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Prof. Responsable
Dr. Guillermo D. Manrique [email protected]
A cargo T P
Dra. Carmen Mateo
BIOQUÍMICA
Estudio de la estructura, organización y funciones de la materia viva
desde el punto de vista molecular
Bioquímica estructural composición, conformación y
estructura de moléculas de la materia viva y su relación con
función bioquímica
Bioquímica metabólica reacciones químicas en las que
participan moléculas de la materia viva y sus implicancias
fisiológicas
Biología molecular química de procesos y moléculas
implicadas en la transmisión y almacenamiento de información
biológica
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Reseña
Inicios s. XIX “vitalismo”: sustancias de la materia viva son
diferentes y no responden a las leyes de la Física y la Química
1828 Whöler sintetiza urea (idem a la presente en riñón)
Vitalismo reacciones en materia viva solo ocurren en células gracias
a “fuerza vital”
1897 Büchner fermentación alcohólica se produce por extractos
de células de levaduras no viables. 1903 identifica zimasa
1926 Sumner cristaliza ureasa
Avances en Biología Celular
Mediados de s. XIX Watson y Crick descubren estructura en doble
hélice del ADN. Origen de Biología molecular.
ALIMENTO
Toda sustancia o mezcla de sustancias naturales o elaboradas que
ingeridas por el hombre aportan a su organismo la materia y energía
necesarias para el desarrollo de sus procesos biológicos. Se incluyen
también en esta definición a las sustancias o mezclas de sustancias
que se ingieren por hábito, costumbres o como coadyuvantes, tengan
o no valor nutritivo
Desde una concepción amplia, podemos definir alimento como:
Toda sustancia natural, de origen animal, vegetal o mineral, que
contenga en su composición aportes energéticos y nutritivos para el
organismo, con cualidades sensoriales (color, aroma, sabor, etc.) que
estimulen nuestros sentidos y, que además de nutrir, satisfaga el
apetito, constituyendo un estímulo psico-físico, con significado
emocional y que actúe como factor de integración social
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Productos Alimenticios
Todo alimento que ha cambiado fundamentalmente sus
características físicas y/o composición química, como consecuencia
de la manipulación industrial
Ejs.
Leche fluida entera pasteurizada
Leche fluida parcialmente descremada pasteurizada
Leche entera en polvo
Obtenidos por aplicación de diversos procesos tecnológicos a la leche
fluida , resultando productos con mejores atributos de calidad e
inocuidad
BIOQUÍMICA DE LOS ALIMENTOS
Compete a esta área del conocimiento de la Ciencia de los Alimentos:
Determinar las propiedades que constituyen las características
importantes de los alimentos inocuos y de calidad
Establecer las reacciones químicas y bioquímicas que tienen
influencias marcadas en las pérdidas de calidad y/o salubridad de
los alimentos. Estudiar sus mecanismos, condiciones de
ocurrencia, factores que las aceleran o retrasan y formas de
controlarlas
Integrar ambos aspectos con el fin de comprender cómo influyen
en la calidad e inocuidad las reacciones químicas y bioquímicas
Aplicar estos conocimientos a las distintas situaciones que
encontramos durante la formulación, procesado y
almacenamiento de los alimentos
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La bioquímica de alimentos permite conocer las bases de
aspectos relacionados con:
Valor nutricional
Atractivo sensorial
Tendencia a sufrir modificaciones deseables o no (reacciones que
ocurren entre componentes del alimento, ya sea naturalmente o
durante el procesamiento)
Susceptibilidad o resistencia al deterioro durante su
almacenamiento (tiempo de vida útil)
Componentes de los Alimentos
AGUA
HIDRATOS DE CARBONO
PROTEÍNAS
LÍPIDOS
MINERALES
VITAMINAS
jugos
azúcar
carne
aceites
vegetales
vegetales
frutas miel pescado grasas frutas frutas vegetales cereales huevo manteca carne carne leche chocolate quesos chocolate lácteos cereales jaleas papa soja frutos secos cereales leche pescado mandioca trigo yema de huevo frutos secos levadura frutas leche tocino
•A
GU
A
•G
LÚ
CID
OS
•P
RO
TE
ÍNA
S
•L
ÍPID
OS
•M
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RA
LE
S
•V
ITA
MIN
AS
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ALIMENTOS
NUTRIENTES
Y
Nutrientes o Principios alimenticios
Toda sustancia integrante normal de los alimentos, cada una de ellas con
características químicas específicas
No se encuentran aislados (sino asociados )
ALIMENTO Nutriente DIGESTIÓN ABSORCIÓN
Célula
incorporación a la estructura celular
(aportando materiales para la formación,
crecimiento y reparación de las estructuras
corporales y para la reproducción)
utilización como fuente de energía
(suministrando energía para el
mantenimiento de las funciones vitales y
actividades del organismo)
participación como intermediarios en los
procesos metabólicos.
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nutrientes sobrantes
grasas de almacenamiento
depósitos específicos
órganos excretores (eliminación)
NUTRIENTE ESENCIAL (Principio nutritivo)
Toda sustancia necesaria en el metabolismo de un organismo normal, cuya
ausencia en la alimentación o su disminución por debajo de un límite mínimo,
ocasiona después de un tiempo variable, una enfermedad por carencia.
Energéticos o calóricos
Plásticos o estructurales
Reguladores
NECESIDAD
DE INGESTA
CANTIDAD EN
ALIMENTOS
FUNCIONES
FISIOLÓGICAS
Esenciales
No esenciales
Macronutrientes
Micronutrientes
(aprox. 50; 2 ác. grasos, 8
aminoác., 20 miner., 13 vit...)
(H de C, Prot., Grasas)
(Vitam., Minerales)
NUTRIENTES
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AGUA: componente más abundante. Necesaria en el metabolismo
FIBRA: interviene en el proceso de asimilación de otros nutrientes
Nutrientes energéticos (H de C, grasas y excepc, proteínas)
NUTRIENTE CO2 + H2O +
Nutrientes plásticos o estructurales (Proteínas, algunas grasas)
Nutrientes reguladores (vitaminas, minerales, agua)
Pueden tener más de una función o interconvertirse (de acuerdo a necesidades)
Composición de los nutrientes
Bioelementos (elementos biogenéticos) primera mitad del sistema periódico
Composición elemental es similar en seres vivos (diferencias particulares, ej. yodo)
Hombre al menos 30 elementos indispensables en distintas proporciones
Bioelementos primarios H, O, C y N (más abundantes, 99% del total de átomos)
Bioelementos secundarios o macroelementos Ca, P, K, S, Na, Cl y Mg (mucho menos
abundantes, 0,7% del total de átomos)
Oligoelementos grupo más numeroso (Fe, Mn, I, Co, Cu, Zn, F, Mo, Se, etc.), trazas, no
son esenciales en todos los organismos
Ausencia de bioelementos determina aparición de enfermedades
Bioelementos primarios en mayor proporción
C forma enlaces hetero y homonucleares cadenas de átomos de carbono variedad
de grupos funcionales
Bioelementos plásticos o estructurales
Forman parte de huesos, tejidos fibrosos, tegumentos, etc. C, O, H, N, S, P, Ca
Bioelementos catalíticos
Fe transporte de oxígeno y electrones
Zn cofactor de enzimas
Co parte de la vitamina B12
Bioelementos osmóticos
Na, K y Cl intervienen en procesos como la distribución del agua en compartimentos
intra y extracelulares
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CLASIFICACIÓN DE LOS ALIMENTOS
1) Por su naturaleza:
a) Vegetales
b) Animales
c) Minerales
2) Por su composición química: (según el nutriente que más abunda)
a) Hidrocarbonados
b) Proteicos
c) Grasos
d) Vitamínicos
e) Con fibras
3) Por la función principal que cumplen en el organismo:
a) Energéticos
b) Plásticos
c) Reguladores
4) Por su procedencia:
a) Cráneos
b) Lácteos
c) Huevos
d) Cereales, Pastas y Legumbres
e) Hortalizas y Frutas
f) Aceites y grasas
g) Azúcares y dulces
h) Infusiones y Bebidas
5) Por sus posibilidades de conservación:
a) Perecederos
b) Semi-Perecederos
c) No Perecederos
ALIMENTO
Propiedades
• Obtener características de calidad requeridas
• Mantener características por el mayor tiempo posible
TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS
Biología, Fisiología, Bioquímica, Fisicoquímica, etc.
CIENCIA DE LOS ALIMENTOS
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Calidad de un alimento
Propiedades características que determinan su grado de excelencia
Atributos que contribuyen a la satisfacción y/o expectativa del
consumidor
Condición sine qua non: INOCUIDAD O SEGURIDAD
FACTORES DETERMINANTES DE LA “CALIDAD” DE UN ALIMENTO
Ajuste a la legislación (componentes mayoritarios, indicadores de identidad,
contaminantes, aditivos, requerimientos higiénicos, empaque y etiquetado).
Aspectos nutricionales (contenidos y disponibilidad)
Aspectos de seguridad (inocuidad, digestibilidad y biodisponibilidad)
Atributos sensoriales (color, forma, tamaño, flavor, sabor y propiedades
reológicas)
Tiempo de vida útil del producto bajo determinadas condiciones de
almacenamiento.
Aspectos de conveniencia (tamaño y facilidad de apertura/cerrado, uso
inmediato, aplicación de tratamientos térmicos, corte en porciones,
untabilidad, facilidad de transporte y requerimientos de almacenamiento)
Aspectos ecológicos (reciclado del envase y riesgos de polución).
Grado de frescura (vegetales, frutas, carnes, etc.)
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Textura Pérdida de solubilidad
Pérdida de capacidad de
retención de agua
Endurecimiento
Ablandamiento
Sabor Rancidez
Desarrollo de flavors (deseables o
no)
Color Pardeamiento (deseable o no)
Pérdida de color
Desarrollo de colores extraños
Valor nutritivo Pérdida, degradación y alteración
de la biodisponibilidad de
proteínas, lípidos, vitaminas y
minerales
Seguridad Proliferación de microorganismos
Desarrollo de sustancias tóxicas
Modificaciones de atributos de calidad e inocuidad
de un alimento
FENÓMENO PRIMARIO
Efectos desencadenados
Atributos afectados
Crecimiento de microorganismos
Liberación de toxinas y otros metabolitos, acidificación
Seguridad. Aspecto y características organolépticas
Hidrólisis de lípidos reacciones con ácidos grasos liberados
Textura, flavor, valor nutritivo
Hidrólisis de polisacáridos reacciones con azúcares liberados
Textura, flavor, color, valor nutritivo
Oxidación de lípidos Productos de oxidación se descomponen y reaccionan con otros componentes
Textura, flavor, color, valor nutritivo
Golpes de frutas y hortalizas Rotura de tejidos, se liberan enzimas, ingreso de oxígeno
Textura, flavor, color, valor nutritivo
Tratamiento térmico de hortalizas verdes
Se pierde integridad de tejidos, se liberan ácidos, se ianctivan enzimas
Textura, flavor, color, valor nutritivo
Tratamiento térmico de carnes
Desnaturalización y agregación de proteínas, inactivación de enzimas
Textura, flavor, color, valor nutritivo
Conversión cis trans de lípidos
Se favorece la polimerización durante fritura en profundidad
Formación de espuma, menor biodisponibilidad de lípidos
Fenómenos asociados a las modificaciones de los
atributos de calidad e inocuidad de un alimento
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Principales reacciones de deterioro de los
componentes mayoritarios de los alimentos
y sus interrelaciones
Reacciones químicas y bioquímicas responsables de
modificaciones de la calidad de un alimento
Tipo de reacción
Tipos de alimentos y condiciones
favorables
Consecuencias
Pardeamiento no enzimático
Alimentos sometidos a tratamientos térmicos o de deshidratación ricos en azúcares reductores y compuestos amínicos.
Pérdida de vitamina C y de aminoácidos esenciales.
Pardeamiento enzimático
Tejidos vegetales sometidos a cortes, disgregación, golpes, etc. en presencia de oxígeno, T y metales.
Producción de flavors indeseables, pérdida de vitaminas.
Oxidación Alimentos ricos en lípidos insaturados en presencia de oxígeno, metales, luz y T.
Pérdida de ácidos grasos esenciales, vitaminas liposolubles.
Hidrólisis
Puede darse en cualquiera de los componentes de un alimento: triglicéridos, proteínas, vitaminas, hidratos de carbono, pigmento s, etc., bajo condiciones favorables.
Pérdida de nutrientes.
Oxidación de pigmentos
Tejidos animales o vegetales en presencia de T, metales, acidez y oxígeno.
Decoloración de la carne y de hortalizas verdes.
Entrecruzamiento de biopolímeros
Alimentos ricos en proteínas y polisacáridos. Pérdida de digestibilidad y cambios de textura.
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FACTORES
DETERMINANTES
DE LA ESTABILIDAD
DE LOS ALIMENTOS
FACTORES INTRÍNSECOS
Composición
Contenido de oxígeno
Actividad de agua
Humedad
pH/acidez
FACTORES EXTRÍNSECOS
Temperatura
Tiempo
Composición de la atmósfera
Tratamientos químicos físicos y biológicos
Exposición a la luz
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Composición
Determina reactantes disponibles
Contendido de oxígeno
O2 promueve reacciones de oxidación y es indispensable para
microorganismos aerobios
Actividad de agua
Determina la cantidad de agua disponible para reacciones de
deterioro y crecimiento de microorganismos
Humedad
Condiciona deterioro fisicoquímico y microbiológico
pH
Influye en velocidades reacciones químicas y enzimáticas
Resultante de sistemas amortiguadores presentes
Puede modificarse mediante aditivos
Inhibición de crecimiento microbiano y procesos enzimáticos
Aceleración de reacciones catalizadas en medios ácidos o básicos
Cambios apreciables en características organolépticas
Control de procesos tecnológicos (clarificación, gelificación, etc.)
Determina condiciones del tratamiento térmico (T y t)
Velocidad de destrucción térmica de bacterias aumenta con [H+]
Alimentos ácidos: pH es < 4,5
Alimentos de baja acidez: pH > 4,5 (mayor rigurosidad de tratamiento)
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Acidez
Determinada por tipo y cantidad total de ácidos orgánicos presentes
Influye en estabilidad, sabor, textura y color
Son predominantes: cítrico, málico, tartárico, ascórbico, láctico, etc.
Ácido cítrico Ácido málico Ácido tartárico Ácido ascórbico
K1 = 7,44 x 10-4 K1 = 3,48 x 10-4 K1 = 9,20 x 10-4 K1 = 8,00 x 10-5
K2 = 1,73 x 10-5 K2 = 8,00 x 10-6 K2 = 4,31 x 10-5
K3 = 4,02 x 10-7
Niveles variables, según alimento (Ej. Frutas: 0,2 – 6 %, expresados como ácido
cítrico)
Otras implicancias:
Índice de deterioro (leche, miel, etc.)
Detección de fraudes
Indicación de grado de madurez en frutas
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Temperatura
Afecta velocidades de reacciones químicas (Arrhenius)
Donde
k: constante cinética o de velocidad
A: factor preexponencial o factor de frecuencia (frecuencia de colisiones)
Ea: energía de activación (kJ/mol)
R: constante universal de los gases (8,3143 J·K-1·mol-1)
T: temperatura absoluta (K)
Aplicando ln:
k = A e-Ea/RT
ln k = ln A – Ea/R . 1/T
Reacciones en alimentos
Cumplen Arrhenius en rango de T
medias
Desviaciones a T mayores o menores:
Pérdida de actividad enzimática
Cambio en la ruta de reacción
Influencia de reacciones competitivas
Cambios en estado físico del sistema
Agotamiento de uno o más reactantes
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Tiempo
Según período de vida útil deseado para el producto
Afectará calidad en función de cambios fisicoquímicos que tengan lugar
Composición de la atmósfera
Determina tiempo de vida útil del producto
Incluye la humedad relativa y el contenido de gases (O2, etileno, CO2, etc.)
Muy importante en frutas y hortalizas
Luz
Puede inducir reacciones de deterioro, reduciendo calidad y tiempo de
vida útil
