Aula 3 - Carboidratos

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Professora: Lara Lima Seccadio
Carboidratos
Profª Lara Lima Seccadio
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Carboidratos
Constituem mais de 90% da matéria seca das plantas  abundantes, amplamente disponíveis e de baixo custo.
Nos alimentos podem estar naturalmente ou ser adicionados
Apresentam muitas estruturas moleculares, tamanhos e configurações diferentes, com variadas propriedades físicas e químicas, diferindo no seu efeito fisiológico
São passíveis de modificações químicas e bioquímicas  ampliando suas aplicações
Amido, lactose e sacarose  são as formas diferíveis pelo indivíduo saudável  suprindo de 70-80% das calorias da dieta humana.
Carboidratos
Maioria dos compostos de carboidratos naturais produzidos por organismos vivos é formada por oligômeros (oligossacarídeos) ou polímeros (polissacarídeos) de açucares simples e modificados.
Despolimerização natural 
Origem dos carboidratos de baixa massa molecular
Carboidratos
Dois grandes grupos:
Poliidroxialdeídos e poliidroxicetonas
		
Glicose
(aldose)
Frutose
(cetose)
Monossacarídeos
São moléculas de carboidratos que não podem ser divididas em moléculas mais simples por hidrólise.
São unidades monoméricas, que unidas, formam estruturas maiores (oligossacarídeos e polossacarídeos)
Compostos sólidos, sem cor, cristalinos, solúveis em água e insolúveis em solventes apolares, e a maioria apresenta sabor doce.
Podem ser convertidos em estruturas menores por hidrólise
Monossacarídeos
D-glicose  glicose encontrada de forma natural  carboidrato orgânico mais abundante
Figura 1. Molécula da D-glicose (cadeia aberta ou estrutura acíclica)
Fonte: Fenema (2010)
Demais monossacarídeos
Variam na sua estrutura carbônica mas são a mesma molécula
Oligossacarídeos
Contém entre 2 e 10 e, dependendo da definição, entre 2 e 20 unidades de açúcar, unidas por ligações glicosídicas.
É o estabelecimento de uma ligação química entre dois ou mais carboidratos com liberação de água para o meio
Mais de 20 unidades é um polissacarídeo! 
Como ocorre?!?
Oligossacarídeos
Tanto os poliidroxialdeídos como as poliidroxicetonas podem ter seus grupamentos químicos (carbonilas) reagidos com álcoois. E dependendo da quantidade de substituintes nessas carbonilas, pode-se formar derivados hemiacetais/acetais para aldeídos e hemicetais/cetais para cetonas.
Exemplo com aldeídos
Carbonila
Carbonila desfeita!
 Quando é incorporado um novo radical no carbono da carbonila
 Dessa maneira, dois radicais estão ligados ao carbono.
 Três radicais distintos ligado ao carbono da carbonila
Oligossacarídeos
Tanto os poliidroxialdeídos como as poliidroxicetonas podem ter seus grupamentos químicos (carbonilas) reagidos com álcoois. E dependendo da quantidade de substituintes nessas carbonilas, pode-se formar derivados hemiacetais/acetais para aldeídos e hemicetais/cetais para cetonas.
Exemplo com cetona
Oligossacarídeos
Composto com duas unidades monossacarídica  dissacarídeos
Maltose, Lactose e Sacarose
Maltose
Produzida pela hidrólise do amido
Encontrada no leite e presente em oligossacarídeos superiores; fonte primária de carboidratos para mamíferos
Lactose
São açucares redutores!
Oligossacarídeos
Composto com duas unidades monossacarídica  dissacarídeos
Lactose
Lactose  estimula a absorção intestinal e a retenção de cálcio, não sendo digerida até atingir o inestino delgado, onde está a lactase  catalisa a hidrólise em monossacarídeos  que são rapidamente absorvidos, entrando na corrente sanguínea.
Lactose parcialmente hidrolisada, ou ainda, se não houver hidrólise  síndrome clínica intolerância a lactose (deficiência de lactase)
Intolerância a lactose
Em função da deficiência de lactase, parte da lactose persistirá no lúmen do intestino delgado  a presença de lactose tende a atrair fluidos para o lúmen por osmose  esse fluido produz distensão abdominal e cólicas. Do intestino delgado a lactose passa para o intestino grossso fermentação bacteriana (ácido láctico e outros ácidos de cadeia curta)  pH  irritação do colo  aumento da movimentação do conteúdo intestinal.
			Protutos gasosos  inchaço e cólicas
Sacarose
		
Glicose + Frutose
Não possui unidade redutora
Fontes: cana de açucar e beterraba açucareira
A sacarose e muitos outros carboidratos de baixa massa molecular, em função da sua grande hidrofilicidade e solubilidade, podem produzir soluções bem concentradas com alta osmolalidade  como o mel
Usado como meio conservante
Escurecimento não enzimático – REAÇÃO DE MAILLARD
Reação envolvendo açúcares redutres e grupos amina de aminoácidos
Desejável ou indesejável?
Indesejável  causa escurecimento, reduz a digestibilidade da proteína, inibe a ação de enzimas digestivas, destrói nutrientes como aminoácidos essenciais, ácido ascórbico e interfere no metabolismo de minerais, mediante a complexação com metais. 
Benefícios  estão relacionados com alteração desejável da cor e do “flavor” em certos produtos.
	
Açucar redutor + grupo amina  melanoidinas
A mistura de produtos formados é uma função de temperatura, tempo, pH, natureza dos açúcres redutores e natureza dos compostos amino  diferentes açucares sofrem escurecimento em velocidades diferentes.
Escurecimento não enzimático – REAÇÃO DE MAILLARD
 Reação favorável para os seguintes alimentos:
	
puxa puxa
Doce de leite
Chocolate
Escurecimento não enzimático – REAÇÃO DE MAILLARD
Efeito da temperatura: A elevação (acima de 40°C) da temperatura resulta no aumento rápido da velocidade de escurecimento e aumenta a intensidade do pigmento; 
	Energia de ativação da reação!
 
Efeito do pH: Quanto maior o pH, maior a velocidade da reação. 
pH = 6 a 8  o nitrogênio do aminoácido encontra-se livre para que ocorra a reação com o açúcar. Porém, em pH muito baixo (pH = 2) e presença de ácido ascórbico, também ocorre a reação de escurecimento, provocada pela oxidação da vitamina C. 
Tipos de aminas presentes: Lisina é a mais reativa.
Tipos de açúcares presentes: reações de escurecimento com a D-glicose são mais rápidas do que as com D-frutose.
 
Atividade de água: Valores intermediários (0,4 – 0,7) são os ideais, sendo a taxa de escurecimento zero em valores de Aa muito elevada ou baixa.
Umidade relativa: 30 a 70%
Presença de íons metálicos Cu2+ e Fe2+ atuam como catalisadores
Caramelização
Aquecimento de carboidratos  sacarose e açucares redutores, em ausência de compostos nitrogenados
A presença de pequenas quantidades de ácidos e sais facilitam a reação
Produto final: o caramelo
Assim como na reação de Maillard, forma compostos de aroma e sabor
Ocorre em função da desidratação, e posterior formação de duplas ligações
Caramelo é produzido como corante e aromatizante; existem 4 tipos, que variam de acordo com a sua empregabilidade.
Classe 1: caramelho claro; aquecimento de um carboidrato na ausência de um sulfito;
Classe 2: marron avermelhado; aquecimento de um carboidrato em presença de um sulfito; adicionado em cervejas
Classe 3: marron avermelhado; aquecimento de um carboidrato na presença de íons de amônia; Ex: pudins.
Classe 4: marron; aquecimento de um carboidrato na presena de íons de amônia e sulfito; Ex: xaropes.
Pode ocorrer em paralelo com a reação de Maillard, durante a preparação de chocolates, bombons, etc.
Polissacarídeos
São polímeros de monossacarídeos
Número de unidades de monossacarídeos de um polissacarídeo  denominado grau de polimerização  é variável
Poucos com 100; Maioria com cerca de 200 – 3000. Por exemplo: celulose  7000 – 15000
Estima-se que mais de 90% da massa de carboidratos encontrados na natureza seja em forma de polissacarídeos
Termo científico  glicanos; se todas as unidades monoméricas forem iguais  homoglicanos ; do contrário  heteroglicano.
Ex homoglicano/homopolissacarídeos: celulose, amilose e amilopectina; formadas por D-glicose .
 Ex heteroglicano/heteropolissacarídeos: goma guar ( gel altamente viscoso)
Polissacarídeos
 Solubilidade
A maioria dos polissacarídeos contém unidades glicosil que possuem, em média, três grupos hidroxila  pontes de hidrogênio
Como cada unidade de açucar da cadeia tem capacidade de reter moléculas de água, os glicanos possuem uma forte afinidade com a água  fácil hidratação. 
Polissacarídeos
Inchaço das partículas de polissacarídeos  aumento da viscosidade do meio
Amido:
Polissacarídeos e carboidratos de baixa massa molecular, modificam e controlam a mobilidade da água em sistemas alimentícios
Dessa forma, a água desempenha um papel importante, influenciando as propriedades físicas e funcionais dos polissacarídeos, e consequentemente dos alimentos (textura).
Correlação: Bioquímica x Bromatologia x Tecnologia
Água de hidratação  água ligada por pontes de hidrogênio  água não congelável ou água que dá plasticidade.
Polissacarídeos
Água de hidratação  água ligada por pontes de hidrogênio  água não congelável ou água que dá plasticidade.
Determinação de carboidratos
Exemplo:
	
Conceitos relevantes
Carboidratos redutores
Capazes de reduzir íons férrico ou cúprico, convertendo o grupamento da carbonila em carboxila
Conversão da carbonila em carboxila 
Importância: métodos se baseiam nessa reação  glicose oxidase  enzima que oxida a glicose formando peróxido de hidrogêngio, que por sua vez vai reagir com a peroxidase e formar um composto vermelho.
Composto vermelho produzido numa relação de um pra um com a molécula de glicose
Somente são carboidratos redutores aqueles que possuem sua carbonila livre para reação  OBS: dissacarídeos
Os testes qualitativos para açúcares estão baseados em:
Reações coloridas provenientes da condensação de produtos de degradação dos açúcares em ácidosfortes com vários compostos orgânicos.
As propriedades redutoras do grupo carbonila.
Métodos utilizados em alimentos
Munson-Walker: método gravimétrico baseado na redução de cobre pelos grupos redutores dos açúcares.
Lane-Eynon: método titulométrico também baseado na redução de cobre pelos grupos redutores dos açúcares.
Somogy: método microtitulométrico baseado também na redução do cobre.
Métodos cromatográficos: papel, camada delgada, coluna, gasosa e cromatografia líquida de altaeficiência
Métodos óticos: Refratometria, Polarimetria, Densimetria
	
Métodos de determinação de carboidratos nos alimentos 
Método de Lane-Eynon:
Preparo das amostras: açúcares totais e redutores
A solução de açúcar (amostra) é adicionado vagarosamente de uma bureta a uma mistura(1:1) em ebulição das duas soluções de Fehling. 
Próximo ao ponto de viragem é adicionado 1mL de uma solução aquosa de azul de metileno 2%, que é um indicador que vai mudar a cor da solução de azul para incolor no ponto de viragem.
A solução fica incolor, mas, como existe oprecipitado cor de tijolo, a cor visível da viragem é de azul para vermelho tijolo.
Existem dois fatores importantes a serem seguidos neste método para maior exatidão dos resultados. A solução deve ficar constantemente em ebulição durante a titulação, porque o CuO formado pode ser novamente oxidado pelo O2 do ar, mudando a cor novamente para azul; A titulação deve levar no máximo 3 minutos, porque pode haver decomposição dos açúcares com o aquecimento prolongado. 
A relação entre o cobre reduzido e o açúcar redutor não é estequiométrico, o resultado é obtido de tabelas ou padronizando-se a mistura de Fehling com uma solução de açúcar com concentração conhecida, e é geralmente expresso em glicose.