1 Propiedades Funcionales de los AlimentosFernando Pérez Muñoz Ingeniero de Alimentos Recinto Universitario de Mayagüez 24/marzo/2012
2 ¿Quiénes Somos? Food Industry Forum CITAIOrganización 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 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) SQF 2000 – 19&20 de abril Técnicas Básicas en Análisis Sensorial – 5 de mayo Fundamentos de Ciencias de Alimentos – 19 de mayo 24/marzo/2012
3 Agenda Introducción a los Conceptos Componentes PrincipalesAgua, proteínas, carbohidratos, lípidos, minerales Aditivos y Preservativos Ejemplos de Productos 24/marzo/2012
4 Propiedades Funcionales de los AlimentosIntroducción 24/marzo/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. 24/marzo/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… 24/marzo/2012
7 Ejemplo: Pan 24/marzo/2012
8 Ejemplo: ¿Cuáles son los ingredientes?Nutrición Sensorial Vida Útil 24/marzo/2012
9 Componentes principalesPropiedades Funcionales de los Alimentos Componentes principales 24/marzo/2012
10 Componentes PrincipalesAgua Proteínas Lípidos Carbohidratos Cenizas (minerales) 24/marzo/2012
11 Agua Está en “todas partes” Disolvente y dispersante universal60% 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”) 24/marzo/2012
12 Agua Propiedad Valor Implicación Tipo de compuesto PolarAtracciones 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 24/marzo/2012
13 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
14 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 24/marzo/2012
15 Minerales ~0.2 a 0.3% de la ingesta nutricionalMacroelementos (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 24/marzo/2012
16 Minerales: FuncionalidadSon parte de aditivos con características antimicrobiales, secuestrantes, antioxidantes, enaltecedores de sabor, agentes amortiguadores y suplementos dietéticos Sal EDTA (ácido etilendiaminotetraacético) STPP (Trifosfato de Sodio) 24/marzo/2012
17 Minerales: FuncionalidadEsenciales para el funcionamiento de enzimas y hormonas Críticos en la formación de geles con alginatos y carageno 24/marzo/2012
18 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 24/marzo/2012
19 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) 24/marzo/2012
20 α-L-Amino Ácidos L se refiere al isómeroα significa que el grupo amino enlasa con el carbón inmediatamente adyacente al carboxilo 24/marzo/2012
21 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 24/marzo/2012
22 Proteínas: FuncionalidadLas 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 24/marzo/2012
23 Proteínas: SolubilidadDepende 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) 24/marzo/2012
24 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 24/marzo/2012
25 Proteínas: Láminas y GelesCambios 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 24/marzo/2012
26 Proteínas: EmulsificaciónFacilita 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 24/marzo/2012
27 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 24/marzo/2012
28 Lípidos Compuestos no solubles en agua de naturaleza polar o no-polarGrasas →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 24/marzo/2012
29 Ácidos Grasos Comunes Abrev. Nombre Símbolo 4:0 Butírico B 6:0Capróico 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 24/marzo/2012
30 Lípidos Glicerolípidos Fosfolípidos o glicerofosfolípidosMono, 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
31 Lípidos 24/marzo/2012
32 Lípidos: FuncionalidadBarrera 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) 24/marzo/2012
33 Carbohidratos Fuente de energía y matriz estructural en la naturalezaCada 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 24/marzo/2012
34 Carbohidratos Clasificación Monosacáridos: azúcares libresD-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 24/marzo/2012
35 El Secreto está en el EnlaceAlmidón: 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 24/marzo/2012
36 Carbohidratos: FuncionalidadHidrofilidad 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) 24/marzo/2012
37 Carbohidratos: FuncionalidadCompuesto 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 24/marzo/2012
38 Carbohidratos: FuncionalidadGelación 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 24/marzo/2012
39 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 24/marzo/2012
40 Carbohidratos: FuncionalidadRelleno (“bulking agents”) Celulosa, hemicelulosa y lignina (fibra dietética) Puede o no ser soluble, pero no es digerible Pueden tener efecto espesante 24/marzo/2012
41 Aditivos y PreservativosPropiedades Funcionales de los Alimentos Aditivos y Preservativos 24/marzo/2012
42 Definiciones Aditivo PreservativoSubstancia 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
43 Aditivos Categoría Función Preservativo Extender vida útilEnaltecedores 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 24/marzo/2012
44 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 24/marzo/2012
45 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 24/marzo/2012
46 Aditivos: Ejemplos BasesHidróxido 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 24/marzo/2012
47 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 24/marzo/2012
48 Aditivos: Ejemplos Antimicrobiales Sulfitos y metabisulfitosAplicación 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” 24/marzo/2012
49 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 24/marzo/2012
50 Ejemplos de Productos Propiedades Funcionales de los Alimentos24/marzo/2012
51 Potato Chips Ingrediente Función Papa deshidratadaComponente 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 24/marzo/2012
52 Bebida Ingrediente Función Agua Componente principal TamarindoSaborizante Azúcar Edulcorante Goma Xanthan Mantiene solución y mejora viscosidad 24/marzo/2012
53 Crema de Chocolate sin AzúcarIngrediente 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 24/marzo/2012
54 Bebida de Proteína Ingrediente Función Mezcla de ProteínasComponente principal Cacao Saborizante Sabores artificiales Lecitina Emulsificante Acesulfame K Edulcorante Aminogen Pro-nutriente enzimático (para digerir proteínas) Lactasa Pro-nutriente enzimático (para digerir lactosa) 24/marzo/2012
55 Salchicha Ingrediente Función Cerdo Componente principal SalSaborizante 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 24/marzo/2012
56 Gracias por su amable atención…¿Preguntas? Gracias por su amable atención… 24/marzo/2012