idratoscarbono

8/8/2019 idratosCarbono

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Tema 5: Hidratos de carbono y su aprovechamiento Dpt. Ingeniera Qumica

Ampliacin de Tecnologa de los Alimentos

Ingeniero Qumico

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Tema 5

Estructura y funcin de los hidratos de carbono: azcares,almidn, glucgeno, celulosa.

OBJETIVOS:

Conocer la naturaleza de los hidratos de carbono Clasificar los hidratos de carbono.

Conocer las relaciones entre los distintos grupos de hidratos de carbono. Estudiar la importancia de la estereoisomera en azcares e hidratos de carbono

complejos. Conocer las reacciones de interconversin de unos hidratos de carbono en otros

Conocer las fuentes ms importantes de hidratos de carbono para la industriaagroalimentaria.

Estudiar los procedimientos de aprovechamiento industrial de los hidratos de carbono.

Conocer los productos industriales ms importantes y las alternativas para sufabricacin.


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ndice del tema

1 INTRODUCCIN.............................................................................................................................. 3

2 BREVE CLASIFICACIN DE LOS HIDRATOS DE CARBONO

................................................................ 3 3 MONOSACRIDOS.......................................................................................................................... 5 3.1 Tipos y clasificacin..................................................... ........................................................ 5 3.2 Anmeros y equilibrio ................................................................ .......................................... 8 3.3 Reacciones de inters industrial los monosacridos..................................... ..................... 11

4 DISACRIDOS. ............................................................................................................................. 13 4.1 Caractersticas y disacridos ms comunes ............................................................... ....... 13 4.2 Equilibrio anomrico. Disacridos reductores y no reductores ........................................ 14 4.3 Reacciones de inters industrial los monosacridos..................................... ..................... 14

5 POLISACRIDOS: DEFINICIN Y CLASIFICACIN........................................................................... 15 6 ALMIDN..................................................................................................................................... 17 7 CELULOSA Y FIBRA...................................................................................................................... 22 8 PECTINAS..................................................................................................................................... 24

9 OTROS POLISACRIDOS. .............................................................................................................. 27 10 ALIMENTOS GLUCDICOS. ........................................................................................................ 28 10.1 Cereales: trigo, maz, arroz y otros ....................................................... ............................ 28 10.2 Frutas .............................................................. .............................................................. ..... 33

11 PROCESOS DE APROVECHAMIENTO DE ALIMENTOS RICOS ENHC............................................ 33 11.1 Obtencin del azcar de mesa (caa y remolacha) ........................................................... 33 11.2 Aprovechamiento del almidn de maz ........................................................... ................... 35 11.3 Azcar invertido............................................................... .................................................. 36


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1 Introduccin

Los hidratos de carbono son una familia de sustancias ampliamente difundidas entre losalimentos que se caracterizan por obedecer a la frmula emprica

CnH2nOn Cn(H2O)n Por tanto estn constituidos por carbono, hidrgeno y oxgeno en proporcin tal que pueden

representarse como si cada tomo de carbono estuviese unido a una molcula de agua, cosa que noresponde en absoluto a la realidad.

En realidad estas sustancias qumicamente son polihidroxialdehidos o polihidroxicetonasconstituidas por una o ms unidades fundamentales (nonosacridos) que a su vez son molculas swpolihidroxialdehidos o polihidroxicetonas simples derivadas cadenas lineales de hidrocaburo que enlas sustancias ms habituales contienen 5 6 tomos de carbono.

La isomera posicional que presentan es extremadamente importante en estos compuestos.Sustancias con la misma formula emprica pueden tener propiedades muy diferentes con slo unadiferencia en un carbono asimtrico.

Los hidratos de carbono constituyen, por volumen de produccin y consumo, la parte msimportante de la tecnologa agroalimentaria, especialmente teniendo en cuenta que, comparados congrasas y lpidos, muchos hidratos de carbono requieren procesos de extraccin y/o purificacin(azcar, almidn, jarabes, dextrinas ).

Como alimentos, los hidratos de carbono son los ms baratos, se obtienen con facilidad y enabundancia y son ms fciles de digerir en comparacin con los dems nutrientes.

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Breve clasificacin de los hidratos de carbonoPor su naturaleza qumica, es conveniente considerar los diferentes tipos de hidratos de

carbono divididos por orden de creciente complejidad. Los HC ms complejos estn constituidos porunidades de HC sencillos, por lo que es necesario comprender la qumica de estos ltimos para poderentender los ms complejos.

Tradicionalmente, los HC se han dividido en los siguientes grupos: Mono y disacridos

Oligosacridos

Polisacridos Otros

Mono y disacridos:Son las molculas ms simples que consisten en un esqueleto de cadenas carbonadas lineales

de 3 a 8 carbonos (siendo 5 y 6 con mucho los ms habituales en TA) que son polihidroxialdehidos ypolihidroxicetonas.

Los monosacridos aparecen muy a menudo en los alimentos enlazados de dos en dos (deforma que se explicar en detalle ms adelante) en molculas que se denominan disacridos. El azucarde mesa (sacarosa) es un ejemplo de disacardo que puede ser obtenido de la caa de azcar y dealgunas variedades de remolacha.


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Comprender las relaciones de estereoisomera de los monosacridos es importante paracomprender los principios de los procesos de aprovechamiento de estos compuestos.

Dentro de los monosacridos conviene considerar como subgrupo a losmonosacridosderivados que se obtienen por reduccin (azcares-alcohol como el xilitol) por oxidacin (cidoscomo el glucnico) y otros que se obtienen por desoxigenacin, aminacin y esterificacin con cidofosfrico. Estos tres ltimos tienen inters bioqumico pero no alimentario.

Existen otros derivados de los mono y disacridos como lasucralosa, La sucralosa es underivado clorado de la sacarosa de nombre qumico 1,6-dicloro-1,6-dideoxi--D-fructofuranosil-4cloro-4deoxi-a-D-galactopiransido. Es un potente edulcorante artificial que tiene la ventaja de sermuy estable a la temperatura.Oligosacridos:

Se denominan de esta forma a las cadenas de monosacridos que contienen desde unas pocasunidades hasta varios cientos de estos monmeros enlazados. Aparecen en fuentes naturales aunque enmucha menos frecuencia y cantidad que los mono, di y polisacridos.

Sin embargo, son importantes productos industriales (dextrinas) o productos intermedios enprocesos de aprovechamiento de los HC.Polisacridos:

Son largas cadenas polimricas de monosacridos (fundamentalmente glucosa exclusivamenteen los polisacridos que ms nos interesan) que constituyen los tejidos de reserva de plantas y, enalguna medida, de animales. Los polisacridos tambin tienen una gran importancia en los tejidos desostn de la planta.

Entre los polisacridos ms importantes encontramos los siguientes.El almidn es un polmero de glucosa que constituye el tejido de almacenamiento ms

importante en las plantas. Es la sustancia ms importante que existe desde el punto de vista de laalimentacin humana por su volumen de consumo, disponibilidad, precio y disposicin.El glucgenoes un polmero de glucosa que constituye el tejido reserva de los animales. No

es importante desde el punto de vista alimentario porque aparece en cantidades pequeas y suextraccin no es econmica.

Losdextranosson polisacridos producidos por microorganismos. Es tambin un polisacridode glucosa pero presenta diferencias respecto a los otros en el tipo de enlaces entre las unidades demonosacrido y en la ramificacin.

La celulosa es el principal componente de la pared celular de los vegetales. Se puedeconsiderar como la molcula orgnica ms abundante en la Naturaleza. Es un polmero lineal de milesde glucosas. Tiene una estructura lineal o fibrosa impenetrable al agua. Origina fibras compactas queconstituyen la pared celular de las clulas vegetales.

Los xilanos Estn formados por unidades de D-xilosa (ver figura ms adelante) y soncomponentes de la madera. La D-xilosa es una aldopentosa, que cuando adopta su forma cerrada dalugar a un anillo piransico. Los xilanos estn formados por la unin de residuos de b-D-xilopiranosasmediante enlaces (1 4). Con frecuencia los xilanos contienen monosacridos derivados que se unena la xilosa mediante enlaces (1 2) (1 3). Estas modificaciones son caractersticas para cadatipo de madera y todas estas variantes se agrupan bajo el trmino de hemicelulosas. En la figura de laderecha se representa una hemicelulosa caracterstica de maderas duras, el glucuronoxilano: Estformado por b-D-xilopiranosas unidas mediante enlaces (1 4), y presenta residuos de 4-O-metil--glucurnico unidos mediante un enlace (1 2).

Los xilanos no se trataran en este tema por carecer de inters alimentario.


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Existen otros polisacridos modificados, como la pectina, que tienen un papel estructural enlos tejidos y una importante aplicacin como gelificantes en la industria de la alimentacin.

3 Monosacridos.Los monosacridos o azcares simples son, como ya ha escuchado vd muchas veces,

polihidroxialdehdos y polihidroxicetonas. Es ms preciso decir que son sustancias cuyo esqueleto esuna cadena carbonada lineal de 3 a 8 tomos de carbono que contiene un grupo carbonilo bien en elextremo (aldehdo), bien en el tomoinmediatamente contiguo (cetona, siempre en posicin 2).Adems, los monosacridos contienen 1 y solo 1 hidroxilo (-OH) sobre el resto de los tomos decarbono.

3.1 Tipos y clasificacin

Los monosacridos se diferencian en tres aspectos:

Longitud de la cadena carbonada Presencia de grupo aldehdo o cetona

EstereoisomeraLos monosacridos que contienen el grupo aldehdo se denominan aldosas y cetosas los que

tienen el grupo ceto. Tambin se suele incluir el nmero de carbonos en la nomenclatura usando losprefijos tri, tetro, pento, y hexo (o los que sean necesarios, si la cadena es de otra longitud).

As una aldotetrosa es un azcar (monosacrido) de cuatro tomos de carbono que lleva elgrupo aldehido, y una cetohexosa es

Por otra parte, es sencillo ver que la mayora de los tomos de carbono en estas sustancias sonasimtricos y por tanto generan una gran variedad de ismeros pticos.

Aunque la diferencia entre un ismero ptico y otro puede parecer irrelevante, lo cierto es queexisten grandes diferencias entre estos ismeros, algunas muy inportantes desde el punto de vista de latecnologa de los alimentos ya que implican a ladigestibilidady alpoder endulzante.

Los ismeros pticos se clasifican DNDOLES UN NOMBRE PROPIO. Aunque existe unaposible nomenclatura sistemtica, no se usa. Estos nombres propios provienen de una varidad decircunstancias relacionadas con el descubrimiento del monosacrido (fuente, etc) aunque convieneclasificarlos considerando que proceden de la elongacin de la aldosa y cetosa ms sencillas:gliceraldehido y dihidroxicetona.

Los monosacridos ms comunes en la naturaleza (y en los alimentos) son aldopentosas,aldohexosas, cetopentosas y cetohexosas (algunas de ellas). Al resto no le prestarmos atencin

ALDOSAS


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Se consideran derivadas del gliceraldehido. Como vd ya se habr dado cuenta, el tomocentral del gliceraldehido es pticamente asimtrico y da lugar a dos ismeros, el D y el L.

La nomenclatura D L hace referencia a la configuracinabsoluta segn la convencin de Fischer, y o a las propiedades derotacin de la luz de la sustancia. La siguiente figura recuerda laconvencin de Fischer:

Con vistas a su clasificacin todas las aldosas seconsideran derivadas del gliceraldehido, asumiendo que se vaminsertando nuevos tomos de carbono entre las posiciones 1 y 2 dela cadena (contando desde el carbonilo). Este nuevo tomoinsertado es asimtrico, por lo que se genera un nuevo centroptico con cada insercin. Cada uno de los compuestos generadosrecibe su nombre convencional.

Las aldosas generadas a partir delD- gliceraldehidose muestran a continuacin:

Dese cuenta que la configuracin del penltimo carbono permanece inalterada respecto al D-gliceraldehido.


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El L-gliceraldehido genera la serie L de aldosas. Cada D-aldosa encuentra su enantimero(imagen especular) en la familia de las L-aldosas y viceversa. La configuracin de las L-aldosas sededuce trivialmente de la figura anterior.

Las hexosas ms importantes desde el punto de vista alimentario son con mucho la glucosa enprimer lugar, y despus la galactosa y la manosa. A la D-glucosa se le denomina tradicionalmentedextrosa.

CETOSAS De la misma forma que lo expuesto para las aldosas, las cetosas se pueden considerar

derivadas de la dohidroxicetona. Sin embargo, la dihidroxicetona no presenta centro quiral, por lo queel nmero de cetosas posibles se reduce a la mitad como se puede observar en la figura siguiente.

En este caso la estereoisomera comienza en la eritrulosa. La D- eritrulosa da comiendo a lafamilia de las D-Cetosas.

La fructosa es, con mucho, la cetosa (cetohexosa) de mayor inters alimentario al aparecer enalimentos como frutas y miel. Observe que la estructura espacial de la fructosa tiene mucho que ver


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con la de la glucosa y manosa. Esto es interesante porque existen enzimas capaces de isomerizar el lasaldosas a cetosas y por tanto la isomerizacin de glucosa y manosa rendir fructosa, que tiene laventaja de ser ms dulce que cualquiera de las anteriores.

La D-tagatosa es objeto de inters recientemente como alimento diettico (vendida comoNaturlose) (www.naturlose.com).

3.2 Anmeros y equilibrio

Otro factor que aade ms complejidad a la configuracin de los monosacridos es que tantoel grupo aldehido como el ceto pueden reaccionar con los hidroxilos abundantemente disponibles paraformar respectivamente hemiacetales y acetales.

Mediante esta reaccin aldohexosas y cetohexosas forman enlacesinternos dando lugar acompuestos heterocclicos de 5 y 6 tomos de los que se muestran ejemplos a continuacin.

La glucosa:

Puesto que el tomo 1, conde estaba el grupo aldehido, pasa a ser asimtrico, se crean dosnuevos ismeros (anmeros) de la glucosa, la forma y la.

Aunqueesta diferenciapueda parecer insignificante, es deextraordinaria importanciayaque da lugar a que lacelulosano se pueda digerir mientras que elalmidnse digiere fcilmente y esde gran importancia alimentaria.

Merece la pena atender a la estructura tridimensional de los anmeros de glucosa ya quedespus permite explicar las diferencias entre las propiedades de sus polmeros.


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La reaccin es:

Y los dos anmeros posibles son

La fructosa (como ejemplo de cetohexosa) forma heterociclos de 5 tomos anlogos al furano:


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Que da lugar a los dos siguientes anmeros

Equilibrio anomricoCul es, pues, la forma real en la que aparece la glucosa?En general es difcil de decir. La forma abierta y los anmeros piransicos se interconvierten

entre s (los anmeros slo lo hacen a travs de la forma abierta) en un equilibrio dinmico. En el casoconcreto de que est en disolucin acuosa, la forma abierta existe slo en una pequea proporcin(1%) y el anmero predomina suponiendo 2/3 de la glucosa piransica. Sin embargo, el equilibrio noes rpido. La proporcin de cada una de las especies en seco es la que tuviesen en el momento delsecado.

Cualquiera de las tres formas o cualquiera de las muestras posibles, una vez disueltas en aguaevolucionan hasta alcanzar el equilibrio mencionado.


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3.3 Reacciones de inters industrial los monosacridos

Los monosacridos pueden experimentar diferentes reacciones. Las transformaciones deinters industrial se comentan a continuacin

OXIDACIN:El grupo carbonilo de las aldosas puede ser oxidado con relativa facilidad para dar cidos que

se denominan con nombres derivados del monosacrido del que proceden. Un ejemplo se ve acontinuacin.

Por ejemplo, el cido glucnico es un importante producto industial que destaca por su poderquelante, por su estabilidad en un ampli rango de condiciones de temperatura y pH y por ser unasustancia poco corrosiva, no txica y biodegradable. El gluconato es un excelente contrain porejemplo en la formulacin de especialidades farmaceuticas.

La oxidacin puede realizarse por medios qumicos aunque suele hacerse usandofermentaciones.

REDUCCIN

El grupo carbonilo de aldosas y cetosas puede ser fcilmente reducido tal y como muestra lafigura siguiente para el caso de la glucosa

Mediante esta reaccin se obtiene una familia de sustancias denominadas azcares-alcoholque tienen poder edulcorante sin tener muchas de las desventajas de los azcares correspondientes, alser tolerados por diabticos e impedir la proliferacin de bacterias que producen la placa bacteriana.

Estas sustancias tienen pues empleo como edulcorantes, teniendo la ventaja de aportar masaal producto y poder actuar como material de relleno, cosa que no ocurre con edulcorantes como lasacarina o el ciclamato.


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ISOMERIZACIN Los monosacridos presentados pueden interconvertirse uno en otro mediante el empleo de

enzimas. Especial inters tiene la isomerizacin de glucosa a fructosa mediante el uso de la enzimaglucosa-isomerasa.

La fructosa es un azcar de mayor poder edulcorante que la glucosa, por lo que estaisomerizacin consigue un incremento del poder endulzante.

La glucosa-isomerasa al actuar sobre glucosa produce n el equilibrio una mezcla del 42% defructosa, 52% de glucosa y resto de otros azcares. La mezcla as obtenida se denomina azcarinvertido porque se vara el giro que produce la glucosa en la luz polarizada hasta cambiarse de signocuando el contenido en fructosa va creciendo. La rotacin ptica es un mtodo sencillo de seguir elprogreso de sta.

FORMACIN DE ACETALESLos grupos hidroxilo de dos monosacridos pueden reaccionar para unir dos molculas de

monosacrido y liberar una de agua. Por ejemplo, la unin de dos glucosas da la maltosa:

Mediante esta reaccin pueden producirse largas cadenas de monosacridos que forman lospolmeros que veremos a continuacin.

Este enlace entre el carbono carbonlico (en la forma abierta) y un hidroxilo se denominaenlaceO-glicosidico. Se denomina as para distinguirlo del enlace N-glicosdico que tambin forman amenudo los azcares, en el que interviene un grupo amino de otra sustancia.

OTRAS REACCIONESLos monosacridos presentan otras muchas reacciones que tienen gran importancia biolgica

(glicosilacin, formacin de cianhidrinas, elongacin de la cadena etc) pero que carecen de intersalimentario o industrial.


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4 Disacridos.Los disacridos son molculas que constan de dos subunidades de monosacrido unidas por un

enlace O-glicosidico (descrito antes). Los monosacridos constituyentes normalmente se encuentranunidos entre el carbono anomrico de uno (el carbono que en la forma abierta es el grupo carbonilo) yun carbono no anomrico del otro, tras la correspondiente prdida de una molcula de agua. Sinembargo, tambin es posible encontrar monosacridos unidos por dos carbonos anomricos

4.1 Caractersticas y disacridos ms comunes

Los disacridos merecen captulo aparte por su granabundancia natural. Adems los disacridos tienen un graninters alimentario e industrial.

Los tres disacridos ms abundantes e importantes son

la sacarosa, la lactosa y la maltosa. Las tres molculas semuestran en la figura de la izquierda.La sacarosa est constituida por la unin de una

molcula de glucosa y otra de fructosa, realizadaentre doscarbonos anomricos. La sacarosa es el azcar de mesa, loque basta para dar idea de su importancia industrial. Lasacarosa se extrae a gran escala de la caa de azcar yespecialmente de la remolacha (al menos en Espaa). Como seve en la figura, los monmeros son la forma de la glucosa yla de la fructosa (aunque en la figura no lo pone)

La lactosa es el disacrido presente en la leche de losmamferos y consta de una molcula de galactosa unida porsu carbono anomrico la posicin 4 de una glucosa. La lactosaes escindida en sus monmeros por la enzima lactasa en elhombre y por una -galactosidasa en algunosmicroorganismos. No es raro en el ser humano perder lacapacidad de generar lactosa, especialmente en algunas etnias,lo que produce un trastorno denominado intolerancia a la lactosa. Es posible rebajar o eliminar elcontenido en lactosa de algunos alimentos mediante el uso de-galactosidasas obtenidas demicroorganismos.

La maltosaes el azcar que se obtiene de la hidrlisis enzimtica del almidn, habitualmentellevado a cabo por el enzimamaltasa, que es un paso esencial de todos los procesos de

aprovechamiento del almidn. La maltasa hidroliza el almidn de dos en dos unidades rindiendomaltosa. La maltasa es la enzima que genera de forma natural la cebada al germinar (malta=cebadagerminada) y que, mediante posterior molturacin, se usa para aprovechar el almidn de estos granosque de otra forma encuentran poca aplicacin alimentaria. Este es uno de los pasos de la elaboracinde lacervezay whisky. Otros granos diferentes de la cebada tambin pueden aprovecharse de formasimilar.

Maltosa y lactosa pueden existir en forma o , segn sea la conformacin del segundo restode glucosa.

La maltosa y la lactosa slo tienen aproximadamente 1/3 del poder endulzante de la sacarosa.


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4.2 Equilibrio anomrico. Disacridos reductores y no reductores

Cuando alguno de los restos deazcar que forman los monosacridostienen el carbono anomrico libre (elque es el carbonlico en la forma abierta)pueden sufrir una reaccin de hidrlisisde equilibrio igual a la descrita para losmonosacridos. Esto pasa por ejemplocon la lactosa:

La forma que presenta el grupoaldehido libre se encuentra en muypequea proporcin.

La maltosa tambin experimentaeste proceso, al igual que todosacridoque tenga un carbonoanomrico libre.

La galactosa de la lactosa nosufre este equilibrio porque el carbonoanomrico est enlazado y por lo tantono puede volver a formar el grupo carbonilo que corresponde a la forma abierta. La configuracin o queda pues fijada cuando el monosacrido est formando une enlace O-glicosdico, como en elalmidn.

La sacarosa no experimenta este equilibrio porque tiene los dos carbonos anomricos

enlazados.Las aldosas que experimentan este equilibrio, ya sea solas o formando parte de otro sacrido,

presentan, aunque en pequea proporcin, un grupo CHO que puede ser oxidado a cido. A stos seles denominaazcares reductores. Maltosa y lactosa son azcares reductores. La sacarosa no lo es.

4.3 Reacciones de inters industrial los monosacridos

La transformacin de ms inters que presentan los disacridos, en general, y los que venimostratando en particular, es lahidrlisis.

Hidrlisis: Escindir la molcula de disacrido en los monosacridos que lo forman.

Esta reaccin es til y conveniente por una variedad de motivos que dependen del disacridoque se considere:

Sacarosa: La sacarosa puede ser hidrolizada a glucosa y fructosa. El resultado es una mezclaal 50% de ambos monosacridos que resulta ms manejable, tiene mayor poder humectante y, sobretodo, tiene un poder endulzante 20% mayor que la sacarosa original.

Lactosa: Adems de tener poder endulzante muy reducido, da problemas de intolerancia antela deficiencia de lactasa. Este problema es importante especialmente en algunas razas y msfrecuentemente en ancianos. La hidrlisis permite obtener leche y productos lcteos que no causanestos problemas.

Maltosa: Tambin tiene un poder endulzante reducido que puede ser incrementado por suhidrlisis a glucosa. Ms an, la glucosa puede ser isomerizada a fructosa en un paso posterior, lo que


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rinde un edulcorante con un poder endulzante 120% el de la sacarosa y con mejores propiedades parala industria alimentaria. Estas transformaciones son pasos del proceso de aprovechamiento delalmidn para la produccin de azcares industriales.

Reacciones de hidrlisis:La hidrlisis puede ser catalizada por cido (o base) o enzimtica.Los procesos enzimticos resultan ms caros pero proporcionan productos de calidad muy

superior, uniformes, sin subproductos reacciones secundarias y permiten mayores conversiones, queen muchos casos se acercan al 100%. Las hidrlisis enzimticas operan a

5 Polisacridos: definicin y clasificacin.Se entiende por polisacrido una sustancia formadas por la polimerizacin de monosacridos

(o alguno de sus derivados) para dar molculas lineales o ramificadas con muchos cientos o miles derestos enganchados.Los polisacridos tienen el papel de sustancias de reserva o de soporte estructural

fundamentalmente en las plantas.El monmero ms importante es la glucosa. Los monmeros aparecen en su forma ciclada

(piransica). Es importante entre que carbonos se produce la unin y dnde se ramifica la molcula,con y con qu frecuencia.

Los polisacridos, y en concreto el almidn, son sustancias de extraordinario intersalimentario e industrial.

Existen los siguientes tipos de polisacridos que se pueden clasificar por sus papel de reservao estructural:

Polisacridos de reserva

Almidn: Es la forma ms generalizada, aunque no la nica, de reserva energtica envegetales. Se almacena en forma de grnulos, y puede llegar a constituir hasta el 70%del peso de granos de cereales (maz y trigo) o de tubrculos.

Glucgeno: Es el polisacrido de reserva propio de los tejidos animales. Se encuentraen casi todas las clulas, pero en los hepatocitos y en las clulas musculares suconcentracin es muy elevada.

Dextranos: Son polisacridos de reserva producidos por ciertas bacterias. Consisten

en cadenas de glucosa muy ramificadas, cuyo enlace predominante es (1a6), peroque presenta ramificaciones (1 -3) y (1 -4).


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Estructura del polisacrido dextrano.

Polisacridos estructurales

Celulosa: Es el principal componente de la pared celular de los vegetales. Se puedeconsiderar como la molcula orgnica ms abundante en la Naturaleza. Es unpolmero lineal de varios miles de glucosas unidas por enlaces (1-4). Tiene unaestructura lineal o fibrosa, en la cual se establecen mltiples puentes de hidrgenoentre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas, hacindolasimpenetrables al agua, y originando fibras compactas que constituyen la pared celularde las clulas vegetales

Xilanos: Estn formados por unidades de D-xilosa (figura de la izquierda) y soncomponentes de la madera. La D-xilosa es una aldopentosa, que cuando adopta suforma cerrada da lugar a un anillo piransico. Los xilanos estn formados por la uninde residuos de b-D-xilopiranosas mediante enlaces (1-4). Con frecuencia los xilanoscontienen monosacridos derivados que se unen a la xilosa mediante enlaces (1 -2) (1 -3). Estas modificaciones son caractersticas para cada tipo de madera y todas estasvariantes se agrupan bajo el trmino dehemicelulosas.

Otros polisacridos: Como las pectinas, agar, carragenatos y gomas (guar,tragacanto etc.), no tienen valor alimenticio pero desempean un importante papel

en la elaboracin de muchos alimentos al actuar como espesantes, estabilizantes. Sinembargo, no son estrictamente polisacridos.

Los polisacridos de reserva son digestibles y ms facilmente hidrolizables, y por ello son losque ms interesan en el contexto de este tema. Sin embargo, la celulosa y especialmente otrospolisacridos (los mencionados en el ltimo punto) tienen gran inters industrial y nutricional.


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6 Almidn.

Es un polmero de -glucosa en el que los monmeros se encuentran enlazados por enlaces 1-4 y ocasionalmente se ramifican formando un enlace adicional en posicin 1-6, como se ve en lasfiguras siguientes:


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El almidn se encuentra en semillas, races, tubrculos etc., lugares donde la planta almacenaenerga. Alimentos como el maz tierno y las patatas tienen en torno al 15% de almidn, los cerealespueden llegar a tener el 70%. El almidn se encuentra formando granos esfricos que pueden verse almicroscopio y se pueden diferenciar por su apariencia entre unas y otras especies.

El almidn est compuesto por dos polmeros distintos, ambos de glucosa, la amilosa y laamilopectina. El almidn presenta en su conjunto una estructura cristalina. Bajo luz polarizadapresenta el esquema tpico de "Cruz de Malta". De esta estructura cristalina es responsable laamilopectina debido a que en ella se forman Puentes de hidrgeno entre las ramificaciones dandolugar a una estructura muy estable que se puede considerar como cristalina. Se puede decir que laamilopectina es la parte insoluble mientras que la amilosa es la parte soluble.

Veamos los componentes del almidn.Amilosa: Polimero compuesto por unin de unidades de glucosa (OH del carbono

anomrico en posicin axial). Slo aparecen enlaces 1-4, por lo que su estructura es lineal (esto nosignifica que las cadenas sean rectas, sino que se enrollan formando una hlice). Aparece en unaproporcin en torno al 20-25% del almidn total aunque con abundantes excepciones como son elguisante, que presenta una proporcin del 60%, y en el otro lado los cereales creos, que no presentannada de amilosa.

Amilopectina: Polimero compuesto por unin de unidades de glucosa mediante enlacesenlaces 1-4, pero ramificado con uniones 1-6 cada 20 a 25 restos de glucosa. Es la parte ramificada delalmidn.

La enzimamaltasa es capaz de escindir los enlaces 1-4 de amilosa y amilopectina, cortandode 2 en 3 unidades de glucosa, para dar el disacridomaltosa. La amilosa se escinde totalmente amaltosa, sin embargo la amilopectina slo se escinde parcialmente, ya que la maltasa es incapaz de


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romper los enlaces 1-6. El resultado de la accin de la maltasa sobre la amilopectina es una hidrlisisparcial que rinde maltosa y el ncleo ramificado que queda y que recibe el nombre dedextrinas (dextrinas lmite).

Hace ya tiempo existen enzimas para escindir los enlaces 1-6 de la amilopectina, lo quepermite un aprovechamiento ms completo del almidn.

Aunque se ha explicado el origen del nombremaltasa, conviene resaltar que es ms correcto, yactualmente ms frecuente, denominarlasamilasas yamilopectinasas, respectivamente.

En realidad hay que distinguir entre dos clases deamilasas: alfa y beta (en adelante y ).

La -amilasaes la que hemos discutido arriba como

maltasa: corta de dos en dos unidades de glucosa las cadenasde almidn, empezando por el extremo no reductor. Suactividad se detiene al encontrar un enlace 1-6. As pues, la-amilasa degrada totalmente la amilosa a maltosa mientrasque el producto de su accin sobre la amilopectina esmaltosa y dextrinas lmite.

Por otro lado, la -amilasadegrada el almidn de una forma mucho ms desordenada: atacaenlaces 1-4 en zonas aleatorias de la cadena, incluso a ambos lados de los enlaces 1-6. dependiendodel tiempo de contacto se obtiene como producto de esta reaccin un conjunto de oligosaridosvariados, en parte ramificados, denominadosdextrinas, de peso molecular variable. Si se prosigue lareaccin las cadenas rectas se acaban convirtiendo en maltosa y maltotriosa.

En la siguiente figura se ve un esquema de la actuacin de la -amilasa.


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Los enlace 1-6 han de romperse con amilopectinasas.

TRANSFORMACIONES DEL ALMIDNEl almidn, adems de ser consumido como tal, puede someterse a una varidad de

procedimientos de transformacin que cambian sus propiedades funcionales y lo convierten enestabilizante, emulgante y gelificante, adems de conservar su valor alimenticio, por lo que es de granvalor para la industria alimentaria.

Formacin de geles de almidn (gelatinizacin)

La gelatinizacin son las modificaciones que ocurren cuando los grnulos de almidn se tratacon calor y en medio acuoso. Cuando aplicamos calor a una disolucin de almidn, se hinchan losgrnulos de almidn por absorcin del agua. Desaparece la estructura cristalina de la amilopectina.

El intervalo de temperatura en el que se produce el hinchamiento de los grnulos se denominatemperatura de gelificacin y depender del alimento:

Durante el hinchamiento, la amilosa, se solubiliza en el agua y al produce el hinchamiento delos grnulos, dando lugar a la formacin de una pasta (pasta de almidn) que tiene una elevadaviscosidad.

Si se sigue calentando, llega un punto en el que los grnulos se fragmentan disminuyendo laviscosidad drsticamente. Agitar la mezcla contribuye a que se fragmenten los grnulos.

En tercer lugar tiene lugar la formacin del gel o gelificacin. Se forma un gel por formacinde Puentes de hidrgeno entre las molculas de amilosa y amilopectinas desenrolladas dejandoespacios en donde queda agua atrapada.

Los factores que influyen en la formacin de geles de almidn son los siguientes:

Origen de almidn: hay distintos tipos de granos como ya hemos visto Cuanto mslarga sea las zonas de unin de los Puentes de hidrgeno, el gel ser ms fuerte, msresistente.


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Presencia de solutos en la disolucin de almidn como es el caso de la sacarosa. Laviscosidad disminuye con la presencia de sacarosa. La sacarosa ejerce un efectoplastificante disminuyendo la fuerza del gel. Esto se produce porque la sacarosainterfiere en las interacciones con el agua a ya que tiene afinidad por sta y la absorbe.

Presencia de grasas: las grasas ejercen tambin una accin plastificante debido a queforman complejos que hacen que el gel sea menos resistente, menos fuerte. Provocanla ruptura de la amilosa por lo que las zonas de unin que quedan son ms chicas porlo que reducen la fuerza del gel.

Estabilidad de los geles de almidn:

Cuando se deja el almidn gelificado en reposo, comienza a exudar agua. Este hecho sedenomina retrogradacin. Esto ocurre porque las zonas de Unin se hacen ms grande y dan lugar azonas cristalina que precipitan al ser tan grandes. Al precipitar, el agua sale de la red tridimensional(exudado). El polmero responsable de la retrogradacin es la amilosa que por su estructura es la nicaque puede formar esas zonas de unin tan grandes.

Este efecto se puede ver en las cremas de pastelera, salsas o purs. Para solucionar esteproblema de estabilidad que confiere la retrogradacin se puede:

Utilizar variedades creas (no contienen amilosa) como el maz.

Utilizar almidones modificados qumicamente para conseguir geles con mayorestabilidad (lo veremos ms adelante).

Cuando el pan se pone duro es por la desecacin pero tambin por la retrogradacin, seforman formas cristalinas que le dan un color ms blanco al pan duro. Mediante la adicin de grasas (uotros plastificantes), como en el pan de molde, se plastifica los grnulos de almidn minimizando as la retrogradacin.

ALMIDONES MODIFICADOSEl almidn se modifica qumicamente con diversos fines. Podemos destacar los siguientes

mtodos de modificacin:Almidn pregelatinizado: es el modificado ms simple. Se obtienen a partir de un almidn

que slo ha llegado a gelatinizarse. Se calienta hasta que se forma la pasta y luego se deseca hastaconseguir un polvo fino y seco que se utiliza como ingrediente en industrias que no realizan lagelatinizacin. Es decir, este almidn ha sido gelatinizado pero no gelificado (no ha formado el gel).

Almidn oxidado: se consigue mediante reacciones que introducen grupos carboxilos(COOH) en los polmeros de glucosa. Las cadenas lineales se doblan dejando de ser lineales. Estoimpide la formacin de zonas de Unin grandes, impidiendo as la retrogradacin del almidn.

Almidn entrecruzado o reticulado: mediante reactivos se forman enlaces covalentes entrelas molculas de almidn modificando su estructura aunque poco, ya que se forman estos enlaces cadamuchos restos de azcar. El resultado es un gel ms estable a la temperatura y al medio cido perotiene algunos inconvenientes como el ser ms caro y menos resistentes a la congelacin ni aalmacenamientos muy prolongados.


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Almidn sustituido: se forman en su estructura steres al reaccionar con determinadoscompuestos. Si reacciona con anhdrido actico se formar acetato de almidn. Estos almidones sonresistentes a medios cidos.

Todos los almidones modificados se pueden combinar con otros tipos de almidn(formulacin) consiguindose as un almidn con caractersticas apropiadas para el proceso al que sedesee destinar. Todos estos almidones son seguros e inocuos por lo que estn admitidos ya que semetabolizan como los hidratos de carbono normales. Algunas de las modificaciones no se metabolizany se excretan. Actualmente se utilizan como aditivos y no est limitada la cantidad de estos almidonesmodificados en los alimentos.

PRODUCTOS DE LA HIDRLISIS DEL ALMIDN:

El almidn, preferentemente gelatinizado, se puede hidrolizar tratndolo con cidos outilizando enzimas hidrolticas. De este proceso se obtiene una serie de productos muy comunes en laindustria alimentaria que se usan como ingredientes de los alimentos y que se relacionan acontinuacin:

Glucosa pura cristalizada: es un polvo fino que se obtiene cuando el almidn se hidroliza lomximo posible hasta que la glucosa cristaliza. Este producto se puede utilizar en alimentos quetengan que ser solubilizados rpidamente ya que esta glucosa es muy soluble.

Jarabes de glucosa: a diferencia de la anterior, estos son almidones hidrolizados que nocristalizan. En funcin de las condiciones de hidrlisis se obtienen distintos productos en funcin de la

proporcin en glucosa, que se cuantifican en equivalentes (proporcin) de dextrosa (ED). Cunto mshidrolizado est el almidn tendremos ms proporcin de dextrosa.

Otros productos de la hidrlisis del almidn menos utilizados son lasciclodextrinas, y los jarabes ricos enfructosa o jarabes isomerizados que se obtienen por el tratamiento mediante enzimasque isomerizan la glucosa a fructosa obtenindose as un mayor poder endulzante.

7 Celulosa y fibra.

La celulosa es tambin un polmero de glucosa de caractersticas similares a la amilosa delalmidn (la fraccin no ramificada). Sin embargo, la celulosa es radicalmente diferente de la amilosaen mucas de sus propiedades claves:

Es insoluble, retiene poco agua, so se gelatiniza.

Forma fibrillas rectas, a diferencia de las espirales que forma la amilosa.

No se hidroliza con la maltasa. No es digestible por los mamferos.


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Todas estas diferencias respecto de la amilosa se deben a un nico cambio qumico: elanmero de glucosa que constituye la celulosa est en posicin beta, a diferencia de lo que ocurre conla amilosa. Las consecuencias de este cambio se ven en la figura mostrada a cobtinuacin.

Este cambio resulta en una estructura mucho ms compacta del polmero que le permiteformar fibrillas estabilizadas por puentes de hidrgeno adicionales. La fibrillas, adems puedenagruparse en fibras por enlaces electrostticos intercatenarios, como se muestra a continuacin:

Sin embargo, aunque pueda parecer lo contrario, la celulosa es un componente muybeneficioso en la mayora de los alimentos que lo contienen. El papel ms importante de la celulosa ennutricin y en tecnologa de los alimentos consiste en formar una importante parte del residuoorgnico no digestible denominado fibra alimentaria aprovechemos este apartado para explicar ques exactamente esta sustancia.

La fibra diettica, segn su composicin, se puede clasificar en tres grandes grupos:1. Fibra verdadera o vegetal. Est integrada por los componentes de la pared celular

de las plantas, como son la celulosa, la hemicelulosa y la lignina.


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2. Fibra diettica total. Incluye a la totalidad de todos los compuestos, fibrosos o no,que no son digeribles por las enzimas del intestino humano.

3. Fibra bruta o cruda. Es el residuo libre de cenizas que resulta del tratamiento encaliente con cidos y bases fuertes. Constituye el 20-50% de la fibra diettica total.Es un concepto ms qumico que biolgico.

Hay que sealar que cuando se menciona a la fibra, siempre hay que entender que se estcitando a la fibra diettica. Esta cuestin es bsica y fundamental para poder entender las diferenciasde los valores cuando se refieren al contenido en fibra de los diversos alimentos.

DIFERENTES COMPONENTES QUE SE ENCUENTRAN EN LA FIBRA.

Celulosa: Fibra insoluble. Constituyente de las paredes celulares. Se encuentraprincipalmente en frutas, vegetales y legumbres. Tiene la capacidad de retener agua.

Hemicelulosas: Fibra soluble e insoluble. Es la principal constituyente de los cerealesintegrales

Pectinas: Fibra soluble. Se encuentra en vegetales y frutas. Presenta la propiedad desolubilizarse en agua y formar geles, por lo tanto es til en la elaboracin de jaleas.

Gomas y Muclagos: Fibra soluble. Son utilizadas como aditivos y estabilizantes en laindustria alimentaria.

Lignina:

Existen otros tipos de fibra, como la oligofructosa.

Por otra parte, las formas de celulosa que ms se utilizan en la industria son:Celulosa microcristalina: obtenida por tratamiento con cido clorhdrico de las zonas amorfas.Carboximetilcelulosa (CMC)Las celulosas se usan como espesantes, gelificantes y como crioprotectoras: son tiles en

productos que van a ser congelados para proteger su estructura. Tambin son reemplazante es degrasas al proporcionar una textura similar.

8 Pectinas.

Son polisacridos de alto peso molecular y se encuentran en los tejidos vegetales sobre todo enlos tejidos blandos como en las frutas. En estas frutas tienen un importante papel en la textura por loque son muy importantes en la elaboracin de zumos. Hay que destacar tambin sus propiedadesgelificantes.Estructura de las pectinas:

El azcar fundamental es el cido galacturnico que va a estar parcialmente metilado en sugrupo carboxilo. En determinados puntos de la estructura de las pectinas, existe otro azcar que es laramnosa. La ramnosa provoca la formacin de codos pcticos doblando el polmero de cidogalacturnico. Las zonas lisas correspondern a las cadenas lineales de cido galacturnico que cadaciertos restos se doblan en el codo pctico por la presencia de la ramnosa.


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cido galacturnico y sus diferentes formas.

Adems hay azcares neutros que forman cadenas pequeas que da lugar a la formacin de loque se denominan cadenas rugosas. Estos azcares neutros son por ejemplo arabinosa, manosa etc.(todos estos monosacridos, incluida la ramnosa, los tiene vd. en el correspondiente apartado).

Grados de esterificacin de las pectinas (GE)

El grado de esterificacin de las pectinas se calcula viendo la proporcin de grupos carboxilosmetilados (steres metlicos) entre los carboxilos totales de las molculas de cido galacturnico. Enfuncin del grado de esterificacin se puede hablar de distintos tipos de pectinas:

Pectinas de alto metoxilo donde GE es mayor al 50%.

Pectinas de bajo metoxilo donde GE es menor al 50%

Otras sustancias pcticas:Aparte de las pectinas hay otras sustancias pcticas (de naturaleza anloga) como las

protopectinas que son un material insoluble que se encuentra unido a otros componentes de la paredcelular de los tejidos vegetales como la celulosa o la hemicelulosa. Estn presentes en la fruta nomadura, y a medida que sta madura, la protopectina se va solubilizando y se transforma en pectinas.Si ocurre una sobremaduracin, las pectinas se van a degradar por determinadas enzimas y forman elcido pctico que es cuando no hay metilacin en los grupos carboxilos del cido galacturnico. Sicontina degradndose dar lugar a la formacin de monmeros de cido galacturnico. Todas estassustancias confieren distintas textura a la fruta.

Fuentes de obtencin de las pectinas en la industria:


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% peso seco

Piel de limn 35

Piel de naranja 25

Infrutescencia de girasol 25

Remolacha azucarera 20

Residuos de manzana 15

Zanahoria 10

Tomate 3

Patata 2.5

Uva 0.6

Propiedades de las pectinas:

Solubilidad: son solubles en disoluciones acuosas lo que es necesario para elaborar geles ysustancias viscosas. La solubilidad vara en funcin de las condiciones, los enlaces metlicos provocanun separamiento entre las cadenas de polipptidos lo que las hace ms solubles. Cuanto mayor sea elgrado de esterificacin, mayor ser la solubilidad. Pueden ser insolubles en presencia de calcio o deotros cationes bivalentes por la formacin de pectatos clcicos que van a precipitar. Tambin son

insolubles en alcohol.Viscosidad: da lugar a soluciones viscosas.Gelificacin: en primer lugar, en las pectinas dealto metxilose producen zonas de unin en

la molcula por interacciones hidrofbicas entre los steres metlicos de la zona lisa. Para que el gelsea estable se da adems la formacin de Puentes de hidrgeno. Las zonas rugosas sern importantespara que no precipite la pectina por alargamiento de las zonas de unin. Para la gelificacin de laspectinas de alto metoxilo es necesario un pH inferior a 3,5. Para que los grupos cidos se encuentrenno disociados y puedan formar Puentes de hidrgeno. Adems es necesaria una concentracin deslidos solubles mayor al 60% para que se favorezcan las interacciones y hidrofbicas. La mermeladaes un ejemplo claro de todo esto, es cida, tiene alta concentracin de azcares, y por ello est enestado gel. Para elaborar estos geles, se solubiliza con calentamiento y al enfriar se gelifica.

Comportamiento de los geles de pectinas de alto metoxilo:El rango de gelificacin es funcin del contenido en disolucion del pH.La fuerza del gel vendr dada en funcin del grado de esterificacin; a mayor grado de

esterificacin mayor sern las interacciones hidrofbicas por lo que el gel ser ms fuerte.Adems, un alto grado de esterificacin conlleva una mayor temperatura de gelificacin, es

decir, se comenzar a gelificar a temperaturas ms altas.

GE % Velocidad de gelificacin


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>72 Muy rpida

71 Rpida

61 Media

59 Lenta.

La velocidad de gelificacin en funcin del tiempo desde elaboracin hasta que comienza agelificado. Para gelatinas necesitamos gelificaciones lentas mientras que para otros productosinteresan gelificaciones rpidas.

En cuanto a las pectinas debajo metxilo,hay que decir que no forman interaccioneshidrofbicas pero se pueden generar geles con ellas pero requiere la presencia de calcio u otroscationes bivalentes. Las condiciones que deben darse son, la presencia de calcio, un pH entre uno ysiete o incluso mayor, y una concentracin de slidos solubles entre el 0 y el 85%.

Si la cantidad de calcio es demasiado elevada dar lugar a un precipitado de pectinato clcico.

Aplicaciones en la industria alimentaria de las pectinas:Hay que utilizarlas en las dosis mnimas suficientes para su funcin.Se utilizan para mermeladas, confituras, jalea, rellenos de frutas en productos horneados (la

pectina de alto metxilo impide que la fruta se desmenuce con la temperatura), dulces y golosinas,bebidas refrescantes, productos lcteos, y reemplazante de grasas (al dar una textura similar como enlos pats).

Para elaborar mermelada bajas en caloras se utilizan pectinas de bajo metoxilo a las que

aadimos sales clcicas.

9 Otros polisacridos.Existen otros polisacridos, aparte de las pectinas de inters en la industria alimentaria,

procedentes de algas y otras plantas superiores:

Alginatos: provienen de algas marrones (feofceas). Su estructura es cadenas formadas porcido manurnico y cido glucurnico. Estos dos cidos formarn bloques distintos, bloques de cidoglucurnico, o bloques de cido manurnico o bien bloques alternantes de los dos cidos. Los bloquesde cido glucurnico son los que forman zonas de unin para formar geles. Tambin forman unaestructura en forma de cartn de huevos.

En funcin de las especie de alga se encuentran distintas proporcionesmanurnico/glucurnico por lo que se darn lugar geles de mayor o menor fuerza. Los alginatos conmayor proporcin en cido glucurnico son los de mayor fuerza. Estos geles se forman en fro alaadirle el catin calcio al alginato. Adems son resistentes a la temperatura por los que se les puedesometer a calentamiento.

Agar y carragenatos: proceden de algas Rojas (rodofceas). Ambos polisacridos estncompuestos por galactosa. Los carragenatos contienen en su estructura aniones sulfatos (HSO3-). Losdos forman geles. Las zonas de unin son por dobles hlices a partir de cadenas enrolladas. Aparte de


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esto, se forman unas estructuras denominadas como superuniones que son las uniones de las dobleshlices que dan lugar a las zonas de unin.

El agar se utiliza poco en la industria alimentaria pero est autorizado. Es muy resistente alcalor.

Los carragenanos se utilizan ms en los alimentos fundamentalmente por su capacidad deestabilizar protenas lcteas. Las cargas negativas del sulfato reaccionan con las positivas de la casenade la leche. Se utilizan por lo tanto para dar consistencia a los productos lcteos.

Gomas: no tienen capacidad para formar geles. Se utilizan para elaborar disolucionesviscosas. Pueden obtenerse de distintas fuentes como pueden ser bacterias.

Podemos destacar las siguientes gomas de bacterias.Gomas de xantano : proviene de Xanthomona campestris que segrega la sustancia para

adherirse a los rboles. Da lugar a soluciones viscosas, que tienen propiedades tixotrpicas, es decir,

que cuando estn en reposo tienen una viscosidad elevada pero al agitarse la viscosidad disminuyemucho.Goma de gelano : proviene de Pseudomonas.

Otras gomas provienen de exudados de plantas diferentes de los cereales. Entre estas podemosdestacar:

Goma arbiga : se obtiene de las acacias.Goma de tragacanto que se obtiene de Astragalus.

Finalmente, otras se obtienen de semillas:Gomas guar : Semillas de una leguminosa.Goma de garrofin : se obtiene de la algarroba.

Desde el punto de vista diettico hay polisacridos amilceos (almidn) y no amilceos. Losno amilceos no son digeribles por organismo por lo que no aportan energa. Esto se compruebaporque no son degradados por amilasas (como la maltasa).

10 Alimentos glucdicos.Como ya hemos hecho en otros temas anteriores, repasemos ahora la composicin de algunos

alimentos predominantemente glucdicos. Entre stos se encuentran alimentos vegetales comocereales, frutas, verduras, hortalizas y legumbres, por mencionar algunas. El nico alimento de origenanimal (discutible) predominantemente glucdico es la miel. La leche tambin tienen un contenidoimportante en azcar pero no radica en esto su inters nutricional.

10.1 Cereales: trigo, maz, arroz y otros

Se puede decir con rotundidad que este grupo de productos es la fuente ms importante dealimentos de la humanidad y proporciona el sustento diario principal a la mayora de los seres


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humanos. Mientras que el trigo y sus productos derivados son los predominantes en occidente (europay estados unidos, para ser ms precisos), en el continente asitico predomina el uso del arroz. Otrasculturas han aprendido a procesar el maz (como tortitas y otros preparados) como fuente bsica desustento, si bien el uso del maz se ha extendido por todo el mundo desde la invencin de los cereales

en copos.Estos, pese a sus obvias diferencias, estos granos tienen en comn un contenido mayoritario en

hidratos de carbono, como se puede comprobar en la siguiente tabla:

Como se observa, los ms relevantes tienen un contenido en hidratos de carbono muy similar,algo superior al 80%, siendo tambin similares en la composicin en otros principios. Respecto a laforma en la que aparecen presentes los hidratos de carbono, podemos tener en cuenta la siguientetabla:

Lo que demuestra que la mayor parte del grano de cereal es almidn. los procesos deaprovechamiento de los cereales se dirigen fundamentalmente hacia este contenido en almidn. Lamisin principal de la industria de estos cereales es producir un grano limpio de envolturas fibrosas ytotalmente libre de grasas que son susceptibles de enranciarse. Tambin es muy importante laproduccin de harinas. En este sentido, cada cereal tiene su peculiaridad.

El trigo se destina sobre todo a harinas, ya que el hecho de ser panificable le da una granimportancia. La harina es el producto ms importante y contiene fundamentalmente almidn pero conun contenido del 10 al 15% de esa protena especial denominada gluten.


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El maz se caracteriza porque la estructura del grano hace que sea posible separar el almidndel resto de los componentes dando una harina muy utilizada como gelificante (una marca comerciases Maizena). Tambin se caracteriza por tener una cantidad relativamente importante de aceite en elgermen. Los procesos de aprovechamiento del maz que se muestran a continuacin estn enfocados aaprovechar estas caractersticas.


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10.2 Frutas

Las frutas contienen principalmenteazcares, pero su naturaleza y contenido depende de lafruta concreta. En general, el contenido va del 18% del peso de la parte comestible de azcar en el

caso del pltano o la uva (9-20%) hasta el 7% de las fresas o el 5% de la guayaba.Las frutas de hueso (melocotn, albaricoque, cereza, ciruela) contienen principalmente

glucosa y fructosa, estando la glucosa en mayor proporcin que llega a ser de tres a cinco veces msen ciruelas y albaricoques. Muchas de las frutas de hueso contienen cierta cantidad de sacarosa.

Las frutas de pepita (pera, manzana, ...) contienen tambin glucosa y fructosa pero en estecaso la proporcin de fructosa es superior. La uva tiene cantidades casi iguales de glucosa y fructosaen su punto de madurez.

Los ctricos se caracterizan por tener fructosa, glucosa y sacarosa y se distinguen por sucontenido en cidos ascrbico (vitamina C), mlico y especialmente ctrico, que es al que deben elnombre de la clasificacin.

Las frutas verdes (no maduras) pueden contener del 0,5 al 2% dealmidn, que desaparece conla madurezexcepto en algunos casos como el pltano, que tiene cantidades significativas de almidnincluso maduro.

La sacarosa tambin aparece significativamente en algunas frutas. En la pia, melocotones yalbaricoques y alguna variedad de ciruela puede predominar la sacarosa. Las cerezas apenas contienensacarosas.

Aparecen tambin con cierta frecuencia la xilosa y arabinosa e incluso algunos azcares-alcohol como el sorbitol.

Las frutas tambin contienen HC complejos, como pectinas, y hemicelulosas, que tienen granimportancia en la elaboracin demermeladasy jaleaspero estorban en los procesos deobtencin de

zumo, al perjudicar el filtrado. Es habitual el empleo depectinasaspara evitar estos inconvenientes yfacilitar laclarificacin de zumos.

11 Procesos de aprovechamiento de alimentos ricos en HC.

11.1 Obtencin del azcar de mesa (caa y remolacha)

La obtencin del azcar de mesa (sacarosa) se lleva a cabo a partir de la caa de azcar y de laremolacha azucarera, aunque en los ltimos aos el proceso a partir de caa se ha visto muy relegado.

Bsicamente el proceso consiste en 4 pasos fundamentales: Extraccin del azcar (extraccin slido-lquido)

Concentracin del licor Separacin de los cristales (centrifugacin)

SecadoSin embargo, existen muchos ms pasos intermedios (lavado, corte de los frutos, blanqueado,

etc) y las operaciones descritas normalmente no transcurren en un solo paso. Un esquema mspreciso del proceso de extraccin de azcar se muestra a continuacin.


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11.2 Aprovechamiento del almidn de maz

Como se ha comentado anteriormente, existen dor proceso para el aprovechamiento del maz,la molturacin en seco y la hmeda.

La molturacin secaes un proceso orientado a la obtencin de smolas (harinas) de mazseparadas del germen (que se usa para la produccin de aceite) y de la cascarilla, producto de desecho.

La molturacin hmeda, por otra parte, es un proceso destinado al aprovechamiento delalmidn, ya que consigue separar este componente del resto del grano con gran eficacia, de maneraque proporciona un almidn puro (en relacin a otras fuentes) para ser usado como tal o paraconvertirlo en alguno de los muchos productos que se fabrican con almidn.

Un diagrama de bloques para molturacin hmeda es el siguiente.

Los jarabes de maz con disoluciones concentradas de monosacridos, en concreto glucosa yfructosa. Su fabricacin merece comentario aparte en el siguiente apartado.


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11.3 Azcar invertido

En este apartado, y en el apndice que acompaa al tema, tendr vd. la posibilidad de conocerel proceso de hidrlisis del almidn y sus alternativas tecnolgicas. Existen dos alternativas

fundamentales: qumica y enzimtica. Una comparacin de ambas se encuentra en el apndice queacompaa al tema.Por otra parte, y partiendo de la base que el proceso enzimtico tiene ventajas fundamentales

para la obtencin de productos de calidad, examinaremos el propuesto por la empresa Novozyme (enwww.novozyme.com) que consta de 3 pasos:

Liquefaccin

Sacarificacin Isomerizacin

Este proceso produce una mezcla de glucosa y fructosa aproximadamente al 50% denominada

azcar invertido. Los detalles del proceso se comentarn en clase

Proceso de obtencin de azcar invertido a partir de almidn propuesto por Novozyme.Starch liquefaction

A starch suspension containing 30-40% dry matter is first gelatinized and liquefied. This isachieved by adding the temperature-stable alpha-amylase Liquozyme.

The mechanical part of the liquefaction process involves the use of stirred tank reactors,continuous stirred tank reactors or jet cookers.

In most plants for sweetener production, starch liquefaction takes place in a single-dose, jet-

cooking process. The alpha-amylase Liquozyme is added to the starch slurry after pH adjustment, andthe slurry is pumped through a jet cooker.Live steam is injected here to raise the temperature to 105C, and the slurry's subsequent

passage through a series of holding tubes provides the five-minute residence time necessary togelatinize the starch fully.

The temperature of the partially liquefied starch is then reduced to 90-100C by flashing, andthe enzyme is allowed to react further at this temperature for 1-2 hours until the required DE (DextroseEquivalent) is obtained.

Liquozyme hydrolyzes the alpha-1,4-glycosidic bonds in pregelatinized starch, whereby theviscosity of the gel rapidly decreases and maltodextrins are produced. The process may be terminatedat this point, the solution purified and dried.

Maltodextrins (DE 15-25) are commercially valuable for their rheological properties. They areused as bland-tasting functional ingredients in the food industry as fillers, stabilizers, thickeners,pastes and glues.

Starch saccharificationYields as high as 97% glucose can be produced using Dextrozyme DX. For those plants who

are satisfied with yields of 95-96% glucose, Dextrozyme GA can be used to give a fastersaccharification.


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When maltodextrins are saccharified by further hydrolysis using glucoamylase or fungalalpha-amylase, a variety of sweeteners can be produced. These have dextrose equivalents in the ranges40-45 (maltose), 50-55 (high maltose), 55-70 (high conversion syrup).

By applying a series of enzymes including beta-amylase, maltogenase and pullulanase asdebranching enzymes, intermediate-level conversion syrups with maltose contents of nearly 80% canbe produced.

A high yield of 95-97% glucose can be produced from most starch raw materials (maize/corn,wheat, potatoes, tapioca, barley and rice) using Dextrozyme DX. It contains an improvedglucoamylase for faster hydrolysis and a new pullulanase that gives extremely high performance.

Starch isomerizationMost enzymes do their work in minutes or in hours but only one of Novozymes enzymes

works for over a year the glucose isomerase Sweetzyme IT.

Glucose can be isomerized to fructose in a reversible reaction. Under industrial conditions, theequilibrium point is reached when the level of fructose is 50. To avoid a lengthy reaction time, theconversion is normally stopped at a yield of about 45% fructose.

The isomerization reaction in the reactor column is rapid, efficient and economical if animmobilized enzyme system is used. The optimal reaction parameters are a pH of about 7.5 or higherand a temperature of 55-60C.

These parameters ensure high enzyme activity, high fructose yields and high enzyme stability.However, under these conditions glucose and fructose are rather unstable and decompose easily toorganic acids and coloured by-products. This problem is countered by minimizing the reaction time inthe column by using an immobilized isomerase in a column through which the glucose flowscontinuously. The enzyme granulates are packed into the column but they are rigid enough to preventcompaction.

The immobilized enzyme loses activity over time. Typically, one reactor load of glucoseisomerase is replaced when the enzyme activity has dropped to 10-15% of the initial value. Tomaintain a constant fructose concentration in the syrup produced, the flow rate of the glucose syrupfed into the column is adjusted according to the actual activity of the enzyme. So towards the end of the lifetime of the enzyme, the flow rate is much slower. The most stable commercial glucoseisomerases have halflives of around 200 days when used on an industrial scale.

Sweetzyme IT displays a linear decay curve under steady operating conditions. Bycomparison, its predecessor known as Sweetzyme Q had a faster rate of decay in the beginning. Thismeans that Sweetzyme IT gives up to 40% higher productivity over the life of a column compared tothe old Sweetzyme Q.


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BIBLIOGRAFA

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