Alteraciones metabolicas de origen exogeno en alimentos 1
1. Asignatura : QUIMICA Y BIOQUIMICA DE ALIMENTOS
Integrantes :
• FELIX BUSTAMANTE BUSTAMANTE
• DANTON MIRANDA CABRERA
• EDSON MAX CARO DEGOLLAR
ALTERACIONES METABOLICAS DE
ORIGEN EXOGENO EN ALIMENTOS
3. Los alimentos son productos orgánicos de origen agrícola, ganadero o
industrial cuyo consumo sirve para cubrir las necesidades nutritivas, y
proporcionar al organismo los nutrientes necesarios (Junta de Andalucía,
2004). Son sustancias que, una vez digeridas, aportan al organismo:
Elementos a partir de los cuales el organismo puede producir energía
(calor, movimiento, etc.)
Elementos para el crecimiento y la reposición del propio cuerpo.
Elementos reguladores de los dos procesos anteriores.
Los elementos que contienen los alimentos, se les llama nutrientes.
Se llama nutrición al conjunto de procesos gracias a los cuales el organismo
recibe, transporta y utiliza sustancias químicas contenidas en el alimento
(Junta de Andalucía, 2004).
5. Es el tiempo que tarda un alimento en comenzar a degradarse perdiendo sus propiedades
nutrimentales. Se le conoce también como caducidad o vencimiento (Wikipedia/alimento,
2012). De acuerdo a ese tiempo de duración, los alimentos se clasifican en:
ALIMENTOS PERECEDEROS
Son aquellos que comienzan una descomposición de forma sencilla. Agentes como la
temperatura, la humedad o la presión son determinantes para que el alimento comience
su deterioro. Ejemplos de estos son: los derivados de los animales y los vegetales, siendo
las frutas las de mayor perecebilidad, la leche y carnes de menor perecebilidad ya que en
refrigeración se conservan mejor (Wikipedia/alimento, 2012).
ALIMENTOS SEMI-PERECEDEROS
Son aquellos en los que el deterioro depende de la humedad del aire y de la calidad
microbiana del mismo. Ejemplos de estos son los frutos secos, los tubérculos y otros
vegetales, como las gramíneas (Wikipedia/alimento, 2012).
6. ALIMENTOS NO PERECEDEROS
No se deterioran con ninguno de los factores anteriores, sino que depende de otros
factores como la contaminación repentina, el mal manejo del mismo, accidentes y demás
condiciones que no están determinadas por el mismo. Ejemplo de ellos son las harinas, las
pastas y el azúcar, que se consideran deteriorados una vez que se revuelven con algún
contaminante o empiezan su descomposición una vez cocinados (Wikipedia/alimento,
2012).
Es importante no confundir en el etiquetado de alimentos la fecha de caducidad con la de
consumo preferente. La primera indica cuándo no debe tomarse un alimento porque pone
en peligro la salud, mientras que la segunda sólo indica la pérdida de propiedades del
producto (Wikipedia/alimento, 2012).
7. La alteración alimentaria puede obedecer a diversas causas físicas, químicas y/o
biológicas, entre las que destacan las siguientes:
Lesiones físicas (por abrasiones, presiones, congelación, desecación…)
Actividad enzimática de los propios alimentos y otras reacciones químicas inherentes a
su composición química
Crecimiento y actividad metabólica de bacterias, levaduras y mohos; y
Acción de insectos, roedores, aves y otros animales.
A menudo estas causas no actúan aisladamente. Por ejemplo, las bacterias, los
mohos, los insectos y la luz pueden actuar simultáneamente para deteriorar un
alimento en un almacén. Igualmente, el calor, la humedad y el aire afectan tanto al
crecimiento y actividad de los microorganismos como a la actividad química de las
Enzimas propias del alimento en cuestión.
8.
9. Tabla 01: Vida útil de algunos alimentos.
Producto Alimenticio Vida de Almacenaje
aprox. 21°C (días)
Carne de vacuno 1-2
Carne de pescado 1-2
Carne de aves 1-2
Carne de vacuno y pescado, seco, salado y
ahumado
360 a más
Frutas 1-7
Frutas secas 360 a más
Hortalizas 1-2
Tubérculos 7-20
Granos secos 360 a más
Fuente: Desrosier, 1998.
10. Tabla 02: Mecanismos de deterioro de diversos alimentos
Alimento Mecanismos Cambios limitantes
Fruta fresca
Degradación enzimática
Crecimiento de mohos
Pérdida de humedad
Ablandamiento de la textura
Mohos visibles
Apariencia seca
Mermeladas
Sinéresis
Oxidación
Separación del suero
Crecimiento visible de mohos
Pérdida de flavor
Carnes frescas Oxidación
Crecimiento microbiano
Pérdida de color, rancidez
Olor y flavor desagradables
Carnes congeladas Oxidación
Sublimación del hielo
Rancidez
Quemaduras
Pescado fresco Diversas reacciones químicas
Crecimiento microbiano
Alteración del aspecto
Olor y flavor desagradables
Pan
Retrogradación del almidón
Migración de humedad
Alteración de textura y flavor
Apariencia seca;
crecimiento de mohos
Café Pérdida de compuestos volátiles
Oxidación
Alteración del flavor
Rancidez
Leche Oxidación Reacciones de hidrólisis
Crecimiento microbiano
Rancidez
Olor y flavor desagradables
Helado Migración de humedad
Oxidación
Formación de cristales de hielo
Rancidez
Yogur Sinéresis
Oxidación
Separación del suero
Rancidez
12. Todas las reacciones de deterioro están sujetas a las leyes básicas de la termodinámica. Es por
esto que la temperatura influye en todas ellas. La velocidad de reacción del deterioro
aumenta exponencialmente con el deterioro. Por cada aumento en 10°C, la velocidad se
duplica a triplica (Hurtado, 1975).
La relación entre la velocidad de reacción y la
temperatura es expresada por la ecuación de Arrhenius:
ࡷ = ࢋ −𝑬𝒂/ࡾࢀ
Donde:
K: Constante de velocidad de reacción.
A: Constante.
e: Base del logaritmo natural.
𝑬𝒂: Energía de activación.
R: Constante general de los gases (1,99 cal/mol).
T: Temperatura absoluta.
Tabla 02: Relación del 𝑸𝟏𝟎 con
respecto a la temperatura.
Temperatura °C 𝑸𝟏𝟎
0-10 3
10-20 2.5
20-30 2.0
30-40 2.0
Fuente: Hurtado, 1975.
13. Potter y Hotchkiss (1999), indican que la temperatura tiene efectos sobre los microorganismos, el
calor y el frio pueden deteriorar los alimentos si no se controlan. Dentro del intervalo de
temperaturas en el que la mayoría de los alimentos se manipulan, entre 10 – 38°C, velocidad de las
reacciones químicas se duplica aproximadamente cada 10°C de aumento de la temperatura. Esto
sucede con muchas reacciones, tanto enzimáticas como no enzimáticas. El calentamiento excesivo,
por supuesto, desnaturaliza las proteínas, rompe las emulsiones, deseca los alimentos por pedida de
su humedad, y destruye las vitaminas.
El enfriamiento incontrolado también dañara los alimentos. Si las frutas y las hortalizas se congelan,
sufren decoloración, cambios de textura y grietas en la piel, dejando al alimento en condiciones de
ser atacado por los microorganismos. La congelación también puede estropear los alimentos
líquidos. Si se congela un recipiente con leche, la emulsión se romperá y la grasase separará. La
congelación también desnaturalizara las proteínas de la leche y la coagulará. Por otro lado, la
congelación cuidadosamente controlada no causa estos defectos (Potter y Hotchkiss, 1999).
El daño ocasionado por el frío en los alimentos no necesita ser necesariamente el de una congelación
extrema. Las frutas y las hortalizas después de su recolección necesitan una temperatura óptima, al
igual que otros sistemas vivos. Cuando se mantienen a temperaturas de refrigeración de alrededor
de 4°C, algunos se debilitan o mueren, y comienzan sus procesos degenerativos. Esto se denomina
“daño por frio”. El deterioro incluye el desarrollo de decoloración, la formación de puntos o manchas
en la superficie, y otros tipos de lesiones. Los plátanos, limones y zumos son ejemplo de productos
que para mantener su máxima calidad deberían almacenarse a temperaturas no inferiores a 10°C
(Potter y Hotchkiss, 1999).
14. El aumento de temperatura incrementara la velocidad de la reacción enzimática solo
dentro de ciertos límites. Después de llegar a un óptimo, la velocidad decrece hasta
hacerse cero. Se ha encontrado en general que el aumento de temperatura hasta 45°C
producirá un aumento en la velocidad de la reacción enzimática. Por encima de 45°C, la
velocidad disminuiría por desnaturalización de la proteína. La mayoría de enzimas son
inactivadas instantáneamente a 100°C, mientras que a 80°C, se requieren mayor tiempo
(Hurtado, 1975).
De la misma forma que los micoorganismo poseen enzimas que fermentan, enrancian y
descomponen los alimentos, los animales y vegetales productores de alimento que
gocen de buen estado sanitario y que no sufran de infecciones, tienen su propio sistema
enzimático, cuya actividad se extiende mucho mas allá de la recolección y el sacrificio.
Granos y semillas de cereales recuperados tras un almacenamiento de 60 años, todavía
poseían capacidad de respiración, germinación y crecimiento, funciones todas ellas
controladas por enzimas.
A menos que las enzimas sean inactivadas por el calor, agentes químicos, radiaciones o
algún otro agente, continúan catalizando las reacciones enzimáticas del interior de los
alimentos después del sacrificio o de la recolección.
15. Los microorganismos poseen una temperatura optima de crecimiento por lo cual se
clasifican en mesófilos (37°C), termófilos (50°C) y psicrófilos (4 - 5°óptimo ya sea, hacia
arriba o abajo, va a producir una disminución en su velocidad de crecimientoC). Al
apartarse la temperatura del. Si las temperaturas se elevan por encima de 50°C, se
comenzará a producir la destrucción de las células por la desnaturalización de las
proteínas (Hurtado, 1975).
Figura 02: Crecimiento de microorganismos psicrófilos, psicrótofos y mesofilos en función de la temperatura (Jeantet et al., 2010).
16. Figura 03: Crecimiento de los
microorganismos termófilos en función de la
temperatura (Jeantet et al., 2010).
Figura 04: Efecto de la
temperatura en la supervivencia
de los microorganismos (Jeantet
et al., 2010).
17. Las frutas de origen tropical
y subtropical sufren el daño
del frio al ser sometidas a
temperaturas por debajo de
10°C, produciéndose
decoloración interna y
externa ablandamiento,
perdida de sabor, perdida
de aroma, maduración
irregular y susceptible de
descomposición. La mayoría
de las frutas se dañan por
congelado. Esto ocurre a
0,5 a 1,6°C (Hurtado, 1975).
Figura 05: Temperatura y duración de vida del
producto (Hurtado 1975).
18. Cuando es deseable retener el color
verde de la clorofila en algunos
productos alimenticios, tal como en
el caso de los vegetales
deshidratados o enlatados, se hace
necesario tener en cuenta los
posibles cambios que se pueden
producir en la molécula de clorofila,
para evitar el deterioro de su color.
La acción de ácidos débiles remueve
el magnesio de la molécula de
clorofila formando feofitina de color
oliva oscura (Hurtado, 1975).
Aunque todas las plantas presentan
cierta acidez, la clorofila en el estado
natural de las plantas se encuentra
protegida por estar ligada a las
lipoproteínas. Pero cuando se aplica
calor, y las proteínas se coagulan, la
clorofila queda expuesta a la acción
de los ácidos (Hurtado, 1975).
Figura 06: Descomposición de la clorofila
(Hurtado, 1975).
19. Mientras el nitrógeno, que supone el 79% del aire, es inerte desde el punto de vista de
los alimentos, el 20% de oxigeno existente en el aire es muy reactivo y causa importantes
daños en los alimentos. Además de sus efectos perjudiciales, debidos a la oxidación
química de los nutrientes (especialmente de las vitaminas A y C), del color, del flavor, y de
otros constituyentes, el oxígeno también es esencial para el crecimiento de los mohos.
Todos los mohos son aerobios y crecen en la superficie de los alimentos y de otras
sustancias, o en sus grietas (Potter y Hotchkiss, 1999).
El oxígeno atmosférico se elimina de los alimentos mediante la aplicación de vacío o
purgándolos con un gas inerte durante el procesado, envasando al vacío o inyectando en
los envases nitrógeno o dióxido de carbono, y en algunas circunstancias incorporando a
los alimentos y envases eliminadores del oxígeno, que promueven la eliminación de las
cantidades traza de oxigeno residual por reacciones químicas (Potter y Hotchkiss, 1999).
20. La oxidación de lípidos es una reacción del oxigeno con los ácidos grasos insaturados por
medio del mecanismo de radicales libres, catalizado por metales, que da como resultado
el enranciamiento del alimento (Lundberg y Schultz et al., citado por Hurtado 1975).
Además, la oxidación puede producir radicales libres que reaccionan con las proteínas,
reduciendo su solubilidad y valor biológico y destruyendo las vitaminas liposolubles
(Andrews et al., citado por Hurtado, 1975).
MECANISMO DE OXIDACIÓN DE LOS LÍPIDOS
AUTOOXIDACIÓN DE LOS LÍPIDOS
OXIDACIÓN DE LÍPIDOS POR OXIGENO SINGLETE
•INICIACIÓN
•PROPAGACIÓN
•FINALIZACIÓN
21. El crecimiento de microorganismos y todas sus manifestaciones, como mal olor, sabor,
aparición de toxinas microbianas, etc. El control puede realizarse manteniendo una
concentración menor de 16% para impedir el desarrollo de aerobios, y mayor de 3% si se
quiere impedir el crecimiento de anaerobios (Hurtado, 1975).
Figura 07: Cambios que suceden en la molécula de
mioglobina en las carnes frescas y curadas (Hurtado, 1975).
El color rojo de carnes es debido
fundamentalmente al pigmento denominado
mioglobina, que es en esencia una
ferroprotoporfirina. Cuando la carne se oxigena, la
mioglobina (rojo purpura) pasa a la forma de
oximioglobina donde el oxigeno remplaza a la
molécula de agua, modificación estructural que da
por resultado un cambio de color. Posteriormente
si la carne es expuesta a alta temperatura, fuertes
agentes oxidantes, o almacenamiento por tiempo
prolongado, el color se vuelve marrón, cambio que
es debido a la transformación de la oximioglobina
en metamioglobina en lo que el fierro esta en
estado férrico y ligado a grupos iónicos diversos
por medio de fuerzas coulómbicas (Hurtado,
1975).
22. La luz es un conjunto de radiaciones electromagnéticas de diferente longitud de onda. De
este conjunto, aquellas de menor longitud son las que poseen mayor capacidad
energética, y por lo tanto son más capaces de proveer la energía necesaria para originar
una serie de reacciones químicas indeseables en los alimentos (Hurtado, 1975).
Una de las reacciones mas perjudícales, es la oxidación de los lípidos, fenómenos
fuertemente activado por la luz, y que a su vez causa la desaparición de las vitaminas A y E
que actúan como antioxidantes. Independientemente de las reacciones degradativas de
los lípidos, se sabe también que la luz induce reacciones que traen por consecuencia la
destrucción de las vitaminas C y B (Hurtado, 1975).
Afortunadamente, las radiaciones de gran capacidad energética tienen poco poder de
penetración 2 mm, con lo cual los alimentos ricos en vitaminas se verían afectados solo en
la superficie. Sin embargo, en alimentos líquidos embotellados o envasados en materiales
transparentes (jugos cítricos) el problema se acentúa, ya que procesos como los de
difusión y convección pueden exponer a la luz a las moléculas del interior, pudiéndose en
esta forma reducir la concentración de vitaminas hasta niveles insignificantes (Hurtado,
1975).
24. 3.1. PRESION, ESFUERZOS MECANICOS, VIBRACION
Los alimentos pueden también pueden alterar su metabolismo por efectos
mecánicos como golpes, vibraciones, y los esfuerzosde corte y compresión.
En el almacenamiento de productos (tubérculos o frutas), las capas inferiores,
que soportan el peso de las superiores, están sometidas a esfuerzos y sufren
deformaciones cuyo grado depende de la resistencia estructuraldel
material.Lainfluenciaenlacalidadfinaldelproducto esevidenteyjustifica el
estudio del problema. El mismo fenómeno se presenta en muchas
operaciones de manipuleo y de transporte (Hurtado, 1975).
25. Otros productos son mucho más frágiles y son afectados hasta ligeras vibraciones
requiriendo especial cuidado para evitar lo que en este caso significaría una
perdida total. Como ejemplo tenemos los huevos, no solo son afectados por
vibraciones, sino también por leves rozamientos que hacen desaparecer la capa de
cutícula que cubre la cáscara, dejando libre el ingreso a los microorganismos a
través de los poros del caparazón calcáreo (Hurtado, 1975).
Este tipo de daño se produce en alimentos no procesados desde su cosecha,
transporte o almacenamiento; debido al ataque de roedores, insectos o parásitos;
e incluso el crecimiento de micro organismos o el inicio de reacciones cuyos
efectos son percibidos por los sentidos como cambios de color, textura, olor y
sabor en el alimento (Potter y Hotchkiss, 1999). Dentro de ellos destacan los
siguientes:
Roturas de tejidos.
Evaporación- transpiración.
Contracción superficial.
Pérdida de peso.
26. La rotura de tejidos puede originar en los alimentos vegetales especialmente
climatéricos un aumento en la actividad enzimática ( por mayor temperatura)
velocidad de respiración , una mayor producción de etileno y posterior
fermentación. También en algunos de estos alimentos puede ocasionar el
pardeamiento enzimático. Esto se debe a una mayor presencia y concentración de
oxigeno y a la perdida de estructura compartalizada que hace que las enzima
entren en contacto intimo con el sustrato .
La rotura de tejidos conlleva a una mayor velocidad de perdida de vitaminas por
su sensibilidad al oxigeno y luz y de sustancias que dan el sabor y olor por
volatilización.
La barrera (cascara y capas debajo de ellas) se han visto dañadas facilitando el
ingreso de microorganismos.
El proceso de perdida de agua por evaporación se realiza mas rápidamente.
Los alimentos tratan de protegerse generando en algunos casos procesos de cura
A menudo estas causas no actúan aisladamente.
27. 3.2. Humedad Relativa Ambiental
La incorporación de un exceso de humedad o su perdida causan importantes cambios
alterativos en los alimentos. Se necesita humedad para las reacciones químicas y para el
crecimiento de los microorganismos; la humedad excesiva puede acelerar los cambios
alterativos. La pérdida excesiva de humedad también es perjudicial, especialmente para la
apariencia y la textura.
La humedad superficial resultante de ligeros cambios en la humedad relativa puede
causar agregados y apelmazamientos, así como defectos superficiales como moteados,
cristalización y adhesividad. La más ligera condensación en la superficie del alimento
puede convertirse en una auténtica alberca para la multiplicación de las bacterias o el
crecimiento de mohos. Esta condensación no necesita llegar desde el exterior. En los
envases antihumedad, las frutas o los vegetales pueden producirla a partir de la
respiración y la transpiración. Esta humedad es retenida en el interior del envase y
permite el crecimiento de microorganismos alterantes.
Una alta humedad favorece la degradación de vitaminas (las enzimas y sustratos
aumentan su velocidad de reacción, favorece el movimiento de los cofactores) y una
baja humedad la oxidación ( no hay agua que impida el contacto directo con oxigeno:
oxidación , mayor concentración de reactivos: caramelizacion)
28. * Cada enzima requiere una actividad de agua para su tarea . Las velocidades de
muchas reacciones químicas dependen del grado de ligación del agua. El
decrecimiento de la actividad del agua frena en primer lugar el crecimiento de
microorganismos posteriormente las reacciones catalizadas por enzimas y por
ultimo también los pardeamiento no enzimáticos.
* Las enzimas son proteína y el contenido de agua influirá en la estructura de
estas por lo tanto en su papel catalizador.
* Las moléculas de carbohidratos están hidratadas y así hacen su metabolismo.
29. Producto Cambio Mecanismo de deterioro
Verduras frescas Marchitado Pérdida de humedad
Frutas frescas Aspecto seco y poco atractivo Pérdida de humedad
Ensaladas aliñadas Cambios en la textura
de los vegetales; cambios
en la consistencia del aliño
Migración de humedad
de los vegetales al aliño
Galletas y cereales
de desayuno
Reblandecimiento;
pérdida de la textura
Ganancia de humedad
Caramelos Se hacen pegajosos Ganancia de humedad
Alimentos en polvo Apelmazamiento Ganancia de humedad
Carne congelada Quemaduras por frío Transferencia de vapor de agua;
sublimación del hielo
Cambios en la calidad de algunos alimentos debido
A la Transferencia de Humedad y/o Vapor de Agua
Fuente: Rodriguez Gomez (2006)
36. Esquema de la vía de biosíntesis de etileno
( Yang & Hoffman, 1984)
Adenina
L-Metionina
ATP PPi+Pi
S-Adenosil-metionina
(SAM)
Enzima SAM
Sintetasa
5´-Metil tioadenosiana
(MTA)
ACC sintasa
(cofactor:
fosfato de
pirodoxal)
ácido 1-aminociclopropano
1-carboxílico
(ACC)
Inductores:
-Etileno y
análogos
-Metil
jasmonato
-Estrés físico
(daños por
golpes,
compresión,
vibración)
-Estrés químico
(hormonas en
exceso,
compuestos
fitotóxicos)
Inductores:
-Etileno y análogos
-Estrés
Inhibidores
-T >35ºC
-Anaerobiosis
-Agentes
22
desacoplantes
H2C = CH2
(etileno)
+ CO2+ HCN+ H2O
ACC oxidasa
Requiere Fe2+ y
es activada por el
CO2
37.
38.
39. BIOGENESIS DEL AROMA EN PRODUCTOS VEGETALES
Las frutas y las verduras son
las que contienen la mayor
cantidad de compuestos
volátiles y no volátiles
relacionados con el aroma y
sabor.
La genética de cada fruto o
planta establece un
metabolismo diferente, además
las condiciones climatológicas,
tiempo de cosecha y posterior
almacenamiento influyen por
ello cada vegetal exhibe un
perfil sensorial característico .
46. CASOS DE ESTUDIO:
EFECTOS DE LOS MOHOS PRESENTES EN UVAS
COSECHADAS TARDIAMENTE SOBRE LA CALIDAD DE
LOS MOSTOS Y VINOS CABERNET SAUVIGNON
47.
48. Anonimo (2016) Betalainas 2005-2015 una historia con Futuro. Academia de
Ciencias de la región de Murcia. https://www.um.es/acc/wp-
content/uploads/Leccion-Academia-FGC-definitivo.pdf
https://unabiologaenlacocina.wordpress.com/2016/08/24/la-nueva-era-de-los-
omg-el-caso-de-los-champinones-crisprcas9/
Badui (2006) Química de los Alimentos.
Rodríguez Gómez Juan( 2006) Consecuencias Higiénicas de la Alteración de los
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Aquino Mendez E. y Sanchez Sandoval R. (2015). Degradacion y Conservacion de
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Selva.Iquitos
