Alteraciones de los Alimentos. Análisis Bromatológico y Toxicológico Licenciatura en Química

Transcripción

1 Alteraciones de los Alimentos Análisis Bromatológico y Toxicológico Licenciatura en Química

2 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)

3 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 O 2 o enzimas Alteraciones biológicas Proliferación de microorganismos Actividad enzimática

4 Alteraciones de los Alimentos Atributos de calidad Textura Sabor Color Valor Nutritivo Las alteraciones que afectan los 3 primeros son detectadas por el consumidor.

5 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

6 Atributo Cambio Indeseable Sabor Desarrollo de rancidez (hidrolítica u oxidativa) Sabor acaramelado o de cocción Otros gustos extraños Color Oscurecimiento Blanqueamiento Colores extraños

7 Atributo Cambio Indeseable Valor Nutritivo Pérdida o degradación de: Vitaminas Minerales Proteínas Lípidos

8 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

9 Alteraciones microscópicas que causan modificaciones visibles Pardeamiento no enzimático Pardeamiento enzimático Degradación de Pigmentos naturales Formación de nitrosaminas

10 Desarrollo microbiano Factores de los que depende la Flora que altera los Alimentos Caracteres Físico químicos de los Alimentos ph Actividad de agua (a w ) Potencial redox: aerobios +200 mv anaerobios mv Disponibilidad de nutrientes Presencia de antimicrobianos naturales (ácido benzoico, lisozimas, ácidos grasos, aldehídos).

11 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 Temperatura de almacenaje Humedad relativa Atmósfera ambiente (N 2, CO 2, O 2 ) Naturaleza y características de las especies Velocidad de crecimiento (Bacterias- levaduras) Simbiosis y antagonismos Xicrófilos -15 ºC Mesófilos ºC Termófilos >40 ºC

12 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

13 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 ( C 4 - C 12 ) Rancidez oxidativa O 2 Ácidos grasos insaturados

14 Rancidez oxidativa Iniciación Radicales libres RH R + H + O 2 R-CH=CH-R + O 2 R-CH-CH-R También RH + O 2 R-O-O-H O-O Activación metálica, enzimática, por temperatura, (Fotooxidación) Propagación R + O 2 ROO ROO + RH ROOH + R Metales M + + ROOH RO + OH - + M ++ M ++ + ROOH ROO + H - + M + Finalización R + R RR ROO + ROO ROOR + O 2 RO + R ROR 2 RO + 2 ROO 2 ROOR + O 2 Polimerización Calor, Oxidación, Radicales libres

15 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

16 Pardeamiento no enzimático Reacción de Maillard Caramelización de azúcares Oxidación del ácido ascórbico

17 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.

18 Características de las reacciones de pardeamiento tipo Maillard Estadio intermedio (amarillo leonado, absorción en UV cercano) Reacciones: deshidratación de los azúcares hasta 3- desoxiglucosona y sus 3,4-ene, HMF y 2-hidroxiacetil furano, fragmentación del azúcar, formación de compuestosα-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)

19 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

20 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).

21 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.

22 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 CO 2 responsable del hinchamiento de los envases. Las reacciones de polimerización son responsables de la aparición de compuestos coloreados, las melanoidinas.

23 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

24 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)

25 Mecanismos del pardeamiento enzimático Etapas enzimáticas (requieren O 2 ) Oxidación de monofenoles Hidroxilación de ortodifenoles PPO (polifenoloxidasas) Animales: muy específicas para tirosina y DOPA Vegetales: muchos sustratos Etapas no enzimáticas (no requieren O 2 ) Secundaria de las quinonas, polimerización Los pigmentos que se forman por pardeamiento enzimático se designan bajo el término general de MELANINAS.

26 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.

27 Prevención de pardeamiento enzimático Selección de veriedades Eliminación de O2 Inactivación de enzimas (Temp, ph) Empleo de acidulantes Ác.cítrico quela Cu 2+ Aplicación de reductores Ác. ascórbico: reduce quinonas, Cu 2+ y bloquea la enzima PPO SO2 y bisulfitos 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)

28 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)

29 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 N 2 O 3 ( 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.

30 Interacciones entre constituyentes de los alimentos Reserva lipídica O2 calor catalizadores P Peróxidos Oxidados P Reserva Hid. De Carbono Calor OH o H C=O Reactivos Pigmentos Vitaminas Sabores Sabores y colores Extraños Pérdida de V. nutrit Y textura Reserva Proteica Aw desde temp amb. A temp. elevada Variables que intervienen Temperatura, Tiempo Elevada humedad, Aw Composición del pdto Composición fase gaseosa

31 -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 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

32 -El ph influye sobre variación de muchas reacciones químicas y enzimáticas. -La composición del 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 de agua: factor decisivo en reacciones enzimáticas, oxidación de lípidos, pardeamiento no enzimático, hidrólisis de la sacarosa, degradación antocianinas, etc.

33 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 eliminación expone nuevas superficies a las interacciones entre lípidos y proteínas. -puede ser producto de una reacción producto de una reacción (pardeamiento no enzimático. Con baja a W es autocatalítica)

34 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

35 BIBLIOGRAFÍA Baduí Dergal S. Química de los Alimentos, Pearson, Bello Gutierrez, José. Ciencia Bromatológica. Principios generales de los alimentos, Díaz de Santos Coultate TP Manual de Química y Bioquímica de los Alimentos, Acribia, 2007 Fennema O. Introducción a la Ciencia de los Alimentos, Reverté, 1985.