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

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

     Análisis Bromatológico y
           Toxicológico
     Licenciatura en Química
Alteraciones de los Alimentos - Análisis Bromatológico y Toxicológico Licenciatura en Química
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)
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
  O2 o enzimas
• Alteraciones biológicas
  Proliferación de microorganismos
  Actividad enzimática
Alteraciones de los Alimentos
Atributos de calidad
  Textura
  Sabor
  Color
  Valor Nutritivo
Las alteraciones que afectan los 3 primeros
  son detectadas por el consumidor.
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
Atributo   Cambio Indeseable

Sabor      Desarrollo de rancidez
           (hidrolítica u oxidativa)
           Sabor acaramelado o
           de cocción
           Otros gustos extraños

Color      Oscurecimiento
           Blanqueamiento
           Colores extraños
Atributo          Cambio Indeseable

Valor Nutritivo   Pérdida o degradación de:
                       Vitaminas
                       Minerales
                       Proteínas
                       Lípidos
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
Alteraciones microscópicas que
    causan modificaciones visibles
•   Pardeamiento no enzimático
•   Pardeamiento enzimático
•   Degradación de Pigmentos naturales
•   Formación de nitrosaminas
Desarrollo microbiano
 Factores de los que depende la Flora
       que altera los Alimentos

• Caracteres Físico químicos de los Alimentos
     pH
     Actividad de agua (aw)
     Potencial redox: aerobios +200 mV
                          anaerobios - 200 mV
     Disponibilidad de nutrientes
     Presencia de antimicrobianos naturales (ácido
      benzoico, lisozimas, ácidos grasos, aldehídos).
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
                                    Xicrófilos -15 ºC
   – Temperatura de almacenaje Mesófilos 30 - 40 ºC
                                    Termófilos >40 ºC
     Humedad relativa
   – Atmósfera ambiente (N2, CO2, O2 )
• Naturaleza y características de las especies
   – Velocidad de crecimiento (Bacterias- levaduras)
   – Simbiosis y antagonismos
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
Reacciones químicas y bioquímicas
          Alteraciones en Lípidos
• Lipólisis o                    Disminuye el punto
                 •Enzimática     de humo
  Rancidez       •Química        Alimentos con textura
  Lipolítica     •Térmica         desagradable
                                 Tendencia  Pardo

                           Grasa láctea ( C4 - C12)
• Rancidez oxidativa

            O2 Ácidos grasos insaturados
Rancidez oxidativa
• Iniciación  Radicales libres
  RH  R • + H • + O2
  R-CH=CH-R’ + O2  R-CH-CH-R’ También RH + O2  R-O-O-H
                               O-O •
   Activación metálica, enzimática, por temperatura, (Fotooxidación)
• Propagación
  R + O2  ROO •       ROO • + RH  ROOH + R •
  Metales M+ + ROOH  RO • + OH- + M++
            M++ + ROOH  ROO • + H- + M+

• Finalización
  R • + R •  RR               ROO • + ROO •  ROOR + O2

  RO • + R  ROR              2 RO • + 2 ROO •  2 ROOR + O2

• Polimerización  Calor, Oxidación, Radicales libres
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
Pardeamiento no enzimático
• Reacción de Maillard
• Caramelización de azúcares
• Oxidación del ácido ascórbico
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.
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
  compuestos α-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)
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
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).
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.
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 diceto-
  gulónico, que se descompone dando furfural y
  CO2 responsable del hinchamiento de los
  envases. Las reacciones de polimerización son
  responsables de la aparición de compuestos
  coloreados, las melanoidinas.
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
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)
Mecanismos del pardeamiento enzimático

• Etapas enzimáticas (requieren O2)
  – Oxidación de monofenoles
  – Hidroxilación de ortodifenoles
  – PPO (polifenoloxidasas)
     • Animales: muy específicas para tirosina y DOPA
     • Vegetales: muchos sustratos
• Etapas no enzimáticas (no requieren O2)
  – Secundaria de las quinonas, polimerización

  Los pigmentos que se forman por pardeamiento
    enzimático se designan bajo el término general de
    MELANINAS.
    MELANINAS
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.
Prevención de pardeamiento
                 enzimático
•   Selección de veriedades
•   Eliminación de O2
•   Inactivación de enzimas (Temp, pH)
•   Empleo de acidulantes
     –   Ác.cítrico quela Cu2+
•   Aplicación de reductores
     –   Ác. ascórbico: reduce quinonas, Cu2+ 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)
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)
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 N2O3 ( 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.
Interacciones entre constituyentes
           de los alimentos
                                                 P
              O2 calor
Reserva                          Peróxidos                 Oxidados         P
            catalizadores
 lipídica

                 Calor
                OH o H                                        Sabores y colores
Reserva Hid.                  C=O            Pigmentos
    De                                                             Extraños
                            Reactivos        Vitaminas
 Carbono                                                      Pérdida de V. nutrit
                                              Sabores
                                                                   Y textura

 Reserva Proteica
                                                Variables que intervienen
                     Aw desde temp                Temperatura, Tiempo
                     amb. A temp.                 Elevada humedad, Aw
                     elevada                      Composición del pdto
                                                Composición fase gaseosa
-El
 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
 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
-El
 El pH influye sobre variación de muchas reacciones
químicas y enzimáticas.
-La
 La composición del producto:
                    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    agua factor decisivo en
 Actividad de agua:
reacciones enzimáticas,
oxidación de lípidos,
pardeamiento no enzimático,
hidrólisis de la sacarosa,
degradación antocianinas, etc.
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
 su eliminación expone nuevas superficies a las interacciones
entre lípidos y proteínas.
                proteínas
-puede ser producto de una reacción (pardeamiento no
enzimático. Con baja a W es autocatalítica)
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   Textura, sabor, color, V.nut.
                    con otros constituyentes

Golpes en frutas    Cel. Rotas, Ez liberadas     Textura, sabor, color, V. nut
                    oxígeno accesible

Calentamiento en Pérdida de integridad en         Textura, sabor, color, V.nut
Verduras         paredes y memb. Ac y Ez

Calentamiento del Agreg. y desnat. De prot.       Textura, sabor, color, V.nut
Tejido            Inactivación de Ez
BIBLIOGRAFÍA
• Baduí Dergal S. “Química de los Alimentos”,
  Pearson, 2006.
• Bello Gutierrez, José. “Ciencia Bromatológica.
  Principios generales de los alimentos”, Díaz de
  Santos. 2000.
• Coultate TP “Manual de Química y Bioquímica
  de los Alimentos”, Acribia, 2007
• Fennema O. “Introducción a la Ciencia de los
  Alimentos”, Reverté, 1985.
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