Bromatología y Tecnología de Alimentos

Transcripción

1 Fundación H. A. Barceló Facultad de Medicina 2do. AÑO Bromatología y Tecnología de Alimentos Módulo 6: Lípidos : Características generales Docentes: Dra. Susana Carnevali de Falke Dra. María Claudia Degrossi

2 Competencias a desarrollar en este Módulo Luego de la lectura y realización de las actividades de este módulo, el alumno: Conoce la clasificación de los lípidos. Relaciona la estructura química de los distintos lípidos con sus propiedades funcionales. Conoce las principales materias primas para la manufactura grasas y aceites comestibles. Distingue las distintas etapas de refinación de grasas y aceites Comprende el concepto de polimorfismo y lo relaciona con el templado de grasas. Reconoce las aplicaciones de la hidrogenación, interesterificación y fraccionamiento de lípidos. Diferencia los posibles mecanismos de deterioro de los lípidos (rancidez hidrolítica y oxidativa) y jerarquiza los factores que afectan estos procesos. Analiza los mecanismos de acción de los antioxidantes. Comprende el concepto de punto de humeo de un aceite. 2 Ejes temáticos Ácidos grasos y triglicéridos Fosfolípidos Ceras Esteroides Polimorfismo Templado Manufactura de grasas y aceites Hidrogenación Interesterificación Fraccionamiento Rancidez Punto de humo Condiciones de aprobación del presente módulo Participación en el Foro de cada lección del Módulo 6.

3 Marco Teórico del Módulo 6 : Características generales 1- Introducción Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por carbono, hidrógeno y, generalmente, también oxígeno, pero este último en porcentajes mucho más bajos. Además pueden contener fósforo, nitrógeno y azufre. Es un grupo de sustancias muy heterogéneas que sólo tienen en común las siguientes dos características: 3 Son insolubles en agua Son solubles en disolventes orgánicos, como éter, cloroformo, benceno, etc. Los lípidos, tanto los que se encuentran en forma visible o directa, como están en la manteca y en los aceites, o invisible o indirecta como en la leche, carnes, huevos, tortas, etc., tienen un papel importante en la alimentación. Su función nutricional básica se relaciona a su aporte energético, que es el más elevado de todos los nutrientes. Por ello son ideales como material de reserva. Por supuesto, son muy importantes los ácidos grasos esenciales, no sólo para sintetizar ciertos derivados metabólicos específicos (prostaglandinas, receptores de membrana, etc.), sino también por su influencia en los niveles de colesterol sanguíneo, pues disminuyen el riesgo de la formación de ateromas. Además, los lípidos transportan y permiten la absorción de las vitaminas liposolubles. En lo referente a la calidad del alimento, aportan color (por ejemplo, a través de los carotenos en la manteca o favoreciendo la reacción de Maillard durante la fritura), contribuyen significativamente a la textura y estructura de las preparaciones (como en el hojaldre, los helados, o en el batido de manteca y azúcar para lograr productos de pastelería aireados), modifican el sabor de los alimentos y la sensación de los mismos en la boca (lubricación), resultan un excelente medio de cocción, para sólo dar algunos ejemplos. Además, provocan saciedad, debido a que son digeridos más lentamente que los glúcidos y las proteínas.

4 2- Clasificación El número de sustancias clasificadas como lípidos es muy grande y la manera de clasificarlas resulta difícil, existiendo diversos métodos para este fin. El más común es dividirlos en tres grandes grupos en función de su estructura química, como se presenta en la Tabla 1. Tabla 1: Clasificación de los lípidos según su estructura química A. Lípidos simples: Ésteres de ácidos grasos y alcoholes 4 1. Grasas y aceites. Ésteres de glicerol con ácidos monocarboxílicos 2. Ceras. Ésteres de alcoholes monohidroxilados y ácidos grasos B. Lípidos compuestos: Lípidos simples conjugados con moléculas no lipídicas 1. Fosfolípidos. Ésteres que contienen ácido fosfórico en lugar de un ácido graso, combinado con una base de nitrógeno. 2. Glucolípidos. Compuestos de carbohidratos, ácidos grasos y esfingosinol, llamados también cerebrósidos. 3. Lipoproteínas. Compuestos de lípidos y proteínas. C. Compuestos asociados 1. Ácidos grasos 2. Pigmentos 3. Vitaminas liposolubles 4. Esteroides 5. Hidrocarburos Fuente: Badui Dergal, S. Química de los Alimentos. Ed. Longman, México (1999). Las grasas y aceites son los más abundantes e importantes en la tecnología de alimentos. Los lípidos compuestos están formados por una porción lipídica y otra no, unidas covalentemente, destacándose los glucolípidos y los fosfolípidos. En el caso de las lipoproteínas, sus integrantes, lípidos y proteínas, se enlazan hidróbofa y electrostáticamente. Finalmente, los lípidos asociados son todos aquellos que quedan fuera de las 2 categorías anteriores. Otra clasificación se realiza teniendo en cuenta su capacidad para formar jabones. Aquellos que los forman se denominan saponificables y los que no, insaponificables.

5 Figura 1: Reacción de saponificación 5 Fuente: Dentro de los denominados saponificables se encuentran los triglicéridos, las ceras y los fosfolípidos; mientras que los insaponificables son básicamente los esteroles, los hidrocarburos, los pigmentos y las prostaglandinas. Desarrollaremos algunos de estos compuestos en los puntos siguientes Lípidos saponificables Ácidos grasos Las grasas y aceites están principalmente constituidos por triglicéridos, ésteres entre ácidos grasos y glicerol. Los ácidos grasos son moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada de tipo lineal, y con un número par de átomos de carbono. Tienen en un extremo de la cadena un grupo carboxilo (-COOH). Figura 2: Estructura química de los ácidos grasos No polar Polar Fuente:

6 Las propiedades químicas de los ácidos grasos derivan por una parte, de la presencia de un grupo carboxilo (polar) y, por otra parte, de la existencia de una cadena hidrocarbonada (no polar). La coexistencia de ambos componentes en la misma molécula convierte a los ácidos grasos en moléculas débilmente anfipáticas. El carácter anfipático es tanto mayor cuanto menor es la longitud de la cadena hidrocarbonada. La solubilidad de los ácidos grasos en agua decrece a medida que aumenta la longitud de la cadena. 6 El grupo carboxílico de la molécula convierte al ácido graso en un ácido débil (con un pka en torno a 4,8). También presenta las reacciones químicas propias del grupo -COOH: esterificación con grupos -OH alcohólicos, formación de enlaces amida con grupos NH2, formación de sales (jabones), etc. El grupo -COOH es capaz de formar puentes de hidrógeno, de forma que los puntos de fusión de los ácidos grasos son mayores que los de los hidrocarburos correspondientes. Figura 3: Reacción de esterificación de ácidos grasos Fuente: Según la naturaleza de la cadena hidrocarbonada, distinguimos 2 grandes grupos de ácidos grasos, los saturados y los insaturados. Figura 4: Ácidos grasos saturados e insaturados Fuente:

7 Ácidos grasos saturados Desde el punto de vista químico, son muy poco reactivos, siendo más estables a la oxidación que los insaturados. En su nomenclatura se utilizan con más frecuencia los nombres triviales que los sistemáticos. Los más abundantes son el palmítico (hexadecanoico, o C16:0) y el esteárico (octadecanoico, o C18:0). Los de menos de 10 átomos de C son líquidos a temperatura ambiente y parcialmente solubles en agua. A partir de 12 C, son sólidos y prácticamente insolubles en agua. En estado sólido adoptan la conformación alternada todo-anti, que da un máximo de simetría al cristal, por lo que los puntos de fusión son elevados. El punto de fusión aumenta con la longitud de la cadena. Los lípidos ricos en ácidos grasos saturados constituyen las grasas (son aquellos lípidos que son sólidos a temperatura ambiente). 7 Ácidos grasos insaturados Con mucha frecuencia aparecen insaturaciones en forma de dobles enlaces, aunque se han encontrado algunos ácidos grasos con triples enlaces. Cuando hay varios dobles enlaces en la misma cadena, estos aparecen cada tres átomos de carbono. En la nomenclatura abreviada se indica la longitud de la cadena y el número de dobles enlaces. La posición de los dobles enlaces se indica como un superíndice en el segundo número. Así, el ácido oleico (9-octadecenoico) se representa como C18:1 9, y el linoleico (9,12-octadecadienoico) como C18:2 9,12, y el linolénico (9,12,15-octadecatrienoico) como C18:3 9,12,15. Por lo general, las insaturaciones son del tipo cis. Esto hace que la disposición de la molécula sea angulada, con el vértice en la insaturación. Esta angulación hace que los puntos de fusión de las ácidos insaturados sean más bajos que los de sus homólogos saturados.

8 Los dobles enlaces en trans distorsionan poco la simetría cristalina, que es muy parecida a la de los ácidos grasos saturados. Pueden estar presentes naturalmente en productos de origen animal de rumiantes, ya que las bacterias del rumen pueden provocar la transformación de los lípidos poliinsaturados de los vegetales en ácidos grasos saturados y trans. Sin embargo, la mayor proporción de trans se presenta en las grasas hidrogenadas, tema que desarrollaremos más adelante. Figura 5: Ácidos grasos saturados 8

9 Figura 6: Ácidos grasos insaturados 9 Fuente: Figura 7: Isomería cis - trans

10 La composición en ácidos grasos de algunos productos de origen animal varía con diversos factores. En el caso de la yema de huevo, su contenido en ácido linoleico se incrementa en la medida que la dieta de las aves sea rica en ácidos poliinsaturados; sin embargo, el contenido de ácido palmítico y esteárico no varía con la alimentación. En el caso de la leche, ocurre algo semejante (1-4). Tabla 2: Ácidos grasos comúnmente hallados en los lípidos de los alimentos Ácidos Saturados Butírico (butanoico) Caproico (hexanoico) Caprílico (octanoico) Cáprico (decanoico) Laúrico (dodecanoico) Mirístico (tetradecanoico) Palmítico (hexadecanoico) Esteárico (octadecanoico) Insaturados Palmitoleico (hexadecenoico) Oleico (octadecenoico) Linoleico (octadecadienoico) Linolénico (octadecatrienoico) Araquidónico (eicosatetranoico) Fórmula empírica C 4 H 8 O 2 C 6 H 12 O 2 C 10 H C 12 H 24 O 2 C 12 H 24 O 2 C 14 H 28 O 2 C 16 H 32 O 2 C 18 H 36 O 2 C 16 H 30 O 2 C 18 H 34 O 2 C 18 H 32 O 2 C 18 H 30 O 2 C 20 H 32 O 2 Símbolos C4:0 C6:0 C8:0 C10:0 C12:0 C14:0 C16:0 C18:0 C16:1 Δ9 C18:1 Δ9 C18:2 Δ9,12 C18: 3 Δ 9,12,15 C20:4 Δ5,8,11,14 C18:1ω9 C18:2 ω6 C18:3 ω3 C20:4 ω6 Punto de Fusión C Actividad 1 - Entre los ácidos grasos monoinsaturados se encuentra el ácido erúcico. El C.A.A, en el artículo 525 del Capítulo VII, prohíbe que el contenido en erúcico de los aceites comestibles supere el 5%. Investigue la causa. - Investigue qué es el aceite de Lorenzo y para qué fue empleado.

11 Acilglicéridos Son lípidos simples formados por la esterificación de una, dos o tres moléculas de ácidos grasos con una molécula de glicerina. También reciben el nombre de glicéridos o grasas simples. La unión se da entre los grupos -OH de cada molécula. Se libera una molécula de agua por cada enlace éster. Figura 8: Acilglicéridos 11 Fuente: Según el número de ácidos grasos, se distinguen tres tipos de acilglicéridos: los monoglicéridos, que contienen una molécula de ácido graso los diglicéridos, con dos moléculas de ácidos grasos los triglicéridos, con tres moléculas de ácidos grasos. Mono y diglicéridos Representan una fracción muy pequeña de los constituyentes de las grasas y aceites. Cuando su concentración es mayor, es indicativo de la hidrólisis y, por ende, del deterioro de los triglicéridos. Estos compuestos se utilizan mucho como emulsionantes pues tienen una parte polar y otra no polar (la cadena hidrocarbonada del ácido graso). Algunos monoacilglicéridos tienen actividad antimicrobiana, siendo más efectivos los que poseen en su estructura un ácido graso de cadena de longitud media, como el monolaurato de glicerilo.

12 Triacilglicéridos Son los más abundantes en al naturaleza y principales componentes de grasas y aceites, ya que representan más del 95% de su composición. Las tres posiciones de esterificación pueden aparecer con 3 ácidos grasos iguales, dos iguales y uno distinto, o los tres diferentes. Por este motivo, el carbono del alcohol secundario del glicerol puede resultar asimétrico. En algunos casos (cuando los sustituyentes en C1 y C3 son iguales), es imposible distinguir entre el C1 y el C3 del glicerol, y por lo tanto se recurre a la numeración estereoquímica de los carbonos del glicerol, que se denota anteponiendo el prefijo sn- al número del carbono. Según esta numeración, si se sitúa el OH del alcohol secundario a la izquierda, se considera como carbono 1 al que queda arriba utilizando la proyección de Fischer. Para nombrarlos se indican los radicales de ácidos grasos, seguido de glicerol. Así, el nombre sn-1 palmitoil sn-2 oleil sn-3 estearoil glicerol representa un triacilglicerol con ácido palmítico en posición sn-1, ácido oleico en posición sn-2 y ácido esteárico en posición sn-3. En el caso de presentar los 3 ácidos grasos iguales se denominan añadiendo el sufijo ina a la raíz que denota al ácido graso en cuestión. Por ejemplo trioleína es el triglicérido constituido por 3 oleicos. Los ácidos grasos más frecuentes en los acilgliceroles son palmítico y esteárico (entre los saturados); y oleico y linoleico (entre los insaturados). Con bastante frecuencia, la posición sn-2 de los triacilgliceroles está ocupada por un ácido graso insaturado. Los triglicéridos animales poseen mayor porcentaje de ácidos grasos saturados, por lo que suelen ser sólidos a temperatura ambiente (grasas). Los triglicéridos vegetales y de los animales marinos tienen un alto contenido de ácidos grasos insaturados, y son líquidos a temperatura ambiente (aceites). 12 Figura 9: Nomenclatura de los triglicéridos Fuente:

13 Cuando los tres ácidos grasos son saturados o trans, los triglicéridos pueden establecer enlaces hidrofóbicos y ordenarse, cristalizando fácilmente: son sólidos a temperatura ambiente (grasas). Por el contrario, como muestra la Figura 10, cuando contienen en su estructura ácidos grasos insaturados cis, la molécula se deforma, los distintos triglicéridos no pueden ordenarse y, por ende, sólo pueden cristalizar a bajas temperaturas, siendo líquidos a temperatura ambiente. Desarrollaremos este tema en detalle en la Lección 3. Figura 10: Comparación de un triglicérido con 3 ácidos grasos saturados o trans y con ácidos grasos insaturados cis 13 Grasa Aceite Los triacilgliceroles, dominantes en la composición de aceites y grasas animales y vegetales, se clasifican en los siguientes subgrupos (2): Grasa de Leche: La grasa de este grupo proviene de la leche de los rumiantes, particularmente de la vaca. Aunque los principales ácidos grasos (AG) de la leche son el palmítico, el oleico y el esteárico, esta grasa es la única entre las grasas animales que contiene cantidades apreciables de AG de cadena corta C 4 -C 12, y aunque en menor cantidad, AG ramificados e impares.

14 Acidos Láuricos: La grasa de este grupo se obtiene de algunas especies de palma, como el coco y se caracterizan por su alto contenido de ácido láurico (40-50%), un contenido moderado de AG C 6, C 8 y C 10, su bajo contenido en AG insaturados, y su punto de fusión relativamente bajo. Mantecas Vegetales: Las grasas de este grupo provienen de las semillas de varios árboles tropicales y se caracterizan por su estrecho rango de punto de fusión, debido principalmente al ordenamiento de los AG en las moléculas de TG. A pesar de su gran proporción de AG saturados con respecto al de insaturados, no contienen prácticamente glicéridos trisaturados. Las mantecas vegetales se utilizan extensamente en repostería, siendo la manteca de cacao el miembro más importante del grupo. 14 Acidos Oleicos y Linoleicos: Las grasas de este grupo son las más abundantes. Estos aceites son todos de origen vegetal y contienen gran cantidad de AG oleico y linoleico, y menos del 20% de AG saturados. Los miembros más importantes de este grupo son los aceites de semillas de algodón, de maíz, de maní, de girasol, de cártamo, de oliva, de palma y de sésamo. Acidos Linolénicos: Las grasas de este grupo contienen cantidades sustanciales de ácido linolénico; entre ellas están los aceites de soja, de gérmen de trigo, entre otros, siendo el más importante el de soja. La abundancia del ácido linolénico en estos aceites es el responsable del desarrollo de un problema de alteración del aroma conocido como reversión. Grasas Animales: Este grupo está formado por las grasas de reserva de los animales domésticos (por ejemplo, manteca de cerdo y sebo), que contienen grandes cantidades de AG: C 16 y C 18, cantidades intermedias de AG insaturados, la mayor parte ácido oleico y linoleico, y pequeñas cantidades de AG de cadena impar. Estas grasas también contienen cantidades apreciables de TG totalmente saturados y tienen puntos de fusión relativamente altos. Aceites de Origen Marino: Estos aceites normalmente contienen gran cantidad de AG poliinsaturados de cadena larga, con hasta 6 dobles enlaces, y son generalmente ricos

15 en vitaminas A y D. Debido a su alto grado de insaturación, resisten menos la oxidación que otros aceites animales o vegetales Ceras Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga (de 14 a 36 átomos de carbono), con alcoholes también de cadena larga (de 16 a 30 átomos de C). En general son sólidas y totalmente insolubles en agua. Todas las funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al agua y con su consistencia firme. Así las plumas, el pelo, la piel, las hojas, frutos, están cubiertas de una capa cérea protectora. Una de las ceras más conocidas es la que segregan las abejas para confeccionar su panal Fosfoglicéridos En ellos, los C1 y C2 del glicerol se encuentran esterificados a ácidos grasos. El C3 del glicerol se encuentra esterificado a su vez, con ácido ortofosfórico. Esta molécula es el ácido fosfatídico (Figura 11). El ácido fosfatídico puede estar, a su vez, esterificado, originando distintos tipos de fosfolípidos. Cuando la molécula que esterifica al ácido fosfórico es nitrogenada como la colina, la etanolamina o el aminoácido serina se obtienen, respectivamente, la fosfatidilcolina (también llamada lecitina), la fosfatidiletanolamina (o cefalina) y la fosfatidilserina. Figura 11: Acido fosfatídico Fuente:

16 Figura 12: Fosfolípidos Fosfatidilcolina (lecitina) Fosfatidiletanolamina (cefalina) 16 Fosfatidilserina Fuente: Los fosfolípidos son muy importantes desde el punto de vista biológico ya que intervienen en diversos pasos del metabolismo y son parte integral de las membranas y de otros constituyentes de las células. En la yema de huevo, el 28% de los lípidos son fosfolípidos, correspondiendo el 73% de dichos fosfolípidos a la lecitina, indispensable para la formación de emulsiones como por ejemplo en la mayonesa. En el caso de la leche, los fosfolípidos representan entre el 0,5 y 1% de los lípidos, localizándose en la membrana de los glóbulos de la grasa láctea en donde desempeñan una importante función en la estabilización de la emulsión. Volveremos sobre este tema en el Módulo de lácteos. Debido a su elevada insaturación, los fosfolípidos son muy sensibles a la oxidación e inician muchas de las reacciones de deterioro en grasas y aceites (1).

17 2.2- Lípidos insaponificables Terpenos Los isoprenoides o terpenos se forman por la unión de moléculas de isopreno. Las estructuras que se originan pueden ser lineales o cíclicas. Figura 13: Isopreno 17 Actividad 2 Qué funciones cumplen los terpenos en los vegetales? Investigue sus estructuras químicas Esteroides Los esteroides son lípidos que derivan de una molécula llamada esterano o ciclopentanoperhidrofenantreno (molécula con cuatro anillos). Comprende varios grupos de sustancias: Esteroles: Como el colesterol y las vitaminas D. Figura 14: Esteroles y vitamina D Fuente:

18 El colesterol forma parte estructural de las membranas a las que confiere estabilidad. Es la molécula base que sirve para la síntesis de casi todos los esteroides. Figura 15: Colesterol en las membranas biológicas 18 Fuente: Actividad 3 Qué son los fitosteroles? Indique qué alimentos los aportan y qué funciones cumplen. Ácidos biliares: se sintetizan en el hígado y actúan facilitando la absorción de los triglicéridos y vitaminas liposolubles de la dieta (especialmente la vitamina D del intestino). Representan la única vía significativa por la que se puede excretar el colesterol. Figura 16: Ácidos biliares

19 Referencias (1) Badui Dergal, S. Química de los Alimentos. Ed. Longman, México (1999). (2) Fennema, O.R. Química de los Alimentos. Ed. Acribia, Zaragoza, España (2008). (3) Gutiérrez, J. B. Ciencia bromatológica. Principios generales de los Alimentos. Ed. Díaz de Santos, Madrid, España, (4) Ordoñez Pereda. J.A. Tecnología de los Alimentos. Vol. I. Editorial Síntesis, S.A. Madrid, España,