Resumen carbohidratos (CHO)

3. Carbohidratos

3.1 Introducción

Los carbohidratos (CHO) son compuestos formados por carbono, hidrogeno y oxígeno, presentan la formula general Cx(H2O)n, y tienen estructura de polihidroxialdehído o de polihidroxiacetona. Por lo general se prefiere el criterio de la estructura química, que hace referencia al tamaño de la molécula o al número de átomos de carbono que ésta contiene, así como a la cantidad de unidades de azúcar que lo conforman. Existe un gran número de hidratos de carbono; los más conocidos son la sacarosa, la glucosa, el almidón y la celulosa, existen otros que tienen mucha importancia debido a sus propiedades físicas, químicas y nutricionales. La estructura química de los hidratos de carbono determina las propiedades de los alimentos, tanto naturales como procesados, dependen del tipo de hidrato de carbono que contengan y de las reacciones en que éstos intervienen.

3.2 Sistemas biológicos relacionados.

Los carbohidratos desempeñan un papel central en el metabolismo de vegetales y animales. Los hidratos de carbono que provienen del reino vegetal son más variados y abundantes; la síntesis de estos por las plantas verdes a partir de dióxido de carbono y agua con ayuda de la energía luminosa, la fotosíntesis, es la base de la existencia de todos los demás organismos, que dependen de la ingestión de materia orgánica con los alimentos. 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 y el almidón, polímeros de glucosas cuya combustión generan 4 kcal/g. Los carbohidratos son abundantes, de fácil disponibilidad y baratos, es un componente común en los alimentos, bien como componentes naturales o bien como ingredientes añadidos.

3.2.1 Carbohidratos alimenticios más usuales (fuente y composición).

Los hidratos de carbono pueden ser monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. Los monosacáridos son los monómeros o unidades básicas de los hidratos de carbono más complejos, cuya unión química produce oligosacáridos o polisacáridos, los cuales, a su vez, pueden estar constituidos por una o varias clases de monómeros. Estos compuestos, solubles en agua, son insolubles en etanol y en éter y tienen apariencia cristalina y blanca. La cantidad de monosacáridos en estado libre es muy inferior al número de los que se encuentran en forma combinada integrando los diversos polisacáridos. Los monosacáridos más comunes derivan del D-gliceraldehído con la adición de grupos CHOH a la cadena básica de carbonos. Los polisacáridos constituyen un grupo heterogéneo de polímeros, en el que intervienen más de 10 monosacáridos unidos por distintos enlaces glucosídicos. No producen verdaderas soluciones, sino más bien dispersiones de tamaño coloidal; puros no tienen color, aroma ni sabor. Se encuentran como cadenas lineales o ramificadas, que a su vez pueden estar integradas por un solo tipo de monosacárido (homopolisacárido) o por varios tipos de monosacáridos (heteropolisacárido).

3.2.2 Importancia tecnológica

Los polisacáridos se encuentran en muchos productos alimenticios e incluso a menudo conservan su papel natural como sustancias estructurales o nutritivas. Los polisacáridos aislados se utilizan profundamente en la tecnología de los alimentos en forma nativa o modificada como espesantes, gelificantes, estabilizantes de dispersiones y emulsiones, formadores de películas, sustancias de recubrimiento para proteger los alimentos lábiles de cambios no deseados y como filtros inertes. Existen desde polisacáridos totalmente insolubles hasta aquellos con buenas características de solubilidad e imbibición en agua caliente e incluso fría. Algunas soluciones presentan solo una viscosidad baja incluso a concentraciones altas, mientras que otras son extraordinariamente viscosas a bajas concentraciones. Algunos, a concentraciones muy bajas forman geles termorreversibles.

3.3 Características y propiedades funcionales de los carbohidratos involucrados en la industria alimentaria.

3.3.1 Almidón

El almidón se encuentra ampliamente distribuido en distintos órganos de las plantas como carbohidratos de reserva. En la naturaleza se presenta como complejas partículas discretas (gránulos). El almidón es una mezcla de dos glucanos, amilosa y amilopectina. La mayor parte de los almidones contienen un 20-30% de amilosa y un 70-80% de amilopectina. La mayor parte de la amilosa es una cadena lineal de unidades de α-D-glucopiranosilo unidas por enlaces (1→4). El acoplamiento de la posición axial-ecuatorial en las cadenas de amilosa da a las moléculas una forma de hélice. La amilopectina es una molécula muy grande y altamente ramificada, consiste en una cadena que contiene el único extremo reductor (cadena-C), la cual tiene numerosas ramas, (cadenas-B), a las que se unen por su parte varias cadenas-A. Los gránulos de almidón no dañados son insolubles en agua fría, pero pueden hincharse ligeramente con el agua y volver a su estado original al secarse. Sin embargo al calentarse en agua, los gránulos de almidón comienzan a sufrir una serie de modificaciones irreversibles como: el hinchamiento, la pérdida de birrefringencia y la pérdida de cristalinidad. Este proceso es denominado como gelatinización a partir de una temperatura característica para cada almidón llamada como temperatura de gelatinización. En la gelatinización, primero se produce una difusión del agua al interior del granulo, después funden las regiones cristalinas por la hidratación y, finalmente, el hinchamiento da lugar a una disolución por la difusión de agua. Al enfriar, algunas moléculas de almidón se reasocian parcialmente para formar un precipitado o un gel, este proceso se denomina retrogradación. La velocidad de retrogradación depende de diversas variables como: la relación molecular amilosa/amilopectina, la temperatura, la concentración de almidón y por último la presencia y concentración de otros ingredientes. Si se calienta una solución concentrada de amilosa y se enfría rápidamente hasta alcanzar la temperatura ambiente se forma un gel rígido y reversible, pero si las soluciones son diluidas, se vuelven opacas y precipitan cuando se dejan reposar y enfriar lentamente. El proceso de gelatinización del almidón es afectado: En presencia de compuestos polihidroxilados la temperatura de gelatinización aumenta y, disminuye en presencia de sales. Los compuestos polihidroxilados compiten por el agua de hidratación del almidón lo que trae cambios en las propiedades del polisacárido; reducen la vel. de gelatinización. Como los aminoácidos o los esteres de ácidos grasos de hidroxiácidos, los lípidos forman compuestos con la amilosa. El pH afecta la velocidad y la temperatura de hinchamiento, pH<5 o pH>7 tienden a reducir la temperatura de gelatinización y acelerar el proceso de cocción.

La mayoría de los almidones modificados son almidones entrecruzados. Este proceso ocurre cuando el almidón se hace reaccionar con agentes químicos que reaccionan con dos grupos hidroxilo de distintas moléculas del mismo granulo, lo que reduce la capacidad de hinchamiento y de ruptura del gránulo. Resisten condiciones más rudas de pH y temperatura, esfuerzo cortante y presión, por lo que forman soluciones más viscosas y son más estables. El almidón pregelatinizado se disuelve rápida y fácilmente en líquidos fríos, permitiendo a los productos desarrollar una viscosidad completa sin cocinado. El almidón hidrolizado es aquel modificado por hidrólisis ácida, la modificación permite una cocción y aplicación a mayores temperaturas y concentraciones con respecto al almidón nativo.

Las propiedades tecnológicas del almidón dependen mucho del origen, y de la relación amilosa/amilopectina, tanto cuando forma parte de un material complejo como cuando se utiliza purificado.

3.3.2 Gomas

Son hidrocoloides (polisacáridos y/o proteínas), tanto naturales como sintéticos utilizados ampliamente para controlar las propiedades reológicas en muchos productos. Son no calóricos y usualmente no imparten sabor ni olor. Las gomas más usadas en la industria alimentaria son:

 -Alginatos: Son descritos como compuestos que incluyen una variedad de productos constituidos por los ácidos D-manurónico y L-gulurónico; y son extraídos de algas marrones (Phaeophyceae). Son conocidos por su capacidad para producir geles irreversibles en agua fría, en la presencia de iones calcio. Muchos alginatos son usados, como espesantes, estabilizantes de emulsiones, gelificantes, inhibidores de sinéresis.

-Gomas celulósicas: Son las más usadas de este grupo y forman una familia de productos obtenidos por modificación química de la celulosa, siendo los más importantes: carboximetilcelulosa (CMC), metilcelulosa (MC) e hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC). La CMC es generalmente utilizada como espesante, estabilizante, gel, y modificador de las características de flujo de soluciones acuosas o suspensiones. La MC y la HPMC son las únicas gomas que gelifican con el calor y después, al enfriarse, retornan a su viscosidad original líquida.

-Goma Xantana: Es un heteropolisacárido muy ramificado formado por una cadena principal de unidades de β-galactopiranosas a la cual se le unen residuos de L-ramnopiranosas, de L-arabinofuranosas y de úcido glucurónico. Los grupos ácidos hacen que la viscosidad de la dispersion se vea afectada por la adición de ácidos o de álcalis, y por la presencia de cationes. Sus características principales son su alta solubilidad en agua y la baja viscosidad que desarrolla.

-Goma Guar: Se obtiene del endospermo de la semilla leguminosa Cyamopsis tetragonolobus. Su principal componentes son los galactomamanos que consisten de una cadena principal de unidades ß-D-manopiranosas unidas por enlaces (1,4), con ramificaciones de una unidad de α-D-galactopiranosa unidos por enlaces (1-6). En la goma guar aprox. la mitad de las unidades de D-manopiranosas contienen una ramificación de D-galactopiranosa. Debido a que las unidades de galactodsidicas están distribuidas uniformemente, hay pocas zonas disponibles para formar zonas de unión.

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