Propiedades Funcionales de los Alimentos

Presentación del tema: "Propiedades Funcionales de los Alimentos"— Transcripción de la presentación:

1 Propiedades Funcionales de los Alimentos
Colegio de Químicos - PR Chem 2012 2/agosto/2012 Propiedades Funcionales de los Alimentos Fernando Pérez Muñoz Ingeniero de Alimentos Recinto Universitario de Mayagüez 2/agosto/2012 Ciencia y Tecnología de Alimentos - RUM

2 ¿Quiénes Somos? Food Industry Forum CITAI
Organización sin ánimo de lucro Misión FIF existe para capacitar, formar alianzas y promover el desarrollo de la industria de alimentos de Puerto Rico y el Caribe. Próxima actividad Producción Orgánica 3 de Jardín Botánico Centro de Innovación y Tecnología Agro-Industrial Parte de UPRM-CITA Provee apoyo técnico y servicios de análisis Adiestramiento a través del Instituto de Inocuidad (IIAA) 2/agosto/2012

3 Agenda Introducción a los Conceptos Componentes Principales
Agua, proteínas, carbohidratos, lípidos, minerales Aditivos y Preservativos Ejemplos de Productos 2/agosto/2012

4 Propiedades Funcionales de los Alimentos
Introducción 2/agosto/2012

5 Definiciones propiedad. (De propriedad).
3. f. Atributo o cualidad esencial de alguien o algo. funcional. 1. adj. Perteneciente o relativo a las funciones. 2. adj. Se dice de todo aquello en cuyo diseño u organización se ha atendido, sobre todo, a la facilidad, utilidad y comodidad de su empleo. alimento. (Del lat. alimentum, de alĕre, alimentar). 1. m. Conjunto de cosas que el hombre y los animales comen o beben para subsistir. 2. m. Cada una de las sustancias que un ser vivo toma o recibe para su nutrición. 2/agosto/2012

6 Propiedad Funcional de Alimento
“¿Qué es?” “¿Qué NO es?” Aportación deseada a las características finales del alimento Nutricionales Sensoriales Vida útil Naturales o artificiales Inocuidad Empaque Reclamos de salud (“functional foods”) Cualidades del ingrediente (apariencia, rehidratación,…) Estas podrían incluirse, pero no las vamos a considerar en esta charla… 2/agosto/2012

7 Ejemplo: Pan 2/agosto/2012

8 Ejemplo: ¿Cuáles son los ingredientes?
Nutrición Sensorial INOCUIDAD Vida Útil 2/agosto/2012

9 Componentes principales
Propiedades Funcionales de los Alimentos Componentes principales 2/agosto/2012

10 Componentes Principales
Agua Proteínas Lípidos Carbohidratos Cenizas (minerales) 2/agosto/2012

11 Agua 2/agosto/2012

12 Agua Está en “todas partes” Disolvente y dispersante universal
60% o más del cuerpo Disolvente y dispersante universal Enlaces de hidrógeno y covalentes Muy reactivo: con grupos hidroxilos (ROH), carbonilos (RCOO), aminos (RNH2), amidos (RCONH2) o iminos (RCNH2) Actividad de agua (aW) Agua libre o cometida (“free or bound”) 2/agosto/2012

13 Agua Actividad de Agua Humedad Actividad aW Alta (aW > 0.85)
Bacterias > 0.85 Hongos y levaduras > 0.60 Enzimas > 0.30 Oxidación de lípidos < 0.40 Maillard Pico: Alta (aW > 0.85) Jugos y bedidas Carnes Intermedia (0.60 < aW < 0.85) Quesos Panes Baja (aW < 0.60) Harinas Granos secos 2/agosto/2012

14 Agua Propiedad Valor Implicación Tipo de compuesto Polar
Atracciones dipolo-> Peso Molecular 18 Molécula liviana y pequeña Punto de Fusión 0ºC Pasa a estado sólido más fácil que otros solventes Punto de Ebullición 100ºC Su estado es estable a temperatura ambiente Calor de Vaporización 2,200 J/g Mucha energía para cambiar de estado Constante Dieléctrica 78.5 Rompe enlaces iónicos con más facilidad Tensión Superficial 0.072 N/m Permite la capilaridad pH 7.0 Disocia fácilmente para producir ácidos y bases 2/agosto/2012

15 Agua Potable – Requisitos de ley para contenido de minerales y microrganismos El contenido de sales de minerales disueltos definen el pH y la dureza Calcio, magnesio, sodio y potasio suben el pH Calcio y magnesio aumentan la dureza Hierro y manganeso forman películas de “slime” Tiene gases disueltos Puede tener contaminantes disueltos (BOD/COD) 2/agosto/2012

16 Sales en el Agua Afecta positivamente la fermentación de cerveza ya que las enzimas requieren las sales Causa endurecimiento de los tejidos Bueno para frutas y vegetales Puede causar decoloración de los pigmentos Puede afectar la efectividad de los limpiadores o algunos ingredientes Formación de espuma 2/agosto/2012

17 Minerales 2/agosto/2012

18 Minerales ~0.2 a 0.3% de la ingesta nutricional
Macroelementos (Ca, Mg, P, Na, K, Cl) versus microelementos (Fe, Zn, Cu, Mn, I, Co, Ni, Mo, Cr, F, Se, V, B, Si) Requeridos para muchos procesos bioquímicos y fisiológicos Biodisponibilidad depende del compuesto 2/agosto/2012

19 Minerales: Funcionalidad
Son parte de aditivos con características antimicrobiales, secuestrantes, antioxidantes, enaltecedores de sabor, agentes amortiguadores y suplementos dietéticos Sal EDTA (ácido etilendiaminotetraacético) STPP (Trifosfato de Sodio) 2/agosto/2012

20 Minerales: Funcionalidad
Esenciales para el funcionamiento de enzimas y hormonas Críticos en la formación de geles con alginatos y carageno 2/agosto/2012

21 Minerales: Funcionalidad
Compuesto Función Alginato de calcio Espesante, estabilizador Ascorbato dihidrato de calcio Antioxidante Benzoato de monocalcio Preservativo antimicrobial Cloruro de calcio Aumenta la firmeza Fosfato de monocalcio Amortiguador, texturizante, “leavening” EDTA Antioxidante, preservativo quelante Sorbato de calcio Preservativo antimicótico Carbonato de magnesio Antiaglutinante, anti-blanqueador Glutamato de magnesio Realzante de sabor, sustituto de sal Kasal Emulsificador Nitrito o nitrato de sodio Fijador de color 2/agosto/2012

22 proteinas 2/agosto/2012

23 Proteínas Definición:
Productos lineares de condensación de varios α-L-amino ácidos que difieren en peso molecular, carga y carácter polar Las actividad biológica, valor nutricional y rol de la proteína dependen de la conformación (estructura tridimensional) Esto, a su vez, depende de las propiedades químicas, el tamaño y los amino ácidos envueltos Se diferencian de péptidos en el tamaño (>100 kDa) 2/agosto/2012

24 α-L-Amino Ácidos L se refiere al isómero
α significa que el grupo amino enlasa con el carbón inmediatamente adyacente al carboxilo 2/agosto/2012

25 Amino Ácidos Amino Acido Abrev. H2O R Esencial Acido Aspartámico Asp
Acido Glutámico Glu Alanina Ala No Arginina Arg Niños Asparagina Asn Cisteina Cys S Fenilalanina Phe Sí Glicina Gly Glutamina Gln Histidina His Amino Acido Abrev. H2O R Esencial Isoleucina Ile No Sí Leucina Leu Lisina Lys Metionina Met S Prolina Pro Serina Ser  PO43- Tirosina Tyr Niños Treonina Thr Triptofán Trp Valina Val 2/agosto/2012

26 Proteínas: Funcionalidad
Las proteínas afectan la apariencia, color, jugosidad, sensación bucal y textura También definen aspectos del procesamiento Funciones más importantes Solubilidad Retención de agua Formación de láminas y geles Emulsificación Espuma 2/agosto/2012

27 Proteínas: Solubilidad
Depende de factores como composición de la proteína, pH, concentración, tipo de solvente y tamaño de partícula Desnaturalización Daño a la conformación Puede aumentar o disminuir la solubilidad Punto Isoeléctrico (pI) pH de mínima solubilidad – precipitación!!! Iones pueden aumentar o disminuir (salting in/out) 2/agosto/2012

28 Proteínas: Retención de Agua (WHC)
Definida por Enlaces entre el agua y la proteína Agua atrapada dentro de la estructura proteica El procesamiento afecta Congelación y descongelación Cocción pH o sales 2/agosto/2012

29 Proteínas: Láminas y Geles
Cambios en la conformación de la proteína Típicamente inducida por calor Requiere que la proteína tenga baja cantidad de residuos hidrofóbicos Permite la formación de productos cárnicos Meatloaf, carnes formadas, salchichas Láminas comestibles Barreras al agua, aceite, oxígeno o volátiles Previenen el pardeamiento por oxidación 2/agosto/2012

30 Proteínas: Emulsificación
Facilita la integración de líquidos inmiscibles La emulsificación depende del tamaño de las gotas y la concentración de la fase dispersa Se afecta con pH, sales y calor Pues se afecta la conformación de la proteína 2/agosto/2012

31 Proteínas: Espuma Espuma o Foam se refiere a la dispersión de burbujas de aire en una fase líquida o semisólida Afectada por la hidrofobicidad de la superficie de la proteína, temperatura, pH 2/agosto/2012

32 lipidos 2/agosto/2012

33 Lípidos Compuestos no solubles en agua de naturaleza polar o no-polar
Grasas →sólidas a temperatura ambiente Aceites → líquidas a temperatura ambiente Ácidos grasos Cadenas de 4 a 24 hidrocarbonos que termina con un grupo de ácido carboxilo Enlaces saturados (oico) o no saturados (anoico o enoico) Puede contener algún grupo funcional que contenga oxígeno, halógenos, nitrógeno o azufre Doble enlaces cis causan doblamiento del molécula trans tienen menos densidad y solubilidad, pero mayor punto de fusión que cis 2/agosto/2012

34 Ácidos Grasos Comunes Abrev. Nombre Símbolo 4:0 Butírico B 6:0
Capróico H 8:0 Caprílico Oc 10:0 Cáprico D 12:0 Láurico La 14:0 Myrístico M 16:0 Palmítico P 18:0 Esteárico St 20:0 Eicosanoico Ad Abrev. Nombre Símbolo 16:1 Palmitoleco Po 18:1 Oleico O 18:2 Linoleico L 18:3 Linolenico Ln 20:4 Araquidónico An 22:1 Erúcico E 2/agosto/2012

35 Lípidos Glicerolípidos Fosfolípidos o glicerofosfolípidos
Mono, di o tri, dependiendo de la cantidad de ácidos grasos unidos al glicerol Los grupos hidroxilos del glicerol son esterificados por los ácidos grasos Fosfolípidos o glicerofosfolípidos Lípido que contiene ácido fosfórico Lecitina = emulsificante y prevención de cristalización 2/agosto/2012

36 Lípidos 2/agosto/2012

37 Lípidos: Funcionalidad
Barrera contra el agua, por tanto: Previene el crecimiento de microrganismos Previene pérdida (o ganancia) de agua Es humectante Atributos sensoriales Textura y sensación en la boca, color, reología y sabor (gusto y aroma) La oxidación puede ser positiva (quesos) o negativa (pescado) 2/agosto/2012

38 Carbohidratos 2/agosto/2012

39 Carbohidratos Fuente de energía y matriz estructural en la naturaleza
Cada carbono tiene un oxígeno Al menos un O2 con doble enlace Rol Gusto → dulzura Sabor, aroma y color Maillard Caramelización Enzimático Textura Encapsulación Polímeros biodegradables y láminas comestibles 2/agosto/2012

40 Carbohidratos Clasificación Monosacáridos: azúcares libres
D-glucosa es la más abundante Estructuras en pentosas o hexosas Oligo-sacáridos: 2 a 10 monosacáridos Sucrosa (azúcar de mesa), lactosa, maltosa (sirope de maíz) Polisacáridos: más de 10 monosacáridos Celulosa, amilosa, amilopectina, pectina 2/agosto/2012

41 El Secreto está en el Enlace
Almidón: enlace (1→4)-α-D Celulosa: enlace (1→4)-β-D Pectina: enlace (1→4)-α-D-Acido Galacturónico Glicógeno: enlace (1→4)-α-D con ramificaciones (1→6)-α 2/agosto/2012

42 Carbohidratos: Funcionalidad
Hidrofilidad Los grupos hydroxilos interactúan con las moléculas de agua Solubilidad y capacidad de atrapar agua Actividad de agua Esta capacidad de atrapar agua se conoce como humectancia La selección del sacárido apropiado ayuda a controlar la absorción de agua (por lo tanto, el deterioro de calidad) Sinéresis → pérdida de agua (retrogradación) 2/agosto/2012

43 Carbohidratos: Funcionalidad
Compuesto Dulzura Relativa Sucralosa 600 Sacarina 300 Acesulfame 200 Aspartame 180 Fructosa HFCS Sucrosa 1 Xilitol 0.9 Glucosa Maltitol 0.7 Maltosa Lactosa 0.2 Dulzura Sacáridos de bajo peso Alcoholes de azúcar Azúcares clorinadas Remplazan el hidroxilo Otros no-sacáridos 2/agosto/2012

44 Carbohidratos: Funcionalidad
Gelación o gelificación Los gránulos de almidón se hidratan y abren (aumento en viscosidad) Las cadenas se entrelazan unas con otras formando una red Calor y la acción mecánica ayudan Ausencia de grasas y pH bajos aumentan la gelificación Almidones, pectinas y gomas se pueden modificar para que gelifiquen bajo condiciones diferentes a lo normales 2/agosto/2012

45 Gomas de Importancia Comercial
Nombre Propiedad Guar Alta viscosidad con poca concentración Locust bean Sinérgico con carrageno Gum arabic Alta solubilidad en agua Gum tragecanth Estable en un amplio rango de pH Agar Forma geles extremadamente fuertes Carragenan Forma geles en presencia de K+ Alginate Forma geles en presencia de Ca2+ Dextran Inhibe la cristalización en dulces y postres Xanthan Dispersiones altamente seudoplásticas 2/agosto/2012

46 Carbohidratos: Funcionalidad
Relleno (“bulking agents”) Celulosa, hemicelulosa y lignina (fibra dietética) Puede o no ser soluble, pero no es digerible Pueden tener efecto espesante 2/agosto/2012

47 Aditivos y Preservativos
Propiedades Funcionales de los Alimentos Aditivos y Preservativos 2/agosto/2012

48 Definiciones Aditivo Preservativo
Substancia no nutritiva añadida intencionalmente al alimento, en pequeñas cantidades, para mejorar sus características Es una ayuda al alimento No es uno de los ingredientes básicos necesarios para elaborar el alimento. Preservativo Aditivo para “mejorar” algún aspecto del largo de vida del producto (preservar el producto) 2/agosto/2012

49 Aditivos Categoría Función Preservativo Extender vida útil
Enaltecedores de sabor Mejorar percepción de sabor o gusto Colorante Mejora apariencia Espesante Viscosidad del líquido Clarificador Remueve impurezas Sustituto de grasa Remplazar o bajar contenido de grasa Pro/prebioticos Culturas vivas o estimulantes de éstas Categoría Función Antioxidante Proteger lípidos del O2 Endulzante Remplazar azúcar y proveer dulzura Emulsificador Mantener solución agua-aceite Gelificante Viscosidad del semisólido Acidulante Baja el pH Pro-nutriente Mejora absorción de nutrientes Otros: anticoagulantes, humectantes, anti-espumantes, mejoradores de harina, elevantes y polvos de hornear, sales de derretir, endurecedores, rellenos, enzimas, etcétera 2/agosto/2012

50 Uso de Aditivos El uso de aditivos está regulado por las agencias de índole político para los diferentes países En EEUU, la FDA permite los considerados GRAS Establece cuáles, dónde y en qué cantidad UN FAO/WHO Codex Alimentarius Establece guías para el comercio entre países Diferentes regiones aceptan o rechazan diferentes sustancias o cantidades permitidas Implicaciones de comercio 2/agosto/2012

51 Aditivos: Ejemplos Ácidos Elevantes (generan gas)
Acético para producción de queso Fosfórico en bebidas carbonatadas Cítrico para bajar pH (<4.6) en enlatados Ascórbico (nutriente) como antioxidante Elevantes (generan gas) Bicarbonato de sodio en panes Bicarbonato de potasio para panes bajos en sodio Forfato de monocalcio y fosfato de sodio-aluminio se usan el harinas tipo “self rising” y mezclas con harina de maíz Pirofosfatos para masas refrigeradas 2/agosto/2012

52 Aditivos: Ejemplos Bases
Hidróxido de sodio para oscurecer y remover compuestos amargos en aceitunas Bicarbonato de sodio en chocolate promueve la formación de colores y sabores Pirofosfato tetrasódico y fosfato disódico promueven la formación de geles en las mezclas de pudding instantáneo 2/agosto/2012

53 Aditivos: Ejemplos Sales Agentes quelantes (atrapan iones de metales)
Varias formas de fosfato ayudan a proveer textura suave en la producción de imitaciones de queso Los fosfatos también aumentan la capacidad de retención de agua en productos cárnicos Agentes quelantes (atrapan iones de metales) EDTA en mariscos enlatados para evitar la formación de cristales 2/agosto/2012

54 Aditivos: Ejemplos Antimicrobiales Sulfitos y metabisulfitos
Aplicación general, pero regulada También mantienen el color y sabor, y previene las reacciones de pardeamiento no-enzimático Ayuda a blanquear las harinas (bleaching) Nitritos y nitratos De potasio o sodio son las más comunes También fijan el color y aportan al sabor Regulados por “ser tóxicos” 2/agosto/2012

55 Aditivos: Ejemplos Antimicrobiales Edulcorantes (endulzantes)
Sorbatos y benzoatos (y sus ácidos) Antimicrobiales y antimicóticos de uso general Jaleas, panes, bizcochos, especies, productos fermentados, quesos, vino Edulcorantes (endulzantes) Xilitol, sorbitol y maltitol en dulces y chicles donde el consumo es bajo (causan diarrea en exceso) Aspartame, sucralosa y acesulfame K los más típicos edulcorantes artificiales hoy día 2/agosto/2012

56 Ejemplos de Productos Propiedades Funcionales de los Alimentos
2/agosto/2012

57 Potato Chips Ingrediente Función Papa deshidratada
Componente principal Almidón modificado Provee estructura cohesiva Aceite de maíz Para “freir”, provee sabores y previene absorción de agua Azúcar Para caramelización que da color Sal Saborizante Lecitina de Soya Emulsificante Fosfato monosódico y bicarbonato de sodio Elevantes Dextrosa Atrapa el agua para retener textura 2/agosto/2012

58 Bebida Ingrediente Función Agua Componente principal Tamarindo
Saborizante Azúcar Edulcorante Goma Xanthan Mantiene solución y mejora viscosidad 2/agosto/2012

59 Crema de Chocolate sin Azúcar
Ingrediente Función Maltitol Edulcorante Mantequilla de cacao Grasa del cacao. Provee textura. Polvo de cacao procesado con alcalinos Color y sabor Licor de chocolate Componente principal Polvo de cacao Sabor. Sólidos de leche Textura y sabor Lecitina Evita la cristalización 2/agosto/2012

60 Bebida de Proteína Ingrediente Función Mezcla de Proteínas
Componente principal Cacao Saborizante Sabores artificiales Lecitina Emulsificante Acesulfame K Edulcorante Aminogen Pro-nutriente enzimático (para digerir proteínas) Lactasa Pro-nutriente enzimático (para digerir lactosa) 2/agosto/2012

61 Salchicha Ingrediente Función Cerdo Componente principal Sal
Saborizante Lactato de sodio Aglutinante Agua Humectante Acido cítrico Regulador de acidez Azúcar Saborizante y color (Maillard) Especies naturales Ajo fresco Diacetato de sodio Preservativo antimicrobial Nitrito de sodio Carcasa de colágeno Proveer estructura para procesamiento 2/agosto/2012

62 Gracias por su amable atención…
¿Preguntas? Gracias por su amable atención… 2/agosto/2012