Carbohidratos en los Alimentos

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Septiembre 29, 2008

Carbohidratos en los alimentos Resumen Universidad Nacional Autónoma de México. Facultad de Estudios Superiores Zaragoza Pérez Pérez José Manuel, Equipo 1, Grupo 1701

Introducción: Las principales fuentes alimenticias de los carbohidratos: Los carbohidratos complejos son una buena fuente de minerales, vitaminas y fibra y son almidones que se encuentran en: El pan Los cereales Las harinas vegetales Las legumbres El arroz Las pastas Los carbohidratos simples también contienen vitaminas y minerales y se encuentran en forma natural en: Las frutas La leche y sus derivados Las verduras Los carbohidratos simples también se encuentran en los azúcares procesados y refinados como: Los dulces El azúcar de mesa Los jarabes (sin incluir los naturales como el de arce) Las bebidas carbonatadas Los azúcares refinados suministran calorías, pero carecen de vitaminas, minerales y fibra.       

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Cereales: Son la principal fuente de carbohidratos, destacando el arroz, trigo, maíz, cebada, centeno, avena y mijo. En general contienen un 65-75% de su peso de carbohidratos, 6-12% de proteínas de bajo valor biológico y 1-5% de grasa. En su mayor parte contienen almidón, aunque también son una importante fuente de fibra. Azúcar: Por importancia es la segunda fuente de carbohidratos. Se obtiene principalmente de la caña y de la remolacha, aunque también puede proceder de otras fuentes (maíz, patata, miel, melaza, arce, etc). La producción de azúcar de caña continua aumentado a razón de un 2% anual, mientras que la producción de remolacha disminuye. La contribución del azúcar a la dieta occidental representa un 10-12% del aporte calórico total.

Raíces y Tubérculos: Es la tercera fuente de carbohidratos. En este grupo el más importante es la patata que se consume en casi todo el mundo. Su principal carbohidrato es el almidón que representa el 70-75% de su composición, pero también contienen azúcares simples. Legumbres, vegetales, frutas y otras fuentes: Cuantitativamente los vegetales y las frutas tienen una mayor producción que las legumbres, pero su contenido en hidratos de carbono es sensiblemente menor. Las legumbres tienen un alto contenido en carbohidratos (5060% de su peso seco) y son una de las fuentes de carbohidratos más importantes en nuestro medio, también son ricas en proteínas aunque de bajo valor biológico. Los vegetales y las frutas son una importante fuente de fibra. Los carbohidratos deberían representar al menos el 55% de la energía de la dieta. A principios del siglo XX los hidratos de carbono suponían mas del 60% de la energía de la dieta el mundo occidental, entre los años 50-80 hubo una caída de su consumo hasta el 45% pero en los últimos años parece que el consumo de carbohidratos ha aumentado un poco representando el 48.50% del total de energía ingerida. Por lo que se refiere al tipo de carbohidrato, en los últimos años parece haber una leve reducción del consumo de azúcares y un aumento del consumo de almidón, principalmente proveniente de los cereales.

Recomendaciones, funciones e importancia como nutrientes Los carbohidratos se presentan en forma de azúcares, almidones y fibras, y son uno de los tres principales macronutrientes que aportan energía al cuerpo humano (los otros son la grasa y las proteínas) Actualmente está comprobado que al menos el 55% de las calorías diarias que ingerimos deberían provenir de los carbohidratos. Aunque es importante mantener un equilibrio adecuado entre las calorías que ingerimos y las que gastamos, las investigaciones científicas sugieren que una dieta que contenga un nivel óptimo de carbohidratos puede prevenir la acumulación de grasa en el cuerpo. El almidón y los azúcares aportan una fuente de energía de la que se puede disponer rápidamente para el rendimiento físico; Las

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[ fibras alimenticias, que son un tipo de carbohidratos, ayudan a que los intestinos funcionen correctamente. También es importante recordar que los carbohidratos realzan el sabor, la textura y la apariencia de los alimentos y hacen que la dieta sea más variada y agradable. Fuente y almacenamiento de energía Los almidones y los azúcares son las principales fuentes de energía y aportan 4 kilocalorías (17 kilojulios) por gramo. Los azúcares simples son absorbidos por el intestino delgado y pasan directamente a la sangre, para ser transportados hasta el lugar donde van a ser utilizados. Los disacáridos son descompuestos en azúcares simples por las enzimas digestivas. El cuerpo también necesita la ayuda de las enzimas digestivas para romper las largas cadenas de almidones y descomponerlas en los azúcares por los que están formadas, que pasan posteriormente a la sangre. El cuerpo humano utiliza los carbohidratos en forma de glucosa. La glucosa también se puede transformar en glucógeno, un polisacárido similar al almidón, que es almacenado en el hígado y en los músculos como fuente de energía de la que el cuerpo puede disponer fácilmente. El cerebro necesita utilizar la glucosa como fuente de energía, ya que no puede utilizar grasas para este fin. Por este motivo se debe mantener constantemente el nivel de glucosa en sangre por encima del nivel mínimo. La glucosa puede provenir directamente de los carbohidratos de la dieta o de las reservas de glucógeno. Varias hormonas, entre ellas la insulina, trabajan rápidamente para regular el flujo de glucosa que entra y sale de la sangre y mantenerla a un nivel estable. El índice glucémico Cuando se come un alimento con carbohidratos se da un correspondiente aumento y un posterior descenso del nivel de glucosa en sangre, lo cual se conoce como respuesta glucémica. Esta respuesta es importante, por ejemplo, para el control del apetito, la nutrición deportiva y para aquellos que padecen diabetes. Hay varios factores que influyen en la intensidad y la duración de la respuesta glucémica. Funcionamiento intestinal y fibras alimenticias El cuerpo no es capaz de digerir ni la fibra alimenticia ni algunos de los oligosacáridos en el intestino delgado. La fibra favorece el funcionamiento adecuado del intestino, aumentando el volumen de masa fecal y estimulando el tránsito intestinal.

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Los carbohidratos son saludables en todas sus formas y variedades. Pueden ayudar a controlar el peso, especialmente cuando se combinan con ejercicio, son fundamentales para un buen funcionamiento intestinal y también son un importante combustible para el cerebro y los músculos activos. No se ha demostrado que el almidón ni el azúcar tengan una especial importancia en el desarrollo de enfermedades graves como la diabetes, y la influencia del azúcar en el desarrollo de caries dentales se considera menos importante en la población de hoy en día. Para cualquier persona de una edad superior a dos años, una buena dieta debe contener al menos un aporte energético derivado en un 55% de los carbohidratos Para asegurarse de que una dieta contiene un aporte diario óptimo en nutrientes esenciales y fibra, es aconsejable consumir una amplia variedad de alimentos ricos en carbohidratos. Para la mayoría de las personas, es recomendable que entre el 40 y el 60% de todas las calorías provengan de los carbohidratos, preferiblemente de los complejos (almidones) y de los azúcares naturales. Los carbohidratos complejos suministran calorías, vitaminas, minerales y fibra. Los alimentos con alto contenido de azúcares simples procesados y refinados suministran calorías, pero tienen mínimos beneficios nutricionales. Por lo tanto se recomienda limitar el consumo de este tipo de azúcares. Para incrementar los carbohidratos complejos y nutrientes saludables se recomienda:  Comer más frutas y vegetales  Comer más granos enteros, arroz, panes y cereales  Comer más legumbres (fríjoles, lentejas y arvejas secas)  Estas son las cantidades recomendadas para los alimentos con alto contenido en carbohidratos:  Verduras: 1 taza de verduras crudas o 1/2 taza de verduras cocidas o 3/4 de taza de jugo de un producto vegetal.  Frutas: 1 fruta de tamaño mediano (como media manzana o media naranja) 1/2 taza de fruta enlatada o picada o 3/4 de taza de jugo de fruta.  Panes y cereales: 1 tajada de pan; 1 onza o 2/3 de taza cereal; 1/2 taza de arroz cocido, pastas o cereal; 1/2 taza de fríjoles cocidos, de lentejas o de arvejas.  Lácteos: 1 taza de leche descremada o baja en grasa.



[ Esta es una muestra de un menú con 2.000 calorías, de las cuales el 50 o 60% son carbohidratos: Desayuno  1 taza de frambuesas  1 1/2 taza de cereal simple, con 1/2 banano en tajadas  1 taza de leche descremada  1 tajada de pan integral tostado  1 cucharada pequeña de margarina  1 cucharada pequeña de jalea  café o té  Almuerzo  Sandwich de pavo: 2 tajadas de pan integral, 3 onzas (85 g aproximadamente) de pechuga magra de pavo  1/2 taza de lechuga desmenuzada  1/2 taza de tomates en cuadros pequeños  1/2 taza de pimentones verdes  1 cucharada de aderezo de ensalada  1 taza de leche descremada  2 duraznos frescos de mediano tamaño  Cena  4 onzas de salmón asado con 3 tres cucharadas de jugo de limón, con una pizca de paprika  1 taza de pastas  1 panecillo  6 tallos de brócoli al vapor con una pizca de pimienta negra  Ensalada:  1 taza de lechuga  1/4 de taza de champiñones en r ebanadas  1/2 taza de tomates en rebanadas  1/2 taza de zanahoria en rebanadas  1 cucharada de aderezo de ensalada  1/2 taza de fresas congeladas simples, endulzadas con una cucharadita de azúcar  1 porción de bizcochuelo blanco, hecho de clara de huevo, azúcar y harina  1 taza de leche descremada

Efectos por exceso o deficiencia. El exceso de carbohidratos puede producir un incremento en la ingesta total de calorías, causando obesidad. El consumo consumo de muchos carbohidratos “refinados” puede provocar deficiencias de Vitamina B. Y la vitamina B es muy importante para que el hígado fabrique glicógeno. La deficiencia de carbohidratos puede producir falta de calorías (desnutrición) o llevar al consumo excesivo de grasas para reponer las calorías.

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Efectos sobre los carbohidratos de los alimentos, durante o después del procesado: Hidrofilia, fijación de aromas, oscurecimiento. Hidrofilia La atracción del agua por parte de los carbohidratos es una de sus propiedades más importantes y está condicionada por la presencia de grupos OH en la estructura. La velocidad de unión de los carbohidratos con el agua está dada en muchos casos por su estructura, así la D-fructosa es mucho más hogroscópica que la D-glucosa, por su parte la sacarosa y la maltosa a una humedad de 100% absorben la misma cantidad de agua, mientras que la lactosa absorbe mucho menos. En dependencia del alimento se utilizan azúcares con mas o menos capacidad de embeber agua, por ejemplo los escarchados en confitería utilizan azúcares con capacidad de absorción de agua limitada como la lactosa o la maltosa para evitar una consistencia pegajosa tras el envasado. Porcentaje de agua absorbida por diferentes azúcares de la humedad ambiente. % de agua absorbida a distintas HR y Azúcar tiempos (20ºC) 60%, 60%, 9 días 100%, 25 1h días D-glucosa 0.07 0.07 14.5 D-fructosa 0.28 0.63 73.4 Sacarosa 0.04 0.03 18.4 Maltosa anhidra 0.80 7.0 18.4 Maltosa hidratada 5.05 5.1 Lactosa anhidra 0.54 1.2 1.4 Lactosa hidratada 5.05 5.1 -

Fijación de aromas En muchos alimentos, en especial aquellos donde se ha eliminado el contenido de agua por pulverización o liofilización, los carbohidratos juegan un papel importante en la fijación de colores y de componentes volátiles del aroma, debido a que se produce un cambio de la interacción azúcar-agua a una interacción azúcarcompuesto aromático. Azúcar-agua + compuesto aromático compuesto aromático + agua

azúcar-



[ compuestos de inclusión, siendo capaces de retener moléculas aromáticas y otras de pequeño tamaño. Algunos polisacáridos como la goma arábiga, también son buenos fijadores de aroma, pues forman una película gruesa alrededor de las partículas aromáticas, impidiendo la absorción de agua, la pérdida por evaporación y la oxidación química. Las mezclas de goma arábiga y gelatina son muy utilizadas en la técnica de microencapsulación, uno de los últimos avances en la fijación de aromas en los alimentos. También es utilizada dicha goma como agente emulsionante en emulsiones aromáticas de limón, lima, naranja y cola.

Propiedades de polisacáridos Gelatinizaciòn Los gránulos de almidón son insolubles en agua fría, pero pueden embeber agua de manera reversible; es decir, pueden hincharse ligeramente con el agua y volver luego al tamaño original al secarse. Sin embargo cuando se calientan en agua, los gránulos de almidón sufren el proceso denominado gelatinización, que es la disrupción de la ordenación de las moléculas en los gránulos. Durante la gelatinización se produce la lixiviación de la amilosa, la gelatinización total se produce normalmente dentro de un intervalo más o menos amplio de temperatura, siendo los gránulos más grandes los que primero gelatinizan. Los diversos estados de gelatinización pueden ser determinados utilizando un microscopio de polarización. Estos estados son: la temperatura de iniciación (primera observación de la pérdida de birrefrigerancia), la temperatura media, la temperatura final de la pérdida de birrefrigerancia (TFPB, es la temperatura a la cual el último gránulo en el campo de observación pierde su birrefrigerancia), y el intervalo de temperatura de gelatinización. Al final de este fenómeno se genera una pasta en la que existen cadenas de amilosa de bajo peso molecular altamente hidratadas que rodean a los agregados, también hidratados, de los restos de los gránulos. Retrogradación Se define como la insolubilización y la precipitación espontánea, principalmente de las moléculas de amilosa,

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secciones lineales de amilopectina que retrogradan, forman zonas con una organización cristalina muy rígida, que requiere de una alta energía para que se rompan y el almidón gelatinice. Las moléculas de amilosa y amilopectina están dispersas en la solución acuosa (gelatinizada) de almidón. Después del enfriamiento, las porciones lineales de varias moléculas se colocan paralelamente debido a la formación de enlaces H. Esto obliga a las moléculas de agua a apartarse y a permitir que las moléculas cristalicen juntas. Cuando se disuelve el almidón en agua, la estructura cristalina de las moléculas de amilosa y amilopectina se pierde y éstas se hidratan, formando un gel, es decir, se gelatiniza. Si se enfría este gel, e inclusive si se deja a temperatura ambiente por suficiente tiempo, las moléculas se reordenan, colocándose las cadenas lineales de forma paralela y formando puentes de hidrógeno. Cuando ocurre este reordenamiento, el agua retenida es expulsada fuera de la red (proceso conocido como sinéresis), es decir, se separan la fase sólida (cristales de amilosa y de amilopectina) y la fase acuosa (agua líquida). El fenómeno de sinéresis puede observarse en la vida cotidiana en las cremas de pastelería, yogures, salsas y purés.

Polisacáridos importantes Glucógeno

El glucógeno es un polisacárido de reserva energética de los animales, formado por cadenas ramificadas de glucosa solubles en agua. El glucógeno es el polisacárido de reserva energética en los animales que se almacena en el hígado (10% de la masa hepática) y en los músculos (1% de la masa muscular) de los vertebrados. Además, puede encontrarse pequeñas cantidades de glucógeno en ciertas células gliales del cerebro. Cuando el organismo o la célula requieren de un aporte energético de emergencia, como en los casos de tensión o



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comidas. El glucógeno contenido en los músculos es para energía que se consume durante la contracción muscular.

cadena lineal ramificada. Entre estos monosacáridos destacan la glucosa, la galactosa o la fructosa.

El glucógeno se almacena dentro de vacuolas en el citoplasma de las células que lo utilizan para la glucólisis. Estas vacuolas contienen las enzimas necesarias para la hidrólisis de glucógeno a glucosa.

Forma parte de las paredes de las diferentes células de los tejidos del vegetal, recubriendo la superficie de las fibras de celulosa y permitiendo el enlace de pectina. La hemicelulosa se caracteriza por ser una molécula con ramificaciones, como lo es el ácido urónico, capaz de unirse a las otras moléculas mediante enlaces que constituyen la pared rígida que protege a la célula de la presión ejercida sobre esta por el resto de las células que la rodean.

Celulosa La celulosa es un homopolisacárido (es decir, compuesto de un único tipo de monómero) rígido, insoluble, que contiene desde varios cientos hasta varios miles de unidades de glucosa. Estructura de la celulosa

La celulosa se forma por la unión de moléculas de βglucosa mediante enlaces β-1,4-O -glucosídico. Es una β-1,4-O-glucosídico. hexosa que por hidrólisis da glucosa. La celulosa es una larga cadena polimérica de peso molecular variable, con fórmula empírica (C6H1005)n, con un valor mínimo de n= 200. La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, haciéndolas impenetrables al agua, lo que hace que sea insoluble en agua, y originando fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales. Función de la Celulosa ] La celulosa es un polisacárido estructural en las plantas ya que forma parte de los tejidos de sostén. Los animales no pueden utilizar a la celulosa como fuente de energía, ya que no cuentan con la enzima necesaria para romper los enlaces β-1,4-glucosídicos, β-1,4-glucosídicos, sin embargo, es importante incluirla en la dieta humana (fibra dietética) porque al mezclarse con las Heces, facilita la digestión y defecación, así como previene los malos gases. Hemicelulosa

Pectina La pectina, de la palabra griega “Pekos” (denso, espeso, coagulado), es una sustancia mucilaginosa de las plantas superiores. Esta sustancia se asocia con la celulosa y le otorga a la pared celular la habilidad de absorber grandes cantidades de agua. La celulosa tiene un importante rol en la estructura ya que le da rigidez a las células, mientras que la pectina contribuye a su textura. Durante largo tiempo, el ama de casa ha utilizado la pectina contenida en las frutas “in situ” para “espesar” jaleas. Su extracción industrial se inició recién a principios del siglo XX. En presencia de aguas forman geles. Determinan la porosidad de la pared, y por tanto el grado de disponibilidad de los sustratos de los enzimas implicados en las modificaciones de la misma. Las pectinas también proporcionan superficies cargadas que regulan el pH y el balance iónico.

Estabilidad de los carbohidratos. El tiempo de permanencia en el estomago: las grasas, las proteínas y las fibras tienen mayor permanencia que los carbohidratos. -El efecto que tengan los alimentos sobre el transito intestinal. El cual se encuentra frecuentemente aumentado por la descarga adrenergica característica de la precompetencia. A algunos atletas les da buen resultado evitar el pan de salvado (fibras) y la leche (por la lactosa) y preferir una infusión como el té, que es rica en taninos que es astringente. Los carbohidratos tienen un menor tiempo de vaciado gástrico y son útiles para completar la carga de glucógeno.



[ Principales análisis de laboratorio relacionados Glucosa en sangre Es un análisis que se realiza por separado o en una petición general de bioquímico en la sangre. El análisis de la glucosa sobre todo se realiza para estudiar la posible presencia de una diabetes mellitus o sacarina. Como es una enfermedad muy compleja y con grandes repercusiones de salud es un análisis muy discriminativo y útil que se realiza de forma bastante rutinaria. Los valores normales son entre 70 y 105 mg por decilitro. En los niños pequeños se aceptan valores de 40 a 100 mg/dl. Los valores más bajos de 40-50 mg/dl se consideran bajos (hipoglucemia). Los valores más altos de 128 mg/dl se consideran altos (hiperglucemia). Hemoglobina glicosilada El análisis de la hemoglobina glicosilada muestra el nivel promedio de azúcar (glucosa) en su sangre en las últimas seis a ocho semanas. La hemoglobina es una proteína que llevan los glóbulos rojos o hematíes . El azúcar de la sangre se une a la hemoglobina para formar la hemoglobina A1 (glicosilada). Si la sangre contiene más azúcar la hemoglobina glicosilada aumenta y sobre todo que permanece aumentada durante 120 días. Por esto la medición de la hemoglobina glicosilada refleja todas las subidas y bajadas del azúcar en su sangre en las pasadas ocho o más semanas. adultos normales

2,2 a 4,8 %

niños normales

1,8 a 4 %

diabéticos bien controlados

2,5 a 5,9 %

diabéticos con control suficiente 6 a 8 % diabéticos mal controlados

mayor de 8 %

Análisis de orina (EGO) El análisis rutinario de orina es una medición por métodos físicos y químicos para medir diferentes parámetros químicos y microscópicos para diagnosticar la presencia de infecciones urinarias, enfermedades renales, y otras

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precoz de diferentes enfermedades, para el control de la diabetes o enfermedades renales. También para diagnosticar infecciones urinarias o la presencia de enfermedades renales.

Referencias  

Guyton, Arthur. Tratado de Fisiología Médica. 11ª ed. España: Elsevier Saunders; 2006. Bolton-Smith C & Woodward M (1994). Dietary composition and fat to sugar ratios in relation to obesity. Int J Obesity 18;820-828.

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