Análisis detallado de hidratos de carbono en Química para Universidad

Contenidos

1. Generalidades
2. Clasificación de carbohidratos y contenidos en alimentos
3. Análisis de monosacáridos y oligosacáridos
   1. Preparación de muestra
   2. Métodos de análisis
4. Análisis de polisacáridos y fibra
   1. Almidón
   2. Fibras

Generalidades de Carbohidratos

Los carbohidratos son uno de los componente más importantes en muchos alimentos y aportan >70% del valor calórico de la dieta humana Pueden estar presentes como: Moléculas aisladas Monosacáridos Oligosacáridos Polisacáridos Ligadas químicamente Proteínas: glicoproteínas Lípidos: glicolípidos Función nutricional (humanos)

1. Digestibles: importante fuente de energía
2. No digestibles (solubles e insolubles): fibra dietética, beneficios (reduce riesgo de ciertos tipos de cáncer, riesgo cardiovascular, diabetes y constipación intestinal)

Importantes por: Fuente de energía y de fibra dietética Contribuyen al dulzor, apariencia, cuerpo del alimento, estabilidad a las emulsiones y espumas, pardeado, flavors, aromas y características texturales deseables

Importancia del Análisis de Carbohidratos

La determinación del tipo y concentración de carbohidratos en un alimento es importante por las siguientes razones: Estándares de identidad: los alimentos deben presentar una composición en conformidad con las regulaciones establecidas Etiquetado nutricional: informar a los consumidores del contenido nutricional de los alimentos Detección de adulteraciones: cada tipo de alimento tiene un tipo-s de carbohidrato-s ("fingerprint") Calidad alimentaria: las propiedades fisicoquímicas de los alimentos como dulzor, apariencia, estabilidad y textura depende del tipo y concentración del carbohidrato presente Económica: la utilización de carbohidratos como ingrediente en la industria puede abaratar costes Procesado de alimentos: la eficiencia de muchas operaciones de procesado de alimentos depende del tipo y de la concentración de los carbohidratos que están presentes

Clasificación y Contenido de Carbohidratos en Alimentos

Monosacáridos en Alimentos

Monosacáridos: son componentes solubles en agua. Son aldehídos o acetonas alifáticos que contiene un grupo carbonilo y uno o más grupos hidroxilo. Los monosacáridos más comunes poseen 5 (pentosas) o seis (hexosas) átomos de carbono. Las hexosas normalmente encontradas en los alimentos son glucosa, fructosa y galactosa, mientras que las pentosas más comunes son la arabinosa y la xilosa. Los grupos reactivos de los monosacáridos son el grupo carbonilo y los grupos hidroxilo.

Oligosacáridos en Alimentos

Oligosacáridos: son polímeros de relativo bajo peso molecular de monosacáridos (<20) que están covalentamente unidos a través de enlaces glicosídicos. Los disacáridos y trisacáridos contienen 2 y 3 monómeros. Los oligosacáridos que contienen monómeros de glucosa, fructosa y galactosa son los que normalmente encontramos en los alimentos.

Polisacáridos en Alimentos

Polisacáridos: son polímeros de monosacáridos (>20) de alto peso molecular. Los que contienen un único tipo de monómero se denominan homopolisacáridos (p.e. almidón, celulosa y glucógeno formados por glucosa), mientras que aquellos que contienen más de un tipo de monómero se conocen como heteropolisacáridos (p.e. pectina, hemicelulosa y gomas)

Determinación del Contenido de Carbohidratos

El contenido en carbohidratos de un alimento puede ser determinado calculando el porcentaje remanente después que el resto de componentes se hayan determinado: %Carbohidratos = 100 - %humedad - %proteína - %grasa - %minerales Así se calcula "Total Carbohydrate" en las regulaciones nutricionales de etiquetaje propuestas por la FDA en USA. El contenido de "other carbohydrate" (carbohidratos complejos) se obtiene calculando la diferencia entre la cantidad de "total carbohydrate" y la suma de las cantidades de fibra dietética, azúcares, y azúcares alcoholes, donde azúcares son definidos como glucosa, fructosa, sacarosa, y lactosa, y azúcar alcohol como sorbitol. Sin embargo, este método puede llevar a resultados erróneos debido a errores experimentales realizados durante la determinación de los diferentes componentes del alimento, por lo que normalmente y con objeto de obtener valores más exactos, es mejor determinar directamente el contenido en carbohidratos

Fuentes y Constituyentes de Carbohidratos

Carbohydrate Source Constituent(s) Monosaccharides1 D-Glucose (Dextrose) Naturally occurring in honey, fruits, and fruit juices. Added as a component of corn (glu- cose) syrups and high-fructose corn syrup. Produced during processing by hydrolysis (inversion) of sucrose. D-Fructose Naturally occurring in honey, fruits, and fruit juices. Added as a component of high-fruc- tose corn syrup. Produced during processing by hydrolysis (inversion) of sucrose, Sugar alcohol1 Sorbitol (D-Glucitol) Added to food products, primarily as a humec- tant. Disaccharides1 Sucrose Widely distributed in fruit and vegetable tissues and juices in varying amounts. Added sugar (crystalline and liquid) D-Glucose D-Fructose Lactose In milk and products derived from milk D-Galactose D-Glucose Maltose In malt. In varying amounts in various corn (glu- cose) syrups and maltodextrins D-Glucose Higher ollgosaccharides1 Maltooligosaccharides In varying amounts in various corn (glucose) syrups and maltodextrins Small amounts in beans D-Glucose Raffinose D-Glucose D-Fructose D-Galactose Stachyose Small amounts in beans D-Glucose D-Fructose D-Galactose Polysaccharides Starch2 Widespread in cereal grains and tubers. Added to processed foods. D-Glucose Food gums/hydrocolloids3 Algins Carboxymethylcelluloses Carrageenans Guar gum Gum arabic Hydroxypropylmethylcelluloses Locust bean gum Methylcelluloses Pectins Xanthan Cell-wall polysaccharides3 Pectin (native) Cellulose Naturally occurring Hemicelluloses ₿-Glucan Carbohidratos en alimentos Added as ingredients

Contenido de Carbohidratos en Diferentes Alimentos

Contenido en carbohidratos en diferentes alimentos Food Appropriate Percent Carbohydrate (wet weight basis) Cereals, bread, and pasta Corn flakes 86 Granola bars, low fat 79-82 Granola bars 71-75 Macaroni, dry, enriched 75 Bread, white 50 Dairy products Ice cream 22-27 Yogurt, plain 4.7-6.9 Milk, whole 4.7 Fruits and vegetables Applesauce, canned, sweetened 20 Grapes 16-17 Apples, raw, with skin 15 Potatoes, raw, with skin 12 Orange juice 10-11 Carrots, raw 10 Broccoli, raw 5.2 Tomato, tomato juice 4.2 Meat, poultry, and fish Fish fillets, battered or breaded 17-19 Bologna and other luncheon meats 4 Chicken, broilers or fryers, breast meat 0 Other Honey 75-82 Milk chocolate 59 Salad dressing, pourable, fat-free 10-34 Salad dressing, pourable 3.3-22 Soft drinks, caloric 11-12 Iced tea, sweetened, bottled 7.1-11 Cream of mushroom soup, from condensed and canned 7.4 Light beer 1.3

Análisis de Monosacáridos y Oligosacáridos

Métodos de Análisis de Carbohidratos

PREPARACIÓN DE MUESTRA MÉTODOS DE ANÁLISIS CROMATOGRÁFICOS QUÍMICOS MÉTODOS DE VALORACIÓN GRAVIMÉTRICO COLORIMÉTRICO ENZIMÁTICOS FÍSICOS POLARIMETRÍA ÍNDICE REFRACCIÓN INFRARROJO DENSIDAD

Preparación de Muestras para Análisis de Carbohidratos

Proceso de Preparación de Muestras

El proceso de preparación necesario para preparar una muestra y realizar un análisis de carbohidratos depende de la naturaleza del alimento a analizar:

1. En productos acuosos como zumos de frutas, jarabes y miel, normalmente requieren poca preparación antes del análisis

En productos que contienen carbohidratos físicamente o químicamente ligados a otros componentes (p.e. cereales, frutas, pan, vegetales, ... ), es necesario aislar el carbohidrato del resto de componentes. El método preciso de aislamiento del carbohidrato depende del: tipo de carbohidrato tipo de matriz del alimento y objetivo del análisis

Procedimientos Comunes en Aislamiento de Carbohidratos

Sin embargo, existen diferentes procedimientos que son comunes en la mayoría de las técnicas de aislamiento en los diferentes alimentos: secado bajo vacío (55 ℃ y 1 mm Hg, prevención de la degradación térmica) molido hasta polvo fino (mejora la extracción posterior con un solvente) y desengrasado con un solvente de extracción extracción de azúcares con etanol al 80% en ebullición Esquema general extracción azúcares Raw material, Ingredient, or Finished product Dry Water Dehydrated material 1. Grind 2. 95:5 CHCI3-MeOH Lipids and lipid-soluble components Residue 80% ethanol lon exchange Residue Mono- and , disaccharides

Separación y Purificación de Monosacáridos y Oligosacáridos

Los monosacáridos y oligosacáridos son solubles en solución alcohólica, mientras que las proteínas, polisacáridos y fibra dietética son insolubles. Los componentes solubles pueden separarse de los componentes insolubles a través de una filtración obteniéndose un precipitado en el filtro y un filtrado donde se encuentran los azúcares. Estas dos fracciones pueden secarse y pesarse para determinar sus concentraciones. Sin embargo, otras pequeñas moléculas pueden encontrarse en el filtrado conjuntamente con los azúcares p.e. aminoácidos, ácidos orgánicos, vitaminas, minerales, ... que podrían interferir en el subsiguiente análisis de azúcares. Por ello, normalmente es necesario retirar estos componentes antes de realizar el análisis de azúcares, y se consigue tratando la solución con agentes clarificantes o bien haciendo pasar la solución por una resina de intercambio iónico. Antes de pasar al análisis, el alcohol puede ser extraído por evaporación bajo vacío, y el resíduo (azúcares) disuelto en una cantidad de agua conocida.

Agentes Clarificantes y Resinas de Intercambio Iónico

Agentes clarificantes: los extractos acuosos de muchos alimentos contienen substancias coloreadas o que producen turbidez, produciendo interferencias en los análisis espectroscópicos o las determinaciones de punto final. Por esta razón los filtrados son sometidos a una clarificación antes del análisis. Los agentes clarificantes más comúnmente usado son las sales de metales pesados como el acetato de plomo, el cual forma complejos insolubles con las substancias que pueden producir interferencias, pudiendo así extraerlos por filtración o centrifugación. Por otra parte es muy importante que el agente clarificante no precipite carbohidratos en la solución. Resinas de intercambio iónico: la mayoría de los monosacáridos y oligosacáridos son moléculas polares no cargadas y pueden ser separadas de las moléculas cargadas por medio de columnas de intercambio iónico. El uso combinado de una columna cargada positivamente y otra con carga negativa es posible separar la mayoría de los contaminantes con carga. Las moléculas no polares pueden ser extraídas haciéndolas pasar a través de una columna con una fase estacionaria no polar. Así proteínas, aminoácidos, ácidos orgánicos, minerales y componentes hidrofóbicos pueden ser separados de los carbohidratos antes de realizar el análisis definitivo.