UNIDAD N 4 LIPIDOS

4.1. Naturaleza y función de los lípidos en los seres vivos

Los lípidos constituyen una serie de sustancias orgánicas generalmente de naturaleza grasa o aceitosa del cual deriva su nombre (lípido deriva del griego lypos que significa grasa), se encuentra en los organismos vivientes, animales, vegetales y microorganismos cumpliendo diversas funciones como ser:

Son importante reserva y fuente de energía (9 kcal/g) Son parte estructural de la membrana celular, tejido adiposo, masa encefálica. Cumplen funciones de transporte al disolver y transportar vitaminas liposolubles, hormonas, y pigmentos. Mantienen estable la temperatura corporal por ser aislantes térmicos.

Las principales funciones que cumplen los lípidos en los alimentos:

Los lípidos son macronutrientes, fuente de energía elevada, aportan 9 kcal/g contribuyen en la textura y suavidad de los alimentos (ensaladas, salsas, cremas, panificación, helados,

embutidos) Están relacionados directamente con las propiedades sensoriales de los alimentos (color, olor, sabor) Son vehículo de transporte de materiales liposolubles (pigmentos, bixina, vitaminas liposolubles, A,D,E,K, Son vehículo de transporte de calor en procesamiento de algunos alimentos (fritura)

Las fuentes de grasas y aceites pueden ser diversas (animal, vegetal o microbiano) pero las principales fuentes industriales son de tejidos animales y semillas de oleaginosas (soja, maíz, maní, oliva, girasol) y algunas frutos de plantas como el coco, palma, palta, nueces, almendras, linaza, etc.

La diferencia entre grasa y aceite es una diferencia técnica, se dice que un lípido es aceite si se halla en estado líquido a temperatura ambiente, y grasa si es semisólido o sólido a temperatura ambiente, las grasas sólidas de origen animal o vegetal se le suele llamar sebo.

4.2. Clasificación de los lípidos

Las sustancias que forman parte de los lípidos son muchas, por lo que resulta complicado su clasificación, algunas formas de clasificarlo se basa en la solubilidad, otras en la estructura, y otras en las propiedades físicas y químicas o en la capacidad de producir jabones.

La clasificación más común, divide a los lípidos en tres grupos:

Los lípidos simples incluyen a las grasas y aceites, que son los lípidos mas abundantes e importantes tanto técnica como industrialmente.

Los lípidos compuestos están formados por una parte lipídica y otra no lipídica, unidos covalentemente, en ellos se incluyen las lipoproteínas, los glucolípidos, los fosfolípidos.

Los lípidos asociados son compuestos que de alguna manera se relacionan, por la fuente, estructura, propiedades físicas, etc. con las grasas y aceites, en ellos se encuentran los ácidos grasos libres (AGL) que derivan de las grasas y aceites, los esteroles, algunos hidrocarburos, vitaminas liposolubles, pigmentos, etc.

Otra forma muy utilizada de clasificar a los lípidos es por su capacidad de reaccionar con los álcalis (NaOH, KOH),

Aquellos lípidos que reaccionan con álcalis formando jabones son los saponificables, estos comprenden las grasas, aceites, ceras, fosfátidos y fosfolípidos;

Los que no forman jabones se llaman insaponificables y constituyen los esteroles, pigmentos, prostaglandinas e hidrocarburos.

4.3. Acidos Grasos

Los ácidos grasos son compuestos orgánicos monocarboxílicos alifáticos (con algunas excepciones), los ácidos grasos encontrados en la naturaleza son compuestos generalmente de cadena lineal. Los ácidos grasos naturales tienen números pares de átomos de carbono saturados e insaturados (con algunas excepciones) debido a que en la biosíntesis de los ácidos grasos se ensamblan unidades de acido acético (2 átomos de C).

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La mayoría de las grasas y aceites provenientes de animales y de plantas contienen ácidos grasos con número par de átomos de carbono principalmente de 16 y 18 átomos, cuando son insaturados mas frecuente es la configuración cis, formando parte de ésteres del glicerol, casi nunca se hallan ácidos grasos libres.

Los ácidos grasos tienen mayor punto de ebullición y de fusión que otros compuestos orgánicos de semejante peso molecular (alcoholes, aldehídos, cetonas) por ejemplo el ácido fórmico (46 g/mol) tiene un punto de ebullición de 101°C y el alcohol etílico (46 g/mol) p.e. 78°C. Esto se debe en gran parte a que los ácidos carboxílicos son mucho mas polares que los alcoholes, son capaces de formar doble enlace de puente de hidrógeno entre moléculas del mismo ácido, dando lugar a compuestos dímeros.

Los ácidos grasos insaturados tienen punto de fusión mas bajos que los saturados del mismo número de átomos de carbono, en los ácidos instaurados los de configuración cis tienen un punto de fusión mas bajos que los de configuración trans.

Acidos Grasos mas comunes en los alimentos

Nombre Sistemático Nombre Trivial# átomos de C

Punto de Fusión °C

SaturadosAcido ButanoicoAcido HexanoicoAcido OctanoicoAcido DecanoicoAcido DodecanoicoAcido TetradecanoicoAcido HexadecanoicoAcido OctadecanoicoAcido IcosanoicoAcido DocosanoicoAcido TetracosanoicoAcido Hexacosanoico

InsaturadosA. Z-9-HexadecaenoicoA. Z-9-octadecanoico A. Z-11-OctadecaenoicoA. Z-6-OctadecaenoicoA. Z,Z-9,12-OctadecadienoicoA. Z,Z,Z-9,12,15-OctadecatrienoicoA Z,E,E-9,11,13-OctadecatrienoicoA. Z,Z,Z,Z-5,8,11,14-eicosatetraenoicoA. Z-11-eicosaenoicoA. Z-13-Docosaenoico

Acido ButíricoAcido CaproicoAcido CaprílicoAcido CapricoAcido LauricoAcido MirísticoAcido PalmíticoAcido EsteáricoAcido AraquídicoAcido BehenicoAcido LignocéricoAcido Cerótico

Acido PalmitoleicoAcido OleicoAcido VaccénicoAcido PetroselínicoAcido LinoleicoAcido linolénicoAcido EleosteáricoAcido AraquidónicoAcido GadoleicoAcido Erúcico

468101214161820222426

16181818181818202022

-5,9-3,416,731,644,254,463,069,47680

84,287,7

-0,513

39,5----5-1149-4923,538

El punto de fusión de los ácidos grasos saturados aumenta a medida que aumenta su peso molecular, como se observa en la tabla anterior, sin embargo la presencia de un doble enlace cis en el ácido graso baja su punto de fusión por ejemplo el ácido esteárico (ácido octadecanoico) C18 pf 70°C y el ácido oleico (ácido cis-9-octadecenoico) C18 pf 13°C. La adición de un segundo doble enlace baja nuevamente el punto de fusión por ejemplo el ácido linoleico (ácido cis-cis-9,12-octadecadienoico) C18 pf –5°C, un tercer doble enlace baja aún mas el punto de fusión por ejemplo el ácido linolénico (ácido cis-cis-cis-9,12,15-octadecatrienoico) C 18 pf –11°C.

Los dobles enlaces de configuración trans del ácido -eleoesteárico (ácido trans-9,cis-11,cis-13-octadecatrienoico) pf 49°C tiene menor efecto sobre los puntos de fusión en comparación con los dobles enlaces cis del ácido linolénico, la geometriá del doble enlace trans es semejante a la conformación en zig-zag de un ácido saturado y no dobla la cadena tanto como un doble enlace cis.

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Los ácidos grasos son muy poco solubles en agua, tienen mayor solubilidad los de cadena corta y disminuye a medida que aumenta la longitud de la cadena carbonada, pero aumenta la solubilidad en solventes orgánicos.

Los ácidos grasos poco solubles en agua forman una película o capa fina muy delgada, generalmente monomolecular en la interfase orientadas de tal modo que el grupo carboxilo (polar) queda disuelto en el agua y la parte hidrofóbica apolar perpendicular a la superficie de interfase.

Las sales alcalinas de ácidos grasos son solubles en agua, siendo mayor la solubilidad de las sales de ácidos insaturados.

Los

ácidos grasos presentan el fenómeno de polimorfismo, es decir cristalizan en diferentes formas dependiendo de las condiciones termodinámicas del sistema (presión, temperatura y composición) variando un poco sus propiedades físicas, este fenómeno es el responsable de las características de la consistencia de las mantecas hidrogenadas, margarinas, etc.

Son raros los ácidos grasos de número impar de átomos de carbono presente en los alimentos de origen vegetal o animal, uno de ellos es el ácido margárico (acido heptadecanoico) saturado; el ácido oleomargárico (acido cis-9-heptadecanoico), presentes en aceite de pollo, manteca de cerdo, sebo vacuno, aceite de maní, aceite de algodón, menos frecuente es el ácido pentadecanoico saturado presente en aceite de pollo, cerdo y sebo vacuno, también se suelen encontrar acidos grasos hidroxilados como el ácido ricinoleico (acido 12-hidroxi-cis-9-octadecaenoico) presente en el aceite de ricino formando parte hasta del 60% de los acidos grasos.

4.4. Triglicéridos

Los triglicéridos son ésteres de ácidos grasos con el glicerol y forman la mayor parte (cerca del 90%) de los lípidos.Aceites y grasas son términos utilizados para designar sustancias que tienen aspecto untuoso, líquidos o sólidos a temperatura ambiente, químicamente son ácidos grasos esterificados con glicerol, se podría escribir una reacción de síntesis de un triglicérido de la siguiente manera:

Los triglicéridos se nombran indicando la posición que ocupa el ácido esterificado en el

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glicerol y, el 2 representa la posición central, 1 y 3 las posiciones laterales, si el triglicérido es simple, o sea está formado por una sola clase de ácido graso se puede nombrar como derivado del glicerol como tripalmitato de glicerilo o como tripalmitina.

Si el triglicérido es mixto, se debe emplear números que indica la posición del acido esterificado en el glicerol, por ejemplo 1,2-dioleil palmitina ( ó alternativamente 1,2-dioleil palmitato de glicerilo); 1-oleil-2-palmitil-3-estearina (1-oleato-2-palmitato -3- estearato de glicerilo).

La clase y ubicación de los ácidos grasos esterificados en el glicerol es muy diversa, puede darse todas las combinaciones posibles en clase y posición, sin embargo se observa una preferencia de la posición central por ácidos grasos insaturados, por ejemplo en el aceite de palma se encuentran los siguientes triglicéridos: tripalmitina, 1,2-dipalmitil-3-oleina; 1,2-dipalmitil-3-estearina; 1-palmitil-2-oleil-3-estearina; 1,2-dioleil-3-estearina; 1,3-dipalmitil-2-oleina, 1,3-dipalmitil-2-linoleina; trioleina, etc.

En la

manteca de cacao se hallan aproximadamente 10 clases de ácidos grasos diferentes esterificados en distintas posiciones del glicerol, lo que es posible hasta 550 combinaciones, pro se observa una mayor proporción de ácidos grasos saturados, por esta razón es sólida a temperatura ambiente.

Las grasas y aceites tienen puntos de fusión que dependen de la población de ácidos grasos saturados o insaturados que lleve en su estructura, los triglicéridos que tengan mayor proporción de ácidos grasos saturados tiene punto de fusión mas alto ( grasas sólidas o semisólidas a temperatura ambiente) por que se empaca con mayor facilidad en un retículo sólido que un triglicérido con mayor proporción de ácidos grasos insaturados sus cadenas se doblan alrededor de su doble enlace, dificultando la interacción lateral mediante fuerzas de Van der Waals de las cadenas R de los ácidos grasos que lo componen (aceites líquidos a temperatura ambiente).

En realidad las grasas y aceites son triglicéridos que contienen mezclas de ácidos grasos saturados e insaturados, en proporciones diversas y son características particulares de cada clase y fuente, pero siempre se observa predominancia de algunos ácidos grasos, por ejemplo los triglicéridos de aceites y grasas que provienen de plantas y animales de sangre fría (peces) contienen mayor proporción de ácidos poliinsaturados en comparación con los triglicéridos de grasas y aceites de animales de sangre caliente. la tabla No 3. presenta una composición aproximada de ácidos grasos obtenidos por hidrólisis de grasas y aceite comunes.

Tabla No 3: Composición en ácidos grasos de algunas grasas y aceites (%)

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Los aceites poliinsaturados se digieren con mayor facilidad, por lo que se prefiere el uso de aceites de origen vegetal (soya, oliva, girasol) para fines alimenticios.

Así como existe relación directa entre la composición del aceite o grasa y sus propiedades físicas, también esta relacionada con su estabilidad, por ejemplo la manteca de cerdo refinada ha sido empleada por mucho tiempo para cocina y repostería y actualmente se sigue empleando por sus propiedades sensoriales y sobre todo su estabilidad, como tiene mayor contenido de acido esteárico (saturado) en comparación cono los aceites vegetales, durante el freído de los alimentos tarda mayor tiempo en deteriorarse, tiene mayor estabilidad, dura mayor ciclos de reutilización, en cambio el freído con aceites poliinsatrurados conduce a un rápido deterioro (los dobles enlaces son las regiones mas débiles, sobre todo a reacciones de oxidación), incluso a temperaturas ambientales, por ejemplo en el aceite de arenque se ha encontrado ácidos grasos poliinsaturados como el acido 5,8,11,14,17-Icosapentaenoico (con 5 insaturaciones) y el ácido 4,7,10,13,16,19-docosaenoico (con 6 insaturaciones) en relativamente elevada concentración ( cerca del 10% del total de AG) y son grasas que se deterioran rápidamente.

Al igual que los aminoácidos esenciales, dos ácidos insaturados también son considerados esenciales, el ácido linoleico, este ácido no es sintetizado por el organismo humano, por lo cual se debe consumir obligatoriamente en los alimentos, por suerte se halla en gran proporción en el aceite de maíz, cártamo, soya y girasol, algunos consideran esenciales también al ácido linolénico y al araquidónico.

Hay ácidos grasos que se hallan exclusivamente en una fuente determinada como el caso del ácido Butírico que se halla exclusivamente en la grasa de la leche (3,6%), el acido erúcico se halla en grandes cantidades en el aceite de colza (41,1%), el ácido linolénico en el aceite de bacalao (30%), los acidos Caproico, Caprílico y Cáprico se halla en la grasa de cabra, los mas abundantes y presentes en todas las fuentes son el ácido palmítico, esteárico, oleico y linoleico y en menor proporción el ácido laurico y mirístico.

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Una clasificación para los aceites de acuerdo a su capacidad de oxidación frente a oxígeno atmorsférico y polimerización, de esta manera pueden ser: aceites secantes los que oxidan y polimerizan fácilmente y se usan como base en pinturas y barnices y aceites no secantes.

Esta clasificación se debe a la propiedad de algunos aceites pueden pasar del estado liquido al estado sólido debido a la reacción con el oxígeno del aire, esta oxidación origina el crecimiento molecular y polimerización, la reactividad con el oxígeno se debe a la presencia del doble enlace etilénico, es importante el grado de insaturación medido por el índice de yodo. La velocidad de polimerización del aceite secante es también determinado por el grado de instaruración de los ácidos componentes de los triglicéridos, así también es importante la posición de los dobles enlaces, si están conjugados se polimerizan en mayor proporción y más rápidamente por lo tanto los aceites con altos contenidos de ácido linoleico, linolénico y oleico son los más uttilizados en las fábricas de pinturas al aceite, barnices, lacas etc.

Tabla No 4: Acidos no saturados que se hallan en aceites secantes

Acido Fórmula No doblesEnlaces

Conjugación Indice deYodo

PalmitoleicoOleicoLinoleicoLinolénicoEleostearicoRicinoleicoLicánico

C16H30O2

C18H34O2

C18H32O2

C18H30O2

C18H30O2

C18H34O2

C18H28O3

1123313

--

NoNoSi-Si

99,7888,87181,03273,51273,5185,05260,43

FUENTE: Enciclopedia de Tecnología Química, Othmer – Kirk.

4.5. Fosfolípidos

Los fosfolípidos sustancias que pertenecen a los lípidos compuestos, estructuralmente están formados por una molécula de glicerol esterificada con dos ácidos grasos (diglicérido), en el tercer lugar está unida a un grupo fosfato y este a su vez unido a una base nitrogenada que puede ser etanolamina, colina, el aminoácido serina o el alcohol inositol.

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Los fosfolípidos son compuestos bifuncionales, pues su estructura comprende dos regiones bien definidas: una región apolar, hidrófoba conformada por las largas cadenas R de los ácidos grasos esterificados, y la región polar hidrófila del grupo fosfato (ionizado) y la base nitrogenada que interactúa con el agua, razón por lo cual los fosfolípidos se emplean como buenos agentes emulsificantes, por ejemplo la lecitina es la base de la mayonesa.

Los fosfolípidos se encuentran en forma natural en gran cantidad en la yema del huevo (28% de los lípidos de los cuales el mayor componente es la lecitina o fosfatidilcolina 70%), también se encuentra en menor proporción en la leche, sangre, músculos, en la soya, girasol, etc.

Los fosfolípidos se oxidan fácilmente con el oxígeno atmosférico debido al elevado nivel de insaturación de sus ácidos grasos que lo componen pero su acción sinérgica con los triglicéridos lo hacen actuar como antioxidantes naturales capturando previamente el oxígeno que puede atacar a los triglicéridos.

Los fosfolípidos se emplean en tecnología alimentaria como agentes emulsificantes y texturizantes para darle suavidad a productos de confitería como chocolates, galletas, helados, panadería, pasteles, etc. El fosfolípido mas abundante y empleado es denominado comercialmente como lecitina que se emplea para fabricación de la mayonesa y otras salsas, buena cantidad de lecitina comercial se obtiene de la yema del huevo pero la mayor cantidad se obtiene como subproducto de la refinación del aceite de soya, o sea en el proceso de desgomado, las gomas o fosfátidos son principalmente fosfolípidos de composición variable. La lecitina comercial es una mezcla de componentes como se puede apreciar en el siguiente cuadro:

4.6. Ceras

Las ceras son compuestos orgánicos de consistencia semisólida o sólida, moldeable en caliente, se encuentra en los frutos de las plantas recubriendo la epidermis del fruto, tallo u hoja y en las flores, por ejemplo en la manzana, banana, palta, piña, sandía, etc, así como recubriendo la lana, pelo y pluma de animales, actuando como agentes impermeabilizantes, como barrera de protección de gases atmosféricos.

Químicamente son esteres de acidos grasos con alcoholes monohidroxilados de cadena larga.

Las abejas obtienen ceras de recolección de flores para formar su panal, la cera carnauba es una planta que recubre sus hojas con cera para evitar perdida de agua por evaporación, el espermaceti es una cera que se encuentra en la cabeza de peces como el cachalote.

Las ceras son lípidos simples por que su hidrólisis produce un AGL y un alcohol.

4.7. Esteroles

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Las reacciones más importantes que experimentan los aceites son:

La saponificación.- Es la hidrólisis con catálisis básica y a la vez neutralización, los productos son los jabones y el glicerol. Está reacción se descubrió aproximadamente hace 500 a.c. cuando se descubrió que se obtenía una sustancia semisólida cuando se calentaba la grasa animal con ceniza de madera. Las sustancias alcalinas contenidas en la ceniza promueven hidrólisis de los enlaces de ésteres en la grasa, químicamente es la sal de sodio o potasio de un ácido graso.

CH2OOC-(CH2)16-CH3 CH2OH Calor CHOOC-(CH2)16-CH3 + 3NaOH ----- 3CH3-(CH2)16COONa + CHOH H2O CH2OOC-(CH2)16-CH3 CH2OH

Triestearina Esterato de sodio glicerol (un jabón)

La hidrogenación.- Es el rompimiento de los dobles enlaces de los ácidos grasos contenidos en los aceites e introducción de hidrógeno (saturación) en presencia de un catalizador de níquel, la hidrogenación sucede en condiciones suaves (175 – 190°C y 1.3 - 2.7 atm), donde no se produce hidrogenólisis del enlace éster, la hidrogenación de las grasas o aceites transforman los enlaces saturados en no saturados juntos con otras reacciones (isomerización).

La hidrogenación no solo cambia las propiedades físicas de la grasa, sino también las propiedades químicas, una grasa hidrogenada es menos propensa a ponerse rancia que la grasa no hidrogenada, la rancidez se debe a la presencia de aldehídos y ácidos volátiles de mal olor, en parte resultado del ataque por el oxígeno a la grasa. Los aceites de maíz, soja o algodón ricos en dobles enlaces cuando hidrogenados se convierten en sólidos de apariencia de manteca, este endurecimiento es la base de una industria importante que produce oleomargarina y grasa de cocinar de origen vegetal.

Hidrólisis.- Otra reacción importante de las grasas y aceites es la hidrólisis en condiciones ácidas que liberan los ácidos carboxílicos y el glicerol, y por destilación fraccionada se obtienen estos ácidos grasos con pureza superior al 90%. A veces las grasas se convierten en ésteres metílicos de ácidos carboxilicos por transesterificación se hacen reaccionar los glicéridos con metanol en presencia de un catalizador ácido o básico. La mezcla de metilésteres puede separarse por destilación fraccionada de ésteres individuales que pueden hidrolizarse luego para obtener ácidos carboxílicos de elevada pureza.

CH2OOCR CH2OH Base RCOOCH3 CHOOCR’ + CH3OH ----- CHOH + R’COOCH3

R”COOCH3

CH2OOC” CH2OH

Otras reacciones importantes de las grasas y aceites son las que pueden suceder en el grupo carboxilo del ácido carboxílico, un de ellas es la sulfonación

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LIPIDOS

Generalidades4.1. Naturaleza y función de los lípidos en los seres vivos4.2. Clasificación de los lípidos4.3. Acidos grasos saturados e insaturados – AGL4.4. Acilglicéridos – Triglicéridos4.5. Fosfolípidos4.6. Esteroides, Esteroles y tocoferoles4.7. Ceras4.9. Terpenos y carotenos4.10. Propiedades químicas y principales reacciones de los AGL y TG 4.10.1. Formación de Sales, Saponificación 4.10.2. Hidrólisis de los TG 4.10.3. Formación de ésteres 4.10.4. Hidrogenación de grasas 4.10.5. Reducción - Hidrogenación 4.10.6. Sulfonación y Sulfatación4.11. Reacciones de deterioro de las grasas y aceites y Agentes Conservantes4.12. Análisis fisicoquímico e indicadores de calidad de las grasas y aceites 4.12.1. Análisis físicos (densidad, punto de fusión, índice de refracción, viscosidad) 4.12.2. Análisis químicos (Indices: de acidez, de yodo, de saponificación; humedad) 4.12.3. Análisis organolépticos (color, olor, sabor) 4.13 Propiedades funcionales de las grasas y aceites en tecnología alimentaria4.14. Producción Industrial de grasas y aceites de origen vegetal y animal

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