maltasa hidroliza la maltosa para convertirla en glucosa; la sacarosa o la invertasa rompe el azúcar de caña en glucosa y fructosa; la lactasa descompone el azúcar de la leche en glucosa y galactosa. Los azúcares de 6 carbonos, son el producto final de la digestión, atraviesan la pared intestinal por medio de los capilares y alcanzan la vena porta que los lleva hasta el hígado, en éste órgano se transforman y almacenan en forma de glucógeno. El glucógeno estará siempre disponible y cuando se requiera se vuelve a convertir en glucosa, liberándose al torrente sanguíneo. Uno de los productos finales del metabolismo de la glucosa en los músculos es el ácido láctico, que llevado por la sangre de nuevo al hígado, se reconvierte en parte a glucógeno.

28. CARBOHIDRATOS

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32. " Determinación de azúcar invertido" Con el nombre de azúcar se identifica a la sacarosa natural. Se extrae de vegetales como la caña de azúcar, de la remolacha azucarera, sorgo azucarero y arce de Canadá. Los tipos de azúcares según el alto grado de refinación son: Refinada: aquella con grado de polarización 99.9 ºS, azúcar invertida 0.02 %, cenizas 0.02 %, SO 2 2 mg / Kg. Primera calidad: polarización 99.5 ºS, azúcar invertida 0.04 %, cenizas 0.04 % SO 2 20 mg / Kg. Segunda calidad: polarización 99.5 ºS, azúcar invertido 0.10 % cenizas 0.10 % , SO 2 70 mg / Kg. El azúcar funde a 160 ºC y da una masa amorfa. A los 163 hay inversión y ya no es cristalizable, a 170-180 forma caramelos y produce sustancias húmicas. Finalmente a 182 se descompone con formación de acetona, ácido fórmico y furfural.

33. El azúcar invertida es la sacarosa simple ( mejor conocida como “ azúcar de tabla” ) que ha sido sujeto de hidrólisis que rompe la sacarosa disacárido y la convierte en sus azúcares constituyentes. La fructosa es invertida ( hecha en su isómero óptimo). El proceso de inversión incluye el agregado de ácido y altas temperaturas para acelerar sus tiempos. Alternativamente, la enzima invertasa puede ser utilizada. Una cocción demasiado prolongada en la elaboración de productos como la mermelada y jalea da como resultado la transformación de la sacarosa en azúcar invertido. Para este análisis se emplea el reactivo de fehling que esta compuesto por dos soluciones conocidas como Fehling A y Fehling B.

34. Materiales y Reactivos 1 Matraz Erlenmeyer de 100 ml. Pipeta Agua destilada 1 Placa de calentamiento 1 Vidrio de reloj 1 Balanza granataria 1 Embudo de vidrio 2 Matraces volumétricos 2 reactivos Fehling 1 Mortero 1 Vaso de precipitados Termómetro

35. Procedimiento 1.- Se pesan 50 g de del producto y se pasan al mortero donde se machaca bien. 2.- Se agregan los 50 g en el matraz volumétrico de 250 ml. se le añade agua hasta completar un volumen de 250 ml. 3.- Se vierte el contenido en un vaso de precipitados y se somete a ebullición, después de la ebullición se deja enfriar hasta 15 grados C. 4.- La solución se disuelve al matraz volumétrico y se completa el volumen hasta 250 ml. con agua destilada. 5.- Se filtra la solución, se introducen 25ml. del filtrado en otro matraz volumétrico de 250 ml. 6.- Se vuelve a completar el volumen hasta 250 ml. con agua destilada 7.- Se toman 25 ml. de la solución Fehling A y se vierte en vaso, se le añaden otros 25 ml. de la solución Fehling B y se obtienen 50 ml. de reactivo azul intenso.

36. 8.- Se introducen 25 ml. de reactivo azul en un matraz de 100 ml. 9.- Se coloca el matraz en un calentador. 10.- Se llena una bureta con la solución al 2% del producto. 11.- Se añaden 10 ml. de la solución del producto al reactivo de Fehling. 12.- Se ponen a ebullición, cuando hierva, se adiciona mas solución del producto hasta que el color del reactivo se aclare. 13.- Se añaden 3 gotas de solución acuosa azul de metileno al 1%. 14.- Se continua la titulación, cuando el color se convierte en rojo sucio se termina la titulación. 15.- Se toma la lectura de la cantidad de ml. de la solución del producto utilizado. Finalmente se consulta una tabla de referencia en donde se presentan dos columnas, la primera los mililitros de titulante y la segunda el equivalente en porciento de azúcar invertida

37. TABLA PARA DETERMINAR AZÚCAR INVERIDO SOLUCIÓN AL 2% AZÚCAR INVERTIDO 15 ml 40.9% 16 ml 40.8% 17 ml 36.0% 18 ml 34.0% 19 ml 32.2% 20 ml 30.7% 21 ml 29.2% 22 ml 27.9% 23 ml 26.7% 24 ml 25.5% 25 ml 24.6% 26 ml 23.7% 27 ml 22.6% 28 ml 21.9% 29 ml 21.2% 30 ml 20.5% 31 ml 19.9% 32 ml 19.2% SOLUCIÓN AL 2% AZÚCAR INVERTIDO 33 ml 18.1% 34 ml 17.9% 35 ml 17.6% 36 ml 17.1% 37 ml 16.7% 38 ml 16.2% 39 ml 15.6% 40 ml 15.4% 41 ml 15.0% 42 ml 14.7% 43 ml 14.3% 44 ml 14.0% 45 ml 13.4% 46 ml 13.1% 47 ml 12.9% 48 ml 12.6% 49 ml 12.3% 50 ml 12.31%

38. PRUEBA DE MOLISH Materiales y reactivos: Gotero Vaso de precipitado Pipeta de 10 ml Tubo de ensayo Solución alcohólica al 20% de α -naftol Ácido Sulfúrico

39. Metodología para la prueba de Molish Adicionar dos gotas de solución alcohólica al 20% de α -naftol a 2 ml de una solución al 0.1% de jugo de fruta y verter 2 ml de ácido sulfúrico concentrado, resbalándolo por las paredes del tubo de modo que se forme una capa bajo la solución acuosa. Si existen carbohidratos se produce un color violeta y desaparece al adicionar un exceso de álcali Realizar lo mismo con una muestra de mermelada.

40. PRUEBA DE RUBNER Material y reactivos: Vaso de precipitados de 250 ml Balanza granataria Mechero Tripié Tela de Asbesto Pipeta Acetato de Plomo Amoniaco

41. Metodología para la Prueba de Rubner A 2 ml de una solución acuoso del azúcar, adicionar 0.2 g de acetato de plomo, hervir y adicionar 2 veces su volumen de amoniaco diluido. La lactosa da un precipitado denso, pero la maltosa sólo da ligero precipitado. Entonces hervir durante un minuto. La lactosa muestra un color rosado y la maltosa un color naranja.

42. GRACIAS POR SU ATENCIÓN Y QUE PASEN UN MARAVILLOSO DÍA Luis Gerardo Luna Becerra.