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Alteraciones de los Alimentos
Análisis Bromatológico y
Toxicológico
Licenciatura en Química
Alteraciones de los Alimentos
Alimento: obtenidos de materias primas de origen
biológico. (composición química, presencia de
complejos enzimáticos, etc.)
–
Alimentos de almacenamiento prolongado
Estables (azúcar, legumbres)
Inestables: manipulación adecuada ( frutas, papas)
–
Alimentos de conservación limitada
(carnes, pescado, huevos, leche)
Alteraciones de los Alimentos
Clasificación según el origen
• Alteraciones físicas
Manipulación de prod. vegetales
Ganancia o pérdida de agua
Deterioro por insectos o roedores
• Alteraciones químicas
Reacciones vinculadas principalmente a la presencia de
O2 o enzimas
• Alteraciones biológicas
Proliferación de microorganismos
Actividad enzimática
Alteraciones de los Alimentos
Atributos de calidad
Textura
Sabor
Color
Valor Nutritivo
Las alteraciones que afectan los 3 primeros
son detectadas por el consumidor.
Cambios indeseables que pueden
producirse en los alimentos
Atributo
Cambio Indeseable
Textura
Pérdida de solubilidad
Pérdida en la capacidad
de retención de agua
Endurecimiento
Reblandecimiento
Atributo
Cambio Indeseable
Sabor
Desarrollo de rancidez
(hidrolítica u oxidativa)
Sabor acaramelado o
de cocción
Otros gustos extraños
Color
Oscurecimiento
Blanqueamiento
Colores extraños
Atributo
Cambio Indeseable
Valor Nutritivo
Pérdida o degradación de:
Vitaminas
Minerales
Proteínas
Lípidos
Alteraciones microscópicas que
causan modificaciones visibles
• Desarrollo microbiano
• Reacciones químicas y bioquímicas
– Alteraciones en Lípidos: oxidación
hidrólisis
– Alteraciones en Proteínas: desnaturalización
hidrólisis
– Alteraciones en H. de Carbono: hidrólisis
Síntesis PS
Alteraciones microscópicas que
causan modificaciones visibles
•
•
•
•
Pardeamiento no enzimático
Pardeamiento enzimático
Degradación de Pigmentos naturales
Formación de nitrosaminas
Desarrollo microbiano
Factores de los que depende la Flora
que altera los Alimentos
• Caracteres Físico químicos de los Alimentos
pH
Actividad de agua (aw)
Potencial redox: aerobios +200 mV
anaerobios - 200 mV
Disponibilidad de nutrientes
Presencia de antimicrobianos naturales (ácido
benzoico, lisozimas, ácidos grasos, aldehídos).
Factores de los que depende la Flora
que altera los Alimentos
• Tratamientos a los que se sometieron
– Modificaciones en caracteres fisicoqcos.
– Tratamientos térmicos
• Condiciones ambientales
Xicrófilos -15 ºC
– Temperatura de almacenaje Mesófilos 30 - 40 ºC
Termófilos >40 ºC
Humedad relativa
– Atmósfera ambiente (N2, CO2, O2 )
• Naturaleza y características de las especies
– Velocidad de crecimiento (Bacterias- levaduras)
– Simbiosis y antagonismos
Cambios producidos en los alimentos
• En compuestos nitrogenados
– Hidrólisis Cambios de Sabor
– Degradación anaerobia (aminas, amoníaco, comp azufrados, etc)
• En Carbohidratos
–
–
–
–
Hidrólisis
Degradación aeróbia: se produce O2 y CO2
Degradación anaeróbia: fermentaciones
Síntesis de ácidos y aldehidos
• En ácidos orgánicos
– Oxidación dando O2 y CO2
– Degradación dando acidos mas sencillos(volátiles)
• En lípidos
– Hidrólisis: se forman ácidos grasos sencillos y ác. acético
• En alcoholes
– Se oxidan a ácidos
• En Glucósidos
– Se oxidan a azúcares
Reacciones químicas y bioquímicas
Alteraciones en Lípidos
• Lipólisis o
Rancidez
Lipolítica
•Enzimática
•Química
•Térmica
Disminuye el punto
de humo
Alimentos con textura
desagradable
Tendencia Pardo
Grasa láctea ( C4 - C12)
• Rancidez oxidativa
O2 Ácidos grasos insaturados
Rancidez oxidativa
• Iniciación Radicales libres
RH R • + H • + O2
R-CH=CH-R’ + O2 R-CH-CH-R’ También RH + O2 R-O-O-H
O-O •
Activación metálica, enzimática, por temperatura, (Fotooxidación)
• Propagación
R + O2 ROO •
ROO • + RH ROOH + R •
Metales M+ + ROOH RO • + OH- + M++
M++ + ROOH ROO • + H- + M+
• Finalización
R • + R • RR
RO • + R ROR
ROO • + ROO • ROOR + O2
2 RO • + 2 ROO • 2 ROOR + O2
• Polimerización Calor, Oxidación, Radicales libres
Como evitar la oxidación lipídica
•
•
•
•
•
Exclusión de O2
Bajas temperaturas
Oscuridad
Escaldado (en frutas)
Adición de antioxidantes
• Secuestran radicales, galato de propilo, BHA,
BHT, tocoferol
• Rebajan o impiden la formación de radicales
como quelantes, EDTA, ác. Ascorbico, fofatos,
aminas terciarias y ácidos fuertes
Pardeamiento no enzimático
• Reacción de Maillard
• Caramelización de azúcares
• Oxidación del ácido ascórbico
Características de las reacciones de
pardeamiento tipo Maillard
• Fase inicial (sin color, no hay absorción en UV cercano)
Reacciones: condensación, enolización, reorganización
de Amadori. Con proteínas, la glucosa y los grupos
amino libres se combinan en relación 1:1
Propiedades: aumenta el poder reductor en solución
alcalina. El almacenamiento del producto incoloro
glucosa-proteína (1:1) produce pardeamiento e
insolubilidad.
Características de las reacciones de
pardeamiento tipo Maillard
• Estadio intermedio (amarillo leonado, absorción en UV
cercano)
Reacciones: deshidratación de los azúcares hasta 3desoxiglucosona y sus 3,4-ene, HMF y 2-hidroxiacetil
furano, fragmentación del azúcar, formación de
compuestos α-dicarbonílicos, reductonas y pigmentos.
Propiedades: la adición de sulfito lo decolora, se
desarrolla poder reductor en solución ácida, el pH
disminuye, los azúcares desaparecen más deprisa que
los aminoácidos. Con proteínas, la hidrólisis no produce
el azúcar (D-glucosa). El ensayo de Elson-Morgan para
aminoazúcares resulta positivo (compuestos de
Amadori)
Características de las reacciones de
pardeamiento tipo Maillard
• Estadio final: (pardo rojizo y pardo oscuro)
Reacciones: condensaciones aldólicas; polimerización;
degradación de Strecker de los aminoácidos a aldehídos
y N-heterociclícos a temperatura elevada. Se libera
dióxido de carbono.
Propiedades. Acidez, desarrollo de aromas tostados
parecidos al caramelo, formación de melanoidinas
coloidales e insolubles; fluoescencia; reductonas de
poder reductor en medio ácido; la adición de sulfito no lo
decolora
Reacción de Maillard
Esquema de reacción del proceso de glucosilación no enzimática de proteínas. (A) Formación de la base
de Schiff. (B) Reordenamiento de Amadori. A través de una serie de reacciones complejas los productos
de Amadori pueden originar derivados con estructura imidazólica (C) pirrólica (D) y otras diversas (iminas,
furanos, piridinas, etc).
Caramelización de azúcares
• Los azúcares pueden sufrir reacciones que
llevan a compuestos coloreados en ausencia de
aminoácidos, como consecuencia de
tratamientos térmicos, que producen olores y
sabores característicos.
• Puede tener lugar en medio ácido como
alcalino.
• Se producen polimerizaciones no conocidas
estrictamente.
Oxidación del ácido ascórbico
Importante en la coloración parda que sufren los
concentrados y jugos cítricos.
La descomposición del ac. Ascórbico involucra el
pasaje a dehidroascórbico y luego a 2,3 dicetogulónico, que se descompone dando furfural y
CO2 responsable del hinchamiento de los
envases. Las reacciones de polimerización son
responsables de la aparición de compuestos
coloreados, las melanoidinas.
Pardeamiento enzimático
• Alteración de origen enzimático que
cambian la calidad de los alimentos
• Formación de sabores indeseables y
olores
• Cambios en textura color
• Cambios en el valor nutritivo
Pardeamiento enzimático
Tipos de enzimas
• Oxidoreductasas: polifenol oxidasas,
peroxidasas, lipoxigenasas,
ascorbicoxidasas, etc. (frutas y hortalizas)
• Hidrolasas: proteasas, lipasas, amilasas,
enzimas pécticas, clorofilasas, etc
(cereales, fruras y hortalizas)
Mecanismos del pardeamiento enzimático
• Etapas enzimáticas (requieren O2)
– Oxidación de monofenoles
– Hidroxilación de ortodifenoles
– PPO (polifenoloxidasas)
• Animales: muy específicas para tirosina y DOPA
• Vegetales: muchos sustratos
• Etapas no enzimáticas (no requieren O2)
– Secundaria de las quinonas, polimerización
Los pigmentos que se forman por pardeamiento
enzimático se designan bajo el término general de
MELANINAS.
MELANINAS
Condiciones en las que tiene lugar
• En frutas íntegras, las polifenoloxidasas y los fenoles están
en compartimentos celulares separados (en cloroplastos,
otros plástidos y citoplasma las primeras, y en vesículas los
segundos) por lo que su color no se ve alterado.
• Cuando las frutas están “sobremaduradas” o son sometidas
a cortes u otras agresiones, las membranas de los
compartimentos celulares se destruyen.
• Las polifenoloxidasas contactan con los fenoles y con el
oxígeno atmosférico. La conjunción de estos tres elementos
conduce a la formación de las quinonas y a la posterior
aparición de los mencionados pigmentos.
Prevención de pardeamiento
enzimático
•
•
•
•
Selección de veriedades
Eliminación de O2
Inactivación de enzimas (Temp, pH)
Empleo de acidulantes
–
•
Aplicación de reductores
–
•
Ác. ascórbico: reduce quinonas, Cu2+ y bloquea la enzima PPO
SO2 y bisulfitos
–
–
–
–
–
–
•
•
Ác.cítrico quela Cu2+
Interacciona con puentes disulfuro de la enzima y la inactiva
Son reductores
Toxicidad en altas dosis
Repercute en características organolépticas
Destruye vit B1
Decolora pigmentos
Inhibidores de naturaleza fenólica (ác cinámico, o-difenol, m-difenol)
Compuestos no fenólicos (cisteina: inhibidor y reductor)
Otras reacciones enzimáticas
•
Enzimas oxidoreductasas
– Lipoxigenasas
– Peroxidasas
• Enzimas hidrolíticos
– Lipasas, fosfolipasas (glicéridos, distribución endógena,
exógena de microrganismos)
– Enzimas pécticas (enz. desesterificantes, enz.
despolimerizantes
– Amilasas
– Fitasas (aumenta biodisponibilidad de elementos divalentes.
Ca, Mg, Zn, Fe, se libera fosfatos)
– Tiaminasas I y II (actuan sobre vit. B1: transferasa de R-NH2,
hidroliza)
Degradación de Pigmentos
naturales
Las clorofilas, carotenoides y flavonoides, sufren un proceso de degradación
en frutas y hortalizas y está influido por las condiciones de almacenamiento
Formación de nitrosaminas
Las nitrosaminas pueden formarse por reacción del aminas secundarias y
terciarias con N2O3 ( forma activa) usado como conservador especialmente
en carnes y pescado.
También pueden producirse en el estómago humano por las condiciones de
pH. pH óptimo de reacción 3,4.
Revisten interés toxicológico por su actividad carcinogénica.
Interacciones entre constituyentes
de los alimentos
Reserva
lipídica
O2 calor
catalizadores
Reserva Hid.
De
Carbono
Calor
OH o H
P
Oxidados
Peróxidos
C=O
Reactivos
Reserva Proteica
Aw desde temp
amb. A temp.
elevada
Pigmentos
Vitaminas
Sabores
P
Sabores y colores
Extraños
Pérdida de V. nutrit
Y textura
Variables que intervienen
Temperatura, Tiempo
Elevada humedad, Aw
Composición del pdto
Composición fase gaseosa
-El
El efecto de la T ecuación de Arrhenius
- ∆E
RT
K=A
El log K en función de 1/T = línea recta.
Los alimentos siguen la ecuación de Arrhenius dentro de un
margen de temperaturas intermedias
-El
El tiempo que se mantendrá el alimento con cierto nivel de
calidad es fundamental para el almacenaje (variaciones
químicas y microbiológicas)
Durante la preparación importa variable tiempo combinada con
la temperatura dT/dt : velocidad relativa de reacciones
químicas que compiten entre sí y la velocidad de
destrucción de microorganismos
-El
El pH influye sobre variación de muchas reacciones
químicas y enzimáticas.
-La
La composición del producto:
producto factor capital en su
transformación química.
Importante la relación entre la materia prima y el producto
acabado. Tratamientos de frutas y verduras post recolección
incide en grado de pardeamiento
-Actividad
Actividad de agua:
agua factor decisivo en
reacciones enzimáticas,
oxidación de lípidos,
pardeamiento no enzimático,
hidrólisis de la sacarosa,
degradación antocianinas, etc.
El agua en los alimentos cumple más de una función:
-puede ser un reactivo en el sistema (reacciones hidrolíticas)
-en general, principal disolvente en el sistema (difusión de
reactivos y productos)
-puede influir sobre propiedades catalíticas de los metales
-su
su eliminación expone nuevas superficies a las interacciones
entre lípidos y proteínas.
proteínas
-puede ser producto de una reacción (pardeamiento no
enzimático. Con baja a W es autocatalítica)
Causas y Efectos del Deterioro de los Alimentos
Causas
Consecuencias
Manifestaciones
Hid. De Lípidos
Ac. Grasos reac. c/ Prot.
Textura, sabor, v. nutritivo
Hid. De polisac.
Azúcares reac. c/proteinas
Textura, sabor, color,V. nut.
Oxidación de lip.
Pdtos. de oxid. reaccionan
con otros constituyentes
Textura, sabor, color, V.nut.
Golpes en frutas
Cel. Rotas, Ez liberadas
oxígeno accesible
Textura, sabor, color, V. nut
Calentamiento en Pérdida de integridad en
Verduras
paredes y memb. Ac y Ez
Textura, sabor, color, V.nut
Calentamiento del Agreg. y desnat. De prot.
Tejido
Inactivación de Ez
Textura, sabor, color, V.nut
BIBLIOGRAFÍA
• Baduí Dergal S. “Química de los Alimentos”,
Pearson, 2006.
• Bello Gutierrez, José. “Ciencia Bromatológica.
Principios generales de los alimentos”, Díaz de
Santos. 2000.
• Coultate TP “Manual de Química y Bioquímica
de los Alimentos”, Acribia, 2007
• Fennema O. “Introducción a la Ciencia de los
Alimentos”, Reverté, 1985.