ALTERACIONES DE LOS LÍPIDOS HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA OXIDACIÓN ENZIMÁTICA OXIDACIÓN QUÍMICA ISOMERIZACIONES POLIMERIZACIONES

Transcripción

1 ALTERACIONES DE LOS LÍPIDOS HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA OXIDACIÓN ENZIMÁTICA OXIDACIÓN QUÍMICA A mayor grado de instauración mayor susceptibilidad HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA Enzimas lipolíticas ejercen catálisis heterogénea Lipasas (triacilglicerol acilhidrolasas) ISOMERIZACIONES POLIMERIZACIONES En semillas de oleaginosas (hidrólisis de grasas durante germinación) Generan mezclas de TG, DG, MG, ácidos grasos libres y glicerol Actúan en semillas trituradas (acidificación de los aceites de la harina) Posen especificidades múltiples (de sustrato, de posición y tipo de ácido graso) Endógenas: semillas, membrana de los glóbulos grasos de la leche, mesocarpio de aceituna, manteca, crema de leche y nueces. Exógenas: microorganismos Velocidad de hidrólisis disminuye al disminuir T Ácidos libres generados ejercen diversos efectos: n < 12 C: baja índice de acidez y confieren sabores acres y off-flavors indeseables n >12 C: producen acidez Insaturados más susceptibles 1 % de ácidos grasos libres en aceites para freír disminuye punto de humo en 70 C Fosfolipasas (fosfoglicérido acilhidrolasas para A1 y A2) Actúan sobre fosfoglicéridos Fosfolipasa A1 Fosfolipasa A2 Fosfolipasa C Fosfolipasa D 1

2 Fosfololipasa A1: 1-lisolecitina (que mediante la acción sucesiva de la A2 genera gliceril fosforilcolina). Fosfolipasa A2: 2-lisolecitina (que mediante la acción sucesiva de la A1 genera gliceril fosforilcolina). Fosfolipasa C: 1,2-diglicérido Fosfolipasa D: ácido fosfatídico OXIDACIÓN ENZIMÁTICA Lipoxidasas Ferroproteínas que catalizan oxidación estereoespecífica de C insaturados de ácidos grasos en presencia de O 2 Importante en el soja, germen de trigo, arroz, maíz y ciertas grasas animales Productos obtenidos similares a los obtenidos en oxidación o enranciamiento químico Específicas para ácidos grasos insaturados que contienen sistema 1,4-pentadieno ciscis (linoléico, linolénico y araquidónico) Lipoxidasas tipo I: específicas para acilglicéridos Lipoxidasas tipo II: oxidan preferentemente posición 9 o 13 de ácidos grasos libres Primera fase: 11 2

3 Segunda fase: Hidroperóxidos sufren una serie de reacciones: formación de compuestos carbonílicos (sabores y off-flavors indeseables y pérdida de ácidos grasos esenciales) Peroxidasas Transfieren O 2 de los peróxidos a otros sustratos oxidables (carotenoides, ácidos grasos, vitaminas, aminoácidos) producen decoloración y pérdida de nutrtientes. peroxidasa ROOH + 2 AH ROH + H 2 O + 2 A sustancia oxidable Lipasas Lipoxidasas Peroxidasas Acilglicéridos o Fosfolípidos Ácidos grasos libres Hidroperóxidos Compuestos oxidados 3

4 OXIDACIÓN, PEROXIDACIÓN O ENRANCIAMIENTO QUÍMICO Deterioro oxidativo de aceites y grasas que contienen instauraciones Históricamente asociado con almacenamiento de aceites (oliva) Saussure (1800) capa de aceite de nueces absorbe hasta 150 veces su volumen de O 2 (1 año) Stephens (1928) aislamiento de un peróxido del ciclohexano, estructura dilucidada en 1942 Década del 40: estudios sistemáticos de la autoxidación lipídica Criegee: hidroperóxidos son productos primarios en la oxidación de hidrocarburos Farmer: productos primarios de la autoxidación del ácido linoleico: hidroperóxidos 9 y 13 Décadas del 60-70: productos de oxidación de ácidos grasos poliinsaturados consiste de una mezcla compleja (productos hidroperóxidos de autoxidación del ácido araquidónico: HPLC) 1980: primera demostración de la oxidación radicalaria de fosfolípidos de membrana Hidroperóxidos lipídicos: intermediarios no radicalarios derivados de ácidos grasos no saturados, fosfolípidos, glicolípidos, ésteres de colesterol y colesterol (vía enzimática o no) Reacciones involucran especies oxigenadas reactivas (ROS) Radical superóxido (O 2.- ) O 2 toma un electrón y lo introduce en el transporte electrónico mitocondrial (formación se incrementa fácilmente en presencia de componentes exógenos como compuestos cíclicos redox) Peróxido de H (H 2 O 2 ) Produce principalmente por reacciones enzimáticas (microsomas, peroxisomas y mitocondria) Concentración celular constante entre 10-9 y 10-7 M. (bajo condiciones de oxígeno normal) Superóxido dismutasa (células animales y plantas) produce H 2 O 2 por dismutación del O 2.- (disminuye reacciones oxidativas) Dismutasa y catalasa contribuyen en la remoción de H 2 O 2 Radical hidroxilo (. OH) reacción tipo Fenton: Fe 2+ + H 2 O > Fe OH + OH - Reacción prevalente en sistemas biológicos y fuente de varios productos de peroxidación lipídica deletéreos. Óxido nítrico (NO. ) Producido en varios tipos de células. No muy reactiva, reacciona rápidamente con O 2.- dando peroxinitrito (ONOO - ) altamente reactivo. 4

5 Oxígeno singlete ( 1 O 2 ) ROS importante en reacciones relacionadas a la exposición UV (UVA, nm) Toxicidad reforada en presencia de fotosensibilizadores con O 2 (tetrapirroles, clorofila, hemoproteínas y NADH) Presencia de metales contribuye al aumento de oxígeno singlete como también de anión superóxido Puede formarse durante degradación de peróxidos lipídicos (producción de otras moléculas de peróxido) Ozono (O 3 ) Presente naturalmente en alta y baja atmósfera (polución) Formado por reacciones fotoquímicas entre hidrocarburos y óxidos de N Puede producir radicales libres y estimular peroxidación lipídica (daños a nivel de lípidos y proteínas in vivo) Autoxidación Fotoxidación u oxidación fotosensibilizada Primera fase: productos de peroxidación primarios (hidroperóxidos con dobles enlaces transpuestos y con diferente configuración) Segunda fase: productos primarios se reordenan (moléculas más pequeñas por fisión o mayores por dimerización) Autoxidación In = Iniciador LH + In L + InH L + O 2 LOO INICIACIÓN PROPAGACIÓN LOO + LH LOOH + L LOO + LOO LOO + L LOO + R L + L Productos no radicalarios TERMINACIÓN 5

6 1. Iniciación Ataque de una ROS a un lípido (abstracción de un átomo de H activados del grupo CH 2 -). OH es el más eficiente; O.- 2 es insuficientemente reactivo Se generan radicales libres centrados en el C estabilizados por resonancia. Ácidos grasos poliinsaturados son más susceptibles; dobles enlaces separados por 2 enlaces simples (ej. ácido linoleico): Propagación H H H H O 2 en contacto con un lípido puede ser absorbido por sistemas de dobles enlaces (sistemas saturados se oxidan a velocidad mucho menor) Se forman radicales peroxilo (ROO. ) Reacción autocatalítica en cadena: radical peroxilo remueve H de otra molécula de lípido adyacente (especialmente en presencia de metales como Cu o Fe) lípido hidroperóxido. 6

7 3. Terminación Choque favorable entre dos radicales que puede dar hidroperóxidos, dímeros y peróxidos Frecuentemente por reacción de un radical peroxilo con algún antioxidante (αtocoferol) FOTOXIDACIÓN Reacción involucra 1 O 2 (por acción de la luz sobre el oxígeno triplete, 3 O 2 ) 1 O 2 altamente electrofílico reacción con lípidos insaturados En presencia de sensibilizadores doble enlace interactúa con 1 O 2 y se adiciona a cualquiera de los C de un doble enlace (adopta configuración trans) Fotoxidación es más rápida que autoxidación Carotenoides inhiben fotoxidación por interferencia en formación del 1 O 2 a partir del 3 O 2 Tocoferoles inhiben fotoxidación por secuestro del 1 O 2 preformado, Carotenos son eficientes inhibidores en aceites vegetales solamente si están presentes los tocoferoles que protegen los primeros. Formación y descomposición de peróxidos en función del tiempo Período de Inducción Propagación de radicales libres Fase de terminación de radicales libres [LOOH] Fase de Iniciación de radicales libres Fase de formación de peróxidos Estabilización de peróxidos Fase de descomposición de los peróxidos Tiempo (h) 7

8 Principales productos de oxidación de lípidos monoénicos (ácido oleico) Principales productos de oxidación de lípidos diénicos (ácido linoleico) Autoxidación: 9-OOH y 13-OOH en cantidades equivalentes. Fotoxidación: genera mezcla de 4 derivados con radical OOH en C 9, 10, 12 ó 13 Oxidation of triene lipids Principales productos de oxidación de lípidos triénicos Autoxidación Fotoxidation 9-OOH D10,12,15 (37%) 9-OOH D10,12,15 (23%) 10-OOH D8,12,15 (13%) 12-OOH D9,13,15 (8%) 12-OOH D9,13,15 (12%) 13-OOH D9,11,15 (10%) 13-OOH D9,11,15 (14%) 15-OOH D9,12,16 (13%) 16-OOH D9,12,14 (45%) 16-OOH D9,12,14 (25%) 8

9 DESCOMPOSICIÓN DE LOS HIDROPERÓXIDOS Segunda etapa del proceso de enranciamiento Hidroperóxidos formados en primera fase pueden descomponerse para dar principalmente hidrocarburos y aldehídos de cadena corta Otros compuestos incluyen grupos epoxi, alcohol o cetona, hidroxialdehídos, ácidos dicarboxílicos Resultan de la ruptura de los enlaces C-C adyacentes al grupo hidroperóxido Un fragmento deriva del extremo metilo terminal del ácido graso y el otro queda libre o permanece ligado al glicerol Hidrocarburos: alcanos y alquenos Ej. a partir del 8-hidroperóxido del ácido oleico: 9-hidroperóxido del ácido oleico: 1-noneno 10-OOH: octano 11-OOH: heptano. 13-hidroperóxidos del ácido linoleico o araquidónico: gas pentano por escisión β del enlace entre el C13 y C14 Similarmente, ácido linoleico produce etano o etileno Contribuyen muy poco en el off-flavor. (sus valores umbrales de detección son en general altos, de más de 100mg/Kg, siendo los alquenos los más perceptibles con valores umbral de menos de 0,02 mg/kg) Aldehídos Aldehídos volátiles y no volátiles: por escisión β Ej.: descomposición del 8-hidroperóxido oleato por escisión en posición A genera radical alquílico que puede combinarse con un radical OH para producir un alcohol, el que genera un aldehído (decanal) por tautomerización: 9

10 La escisión en posición B producirá otro aldehído (2-undecenal) y un radical alquílico: Peroxidación de ácidos grasos poliinsaturados mezclas de aldehídos, además de varios ácidos grasos de cadena corta y compuestos ceto, hidroxi o epoxi Ácidos grasos omega 6 (linoleico y araquidónico): 2,4-decadienal y 3-nonenal a partir del 9-hydroperóxido linoleico; hexanal y pentanal del 13-hydroperóxido linoleico y 2- heptenal del 10-hydroperóxido linoleico. Otros compuestos volátiles de descomposición frecuentemente encontrados son: 2-octenal, 2,4-nonadienal, 4,5-dihidroxidecenal y especialmente 4-hidroxi-2,3-transnonenal (4HNE) Acidos grasos omega 3 (linoleico, EPA y DHA) varios compuestos de acuerdo a localización de grupo hidroperóxido: 9-OOH linoleico 2,4,7-decatrienal y 3,6- nonadienal; 12-OOH linoleico 2,4-heptadienal y 3-hexenal; 13-OOH linoleico 3- hexenal y 2-pentenal y 16-OOH linoleico propanal Otros compuestos se forman por mecanismos menos conocidos (butanal, 4,5-epoxi hepta-2-enal, 4-hidroperoxi hexenal, 4,5-dihidroxidecenal y 4-hydroxy-2,3-transhexenal (4-HHE). 10

11 Aldehídos insaturados pueden aún sufrir modificaciones por autoxidación produciendo compuestos volátiles. Así, los hidroperoxi aldehídos pueden escindirse para generar aldehídos de cadenas más cortas, a veces con otros grupos químicos. Entre todas estas sustancias, el malonaldehído (MDA) es objeto de gran interés Aldehídos, en general, responsables del off-flavor en aceites vegetales rancios. Los valores umbrales de detección son menores para aldehídos insaturados. Estos compuestos volátiles son comúnmente encontrados en aceites de fritura y en alimentos fritos. Alcadienales flavor de frito de papas (en bajos niveles) ANTIOXIDANTES Impiden o retardan el enranciamiento de las grasas, interviniendo en las primeras fases de la oxidación Compuestos polifenólicos, más o menos liposolubles ANTIOXIDANTES NATURALES Tocoferoles Aceite de germen de trigo retarda enranciamiento oxidativo de grasas (también con residuo insaponificable de aceite de germen de maíz, algodón, soja, etc.) Estructura fenólica de tocoferoles análoga a la de antioxidantes sintéticos ANTIOXIDANTES SINTÉTICOS Solubilidad en grasas aumenta con la longitud de la cadena carbonada Galatos dan coloración azulada en presencia de Fe BHA y BHT: los más utilizados; solubles en grasas y aceites; se usan mezclas de ambos o de BHA con galato de propilo que actúan sinérgicamente (no así BHT y galatos) 11

12 SINERGISTAS Y DESACTIVADORES Sustancias que potencian la acción de los antioxidantes de tipo fenólico Ejs. ácidos ascórbico, tartárico, cítrico y fosfórico: poseen efecto secuestrante de metales, (Fe y Cu) Ésteres de ácidos son más solubles en medios grasos (palmitato de ascorbilo) Ácido ascórbico y sus derivados son reductores EDTA, varios aminoácidos y los polifosfatos también actúan como potenciadores 12

13 Mecanismo de acción Interrumpen reacción en cadena productora de peróxidos (inactivan radicales libres iniciales o formados) Radical fenólico no propaga la reacción (estabilización por resonancia) Antioxidantes se destruyen durante período de inducción rápido aumento en velocidad de formación de peróxidos (agentes reductores como ácido ascórbico pueden retrasar el enranciamiento por reducción de los hidroperóxidos formados) POLIMERIZACIÓN TÉRMICA T elevadas inducen polimerización por adición inter e intramolecular Adición por unión de radicales libres Usual en aceites de fritura ( C) Otros cambios inducidos a altas T: Hidrólisis con agua de los alimentos ácidos grasos libres + glicerol acroleína (propenal) de olor irritante Formación de hidrocarburos por termólisis O 2 provoca oxidación de ácidos grasos aldehídos y cetonas forman metilcetonas de cadena larga y lactonas Hay aumento de viscosidad, pardeamiento, cambios de sabor, mayor acidez, formación de humos y descenso del índice de yodo 13

14 Principales procesos químicos que ocurren durante la fritura en profundidad de un alimento (180 C) Vapor Volátiles (humo) Antioxidantes Vaporización Aereación O 2 Oxidación Hidroperóxidos (dienos conjugados) Fisión Absorción Deshidratación Hidrólisis AGL, DG, MG Glicerina Solubilización Pigmentos Lípidos Radicales libres Alcoholes Aldehídos Ácidos Hidrocarburos Lactonas Dímeros Trímeros Epóxidos Alcoholes Hidrocarburos Calentamiento Dímeros Compuestos cíclicos 14