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Propiedades Funcionales de los Alimentos
Fernando Pérez MuñozIngeniero de Alimentos
Recinto Universitario de Mayagüez
24/marzo/2012
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¿Quiénes Somos?
Food Industry Forum• 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– 4 de mayo @ Jardín Botánico
CITAI• 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)• SQF 2000 – 19&20 de abril• Técnicas Básicas en Análisis
Sensorial – 5 de mayo• Fundamentos de Ciencias de
Alimentos – 19 de mayo
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Agenda
• Introducción a los Conceptos
• Componentes Principales
– Agua, proteínas, carbohidratos, lípidos, minerales
• Aditivos y Preservativos
• Ejemplos de Productos
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INTRODUCCIÓNPropiedades Funcionales de los Alimentos
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Definiciones
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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.
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.
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Propiedad Funcional de Alimento
“¿Qué es?”• Aportación deseada a las
características finales del alimento– Nutricionales– Sensoriales– Vida útil
• Naturales o artificiales
“¿Qué NO es?”• Inocuidad• Empaque• Reclamos de salud
(“functional foods”)• Cualidades del ingrediente
(apariencia, rehidratación,…)
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Estas podrían incluirse, pero no las vamos a considerar en esta charla…
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Ejemplo: Pan
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Ejemplo: ¿Cuáles son los ingredientes?
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Nutrición Sensorial
Vida Útil
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COMPONENTES PRINCIPALESPropiedades Funcionales de los Alimentos
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Componentes Principales
• Agua• Proteínas• Lípidos• Carbohidratos• Cenizas (minerales)
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Agua
• Está en “todas partes”– 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”)
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AguaPropiedad 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
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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)24/marzo/2012
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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
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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
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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)
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Minerales: Funcionalidad
• Esenciales para el funcionamiento de enzimas y hormonas
• Críticos en la formación de geles con alginatos y carageno
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Minerales: FuncionalidadCompuesto 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
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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)
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α-L-Amino Ácidos
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α significa que el grupo amino enlasa con el
carbón inmediatamente adyacente al carboxilo
L se refiere al isómero
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Amino ÁcidosAmino Acido Abrev. H2O R Esencial
Acido Aspartámico Asp
Acido Glutámico Glu
Alanina Ala No
Arginina Arg Niños
Asparagina Asn
Cisteina Cys S Niños
Fenilalanina Phe No Sí
Glicina Gly No
Glutamina Gln
Histidina His Sí
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Amino Acido Abrev. H2O R Esencial
Isoleucina Ile No Sí
Leucina Leu No Sí
Lisina Lys Sí
Metionina Met No S Sí
Prolina Pro No
Serina Ser PO43-
Tirosina Tyr PO43- Niños
Treonina Thr PO43- Sí
Triptofán Trp No Sí
Valina Val No Sí
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Proteínas: Funcionalidad
• Las proteínas definen 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
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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)
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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
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• 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
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Proteínas: Láminas y Geles
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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
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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
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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
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Ácidos Grasos Comunes
Abrev. Nombre Símbolo4:0 Butírico B6:0 Capróico H8:0 Caprílico Oc
10:0 Cáprico D12:0 Láurico La14:0 Myrístico M16:0 Palmítico P18:0 Esteárico St20:0 Eicosanoico Ad
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Abrev. Nombre Símbolo16:1 Palmitoleco Po18:1 Oleico O18:2 Linoleico L18:3 Linolenico Ln20:4 Araquidónico An22:1 Erúcico E
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Lípidos
• Glicerolípidos– 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 24/marzo/2012
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Lípidos
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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)
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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
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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
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El Secreto está en el Enlace
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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
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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)
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Carbohidratos: Funcionalidad• Dulzura– Sacáridos de bajo peso– Alcoholes de azúcar– Azúcares clorinadas• Remplazan el hidroxilo
– Otros no-sacáridos
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Compuesto Dulzura Relativa
Sucralosa 600
Sacarina 300
Acesulfame 200
Aspartame 180
Fructosa 1.40-1.70
HFCS 1.20-1.60
Sucrosa 1
Xilitol 0.9
Glucosa 0.7-0.8
Maltitol 0.7
Maltosa 0.3-0.5
Lactosa 0.2
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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
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Gomas de Importancia ComercialNombre 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
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Carbohidratos: Funcionalidad
• Relleno (“bulking agents”)– Celulosa, hemicelulosa y lignina (fibra dietética)– Puede o no ser soluble, pero no es digerible– Pueden tener efecto espesante
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ADITIVOS Y PRESERVATIVOSPropiedades Funcionales de los Alimentos
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Definiciones
• Aditivo– 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)24/marzo/2012
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Aditivos
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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
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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
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Aditivos: Ejemplos
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• Ácidos– 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
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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
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Aditivos: Ejemplos
• Sales– 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
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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”
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Aditivos: Ejemplos
• Antimicrobiales– 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 día24/marzo/2012
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EJEMPLOS DE PRODUCTOSPropiedades Funcionales de los Alimentos
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Potato Chips
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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
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Bebida
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Ingrediente Función
Agua Componente principal
Tamarindo Saborizante
Azúcar Edulcorante
Goma Xanthan Mantiene solución y mejora viscosidad
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Crema de Chocolate sin Azúcar
24/marzo/2012
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
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Bebida de Proteína
24/marzo/2012
Ingrediente Función
Mezcla de Proteínas Componente principal
Cacao Saborizante
Sabores artificiales Saborizante
Lecitina Emulsificante
Acesulfame K Edulcorante
Aminogen Pro-nutriente enzimático (para digerir proteínas)
Lactasa Pro-nutriente enzimático (para digerir lactosa)
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Salchicha
24/marzo/2012
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 Saborizante
Ajo fresco Saborizante
Diacetato de sodio Preservativo antimicrobial
Nitrito de sodio Preservativo antimicrobial
Carcasa de colágeno Proveer estructura para procesamiento
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¿Preguntas?
Gracias por su amable atención…
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