Prof. Responsable Dr. Guillermo D. Manrique [email protected]

A cargo T P Dra. Carmen Mateo [email protected]

LOS

ALIMENTOS COMO

SISTEMAS MATERIALES

ALIMENTO Propiedades • Obtener características de calidad requeridas • Mantener características por el mayor tiempo posible

TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS Biología, Fisiología, Bioquímica, Fisicoquímica, etc.

CIENCIA DE LOS ALIMENTOS

AGUA jugos frutas vegetales leche jaleas pescado

• VITAMINAS

• MINERALES

• LÍPIDOS

• PROTEÍNAS

• GLÚCIDOS

• AGUA

Componentes de los Alimentos

HIDRATOS DE CARBONO

PROTEÍNAS

LÍPIDOS

MINERALES

VITAMINAS

azúcar miel cereales chocolate papa mandioca frutas

carne pescado huevo quesos soja trigo leche

aceites grasas manteca chocolate frutos secos yema de huevo tocino

vegetales frutas carne lácteos cereales frutos secos

vegetales frutas carne cereales leche levadura

BIOQUÍMICA Estudio de la estructura, organización y funciones de la materia viva desde el punto de vista molecular

Bioquímica estructural  composición, conformación y estructura de moléculas de la materia viva y su relación con función bioquímica Bioquímica metabólica  reacciones químicas en las que participan moléculas de la materia viva y sus implicancias fisiológicas Biología molecular  química de procesos y moléculas implicadas en la transmisión y almacenamiento de información biológica

Reseña Inicios s. XIX  “vitalismo”: sustancias de la materia viva son diferentes y no responden a las leyes de la Física y la Química 1828  Whöler sintetiza urea (idem a la presente en riñón)

Vitalismo  reacciones en materia viva solo ocurren en células gracias a “fuerza vital” 1897  Büchner  fermentación alcohólica se produce por extractos de células de levaduras no viables. 1903  identifica zimasa 1926  Sumner cristaliza ureasa Avances en Biología Celular Mediados de s. XIX  Watson y Crick descubren estructura en doble hélice del ADN. Origen de Biología molecular.

ALIMENTO Toda sustancia o mezcla de sustancias naturales o elaboradas que ingeridas por el hombre aportan a su organismo la materia y energía necesarias para el desarrollo de sus procesos biológicos. Se incluyen también en esta definición a las sustancias o mezclas de sustancias que se ingieren por hábito, costumbres o como coadyuvantes, tengan o no valor nutritivo

Desde una concepción amplia, podemos definir alimento como:

Toda sustancia natural, de origen animal, vegetal o mineral, que contenga en su composición aportes energéticos y nutritivos para el organismo, con cualidades sensoriales (color, aroma, sabor, etc.) que estimulen nuestros sentidos y, que además de nutrir, satisfaga el apetito, constituyendo un estímulo psico-físico, con significado emocional y que actúe como factor de integración social

Productos Alimenticios Todo alimento que ha cambiado fundamentalmente sus características físicas y/o composición química, como consecuencia de la manipulación industrial Ejs.

Leche fluida entera pasteurizada Leche fluida parcialmente descremada pasteurizada Leche entera en polvo

Obtenidos por aplicación de diversos procesos tecnológicos a la leche fluida , resultando productos con mejores atributos de calidad e inocuidad

BIOQUÍMICA DE LOS ALIMENTOS Compete a esta área del conocimiento de la Ciencia de los Alimentos: Determinar las propiedades que constituyen las características importantes de los alimentos inocuos y de calidad

Establecer las reacciones químicas y bioquímicas que tienen influencias marcadas en las pérdidas de calidad y/o salubridad de los alimentos. Estudiar sus mecanismos, condiciones de ocurrencia, factores que las aceleran o retrasan y formas de controlarlas Integrar ambos aspectos con el fin de comprender cómo influyen en la calidad e inocuidad las reacciones químicas y bioquímicas Aplicar estos conocimientos a las distintas situaciones que encontramos durante la formulación, procesado y almacenamiento de los alimentos

Calidad de un alimento Propiedades características que determinan su grado de excelencia Atributos que contribuyen a la satisfacción y/o expectativa del consumidor

Condición sine qua non: INOCUIDAD O SEGURIDAD

FACTORES DETERMINANTES DE LA “CALIDAD” DE UN ALIMENTO

Ajuste a la legislación (componentes mayoritarios, indicadores de identidad, contaminantes, aditivos, requerimientos higiénicos, empaque y etiquetado). Aspectos nutricionales (contenidos y disponibilidad) Aspectos de seguridad (inocuidad, digestibilidad y biodisponibilidad)

Atributos sensoriales (color, forma, tamaño, flavor, sabor y propiedades reológicas) Tiempo de vida útil del producto bajo determinadas condiciones de almacenamiento. Aspectos de conveniencia (tamaño y facilidad de apertura/cerrado, uso inmediato, aplicación de tratamientos térmicos, corte en porciones, untabilidad, facilidad de transporte y requerimientos de almacenamiento) Aspectos ecológicos (reciclado del envase y riesgos de polución). Grado de frescura (vegetales, frutas, carnes, etc.)

La bioquímica de alimentos permite conocer las bases de aspectos relacionados con:

Valor nutricional Atractivo sensorial Tendencia a sufrir modificaciones deseables o no (reacciones que ocurren entre componentes del alimento, ya sea naturalmente o durante el procesamiento) Susceptibilidad o resistencia al deterioro durante su almacenamiento (tiempo de vida útil)

Modificaciones de atributos de calidad e inocuidad de un alimento Textura

Pérdida de solubilidad Pérdida de capacidad de retención de agua Endurecimiento Ablandamiento

Sabor

Rancidez Desarrollo de flavors (deseables o no)

Color

Pardeamiento (deseable o no) Pérdida de color Desarrollo de colores extraños

Valor nutritivo

Pérdida, degradación y alteración de la biodisponibilidad de proteínas, lípidos, vitaminas y minerales

Seguridad

Proliferación de microorganismos Desarrollo de sustancias tóxicas

Fenómenos asociados a las modificaciones de los atributos de calidad e inocuidad de un alimento FENÓMENO PRIMARIO

Efectos desencadenados

Atributos afectados

Crecimiento de microorganismos Hidrólisis de lípidos

Liberación de toxinas y otros metabolitos, acidificación reacciones con ácidos grasos liberados reacciones con azúcares liberados Productos de oxidación se descomponen y reaccionan con otros componentes Rotura de tejidos, se liberan enzimas, ingreso de oxígeno Se pierde integridad de tejidos, se liberan ácidos, se ianctivan enzimas Desnaturalización y agregación de proteínas, inactivación de enzimas Se favorece la polimerización durante fritura en profundidad

Seguridad. Aspecto y características organolépticas Textura, flavor, valor nutritivo

Hidrólisis de polisacáridos Oxidación de lípidos Golpes de frutas y hortalizas Tratamiento térmico de hortalizas verdes Tratamiento térmico de carnes Conversión cis trans de lípidos

Textura, flavor, color, valor nutritivo Textura, flavor, color, valor nutritivo Textura, flavor, color, valor nutritivo Textura, flavor, color, valor nutritivo Textura, flavor, color, valor nutritivo Formación de espuma, menor biodisponibilidad de lípidos

Principales reacciones de deterioro de los componentes mayoritarios de los alimentos y sus interrelaciones

Reacciones químicas y bioquímicas responsables de modificaciones de la calidad de un alimento Tipo de reacción

Tipos de alimentos y condiciones favorables

Pardeamiento no enzimático

Alimentos sometidos a tratamientos térmicos o de deshidratación ricos en azúcares reductores y compuestos amínicos.

Pérdida de vitamina C y de aminoácidos esenciales.

Pardeamiento enzimático

Tejidos vegetales sometidos a cortes, disgregación, golpes, etc. en presencia de oxígeno, T y metales.

Producción de flavors indeseables, pérdida de vitaminas.

Oxidación

Alimentos ricos en lípidos insaturados en presencia de oxígeno, metales, luz y T.

Hidrólisis

Puede darse en cualquiera de los componentes de un alimento: triglicéridos, proteínas, vitaminas, hidratos de carbono, pigmentos, etc., bajo condiciones favorables.

Pérdida de ácidos grasos esenciales, vitaminas liposolubles. Pérdida de nutrientes.

Oxidación de pigmentos

Tejidos animales o vegetales en presencia de T, metales, acidez y oxígeno.

Entrecruzamiento Alimentos ricos en proteínas y polisacáridos. de biopolímeros

Consecuencias

Decoloración de la carne y de hortalizas verdes. Pérdida de digestibilidad y cambios de textura.

FACTORES DETERMINANTES DE LA ESTABILIDAD DE LOS ALIMENTOS

FACTORES INTRÍNSECOS Composición Contenido de oxígeno Actividad de agua Humedad pH/acidez FACTORES EXTRÍNSECOS Temperatura Tiempo Composición de la atmósfera Tratamientos químicos físicos y biológicos Exposición a la luz

Composición Determina reactantes disponibles

Contendido de oxígeno O2 promueve reacciones de oxidación y es indispensable para microorganismos aerobios

Actividad de agua Determina la cantidad de agua disponible para reacciones de deterioro y crecimiento de microorganismos

Humedad Condiciona deterioro fisicoquímico y microbiológico

pH Influye en velocidades reacciones químicas y enzimáticas Resultante de sistemas amortiguadores presentes Puede modificarse mediante aditivos

Inhibición de crecimiento microbiano y procesos enzimáticos Aceleración de reacciones catalizadas en medios ácidos o básicos Cambios apreciables en características organolépticas Control de procesos tecnológicos (clarificación, gelificación, etc.)

Determina condiciones del tratamiento térmico (T y t) Velocidad de destrucción térmica de bacterias aumenta con [H+] Alimentos ácidos: pH es < 4,5 Alimentos de baja acidez: pH > 4,5 (mayor rigurosidad de tratamiento)

Acidez Determinada por tipo y cantidad total de ácidos orgánicos presentes Influye en estabilidad, sabor, textura y color Son predominantes: cítrico, málico, tartárico, ascórbico, láctico, etc.

Ácido cítrico

Ácido málico

Ácido tartárico

Ácido ascórbico

K1 = 7,44 x 10-4

K1 = 3,48 x 10-4

K1 = 9,20 x 10-4

K1 = 8,00 x 10-5

K2 = 1,73 x 10-5

K2 = 8,00 x 10-6

K2 = 4,31 x 10-5

K3 = 4,02 x 10-7 Niveles variables, según alimento (Ej. Frutas: 0,2 – 6 %, expresados como ácido cítrico)

Otras implicancias: Índice de deterioro (leche, miel, etc.) Detección de fraudes Indicación de grado de madurez en frutas

Temperatura Afecta velocidades de reacciones químicas (Arrhenius)

k = A e-Ea/RT Donde k: constante cinética o de velocidad A: factor preexponencial o factor de frecuencia (frecuencia de colisiones) Ea: energía de activación (kJ/mol) R: constante universal de los gases (8,3143 J·K-1·mol-1) T: temperatura absoluta (K) Aplicando ln:

ln k = ln A – Ea/R . 1/T

Reacciones en alimentos Cumplen Arrhenius en rango de T medias Desviaciones a T mayores o menores:

Pérdida de actividad enzimática Cambio en la ruta de reacción Influencia de reacciones competitivas Cambios en estado físico del sistema Agotamiento de uno o más reactantes

Tiempo Según período de vida útil deseado para el producto Afectará calidad en función de cambios fisicoquímicos que tengan lugar

Composición de la atmósfera Determina tiempo de vida útil del producto Incluye la humedad relativa y el contenido de gases (O2, etileno, CO2, etc.) Muy importante en frutas y hortalizas

Luz Puede inducir reacciones de deterioro, reduciendo calidad y tiempo de vida útil

Nutrientes o Principios alimenticios Toda sustancia integrante normal de los alimentos, cada una de ellas con características químicas específicas No se encuentran aislados (sino asociados )

ALIMENTO

Nutriente

DIGESTIÓN

ABSORCIÓN

incorporación a la estructura celular (aportando materiales para la formación, crecimiento y reparación de las estructuras corporales y para la reproducción) utilización como fuente de energía (suministrando energía para el mantenimiento de las funciones vitales y actividades del organismo) participación como intermediarios en los procesos metabólicos.

Célula

nutrientes sobrantes grasas de almacenamiento depósitos específicos órganos excretores (eliminación)

NUTRIENTE ESENCIAL (Principio nutritivo) Toda sustancia necesaria en el metabolismo de un organismo normal, cuya ausencia en la alimentación o su disminución por debajo de un límite mínimo, ocasiona después de un tiempo variable, una enfermedad por carencia.

NUTRIENTES NECESIDAD DE INGESTA

CANTIDAD EN ALIMENTOS

FUNCIONES FISIOLÓGICAS

Esenciales

(aprox. 50; 2 ác. grasos, 8 aminoác., 20 miner., 13 vit...)

No esenciales Macronutrientes (H de C, Prot., Grasas) Micronutrientes (Vitam., Minerales)

Energéticos o calóricos

Plásticos o estructurales Reguladores

AGUA: componente más abundante. Necesaria en el metabolismo FIBRA: interviene en el proceso de asimilación de otros nutrientes

Nutrientes energéticos (H de C, grasas y excepc, proteínas) NUTRIENTE

CO2 + H2O + 

Nutrientes plásticos o estructurales (Proteínas, algunas grasas) Nutrientes reguladores (vitaminas, minerales, agua) Pueden tener más de una función o interconvertirse (de acuerdo a necesidades)

Composición de los nutrientes Bioelementos (elementos biogenéticos)  primera mitad del sistema periódico Composición elemental es similar en seres vivos (diferencias particulares, ej. yodo) Hombre  al menos 30 elementos indispensables en distintas proporciones

Bioelementos primarios  H, O, C y N (más abundantes, 99% del total de átomos) Bioelementos secundarios o macroelementos  Ca, P, K, S, Na, Cl y Mg (mucho menos abundantes, 0,7% del total de átomos) Oligoelementos  grupo más numeroso (Fe, Mn, I, Co, Cu, Zn, F, Mo, Se, etc.), trazas, no son esenciales en todos los organismos Ausencia de bioelementos determina aparición de enfermedades Bioelementos primarios en mayor proporción C  forma enlaces hetero y homonucleares  cadenas de átomos de carbono  variedad de grupos funcionales Bioelementos plásticos o estructurales Forman parte de huesos, tejidos fibrosos, tegumentos, etc.  C, O, H, N, S, P, Ca Bioelementos catalíticos Fe transporte de oxígeno y electrones Zn  cofactor de enzimas Co  parte de la vitamina B12 Bioelementos osmóticos Na, K y Cl  intervienen en procesos como la distribución del agua en compartimentos intra y extracelulares

CLASIFICACIÓN DE LOS ALIMENTOS

1) Por su naturaleza: a) Vegetales b) Animales c) Minerales 2) Por su composición química: (según el nutriente que más abunda) a) Hidrocarbonados b) Proteicos c) Grasos d) Vitamínicos e) Con fibras 3) Por la función principal que cumplen en el organismo: a) Energéticos b) Plásticos c) Reguladores 4) Por su procedencia: a) Cráneos b) Lácteos c) Huevos d) Cereales, Pastas y Legumbres e) Hortalizas y Frutas f) Aceites y grasas g) Azúcares y dulces h) Infusiones y Bebidas 5) Por sus posibilidades de conservación: a) Perecederos b) Semi-Perecederos c) No Perecederos