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AUTO – OXIDACIÓN I
DETERIORO DE LÍPIDOS
Hidrólisis
Auto – Oxidación
1
AUTO – OXIDACIÓN I
LIPÓLISIS
HIDRÓLISIS DE ENLACE ÉSTER:
◦ ACCIÓN ENZIMÁTICA O POR CALOR
EN PRESENCIA DE AGUA
LIPASAS (ENZIMAS)
◦ PRESENTES EN ALIMENTO O POR CONTAMINACIÓN
MICROBIANA.
LA LIPÓLISIS OCURRE EN:
◦ GRASAS Y ACEITES
◦ ALIMENTOS FRITOS (ALTOS CONTENIDO DE AGUA Y
TEMPERATURAS)
2
AUTO – OXIDACIÓN I
… LIPOLISIS
DEFECTOS
◦ Aromas rancios (enranciamiento hidrolítico).
◦ Libera Ác. grasos, más susceptibles a oxidación.
◦ Disminuye punto de humo.
◦ Diminuye tensión superficial del aceite.
◦ Reduce calidad de alimentos fritos.
USOS
◦ Lipasas microbianas y lácteas, desarrollan aromas
típicos de quesos.
3
AUTO – OXIDACIÓN I
Lipólisis
+ 3 H2O +
TRIGLICERIDO AGUA GLICEROL AC.
GRASO
4
C-O-C-C-RH
H O
C-O-C-C-R
O
H
C-O-C-C-RH
O
H
H
H
H
C-OH
C-OH
C-OH
H
R-C-OH
O
3
AUTO – OXIDACIÓN I
HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA
ALIMENTOS Y MICROORGANISMOS LIPASAS (HIDRÓLISIS DE
ACIL LÍPIDOS), LIPÓLISIS
◦ INDESEABLE EN LECHE (RANCIDEZ POR ÁC. GRASOS < C14)
◦ DESEABLES EN PRODUCTOS DE QUESO Y CHOCOLATE.
◦ ÁC. GRASOS INSATURADOS LIBERADOS EMULSIONADOS,
MODIFICAN PROPIEDADES SENSORIALES
SABOR PICANTE
FAVORECE LA AUTOOXIDACIÓN
OXIDACIÓN ENZIMATICA
◦ TROCEADO DE FRUTAS Y VERDURAS, SEMILLAS Y FRUTOS OLEAGINOSOS
5
AUTO – OXIDACIÓN I
HIDRÓLISIS DE LOS LÍPIDOS EN PAPAS HOMOGENEIZADAS
MATERIAL ACIL-LÍPIDO
(Mol/g)
Ác. GRASOS
LIBRES
(Mol/g)
Papas frescas 2.34 0.7
Homogeneizado de Papa 2.04 1.4
Homogeneizado después de 10
min a 0 °C 1.72 1.75
Homogeneizado después de 10
min a 25 °C 0.54 2.9
6
AUTO – OXIDACIÓN I
LIPASAS
HIDROLIZAN SOLO ACIL-LÍPIDOS EMULSIONADOS (INTERFASE W/O)
SEMILLAS, CEREALES, FRUTAS, HORTALIZAS MICROORGANISMOS
ESPECIFICIDAD: GRUPOS PRIMARIOS DE GLICERINA O TODOS LOS ENLÁCES ESTER /
INSTAURACIONES Y POSICIÓN
VELOCIDAD [LONGITUD ACILO / TAMAÑO DE LA GOTA DE (EMULSIÓN)]
MODELO DE ACCIÓN EN INTERFASE W/O (INTERACCIONES HIDROFOBAS)
Ca2+ PROMOTOR DE ACTIVIDAD (PRECIPITA ÁC. GRASOS)
EJEMPLO DE ESPECIFICIDAD DE LIPASAS
Especificidad de hidrólisis Fuentes de Lipasas
Restos acilo en las posiciones 1 y 3 Páncreas, leche, P. fragi, P. Roqueforti
Restos acilo en las posiciones 1, 2 y 3 Avena, ricino, Aspergillus flavus
Ácido oleico y linoleico en las posiciones 1,2 y 3 Geotrichum candidum
7
AUTO – OXIDACIÓN I
HIDROLASAS DE LÍPIDOS POLARES FOSFOLIPASAS
ALTA ESPECIFICIDAD PARA ATACAR COMPONENTES DE FOSFATIDOS
FOSFOLIPASAS DE LECITINA:
◦ A1 (POS.1),
◦ A2, B (1 ó 2),
◦ C (ACILGLICEROL Y FOSFORILCOLINA)
◦ D (TRANSFIERE FOSFATIDILO A AGUA O ALCOHOL)
H2C-O-CO-R
1
CH-CO-O
C-O P
O
O
O-CH2-CH
2-N-CH
3H
2
CH3
CH3
R2
P-LIP-B
P-LIP-A2
P-LIP-C P-LIP-D
P-LIP-A1
8 P-LIP. FOSFOLIPASA
AUTO – OXIDACIÓN I
GLICOLIPIDOHIDROLASAS PRESENTES EN PLANTAS VERDES
HIDRÓLISIS DE ACILOS DE MONO Y DIGALACTOSIL-DIACILGLICEROLES
ACILHIDROLASAS PURIFICADAS DE LA PAPA
(ESPECIFICIDAD DE SUSTRATO)
Sustrato Actividad relativa(%)
Mono oleina 100
Dioleina 21
Trioleina 0.2
Ester metilico del oleico 28
Liso-lecitina 72
Lecitina 13
Monogalactosildiacilglicerol 31
Digalactosil-diacilglicerol 17 9
AUTO – OXIDACIÓN I
AUTO - OXIDACIÓN
REACCIÓN DE LÍPIDOS CON OXIGENO MOLECULAR
CAUSA PRINCIPAL DEL DETERIORO DE ALIMENTOS
ACIDOS GRASOS INSATURADOS
DEFECTOS PRODUCIDOS EN LOS ALIMENTOS
OLORES Y SABORES DESAGRADABLES
REDUCCIÓN DE VIDA UTIL DEL ALIMENTO
RECHAZO DEL PRODUCTO POR EL CONSUMIDOR
DISMINUCIÓN DE CALIDAD NUTRICIONAL DEL ALIMENTO
ALGUNOS PRODUCTOS DE OXIDACIÓN SON TÓXICOS.
10
AUTO – OXIDACIÓN I
COMPLEJIDAD DEL PROCESO DE AUTOXIDACIÓN:
1. ESTUDIO EN ALIMENTOS POR SISTEMAS MODELO (OLEATO,
LIOLEATO, LINOLENATO)
LA VELOCIDAD DE AUTOXIDACIÓN DEPENDE DE:
◦ COMPOSICIÓN EN ÁCIDOS GRASOS (GRADO DE INSATURACIÓN)
◦ CONCENTRACIÓN Y ACTIVIDAD DE PRO Y ANTIOXIDANTES
◦ PRESIÓN PARCIAL DEL O2
◦ CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO DEL ALIMENTO (TEMP,
EXPOSICIÓN A LA LUZ, HUMEDAD)
11
AUTO – OXIDACIÓN I
DOS SITUACIONES PRESENTES EN AUTO – OXIDACIÓN…
1. SE PRESENTA PERÍODO DE INDUCCIÓN: DESPUÉS DE CIERTO TIEMPO SE
DETECTAN LOS PRIMEROS PRODUCTOS DE OXIDACIÓN, AUMENTANDO
DESPUÉS LA VELOCIDAD DE REACCIÓN: MUY FRECUENTE EN ALIMENTOS.
2. NO HAY PERÍODO DE INDUCCIÓN.
PERIODO DE INDUCCIÓN Y VELOCIDADES RELATIVAS DE OXIDACIÓN
Ácido graso No. Grupos alilo Periodo de
Inducción (horas)
Velocidad relativa
de oxidación
18 : 0 0 1
18 : 1 (9) 1 82 100
18 : 2 (9,12) 2 19 1,200
18 : 3 (9,12,15) 3 1.34 2,500 12
AUTO – OXIDACIÓN I
DESCRIPCIÓN BÁSICA DE LA AUTO - OXIDACIÓN
ESQUEMA ELEMENTAL DE REACCIÓN EN CADENA POR
RADICALES LIBRES (PERIODO DE INDUCCIÓN) Y POSTERIOR
AUMENTO EXPONENCIAL DE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN
MECANISMOS DE RADICALES LIBRES CONFIRMADO
POR:
1. INHIBICIÓN CON ESPECIES QUÍMICAS QUE INTERFIEREN CON
REACCIONES DE RADICALES LIBRES.
2. POR ESTAR CATALIZADA POR LA LUZ Y SUSTANCIAS CAPACES
DE PRODUCIR RADICALES LIBRES.
3. ALTA PRODUCCIÓN DE HIDROPEROXIDOS (ROOH)
13
AUTO – OXIDACIÓN I
FASES DE LA AUTO - OXIDACIÓN
MEDICIÓN EXPERIMENTAL DE ABSORCIÓN DE OXIGENO
(RH) = ACIDO GRASO
(ROOH) = HIDROPEROXIDO
(p) = PRESIÓN DE OXIGENO
Ka, , p = CONSTANTES EMPÍRICAS
A PRESIONES ALTAS DE O2 SE OBTIENE:
A PRESIONES BAJAS DE O2 SE OBTIENE:
pRH
ROOHRHKa
dt
OdVelocidad
/)(1
))(()( 2
14
velocidad= k3 ( k
1/k
6)1/2
[ROOH] ][ RH
)1/2
k4
k3 (k1/velocidad= [ROOH][O2
]
AUTO – OXIDACIÓN I
15
INICIACIÓN K1 INICIADOR
FORMACIÓN DE
RADICALES: ALQUILO (R.)
PROPAGACIÓN
R° + O2 ROO° (K 2=109 m-1 s-1 muy rápida)
A altas [O2], todos los radicales R° ROO°
(ACUMULACIÓN)
ROO° + RH ROOH + R°
RO° + RH ROH + R°
K3=10-6m-1s-1(muy lenta)
Limita la propagación de la cadena de
radicales
MULTIPLICACIÓN
ROOH RO° + °OH Peroxidación sé acelera autocataliticamente
(formación de radicales por escisión
monomolecular) ENDERGONICA
2 ROOH RO2° +RO° + H2O Formación de radicales por reacción
bimolecular. Requiere altas [O2]
EXERGONICA
TERMINACIÓN
R° +R°
R°+ ROO°
ROO° + ROO°
PRODUCTOS ESTABLES
(NO RADICALES)
Un radical puede producir 100 radicales
antes de terminar la cadena
K2
K3
K4
K5
K6
AUTO – OXIDACIÓN I
ESQUEMA GENERAL DE LA AUTO - OXIDACIÓN
16
AUTO – OXIDACIÓN I
FACTORES QUE DESENCADENAN LA INICIACIÓN
AUTO - OXIDACIÓN INICIADA POR RADICALES LIBRES
(ORIGEN DESCONOCIDO Y DIVERSO)
LA REACCIÓN: RH + O2 RADICALES LIBRES
TERMODINÁMICAMENTE POCO FAVORECIDA (Ea=35 Kcal/mol)
REQUIERE DE CATÁLISIS (CATALIZADORES):
◦ METALES
◦ LUZ
◦ PIGMENTOS VEGETALES Y ANIMALES
◦ OXÍGENO SINGULETE (1 O2)
17
AUTO – OXIDACIÓN I
SECUENCIA DE EVENTOS Y PARTICIPACIÓN DE LAS
DIFERENTES ESPECIES DE OXIGENO
INICIACIÓN: (OXIGENO SINGULETE (1 O2)
◦ FORMACIÓN POR CATALIZADORES DE SUFICIENTES RADICALES LIBRES: (R° Y RO2°)
◦ PARTICIPACIÓN IMPORTANTE DE OXIGENO SINGULETE (1 O2)
PROPAGACIÓN DE REACCIONES EN CADENA
◦ ABSTRACCIÓN DE ÁTOMOS DE H (a metilenicos) PARA PRODUCIR RADICALES ALQUILO (R°)
(R° Y RO2°) + RH (RH Y ROOH) + R°
◦ ADICIÓN DE OXIGENO MOLECULAR (TRIPLETE (3 O2) EN ESTAS POSICIONES (CON
RADICALES ALQUILO) PARA PRODUCIR RADICALES PEROXI RO2°
R. + (3 O2) RO2°
◦ RADICALES PEROXI ( RO2°) ABSTRAEN H (a metilenicos) PARA PRODUCIR RADICALES
ALQUILO (R°)
RO2° + RH ROOH + R°
18
AUTO – OXIDACIÓN I
FORMACIÓN E IMPORTANCIA DE LOS MONOHIDROPERÓXIDOS
REACTIVIDAD DE LOS RADICALES FORMADOS
RADICAL REACTIVIDAD
PEROXI (RO2°) BAJA
HIDRI (°OH)
ALTA ALCOXI (RO°)
19
1) R + 1 O2 RO2°
LOS RADICALES PEROXI (RO2°) FORMADOS, SON POCO REACTIVOS. SUSTRAEN
POR TANTO SELECTIVAMENTE EL ÁTOMO DE H DE LA MOLÉCULA DEL ÁCIDO
GRASO, MÁS DÉBILMENTE UNIDO
2) RO2° + RH ROOH + R°
LA REACCIÓN 2 ES SOLAMENTE RÁPIDA CUANDO LA ENERGÍA NECESARIA PARA
SUSTRAER EL H DE LA MOLÉCULA DE ÁCIDO GRASO ES MUCHO MENOR QUE LA
ENERGÍA LIBERADA EN LA FORMACION DEL ENLACE HIDROGENO-OXÍGENO DEL
GRUPO HIDROPERÓXIDO FORMADO
AUTO – OXIDACIÓN I
ENERGÍAS NECESARIAS PARA SUSTRAER EL H DE LOS GRUPOS
PRESENTES EN EL ÁCIDO GRASO
ENLACE ENERGÍA PARA DISOCIACIÓN DE UN
ÁTOMO DE H <DR-H ( KJ/MOL)>
422
410
322
272
20
CH2
H
CH3-CH-
H
CH-CH=CH-
H
-CH=CH-CH-CH=CH-
H
AUTO – OXIDACIÓN I
EL ESQUEMA DE LA REACCIÓN GENERAL PARA ÁCIDOS GRASOS NO SATURADOS
ÁCIDO OLEICO:
Sustracción del átomo de hidrógeno se produce en
grupos a metileno 8 y 11 con formación de cuatro
hidroperóxidos: (8, 9, 10 y 11)
◦ Identificables como productos de oxidación
◦ Resultado de estabilización de radicales por resonancia
◦ Configuración del doble enlace de hidroperóxidos que
depende de la temperatura:
TAMBIENTE: 33% cis y 67 % trans (más estable).
21
AUTO – OXIDACIÓN I
10 9 8
C-C=C-C
109
8
11 10 911 10 9
.
...
.O
2O
2
C=C-C- C-C=C-
11
10 910 9
. .O
2 O2
C=C-C- C-C=C-88
-C-=C-C--C-=C-C-OO
-C-=C-C-OO
OO
-C-=C-C-
O-C-=C-C-
HO
-C-=C-C--C-=C-C--C-=C-C- O
HOO
OOOHH
11
OO
3
33 3 3
22
AUTO – OXIDACIÓN I
-C=C-CC
H
HH
H HH
R.ROO.
11 10 9 8
RH
ROOH-C=C-C
H
H
H HH
11 10 9 8
.C
o=o
H
H
HH
11 10 9 8
C=C-C-C
H
.
o=o
H
H
HH
11 10 9 8
C=C-C-C
H
O
O.
H
H
HH
11 10 9 8
C-C=C-C
H
O
O
R-H
.
H
H
HH
C-C=C-C
O
O
H
H
R.
H
H
HH
C=C-C-C
O
O
H
H
R.
11
10
9
811
10
9
8
++
23
AUTO – OXIDACIÓN I
El hidrógeno de un C adyacente a uno que porta un doble enlace se
desplaza dando radical libre
-C=C-CC
H
HH
H HH
-C=C-CC
H
H
H HH
RADICAL LIBREACIDO GRASO INSATURADO
.
24
Peróxido desplaza un H de otro ác. Graso, activándolo, éste se
convierte en radical libre. El H desplazado se une al peróxido
formando el hidroperóxido
El O2 se une el C que porta el radical libre, forma peroxido activado
+ H°
HIDRÓGENO LÁBIL
-C=C-C
H
H
H HH
C.
RADICAL LIBRE
+ O2
OXÍGENO
-C=C-C
H H
H
H H
C
O-O.PEROXIDO ACTIVADO
-C=C-C
H H
H
H H
C
O-O.PEROXIDO ACTIVADO
-C=C-CC
H
HH
H HH
ACIDO GRASO INSATURADO
-C=C-C
H H
H
H H
C
O-OH
HIDROPEROXIDO
-C=C-C
H
H
H HH
C
.RADICAL LIBRE
+ +
AUTO – OXIDACIÓN I
ÁCIDO LINOLEICO
REACCIÓN PRINCIPAL:
◦ SUSTRACCIÓN DEL HIDRÓGENO DEL GRUPO METILENO EN
POSICIÓN 11 (SITUADO ENTRE LOS DOBLES ENLACES).
◦ GRUPO METILENO DEL C 11 ESTA DOBLEMENTE ACTIVADO POR
DOS DOBLES ENLACES ADYACENTES
◦ MEZCLA HIDROPEROXIDOS 9- Y 13- DIENOS CONJUGADOS
REACCIONES SECUNDARIAS (EN MENOR MEDIDA):
25
AUTO – OXIDACIÓN I
26
-C=C-C-C=C-
13 12 11 10 9
H H H HH
H
ROO.
-C=C-C-C=C-
11
H H H HH12 1013 9
.
.
. -C=C-C-C=C-
11
H H H HH12 1013 9
.
.-C=C-C-C=C-
11
H H H HH12 1013 9
.-C=C-C-C=C-
11
H H H HH12 1013 9
O=O
-C=C-C-C=C-
11
H H H HH12 1013 9
-C=C-C-C=C-
11
H H H HH12 1013 9
O
O
O
O
R-H
-C=C-C-C=C-
11
H H H HH12 1013 9
O
O
H + R° ISOMEROS 9 Y 13 (ÚNICOS)
AUTO – OXIDACIÓN I
ACIDO LINOLENICO
DOS METILENOS DOBLEMENTE ACTIVADOS EN C11 Y
C14 (PREFERENCIA DE OXIGENO SINGULETE(1 O2) POR
ESTAS DOS POSICIONES
FORMACIÓN DE CUATRO MONOHIDROPERÓXIDOS 9,
12, 13, 16. DIFERENTES CANTIDADES PREDOMINANDO
ISOMEROS 9 Y 16.
27
AUTO – OXIDACIÓN I
28
15 1314 12 11 10
C=C-C-C=C-C-C=C-C-
H H H H H H H H H
H H
16 15 1314 12 11 10 9
C=C-C-C=C-C-C=C-C-
H H H H H H H H H8
H
16 15 1314 12 11 10 9
C=C-C-C=C-C-C=C-C-
H H H H H H H H H8
H
16 15 1314 12 11 10 9
H H H H H H H H H8
H
16 15 1314 12 11 10 9
H H H H H H H H H8
H
16 15 1314 12 11 10 9
H H H H H H H H H8
H
ROO
..
.
16
O=O
. .
16 15 1314 12 11 10 9
H H H H H H H H H8
HO
O
-C=C-C=C-C-C-C=C-C-C-C=C-C=C-C-C=C-C
-C-C=C-C=C-C-C=C-C -C=C-C=C-C-C-C=C-C
.
O
O.
R-H
16 15 1314 12 11 10 9
H H H H H H H H H8
H
-C-C=C-C=C-C-C=C-C
16 15 1314 12 11 10 9
H H H H H H H H H8
H
-C=C-C=C-C-C-C=C-C
O
O
H
O
O
H
AUTO – OXIDACIÓN I
FORMACIÓN DE PERÓXIDOS CÍCLICOS
COMÚNMENTE FORMADOS DURANTE LA OXIDACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS
POLINSATURADOS. PUEDEN SER:
◦ PERÓXIDOS CÍCLICOS
◦ HIDROPERÓXI PERÓXIDOS CÍCLICOS
CON ÁCIDO LINOLEICO:
◦ ISOMEROS 12 Y 13 DESCOMPOSICIÓN RÁPIDA Y FORMACIÓN DE PERÓXIDOS
CÍCLICOS (PEROXIDOHIDROPEROXIDO DE 6 MIEMBROS)
.16 15 1314 12 11 10 9
H H H H H H H H H8
-C=C-C=C-C-C-C=C-C
O
O.
16 12 9
O
C=C-C=C-C-C-C-C-C
O
O=O16 12
O
C=C-C=C-C-C-C-C-C
O
OOH
29
CONFIGURACIÓN DE DOBLES ENLACES CONJUGADOS DEPENDE DE
CONDICIONES DE LA REACCIÓN: A TEMPERATURAS <40 °C: PERÓXIDOS CIS
>TRANS
AUTO – OXIDACIÓN I
FRAGMENTACIÓN
COMPITE CON LA CICLIZACIÓN. INCORPORACIÓN REPETIDA DE MOLÉCULA DE
OXÍGENO RESULTANDO ISOMEROS DE POSICIÓN:
30
-CH-CH=CH
O-O.
-CH-CH=CH
O-O.
CH=CH-CH-
O-O.
CH=CH-CH-
O-O.
810
911 11 9
10 8
RADICALES PERÓXIDO DEL ÁCIDO OLEICO SON:
DEL GRUPO -OOH) O CON IONES DE METALES PESADOS
FORMANDO NUEVAMENTE RADICALES PERÓXIDO.