Química del color de los alimentos

Transcripción

1 MÁS QUÍMICA, MEJOR VIDA Química del color de los alimentos Felicidad Ronda Balbás Tecnología de Alimentos. Universidad de Valladolid. 1

2 Importancia del color de los alimentos 2

5 Importancia del color de los alimentos Atracción sensorial Capricho? Relacionado con la calidad Es un factor de calidad básico y previo. Es indicativo del estado sanitario, madurez, calidad nutricional, alteraciones térmicas, defectos externos o internos, concentración colorantes 5

6 Procedencia del color Presencia de pigmentos en los alimentos: Vegetales: Animales: Clorofilas (verdes) Carotenoides Carotenos (naranjas y rojos) Xantofilas (amarillos y rosas) Antocianos (rojos-azules-púrpura) Mioglobina (rojo-púrpura-marrón) Presencia de precursores de pigmentos: Reacciones de pardeamiento enzimático Reacciones de pardeamiento no enzimático 6

7 Procedencia del color. Clorofila Anillo de porfirina: cuatro anillos pentagonales de pirrol enlazados, que encierra un átomo de magnesio (Mg). Carácter hidrófilo. Responsable del color Fitol: Cadena larga hidrocarbonada. Carácter hidrófobo. Sirve para anclar la molécula de clorofila en la estructura anfipática de los complejos moleculares en que residen las clorofilas. 7

8 Procedencia del color. Clorofila Tipos de Clorofila: Clorofila a: Está siempre en los cloroplastos de las plantas Clorofila b: La segunda en importancia. No siempre está presente Clorofilas c, d presentes en algunas algas 8

9 Procedencia del color. Clorofila Tipos de Clorofila: Las dos son verdes pero con espectros de absorción ligeramente diferentes 9

10 Procedencia del color. Clorofila En el campo de la Ciencia y la Tecnología de los Alimentos el interés fundamental de la clorofila está en el color que confiere a los vegetales verdes. Desde el punto de vista nutricional, solamente el magnesio tiene alguna relevancia, y más bien escasa. La clorofila extraída de vegetales se utiliza como colorante natural en algunos alimentos. Es soluble en disolventes polares, como alcohol o acetona. 10

11 Procedencia del color. Clorofila Alteraciones de la Clorofila: Alteraciones enzimáticas Efecto de los ácidos Efecto del calor Oxidación 11

12 Procedencia del color. Clorofila Alteraciones de la Clorofila: Alteraciones enzimáticas Clorofilasas 12

13 Procedencia del color. Clorofila Alteraciones de la Clorofila: Alteraciones enzimáticas Clorofilina Sales sódicas de Clorofilina (colorantes) 13

14 Procedencia del color. Clorofila Alteraciones de la Clorofila: Efecto de los ácidos y/o del procesado con calor H Mg Clorofila Feofitina Feofitina a ó b 14

15 Procedencia del color. Clorofila Alteraciones de la Clorofila: Empleo de ph alcalino (bicarbonato): evita la degradación y permite mantener el color verde. Pero aumenta la destrucción de la tiamina y dificulta el proceso de esterilización en el procesado térmico 15

16 Procedencia del color. Clorofila Alteraciones de la Clorofila: Empleo de sales de Cu +2 : Sustituye el Mg +2 en el anillo de porfirina. Se forman pigmentos verdes brillantes y estables 16

17 Procedencia del color. Clorofila Alteraciones de la Clorofila: La toxicidad del cobre limita su uso los complejos cúpricos de clorofilas o clorofilidas están autorizados en la Unión Europea como colorantes en algunos alimentos (E-141) 17

18 Procedencia del color. Clorofila Los colorantes o pigmentos verdes: Extracción con disolventes orgánicos polares (metanol, etanol, acetona) a partir de fuentes vegetales Obtención de su derivado clorofilina en forma de sales sódicas o potásicas Formación de los complejos cúpricos de la clorofila 18

19 Procedencia del color. Carotenoides 19

20 Procedencia del color. Carotenoides Terpenos. Con cadenas poliénicas conjugadas. A veces terminadas en anillos. Los carotenos son los hidrocarburos Las xantofilas son los derivados oxigenados 20

21 Procedencia del color. Carotenoides Importancia Precursores de Vitamina A: De los carotenoides conocidos, solamente el 10% tiene valor como vitamina A. Además del β caroteno, los más importantes entre ellos son el α caroteno y la β criptoxantina. Pigmentos: Varios de los carotenoides más comunes, como el licopeno, zeaxantina y luteína no tienen valor como vitamina A, aunque son muy importantes como pigmentos. Actividad antioxidante: Los carotenoides actúan como antioxidantes mediante la desactivación de radicales libres. Refuerzan el sistema inmunitario, disminuyen el riesgo de enfermedades degenerativas, cardiovasculares, formación de cataratas. 21

22 Procedencia del color. Carotenoides Reacciones de deterioro Oxidación (fundamentalmente fotooxidación) conduciendo a la reducción del color. Isomerización (producida por calentamiento, exposición a la luz ) pasan de la configuración trans (la más estable y la habitual) a la configuración cis. La isomerización reduce el valor como vitamina A, de los carotenoides que lo tienen (eje β-caroteno) 22

23 Procedencia del color. Carotenoides CAROTENOS. β-caroteno El β-caroteno fue el primer carotenoide purificado (extraído de la zanahoria en 1831). 23

24 Procedencia del color. Carotenoides CAROTENOS. β-caroteno Se emplea extensamente como colorante alimentario Una de sus principales aplicaciones es en bebidas refrescantes: Al ser insoluble en agua, se utiliza en forma de polvo extremadamente fino, en partículas de alrededor de 0.4 micras de diámetro, que se puede dispersar en el agua, con la ayuda de un polisacárido como la goma arábiga. 24

25 Procedencia del color. Carotenoides CAROTENOS. β-caroteno Se obtiene actualmente por síntesis química, o bien por cultivo de Dunaliella salina, un alga microscópica que prolifera en aguas con concentraciones muy elevadas de sal. 25

26 Procedencia del color. Carotenoides CAROTENOS. Licopeno Es el carotenoide más abundante en el tomate (aprox. 40 mg/100g) Su contenido depende mucho del grado de maduración (aumenta con ella), exposición a la luz (también aumenta), tipo de suelo, y de la variedad No tiene actividad como Vitamina A Pero es un antioxidante muy eficiente 26

27 Procedencia del color. Carotenoides XANTOFILAS. Astaxantina Es el carotenoide más común en los animales. Pigmento principal del salmón, trucha y huevas de algunos peces. Suele ir asociado a cantaxantina y astaceno Los animales no lo sintetizan. Dependen de los contenidos en la dieta 27

28 Procedencia del color. Carotenoides XANTOFILAS. Cantaxantina Se encuentra en la seta Cantharellus cinnabarinus, de donde se extrajo por primera vez. También aparece, generalmente asociada a otros carotenoides, como pigmento en los crustáceos y en la carne de salmón. 28

29 Procedencia del color. Carotenoides XANTOFILAS. Cantaxantina En los crustáceos muchas veces el color de la cantaxantina está enmascarado. Está muy fuertemente unida a proteínas que distorsionan sus propiedades ópticas. Cuando se someten a calor, y se desnaturaliza la proteína, se puede observar el color original del carotenoide libre. 29

30 Procedencia del color. Carotenoides XANTOFILAS. Cantaxantina Aplicaciones Como aditivo en los piensos destinados a los salmónidos, para dar color a su carne Piensos destinados a gallinas y pollos, para dar color a la yema del huevo, a la piel y carne. También se utiliza como bronceador químico, dado que se deposita en la piel y permite obtener un tono dorado sin necesidad de sol Depósitos en retina a elevadas dosis 30

31 Procedencia del color. Carotenoides XANTOFILAS. Zeoxantina y Luteína Zeoxantina Luteína 31

32 Procedencia del color. Carotenoides XANTOFILAS. Zeoxantina y Luteína No tienen actividad como vitamina A, pero se encuentran presentes en la retina humana, donde absorben la luz de la zona azul del espectro. Aunque se ha indicado como protector de la degeneración macular, y se venden extensamente como suplementos dietéticos con este fin, no existe ninguna prueba de que ese supuesto efecto protector sea cierto. Tagetes erecta, o clavelón de la India. Flor con un elevado contenido de luteína en su pétalos. 32

33 Procedencia del color. Carotenoides XANTOFILAS. Capsantina La capsantina es el principal carotenoide del pimiento común (Capsicum annuum), y de otras especies del mismo género (representa hasta el 60% del total de los carotenoides presentes). Capsantina 33

34 Procedencia del color. Antocianinas 34

35 Procedencia del color. Antocianinas Las antocianinas son pigmentos hidrosolubles presentes en las vacuolas de las células vegetales, que otorgan el color rojo, púrpura o azul a las hojas, flores y frutos, dependiendo del ph. El término antocianina fue propuesto en 1835 para describir el pigmento azul de la col lombarda (Brassica oleracea). 35

36 Procedencia del color. Antocianinas Las antocianinas pueden confundirse con los carotenoides, aunque a diferencia de las antocianinas, éstos no son solubles en agua, sino que están adosados a las proteínas de los cloroplastos. Los carotenoides dan colores rojo-anaranjados o amarillos, mientras que las antocianinas dan un abanico inmenso de colores: púrpura, azul, violeta, rojo y salmón. 36

37 Procedencia del color. Antocianinas Son glicósidos de las antocianidinas (familia de los flavonoides): Constituidos por una molécula de antocianidina (la aglicona) a la que se une un azúcar por medio de un enlace glucosídico. + Azúcar Glucosa Ramnnosa Galactosa Xilosa Arabinosa Enlace glucosídico Antocianidina (aglicona) 37

38 Procedencia del color. Antocianinas Son glicósidos de las antocianidinas (familia de los flavonoides): Constituidos por una molécula de antocianidina (la aglicona) a la que se une un azúcar por medio de un enlace glucosídico. 38

39 Procedencia del color. Antocianinas El color depende del número y orientación de los grupos -OH y -CH 3 39

40 Procedencia del color. Antocianinas El color depende del número y orientación de los grupos -OH y -CH 3 Pelargonidina 40

41 Procedencia del color. Antocianinas El color depende del número y orientación de los grupos -OH y -CH 3 Cianidina 41

42 Procedencia del color. Antocianinas El color depende del número y orientación de los grupos -OH y -CH 3 Delfinidina 42

43 Procedencia del color. Antocianinas El color depende del número y orientación de los grupos -OH y -CH 3 Peonidina 43

44 Procedencia del color. Antocianinas El color depende del número y orientación de los grupos -OH y -CH 3 Petunidina 44

45 Procedencia del color. Antocianinas El color depende del número y orientación de los grupos -OH y -CH 3 Malvidina 45

46 Procedencia del color. Antocianinas Sus funciones en las plantas son múltiples, desde la de protección de la radiación ultravioleta y de la contaminación viral y microbiana, hasta la de atracción de insectos polinizadores En su uso en la alimentación humana: Como pigmento natural: en sustitución de los colorantes rojos artificiales Las antocianinas son potentes antioxidantes. Se ha observado (y se sigue estudiando) su acción contra desarrollos tumorales, actividad atiinflamatoria, antibacteriana, antidiabética, mejora de agudeza visual y mejora comportamiento cognitivo. Además de su papel funcional como colorante son sustancias con un interés añadido asociado a sus potenciales propiedades farmacológicas y terapéuticas. 46

47 Procedencia del color. Antocianinas Reacciones de deterioro La estabilidad de las antocianinas está determinada por: El grado de oxidación La acidez La fuerza iónica La temperatura La interacción con otros radicales y moléculas complejas. 47

48 Procedencia del color. Antocianinas Efecto de la acidez Los antocianos pasan del rojo anaranjado en condiciones ácidas, (como el de la pelargonidina), al rojo intenso-violeta (de la cianidina), en condiciones neutras, y al rojo púrpura-azul (de la delfinidina), en condiciones alcalinas. Ácido Neutro Alcalino ph 48

49 Procedencia del color. Antocianinas Efecto de la acidez La estabilidad de las antocianinas depende mucho del ph. Es baja a ph elevados y es alta a ph ácidos Ácido Neutro Alcalino Colores más estables a ph= 1-2 ph Se degradan rápidamente con el aire 49

50 Procedencia del color. Antocianinas Efecto de la temperatura La velocidad de destrucción de las antocianinas depende de la temperatura. Los incrementos de la temperatura dan como resultado la pérdida del azúcar glicosilante en la posición 3 de la molécula, la apertura del anillo con la consecuente producción de calconas incoloras 50

51 Procedencia del color. Antocianinas Efecto de la temperatura La velocidad de destrucción de las antocianinas depende de la temperatura. Los incrementos de la temperatura dan como resultado la pérdida del azúcar glicosilante en la posición 3 de la molécula, la apertura del anillo con la consecuente producción de calconas incoloras Calcona (incolora) 51

52 Procedencia del color. Mioglobina El color de la carne y de los productos cárnicos es una de sus principales características de calidad. El consumidor establece relaciones color-frescura y por lo tanto color-calidad. 52

53 Procedencia del color. Mioglobina La mioglobina (Mb) se produce y almacena en las células musculares. Tiene la función de almacenar el O 2 en el músculo vivo hasta donde lo transporta la hemoglobina de la sangre. Allí se almacena para su posterior uso en el metabolismo aerobio. Es el pigmento más abundante en la carne y es en gran medida el responsable de su color 53

54 Procedencia del color. Mioglobina Factores que afectan al color de la carne La cantidad de Mb es mayor en los animales más grandes: Pollo<Cerdo<Vaca. La cantidad de Mb aumenta con la edad del animal: Ternera<Vaca Depende del tipo de músculo y de sus necesidades de O La forma que adopte la Mb 54

55 Procedencia del color. Mioglobina Mb-Fe +2 O 2 (MbO 2 ) Oximioglobina Rojo brillante [O 2 ] [O 2 ] Mb-Fe +2 (Mb) Desoximioglobina Oxigenación Rojo púrpura O 2 GRUPO HEMO (prostético): tetrapirrol cíclico con en el ión F +2 en su interior. Es el responsable del color de la Mioglobina Si el ión F +2 pasa a Fe +3 el grupo Hemo pierde su actividad biológica (cambia de color) Mioglobina: Hemoproteína pequeña, globular (GLOBINA) + (en su interior) el grupo HEMO 55

56 Procedencia del color. Mioglobina Mb-Fe +2 (Mb) Desoximioglobina Rojp púrpura Oxidación Metamioglobin reductasa + Agente reductor Mb-Fe +3 (MMb) Metamioglobina Color marrón Oximioglobina (izquierda) y Metamioglobina (derecha) 56

57 Procedencia del color. Mioglobina La formación de MMb se ve favorecida: Presencia de cationes Incremento de la temperatura Exposición a radiación UV-Visible Elevadas concentraciones salinas. Las piezas de carne mantienen su color atractivo unas 72 h con buenas condiciones de manipulación. 57

58 Procedencia del color. Mioglobina Mb-Fe +2 (Mb) Mb-Fe +2 O 2 (MbO 2 ) Mb-Fe +3 (MMb) COCINADO FERROHEMOCROMO COCINADO Pardo claro COCINADO FERRIHEMOCROMO Pardo oscuro 58

59 Procedencia del color. Pardeamiento Reacciones de pardeamiento Pardeamiento enzimático Pardeamiento no enzimático o Reacción de Maillard o Reacciones de Caramelización 59

60 Procedencia del color. Pardeamiento Enzimático Polifenol Oxidasa (PPO) mono-fenoles di-fenoles quinonas Polimerización no enzimática MELANINAS Colores marrones, rojizos o negros 60

61 Procedencia del color. Pardeamiento Enzimático Sólo tiene lugar cuando el vegetal sufre un daño mecánico (triturado, corte, congelación ) y hay presencia de O 2 De otro modo la enzima (PPO) y los fenoles se encuentran en compartimientos celulares separados de manera que no pueden reaccionar En general son indeseados y representan graves pérdidas en el manejo de frutas, verduras y hortalizas. En las pasas y otras frutas secas, la sidra, el té, el cacao, el pardeamiento enzimático contribuye al desarrollo de los colores característicos de estos productos 61

62 Procedencia del color. Pardeamiento Enzimático Prevención del pardeamiento enzimático Aplicación de Calor para la destrucción de enzimática Adición de compuestos reductores como ac. ascórbico Tratamiento con sulfuroso o sulfitos (ppm) inhiben la PPO Exclusión de Oxígeno para eliminar un sustrato necesario Inhibición del sistema enzimático mediante inmersión en disoluciones diluidas de cloruro sódico Descenso de ph para disminuir la cinética de pardeamiento (ac. cítrico, ascórbico, málico ) 62

63 Procedencia del color. Reacción de Maillard Reacción de glucosilación no enzimática de proteínas 63

64 Procedencia del color. Reacción de Maillard Descubierta por el químico Louis Maillard (1916) Reacción entre NH (Prot o AA) + -CO (Azúcar reductor) La reacción es compleja y genera moléculas cíclicas y policíclicas llamadas Melanoidinas Cinética favorecida por: Aumento de concentración Aumento de temperatura 64

65 Procedencia del color. Reacción de Maillard Melanoidinas 65

66 Procedencia del color. Reacción de Maillard Efectos positivos Otorga el color y aroma característico a alimentos como panes, galletas, caramelos de leche, carne cocinada, patatas fritas, cebolla frita, chocolate, café, cerveza Efectos negativos Pérdida de nutrientes, especialmente proteínas A veces los sabores producidos no son deseables A altas temperaturas se pueden formar sustancias peligrosas (Acrilamidas a 180ºC ). 66

67 Procedencia del color. Caramelización Genera caramelos, de colores muy similares a las melanoidinas Consiste en una oxidación pirolítica de algunos azúcares que genera compuestos coloreados de sabor agradable 67

68 Procedencia del color. Caramelización A diferencia de la reacción de Maillard (RM) no requiere de aminoácidos. En presencia de aminoácidos siempre se da primero la RM. Requiere de temperaturas más altas que la RM: Azúcar Fructosa Galactosa Glucosas Sacarosa Maltosa Temperatura (ºC)

69 Muchas gracias Muchas gracias Felicidad Ronda Balbás 69