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Carbohidratos
Dra. Edith Ponce A.
Funciones
� Reserva de energía� Intermediarios de metabolismo� Estructura� Defensa
Carbohidratos� Edulcorantes� Agentes funcionales
� Geles� Emulsiones� Incrementar viscosidad
� Crioprotectores� Abatir aw
clasificación
ReservaEstructuralesgomas
(C6H10O5)nPolisacáridos
DisacáridosTrisacaridosTetrasacaridos
(C6H10O5)n
si, N(2,12)
Oligosacáridos
BiosasTriosasTetraosasPentosasHexosas
C6H12O6Monosacáridos
Monosacáridos
Monosacáridos� Poli- hidroxialdehídos o aldosas� Polihidroxicetonas o cetosas
� Azucares simples� Cristalizables� Solubles en agua� Poco solubles en etanol� Amplio espectro de dulzura� Mutarrotación� Desvían la luz polarizada
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Aldosas y cetosas
Gliceraldehído DihidroxiacetonaAldotriosa Cetotriosa
3
Estructura
� Pentosas (C5)� Aldosas: ribosa, arabinosa, xilosa, lixosa� Cetosa: ribulosa, xilulosa
� Hexosas (C6):� Aldosas: glucosa, manosa, galactosa� Cetosa: fructosa, sorbosa
Aldosas
Leche, oligo- y polisacáridos
galactosa
Plantas y animalesglucosa
Polisacáridosmanosa
Gomas vegetales, glucosidos
L-ramnosa
Hexosas
Cetosas
Residuos de malazasD-Psicosa
aguacateD-eritro-L-gluco-2-nonulosanonulosa
AguacateD-glicero-D-manosa-D-octulosa
octulosa
aguacateD-mano-2-hetulosaheptulosa
Miel, frutasD-fructosahexulosa
FuenteNombre
4
Carbonos asimétricosCHO
HCOH
HCOH
HCOH
HCOH
H2COH
1
2
3
4
5
6
2N = 24 = 16 estereoisómeros
Enantiómeros D y L
Configuración del penúltimo átomo de carbono en relación con la del último
D-gliceraldehído L-gliceraldehído
hemiacetales
H OR’R C + HO R’ R CH
O OH
C1 hemiacetálico se vuelve asimétrico :.
dos esterioisómeros α y β
5
mutarrotación
OHHC
HCOH
HOCH
HCOH
HC
CH2OH
D-α-glucosa
+112.2°
CH
HCOH
HOCH
HCOH
HC
CH2OH
D-β-glucosa
+18.7°
O O
HOCHO
HCOH
HOCH
HCOH
HCOH
CH2OH
D-glucosa
+53°
Rotación óptica
Dextrógira: Rotación óptica a la derecha (+)
Levógira: Rotación óptica a la izquierda (- )
D(+)glucosa
D(-)fructosa
Rotación específica [α]λt
[α]λt 100 a
l c=l = longitud del polarímteroc = gramos de azúcar en 100 ml de sol.α = ángulo de rotación
Dβ(+) galactosa
Dα(+) galactosa
Dβ(-) fructosa
Lα(+) arabinosa
Nombre
+52.7
+150.7
-133.5
+55.4
+53.6(+) Lactosa
+160(+) Maltotriosa
-17Dβ(-) manosa
+29.3Dα(+) manosa
Nombre[α]λ
t[α]λ
t
Poder edulcorante
10000aspartamo40127
D-glucosaAzúcar invertido
102xilitol63D-galactosa
39Lactosa 135D-fructosa
amargoβD-manosa100sacarosa
%nombre% nombre
Poder edulcorante
30
50
70
90
110
130
150
10 30 50
temperatura (°C)
poder edulc
ora
nte
D-glucosa
D-galactosa
maltosa
D-fructosa
6
Conformación
La conformación 4C1 es más estable por la posición axial de grupos
La conformación 1C4 es menos estable por la posición ecuatorial
Fructosa
O
CH2OH
HOCH2
HO
OH
HO
� levulosa o azúcar de las
frutas y miel.
•C6H12O6�Hidrólisis de sacarosa, e
inulina
�cristaliza con dificultad �Temperatura de fusión
102 -104 ºC
Glucosa
O
CH2OH
OH
OHHO
OH
•Dextrosa
•C6H12O6
•Miel, jugo de numerosas frutas,
sangre. •hidrólisis ácida o enzimática de:
sacarosa, maltosa, almidón,
celulosa, glucógeno.•cristaliza en tres formas diferentes y
c/u gira el plano de polarización de la
luz en distinto grado.
7
Galactosa
O
CH2OH
H
OH
OHOH
HO•C6H12O6
•hidrólisis ácida o enzimática de: lactosa, gomas
Oligosacáridos
Oligosacáridos
Condensación de 2 a 10 monosacáridos mediante un enlace glucosídico
Uno de los azucares pierde un –OH unido al carbono anomérico y adquiere el sufijo (- sil)
Si uno de los C con la función carbonílica se encuentra libre se denominan azúcares reductores ya que pueden reducir iónesmetálicos
Enlace glucosídico
Maltosa
4−β−D-Glucopiranosil-α-D-glucopiranosa
• 2 unidades Glucosa•Enlace α(1,4)•Reductor•Isomeros α y β•hidrolizados de almidón de maiz, cebada•Fermentable, soluble en agua•No cristaliza •Elaboración de bebidas fermentadas•Fácil digestión •Elaboración de alimentos infantiles
O
CH2OH
OH
OH
OH
O
O
CH2OH
OH
OH
OH
Isomaltosa
O
CH2OH
OH
O
O
CH2
OH
OH
HO
OH
HO
OH
4−β−D-Glucopiranosil-α-D-glucopiranosa
• 2 unidades Glucosa•Enlace α(1,6)•Reductor•Isomeros α y β•Cebada, hidrolizados de maíz, almidón•Fermentable, soluble en agua•No cristaliza •Elaboración de bebidas fermentadas
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Celobiosa
4-β-D-glucopiranosil-D-glucopiranosa
� Glucosa� β(1,4) � Unidad de la celulosa� reductor
O
CH2OH
OH
OH
OH
O
CH2OH
OH
OH
OH
O
Gentobiosa
O
CH2OH
OH
O
O
CH2
OH
OH
HO
OH
HO
OH
β-D-glucopiranosil-α-D-glucopiranosido
� 2 unidades de glucosa� β(1,6) � Reductor� presente en amigdalina(glucósido cianogénicopresente en almendras)
Trehalosa1−α-D-glucopiranosil-α-D-glucopiranosido
� 2 unidades de glucosa � α(1,1) � Carece de grupos aldehídoy cetona libres � No Reductor� hemolinfa de insectos� Hongos y levaduras
Lactosa
4-β-D-galactopiranosil-D-glucopiranosa
� Galactosa y glucosa� Enlace β(1,4)� Reductor� Isomeros α y β
� Leche de mamíferos � poco soluble
O
CH2OH
OH
OH
OH O
CH2OH
OH
OH
OH
O
Lactosa
O
CH2OH
HOH
OHOH
HO O
CH2OH
OH
OHHO
OH
O
CH2OH
OH
OH
OH O
CH2OH
OH
OH
OH
O
Lactasa
(β-galactosidasa)
Lactosa galactosa + glucosa
+
lactulosa
4- α- D- galactopiranosil-D- fructofuranosa
� β(1,4)� Galactosa y fructosa� Reductor� Por epimerización de glucosa a fructosa al calentar leche
O
CH2OH
H
OH
OHOH
OHO
O
CH2OH
OHOHCH2
HO
9
Sacarosaβ-D-fructofuranosil-α-D-glucopiranosidoα-D-glucopiranosil- β-D-fructofuranosido
� Glucosa y fructosa� (1,2) � Carece de grupos aldehído y cetona libres� No sufre mutarrotación � No Reductor� Elevada solubilidad� Fácilmente cristalizable� Remolacha, caña de azúcar� Granos y frutas
Proceso de obtención DE
AZÚCAR
CAÑA
TRITURADO
BAGAZO JUGO
Clarificar
Evaporar
Centrifugar
MELAZAS
AZÚCAR EN BRUTO
AZUCAR REFINADA
Azúcar invertido
O
CH2OH
OH
O
O
CH2OH
HOCH2
HO
OH HO
OH
O
CH2OH
OH
OH
O
CH2OH
HOCH2
HO
OH HO
OH
HO
Calor/ácidoo
invertasa
[α]λt
+66
[α]λt
[α]λt
+52.5 -92
[α]λt
-20
Sacarosa en solución
Mezcla de glucosa y fructosa
Galactosacaridos
� Flatulencia� Leguminosas: soya, frijoles, garbanzo, cacahuates, chíncharos
Rafinosa Gal- glu- fru
Estaquiosa Gal- gal- glu- fruVerbascosa Gal- gal- gal- glu- fru
O
CH2
OH
O
O
CH2OH
HOCH2
O
CH2OH
H
OH
OH
O
HO
OH HO
OH
HO
O
CH2
OH
O
O
CH2OH
HOCH2
O
CH2
H
OH
OH
OO
CH2OH
HOH
OHO
HO
HO
OH HO
OH
HO
Rafinosa
Estaquiosa
α(1,6)
α(1,6)
α(1,6) Reacciones de carbohidratos
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Reacciones químicas
IsómerosEnolización (lenta)Ácidos débiles
hidroximetilfurfuralfurfural
Deshidratación/ciclización
Ácidos fuertes
Ácidos glucónicosEnolización/ Oxidación
Álcalis (1N)
Enoles,Diacetilo, acetoína, ácidos
Enolización/hidrólisisÁlcalis (0.5N)
isómerosenolizaciónálcalis (0.05N)
productosreaccióncondiciones
Enolización (álcalis débiles 0.05N)
HC=O
HCOH
OHCH
HCOH
HCOH
CH2OH
HOCH
HCOH
OHCH
HCOH
HCOH
CH2OH
= HOCH2
HC=O
OHCH
HCOH
HCOH
CH2OH
HOCH
HOC
OHCH
HCOH
HCOH
CH2OH
= O=CH
HOC
OHCH
HCOH
HCOH
CH2OH
D-glucosa trans-enol D-Fructosa cis-enol D-manosa
65% enediol 32% enediol 3%
Arreglo de Lobry De Bruyn y Alberda Van Eckenstein
Oxidación a ácidos glucónicos
HC=O
HCOH
OHCH
HCOH
HCOH
CH2OH
D-glucosa Ac. D-glucorónico
COOH
HCOH
OHCH
HCOH
HCOH
CH2OH
Álcali 1N
Poder reductor (Fehling reduccion del CuSO4)
Azúcar + álcali enedioles o reductonasreductor
Enoles + Cu2+ Cu+ + azúcares ácidos
Cu+ + H2O Cu2O (rojo)
enolización
Óxido-reducción
oxidación
Iones que pueden reducir: Ag +, Hg 2+ , Cu 2+ , Bi 3+ , Fe(CN) 6-métodos de Benedict, Somogyi, Hagendorn-Jensen, etc
Deshidratación y ciclización(ácidos)
HCOH
HCOH
OHCH
HCOH
HCOH
CH2OH
HC=O
HCOH
CH
HCOH
HCOH
CH2OH
HC=O
HC=O
CH2
HCOH
HCOH
CH2OH
HC=O
HC=O
CH
CH
HCOH
CH2OH
HC CH
HOCH2C CCHO
O
=
=
= -H2OH2O
ciclización
reacomodo
1,2-enol 3-desoxiosulosa hidroximetil furfufural
HMF
Reacciones de oscurecimiento
Comp. fenólicos
Ac. ascórbico
Az. reductor+ amino
azúcares
Sustrato
sí
Sí
No
No
O2
No
No
No
Sí
Temp. elevada
melaninasLigeramente alcalino
Polifenol-oxidasa (PPO)
NoLigeramente ácido
OxidaciónAc. ascórbico
melanoidinasligeramentealcalino
Maillard
carameloAlc/acCaramelización
productospH óptimoMecanismo
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Oscurecimiento enzimático•Sistema enzimático polifenol oxidasa•pH óptimo 7•Sensibles a tratamiento térmico•Agentes reductores: ácido cítrico, SO2
OH
OH
O
O
O2PPO /
polimerizaciónMELANINAS(catecolasa)
(cresolasa)
Fenoles Quinonas
Caramelización� Ocurre a Temp. superiores al punto de fusión� pH ácidos/alcalinos� Se acelera con ácidos carboxílicos y sales
� Reacciones: � Deshidratación derivados furfural� Polimerización melanoidinas� Otras aldehídos, cetonas,
pirazinas, etc
Caramelo
� Mezcla compleja compuestos en forma coloidal.
� Temperatura superior al punto de fusión
� Líquido o sólido café oscuro� sabor a azúcar quemada/ amargo� Soluble en agua
Caramelización: fragmentación
Azucares Acidos sacaricos Furfural
melanoidinas
Furanos, furanonas,lactonasPironas, aldehídos, cetonasÁcidos, ésteres, pirazinas
O
O
OH
C2H5 O
O
OH
CH3
N
N CH3
CH3H3CN
N CH3
H3C N
N
CH3
CH2CH3
CH3
Etil-maltol maltol 2,3,5-trimetilpirazina 2,5-dimetilpirazina 2-etil5(6)dimetilpirazina
SACAROSA
ISOSACAROSANA
CARAMELANA
CARAMELENO
CARAMELINAHUMINA
(C6H12O6)
(C24H36O18)
(C36H50O25)
(C125H188O80)
HidrólisisDeshidratacióndimerización
Adición de ácidos� Sulfúrico� Acético� Cítrico� Fosfórico
� Favorecen formación de furanos� baja intensidad de sabor
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Alcalis� Hidroxido de sodio� Hidroxido de potasio� Hidroxido de amonio� Hidroxido de calcio
� favorece enolización y fragmentación� Sabor intenso� Color suave
Amoniaco y SO2� Favorecen la producción de pigmentos obscuros de elevado peso molecular
� Usos� Bebidas de cola
Color
� absorbancia de
caramelo al 0.1% (w/v)
en agua,
� celda de 1-cm a 610 nm
� base al contenido de
sólidos
Caramelo tipo I
� Simple o cáustico sin aditivos� Estable en solución alcohólica al 75%� Usos
� Tequila, � Ron� Etc.
Caramelo tipo II
� Sulfatado � En presencia de ácidos o bases y SO2� Usos
� Extractos vegetales� Aderezos� coñac
Caramelo tipo III (Ammoniacal)
� En presencia de ácidos o bases y sales de Amonio
� Color oscuro e intenso� Estable en soluciones salinas al 20%� Estable a pH 3� Usos
� Cerveza� Salsas y aderezos� Productos horneados
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Clase IV� Sulfato- amonio� En presencia de ácidos o bases, SO2 y sales de amonio
� Color oscuro e intenso� Estable en soluciones salinas al 20%� Estable a pH menor a 2� Usos
� Bebidas de cola� saborizantes
Reacción de Maillard:etapasA. Condensación azúcar reductor y grupo
aminoB. Reordenamiento de los productos de
condensaciónC. Deshidratación de los productos
reordenadosD. Fisión y DegradaciónE. Polimerización a melanoidinas
Melanoidinas� Pigmentos complejos de alto peso molecular
� Color amarillo al café oscuro
� Sabor amargo
Reacción de Maillard: factores� pH alcalino � Ea= 30 kcal/mol Q10 = 2 a 3� Aw 0.6- 0.9 � Tipo de aminoácido
� Lisina> arginina> histidina> triptofano
� Tipo de azúcar� Aldosas>cetosas:� Xilosa>galactosa>glucosa>fructosa>lactosa>maltosa
� Cu2+ / Fe3+, O2 y radiaciones catalizan formación de melanoidinas
Reacción de Maillard:inhibición
� Acido sulfuroso� Bloquea grupos carbonilo en degradación de Strecker
R- CH=O + H2SO3 HO- CH- OSO2HR
� Efecto antioxidante
Reacción de Maillard:inhibición
� Refrigeración� Acidificación� Emplear azúcar no reductor: sacarosa� Fermentación de azúcar
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Reacción de Maillard: efectos
� Reduce la calidad nutricional� Aminoácidos esenciales “lisina”� Reduce solubilidad y digestibilidad de proteínas
� Oscurecimiento y sabores desagradables