Química de los alimentos

(1)

Química de los alimentos

_{Cuarta edición}

Salvador Badui Dergal

Director Técnico

Grupo Herdez, S.A. de C.V.

Capítulo 1

Dr. Salvador Badui Dergal

Grupo Herdez, S.A. de C. V.

Capítulo 2

Dra. Sara Esther Valdés Martínez

Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán

Universidad Nacional Autónoma de México

Capítulo 3

Dra. Amanda Gálvez Mariscal

Dra. Idalia Flores Argüello

Dra. Amelia Farrés González Saravia

Departamento de Alimentos y Biotecnología

Facultad de Química

Capítulo 4

Dr. Salvador Badui Dergal

Capítulo 5

Dra. Maricarmen Quirasco Baruch

Con la colaboración de:

Dr. Agustín López-Munguía Canales

Instituto de Biotecnología

Capítulo 6

Dr. Salvador Badui Dergal

Capítulo 7

Dra. Isabel Guerrero Legarreta

Departamento de Biotecnología Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa

Dra. Eloísa López Hernández

División Académica de Ciencias Agropecuarias

Universidad Juárez Autónoma de Tabasco

Dr. Roberto E. Amienta López

Food Technology Centre

Charlottetown, Prince Edward Island, Canadá

Capítulo 8

Dra. Edith Ponce Alquicira

Departamento de Biotecnología Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa

Capítulo 9

Dr. Salvador Badui Dergal

Capítulo 10

Dr. José Gerardo Montejano Gaitán

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey

Campus Querétaro

Capítulo 11

Dr. Pedro Valle Vega

Capítulo 12

Dr. Salvador Badui Dergal

Capítulo 13

Dr. Salvador Badui Dergal

Grupo Herdez, S.A. de C.V.

Capítulo 14

Dra. Amanda Gálvez Mariscal

M. en C. Alejandra Barrios Pérez

Q.A. Ana Berenice de la Barrera

Avilés

REVISIÓN TÉCNICA:

Héctor Cejudo Gómez

Coordinador de la licenciatura en Ingeniería de Alimentos

Departamento de Ingeniería y Ciencias Químicas

Universidad Iberoamericana

,

campus Ciudad de México

México • Argentina • Brasil • Colombia • Costa Rica • Chile • Ecuador España • Guatemala • Panamá • Perú • Puerto Rico • Uruguay • Venezuela

Badui Dergal, Salvador. Química de los alimentos. 4a ed. México : Pearson Educación, 2006. xvii., 715 p. : il., gráf.

(2)

Capítulo I Agua I

1.1 Introducción 1

1.2 Fuentes de agua para el ser humano 2

1.3 Propiedades del agua 3

1.3.1 Propiedades fisicoquímicas 6

1.4 Estados físicos del agua 9

1.5 Efecto de los solutos en el agua 11

1.6 Distribución del agua en los alimentos 13

1.7 Actividad del agua 15

1.8 Determinación de las curvas de adsorción y desorción 19

1.9 Actividad del agua y estabilidad de los alimentos 21

1.10 Alimentos de humedad intermedia 23

1.11 Congelamiento de los alimentos 25

1.12 El agua en la industria alimentaria 25

Referencias bibliográficas 27

Capítulo 2 Hidratos de carbono 29

2.1 Introducción 29

2.2 Clasificación y nomenclatura 30

2.3 Monosacáridos 31

2.3.1 Distribución en la naturaleza 32 2.3.2 Estructura química 34

2.4 Aminoazúcares 37

2.5 Desoxiazúcares^ 39

2.6 Azúcares-alcoholes o polioles 40

2.7 Glucósidos 41

2.8 Oligosacáridos 47

2.8.1 Sacarosa 48 2.8.2 Maltosa 52 2.8.3 Lactosa 53 2.8.4 Otros oligosacáridos 53

2.9 Reacciones químicas de los monosacáridos 56

2.9.1 Por álcalis 56 2.9.2 Por ácidos 57

2.9.3 Por altas temperaturas 57

(3)

2.9.4 Otras reacciones 58

2.9.5 Reacciones de oscurecimiento o de empardeamiento 59

2.10 Tecnología de los azúcares 72

2.10.1 Conservación 72 2.10.2 Cristalización 72 2.10.3 Hidratación 73 2.10.4 Poder edulcorante 73 .

2.11 Polisacáridos 75

2.11.1 Celulosa 78 2.11.2 Hemicelulosa 80 2.11.3 Almidón 81 2.11.4 Pectinas 92 2.11.5 Glucógeno 97 2.11.6 Gomas 97 2.11.7 Fructosanas 106 2.11.8 Otros polisacáridos 106

2.12 Fibra 107

Referencias bibliográficas 109

Capítulo 3 Proteínas 119

3.1 Introducción 119

3.2 Aminoácidos 121

3.2.1 Del gen a la proteína 124

3.2.2 Esteroquímica de los a-Aminoácidos 127 3.2.3 Clasificación de los aminoácidos 128 3.2.4 Reactividad química 129

3.2.5 Propiedades ácido-base 130

3.3 Péptidos y enlace peptídico 132

3.3.1 Estabilidad y formación del enlace peptídico 135

3.4 Detección y cuantificación de aminoácidos péptidos y proteínas 138

3.4.1 Reacciones químicas de los grupos funcionales de las proteínas 142

3.5 Organización estructural 153

3.5.1 Estabilidad de la estructura proteínica 153 3.5.2 Estructura primaria 154 3.5.3 Estructura secundaria 155 3.5.4 Estructura terciaria 161 3.5.5 Estructura cuaternaria 163

3.6 Desnaturalización 164

3.6.1 Termodinámica de la desnaturalización 165 3.6.2 Desnaturalización por cambios de temperatura 167 3.6.3 Desnaturalización por cambios de pH 170

3.6.4 Desnaturalización por urea y cloruro de guanidinio 170 3.6.5 Desnaturalización con detergentes 171

3.6.6 Desnaturalización con disolventes orgánicos 172

3.6.7 Efecto de la adición de sales en la solubilidad de las proteínas 173 3.6.8 Inactivación mecánica 176

3.6.9 Proteólisis 176

(4)

Contenido • v¡¡

3.7 Modificaciones químicas 176

3.7.1 Tratamientos térmicos moderados 177 3.7.2 Pirólisis 177

3.7.3 Racemización y formación de aminoácidos modificados 178 3.7.4 Entrecruzamientos 180

3.7.5 Reacciones de las proteínas con agentes oxidantes' 182 3.7.6 Reacciones con nitritos 184

3.7.7 Reacciones con sulfitos 184 3.7.8 Reacciones carbonil amino 184

3.7.9 Formación de acrilamida en altas temperaturas 185

3.7.10 Pérdida de aminoácidos por fraccionamiento (fraccionación) 186

3.8 Propiedades funcionales de las proteínas 187

3.8.1 Propiedades de hidratación 190

3.8.2 Propiedades interfaciales de las proteínas 194 3.8.3 Unión de sabores 201

3.8.4 Viscosidad 202 3.8.5 Gelación 203

3.9 Propiedades nutricionales 205

3.9.1 Evaluación de la calidad proteínica 206

3.10 Proteínas de algunos alimentos 209

3.10.1 Proteínas del huevo 210 3.10.2 Proteínas de la carne 213 3.10.3 Gelatina 217

3.10.4 Proteínas de pescado: surimi, hidrolizados de pescado 217 3.10.5 Proteínas lácteas 220

3.10.6 Proteínas vegetales 222 3.10.7 Proteínas de cereales 224 3.10.8 Proteínas edulcorantes 232

3.10.9 Péptidos de importancia en el campo de alimentos 233 3.10.10 Proteína microbiana 235

Referencias bibliográficas 236

Capítulo 4 Lípidos 245

4.1 Introducción 245

4.2 Clasificación 246

4.2.1 Acidos grasos %48 4.2.2 Acilglicéridos 253 4.2.3 Fosfoglicéridos 258 4.2.4 Ceras 260 4.2.5 Esteróles 260

4.3 Análisis físicos y químicos 262

4.3.1 índices 262 4.3.2 Otros análisis 262

4.4 Manufactura de grasas y aceites 265

4.4.1 Desgomado 267 4.4.2 Neutralización 267

(5)

viií • Contenido

4.4.3 Decoloración 268 4.4.4 Desodorización 268 4.4.5 Hibernación 269

4.5 Procesos de modificación de grasas y aceites 269

4.5.1 Hidrogenación 269 4.5.2 Interesteriflcación 274

4.5.3 Fraccionamiento 276 )

4.6 Sistemas grasos en alimentos 277

4.6.1 Margarina 277 4.6.2 Mantecas vegetales 279 4.6.3 Mantequilla 279

4.6.4 Grasas para alimentos infantiles 279 4.6.5 Helados 279

4.6.6 Mayonesa y aderezos 280

4.6.7 Sustitutos de la manteca de cacao 281 4.6.8 Freído 281

4.7 Deterioro de los lípidos 282

4.7.1 Lipólisis 283 4.7.2 Autoxidación 283 4.7.3 Reversión 288 4.7.4 Radiólisis 289 4.7.5 Antioxidantes 289

4.8 Determinación de la oxidación 293

4.8.1 Evaluación sensorial 293 4.8.2 Indice de peróxido 294

4.8.3 Método del ácido tiobarbitúrico (TBA) 294

4.8.4 Método del oxígeno activo (AOM, Active Oxygen Method) 294 4.8.5 Método de la bomba de oxígeno 295

4.8.6 Método de incubación en estufa 295 4.8.7 Otros métodos 295

4.9 Aspectos nutricionales 295

Referencias bibliográficas 297

Capítulo 5 Enzimas 301________________________

5.1 Introducción 301

5.2 Nomenclatura 303

5.3 Las enzimas como catalizadores 304

5.4 Especificidad 306

5.5 Sitio activo 308

5.6 Factores que afectan la velocidad de las reacciones enzimáticas 310

5.6.1 Efecto del pH 310

5.6.2 Efecto de la temperatura 311

5.6.3 Efecto de la concentración de sustrato 314 5.6.4 Efecto de la actividad del agua 315

5.6.5 Efecto de otros agentes en la actividad enzimàtica 315

(6)

Contenido • ix

5.8 Cuantificación de actividad enzimàtica 319

5.9 Uso industrial de las enzimas 320

5.10 Revisión de enzimas de importancia en alimentos 323

5.10.1 Carbohidrasas 323 5.10.2 Proteasas 335 5.10.3 Lipasas 339 5.10.4 Oxidorreductasas 341 5.10.5 Transferasas 349 5.10.6 Isomerasas 351

5.11 Procesos de interés en alimentos con enzimas o células inmovilizadas 353

5.12 Análisis químico con enzimas 355

5.13 Las enzimas como indicadores de calidad de alimentos 357

5.14 Tecnología de ADN recombinante aplicada a la producción y modificación

de enzimas de interés en alimentos 357

Referencias bibliográficas 361

Capítulo 6 Vitaminas y nutrimentos inorgánicos 363

6.1 Introducción 363

6.2 Contenido de vitaminas en los alimentos 366

6.3 Vitaminas liposolubles 368

6.3.1 Vitamina A 370 6.3.2 Vitamina D 372 6.3.3 Vitamina E 373 6.3.4 Vitamina K 375

6.4 Vitaminas hidrosolubles 376

6.4.1 Tiamina (B¡) 377 6.4.2 Riboflavina (B₂) 379 6.4.3 Vitamina B₆ 381 6.4.4 Vitamina B¡2 382 6.4.5 Biotina 384 6.4.6 Folatos 385 6.4.7 Niacina 386 6.4.8 Acido pantoténico 387 6.4.9 Vitamina C 387

6.5 Resumen de la estabilidad de las vitaminas 391

6.6 Nutrimentos inorgánicos 395

6.6.1 Calcio 396 6.6.2 Fósforo 397 6.6.3 Hierro 397 6.6.4 Otros elementos 398

Referencias bibliográficas 398

Capítulo 7 Pigmentos

¿

01

7.1 Introducción 401

(7)

x • Contenido

7.3 Carotenoides 406

7.3.1 Estructura y características químicas 407 7.3.2 Carotenoides en alimentos 407 7.3.3 Obtención 410

7.3.4 Estabilidad 411 7.3.5 Usos 412

7.3.6 Carotenoides en la salud humana 412

7.4 Clorofilas 413

7.4.1 Estructura 414

7.4.2 Efecto del procesamiento 415

7.5 Pigmentos fenólicos 417

7.5.1 Flavonoides 417 7.5.2 Antocianinas 420 7.5.3 Taninos 427

7.6 Betalainas 429

7.6.1 Estructura 430 7.6.2 Estabilidad 431

7.7 Hemopigmentos 432

7.7.1 Estructura 433

7.7.2 Color en carne fresca 434 7.7.3 Color de carne curada 436

7.8 Otros pigmentos naturales 436

7.8.1 Cúrcuma 436 7.8.2 Ácido carmínico 436 7.8.3 Quinonas 436 7.8.4 Xantonas 437 7.8.5 Color caramelo 438 7.8.6 Gluconato ferroso 438

7.9 Análisis de pigmentos y de color 438

Referencias bibliográficas 439

Capítulo 8 Aroma y sabor 445___________________

8.1 Introducción 445

8.2 Sabor 446

8.2.1 Sabor dulce 448 8.2.2 Sabor amargo 452 8.2.3 Sabor salado 452 8.2.4 Sabor ácido 453 8.2.5 Umami 453

8.2.6 Fenómenos de percepción asociados con los sabores básicos 453

8.3 Aromas 454

8.4 Aspectos fisicoquímicos en la percepción del sabor y del aroma 457

8.4.1 Proceso de masticación 457

(8)

Contenido • x¡

8.5 Mecanismos de la generación de aromas y sabores 461

8.5.1 B ios inte sis 463

8.5.2 Generación de aromas por el efecto de tratamiento térmico 480

8.6 Precursores y desarrollo de aroma y sabor en alimentos 493

8.6.1 Carne y productos cárnicos 493 8.6.2 Leche y productos lácteos 494 8.6.3 Bebidas alcohólicas 495

8.7 Análisis de compuestos de aroma y sabor 496

8.7.1 Extracción de compuestos del aroma y sabor 498 8.7.2 Identificación de compuestos del aroma y sabor 499

Referencias bibliográficas 503

Capítulo 9 Aditivos 507_____________________

9.1 Introducción 507

9.2 Aspectos legales 509

9.3 Conservadores 510

9.3.1 Ácido benzoico y benzoatos 511 9.3.2 Acido sórbico y sorbatos 512 9.3.3 Ácido acético y acetatos 512 9.3.4 Parabenos 512

9.3.5 Acido propiónico y propionatos 513 9.3.6 Sulfitos y dióxido de azufre 513 9.3.7 Nitritos y nitratos 514 9.3.8 Antibióticos 515 9.3.9 Pirocarbonato de dietilo 517 9.3.10 Epóxidos 517 9.3.11 Otros conservadores 518

9.4 Emulsionantes 518

9.5 Polioles o polialcoholes 521

9.6 Potenciadores del sabor 522

9.7 Acidulantes, alcalinizantes y reguladores de pH 524

9.8 Secuestradores o quelantes 527

9.9 Edulcorantes 528

9.10 Gasificantes para panificación 532

9.11 Acondicionadores de panificación 533

9.12 Antiaglomerantes 535

9.13 Antiespumantes 535

9.14 Colorantes 536

9.15 Clarificantes 539

9.16 Sustancias para masticar 540

9.17 Humectantes 540

9.18 Sustitutos de grasas 540

9.19 Nutrimentos 541

9.20 Saborizantes, saboreadores o aromatizantes 542

9.21 Otros aditivos 543

(9)

Capítulo 10 Estado de dispersión 547 xii • Contenido

10.1 Introducción 547

10.2 Clasificación de los coloides 549

10.3 Estabilidad de los coloides 552

10.4 Soles 553

10.4.1 Propiedades reológicas de los soles 554

10.5 Geles 556

10.6 Espumas 558

10.7 Emulsiones 560

Referencias bibliográficas 563

Capítulo 11 Tóxicos presentes en los alimentos 565

11.1 Introducción 565

11.2 Leguminosas 566

11.2.1 Glucósidos cianogénicos 567 11.2.2 Promotores de flatulencia 568

11.2.3 Inhibidores de proteasas como la tripsina 568 11.2.4 Fitohemaglutininas 570

11.2.5 Saponinas 570 11.2.6 Favismo 570

11.3 Cereales 571

11.3.1 Toxinas producidas por hongos (micotoxinas) 571 11.3.2 Ácido fítico 577

11.4 Inhibidores de amilasas 578

11.5 Bebidas estimulantes 578

11.6 Péptidos, proteínas y aminoácidos tóxicos 579

11.6.1 Amatoxina y falotoxina 579 11.6.2 Islanditoxina 580 11.6.3 Toxina botulínica 581 11.6.4 Toxinas de Staphilococcus sp. 581 11.6.5 Selenoaminoácidos 581 11.6.6 Canavanina 582 11.6.7 Mimosina 582

11.7 Gosipol 583

11.8 Capsaicina 583

11.9 Solanina y chaconina 583

11.10 Sustancias promotoras de bocio 584

11.11 Toxinas en mariscos y peces 586

11.11.1 Saxitoxina 586 11.11.2 Tetradoxina 586

11.12 Antivitaminas 587

11.13 Tóxicos presentes en la miel de abeja 588

11.14 Compuestos tóxicos generados por proceso 590

(10)

Contenido • xiii

11.15 Racemización de aminoácidos y formación de isopéptidos 596

11.16 Formación de aminas biógenas 597

11.17 Fumigantes y disolventes 597

11.18 Comentarios 598

Referencias bibliográficas 598

Capítulo 12 Leche 603

12.1 Introducción 603

12.2 Composición de la leche 604

12.2.1 Lípidos 605 12.2.2 Lactosa 608 12.2.3 Proteínas 609 12.2.4 Enzimas 615 12.2.5 Vitaminas 616

12.2.6 Sales y nutrimentos inorgánicos 617

12.3 Propiedades físicas de la leche 617

12.4 Estado de dispersión de la leche 618

12.4.1 Fase miscelar 619 12.4.2 Fase lipídica 620

12.5 Productos lácteos 621

12.5.1 Leche pasteurizada, ultrapasteurizada y esterilizada 621 12.5.2 Quesos 626

12.5.3 Yogurt 628

12.5.4 Otros productos lácteos 628

Referencias bibliográficas 629

Capítulo 13 Soya 633

13.1 Introducción 633

13.2 Proteínas de la soya 635

13.3 Formas comerciales de la soya 637

13.3.1 Harinas 638 13.3.2 Concentrados 640 13.3.3 Aislados 642

13.4 Propiedades funcionales 644

13.4.1 Modificaciones de las proteínas 646

13.5 Factores antifisiológicos 646

13.6 Soya y nutrición 647

13.7 Mejora genética de la soya 648

Referencias bibliográficas 649

Capítulo 14 Alimentos transgénicos 651

14.1 Ingeniería genética y alimentos 651

(11)

x¡v • Contenido

14.3 Modificaciones genéticas más utilizadas para la producción de alimentos 659

14.3.1 Caracteres de interés más utilizados 659

14.4 FlavrSavr® el primer alimento GM 662

14.5 Los OGMs comerciales para alimentación 663

14.5.1 Granos a granel 663

14.5.2 Variedades comerciales de menor volumen y movimiento 665