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 prolongadoEstables (azúcar, legumbres)

Inestables: manipulación adecuada ( frutas, papas)

– Alimentos de conservación limitada(carnes, pescado, huevos, leche)

Clasificación según el origen• Alteraciones físicas

Manipulación de prod. vegetalesGanancia o pérdida de aguaDeterioro por insectos o roedores

Alteraciones de los Alimentos

Deterioro por insectos o roedores• Alteraciones químicas

Reacciones vinculadas principalmente a la presencia de O2 o enzimas

• Alteraciones biológicas

Proliferación de microorganismosActividad enzimática

Atributos de calidad TexturaSaborColor

Alteraciones de los Alimentos

ColorValor 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 solubilidadPérdida en la capacidad Pérdida en la capacidad de retención de aguaEndurecimientoReblandecimiento

Atributo Cambio Indeseable

Sabor Desarrollo de rancidez(hidrolítica u oxidativa)Sabor acaramelado ode cocciónde cocciónOtros gustos extraños

Color OscurecimientoBlanqueamientoColores extraños

Atributo Cambio Indeseable

Valor Nutritivo Pérdida o degradación de:VitaminasMineralesProteínasProteínasLípidos

Alteraciones microscópicas que causan modificaciones visibles

• Desarrollo microbiano• Reacciones químicas y bioquímicas

– Alteraciones en Lípidos: oxidaciónhidrólisishidrólisis

– Alteraciones en Proteínas: desnaturalizaciónhidrólisis

– Alteraciones en H. de Carbono: hidrólisisSíntesis PS

Alteraciones microscópicas que causan modificaciones visibles

• Pardeamiento no enzimático• Pardeamiento enzimático• Degradación de Pigmentos naturales• Formación de nitrosaminas• Formación de nitrosaminas

Desarrollo microbianoFactores de los que depende la Flora

que altera los Alimentos

• Caracteres Físico químicos de los AlimentospHpHActividad de agua (aw)Potencial redox: aerobios +200 mV

anaerobios - 200 mV Disponibilidad de nutrientesPresencia 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• Condiciones ambientales– Temperatura de almacenaje

Humedad relativa– Atmósfera ambiente (N2, CO2, O2 )

• Naturaleza y características de las especies– Velocidad de crecimiento (Bacterias- levaduras)– Simbiosis y antagonismos

Xicrófilos -15 ºCMesófilos 30 - 40 ºCTermófilos >40 ºC

• 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

Cambios producidos en los alimentos

– 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 bioquímicasAlteraciones en Lípidos

• Lipólisis o

Rancidez Lipolítica

•Enzimática•Química•Térmica

Disminuye el punto de humoAlimentos con texturadesagradableTendencia � 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-HO-O •

Activación metálica, enzimática, por temperatura, (Fotooxidación)• Propagación

R + O2 � ROO • ROO • + RH � ROOH + R • R + O2 � ROO • ROO • + RH � ROOH + R • Metales M+ + ROOH � RO • + OH- + M++

M++ + ROOH � ROO • + H- + M+

• FinalizaciónR • + 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• 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 1:1amino libres se combinan en relación 1:1Propiedades: 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 UVcercano)Reacciones: deshidratación de los azúcares hasta 3-desoxiglucosona y sus 3,4-ene, HMF y 2-hidroxiacetilfurano, fragmentación del azúcar, formación decompuestos α-dicarbonílicos, reductonas y pigmentos.compuestos α-dicarbonílicos, reductonas y pigmentos.Propiedades: la adición de sulfito lo decolora, sedesarrolla poder reductor en solución ácida, el pHdisminuye, los azúcares desaparecen más deprisa quelos aminoácidos. Con proteínas, la hidrólisis no produceel azúcar (D-glucosa). El ensayo de Elson-Morgan paraaminoazúcares resulta positivo (compuestos deAmadori)

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 aldehídosy N-heterociclícos a temperatura elevada. Se liberadióxido de carbono.dióxido de carbono.Propiedades. Acidez, desarrollo de aromas tostadosparecidos al caramelo, formación de melanoidinascoloidales e insolubles; fluoescencia; reductonas depoder reductor en medio ácido; la adición de sulfito no lodecolora

Reacción de Maillard

Esquema de reacción del proceso de glucosilación no enzimática de proteínas. (A) Formación de la basede Schiff. (B) Reordenamiento de Amadori. A través de una serie de reacciones complejas los productosde 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.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-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 oloresolores

• Cambios en textura color• Cambios en el valor nutritivo

Tipos de enzimas

• Oxidoreductasas: polifenol oxidasas, peroxidasas, lipoxigenasas,

Pardeamiento enzimático

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• 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 MELANINASMELANINAS.

Condiciones en las que tiene lugar

• En frutas íntegras, las polifenoloxidasas y los fenoles estánen compartimentos celulares separados (en cloroplastos,otros plástidos y citoplasma las primeras, y en vesículas lossegundos) por lo que su color no se ve alterado.

• Cuando las frutas están “sobremaduradas” o son sometidas• Cuando las frutas están “sobremaduradas” o son sometidasa cortes u otras agresiones, las membranas de loscompartimentos celulares se destruyen.

• Las polifenoloxidasas contactan con los fenoles y con eloxígeno atmosférico. La conjunción de estos tres elementosconduce a la formación de las quinonas y a la posterioraparición 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– Ác. ascórbico: reduce quinonas, Cu 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)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

Formación de nitrosaminas

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 yterciarias con N2O3 ( forma activa) usado como conservador especialmenteen carnes y pescado.

También pueden producirse en el estómago humano por las condiciones depH. pH óptimo de reacción 3,4.

Revisten interés toxicológico por su actividad carcinogénica.

Interacciones entre constituyentes de los alimentos

Reserva lipídica

Peróxidos Oxidados P

P

Sabores y colores

O2 calorcatalizadores

CalorOH o H

Reserva Hid. De

Carbono

Reserva Proteica

C=OReactivos

PigmentosVitaminasSabores

Sabores y coloresExtraños

Pérdida de V. nutrit Y textura

Aw desde temp amb. A temp. elevada

OH o H

Variables que intervienenTemperatura, TiempoElevada humedad, AwComposición del pdto

Composición fase gaseosa

-El El efecto de la Tefecto 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 tiempotiempo 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

-ElEl pHpH influye sobre variación de muchas reacciones químicas y enzimáticas.

-La La composición del productocomposición 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 aguaActividad de agua: factor decisivo en

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 sistemareactivo en el sistema (reacciones hidrolíticas)

-en general, principal disolvente en el sistemaprincipal disolvente en el sistema (difusión de reactivos y productos)

-puede influir sobre propiedades catalíticasinfluir sobre propiedades catalíticas de los metales

-su eliminación expone nuevas superficies a las interacciones su eliminación expone nuevas superficies a las interacciones

entre lípidos y proteínasentre lípidos y proteínas.

-puede ser producto de una reacciónproducto de una reacción (pardeamiento no enzimático. Con baja a W es autocatalítica)

Causas y Efectos del Deterioro de los Alimentos

Causas Consecuencias ManifestacionesHid. 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. nutoxígeno accesible

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

Calentamiento del Agreg. y desnat. De prot. Textura, sabor, color, V.nutTejido Inactivación de Ez

BIBLIOGRAFÍA

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