Qumica de los alimentos

J

UNIVERSJolt:illo

Qumica de los alimentosSalvador Badui Dergal

Facultad de Qumica Universidad Nacional Autnoma de Mxico con la colaboracin deHclor Bourges Rodrguez Instituto Nacional de la Nutricin Salvador Zubirn como autor del cpitulo 11 y de Antonio Anzalda Morales Universidad Autnoma de Chihuahua como coautor del cpitulo 10

PRIMERA EDICIN, 1981 Primera reimpresin, 1982 Seg~nda reimpresin, 1984 Tercera reimpresin! 1986 Cuarta reimpresin, 1988 Quin la ~Impresin, 1989 SEGUNbA EDICIN, 1990~ EDfrAIAL ALHAMBRA MEXICANA. S.A. DE C.V Amores 2027, CoL del Valle 0310~ Mxico. D.FCN{EM-1031

Res~fva'Oos todos los derechos. Ni la tola!idad ni parte dl esta publicacin pueden reproducirse. registrarse o transmitirse. por un sistema de recuperacin de informacin, en ninguna forma ni por ningn medio. sea elec_lrnico. mecnico. lotoquimico. magntico o e!ectroptico. por lolocopia. grabacin o cualquier otro. sin permiso previo por escrilo de! editor. El prstamo, alquiler o cualquier otra forma de ces1n de uso je este ejemplar requerir tambin la autorizacin del edilor o de sus repHlSentantes.

ISBN 968 444 095 2

Composicin. formacin y negativos: Fo!od1sE!fio, SA de C. V Cubierta: Alhambra Mexicana Edicin al cuidado de Angelines Torre y A. Martinez Romero

Impreso en Mxico- Prlnled In Mexlco

A 'vfara Elena, Salmdor y Mariana

J

Edi!orial 'AIImmbra i-vlcxicmm. S.A. de C.V. agradece ;1 las siguicmcs instituciones v casas cdito!'ialcs el ha bcr permitido amablemente la rcproduccibn de los cuadros y figur;:; que se mcncif;nan:

American themical Sodcty, Washington, D. C. .loumal t!( Agrictdwml aud Food Chcmt(l'Cuadros 4.17 y 8,6 figllnli> 2.\5 y 4.14 American Oil Chcmisls Socicty, Champaign. 111.

.loumal o( rhr Amcrinm Oil Chcmil'f.\ .\'odt'l_l' Cundrns 4,6, 4.19, 4.20. 5.6. fU. 9.10 y IJ.X Figuras 2.9. 2.10. J.! l. 4.8. 4.16, t.:u

Thc t\ Vi Publishing Cnmpany, Wcstport. C1mn. J. L. Heid y r..-J.A. Joslvn (Eds.). Fmul Pmcnfillg Opcrmiou\Cuadros 4.10 y 4.1 J J.W. Harpcr y C.H. Hall (Eds.l. !Jaily Tcdmology ami Enginccring Figura 12.13 l-I.H. Hcath y G. Rcincccius. tl!nor Chemi.w:r ami 1i:dmo/ogr Figuras 8.5, 8.7 y 1U5Thc lnslitmc of Food Tcchnologists, Chic~go. tll.

Journal agua libre", para referirse a la forma v el estado energtico e dicho hqlll( o guarda en un alimento. Aunque en realidad no hay una definicin precisa para cada una de estas fracciOCS:SCConsidera que el agua ligada es aquella porcin que no c~ngela en las condiciones normales de con~20C; su determinacin se puede clectuar mediante el anlisis trmico-diferencial. por resonancia magntica nuclear, etc., pero cada mtodo da una cantidad diferente. Por otra parte, el agua libre es la~ volatiliza fcilmente, se pierde en el calell.U!Dlknto, se congela p'rireroy-cs-ra-princi~ ~Qiyidad ;uosa. En l~

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0.4

0.5

0.9

10

nclividad acuosa

Figura 1.7 Cambios que ocurren en !os alimentos en !uncin de la actividad acuosa a 20 oC: a, oxidacin de llpidos: b reacciones hidrollticas; e, oscurecimiento no enzimtico; d. isoterma del contenido de humedad; e, actividad enzimtica; f, crecimiento de hongos; g, crecimiento de levaduras. y h. crecimiento de bacterias.

su presencia ejerce un efecto protector. sobre todo contra las reacciones de oxidacin de lpidos porque acta como barrera del oxgeno.1.7 ACl'IVIDAD ACUOSA

el agua contenida en un aUmcntnAe!lcOdcnJas_)lLQ:>!1:ggQ 0.80); de todos, las bacterias patgenas son las que necesitan actividades acuosas mayores para su crecimiento. mcntras que las levaduras osmfilas se pueden desarrollar en a,1 muy reducidas (cuadro 1.8). Hay que aclarar que, aunque se inhibe su crecimiento. la resistencia trmica de los microorganismos se incrementa cuando se elimina el agua. lo que quiere decir que para destruirlos es mc.ior el calor hmedo que el calor seco. 29 J 7 Segn esto, muchos mtodos de conservacin de alimentos se basan precisamente en la reduccin y el control de la actividad acuosa, como es el caso de los productos deshidrata~

AciMdad acuosa y esrabi!idad de los a!imemosCUADRO 1.8 Valores de actl\it/ad acuosa mnima para el credmielllo de micromxanismos

35

de importancia en alimenro.Organi:mw

Mlnima0.91 0.88 0.80 0.75 0.60

On~anismo

Mnima

Mayora de bacterias dainasMayora de levaduras dailinas Mayora de hongos dainos Bacteria halfila Levadura osmfila

Sa/numclla Clostridium bomlimm1 cherichia coli Swph;1ococcu.r aureus Daci/lu.r subtilis

0.95 0.95 0.96 0.86 0.95

dos y concentrados; adems, tambin se pueden utilizar compuestos altamente hidratablcs que reducen la actividad acuosa de los productos. Para entender mejor!;~ accin de los compuestos en la actividad acuosa, considrese la ecuacin 1; se observa que el efecto de los moles de soluto es definitivo para reducir la G11 Y que a su vez los compuestos de menor peso molecular son ms efectivos pam este fin. Si se cotara con agua pura~ \fs =O y por tanto G 0 = 1.0; si a sta se Je aaden 2 moJes o 684 g de sacarosa (pm = 342), la a"= 0.96 puesto que Ala= 55.5 ( 1 000/1 8). Si fuera almidn, con un peso molecular superior a un milln, se requerira mucha ms cantidad para lograr la misma actividad acuosa. Ahora supngase que se quiere l 000 g de un producto con G0 0.90 y un contenido de agua de 30%; con base en esto se necesitara 300 g de agua (16.67 moles), y de acuerdo con la ecuacin 1 se utilizaran 1.86 moles de soluto para alcanzar la actividad acuosa deseada; si el so luto es sacarosa, se requiere 636 g o 63.6% del producto.

=

CUADRO 1.9 Mo!alidad de

a~r.:unos

so/u tos para d{ftnmes ralor('s de aQ a 25 "CSoluwS'acarosa

(/"

NaC!

CaC!,

Glia:ml

ideal

0.995 0.980 0.920 0.850 0.800

().150 0.607 2.310 4.030 5.150

0.101 0.418 1.340 2.120 2.580

0.272 UJ30 3.480 5.980 9.850

0.277 1.110 4.440 5.570 8.470

0.281 1.132 4.826 9.794 13.875

Esta relacin matemtica de la Ley de Raoult slo se aplica a sistemas muy sencillos de soluciones diluidas y no se puede extrapolar a un alimento con toda la complejidad fisicoquimica que implica; esto se debe, entre otras causas, a que los solutos tienen interacciones y forman complejos con ellos mismos o con otros polmeros, haciendo que no todo est en solucin verdadera; adems_ tambin influye el estado de dispersin y la estructuro capilar del producto. Sin embargo, dicha frmula es de utilidad para tener una aproximacin rpida de la posible actividad acuosa desarrollada con un determinado so luto. En el cuadro 1.9 se muestra la concentracin necesaria de diversos solutos para obtener un valor de armjna sn GmcianaliQa.d.y~ carac!crstic's '1'' 1 en nte mancrn e s alimentos, principalmente en el sabor, la viscosidad, In estructura y el color. Es decir~ as propiedades de los ~tos. tanto nalUralcs como procesa(~den del til]g de hidrato de carbono que contengan y de las reacciones en que stos intervienen. 'JI .La glucosa es la forma de hidrato de carbono ms im~ortante en el metabolismo de las clulas y su oxidacin completa a CO~ y H 2 0 por me2w de la gluclisis y el ciclo de Krebs genera ATP. base energtica de Jos sistemas biolgicos. La reserva de estos[451

46

Hidratos de carbono

compueslos en los animales y en las plantas son, respectivamente, el glucgeno v el almidd'i1, polmeros de glucosas cuya combustin gcnera~4 kcal/g; sin embargo, en la mayor de l,~~cin_de polisacri1os nojjgerible, denominada fibra cruda (vg. celulosa. pectinas y hcmicelulosa), que a no ser mctaboli~ zili~smo humano. se elimina en las heces y ~ produce energa.

2.2 CLASIFICACIN Y NOMENCLATURAEl trinino carbohidrato o hidrato de carbono se acu en princ1p10 para designar una familia de compuestos que contienen carbono, hidrgeno y oxgeno, estos dos ltimos tyl la proporcin del agua, e integran molculas del tipo CJH 2 0)n, como es el caso de la glucosa: C6 (H 2 0\;; sin embargo, posteriormente se descubrieron muchas otras sustancias que adems de tener C. H y O. presentaban N, P. S, etc., con lo cual la frmula emprica inicial se modific considerablemente. Su clasificacin se hizo de acuerdo con di~~QSJ:citcrios: ~~ructura qumica. aQundancia en 18. l'laturalc?:f!, u~o en alimentos. poder edulcorante. etc. Normalmente se prefiere el criteriode la estructura qumica, que se basa en ellamaodc la molcula o en el nmero de tomos ~ carbono que conticne,~ 6 segn la cual, los hidratos de carbono pueden ser monosac'ridos, oligosacridos y polisacridos (vase el cuadro 2.1).

CUt\ ORO 2.1 Clcu['!iwcin flc /o.'; hidraros de carbono nuh importamc.r en alimemosn) Almto.WlC{f'idos

b)

Pcntosas: :diosa. awbinosa, ribosa. cte. 1-lcxosas: aldohcxos;s: glucosa. gahlctosa, nmnosa clc. ct:J.ohcxosus: fructosa. sorbosa ele.

0/igo.wcdridos DsacriJos: lactosa. sacarosa. lll muy importante es el de los cinnogenticos: es dccir.aqullos cuya hidrlisis genera cido cianhdrico, y que consumidos en concentraciones elevadas pueden ser muy peligrosos: los ms conocidos son la durrna del sorgo, la amigdalina de las almendras amargas y la linamarina de la tapioca. entre muchos otros (cuadro 2.4). Se sabe que existen ms de mil plantas que los contienen, pero en una concentracin ba,ia que las hace no txicas. En el cuadro 2.5 se muestran algunos alimentos conocidos que presentan esta clas de compuestos y la cantidad de HCN que llegan a sintetizar.

5HS-C 6 H 11 0 1 CH 2 = CH- CHOH-CH2 - Cagente probocigeno

1/idra/os de carbono

' N- OS020K

!

liog!ucosidasa

CH2 = CH- CI10H-CHz-NCS2-hidroxi-3-buteni!isotiocianato

+

C 6 H1 ~

6 + KHS04

l2tiona5vinlloxazolidina

agente bocigeno

Figura

2.9~eacciones enzim8.ticas conducentes a !a produccin de sustancias bocigenas.

Mediante un mecanismo semejante al descrito para los .~~glucsidos. las enzimas f3-gltlcosi9asas cxtracclularcs acta;l sobre los compuestos cianogcnticos despus de que se rompe la pared celular y se pone en contacto la enzima con el sustmto intracelular. Es decir, la reaccin se efecta cuando el tejido ha sufrido un dao mccnico que lo altera y que permite el paso de la enzima hacia el glucsido. Por ejemplo, en el caso de la linamarina. la jJ-glucosidasa produce la aglucona correspondiente, y sta a su vez se descompone en HCN y acetona por accin de la enzima oxinitrilasa (Fig. 2.10).

uo __ ,,~\:_...r"'--__o,!!O >~

OL,

. ___..- -'

""amigdalinadurrina

Estos compuestos llegan a gcm:rar hasta 300 mg de HCN porcada lOO g de producto (cuadro 2.5): In dosis letal oral parad humano varia de 0.5 a 3.5 mgdc HCN por kilogramo de peso. por lo que un individuo de 70 kg de peso podra tener serios problemas de salud alCUADRO 2.4 G!unhidos chmogcnticosNombrei\rnig{lalinn

Produc!o jlnal

Gentiobiosa{J~!)~gluetlpiranos

Durrina Linamarin;1

/1-! >-gluwpiranosa

lknccnm:ctonitrilo p-hidroximandcl011it rilo 2mcti 1-propanont rilo

1-lCN. bcnzaltlclldo

HCNHCN, acetona

GlttcsitJsCHzOH

591 o-c- CH3 JJ~glucosidasa ~ 0 OH + 1 OH CH3 HO OH OHCN CH)H

HO

O

0

faseolunatina

glucosa

2ciano2propano!

CH3 -.....:;::CO / CH 3

l

oxinitrilasa-t

HCN

acetona

Figura 2.10 Produccin de HCN a partir de laseolunalina del Phaseolus funatus.

consumir 100 g de ciertos productos. La cantidad de HCN producido vara considerable~ mente aun para una misma cs.recic que se cultiva en difcrentt.."S condiciones: por ejemplo. para Phascolus luna1w se tienen informes desde 312 hasta 17 mg/100 g. 3 Por tener una dicta variada. el hombre consume continuamente estos compuestos en cantidades bajas; sin embargo. el cianuro ingerido en estas condiciones se elimina por

CUADRO 2.5 Produccin tic I!CN a partir de mrio.1- alimmto.'i

Frijol (/1/wwalw funafto). algunas variedades frijol ( Plwwoltt.\ lwwllf.t). mayora de vuriedad:.:s Sorgo. planta cnt:.:ra Tapinc Linaw Chcharo Judns (1'/uuco/us m/garis)

2HkH2

10-li 250 113 5J 2.J 2.0

conversin a tioci' 11

O

- H20

ydH ,, il_oAomalta\

o

00

k

1

HCOH1

HCOH 1 HCOH1

~

CH:~OH

CH 3 OH HOII,OH - 2H 02

HCOH1

CH 2 0H CHO1 c~o

CH 20H CHO - H,o 11 ---.... CH1

~O~OCH,

CJ:OCH, isoma!tol COOH1

HCOH1

1

CH11

c;lO

1

+ 2H 20

CH,1

HCOH

RNH1

CH THO/ COH -RNH 2~

1

HboH\ 1 CH 10Hcetosamina

CH11

HCOH1

~:___j e1

CH21 c~o

+ HCOOH

11

1

COH1

CH

CH 20H

CH 10Hfurfural

CH 3c.tevulinicoc. frmico

HCOH1

HCOH1

HCOH

HbOH~1

CHO1 c~o

HCOH1

bH,OH

1

CH 21

:::::

CH 20H

HCOH1

"" :f

"'"

HCOH1,2-enediol1

"' "' ~~

CH2 0H

3desoxihexosonaFigura 2.17 Sintesis de diversos compuestos a partir de una cetosamina.

"'" ~

Reacciones qumicas de los monosacridos,

81

(3,4-didesoxi-3-cnohcxosona) y las dcsoxiosulosas (3-dcsoxihcxosona): stos tambin reaccionan con aminocidos por medio de la llamada degradacin de Streckcr y producen un aldehdo con un tomo de carbono menos que el aminocido, C0 2 y nuevas sustancias carbonlicas. Si la 3-desoxihexosona actuara sobre la glicina se tendra:HC~O

H,CNH,

1C=O1

1C=O1

CH,1

+

NH,-CH--COOH - - - - -

CH,

+

HCHO

+ H,O

iHCOH1

HCOH1

HCOH1

HCOH1

CH,OH3-desoxihexosona

CH,OHglicina

El formaldehdo puede a su vez condensarse con grupos amino para as iniciar la reaccin de Maillard. La produccin de C0 2 se ha empleado para cuantificar el grado de avance de estas transformaciones. El mecanismo de Strccker por s solo no sintetiza compuestos coloreados, sino muchos aldehdos de bajo peso molecular que contribuyen a retroalimentar la reaccin, adcm

- .

.

~

temperatura

Figura 2.22 Gelallnizacin del almidn; los grnulos se hinchan y retienen un mximo de agua hasta qye se rompen y producen una dispersin de molculas de amilosa y amilopectina.

Se da el nombre de tcmpc~atum de gclatinizacin a aqulla en la cual se alcanza el mximo de viscosidad y se pierden la birrefringcncia y el patrn de difraccin de rayos X: esta temperatura es en realidad un intervalo ya que los grnulos. aunque provcngap de la misma fuente botnica. tienen diferente composicin y grado de cristalinidad. lo que provoca que unos sean ms resistentes que otros. Por esta razn, se llega a presentar una diferencia hasta de l0C entre la temperatura de gelalinizacn de los primeros grnulos y la de los ltimos. 73 Este parmetro tambin se ve afectado fuertemente por la presencia de diversos compuestos qumicos que favorecen o inhiben los puentes de hidrgeno. Su determinacin se puede lograr con el microscopio Kofler de luz polarizada; consta de una placa cuya temperatura se regula y sobre la cual se colocan los grnulos en agua; as, en forma visual se comprueba el momento (y consecuentemente la temperatura) en que se pierde la birrefringencia y que corresponde a la gclatinizacin. Cabe indicar que al linal de este fenmeno se genera una pasta en la que existen cadenas de amilosa de bajo peso molecular altamente hidratadas que rodean a los agregados, tambin hidratados, de los restos de los grnulos. La solubilizacin y la destruccin total de dichos grnulos se consigue cuando se someten a temperaturas de autoclave y se acelera considerablemente con una agitacin violenta. La cantidad de agua que absorben los diferentes almidones vara, pero se puede considerar que va de 40 a 55 gramos de agua por cada 100 g de solido; en la figura 2.24 se comprueba que el almidn de maz se hincha mucho menos que los almidones de papa, tapioca y sorgo creo. y. adems,

Po/isacridos2BOO~

99

"' e

"'~

2400

m 2ooo" l6 :E "e1600

~

a

400

20

40

60

ao

100

120

minutosFigura 2.23 Viscosidad de varios almidones a pH 5.0 (6.0% slidos): a, maiz; b, papa. y e, maiz creo.9s

que los modificados tienen una capacidad de hinchamiento diferente a la que presentan de manera natural. 2.11.3.3 Retrogradacin Este fenmeno se define como la insolubilizacin y la precipit1cin cspontnca. principalmente de las molculas de amilosa, debido a que sus cadenas lineales se orientan paralelamente y accionan entre si por puentes de hidrgeno a travs de sus mltiples hidroxilos; se puede efectuar por diversas rutas que dependen de la concentracin y de la temperatura del sistema. Si se calienta una solucin concentrada de amilosa y se enfra rpidamentc hasta alcanzar la temperatura mnbicntc se forma un gel rgido y reversible. pero si las soluciones son diluidas, se vuelven opacas y precipitan cuando se dejan reposar y enfriar lentamente (Fig. 2.25). Cada almidn tiene una tendencia diferente a la retrogradacin que est relacionada con su contenido de amilosa, ya que la amilopcctina es ms dificil que la desarrolle debido a que sus ramificaciones impiden la formacin de puentes de hidrgeno entre molculas adyacentes; sin embargo, s las soluciones de almidn se congelan y se descongelan continuamente, se produce su insolubilizacin, Las fracciones de amilosa o las secciones-lineales de amilopectina que retrogradan, forman zonas con una organizacin cristalina muy rgida. que requiere de una alta energa para que se rompan y el almidn gelatinice. La retrogradacin est directamente relacionada con el envejecimiento del pan; originalmente se pensaba que la modificacin de este alimento se deba a la facilidad de la amilosa para retrogradar y formar zonas cristalinas, pero posteriormente se encontr que tambin la amilopectina ejerce un efecto decisivo. Durante el cocimiento del pan parte de la amilosa se difunde fuera del grnulo y retrograda en el momento de su enfriamiento, de tal manera que los restos de grnulos (ahora ricos en amilopectina) se ven rodeados por

lOO

Hidratos de carbono

B e:

e: ::

.E "' .e "''O~

b

e

"

" " -g

c.

50

60

70

80

90

temperatura de extraccin Figura 2.24 Intensidad de hinchamiento de varios almidones comerciales: a, papa; b, tapioca: e, sorgo creo: d, sorgo creo modificado. y e, maz.

precipitado

solucin

gel

Figura 2.25 Mecanismos de retrogradacin del almidn.

Polisacdridos

101

molculas del polmero lineal; se considera que el envejecimiento se debe bsicamente a la asociacin de las cadenas de amilopectina que permanecen en el grnulo hinchado despus de haber perdido parte de la amilosa. En el pan fresco. el polmero ramificado tiene todas sus ramas completamente extendidas, mientras que en el pan duro, estn retrogradadas, unidas entre si y sin el agua original (Fig. 2.26).

o00masa

-cocimiento

-

estufa

pan fresco

pan duro

Figura 2.26 Funcin de las fracciones del almidn en el envejecimiento del pan sin emulsionantesJ2

De acuerdo con este mecanismo. los cmulsionantes inhiben este fenmeno porque interaccionan con la ami!osu dentro del grnulo y evitan su difusin. lo que trae consigo que la amilopcctina no se concentre y se exponga a la retrogradacin.w.:.: El cnvcjccimicn!o del pan puede hacerse reversible con calor hmedo, siempre y cuando el almidn no se encuentre en un estado muy avanzado de retrogradacin. Las enzimas amlo!ticas del sistema digestivo del humano no atacan las zonas cristalinas que se producen y, en este sentido, se reduce el valor calrico de Jos alimentos que las contienen.2.11.3.4 Productos derivados del almidn - , A partir de este hidrato de carbono se obtienen distintos derivados, como la glucosa. las dextrinas v !os almidones mQdificados. todos ellos ampliamente usados en ia cla.boracn ~ gran nmero de alimentos e inCluso en muchas otras industrias de productos no comcstibles.'H !:a glucosa ~e fabrica por la hLd.nlisis.-.compk.Hulrl-a1m.hl.Q.n.!...con {ciclos v enzimas. amilolticas. Por ejemplo. a una dispersin de 30 a 40% de almidn se le aade HCI en una concentracin de 0.10 a 0.15% y se calienta durante 20 minutos; la hidrlisis parcial que ocurre se completa. despus de neutralizar y enfriar, con la adicin de las a y /3-amilasas y la glucoamilasa. El jarabe producido se purifica y se decolora por centrifugacin, filtracin . y por la accin de carbn activado. y finalmente se concentra. De acuerdo con la

102

Hidrato:.. de carbono

' condicioOcs de temperatura, la glucosa se presenta en tres formas o en mezclas de stas: la a-o-glucosa monohidratada, quccs la ms comn, cristaliza a< so oc y es poco soluble (cuadro 2.3); en caso de emplearse temperaturas ms altas que pueden llegar hasta los 115 'C, se favorece la a-o-glucosa anhidra y si son menores de Jos 115 'C, se induce la P-o-glucosa anhidra que tiene la ventaja de ser muy soluble en agua y que es la ms apropiada para bebidas y otros productos que requieren una solubilizacin instantnea. El grado de conversin de almidn a glucosa se mide en trminos del equivalente de dextrosa (ED), que se define como el porcentaje de azcares reductores de un jarabe, calculado como dextrosa en base seca. El segundo grupo de derivados, las dextrinas, se fabrican por una hidrlisis parcial del almidn1empleando cidos y calor; entre ellas destacan las pirodextrinas, las dextrinas blancas y las dextrinas amarillas. Las. primeras tambin reciben el nombre de gomas pardas (Brit.rh gums) que se logran por un calentamiento de l70 a 2l0 oc durante 7-18 horas; en estas condiciones se propicia una hidrlisis lenta de los enlaces a ( 1,4} y una reordenacin y polimerizacin de las molci1ls producidas, con lo cual se favorece la ramificacin a travs de nuevos enlaces a ( 1,6}-y{J( 1,6), En general, la parte que corresponde a las ramas de un almidn representa de 2 a 3!j, mientras que en las pirodextrinas llegan a ser de 25%, Estos derivados son de peso molecular alto, oscuros, solubles en agua fria, de poca tendencia a la retrogradacin y de alta resistencia a las enzimas amiloliticas. Las dextrinas blancas se fabrican haciendo reaccionar el almidn con cidos a una temperatura de 95 a 120C, con lo cual se favorece la hidrlisis en lugar de la polimerizacin: plicden tener distintos colores, viscosidades y solubilidades de acuerdo con las condiciones de procesamiento. Finalmente, las dextrinas amarillas se obtienen tambin por hidrlisis en condiciones intermedias de temperatura (150-200C) y con menos concentracin de cido que las anteriores. A diferencia de los jarabes de glucosa, las dextrinas no cristalizan; se emplean como agentes espesantes y estabilizadores en un gran nmero de alimentos. Los almidones modificados presentan ms propiedades funcionales que los naturales, por lo que generalmente se emplean ms en la industria; estos productos pueden ser agentes estabilizadores, emulsionantes, humectantes, espesantes, etc . en productos con distintos pH, sales, slidos, lpidos, etc,; es decir, se cuenta con un almidn modificado para cada necesidad, La elaboracin de los almidones modificados normalmente se lleva a cabo por los siguientes procesos: gclatinizacin, fluidizacin por cidos, eterificacin, esterificacin, enlaces cruzados y oxidacin. (is/atinizacin. Consiste en cocer y gelatinizar el almidn hacindolo pasar por unos rodillos calientes. para despus secarlo; el producto se hincha rpidamente en agua fra y for.ma una pasta estable; es un buen agente espesante y se emplea en ~os que 1J9... ~para stt oonsuma...Este mtodo norrnalmenteseemp ea en forma conjunta con otro de naturaleza qumica para btener los beneficios de ambos. [juidzaci!l.(o lzdrlisis) por cidos. Los almidones llamados fluidizados se logran calentando una suspensin al 40% a< 55C en presencia de HCI o de H,so, O, IN durante un tiempo que puede variar entre 1Oy 20 horas para lograr la viscosidad deseada, Como no se alcanza la temperatura de gelatinizacin, el cido slo hidro liza las regioneS amorfas del grnulo y muy poco o nada las cristalinas, por lo que la amilopectina es la ms afectada; despus se neutraliza con NaOH, se filtra, se lava y se seca, Este t\po de almidones forma pastas que en caliente tienen poca viscosidad y sus geles son dbiles: se..

Po/isacdridm~an

103

en laJnduili:ii.I de caramelos cuando se desean texturas gomQsas.

Eteriticacin. Esta reaccin se efecta a 50 C, con xido de propileno. el cual formaenlaces ter con los OH del almidn, y alcanza un grado de sustitucin de 0.05 a 0.10; esto provoca una reduccin en la temperatura de gelatinizacin y de la tendencia de las pastas a la retrogradacin.

,o\CH,-CH-CH1xido de propileno~~ Esta modificacin se lleva a cabo con anhdridos orgnicos e inorg..1nicos, o con sales cidas de orto. piro y tripolifosfatos, que reaccionan con los OH y forman uniones ster. Entre los ms comunes estn los derivados fosfato que se producen por calentamiento de 55 a 60C durante una hora y alcanzan un grado de sustitucin< 3. Este tipo de almidn tiene una menor temperatura de gclatinizacin, se hidrata ms fcilmente y sus pastas transparentes son viscosas y no presentan retrogradacin; ~r su estabilidad a_ Jos ciclos de congclamiento-desconge1amiento, se emplean en la elaboracin de alimehtos congelados. -

otiONa

o11OH

()11ONa

o11ONa

o11ONa

NaO-P-0-P-OH

NaO-f'-0-f'-0-P-ONa

1

1

1

1

1

pirolosfato cido de sodio

lripolifosfato de sodio

.....----Enlaces cruzados. Esta reaccin es de cstcrificacin pero de dos cadenas unidas por un gruj)o funcional, co~o un ster fosfato. Se hace reaccinar una suspensin de almidn con trimetafosfato de sodio, o con oxicloruro de fsforo, que establecen enlaces intermolecularcs que refuerzan el gnnulo. Las pastas de estos derivados presentan una alta estabilidad a la agitacin y al calentamiento, incluso en medio cido, por lo que se emplean en alimentos que requieren una esterilizacin, o que tienen un pH bajo; adems, son buenos espesantes y estabilizadores, no retrogradan ni gelifcan y su sinresis es mnima.o11

oONa

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f'-ONa

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O=P--O-P=o /1ONa

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lrimetafosfato de sodio

/Oxidacin . .Se efecta con diferentes agentes qumicos, pero el ms empleado es el hipoc!otito d:: sodio. La oxidacin de algunos OH se hace al a7m y da lugar a grupos carboxilo. adems de que existe un cierto grado de hidrlisis. Debido a lo voluminoso de dichos grupos, se inhibe, por impedimentos estricos. la unin de cadenas lineales y por consiguiente la retrogradacin. Estos almidones adquieren una temperatura de gelatinizacin y viscosidad menores, pero esta ltima disminuye rpidamente con el calentamiento y la agitacin, dando unas pastas fluidas de gran transparencia.

10;4 2.11.3.5 fntcraccin del almidn con otros constituyentes

Hidratos de carbono

Este polisacrido influye definitivamente en las propiedades sensoriales de los alimentos que estn determinadas por las interacciones que tenga con los otros componentes; aunque la forma precisa y el mccani~mo de estas interacciones no son totalmente conocidos, sus efectos se pueden observar fltcilmcntc. La influencia del agua, las sales, las protenas, cte., hacen que este hidrato de carbono pueda cambiar su temperatura y su velocidad de gelatinizacin, as como otras caractersticas. A (:ontinuacin se discuten los principales agentes que modifican la gclatinizacin del almidn: -"'!gua. ,uno de los principales factores que afectan las propiedades funcionales de estos polmeros es la cantidad de agua con la que pueden reaccionar: la intensidad y su grado de hinchamiento estn en funcin directa de la concentracin de este disolvente de tal maner~ ue la adsorcin se facilita a medida que aumenta la concentracin. Durante la manufactura del pan se requiere de una cierta proporcin de agua para que las molculas de almidn puedan expanderse libremente y contribuyan a la viscosidad de la masa antes del horn.eado. -1=to/rs r sa[t:,,.La presencia de glucosa y sacarosa ejerce una competencia por el agua de fiidralacin que trae consigo cambios en las propiedades reolgicas de este hidrato de carbono, ya que reducen Ja velocidad de la gelatinizacin y la viscosidad final.. En este sCntido, los disacridos son ms activos que los rnonosacridos lo cual se ha comprobado en la manufactura de productos de la repostera en donde se observ que la fructosa ejerce menor efecto que la glucosa y sta a su vez menor que la sacarosa. 6 '1 El hecho de que una mezcla de almidn y sacarosa absorba menos agua que la calculada matemticamente es un reOejo de la interaccin que existe y que hace que el polmero no desarroHe toda su capacidad de hidratacin. 16 Algunas sales aceleran la velocidad de gelatinizacin, mientras otms la reducen; la Jigura 2.27 muestra el efecto de las sales de la leche en la viscosidad del polmero: la diferenci'a de viscosidades entre las curvas By C se debe fundamentalri1ente a la accin de las sales y de los azcares. El almidn no tiene grupos ionizables como otros polmeros (carragaenina, pectinas, protenas, etc.), y por tanto debera ser insensible a las sales y a los cambios de pH; sin embargo, en sistemas modelo. se ha visto que s es afectado cuando los aniones como fosfatos, acetatos, cloruros, citratos, sulltos y tartratos, y cationes como sodio y calcio, se encuentran en concentraciones muy altas.

temperatura C

Figura 2.27 Efecto de la lactosa y de las sales de la leche en la viscosidad del almidn: a. en agua; b, en 5% de lactosa. y e, en un sistema libre de protenas.Gt

l'olisacdritlos

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~ Existen muchos alimentos cuya textura est determinada por las interacciones fisicas y qumicas de las protenas con el almidn. Durante la manufactura del pan a base de harina de trigo se induce este mecanismo que produce una estructura tridimensional en donde qUeda atrapado el C0 2 formado durante la fermentacin. Las protenas de la leche se emplean conjuntamente con el almidn para la elaboracin de diferentes alimentos en los que se requiere de ciertas propiedades funcionales; la temperatura de gelatinizacin en presencia de protenas lcteas depende en gran medida de los tratamientos trmicos previos a los que se somete la leche, ya que esto determina el grado de desnaturalizacin. mismo que influye en las propiedades del almidn. 63 Sin embargo, se ha encontrado que en la manufactura de geles de ahnidn~lcche no se produce una verdadera interaccin, de tal forma que las micclas de casena y los gr{mulos de almidn. vistos al microscopio. se pueden observar separadamente. 36 li.iuulsimwntn y lnjdos. Los emulsionante.., que contienen cidos grasos de cadena larga forman complejos con la amilosa a travs de un mecanismo que parece ser muy similar al descrito para el de yodo-amilosa; cuando contienen ms de 16 tomos de carbono reducen la velocidad de hinchamiento de los grnulos y aumentan su temperatura de gclatinizacin; se ha encontrado que, independientemente del tipo de emulsionante usado, la viscosidad mxima de las pastas de almidn es muy similar, y lo nico que vara es la temperatura a la cual esto se alcanza. 64 Por otra parte. los hidrocarburos de cadena corta y los triacilglicridos reducen la temperatura de gelatinizacin sin importare! ti pode cido graso que contengan. p!-1. Los valores de pH menores de 5o mayores de 7 tienden a reducir la temperatura de gclatinizacin y a acelerar el proceso de coccin (Fig. 2.28). En condiciones muy alcalinas sta decrece considerablemente, mientras que en condiciones muy cidas se favorece la hidrlisis del enlace glucosdico con la consecuente prdid