INTRODUCCIÓN

Ya estamos en el segundo tema de nuestro curso. Aquí veremos las propiedades funcionales de los polisacáridos y proteínas.

A continuación te presentamos un cuadro sinóptico para que veas todos los puntos que abarcaremos.

Los hidrocoloides son un grupo de compuestos químicos que se caracteriza por un elevado peso molecular, debido a que están constituidos por grupos de moléculas que se repiten formando polímeros. Su origen puede ser vegetal, animal, microbiano y sintético. Lo que caracteriza a los hidrocoloides es que contienen un elevado número de grupos hidroxilo, a través de los cuales se hidratan y retienen mucha agua por formación de puentes de hidrógeno.

    Esta capacidad de retención de agua otorga lo que conocemos como propiedades funcionales, que son propiedades físico-químicas que contribuyen a la estabilidad y mejora de las características sensoriales de un producto, ya sea un alimento, un cosmético, un producto de cuidado personal o una aplicación farmacéutica y que generalmente con lleva a la percepción de una calidad superior por parte del consumidor. Son ejemplos de propiedades funcionales, la hidratación, la retención de agua, la formación de geles, el espumado y la emulsión.

     Dentro del grupo de polisacáridos funcionales se encuentran las gomas, los polímeros microbianos y los polímeros sintéticos. El término goma se refiere específicamente a aquellos polisacáridos que se obtienen como exudados de plantas, como la goma arábiga. Como ejemplos de polímeros producidos por microorganismos y sintéticos se encuentran la goma xantan y la carboxi-metil-celulosa de sodio respectivamente.

 Las proteínas y polisacáridos son las clases de biopolímeros más utilizados como ingredientes en la industria de alimentos. Como ambos son a menudo, usados simultáneamente, el conocimiento de sus interacciones es de gran importancia para controlar la estructura, textura y estabilidad de los alimentos manufacturados. En condiciones particulares del medio y dependiendo de la distribución de los diferentes grupos (hidrofóbicos, cargados, enlaces puente hidrógeno, etc.) las interacciones entre las moléculas proteicas y las moléculas de polisacáridos pueden ser atractivas (formación de complejos) o repulsivas (separación de fases).

    Una ventaja de utilizar complejos electrostáticos obtenidos a partir de proteínas de suero lácteo (proteínas naturales) y carrageninas sería la amplia aceptación de estas mezclas como potenciales ingredientes alimenticios seguros. Esto deriva no solo del alto valor nutritivo de las proteínas de suero lácteo sino también de que tanto estas proteínas como las carrageninas son ampliamente utilizadas en la industria para producir geles y estabilizar productos como emulsiones con grasa láctea, helados, leche chocolatada, sustituto lácteo para café, etc.

    Los complejos proteínas-polisacáridos pueden ser considerados como ingredientes alimenticios por si mismos teniendo propiedades funcionales características, por lo que sería necesaria mayor información para comprender correctamente como las propiedades funcionales de estos complejos pueden ser optimizadas en formulaciones de ingredientes y en alimentos que estén sometidos a un amplio rango de condiciones de procesamiento.

    En los últimos años, el uso de técnicas reológicas ha sido aplicado para caracterizar la interacción entre los agentes estabilizantes en alimentos, tales como carrageninas y proteínas que imparten una estructura tipo “gel débil”. La caracterización de las interacciones entre proteínas y las carrageninas han sido estudiadas con estas técnicas por algunos autores.

     Las funciones típicas de las proteínas en los alimentos incluyen la gelificación, emulsificación, espumado, textura, absorción de agua, adhesión y cohesión, y absorción y retención de lípidos y flavour.

   Las propiedades funcionales están relacionadas con las propiedades físicas, químicas y estructurales intrínsecas de las proteínas, incluyendo tamaño, forma, composición y secuencia de aminoácidos, carga neta y distribución de las cargas y relación hidrofobicidad/hidrofilicidad. Particularmente están definidas por la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria, las uniones inter e intramoleculares, principalmente uniones disulfuro, la rigidez/flexibilidad molecular en respuesta a los cambios de las condiciones ambientales y la naturaleza y la extensión de las interacciones con otros componentes.

Kinsella (1976; 1982) definió a las propiedades funcionales como “aquellas propiedades físicas y químicas que afectan el comportamiento de las proteínas en los sistemas alimentarios durante el procesamiento, el almacenamiento, la preparación y el consumo”.

    El entendimiento de las propiedades físicas, químicas y funcionales de las proteínas y los cambios que sufren estas proteínas durante el procesamiento es esencial para comprender el comportamiento de las proteínas en los alimentos.

A. ASPECTOS BÁSICOS DE POLISACÁRIDOS

Los polisacáridos son polímeros de monosacáridos. Del mismo modo que los oligosacáridos, están compuestos de unidades glicosílicas en disposición lineal o ramificada, y la inmensa mayoría son mucho más largos que el límite de 20 unidades de los oligosacáridos. El número de unidades de monosacárido en un polisacárido, denominado grado de polimerización (GP), es muy variable. Sólo unos pocos polisacáridos poseen un GP menor de 100, y la mayoría presentan un GP comprendido en el intervalo de 200-300. Los más grandes, como puede ser la celulosa, tienen un GP de 7,000 a 15,000. Se estima que más del 90% de la considerable masa de carbohidratos existente en la naturaleza se encuentra en forma de polisacáridos. Éstos son lineales o ramificados. El término científico genérico para los polisacáridos es el de glicanos.

            Si todas las unidades glicosílicas están constituidas por el mismo azúcar, son homogéneos y se llaman homoglicanos. Ejemplos de homoglicanos son la celulosa y la amilosa del almidón, que son lineales, y la amilopectina del almidón, que es ramificada. Las tres están compuestas exclusivamente de unidades D-glucopiranosilo.

            Cuando un polisacárido está compuesto de dos o más unidades diferentes de monosacárido, se le conoce como heteroglicano. Un polisacárido que contiene dos unidades diferentes de monosacárido es un diheteroglicano, el que contiene tres diferentes un triheteroglicano, y así sucesivamente. Los diheteroglicanos generalmente son, bien polímeros lineales de bloques de unidades similares que se alteran a lo largo de la cadena, o bien son una cadena lineal de uno de los tipos de unidad glicosílica con la segunda unidad presente como cadenas laterales. Ejemplo del primer tipo son los alginatos, y del segundo el guarano y la goma de algarrobo.

            En la nomenclatura abreviada de oligo- y polisacáridos, las unidades glicosílicas se designan con las tres primeras letras de sus nombres, con la primera de ellas en mayúscula, con la sola excepción de la glucosa, que es Glc. Si la unidad de monosacárido es un D-azúcar, se omite la D; sólo en el caso que sean L se mantiene esta letra, tal como en Lara. El tamaño del anillo se designa con una p en cursiva si es un piranosilo, o f, también en cursiva, si es un furanosilo. La configuración anomérica se designa con α o β según corresponda; por ejemplo, una unidad α-D-glucopiranosilo es indicada por αGlcp. Los ácidos urónicos se designan con una A mayúscula; por ejemplo, una unidad de ácido L-gulopiranosílico está indicada como LGulpA. La posición de los enlaces puede designarse tanto con, por ejemplo, 1→3 como con 1,3; la última forma es más usada por los bioquímicos, mientras que la primera lo es por los químicos orgánicos. Utilizando la nomenclatura abreviada, la estructura de la lactosa se escribiría βGalp(1→4)Glc o βGalp1,4Glc, y la maltosa sería αGlcp(1→4)Glc o αGlcp1,4Glc. (Nótese que el extremo reductor no puede ser designado con α o β, o con p o f, puesto que el anillo puede estar abierto o cerrado. En las soluciones de lactosa, maltosa u otros oligo- o polisacáridos, el extremo reductor existirá como una mezcla de las formas piranósicas α y β y de la forma acíclica, con una rápida interconversión entre ellas.

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Los polisacáridos son largas moléculas de hidratos de carbono formadas por la unión de numerosas unidades individuales de monosacáridos unidas entre sí por enlaces glicosídicos. Los polisacáridos son carbohidratos, y por lo tanto contienen carbono, hidrógeno, y oxígeno y tienen la fórmula general Cx(H2O)y.

Convencionalmente, se ha considerado polisacárido a aquel polímero constituido por más de 10 monosacáridos unidos por distintos enlaces glucosídicos.

A.1. TERMINOLOGÍA

a) GOMA.

Moléculas complejas, siempre heterogéneas y ramificadas, con ácidos urónicos; fluyen al exterior del vegetal y en general se considera que resultan de un traumatismo (excepto la goma tragacanto que se almacena en la médula sin agresión previa); provienen de la transformación de polisacáridos parietales. Sólo se han descrito para plantas del hemisferio norte. Se solidifican por desecación, son insolubles en disolventes orgánicos.

  

b) COLOIDE HIDROFÍLICO.

O mejor conocidos como coloides liofílicos. Significa “gustar de un líquido”, en este tipo de coloides hay interacción entre las partículas y el solvente. Este tipo de soles es mucho más estable que los soles liofóbicos. Para el caso de los soles en agua se utilizará el término hidrofilicos.

Este tipo de coloides se caracteriza por presentar: alta estabilidad hacia la floculación por electrolitos, se visibilidad en el microscopio es mala y presenta una considerable presión osmótica. Algunos ejemplos de estos coloides son: albúmina, glicógeno, hule y acido silito.

La mayoría de los coloides inorgánicos son hidrofobitos, mientras que la mayoría de los coloides orgánicos son liofílicos.

c) MUCÍLAGOS.

Los mucílagos son polisacáridos solubles en agua pero no todos contienen ácidos urónicos, se encuentran en un amplio número de plantas y también en algunos microorganismos. Los mucílagos vegetales no son productos patológicos, ni son el resultado de un estímulo natural o artificial. No se presentan en la superficie de la planta en forma de exudados, sino que son sustancias producidas en el curso normal del crecimiento. Pueden presentarse en casi cualquier parte de la planta, como la corteza, los tegumentos o los tejidos interiores de los tubérculos o semillas.  

d) POLÍMEROS SOLUBLES EN AGUA.

Un polímero es soluble en agua cuando posee un número suficiente de grupos hidrófilos a lo largo de la cadena principal o de las cadenas laterales. Estos grupos comprenden principalmente aminas, amidas, grupos carboxilos y grupos sulfónicos. Dentro de los polímeros solubles en agua un grupo muy importante son los polielectrolitos.