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Carboidratos
De um modo geral, todos os alimentos são constituídos por substâncias químicas, tais como: proteínas, lipídios, carboidratos, fibras, minerais, vitaminas e água. Estas substâncias químicas são chamadas de nutrientes as quais desempenham no organismo funções vitais, correspondentes as suas necessidades de crescimento, de energia, de elaboração e manutenção tecidual e de equilíbrio biológico.
Alimentos fontes : Vegetais- cereais (arroz, trigo, milho, aveia, cevada), raízes e tubérculos (batata inglesa, batatadoce, mandioca, beterraba, inhame), leguminosas (feijão), frutas, doces, etc.
São compostos orgânicos constituídos de Carbono (C), Hidrogênio (H) e Oxigênio (O) produzido na natureza pelas plantas através da fotossíntese. São o principal fornecedor de energia para o funcionamento orgânicos.
São definidos como poli-hidroxialdeídos, poli-hidroxicetonas, poli-hidroxiálcoois, polihidroxiácidos, e seus derivados simples, e polímeros desses compostos unidos por ligações hemiacetáticas.
- Considerações gerais e classificação dos carboidratos
Os carboidratos representam a fonte de energia da vida. De todos os compostos existentes na terra estes são os mais amplamente distribuídos.
São também chamados de glicídios ou sacarídeos por estar no grupo das substâncias doces que conhecemos como glicose e sacarose tendo um ou vários grupos alcoólicos (OH) e um grupo aldeído (-CHO) ou cetônico (-CO-), ou seja, possuem na sua estrutura um grupo aldeído H-C =O ou cetona R- C-R.
Inicialmente os hidratos de carbono receberam esta designação por se pensar que todos tivessem como fórmula Cn(H (^) 2O)n, com o desenvolvimento dos métodos químicos verificou-se que esta generalização está incorreta.
As plantas convergem energia luminosa (solar) em energia química, com o pigmento verde contido na planta (a clorofila), ocorre a fotossíntese e a formação de glicose:
6 CO 2 + 6H (^) 2O F 0E 0 C (^) 6H (^) 12O 6 + 6O (^2)
A energia dos carboidratos é liberada quando os animais ou outros organismos metabolizam e formam o CO 2 e H (^) 2O liberando energia, recomeçando o ciclo.
As principais fontes de carboidratos são o açúcar (doces, hortaliças e leite), os cereais e os grãos, portanto, são encontrados nas frutas, mel, sucrilhos, aveia, granola, arroz, feijão, milho, pipoca, farinhas, pães, bolos e demais massas.
Estes alimentos são divididos em dois grupos: simples e complexos.
Carboidratos simples são os açúcares e carboidratos complexos são os amidos e os glicogênios (encontrados nos músculos e fígado). A absorção dos carboidratos é bastante rápida, sendo que a energia é colocada à disposição do corpo imediatamente após a ingestão. Mas, da mesma forma, suas reservas esgotam-se em aproximadamente meio dia após a última refeição.
E como os carboidratos geram energia? Em primeiro lugar, eles devem ser convertidos em glicose, no fígado, para, posteriormente, serem transformados em energia pelas células.
Classificação dos carboidratos
Monossacarídeos
Os monossacarídeos são os menores e mais simples carboidratos, que, se hidrolisados a compostos de menor peso molecular, não serão mais carboidratos, correspondem a menor unidade estrutural de um carboidrato. Esses compostos apresentam um dos seguintes grupos funcionais; polihidroxialdeído, polihidroxicetona, polihidroxiácido e polihidroxiálcool.
De acordo com o número de carbonos os monossacarídeos podem ser classificados em:
3C= triose , 4C= tetrose , 5C= pentose , 6C= hexose, 7C= heptose.
Os monossacarídeos mais importantes em química de alimentos são as pentoses e as hexoses. Os monossacarídeos importantes para a nutrição humana são: glicose, frutose e
galactose. A glicose é o monossacarídeo básico dos carboidratos e é encontrado em maior quantidade na natureza. É o único carboidrato constituinte dos polissacarídeos amido, glicogênio e celulose.
assimétrico, sendo a hidroxila à direita denominada de dextrógira e representada pela letra D antecedendo o nome da aldose ou da cetose e se a hidroxila estiver a esquerda chama-se levógira, representada pela letra L antes do nome do composto.
- Propriedades de monossacarídeos e dissacarídeos
Monossacarídeos:
- Existem 2 famílias de monossarídeos. Se o açúcar contém um grupo aldeído, o monossacaríedo é chamado de aldose. Se ele contém um grupo cetona, o monossacarídeo é chamado de cetose.
- Todos os monossacarídeos, exceto a diidroxicetona, são oticamente ativos porque eles contêm um ou mais átomos de carbono assimétrico (quiral).
- Monossacarídeos são identificados como D ou L quando comparados com a configuração do carbono quiral mais distante do carbono carbonila com as formas D e L do gliceraldeído.
- Monossacarídeos com 5 ou mais átomos de carbono na cadeia existem como estruturas cíclicas em solução porque uma ligação covalente se forma entre o átomo de oxigênio de um grupo hidroxila e o átomo de carbono carbonila.
- Monossacarídeos contendo um anel de cinco membros são chamados furanoses e aqueles contendo um anel de seis membros são chamados piranoses.
- A ligação covalente intramolecular entre um grupo hidroxila e o grupo carbonila forma hemiacetal nas aldoses e um hemicetal nas cetoses.
- Formas isoméricas dos monossacarídeos que diferem um do outro somente na configuração do átomo de carbono hemiacetal ou hemicetal são chamados anômeros. Mutarrotação se refere à variação na rotação ótica que acompanha o equilíbrio de α e β.
- O grupo carbonil nas aldoses pode ser oxidado e assim aldoses são agentes redutores (açúcares redutores).
Dissacarídeos:
- Dois monossacarídeos covalententemente ligados formam um Dissacarídeo. A ligação covalente ocorre mais frequentemente entre o carbono anomérico de um resíduo de açúcar com o grupo hidroxila de outro resíduo de açúcar. Tal ligação é chamada glicosídica.
- O mais importante Oligossacarídeo são os dissacarídeos os quais contém .Os dissacarídeos mais abundantes na natureza são maltose, lactose e sacarose
- Mutarrotação (formação de isômeros e inversão da sacarose)
Os monossacarídeos com mais de cinco átomos de carbono, quando dissolvidos em água, apresentam o fenômeno da mutarrotação, que consiste na mudança gradativa da rotação óptica até alcançar um ângulo de equilíbrio. Esse comportamento se deve ao fato de que esses compostos apresentam duas estruturas espaciais possíveis, uma das quais se transforma na outra durante a dissolução, até que um estado de equilíbrio, onde ambas as estruturas coexistem, seja alcançado.
Formas isoméricas dos monossacarídeos que diferem um do outro somente na configuração do átomo de carbono hemiacetal ou hemicetal são chamados anômeros. Mutarrotação se refere à variação na rotação ótica que acompanha o equilíbrio de α e β.
A sacarose (dissacarídeo), quando hidrolisada, apresenta inversão da rotação óptica, passando de dextro para levogira. A mistura assim formada denomina-se açúcar invertido.
A mistura equimolecular de glicose + frutose obtida pela hidrólise é conhecida como açúcar invertido. A maltose é o açúcar resultante da hidrólise parcial do amido enquanto a sua hidrólise total produz moléculas de glicose. Durante a digestão, o amido se hidrolisa, produzindo moléculas de maltose que, por sua vez, são hidrolisados em glicose.
O grupo carbonil nas aldoses pode ser oxidado e assim aldoses são agentes redutores (açúcares redutores).
- Polissacarídeos: definição e características gerais
Polissacarídeos são constituintes de numerosos resíduos de monossacarídeos unidos por ligações glicosídicas. Polissacarídeos compostos por um único tipo de resíduo de açúcar são chamados de homopolissacarídeos, enquanto que aqueles compostos por 2 ou mais diferentes tipos de resíduos de açúcar são chamados de heteropolissacarídeos.
Geralmente não têm um peso molecular preciso; eles consistem de uma mistura de moléculas de alto peso molecular.
Desempenham duas principais funções: São uma forma de estocar combustível celular e são os elementos estruturais das paredes celulares e plantas.
- Amido: aspectos gerais e estrutura química
O amido, incluído entre os alimentos energéticos pode ser considerado um carboidrato de estrutura complexa, formado de monossacarídeos (glicose) ligados entre si e representado pela fórmula geral (C (^) 6H10O (^) 5)n + XH2O. O amido é acumulado nas plantas às custas de resíduos de glicose formados durante o processo de fotossíntese. Essas glicoses unidas pela ação de enzimas, na presença de ATP, formam cadeias longas
Como a amilose, é formada de ligações α(1→4) nas porções retilíneas, diferindo desta, porém, por apresentar muitas ramificações devido a presença de ligações α(1→6) entre as cadeias de glicose. Resulta em coloração avermelhada quando em contato com solução de iodo. De cada 20 a 30 moléculas de glicose, ocorre ponto de ramificação. Essa característica a torna menos susceptível que a amilose à ação de certas enzimas, o que é fator importante para explicar a ação de enzimas sobre o amido e sua aplicação em processos industriais.
Outros componentes: O amido é constituído apenas de carboidratos. No entanto, o produto industrial apresenta como acompanhante substâncias tais como matéria graxa, proteínas e cinzas. Essas substâncias são parte da própria planta de onde o amido foi extraído. A quantidade delas no amido depende da composição da planta e do método de extração e purificação. Quanto menor o teor destas substâncias, melhor a qualidade do amido. Teores menores também refletem processos de extração e purificação mais eficientes.
- Gelatinização e retrogradação do amido
O aquecimento de suspensões de amido em excesso de água (> 60%) causa uma transição irreversível denominada gelatinização. O inchamento dos grânulos e a concomitante solubilização da amilose e amilopectina induzem a gradual perda da integridade granular com a geração de uma pasta viscosa.
Observações microscópicas revelam que a desorganização pelo tratamento térmico de grânulos de amido envolve diversos estágios durante o aquecimento e que cada grânulo apresenta sua cinética própria. Em condições de umidade intermediária há quantidade insuficiente de água livre e ocorre apenas uma desorganização parcial na população de grânulos, assim como das áreas cristalinas dentro dos grânulos que ocorre na temperatura de gelatinização de cerca de 67°C. Em cada grânulo, é a região central que se desorganiza primeiro, sendo, portanto a mais sensível ao aquecimento. A fácil difusão de água na região central menos organizada facilita o inchamento dos grânulos. Isto revela que as modificações químicas devem predominar nessas regiões mais internas dos grânulos, que são mais amorfas que as camadas mais externas.
Uma suspensão de amido pode ser aquecida até certo limite sem que haja transformação profunda, a não ser um ligeiro intumescimento dos grânulos. Com o aumento progressivo da temperatura, há rompimento do grânulos, que se transforma em substância gelatinosa, um tanto opalescente à qual se dá o nome de goma ou pasta de amido.
Comportamento dos grânulos de amido frente ao tratamento térmico em excesso de água.
A faixa de temperatura de gelatinização do amido é uma característica do genótipo da planta na qual o amido é sintetizado e é afetada pelas condições do meio, especialmente a temperatura durante o desenvolvimento do grânulo. O fenômeno de gelatinização do amido é extremamente importante para vários sistemas alimentícios. Grânulos de amido nativos são insolúveis em água abaixo de sua temperatura de gelatinização. Eles incham um pouco em água fria (10-20%), devido a difusão e absorção de água dentro das regiões amorfas, entretanto, este inchamento é reversível pela secagem.
O fenômeno da complexação ocorre entre a cocção e o resfriamento. Podem ser formados complexos, por exemplo entre amilose e ácidos graxos. A amilose forma uma hélice e
no eixo desta hélice que é onde se encontram os radicais hidrofóbicos do polímero, se inclui a cadeia graxa, formando ligações com estes radicais.
A perda da estrutura cristalina produz inchamento dos grânulos e solubilização parcial dos polímeros, resultando no aparecimento das propriedades visco elásticas do amido. Estes três fenômenos, inchamento, dissolução e propriedades visco elásticas constituem as propriedades funcionais e são conseqüência da perda da estrutura cristalina. Ocorrem após a gelatinização em um grande intervalo de temperatura. Não se deve confundir a gelatinização que é um fenômeno físico definido pela perda de estrutura cristalina e que ocorre em uma faixa estreita de temperatura, com suas conseqüências funcionais, que ocorrem em um intervalo mais amplo de temperatura. Essa propriedade seria a geleificação do amido.
A geleificação ocorre durante o resfriamento e o armazenamento da pasta. Um gel se opõe à estrutura de uma solução, por sua estrutura. Em uma solução, existe apenas uma fase, a do solvente, em que o polímero encontra-se dissolvido. Em um gel ocorre o contrário. A fase contínua é o polímero, que forma uma estrutura na forma de uma rede tridimensional. Dentro das malhas desta rede se encontra o solvente, que se constitui na fase dispersa. São a estrutura da rede e suas propriedades mecânicas que dão ao gel suas propriedades visco elásticas. Esse tipo de junção, que ata as moléculas do polímero, permite definir alguns tipos de géis.
É possível distinguir duas etapas no fenômeno de geleificação: a separação de fases e a cristalização ou retrogradação, que se aplica apenas no caso do amido. A separação de fases é a agregação das moléculas dos polímeros que vão formar uma rede tridimensional, e a retrogradação quando as cadeias do polímero, que se encontram agregadas no gel, se alinham para formar os cristais. Esta cristalização endurece o gel e acarreta o fenômeno de sinérese, que
corresponde à expulsão de parte do solvente para fora do gel.
A retrogradação então é o processo que ocorre quando as moléculas de amido gelatinizadas começam a se reassociar favorecendo uma estrutura mais ordenada. Sob condições favoráveis, esta estrutura ordenada pode se desenvolver em forma cristalina. As mudanças que ocorrem nos grânulos de amido durante a gelatinização e retrogradação são os principais determinantes do comportamento de pasta desses amidos, as quais têm sido medidas principalmente pelas mudanças de viscosidade durante o aquecimento e resfriamento de dispersões de amido.
O nome retrogradação é dado porque o amido volta à sua condição de insolubilidade em água fria. É freqüente em pastas de amido envelhecidas. Considera-se que a retrogradação se origina da tendência das moléculas ou de grupos de moléculas, de amido dissolvido, se unirem umas às outras através de pontes de hidrogênio, dando formação a partículas de maior tamanho, numa tentativa de cristalização de moléculas grandes e pesadas que, por essa razão, precipitam.
- Enzimas que agem sobre o amido
- α-amilase: pode atacar as cadeias dos componentes do amido em qualquer ponto no interior da cadeia linear. Hidrolisa ligações glicosídicas α(1-4). A ação desta enzima na amilose tem como produto final a glicose e a maltose.
- β- amilase: produz β maltose
- Glucoamilase: produz β glicose
- Isoamilase: ocorrem em leveduras e tem sido produzida comercialmente de Cytophaga e Pseudomonas
A reação de Maillard é também chamada de “escurecimento não enzimático; apresenta-se durante os processos tecnológicos ou o armazenamento de diversos alimentos. Acelera-se pelo calor e, portanto, está presente nas operações de cocção, pasteurização, esterilização e desidratação. Esta alteração nos alimentos é considerada útil, quando os produtos da reação tornam o alimento mais aceitável justamente pela cor e sabor produzidos; prejudicial, quando o sabor e a cor do alimento não são aceitáveis.
Compreende três fases: 1. Fase inicial: ocorre entre açúcares redutores e aminoáciods (1:1); 2. Fase intermediária: inicia-se a percepção de aromas. A cor torna- se amarelada; Fase 3: Final Ocorre o desenvolvimento de cor, aroma e sabor.os aminoácidos definem o sabor e aroma independente do tipo do açúcar redutor.
É uma reação dos açúcares redutores e não-redutores quando são aquecidos acima da sua temperatura de fusão.
Alteração que envolve em particular a sacarose quando aquecida, na ausência de compostos nitrogenados. Os açúcares no estado sólido são relativamente estáveis ao aquecimento moderado, mas em temperaturas maiores que 1200C são degradados a substância escura denominados de caramelo. É um corante empregado em larga escala nos alimentos. É um processo que afeta a cor, aroma e sabor, em conseqüência da formação de produtos com aspectos de “queimado”.
A caramelização da sacarose, talvez a mais importante pelo leque de possibilidades de uso, requer temperaturas em torno de 2000C.
