Química de los alimentos - Ingeniería de Alimentos

[Pages:738]Qu?mica de los alimentos

Cuarta edici?n

Salvador Badui Dergal

Director T?cnico Grupo Herdez, S.A. de C.V.

Con la colaboraci?n de:

Cap?tulo 1

Dr. Agust?n L?pez-Mungu?a Canales Cap?tulo 9

Dr. Salvador Badui Dergal

Instituto de Biotecnolog?a

Dr. Salvador Badui Dergal

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

Universidad Nacional Aut?noma de

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

M?xico

Cap?tulo 2

Cap?tulo 10

Dra. Sara Esther Vald?s Mart?nez Cap?tulo 6

Dr. Jos? Gerardo Montejano Gait?n

Facultad de Estudios Superiores

Dr. Salvador Badui Dergal

Instituto Tecnol?gico y de Estudios

Cuautitl?n

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

Superiores de Monterrey

Universidad Nacional Aut?noma de

Campus Quer?taro

M?xico

Cap?tulo 7

Dra. Isabel Guerrero Legarreta

Cap?tulo 11

Cap?tulo 3

Departamento de Biotecnolog?a

Dr. Pedro Valle Vega

Dra. Amanda G?lvez Mariscal

Universidad Aut?noma Metropolitana Facultad de Qu?mica

Dra. Idalia Flores Arg?ello

Unidad Iztapalapa

Universidad Nacional Aut?noma de

Dra. Amelia Farr?s Gonz?lez Saravia

M?xico

Departamento de Alimentos y

Dra. Elo?sa L?pez Hern?ndez

Biotecnolog?a

Divisi?n Acad?mica de Ciencias

Cap?tulo 12

Facultad de Qu?mica

Agropecuarias

Dr. Salvador Badui Dergal

Universidad Nacional Aut?noma de

Universidad Ju?rez Aut?noma de

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

M?xico

Tabasco

Cap?tulo 13

Cap?tulo 4

Dr. Roberto E. Armenta L?pez

Dr. Salvador Badui Dergal

Dr. Salvador Badui Dergal

Food Technology Centre

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

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

Charlottetown, Prince Edward Island,

Canad?

Cap?tulo 14

Cap?tulo 5

Dra. Amanda G?lvez Mariscal

Dra. Maricarmen Quirasco Baruch Cap?tulo 8

M. en C. Alejandra Barrios P?rez

Departamento de Alimentos y

Dra. Edith Ponce Alquicira

Q.A. Ana Berenice de la Barrera

Biotecnolog?a

Departamento de Biotecnolog?a

Avil?s

Facultad de Qu?mica

Universidad Aut?noma Metropolitana Departamento de Alimentos y

Universidad Nacional Aut?noma de

Unidad Iztapalapa

Biotecnolog?a

M?xico

KWWSERRNVPHGLFRVRUJ Facultad de Qu?mica Universidad Nacional Aut?noma de M?xico

REVISI?N T?CNICA: H?ctor Cejudo G?mez Coordinador de la licenciatura en Ingenier?a de Alimentos Departamento de Ingenier?a y Ciencias Qu?micas Universidad Iberoamericana, campus Ciudad de M?xico

Datos de catalogaci?n bibliogr?fica

BADUI DERGAL, SALVADOR

Qu?mica de los alimentos. Cuarta edici?n

PEARSON EDUCACI?N, M?xico, 2006

ISBN: 970-26-0670-5 ?rea: Qu?mica

Formato: 18.5 ? 23.5 cm

P?ginas: 736

Editor: Enrique Quintanar Duarte e-mail: enrique.quintanar@

Editor de desarrollo: Miguel B. Guti?rrez Hern?ndez Supervisor de Producci?n: Jos? D. Hern?ndez Gardu?o Dise?o de portada: Kariza, S.A. de C.V.

CUARTA EDICI?N, 2006

D.R. ? 2006 por Pearson Educaci?n de M?xico, S.A. de C.V. Atlacomulco No. 500, 5? piso Col. Industrial Atoto 53519, Naucalpan de Ju?rez, Edo. de M?xico

C?mara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. N?m. 1031.

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El pr?stamo, alquiler o cualquier otra forma de cesi?n de uso de este ejemplar requerir? tambi?n la autorizaci?n del editor o de sus representantes.

ISBN 970-26-0670-5 Impreso en M?xico. Printed in Mexico.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 09 08 07 06

Contenido

Cap?tulo 1 Agua 1

1.1 Introducci?n 1 1.2 Fuentes de agua para el ser humano 2 1.3 Propiedades del agua 3

1.3.1 Propiedades fisicoqu?micas 6 1.4 Estados f?sicos del agua 9 1.5 Efecto de los solutos en el agua 11 1.6 Distribuci?n del agua en los alimentos 13 1.7 Actividad del agua 15 1.8 Determinaci?n de las curvas de adsorci?n y desorci?n 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 bibliogr?ficas 27

Cap?tulo 2 Hidratos de carbono 29

2.1 Introducci?n 29 2.2 Clasificaci?n y nomenclatura 30 2.3 Monosac?ridos 31

2.3.1 Distribuci?n en la naturaleza 32 2.3.2 Estructura qu?mica 34 2.4 Aminoaz?cares 37 2.5 Desoxiaz?cares 39 2.6 Az?cares-alcoholes o polioles 40 2.7 Gluc?sidos 41 2.8 Oligosac?ridos 47 2.8.1 Sacarosa 48 2.8.2 Maltosa 52 2.8.3 Lactosa 53 2.8.4 Otros oligosac?ridos 53 2.9 Reacciones qu?micas de los monosac?ridos 56 2.9.1 Por ?lcalis 56 2.9.2 Por ?cidos 57 2.9.3 Por altas temperaturas 57

v

vi ? Contenido

2.9.4 Otras reacciones 58 2.9.5 Reacciones de oscurecimiento o de empardeamiento 59 2.10 Tecnolog?a de los az?cares 72 2.10.1 Conservaci?n 72 2.10.2 Cristalizaci?n 72 2.10.3 Hidrataci?n 73 2.10.4 Poder edulcorante 73 2.11 Polisac?ridos 75 2.11.1 Celulosa 78 2.11.2 Hemicelulosa 80 2.11.3 Almid?n 81 2.11.4 Pectinas 92 2.11.5 Gluc?geno 97 2.11.6 Gomas 97 2.11.7 Fructosanas 106 2.11.8 Otros polisac?ridos 106 2.12 Fibra 107 Referencias bibliogr?ficas 109

Cap?tulo 3 Prote?nas 119

3.1 Introducci?n 119 3.2 Amino?cidos 121

3.2.1 Del gen a la prote?na 124 3.2.2 Esteroqu?mica de los a-Amino?cidos 127 3.2.3 Clasificaci?n de los amino?cidos 128 3.2.4 Reactividad qu?mica 129 3.2.5 Propiedades ?cido-base 130 3.3 P?ptidos y enlace pept?dico 132 3.3.1 Estabilidad y formaci?n del enlace pept?dico 135 3.4 Detecci?n y cuantificaci?n de amino?cidos p?ptidos y prote?nas 138 3.4.1 Reacciones qu?micas de los grupos funcionales de las prote?nas 142 3.5 Organizaci?n estructural 153 3.5.1 Estabilidad de la estructura prote?nica 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 Desnaturalizaci?n 164 3.6.1 Termodin?mica de la desnaturalizaci?n 165 3.6.2 Desnaturalizaci?n por cambios de temperatura 167 3.6.3 Desnaturalizaci?n por cambios de pH 170 3.6.4 Desnaturalizaci?n por urea y cloruro de guanidinio 170 3.6.5 Desnaturalizaci?n con detergentes 171 3.6.6 Desnaturalizaci?n con disolventes org?nicos 172 3.6.7 Efecto de la adici?n de sales en la solubilidad de las prote?nas 173 3.6.8 Inactivaci?n mec?nica 176 3.6.9 Prote?lisis 176

3.7 Modificaciones qu?micas 176 3.7.1 Tratamientos t?rmicos moderados 177 3.7.2 Pir?lisis 177 3.7.3 Racemizaci?n y formaci?n de amino?cidos modificados 178 3.7.4 Entrecruzamientos 180 3.7.5 Reacciones de las prote?nas 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 Formaci?n de acrilamida en altas temperaturas 185 3.7.10 P?rdida de amino?cidos por fraccionamiento (fraccionaci?n) 186

3.8 Propiedades funcionales de las prote?nas 187 3.8.1 Propiedades de hidrataci?n 190 3.8.2 Propiedades interfaciales de las prote?nas 194 3.8.3 Uni?n de sabores 201 3.8.4 Viscosidad 202 3.8.5 Gelaci?n 203

3.9 Propiedades nutricionales 205 3.9.1 Evaluaci?n de la calidad prote?nica 206

3.10 Prote?nas de algunos alimentos 209 3.10.1 Prote?nas del huevo 210 3.10.2 Prote?nas de la carne 213 3.10.3 Gelatina 217 3.10.4 Prote?nas de pescado: surimi, hidrolizados de pescado 217 3.10.5 Prote?nas l?cteas 220 3.10.6 Prote?nas vegetales 222 3.10.7 Prote?nas de cereales 224 3.10.8 Prote?nas edulcorantes 232 3.10.9 P?ptidos de importancia en el campo de alimentos 233 3.10.10 Prote?na microbiana 235

Referencias bibliogr?ficas 236

Contenido ? vii

Cap?tulo 4 L?pidos 245

4.1 Introducci?n 245 4.2 Clasificaci?n 246

4.2.1 ?cidos grasos 248 4.2.2 Acilglic?ridos 253 4.2.3 Fosfoglic?ridos 258 4.2.4 Ceras 260 4.2.5 Esteroles 260 4.3 An?lisis f?sicos y qu?micos 262 4.3.1 ?ndices 262 4.3.2 Otros an?lisis 262 4.4 Manufactura de grasas y aceites 265 4.4.1 Desgomado 267 4.4.2 Neutralizaci?n 267

viii ? Contenido

4.4.3 Decoloraci?n 268 4.4.4 Desodorizaci?n 268 4.4.5 Hibernaci?n 269 4.5 Procesos de modificaci?n de grasas y aceites 269 4.5.1 Hidrogenaci?n 269 4.5.2 Interesterificaci?n 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 Fre?do 281 4.7 Deterioro de los l?pidos 282 4.7.1 Lip?lisis 283 4.7.2 Autoxidaci?n 283 4.7.3 Reversi?n 288 4.7.4 Radi?lisis 289 4.7.5 Antioxidantes 289 4.8 Determinaci?n de la oxidaci?n 293 4.8.1 Evaluaci?n sensorial 293 4.8.2 ?ndice de per?xido 294 4.8.3 M?todo del ?cido tiobarbit?rico (TBA) 294 4.8.4 M?todo del ox?geno activo (AOM, Active Oxygen Method) 294 4.8.5 M?todo de la bomba de ox?geno 295 4.8.6 M?todo de incubaci?n en estufa 295 4.8.7 Otros m?todos 295 4.9 Aspectos nutricionales 295 Referencias bibliogr?ficas 297

Cap?tulo 5 Enzimas 301

5.1 Introducci?n 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 enzim?ticas 310

5.6.1 Efecto del pH 310 5.6.2 Efecto de la temperatura 311 5.6.3 Efecto de la concentraci?n de sustrato 314 5.6.4 Efecto de la actividad del agua 315 5.6.5 Efecto de otros agentes en la actividad enzim?tica 315 5.7 Cin?tica de las reacciones enzim?ticas 316

Contenido ? ix

5.8 Cuantificaci?n de actividad enzim?tica 319 5.9 Uso industrial de las enzimas 320 5.10 Revisi?n 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 inter?s en alimentos con enzimas o c?lulas inmovilizadas 353 5.12 An?lisis qu?mico con enzimas 355 5.13 Las enzimas como indicadores de calidad de alimentos 357 5.14 Tecnolog?a de ADN recombinante aplicada a la producci?n y modificaci?n de enzimas de inter?s en alimentos 357 Referencias bibliogr?ficas 361

Cap?tulo 6 Vitaminas y nutrimentos inorg?nicos

6.1 Introducci?n 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 (B1) 377 6.4.2 Riboflavina (B2) 379 6.4.3 Vitamina B6 381 6.4.4 Vitamina B12 382 6.4.5 Biotina 384 6.4.6 Folatos 385 6.4.7 Niacina 386 6.4.8 ?cido pantot?nico 387 6.4.9 Vitamina C 387 6.5 Resumen de la estabilidad de las vitaminas 391 6.6 Nutrimentos inorg?nicos 395 6.6.1 Calcio 396 6.6.2 F?sforo 397 6.6.3 Hierro 397 6.6.4 Otros elementos 398 Referencias bibliogr?ficas 398

363

Cap?tulo 7 Pigmentos 401

7.1 Introducci?n 401 7.2 Pigmentos sint?ticos y naturales 402

x ? Contenido

7.3 Carotenoides 406 7.3.1 Estructura y caracter?sticas qu?micas 407 7.3.2 Carotenoides en alimentos 407 7.3.3 Obtenci?n 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 fen?licos 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 C?rcuma 436 7.8.2 ?cido carm?nico 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 An?lisis de pigmentos y de color 438 Referencias bibliogr?ficas 439

Cap?tulo 8 Aroma y sabor 445

8.1 Introducci?n 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 ?cido 453 8.2.5 Umami 453 8.2.6 Fen?menos de percepci?n asociados con los sabores b?sicos 453 8.3 Aromas 454 8.4 Aspectos fisicoqu?micos en la percepci?n del sabor y del aroma 457 8.4.1 Proceso de masticaci?n 457 8.4.2 Efecto de macromol?culas en la percepci?n del sabor 459

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