He querido darle continuidad a este tema de la química en los alimentos, hablando en esta oportunidad de los carbohidratos, un vasto campo de la química del carbono muy importante para comprender la ciencia de los alimentos y determinar sus propiedades nutricionales.
La mayoría de nuestras calorías provienen de los carbohidratos. Fuente: imagen editada, original de Wikipedia.com.
La química de los carbohidratos alimenticios es muy importante para los profesionales de la química que investigan y controlan la fabricación y propiedades de los alimentos, ya que la química de estos compuestos podría variar durante su preparación en la instalación de procesamiento, durante su almacenamiento o incluso durante su preparación final en nuestra cocina. Pero también es muy importante para nosotros los consumidores tener una noción de este importante grupo de alimentos debido a la relación que existe entre estos y nuestra salud.
Y en nuestra dieta hemos incluido una gran cantidad de carbohidratos, desde simples como los monosacáridos hasta los más abundantes y complejos polisacáridos. Por eso debemos comprender como sus estructuras determinan sus propiedades, y a su vez, como sus propiedades determinan sus usos. Así, conociendo estas relaciones podemos seleccionar el carbohidrato que proporcione las características requeridas. Así que hagamos una pequeña descripción de este importante grupo de alimentos en este post.
Carbohidratos en la dieta
Primeramente debemos decir que los carbohidratos son un tipo de molécula constituida por carbono, hidrogeno y oxígeno, que por lo general cumplen con una proporción entre átomos de hidrógeno-oxígeno de 2:1, por lo que se ajustan a la formula empírica CmH2On. En términos generales, constituyen un grupo de moléculas conocidas como sacáridos, en las cuales están incluidos los azucares, el almidón y la celulosa[1].
El azúcar de mesa es uno de los sacáridos más conocidos. Fuente: 
Los carbohidratos en los alimentos son principalmente azucares y derivados del azúcar, algunos de los más comunes son: la sacarosa o azúcar de caña común (C12H22O11), la glucosa (C6H12O6) y la fructosa (C6H12O6).
Aunque en el área de los alimentos, se suele asociar de manera común e informal el término carbohidrato con cualquier alimento rico en azúcar como los dulces y postres o con el carbohidrato complejo del almidón, como el pan y la pasta.
Pero una mejor manera de clasificar a este grupo de compuestos del carbono es según su grado de polimerización, dividiéndose principalmente en tres grupos, siendo estos, los azúcares, los oligosacáridos y los polisacáridos, como se muestra en la siguiente tabla.
Tabla 1. Carbohidratos presentes en nuestra dieta
Datos tomados de Wikipedia.com.
Monosacáridos y disacáridos
Los monosacárido son los carbohidratos más sencillos, es decir, no pueden ser hidrolizados a hidratos más pequeños, siendo aldehídos y cetonas con dos o más grupos hidroxilos que cumplen con la formula (CH2O)n.
Por otro lado, cuando dos monosacáridos se unen mediante enlaces covalentes conforman un disacárido, lo que representa la forma más simple de polisacárido.
Los monosacáridos y disacáridos se encuentran presentes de forma constante en nuestra dieta, particularmente en las frutas y vegetales dulces, por lo que han sido utilizados para añadirle dulzor a los alimentos.
Los monosacáridos más comunes son tres:
- Glucosa: es el azúcar que podemos encontrar de forma más abundante en la naturaleza, se encuentra de forma libre en muchas frutas, y se categoriza como una hexosa ya que contiene 6 átomos de carbono en su estructura, C6H12O6. En general, casi cualquier otro carbohidrato que ingerimos termina convirtiéndose en glucosa mediante diferentes reacciones bioquímicas, ya que esta es la principal fuente de energía de nuestras células.
Estructura de la glucosa. Fuente: imagen editada, contiene imagenes de dominio público: estructura y frutas.
- Galactosa: este azúcar simple también es una hexosa, forma parte de los glucolípidos y las glucoproteínas presentes en las células. También se le considera una aldohexosa ya que contiene un grupo aldehído en el extremo de la misma y es un epímero C-4 de la glucosa, es decir, tiene la misma fórmula molécular de la glucosa pero difieren en la orientación del grupo alcohol unido al carbono número 4. Una molécula de glucosa unida a una molécula de galactosa forma la lactosa, por lo que la principal fuente de galactosa proviene de la ingesta de leche[2].
Estructura de la galactosa. Fuente: imagen editada, contiene imagenes de dominio público: estructura y leche.
- Fructosa: es un monosacárido muy abundante en las frutas dulces y la miel. También es un isómero de la glucosa, por lo que tienen la misma fórmula molecular pero con diferente estructura; este compuesto se diferencia en la presencia de un grupo cetona en la estructura química, por lo que también se dice que es una cetohexosa.
Estructura de la fructosa. Fuente: imagen editada, contiene imagenes de dominio público: estructura y miel.
Y entre los disacáridos más comunes podemos nombrar:
- Sacarosa: mejor conocida como azúcar común, es quizás el carbohidrato más vendido en el mundo, se obtiene en su mayoría de la caña de azúcar y de la remolacha. Este carbohidrato es un disacárido compuesto por la unión de una molécula de glucosa y una de fructosa.
Formula estructural de la sacarosa. Fuente: Wikipedia.com.
- Lactosa: es conocida como el azúcar de la leche, debido a que se sintetiza de forma natural en el tejido mamario de mujeres, vacas y hembras de otros mamíferos. Este disacárido está formado por la unión de una molécula de glucosa y otra de galactosa[3]. La lactosa se obtiene comercialmente a partir del suero de la leche de vaca, el obtenido como subproducto de la elaboración de quesos, y es utilizada en la preparación de complementos alimenticios infantiles.
Formula estructural de la beta-lactosa. Fuente: Wikipedia.com.
- Maltosa: este disacárido se forma por la unión de dos moléculas de glucosa, y se produce en bajos porcentajes en granos germinados, por eso aparece en productos como la cerveza[4]. Durante la elaboración de la cerveza, la maltosa se produce por la acción de la cebada en germinación, o malta, sobre el almidón, por eso se le conoce como azúcar de malta.
Formula estructural de la alfa-maltosa. Fuente: Wikipedia.com.
Como podemos observar, estos tres disacáridos contienen una molécula de glucosa, la cual está unida a otro monosacárido mediante un enlace glucosídico alfa, el cual se representa en sus estructuras en forma de “V”, el termino glucosídico hace referencia a enlaces entre azucares. Y si nos fijamos, en la lactosa esto es diferente, ya que contiene un enlace beta, lo cual hace necesario una enzima especial para romper este enlace, y la ausencia de actividad de esta enzima es la que hace a las personas padecer de una condición denominada intolerancia a la lactosa.
Forma general de los tres disacáridos más comunes. Fuente:
Oligosacáridos y polisacáridos
Estos son los carbohidratos más complejos. Los oligosacáridos forman parte de la fibra del tejido vegetal, y son moléculas que están constituidas por la unión de varios monosacáridos, por lo general de 2 a 10, aunque los más complejos pueden tener incluso 20; y de tres en adelante pueden ser lineales o ramificados mediante enlaces glucosídicos[4]. El grupo más simple de oligosacáridos lo constituyen los disacáridos que acabamos de nombrar, mientras que otros más complejos tienen propiedades importantes para la salud, como los fructooligosacaridos presentes en muchas frutas y vegetales como la cebolla, ajos, espárragos, cebada trigo y ajo porro, los cuales tienen asociados efectos prebióticos y actúan como sustrato para la microflora en el intestino grueso[5].
Estructura general de los fructooligosacaridos. Fuente: Wikipedia.com.
Por otro lado, los polisacáridos, así como su nombre lo indican, son el resultado de la condensación de una gran cantidad de monosacáridos. Podría decirse que son como los polímeros, en los cuales sus monómeros (constituyentes principales) son moléculas de monosacáridos unidas repetitivamente mediante enlaces glucosídicos[6]. Por ejemplo, algunos de los polisacáridos más comunes son: la celulosa, la cual sería un polímero de β-glucosa conformado por la unión de más de 3000 unidades de glucosa, o el almidón, el cual sería de forma similar, un polímero de α-glucosa. Otros polisacáridos comunes son la quitina y el glucógeno.
Almidones y fibras
El almidón es uno de los carbohidratos que más forma parte de nuestra dieta, está incluido en los cereales (arroz, maíz y trigo) y tubérculos como papa y yuca, y en los alimentos procesados a partir de estos, como tortillas, pan y pastas.
Por otro lado, la fibra alimentaria está compuesta por la parte del tejido vegetal que resiste la digestión, ya que está compuesta de polisacáridos como la celulosa y la inulina y otros compuestos no sacáridos como la lignina.
Estructuras de dos polisacáridos comunes. Fuente: imagen editada por
Lo increíble a destacar es como, a pesar de que la celulosa y el almidón son polímeros del mismo monosacárido, las diferencias en su estructura les confieren propiedades completamente diferentes desde el punto de vista bioquímico; ya que, aunque ambos compuestos son cadenas lineales de glucosa, el almidón contiene enlaces alfa mientras que la celulosa contiene enlaces beta glucosídicos, así, mientras el almidón es degradado por enzimas y bacterias en el intestino la celulosa no. Esto convierte a los almidones en fuentes de energía, y aunque la celulosa no puede ser digerida, también tiene un papel importante, pues es bien conocido su efecto para aliviar el estreñimiento y la relación de las dietas ricas en fibra en el control de la obesidad[7].
En resumen
Los carbohidratos son compuestos del carbono, principalmente azucares y sus derivados, que se han convertido en una parte importante de nuestra dieta, al ser la principal fuente de energía para nuestras células.
Los monosacáridos son azúcares simples como la glucosa, la fructosa y los disacáridos como la sacarosa, por su potente dulzor, son utilizados como azúcar añadida a nuestros alimentos. Por otro lado, los carbohidratos más complejos (oligosacáridos y polisacáridos), son polímeros de los azucares simples y constituyen una parte esencial de nuestra dieta al ser una fuente importante de energía y promover la salud intestinal, lo que conlleva otros beneficios para la salud.
Pero hay que tener en cuenta que los excesos son malos, nuestros alimentos procesados nos facilitan consumir gran cantidad de carbohidratos, lo que se transforma en un exceso de energía que las células no consumen, por lo que se transforman en grasa como una forma de almacenar esa energía, y esto está relacionado con el sobrepeso.
Referencias
- Wikipedia.com. Carbohydrates.
- Wikipedia.com. Galactosa
- Wikipedia.com. Lactosa
- Wikipedia.com. Oligosacáridos
- Wikipadia.com. Fructooligosacárido
- Wikipedia.com. Polisacáridos
- Wikipedia.com. Fibra alimentaria
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