1 ALTERACIONES DE LOS LÍPIDOS A mayor grado de instauración

ALTERACIONES DE LOS LÍPIDOS
HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA
OXIDACIÓN ENZIMÁTICA
OXIDACIÓN QUÍMICA
ISOMERIZACIONES
POLIMERIZACIONES
A mayor grado de instauración mayor susceptibilidad
HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA
Enzimas lipolíticas ejercen catálisis heterogénea
Lipasas (triacilglicerol acilhidrolasas)
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•
•
•
En semillas de oleaginosas (hidrólisis de grasas durante germinación)
Generan mezclas de TG, DG, MG, ácidos grasos libres y glicerol
Actúan en semillas trituradas (acidificación de los aceites de la harina)
Posen especificidades múltiples (de sustrato, de posición y tipo de ácido graso)
Endógenas: semillas, membrana de los glóbulos grasos de la leche, mesocarpio de
aceituna, manteca, crema de leche y nueces.
• Exógenas: microorganismos
• Velocidad de hidrólisis disminuye al disminuir T
• Ácidos libres generados ejercen diversos efectos:
n < 12 C: baja índice de acidez y confieren sabores acres y off-flavors
indeseables
n >12 C: producen acidez
Insaturados más susceptibles
1 % de ácidos grasos libres en aceites para freír disminuye punto de humo en 70 °C
Fosfolipasas (fosfoglicérido acilhidrolasas para A1 y A2)
Actúan sobre fosfoglicéridos
Fosfolipasa A1
Fosfolipasa A2
Fosfolipasa C
Fosfolipasa D
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Fosfololipasa A1: 1-lisolecitina (que mediante la acción sucesiva de la A2 genera gliceril
fosforilcolina).
Fosfolipasa A2: 2-lisolecitina (que mediante la acción sucesiva de la A1 genera gliceril
fosforilcolina).
Fosfolipasa C: 1,2-diglicérido
Fosfolipasa D: ácido fosfatídico
OXIDACIÓN ENZIMÁTICA
Lipoxidasas
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Ferroproteínas que catalizan oxidación estereoespecífica de C insaturados de ácidos
grasos en presencia de O2
Importante en el soja, germen de trigo, arroz, maíz y ciertas grasas animales
Productos obtenidos similares a los obtenidos en oxidación o enranciamiento químico
Específicas para ácidos grasos insaturados que contienen sistema 1,4-pentadieno ciscis (linoléico, linolénico y araquidónico)
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10
9
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Lipoxidasas tipo I: específicas para acilglicéridos
Lipoxidasas tipo II: oxidan preferentemente posición 9 o 13 de ácidos grasos libres
Primera fase:
•
•
•
•
2
Segunda fase:
•
Hidroperóxidos sufren una serie de reacciones: formación de compuestos carbonílicos
(sabores y off-flavors indeseables y pérdida de ácidos grasos esenciales)
Peroxidasas
•
Transfieren O2 de los peróxidos a otros sustratos oxidables (carotenoides, ácidos
grasos, vitaminas, aminoácidos) → producen decoloración y pérdida de nutrtientes.
peroxidasa
ROOH
+
2 AH
→
ROH
+
H2 O
+
2 A
sustancia oxidable
Lipasas
Acilglicéridos
o Fosfolípidos
Lipoxidasas
Ácidos grasos
libres
Peroxidasas
Hidroperóxidos
Compuestos
oxidados
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OXIDACIÓN, PEROXIDACIÓN O ENRANCIAMIENTO QUÍMICO
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•
Deterioro oxidativo de aceites y grasas que contienen instauraciones
Históricamente asociado con almacenamiento de aceites (oliva)
Saussure (1800) capa de aceite de nueces absorbe hasta 150 veces su volumen de O2 (1
año)
Stephens (1928) aislamiento de un peróxido del ciclohexano, estructura dilucidada en
1942
Década del 40: estudios sistemáticos de la autoxidación lipídica
Criegee: hidroperóxidos son productos primarios en la oxidación de hidrocarburos
Farmer: productos primarios de la autoxidación del ácido linoleico: hidroperóxidos 9 y
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Décadas del 60-70: productos de oxidación de ácidos grasos poliinsaturados consiste de
una mezcla compleja (productos hidroperóxidos de autoxidación del ácido
araquidónico: HPLC)
1980: primera demostración de la oxidación radicalaria de fosfolípidos de membrana
Hidroperóxidos lipídicos: intermediarios no radicalarios derivados de ácidos grasos no
saturados, fosfolípidos, glicolípidos, ésteres de colesterol y colesterol (vía enzimática o no)
Reacciones involucran especies oxigenadas reactivas (ROS)
Radical superóxido (O2.- )
O2 toma un electrón y lo introduce en el transporte electrónico mitocondrial (formación se
incrementa fácilmente en presencia de componentes exógenos como compuestos cíclicos
redox)
Peróxido de H (H2O2)
•
•
•
•
Produce principalmente por reacciones enzimáticas (microsomas, peroxisomas y
mitocondria)
Concentración celular constante entre 10-9 y 10-7 M. (bajo condiciones de oxígeno
normal)
Superóxido dismutasa (células animales y plantas) produce H2O2 por dismutación del
O2.- (disminuye reacciones oxidativas)
Dismutasa y catalasa contribuyen en la remoción de H2O2
Radical hidroxilo (.OH)
reacción tipo Fenton:
Fe2+ + H2O2 ----> Fe3+ + .OH + OHReacción prevalente en sistemas biológicos y fuente de varios productos de peroxidación
lipídica deletéreos.
Óxido nítrico (NO.)
Producido en varios tipos de células. No muy reactiva, reacciona rápidamente con O2.- dando
peroxinitrito (ONOO-) altamente reactivo.
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Oxígeno singlete (1O2)
•
•
•
•
ROS importante en reacciones relacionadas a la exposición UV (UVA, 320-400 nm)
Toxicidad reforada en presencia de fotosensibilizadores con O2 (tetrapirroles,
clorofila, hemoproteínas y NADH)
Presencia de metales contribuye al aumento de oxígeno singlete como también de
anión superóxido
Puede formarse durante degradación de peróxidos lipídicos (producción de otras
moléculas de peróxido)
Ozono (O3)
•
•
•
Presente naturalmente en alta y baja atmósfera (polución)
Formado por reacciones fotoquímicas entre hidrocarburos y óxidos de N
Puede producir radicales libres y estimular peroxidación lipídica (daños a nivel de
lípidos y proteínas in vivo)
•
•
Autoxidación
Fotoxidación u oxidación fotosensibilizada
Primera fase: productos de peroxidación primarios (hidroperóxidos con dobles enlaces
transpuestos y con diferente configuración)
Segunda fase: productos primarios se reordenan (moléculas más pequeñas por fisión o
mayores por dimerización)
Autoxidación
In = Iniciador
LH
+
L•
LOO•
In•
→
L•
O2 →
+
+
LH
LOO•
+ LOO•
LOO•
+
L•
LOO•
+
R•
L•
+
L•
+
InH
INICIACIÓN
LOO•
→
LOOH
PROPAGACIÓN
+
Productos no radicalarios
L•
TERMINACIÓN
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1. Iniciación
•
•
•
Ataque de una ROS a un lípido (abstracción de un átomo de H activados del grupo
CH2-)
.
OH es el más eficiente; O2.- es insuficientemente reactivo
Se generan radicales libres centrados en el C estabilizados por resonancia.
·
Ácidos grasos poliinsaturados son más susceptibles; dobles enlaces separados por 2 enlaces
simples (ej. ácido linoleico):
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9
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H
6
8
H
H
H
2. Propagación
•
•
•
O2 en contacto con un lípido puede ser “absorbido” por sistemas de dobles enlaces
(sistemas saturados se oxidan a velocidad mucho menor)
Se forman radicales peroxilo (ROO.)
Reacción autocatalítica en cadena: radical peroxilo remueve H de otra molécula de
lípido adyacente (especialmente en presencia de metales como Cu o Fe) → lípido
hidroperóxido.
6
3. Terminación
•
•
Choque favorable entre dos radicales que puede dar hidroperóxidos, dímeros y
peróxidos
Frecuentemente por reacción de un radical peroxilo con algún “antioxidante” (αtocoferol)
FOTOXIDACIÓN
•
•
•
•
•
•
•
Reacción involucra 1O2 (por acción de la luz sobre el oxígeno triplete, 3O2)
1
O2 altamente electrofílico → reacción con lípidos insaturados
En presencia de sensibilizadores doble enlace interactúa con 1O2 y se adiciona a
cualquiera de los C de un doble enlace (adopta configuración trans)
Fotoxidación es más rápida que autoxidación
Carotenoides → inhiben fotoxidación por interferencia en formación del 1O2 a partir
del 3O2
Tocoferoles → inhiben fotoxidación por secuestro del 1O2 preformado,
Carotenos son eficientes inhibidores en aceites vegetales solamente si están presentes
los tocoferoles que protegen los primeros.
Formación y descomposición de peróxidos en función del tiempo
[LOOH]
Período
de
Inducción
Propagación
de radicales
libres
Fase de
Iniciación de
radicales
libres
Fase de
formación
de peróxidos
Fase de
terminación de
radicales libres
Estabilización
de peróxidos
Tiempo (h)
Fase de
descomposición
de los peróxidos
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Principales productos de oxidación de lípidos monoénicos (ácido oleico)
Principales productos de oxidación de lípidos diénicos (ácido linoleico)
Autoxidación: 9-OOH y 13-OOH en cantidades equivalentes.
Fotoxidación: genera mezcla de 4 derivados con radical OOH en C 9, 10, 12 ó 13
Oxidation of triene lipids
Principales productos de oxidación de lípidos triénicos
Autoxidación
9-OOH D10,12,15 (37%)
Fotoxidation
9-OOH D10,12,15 (23%)
10-OOH D8,12,15 (13%)
12-OOH D9,13,15 (8%)
12-OOH D9,13,15 (12%)
13-OOH D9,11,15 (10%)
13-OOH D9,11,15 (14%)
15-OOH D9,12,16 (13%)
16-OOH D9,12,14 (45%)
16-OOH D9,12,14 (25%)
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DESCOMPOSICIÓN DE LOS HIDROPERÓXIDOS
Segunda etapa del proceso de enranciamiento
•
•
•
•
Hidroperóxidos formados en primera fase pueden descomponerse para dar
principalmente hidrocarburos y aldehídos de cadena corta
Otros compuestos incluyen grupos epoxi, alcohol o cetona, hidroxialdehídos, ácidos
dicarboxílicos
Resultan de la ruptura de los enlaces C-C adyacentes al grupo hidroperóxido
Un fragmento deriva del extremo metilo terminal del ácido graso y el otro queda libre
o permanece ligado al glicerol
Hidrocarburos: alcanos y alquenos
Ej. a partir del 8-hidroperóxido del ácido oleico:
•
•
•
•
•
•
9-hidroperóxido del ácido oleico: 1-noneno
10-OOH: octano
11-OOH: heptano.
13-hidroperóxidos del ácido linoleico o araquidónico: gas pentano por escisión β del
enlace entre el C13 y C14
Similarmente, ácido linoleico produce etano o etileno
Contribuyen muy poco en el off-flavor. (sus valores umbrales de detección son en
general altos, de más de 100mg/Kg, siendo los alquenos los más perceptibles con
valores umbral de menos de 0,02 mg/Kg)
Aldehídos
•
Aldehídos volátiles y no volátiles: por escisión β
Ej.: descomposición del 8-hidroperóxido oleato por escisión en posición A genera radical
alquílico que puede combinarse con un radical OH para producir un alcohol, el que genera un
aldehído (decanal) por tautomerización:
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La escisión en posición B producirá otro aldehído (2-undecenal) y un radical alquílico:
•
•
•
•
•
Peroxidación de ácidos grasos poliinsaturados → mezclas de aldehídos, además de
varios ácidos grasos de cadena corta y compuestos ceto, hidroxi o epoxi
Ácidos grasos omega 6 (linoleico y araquidónico): 2,4-decadienal y 3-nonenal a partir
del 9-hydroperóxido linoleico; hexanal y pentanal del 13-hydroperóxido linoleico y 2heptenal del 10-hydroperóxido linoleico.
Otros compuestos volátiles de descomposición frecuentemente encontrados son:
2-octenal, 2,4-nonadienal, 4,5-dihidroxidecenal y especialmente 4-hidroxi-2,3-transnonenal (4HNE)
Acidos grasos omega 3 (linoleico, EPA y DHA) → varios compuestos de acuerdo a
localización de grupo hidroperóxido: 9-OOH linoleico → 2,4,7-decatrienal y 3,6nonadienal; 12-OOH linoleico → 2,4-heptadienal y 3-hexenal; 13-OOH linoleico → 3hexenal y 2-pentenal y 16-OOH linoleico → propanal
Otros compuestos se forman por mecanismos menos conocidos (butanal, 4,5-epoxi
hepta-2-enal, 4-hidroperoxi hexenal, 4,5-dihidroxidecenal y 4-hydroxy-2,3-transhexenal (4-HHE).
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•
•
Aldehídos insaturados pueden aún sufrir modificaciones por autoxidación produciendo
compuestos volátiles. Así, los hidroperoxi aldehídos pueden escindirse para generar
aldehídos de cadenas más cortas, a veces con otros grupos químicos. Entre todas estas
sustancias, el malonaldehído (MDA) es objeto de gran interés
Aldehídos, en general, responsables del off-flavor en aceites vegetales rancios. Los
valores umbrales de detección son menores para aldehídos insaturados. Estos
compuestos volátiles son comúnmente encontrados en aceites de fritura y en
alimentos fritos. Alcadienales → flavor de frito de papas (en bajos niveles)
ANTIOXIDANTES
•
•
Impiden o retardan el enranciamiento de las grasas, interviniendo en las primeras
fases de la oxidación
Compuestos polifenólicos, más o menos liposolubles
ANTIOXIDANTES NATURALES
Tocoferoles
•
Aceite de germen de trigo retarda enranciamiento oxidativo de grasas (también con
residuo insaponificable de aceite de germen de maíz, algodón, soja, etc.)
•
Estructura fenólica de tocoferoles análoga a la de antioxidantes sintéticos
ANTIOXIDANTES SINTÉTICOS
•
•
•
Solubilidad en grasas aumenta con la longitud de la cadena carbonada
Galatos dan coloración azulada en presencia de Fe
BHA y BHT: los más utilizados; solubles en grasas y aceites; se usan mezclas de ambos
o de BHA con galato de propilo que actúan sinérgicamente (no así BHT y galatos)
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SINERGISTAS Y DESACTIVADORES
Sustancias que potencian la acción de los antioxidantes de tipo fenólico
Ejs. ácidos ascórbico, tartárico, cítrico y fosfórico: poseen efecto secuestrante de metales,
(Fe y Cu)
Ésteres de ácidos son más solubles en medios grasos (palmitato de ascorbilo)
Ácido ascórbico y sus derivados son reductores
EDTA, varios aminoácidos y los polifosfatos también actúan como potenciadores
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Mecanismo de acción
Interrumpen reacción en cadena productora de peróxidos (inactivan radicales libres iniciales
o formados)
•
•
Radical fenólico no propaga la reacción (estabilización por resonancia)
Antioxidantes se destruyen durante período de inducción → rápido aumento en
velocidad de formación de peróxidos (agentes reductores como ácido ascórbico pueden
retrasar el enranciamiento por reducción de los hidroperóxidos formados)
POLIMERIZACIÓN TÉRMICA
•
•
•
T elevadas inducen polimerización por adición inter e intramolecular
Adición por unión de radicales libres
Usual en aceites de fritura (170-190 °C)
Otros cambios inducidos a altas T:
•
•
•
Hidrólisis con agua de los alimentos → ácidos grasos libres + glicerol → acroleína
(propenal) de olor irritante
Formación de hidrocarburos por termólisis
O2 provoca oxidación de ácidos grasos → aldehídos y cetonas forman metilcetonas de
cadena larga y lactonas
Hay aumento de viscosidad, pardeamiento, cambios de sabor, mayor acidez, formación de
humos y descenso del índice de yodo
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Principales procesos químicos que ocurren durante la fritura en profundidad de un
alimento (180°C)
Vapor
Volátiles (humo)
Antioxidantes
Vaporización
Aereación
Absorción
Hidrólisis
O2
AGL, DG, MG
Glicerina
Oxidación
Solubilización
Hidroperóxidos
(dienos conjugados)
Pigmentos
Lípidos
Fisión
Alcoholes
Aldehídos
Ácidos
Deshidratación
Lactonas
Hidrocarburos
Calentamiento
Radicales
libres
Dímeros
Trímeros
Epóxidos
Alcoholes
Hidrocarburos
Dímeros
Compuestos cíclicos
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