Carboidratos: Definição, Classificação e Propriedades

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Carboidratos
Profª Ms. Maryana Monteiro
Introdução 
Um dos principais componentes sólidos do alimento, amplamente distribuídos na naturezas;
Fonte de energia + abundante e econômica para o homem (celulose e hemicelulose – fontes de fibras dietéticas);
Glicose e frutose (sabor doce)
Amido (reserva dos tecidos vegetais)
Celulose (componente de tecidos vegetais)
Funções 
Energética;
Agentes de sabor (doçura);
Agentes de escurecimento (reações das carbonilas);
Controladoras da atividade de água;
Fixadores de aromas;
Agentes modificadores da textura dos alimentos (amidos).
Definição 
São definidos como CH os poli-hidroxialdeídos (aldose), as poli-hidroxicetonas (cetoses), os polihidroxiálcoois e os polihidroxiácidos, seus derivados, polímeros desses compostos unidos por ligações hemiacetálicas.
Classificação 
Subdivididos em função do seu peso molecular em:
Monossacarídeos 
Dissacarídeos 
Oligossacarídeos
Polissacarídeos 
Monossacarídeos 
São os menores e + simples CH. Pertencem a um dos seguintes grupos funcionais:
Monossacarídeos 
Quanto aos grupos funcionais:
Aldoses: Monossacarídeos de função mista poliálcool- aldeido, como glicose, galactose, arabinose e a manose
Cetoses: Monossacarídeos de função mista poli álcool-cetona, como a frutose. 
Monossacarídeos 
Quanto ao número de carbonos na molécula
Dissacarídeos 
Obtida por hidrólise do amido de cereais e tubérculos
Dissacarídeos 
Lactose
Obtido do leite de vaca (5%) – utilizado para coberturas, sorvetes, recehios, sobremeses.
Dissacarídeos 
Sacarose
Obtido nos vegetais como: pêssegos, beterraba, cana de açúcar, melão, cenoura.
Polissacarídeos 
Polímeros (+ de 20 monossacarídeos)
Diversidade na composição, propriedade muito distintas dos monossacarídeos constituintes (pouco sabor doce, dissolução difícil, reações + lentas).
Mais comuns: amido, celulose, pectina, glicogênio.
Outros açúcares
Além dos carboidratos de ocorrência natural produzidos pelos organismos vivos, há outros, de introdução mais recente, que podem ser obtidos por reações químicas, físicas e enzimáticas ou fermentativa.
Ex: Sorbitol, Manitol, Xilitol
Açucares álcool são obtidos pela hidrogenação dos carboidratos, ou seja, a adição de hidrogênio na dupla ligação entre o átomo de oxigênio e o átomo de carbono .
PROPRIEDADES FUNCIONAIS DOS CABOIDRATOS
Açúcar redutor
Na natureza os monossacarídeos estão na forma de anel; 
Se a ligação hemiacetálica for rompida por efeito de uma base, por exemplo, a molécula fica aberta e com um grupamento redutor (reativo). 
Açúcar redutor
Galactose, glicose, lactose são redutoras
Açúcar redutor
A sacarose não é redutora
A sacarose não tem caráter de açúcar redutor porque os grupamentos aldeídicos do C1 da glicose e cetônico do C2 da frutose estão bloqueados pela ligação glicosídica
Açúcar redutor
A glicose aldeído tem as propriedades químicas e reações de um aldeído. Participa das reações de escurecimento não enzimático. 
A glicose em alimentos alcalinos tem o anel rompido e reage. 
Para a produção de açúcar, a presença de glicose e frutose (redutores) no caldo não é desejada, e sim a de sacarose.
Açúcar redutor
Para produção de álcool é interessante a glicose redutora porque a levedura a ataca diretamente.
No caldo de cana e no de frutas para a fabricação da geleia - o anel da glicose é fechado e é chamado de redutor (potencial) 
A galactose também é redutora com 1 grupamento aldeídico e a frutose com 1 grupamento cetônico no C2.
Açúcar invertido
Hidrólise da molécula de sacarose por via enzimática (invertase) ou química (ácido clorídrico).
A inversão da sacarose pode ser obtida por efeito químico. Na indústria, o uso de ácidos deixa mais barato o processo, mas o uso de enzimas permite mais rapidez
Açúcar invertido
Este açúcar é vastamente utilizado na fabricação de balas e biscoitos para evitar a cristalização do açúcar (fator desagradável que dá ao produto a consistência arenosa e seca).
A função do açúcar invertido em biscoitos é proporcionar ao produto maciez e coloração caramelada.
Açúcar invertido
Vantagens
Reduz a cristalização, conferindo textura suave e macia;
À temperatura ambiente, o A.I. é mais solúvel em água;
O A.I. é higroscópico, o que leva a redução da água disponível e aumenta a vida útil;
É cerca de 20% mais doce do que o açúcar comum;
Contribui para a reação de Maillard (caramelização) e, auxilia no processo de escurecimento
Higroscopicidade 
Capacidade de adsorção de água; 
Relaciona-se com a estrutura, mistura de isômeros e pureza. 
Relaciona-se à presença de grupos hidroxilas (ligam-se à água por pontes de hidrogênio);
Açúcares impuros e xaropes absorvem mais água em maior velocidade;
Propriedade favorável ou desfavorável
Higroscopicidade 
Favorável: manutenção da umidade de produtos de padaria e confeitaria (camada superficial)
Desfavorável: produtos granulados ou em pó (aglomerados – solubilidade)
Texturização 
Açúcares que afetam a textura do alimento, são chamados de açúcares texturizantes;
Propriedade relacionada à elevada solubilidade dos açúcares em água.
Podem formar soluções supersaturadas consistência de sólido e transparência (estado vítreo ) ou podem se cristalizar.
Cristalização 
No estado cristalino as moléculas de açúcar estão mais unidas; 
Fatores que influenciam a cristalização:
Grau de saturação (concentração)
Temperatura
Presença de impurezas
Tempo (tamanho dos cristais)
Cristalização 
Cristalização 
É uma importante propriedade para a indústria, podendo ser provocada ou evitada.
Ex Rapadura – caldo de cana aquecido com posterior resfriamento, solidifica a grande quantidade de cristais formados.
Ex. Leite condensado – lactose se cristaliza, formando pequenos cristais – mantêm a textura
Estado vítreo
Estado amorfo instável onde a viscosidade é tão elevada que impede a cristalização do açúcar
Estado pouco estável concentração, desidratação de uma solução, fusão térmica dos açúcares cristalinos seguida de resfriamento brusco impedem que as moléculas se reorganizem e formem cristais.
Estado vítreo
A bala dura ou pirulito são preparados com aquecimento de sacarose, ácido, xarope de glicose, corantes, flavorizantes e água
Ao esfriar resulta em uma massa amorfa, vítrea e não cristalina
Solubilidade 
Importância na textura dos alimentos e por sua ação preservativa;
Diretamente proporcional ao aumento da temperatura; 
Valores diferentes para cada tipo de substância: LACTOSE é o menos solúvel e FRUTOSE é o mais solúvel dos açúcares.
Solubilidade 
DIFERENÇA DE SOLUBILIDADE – Fator que determina o uso de tipos de açúcares para elaboração de produtos. Açúcares de menor solubilidade devem ser evitados em alimentos obtidos por técnicas de concentração de açúcar.
Grau de doçura
Varia de acordo com o tipo de açúcar e com a substância;
Doçura: característica sensorial detectada pelo paladar
Poder na culinária (sabor aos alimentos)
Polissacarídeo: Amido
Amido
Carboidrato complexo (polissacarídeo)
Reserva energética mais importante dos vegetais – raízes, sementes e tubérculos. É encontrado no trigo, mandioca, arroz, milho, feijão, batata entre outros.
Apresenta-se em forma granulada, cor branca, insolúvel em água e sem sabor
Elevado PM – Moléculas de glicose na forma de polímeros
Amilose
Estrutura linear de unidades de glicose unidas por ligações glicosídicas α 1,4;
A amilose apresenta estrutura helicoidal, α-hélice, formada por pontes de hidrogênio entre os radicais hidroxil a das moléculas de glicose (pontes intermoleculares) .
Amilopectina
Estrutura ramificada constituída por cadeias lineares de unidades de glicose unidas por ligações glicosídicas α 1,4; α 1,6.
Amido 
No grânulo do amido:
A amilose é encontrada na forma cristalina e as moléculas estão ligadas por pontes de hidrogênio ( pontes intermoleculares); 
A amilopectina, durante a cocção, absorve muita água e é responsável, em parte, pelo inchamento dos grânulos de amido.
Gelatinização do amido
É o fenômenoque ocorre pelo rompimento de ligações pontes de hidrogênio quando os grânulos de amido da farinha são aquecidos em presença de água. Os grânulos aumentam de volume e rompem-se irreversivelmente, formando um gel viscoso e translúcido.
Gelatinização do amido
Aumento da temperatura
Alterações na estrutura cristalina
Rompimento das ligações intermolecularesestabelecendo pontes de hidrogênio com a água
Amido disperso em água
Inchamento dos grânulos
Aumento da viscosidade
Tempo de gelatinização
Aumento da temperatura
Rompimento irreversível dos grânulos
Aumento da solubilidade, claridade, viscosidade em pasta
Aplicações culinárias (espessantes)
Retrogradação do amido
A retrogradação é fenômeno que ocorrem durante o resfriamento e o armazenamento de pastas de amido;
A continuidade da retrogradação é acompanhada de exudação de água do gel, fenômeno conhecido com SINERESE.
Elementos que interferem nas propriedades do amido
Ação do açúcar e sal
Ação de ácido
Ação de gorduras
Amidos modificados
Amidos podem ser quimicamente, fisicamente ou enzimaticamente modificados para atender a necessidade específicas da indústria de alimentos. 
Os amidos de milho, batata e mandioca são os principais amidos usados para a produção de amidos modificados.
Amidos pré-gelatinizados
Obtidos pela modificação física do amido (secagem e pulverização de uma pasta de amido gelatinizada); 
É solúvel em água fria , fácil e rapidamente reidratado;
Incorporado em produtos alimentícios (sem aquecimento) e para aumenta viscosidade de produtos (recheios, sopas e molhos) ou gelificar. 
Pudins instantâneos, sopas instantâneas, recheios de bolo
Dextrinização do amido
É a hidrólise no aquecimento prolongado. Rompimento gradativo das membranas liberando dextrina. Substâncias ácidas também hidrolisam o amido. Esse processo melhora a digestão do amido.
Amido dextrinizados
Amido produzido quimicamente pela hidrólise ácida (HCl,H2SO4) em T baixas.
Maior solubilidade em água fria que o amido comum e formam soluções menos viscosas.
Amido dextrinizado
Forma géis mais moles e apresentam uma elevada temperatura (acima de 150°C) em calor seco de gelatinização (Maior T de gelatinização). 
Não cristalizam
É utilizado na alimentação infantil por ser mais fácil digestão e para espessar molhos.
Transformações dos carboidratos por ação do calor
Reações de escurecimento
O escurecimento de alimentos e bebidas é de especial importância porque a cor é um dos principais atributos reconhecidos pelos sentidos dos consumidores
Escurecimento não enzimático
Essas reações são de 3 tipos distintos, porém a maioria ocorre a partir do açúcar.
De início há formação de cor amarela que vai dourando e chega à cor de caramelo, marrom claro amarelado. 
Para que essas reações ocorram há necessidade da presença de alguns fatores combinados:
Temperatura
Tempo
Umidade
pH
Componentes susceptíveis 
Reações de escurecimento não enzimático
As reações de escurecimento não enzimáticos incluem:
Caramelização 
Reação de Maillard
Oxidação do ácido ascórbico
Controle do escurecimento não enzimático
Pode-se intensificar ou evitar as reações
Podem ocorrer concomitantemente em um alimento desde que haja condição de favorecimento delas ou de predominância de uma sobre a outra.
Os fatores para ocorrência ou controle são:
Temperatura
Umidade
pH
Escurecimento enzimático
O escurecimento enzimático de vegetais inicia-se em resposta a injúrias físicas e fisiológicas:
Impactos;
Abrasões;
“chilling”;
Excesso de CO2
Que resultam da oxidação de compostos fenólicos. 
Escurecimento enzimático
Esta reação ocorre geralmente em tecido vegetal quando há rupturas da célula e a reação não é controlada. 
Duas enzimas são relevantes na degradação oxidativa dos compostos fenólicos por causarem a produção de polímeros de coloração marrom:
Polifenoloxidase (PPO) 
Peroxidase (POD)
Escurecimento enzimático
Os pigmentos escuros formados pela ação das enzimas são geralmente acompanhados de mudanças in desejáveis na aparência e nas propriedades sensoriais do produto, desenvolvendo sabores desagradáveis e perdas na qualidade nutricional, resultando na redução da vida útil e valor de mercado.
Escurecimento enzimático
As polifenoloxidases fazem parte de um grande grupo de enzimas conhecidas como oxidorredutases, que oxidam fenóis a quinonas na presença de oxigênio molecular e produzem pigmentos escuros na superfície de frutas e vegetais cortados.
Escurecimento enzimático
As polifenoloxidases possuem cobre em sua estrutura que promovem a oxidação enzimática dos compostos fenólicos. 
Inicialmente produzindo quinonas (compostos de cor ligeiramente amarela) condensam formando pigmentos escuros melaninas.
Controle do escurecimento não enzimático
As atividades das enzimas são, na maior parte dos casos, indesejáveis em frutas e hortaliças porque a coloração parda que produzem não é agradável.
Diversos métodos têm sido desenvolvidos para inibir o escurecimento enzimático, baseados na eliminação de um ou mais de seus componentes essenciais: 
Oxigênio
Enzima 
Metais: Cu – PPO Fe - PDO
Controle do escurecimento enzimático
Métodos físicos
- Temperatura, 
–Atmosfera modificada 
–Recobrimento com películas protetoras 
–Radiação gama 
–Altas pressões.
Controle do escurecimento enzimático
Temperatura Baixa: 
–A refrigeração constitui o meio mais tradicional para diminuir tanto a atividade da PPO quanto da POD. 
–As baixas temperaturas (0-4ºC) estão longe do ponto ótimo para essas enzimas, dificultando o acoplamento enzima-substrato.
- Deve ser efetuado com muita cautela para que não ocorram problemas como as injúrias causadas pelo frio (“chilling”) ou perda de textura.
Controle do escurecimento enzimático
Temperatura Alta: 
–O branqueamento é um tratamento muito utilizado para inativar as enzimas causadoras do escurecimento.
–O alimento é aquecido a uma temperatura determinada, mantido por um tempo estabelecido e resfriado rapidamente à temperaturas próximas à ambiente. 
Controle do escurecimento enzimático
O uso de inibidores de escurecimento enzimático em alimentos é restrito pela toxicidade que podem causar dependendo da concentração empregada, e também pelo potencial efeito negativo na textura, aroma, gosto e custos.
Os sulfitos agem diretamente nas enzimas pela diminuição do número de pontes dissulfeto, formando sulfonatos sem coloração. 
Controle do escurecimento enzimático
Acidulantes que podem inibir o escurecimento enzimático são os ácidos cítrico, málico e fosfórico. 
O ácido cítrico, um dos acidulantes mais comumente usados na indústria de alimentos, pode agir como redutor do pH ou como quelante do cobre da enzima PPO.