Pardeamiento no enzimático

Transcripción

1 Aplicaciones del análisis avanzado de alimentos para el estudio de reacciones de deterioro. Reacciones de deterioro que son susceptibles de ocurrir en el procesado y almacenaje de alimentos Pardeo no enzimático xidación de lípidos Actividad enzimática Inactivación enzimática Indicadores. FRMACIN DE MELANIDINAS: reacción de Maillard Pardeamiento no enzimático Reactivos principales R CH C R2 Reactivos / Catalizadores R NH 2 -CH -NH 2 Azucar Reductor óaminoácidos / Productos de x. Proteínas lipidica Desanimación Deshidratación Ciclaciones Fisión Martins, S.I.F.S. (2000). Trends Food Sci. Technol.11, Condensación Reordenamiento Ciclación Enolización Degradación Productos de Heyns Aldosamina Productos de Amadori Cetoamina Productos Intermediarios α -dicarbonílicos Piranonas Furanos HMF Pirralinas Pirazinas (Aromas) Productos Finales Melanoidinas ETAPA INICIAL ETAPA INTERMEDIA ETAPA FINAL 1

2 Reactivos que intervienen en las reacciones de pardeo no enzimático: Hay que centrar la atención primordialmente en compuestos carbonílicos, con grupos activos (en general, vecinos a un grupo metino), capaces de sufrir reacciones de condensación. tros:aldehídos y cetonas, ej: aromas. Lípido oxidado C H H C H C H HC H H C H H CH C H 2 H Azúcar reductor C C C Ácido ascórbico H C H C HC Polifenol oxidado H C H CH 2 H lípidos insaturados Polifenoles reacciones oxidativas Reacciones de caramelización deshidraciones, fragmentaciones o descomposición productos de bajo peso molecular Esquema de interacción de reacciones condensaciones, isomerizaciones Compuestos Amadori Ácido ascórbico Azúcares reductores Proteínas y aminoácidos Reacción de Maillard C 2 + aromas aldehídicos + heterociclos Derivados de Strecker condensaciones compuestos AGEs fluorescentes Pigmentos pardos Evolución de la concentración de reactivos, intermediarios y productos en una reacción química Propiedades de los compuestos indicadores. Concentración Reactivos Productos Intermediarios Pueden determinarse fácilmente en el laboratorio. Se correlacionan con cambios de calidad Dependen de variables como temperatura y humedad, además del tiempo. Es ideal que se detecten antes del cambio de las propiedades sensoriales o nutricionales. Tiempo de secado 2

3 Algunos intermediarios característicos Compuestos de caramelización 1-hidroxi-2-propanona Maltulosa Generación de Furosina Reacción de Maillard Compuestos de Amadori (medidos luego de la hidrólisis ácida o enzimática) Fructosil-histidina, Furosina: 2-furoilmetil-lisina, 2-furoilmetilarginina, Lactulosil-lisina Fructosilglutámico/asp en tomate en polvo Reacción de Maillard Algunos intermediarios característicos Productos de la degradación de Strecker 2-metilpropanal, 2-metilbutanal Isovaleraldehído en tomate deshidratado C 2 Degradación de Strecker 1, 2 - DICARBNILS R NH 2 C H C 2 H H R C Productos de deshidratación 5 hidroximetilfurfural (5-HMF) N N N S N N S + C 2 Metilfurfural Furfural pirazina oxazol tiazol pirrol tiofeno 3

4 xidación de lípidos Productos de deshidratación Algunos intermediarios característicos Intermediarios: Peróxidos, hidroperóxidos Productos finales: Productos de degradación de Strecker Ejemplo del cambio de composición de los volátiles durante el tostado de café. Compuestos carbonílicos (Modifican fuertemente el sabor y el olor) Hidrocarburos (Derivados del furano, alcanos y alquenos) Alcoholes Indice de peróxido (PV) Métodos electroquímicos RH + 2 H + + KI I 2 + RH + H 2 I 2 + 2S S I - El iodo liberado es reducido en un electrodo de Pt (a potencial cte.) > sensibilidad Métodos colorimétricos Fe +2 Fe +3 ( tiocianato férrico) Desventajas T, tiempo, estructura y reactividad de hidroperóxidos Absorción de iodo por las insaturaciones de ácidos grasos Liberación de iodo del KI por el oxígeno presente en la solución a ser titulada. HPLC, CG- MS 4

5 Productos finales de oxidación de ácidos grasos Dienos Conjugados xidación PUFA s absorción UV producto Lípidos con grupos metilenos en dienos o polienos presentan un desplazamiento en la posición del doble enlace durante la oxidación debido a la isomerización y formación de compuestos conjugados Dienos y Trienos conjugados absorben a 234 y 268 nm El aumento de absorbancia por formación de estos compuestos es proporcional a la captación de oxígeno y formación de peróxidos durante los 1eros. estadíos de oxidación 5

6 Productos finales característicos de la oxidación lipídica ε,ε-2,4-decadienal y nonanal Malondialdehído 4,5-epoxi-2-alquenales 4-hidroxi-2-nonenal Derivados pirrólicos Hexanal, propanal 1-Penten-3-ol y 2,4-heptadienal Detección de oxidación: TBARS: tiobarbituric reactive substances Producto de oxidación de ácidos grasos La condensación de 1 molécula malondialdehído con 2 moléculas de TBA da lugar a la formación de un cromógeno. Muchos alcanales, alquenales y 2-4 dienales dan un pigmento anaranjado a 450nm, pero solo los díenales dan color rojo a 530 nm. Por eso es conveniente efectuar la lectura espectrofotométrica a las 2 λ Músculo de salmón de mar congelado Extracto ácido del alimento Destilado Exudado desproteinizado N TBA = mg MAL/ kg alimento N TBA (mg/kg carne) T = - 5 C T = - 20 C tiempo de almacenamiento (semanas) 6

7 N TBA (mg MAL/kg carne) Carne vacuna Carne de pollo Carne de Pescado tiempo de almacenamiento (semanas) Valor p-anisidina Ensayos acelerados de estabilidad oxidativa Aldehídos (2-alquenales y 2,4 alcadienales) Buena correlación entre valores p- anisidina y aceptabilidad flavor Valor TTX (xidación total) TTX = 2PV + p-an SI = Rancimat (conductividad) AM TTX TBA = 2PV + TBARS Wanasundara y Shahidi,

8 Estabilidad xidativa - Rancimat Lecitina de Girasol: 250, 500, 1000 y 2000 ppm ti DK 16h Figura 1. Aceite de girasol sin el agregado de antioxidantes. Te st de ó oxidaci ón acelerada. Evoluci ón ó de la conductividad (K) en funci n del ón n del tiempo de proceso. T: 98 º C. Flujo de aire: 20 L/h. ti: tiempo de inducci ón. n. n acelerada. Evoluci Condiciones operativas Temperatura 98ºC y 120ºC Flujo de aire de 20 L/h, 5 g de muestra tiempo de inducción (t i ) variación de conductividad (ΔK) a 16 h (98ºC) y 8 h (120 ºC) xitest Reactor XITEST Reactor for accelerated oxidation tests Reacción de Maillard AGES: Advanced Glycosilation End Products Carboximetil-lisina CML Galactosil isomaltol, Galactosil beta-piranona Compuestos fluorescentes 8

9 Compuestos fluorescentes El desarrollo de fluorescencia durante la reacción de Maillard es conocido desde mediados de la década del 40, en que se propuso que la fluorescencia de huevo deshidratado podría emplearse como índice de aceptabilidad de los mismos. También se genera fluorescencia cuando los lípidos oxidados reaccionan con proteínas o aminoácidos. En la incubación, de todos los sistemas que contienen compuestos carbonilo y compuestos con grupo amino aparecen sustancias fluorescentes que son a su vez intermediarias en la formación de los pigmentos pardos. bservación bajo luz UV muestras control pardeadas Repaso de lo ya estudiado Sustancias fluorescentes de extractos diluidos de productos a base de cereal y café dan espectros fluorescentes similares a los obtenidos en reacciones de glucosa con glicina. Diagrama de Jablonski 9

10 La determinación de fluorescencia es un método más sensible que la determinación de absorbancia en la evaluación de las etapas tempranas de pardeamiento en sistemas que contienen azúcares y grupos amino. La Tabla muestra el desarrollo de color (medido por absorbancia) y de fluorescencia de una mezcla glicina:glucosa (0.1 M) en distintas etapas del pardeamiento. Tiempo, h Color Abs. 490 nm Fluorescencia * Amarillo pálido Amarillo claro Naranja Espectro de emisión de Fluorescencia Fluorescence intensity normalized 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Wavelenght (nm) 300nm 320nm 340nm 350nm 400nm En la reacción de Maillard se forman varios compuestos fluorescentes En general, la longitud de onda correspondiente al máximo de excitación para los comp. de Maillard está entre 350 y 380 nm, y la correspondiente al máximo de emisión es entre 400 y 450 nm. Sustancias fluorescentes de extractos diluidos de productos a base de cereal y café dan espectros fluorescentes similares a los obtenidos en reacciones de glucosa con glicina. Espectros de excitación (emisión a 450 nm) y emisión (excitación a 380 nm) de sistemas modelo (A) lisinaglucosa-buffer (B) proteína-glucosa-buffer. 10

11 Efecto del tiempo de reacción Intensidad de fluorescencia (U.A.) Exc 280nm Em 340nm 0 hs 282 hs 315 hs Intensidad de fluorescencia (U.A.) Exc 380nm Em 450nm 0 hs 282 hs 315 hs 716 hs Longitud de onda (nm) Tryptophane fluorescence denaturation Longitud de onda (nm) Maillard fluorescence Desarrollo de fluorescencia de superficie durante la cocción de grits de maíz ' control 120' glucosa 0 min Master WL 11

12 Fluorescencia de superficie durante la cocción de los grits de maíz Fluorescencia de superficie en la producción de copos de maíz / / tiempo (min) C G M GM Relación de intensidad de fluorescencia de superficie 520/440 nm en función del tiempo para diferentes formulaciones. C: control; G con glucosa; M con malta; GM con glucosa y malta 0.0 G GG GL CF Fluorescencia de superficie de las diferentes etapas del proceso de producción de copos de maíz expresada como relación de las alturas de los hombros de 520 nm y 440nm con el pico de 488 nm. G: grit, GC grit cocido, GL laminado y CM copo de maíz. Interacción Lípidos xidados - Proteínas Determinación de compuestos fluorescentes CARACTERIZACIÓN ESPECTRSCÓPICA DE MELANIDINAS Espectroscopia de absorción UV-Vis Espectroscopia de Fluorescencia Determinación de parámetros de color Escala CIELAB: L* (luminosidad), a* (rojo-verde) y b* (amarillo-azul) Los valores valores de C* (chroma) se calcularon como: C + Jimenez A. (2001).Color.. Editorial Acribia. España * = [( a*) ( b *) 2 ]

13 Indicadores de las etapas finales: Melanoidinas. Las melanoidinas formadas en las etapas finales de la reacción de Maillard, en su mayoría no identificadas, presentan estructuras que dependen de las condiciones tecnológicas aplicadas. Absorben en el rango visible ( nm). La evolución de color se pueden medir espectrofotométricamente, mediante espectrocolorímetros triestímulo o a través de análisis de imágenes. ESTRUCTURA QUÍMICA DE LAS MELANIDINAS MD en sistemas modelo Azúcar- Aminoácido MD en alimentos ó AGE en organismos R. Tressl Agric. Food. 46, Hofmann, T J. Agric. Food Chem. 47, Hofmann, T Z. Lebensm.-Unters. Forsch., 206, Productos pardos Medición de color Esquema del cálculo para obtener los valores triestímulo Espectrocolorímetro Gabinetes estandarizados Fuente de luz Reflectancia objeto Sensibilidad del ojo Resultado: color X, Y, Z 13

14 Tipo de reacción Compuesto Alimento Amadori Luego de la hidrólisis Ácida o enzimática fructosil-histidine Tomate en polvo espectrocolorímetro Deshidratación ácido 2-Furoilmetil-γ-aminobutírico, 2- furoilmetil-lisina (furosina), and 2- furoilmetilarginina Ácido N-(1-deoxi-D-fructos-1-il)-Lglutámico fructosil-arginina Lactulosyl-lysine 2-Furoylmethyl-gamma-aminobutyric acid; 2-furoilmetil-arginine; furosine Hydroximetilfurfural, furfural, metil furfural Cebolla y ajo deshidratadosc Tomate deshidratado Extracto de ajo Prod. lácteos Frutas deshidratadas Galletas, pan, prod. de cereales; jamón y fórmulas para bebés Caramelización 1-hidroxi-2-propanona Maltulosa Pasta, pan, miel Strecker 2-metilpropanal, 2-metilbutanal Vegetales 3-metilbutanal AGES Carboxymetillisina Galactosil isomaltol, Prod. lácteos galactosyl beta-piranona Compuestos fluorescentes Prod. Lácteos, Factores que influyen en la cinética de las Tipo de reacción Compuesto Alimento xidación de lípidos E,E-2,4-decadienal y nonanal Fase vapor de horneados, malondialdehído Carnes, cereales, 4,5-epoxi-2-alquenales 4-hidroxi-2-nonenal 4-oxo-2-nonenal ácidosgrasosepoxioxono saturados pirroles Vegetales deshidratados reacciones químicas en alimentos ph Presión parcial de oxígeno Presencia de tampones Temperatura Presencia de prooxidantes a w y contenido acuoso Presencia de inhibidores o catalizadores hexanal, propanal Transiciones de estado y cambios de fase 14

15 FACTRES QUE AFECTAN LA VELCIDAD DE LAS REACCINES DE PARDE 1 Naturaleza de los reactivos El color de los productos depende del tipo de azúcar 2 ph La intensidad de color aumenta a ph alcalinos y disminuye a ph ácidos 3 Tiempo y temperatura de cocción El aroma generado depende del aminoácido y de la temperatura de cocción Glc + AA aroma Tiempo 4 Actividad del agua (a w ) Temperatura 57 Valor óptimo para la RM 0.55 < a w < Los alimentos deshidratados son los más estables Efecto de las transiciones de fase sobre la cinética de reacciones químicas (próxima teórica) 15