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Carboidratos

De um modo geral, todos os alimentos são constituídos por substâncias químicas, tais como: proteínas, lipídios, carboidratos, fibras, minerais, vitaminas e água. Estas substâncias químicas são chamadas de nutrientes as quais desempenham no organismo funções vitais, correspondentes as suas necessidades de crescimento, de energia, de elaboração e manutenção tecidual e de equilíbrio biológico.

Alimentos fontes: Vegetais- cereais (arroz, trigo, milho, aveia, cevada), raízes e tubérculos (batata inglesa, batatadoce, mandioca, beterraba, inhame), leguminosas (feijão), frutas, doces, etc.

  • Definição

São compostos orgânicos constituídos de Carbono (C), Hidrogênio (H) e Oxigênio (O) produzido na natureza pelas plantas através da fotossíntese. São o principal fornecedor de energia para o funcionamento orgânicos.

São definidos como poli-hidroxialdeídos, poli-hidroxicetonas, poli-hidroxiálcoois, polihidroxiácidos, e seus derivados simples, e polímeros desses compostos unidos por ligações hemiacetáticas.

  • Considerações gerais e classificação dos carboidratos

Os carboidratos representam a fonte de energia da vida. De todos os compostos existentes na terra estes são os mais amplamente distribuídos.

São também chamados de glicídios ou sacarídeos por estar no grupo das substâncias doces que conhecemos como glicose e sacarose tendo um ou vários grupos alcoólicos (OH) e um grupo aldeído (-CHO) ou cetônico (-CO-), ou seja, possuem na sua estrutura um grupo aldeído H-C =O ou cetona R- C-R.

Inicialmente os hidratos de carbono receberam esta designação por se pensar que todos tivessem como fórmula Cn(H2O)n, com o desenvolvimento dos métodos químicos verificou-se que esta generalização está incorreta.

As plantas convergem energia luminosa (solar) em energia química, com o pigmento verde contido na planta (a clorofila), ocorre a fotossíntese e a formação de glicose:

6 CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2

A energia dos carboidratos é liberada quando os animais ou outros organismos metabolizam e formam o CO2 e H2O liberando energia, recomeçando o ciclo.

As principais fontes de carboidratos são o açúcar (doces, hortaliças e leite), os cereais e os grãos, portanto, são encontrados nas frutas, mel, sucrilhos, aveia, granola, arroz, feijão, milho, pipoca, farinhas, pães, bolos e demais massas.

Estes alimentos são divididos em dois grupos: simples e complexos.

Carboidratos simples são os açúcares e carboidratos complexos são os amidos e os glicogênios (encontrados nos músculos e fígado). A absorção dos carboidratos é bastante rápida, sendo que a energia é colocada à disposição do corpo imediatamente após a ingestão. Mas, da mesma forma, suas reservas esgotam-se em aproximadamente meio dia após a última refeição.

E como os carboidratos geram energia? Em primeiro lugar, eles devem ser convertidos em glicose, no fígado, para, posteriormente, serem transformados em energia pelas células.

Classificação dos carboidratos

Monossacarídeos

Os monossacarídeos são os menores e mais simples carboidratos, que, se hidrolisados a compostos de menor peso molecular, não serão mais carboidratos, correspondem a menor unidade estrutural de um carboidrato. Esses compostos apresentam um dos seguintes grupos funcionais; polihidroxialdeído, polihidroxicetona, polihidroxiácido e polihidroxiálcool.

De acordo com o número de carbonos os monossacarídeos podem ser classificados em:

3C= triose , 4C= tetrose , 5C= pentose , 6C= hexose, 7C= heptose.

Os monossacarídeos mais importantes em química de alimentos são as pentoses e as hexoses. Os monossacarídeos importantes para a nutrição humana são: glicose, frutose e

galactose. A glicose é o monossacarídeo básico dos carboidratos e é encontrado em maior quantidade na natureza. É o único carboidrato constituinte dos polissacarídeos amido, glicogênio e celulose.

Os monossacarídeos são classificados de acordo com a natureza química do grupo carbonila e pelo número de seus átomos de carbono. Os que têm grupos aldeídicos são aldoses e os que têm grupos cetônicos, formam as cetoses.

Oligossacarídeos

São polímeros contendo de 2 a 10 unidades de monossacarídeos unidos por ligações glicosídicas. São nomeados segundo o número de moléculas de monossacarídeos: dissacarídeos, trissacarídeos, tetrassacarídeos. Os mais importantes são os dissacarídeos os quais contém dois monossacarídeos. Para formar dissacarídeos, oligossacarídeos ou mesmo polissacarídeos, é necessário que os monossacarídeos se unam entre si através de ligações glicosídicas.

A ligação glicosídica se faz entre uma hidroxila alcoólica de uma molécula de um açúcar com a hidroxila do carbono de outra molécula de açúcar, com eliminação de água, o glicosídio resultante é um dissacarídeo.

Exemplos de dissacarídeos os quais se hidrolisam em duas moléculas de monossacarídeos:

Sacarose -> glicose + frutose (açúcar da cana ou da beterraba)

Maltose -> glicose +glicose ( açúcar do malte, da uva)

Lactose -> glicose +galactose (açúcar do leite)

Sob o ponto de vista nutricional dos animais, apenas, três dissacarídeos têm importância: a sacarose, lactose e a maltose. A Sacarose conhecida como o açúcar comercial ou açúcar comum é amplamente distribuído entre as plantas superiores. Suas únicas fontes comerciais de obtenção é a cana-deaçúcar e a beterraba

Polissacarídeos

São polímeros de alto peso molecular dos monossacarídeos. Os polissacarídeos contêm mais que 12 unidades de monossacarídeos dispostos de forma linear ou ramificada. Os que mais se encontram distribuídos na natureza são: no reino vegetal, o amido, a celulose e as pectinas; e, no reino animal, o glicogênio.

A sua solubilidade em água depende do peso molecular (diminui à medida que aumenta o peso molecular)

  • Forma D e L de monossacarídeos

Apresentam isomeria óptica. O mais simples de todos é o gliceraldeído que possui apenas um carbono assimétrico ou quiral (quatro ligantes diferentes), os compostos que possuem carbono assimétrico apresentam a propriedade de desviar a luz polarizada, e sua configuração se dá pela posição do grupo hidroxila (OH) do último carbono assimétrico, sendo a hidroxila à direita denominada de dextrógira e representada pela letra D antecedendo o nome da aldose ou da cetose e se a hidroxila estiver a esquerda chama-se levógira, representada pela letra L antes do nome do composto.

  • Propriedades de monossacarídeos e dissacarídeos

Monossacarídeos:

  1. Existem 2 famílias de monossarídeos. Se o açúcar contém um grupo aldeído, o monossacaríedo é chamado de aldose. Se ele contém um grupo cetona, o monossacarídeo é chamado de cetose.

  2. Todos os monossacarídeos, exceto a diidroxicetona, são oticamente ativos porque eles contêm um ou mais átomos de carbono assimétrico (quiral).

  3. Monossacarídeos são identificados como D ou L quando comparados com a configuração do carbono quiral mais distante do carbono carbonila com as formas D e L do gliceraldeído.

  4. Monossacarídeos com 5 ou mais átomos de carbono na cadeia existem como estruturas cíclicas em solução porque uma ligação covalente se forma entre o átomo de oxigênio de um grupo hidroxila e o átomo de carbono carbonila.

  5. Monossacarídeos contendo um anel de cinco membros são chamados furanoses e aqueles contendo um anel de seis membros são chamados piranoses.

  6. A ligação covalente intramolecular entre um grupo hidroxila e o grupo carbonila forma hemiacetal nas aldoses e um hemicetal nas cetoses.

  7. Formas isoméricas dos monossacarídeos que diferem um do outro somente na configuração do átomo de carbono hemiacetal ou hemicetal são chamados anômeros. Mutarrotação se refere à variação na rotação ótica que acompanha o equilíbrio de α e β.

  8. O grupo carbonil nas aldoses pode ser oxidado e assim aldoses são agentes redutores (açúcares redutores).

Dissacarídeos:

  1. Dois monossacarídeos covalententemente ligados formam um Dissacarídeo. A ligação covalente ocorre mais frequentemente entre o carbono anomérico de um resíduo de açúcar com o grupo hidroxila de outro resíduo de açúcar. Tal ligação é chamada  glicosídica.

  2. O mais importante Oligossacarídeo são os dissacarídeos os quais contém .Os dissacarídeos mais abundantes na natureza são maltose, lactose e sacarose

  • Mutarrotação (formação de isômeros e inversão da sacarose)

Os monossacarídeos com mais de cinco átomos de carbono, quando dissolvidos em água, apresentam o fenômeno da mutarrotação, que consiste na mudança gradativa da rotação óptica até alcançar um ângulo de equilíbrio. Esse comportamento se deve ao fato de que esses compostos apresentam duas estruturas espaciais possíveis, uma das quais se transforma na outra durante a dissolução, até que um estado de equilíbrio, onde ambas as estruturas coexistem, seja alcançado.

Formas isoméricas dos monossacarídeos que diferem um do outro somente na configuração do átomo de carbono hemiacetal ou hemicetal são chamados anômeros. Mutarrotação se refere à variação na rotação ótica que acompanha o equilíbrio de α e β.

A sacarose (dissacarídeo), quando hidrolisada, apresenta inversão da rotação óptica, passando de dextro para levogira. A mistura assim formada denomina-se açúcar invertido.

A mistura equimolecular de glicose + frutose obtida pela hidrólise é conhecida como açúcar invertido. A maltose é o açúcar resultante da hidrólise parcial do amido enquanto a sua hidrólise total produz moléculas de glicose. Durante a digestão, o amido se hidrolisa, produzindo moléculas de maltose que, por sua vez, são hidrolisados em glicose.

O grupo carbonil nas aldoses pode ser oxidado e assim aldoses são agentes redutores (açúcares redutores).

  • Polissacarídeos: definição e características gerais

Polissacarídeos são constituintes de numerosos resíduos de monossacarídeos unidos por ligações glicosídicas. Polissacarídeos compostos por um único tipo de resíduo de açúcar são chamados de homopolissacarídeos, enquanto que aqueles compostos por 2 ou mais diferentes tipos de resíduos de açúcar são chamados de heteropolissacarídeos.

Geralmente não têm um peso molecular preciso; eles consistem de uma mistura de moléculas de alto peso molecular.

Desempenham duas principais funções: São uma forma de estocar combustível celular e são os elementos estruturais das paredes celulares e plantas.

  • Amido: aspectos gerais e estrutura química

O amido, incluído entre os alimentos energéticos pode ser considerado um carboidrato de estrutura complexa, formado de monossacarídeos (glicose) ligados entre si e representado pela fórmula geral (C6H10O5)n + XH2O. O amido é acumulado nas plantas às custas de resíduos de glicose formados durante o processo de fotossíntese. Essas glicoses unidas pela ação de enzimas, na presença de ATP, formam cadeias longas do amido. A união entre duas ou mais moléculas de glicose é feita por ligação glicosídica, do tipo alfa. Desempenha a função de reserva. Encontra-se principalmente no trigo, cevada, milho, batata, feijão, arroz, mandioca e várias outras fontes.

Muitos dos xaropes comercializados no mercado brasileiro é derivado do amido, principalmente do milho. Uma tonelada de milho produz entre 600 a 650 Kg de amido.

O amido é a matéria-prima mais barata e abundante, principalmente para a alimentação

humana.

O amido é obtido dos frutos, raízes e outras partes de diferentes vegetais. O amido de milho (Zea mays L., Gramineae), amido de arroz (Oryza sativa L., Gramineae), amido de trigo (Triticum aestivum L., Gramineae), amido de mandioca (Manihot utilissima Pohl, Euforbiaceae) e amido de batata (Solanum tuberosumL., Solanaceae) são considerados oficiais.

O amido puro tem coloração branca, é insípido e se adicionado à água fria e mantido sob agitação forma uma suspensão de aspecto leitoso, separando-se após repouso. Embora tendo-se verificado que pequena fração torna-se solúvel quando agitado em água, é tido como praticamente insolúvel. Baseado nisto é que a indústria consegue obtê-lo em estado puro.

O amido, que se apresenta na forma de discretos grânulos com forma e tamanho dependente da sua fonte botânica, é composto basicamente por dois tipos de macromoléculas: amilose e amilopectina. O amido deve muito de sua funcionalidade a estas duas macromoléculas, assim como à organização física das mesmas dentro da estrutura granular (Biliaderis, 1991). A proporção entre amilose e amilopectina é variável com a fonte botânica, o que irá conferir características específicas à pasta de amido.

A amilose é uma molécula essencialmente linear formada por unidades de D-glicose por ligações glicosídicas (1à4) com um pequeno número de ramificações. Apresenta a propriedade de absorver até 25 vezes seu peso em água. Em presença de iodo colore-se de azul intenso. Apenas uma das extremidades é redutora, a que corresponde ao carbono 1.

A amilopectina é uma molécula altamente ramificada formada por unidades de D-glicose ligadas em (1à4) e com 5 a 6 % de ligações (1à6) nos pontos de ramificação. A grande maioria dos amidos contém 20 - 30% de amilose e 70 - 80% de amilopectina e essa razão varia com a fonte botânica.

Como a amilose, é formada de ligações (14) nas porções retilíneas, diferindo desta, porém, por apresentar muitas ramificações devido a presença de ligações (16) entre as cadeias de glicose. Resulta em coloração avermelhada quando em contato com solução de iodo. De cada 20 a 30 moléculas de glicose, ocorre ponto de ramificação. Essa característica a torna menos susceptível que a amilose à ação de certas enzimas, o que é fator importante para explicar a ação de enzimas sobre o amido e sua aplicação em processos industriais.

Outros componentes: O amido é constituído apenas de carboidratos. No entanto, o produto industrial apresenta como acompanhante substâncias tais como matéria graxa, proteínas e cinzas. Essas substâncias são parte da própria planta de onde o amido foi extraído. A quantidade delas no amido depende da composição da planta e do método de extração e purificação. Quanto menor o teor destas substâncias, melhor a qualidade do amido. Teores menores também refletem processos de extração e purificação mais eficientes.

  • Gelatinização e retrogradação do amido

O aquecimento de suspensões de amido em excesso de água (> 60%) causa uma transição irreversível denominada gelatinização. O inchamento dos grânulos e a concomitante solubilização da amilose e amilopectina induzem a gradual perda da integridade granular com a geração de uma pasta viscosa .

Observações microscópicas revelam que a desorganização pelo tratamento térmico de grânulos de amido envolve diversos estágios durante o aquecimento e que cada grânulo apresenta sua cinética própria. Em condições de umidade intermediária há quantidade insuficiente de água livre e ocorre apenas uma desorganização parcial na população de grânulos, assim como das áreas cristalinas dentro dos grânulos que ocorre na temperatura de gelatinização de cerca de 67°C. Em cada grânulo, é a região central que se desorganiza primeiro, sendo, portanto a mais sensível ao aquecimento. A fácil difusão de água na região central menos organizada facilita o inchamento dos grânulos. Isto revela que as modificações químicas devem predominar nessas regiões mais internas dos grânulos, que são mais amorfas que as camadas mais externas.

Uma suspensão de amido pode ser aquecida até certo limite sem que haja transformação profunda, a não ser um ligeiro intumescimento dos grânulos. Com o aumento progressivo da temperatura, há rompimento do grânulos, que se transforma em substância gelatinosa, um tanto opalescente à qual se dá o nome de goma ou pasta de amido.

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