CARBOHIDRATOS. MONOSACARIDOS

BIOQUIMICA DE LOS ALIMENTOS
Miguel Calvo

Carbohidratos

El término "carbohidratos", o "hidratos de carbono" procede de la antigua forma de escribir la fórmula empírica de algunos de los más importantes, como Cn(H2O)n.. Uno de los carbohidratos, la celulosa, es la sustancia orgánica más abundante en el conjunto de los seres vivos terrestres.

Según el resultado de su hidrólisis, los carbohidratos se pueden clasificar "polisacáridos", formados por muchas unidades separables por hidrólisis, "oligosacáridos", formados por unas cuantas unidades, y "monosacáridos", que son las unidades elementales que no producen, por hidrólisis, unidades de tamaño menor. A diferencia de lo que sucede en el caso de las proteínas, en el que no existe un corte nítido entre un polipéptido grande y una proteína pequeña, entre oligosacáridos y polisacáridos naturales existe una división clara. Los oligosacáridos tienen menos de 20 unidades, mientras que los polisacáridos comienzan en los centenares.

Monosacáridos

Podemos definir los monosacáridos como polihidroxialdehidos y polihidroxicetonas. Si incluimos también a sus derivados, dependiendo de la amplitud con la que se tome el término, pueden incuirse o no, evidentemente, distintos tipos de sustancias. En el campo de la Ciencia de los Alimentos se consideran generalmentre como "derivados" los polialcoholes obtenidos por reducción, con aplicaciones en gran parte semejantes a las de sus precursores, y los ácidos y lactonas obtenidos por oxidación de aldosas, del que el único relevante es la glucono δ-lactona

Con la excepción de algunos carbohidratos bacterianos, todos los presentes en la naturaleza pertenecen a la serie D. Los monosacáridos se dividen en aldosas y cetosas, según tengan un grupo aldehido o un grupo cetona. Aunque existen muchas decenas de monosacáridos, solamente dos, glucosa y fructosa, son realmente importantes, como tales, en el mundo de los alimentos. Otros muchos forman parte, eso sí, de oligosacáridos o polisacáridos que se tratan en otros lugares.

Glucosa (aldosa) y fructosa (cetosa)

Glucosa. Resaltar el grupo carbonilo	Fructosa. Resaltar el grupo carbonilo

Aunque se pueden representar en forma abierta, con los grupos aldehido o cetona “evidentes”, los monosacáridos de cinco o más carbonos se encuentran fundamentalmente en forma cerrada, es decir, con el grupo carboxilo formando parte de un anillo hemiacetálico, que puede tener 5 o 6 átomos. Si tiene 5 átomos, la forma se llama furanosa, por analogía con la estructura del heterociclo furano, y si tiene 6 átomos, la forma se llama piranosa, por analog&aiacute;a con la estructura del pirano.


Anillo de furano	β-D-fructofuranosa	Anillo de pirano	β-D-fructopiranosa

Todos los monosacáridos son reductores, es decir, su grupo carbonilo es capaz de reaccionar como tal. Esto es importante en la industria alimentaria, porque el poder reductor está relacionado directamente con la capacidad de formar colores y aromas de tostado por reacción con la proteínas.

Glucosa

La glucosa, una aldosa, es el monosacárido más importante para la industria alimentaria.En principio, la glucosa se puede representar en forma abierta

Molécula de glucosa representada en la forma abierta. Esta forma no existe en la glucosa cristalizada, y representa un porcentaje ínfimo de la glucosa en solución. Las moléculas de glucosa se encuentran realmente formando un anillo con un enlace hemiacetal entre el carbono aldehídico y el oxígeno de un alcohol. Aunque el anillo puede tener en principio cinco o seis átomos, en el caso de la glucosa predominan con mucho los de seis, la forma piranosa.

Resaltar los átomos que formarán el enlace hemiacetálico

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Este anillo de seis eslabones puede adoptar dos configuraciones, alfa o beta, dependiendo de la posición del OH formado en el cierre. La posibilidad de que existan dos configuraciones da lugar a la aparición de un nuevo carbono asimétrico en la glucosa.

Glucosa a y glucosa b

Resaltar el OH hemiacetálico	Resaltar el OH hemiacetálico

Las formas isómeras de la glucosa difieren en muchas de sus propiedades, y en particular en su capacidad en desviar el plano de giro de la luz polarizada, dado que tienen distinta configuración en un carbono asimétrico.

	a-glucosa	b -glucosa	Equilibrio
Rotación específica	112,0	18,7	52,7

Cuando cristaliza la glucosa se obtienen cristales de solamente una de ellas, dependiendo de las condiciones, ya que las moléculas son demasiado distintas para que puedan cristalizar juntas. Normalmente se obtiene la a-glucosa, monohidratada o anhidra. Cuando la a-glucosa se disuelve, comienza inmediatamente a producirse el paso a la forma b, hasta que se alcanza en equilibrio. En este proceso se observa la llamada "mutarrotación", el cambio del valor del desvío del ploano de giro de la luz polarizada desde el correspondiente a la a-glucosa hasta el correspondiente al equilibrio. El establecimiento del equilibrio depende de la temperatura, y a temperaturas bajas puede lleva muchos minutos.

La glucosa es un azúcar muy importante desde el punto de vista industrial. Aunque se encuentra presente de forma natural en las frutas, la glucosa se obtiene por hidrólisis enzimática del almidón, obtenido a su vez del maíz o de otros cereales, dependiendo del precio del cereal y del valor de los otros productos que se obtengan, como el gluten en el caso de utilizarse el trigo. Se comercializa generalmente disuelta en forma de jarabe o cristalizada como el monohidrato.

En su comercialización, se utiliza con frecuencia el nombre antiguo de "dextrosa", que hace referencia a que es dextrógira, es decir desvía hacia la derecha el plano de giro de la luz polarizada. El término "equivalente de dextrosa", DE, con el que se expresa la concentración de estos jarabes no es exactamente el contenido de glucosa, sino el poder reductor considerando que todo el carbohidrato presente fuera glucosa. Es decir, el "equivalente de dextrosa" de un jarabe es el contenido de glucosa, más 1/2 del contenido de maltosa, mas 1/3 del contenido de maltotriosa, etc.

Fructosa

La fructosa es una hexosa y una cetosa, es decir, tiene seis carbonos y un carbonilo de tipo cetona. En disolución, se enceuntran en equilibrio dos formas piranosa y dos formas furanosa, además de trazas de la forma abierta. Las predominantes son la b -furanosa (31%) y b -piranosa (57%). La forma a -furanosa representa el 9% y la a -piranosa el 3% restante. La proporción de forma abierta es numéricamente insignificante.

Formas b -furanosa y b -piranosa de la fructosa

La fructosa, como su nombre indica, se encuentra presente en las frutas. También es muy abundante en la miel. Se obtiene industrialmente por isomerización enzimática de la glucosa con el enzima glucosa isomerasa, utilizado generalmente en forma inmovilizada. Dado que la isomerización glucosa - fructosa es un equilibrio, se obtiene una mezcla con, en el mejor de los casos, un 42% de fructosa. Los jarabes mezcla de glucosa y fructosa reciben a veces comercialmente el nombre de "isoglucosa", engañoso e incorrecto. La mezcla de glucosa y fructosa se fracciona por cromatografía a gran escala. La fructosa pura obtenida así se comercializa generalmente como polvo cristalino.

En principio, podría obtenerse un producto semejante (con el 50% de fructosa) por hidrolisis de la sacarosa. Este producto se obtenía de hecho, y se comercializaba con el nombre de "azúcar invertido", hasta el desarrollo de los métodos de producción de fructosa a partir de glucosa, que lo han desplazado totalmente desde el punto de vista económico.

La fructosa es un azúcar muy interesante para la industria, dado que, aunque su precio es superior al de la glucosa, esto se compensa en parte por su mayor poder edulcorante, superior incluso al de la sacarosa. Además, el dulzor de la fructosa incorpora una nota "fresca", que lo hace particularmente apreciado

Otros monosacáridos de interés alimentario

En los últimos años está adquiriendo interés la D- tagatosa, dado que es casi tan dulce como la sacarosa, el azucar común, pero se absorbe solamente alrededor del 30 % de la ingerida, lo que hace que su aporte calórico sea bastante menor. Además, se comporta a todos los efectos como un azúcar, con el sabor dulce característico del azúcar común, sin regustos extraños, y manteniendo las otras propiededes, como la capacidad de interacción con el agua.

Formas piranosa de la tagatosa y de la fructosa

Resaltar la diferencia estructural	Resaltar la diferencia estructural

En el año 2003 la FDA autorizó su uso en alimentos en Estados Unidos. La tagatosa se forma espontáneamente en pequeñas cantidades en el calentamiento de la leche, y en este momento se obtiene industrialmente a partir de la lactosa, hidrolizándola e isomerizando la galactosa en medio alcalino.

La tagatosa no promueve la caries dental, y puede considerarse también como "ingrediente funcional" por su acción sobre la flora intestinal. En dosis elevadas, la tagatosa puede actuar como laxante.

Derivados de los monosacáridos

Los principales derivados de los monosacáridos son los obtenidos por la reducción del grupo carbonilo, dando lugar a los polialcoholes, y por la oxidación para producir diferentes tipos de ácidos y, en el caso de las aldosas, lactonas. Los polilacoholes (también pueden obtenerse de algunos oligosacáridos) se utilizan en lugar de los azúcares en algunos alimentos, y se describen en un capítulo aparte.

Entre los derivados obtenidos por oxidación, el único importante en el campo alimentario es la glucono-δ- lactona (glucolactona), que se fabrica a partir de la glucosa, bien mediante oxidación con bromo en solución acuosa, bien mediante fermentación con Aspergillus niger, o bien con glucosa oxidasa obtenida de ese mismo microrganismo, combinada con catalasa para destruir el agua oxigenada formada también en la reacción.

En solución acuosa, la glucono-δ- lactona se encuentra en equilibrio con el ácido glucónico. Al cristalizar de la solución lo hace en forma de glucono-δ- lactona, que se transforma en ácido al disolverse en agua, especialmente a pH mayor de 3. La hidrólisis del enlace éster interno es lenta en frío, pero relativamente rápida en caliente.

El equilibrio de la transformación de la glucono-δ- lactona en ácido glucónico a temperatura próximas a la ambiente se produce entre media hora y una hora, produciendo un descenso continuo del pH. El sabor de la glucono-δ- lactona, que es dulce, pasa al del ácido glucónico, ácido pero mucho menos agrio que el de otros acidificantes.

Glucosa, glucono-δ -lactona y ácido glucónico

Enlace hemiacetálico	Grupo lactona	Grupo ácido libre

La glucono-δ-lactona (que tiene el código de aditivo E 575) se utiliza para la acidificación controlada de alimentos, por ejemplo en la liberación del calcio a partir del carbonato para formar geles de alginato, como coagulante en la elaboración de geles de proteína de soja (tofu), o en algunas levaduras químicas, especialmente en las de masas y rebozados congelados, para que se hinchen al freirlos.También se utiliza como acidificante en algunas bebidas, como secuestrante (papel que desempeña el ácido glucónico), o para acelerar el desarrollo del color de curado en productos cárnicos.

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