UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE BOGOTÁ
FACULTAD DE CIENCIAS
QUÍMICA DE PIGMENTOS NATURALES
INFORME DE LABORATORIO
Determinación de factores que afectan la reacción de pardeamiento no
enzimático-reacción de Maillard
Realizado por: Tania Lorena Montaña Sánchez Cod: 25191406
Mhateo Sánchez Albarracín Cod: 27191437
Objetivo general:
Determinar la influencia que tienen
factores como el tipo de azúcar, el tipo de
aminoácido, el pH y el tiempo en la
velocidad de reacción de pardeamiento no
enzimático (Maillard).
Objetivos específicos:
●
●
●
Determinar el efecto del cambio
del tipo de azúcar en la velocidad
de reacción de pardeamiento no
enzimático cuando se mantienen
las mismas condiciones de pH y se
emplea el mismo aminoácido.
Determinar el efecto del cambio de
las condiciones de pH en la
velocidad
de
reacción
de
pardeamiento
no
enzimático
cuando se emplea el mismo
azúcar y en mismo aminoácido
como reactivos.
Determinar el efecto del cambio
del tipo de aminoácido en la
velocidad
de
reacción
de
pardeamiento
no
enzimático
cuando se mantienen las mismas
condiciones de pH y se emplea el
mismo azúcar.
Marco teórico
El proceso de la generación de moléculas
que posean un pigmentación de color
marrón sin presencia de enzimas, es
explicado gracias a la reacción de
maillard, la cual se da en presencia de
incremento de temperatura o por tiempos
prolongados de almacenamiento los
cuales generan una reacción entre grupos
amino de los aminoácido y proteínas con
el grupo carbonilo de
azúcares
reductores (Barreiro, 2006).
Tras la condensación dada por la
reacción entre un aminoácido y el azúcar
reductor, el principal producto de esta es
un compuesto cíclico conocido como base
de shiff, la cual es una glicosamina
N-sustituida; posteriormente se da un
rearreglo de la estructura conocida como
rearreglo de Amadori siendo el producto
un ácido fructosamina. Por último, luego
de reacciones de condensación se da la
formación de pigmentos melanoides
responsables de los colores obscuros. Un
esquema general de reacción se muestra
en la ​figura 1 y en figura 2 se muestra un
ejemplo
simple
de
dicha
reacción(Barreiro, 2006).
Los factores que afectan esta reacción
están dados por:
● La temperatura: La velocidad de
reacción aumenta.
● pH: ​La reacción se puede dar en
medio ácido o básico, siendo más
favorecida en medio alcalino o
básico, pues la disponibilidad del
aminoácido desprotonado está en
●
●
Figura 1​: Esquema general de la reacción
de Maillard (Barreiro, 2006).
mayor proporción, por lo que
puede reaccionar con mayor
facilidad con el azúcar reductor. La
presencia de una solución tapón
(buffer), propicia la reacción,
debido al ambiente iónico que se
forma.
Actividad de agua: ​Un contenido
de
humedad
intermedio,
correspondiente a actividad de
0,60 y 0,70, favorece la reacción.
Presencia de azúcares: ​Los
azúcares
reductores
son
esenciales para que la reacción se
lleve a cabo, por lo que la
presencia de azúcares reductores
favorece la reacción.
Materiales y métodos
Materiales
-
Vasos de precipitado
Tubos de ensayo
Papel aluminio
Gradilla
Pipetas Pasteur
Varilla de vidrio
Plancha de calentamiento
Espectrofotómetro
Reactivos
-
Buffer pH 3,0
Buffer pH 8,5
Soluciones de fructosa, xilosa,
sacarosa y galactosa 1M
Soluciones de glicina y valina 1M.
Figura 2​: Ejemplo de la reacción de
Maillard (Barreiro, 2006).
1
Método
Parte 1: Preparación de soluciones
Nota: El aminoácido valina es insoluble en agua por lo cual fue necesario llevar la mezcla a
calentamiento teniendo como consecuencia la pérdida de solvente (Buffer) y por tanto el
cambio de la concentración real de la solución.
Tabla 1: ​Mezclas
Efecto
evaluado
Tipo de azúcar
y pH
Tipo de
aminoácido
Mezcla No.
Azúcar
Aminoácido
pH
1
Galactosa
Glicina
3,0
2
Fructosa
Glicina
3,0
3
Sacarosa
Glicina
3,0
4
Xilosa
Glicina
8,5
5
Fructosa
Glicina
8,5
6
Sacarosa
Glicina
8,5
7
Galactosa
Valina
8,5
8
Galactosa
Glicina
8,5
9
Fructosa
Valina
8,5
10
Fructosa
Glicina
8,5
2
Parte 2: Preparación de mezclas
Para una de las mezclas presentadas en la tabla se partió de las respectivas soluciones de
azúcar reductor (1M) y aminoácido (1M) preparadas en el Buffer correspondiente.
Preparación de la mezcla 1:
Nota: ​Todas las mezclas se preparan como se muestra en el esquema anterior; en el caso
de la valina no se asegura la concentración de la solución ni el mismo volumen de adición,
debido a que una vez se empezaron a sacar las alícuotas para cada uno de los tubos
teniendo la solución en calentamiento para lograr que el aminoácido se solubilizara (de
manera parcial), la disminución del solvente en solución provocó que la solución restante se
secara rápidamente y hubiera un menor volumen disponible para adicionar a los tubos de
ensayo restantes. Adicional a esto una gran parte de la valina quedó depositada en el fondo
del vaso una vez se secó la solución lo cual confirma que la solubilización fue parcial y la
concentración real de los volúmenes adicionados difiere de la esperada.
Parte 3: Tratamiento térmico
3
Nota:​ El mismo procedimiento se llevó a cabo para cada mezcla
Datos y resultados
Tabla 2: ​Absorbancias obtenidas a 420nm para cada una de las mezclas dadas para
estudio del efecto del tipo de azúcar y el pH en la velocidad de la reacción de pardeamiento
no enzimático, a tiempos de calentamiento diferentes teniendo en cuenta el factor de
dilución.
Solución
GalactosaGlicina
pH=3
FructosaGlicina
pH=3
SacarosaGlicina
pH=3
XilosaGlicina
pH= 8,5
FructosaGlicina
pH=8,5
SacarosaGlicina
pH=8,5
Absorbanci
a t= 0 min
0,035
0,062
0,027
0,091
0,012
0,088
Absorbanci
a t=10 min
0,195
0,056
0,001
0,226
0,276
0,036
Absorbanci
a t= 20 min
0,009
0,074
0,030
6,660
0,935
0,040
Absorbanci
a t= 30 min
0,045
0,067
0,019
9,915
1,395
0,111
Absorbanci
a t= 45min
-
-
0,139
34,200
3,230
0,053
4
Tabla 3: ​Absorbancias obtenidas a 420nm para cada una de las mezclas dadas para
estudio del efecto del tipo de aminoácido en la velocidad de la reacción de pardeamiento no
enzimático, a tiempos de calentamiento diferentes teniendo en cuenta el factor de dilución.
Solución
GalactosaValina
pH=8,5
Galactosa- Glicina
pH=8,5
Absorbancia t= 0 min
0,079
0,008
Absorbancia t=10 min
1,167
2,532
Absorbancia t= 20 min
12,306
7,658
Absorbancia t= 30 min
38,610
14,224
Absorbancia t= 45min
42,600
36,800
Gráfica 1: Absorbancia a 420nm vs tiempo (min) sumergido en baño de agua en punto de
ebullición para las mezclas azúcar-aminoácido empleadas
Donde Gal es galactosa, Fruc: fructosa, Sac: sacarosa, Xil: xilosa, Gli: glicina y Val: valina.
Análisis de resultados
Las
estructuras
de los azúcares
reductores y los aminoácidos empleados
para la práctica se muestran a
continuación:
5
Azúcares reductores
●
●
Xilosa
Galactosa
Imagen
tomada
de:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commo
ns/6/6a/Xylose.png
Imágen tomada de:
https://todoesquimica.blogia.com/upload/exter
no-91dd33e92c5f6e956121fb092f36693e.png
●
Fructosa
Teniendo en cuenta las estructuras se
pueden caracterizar los azúcares como:
● Galactosa: hexosa, aldosa
● Fructosa: hexosa, cetosa
● Sacarosa: disacárido
● Xilosa: pentosa, aldosa
Entre las pentosas y las hexosas las que
más favorecen la reacción de Maillard son
las pentosas; las aldosas debido a la
mayor reactividad del aldehído frente a la
cetona también favorecen la reacción y
por último entre monosacáridos y
disacáridos los primeros son más
efectivos.
Imagen
tomada
de:
https://unabiologaenlacocina.files.wordpress.c
om/2014/04/330px-dl-fructose_num-svg.png
●
Por otro lado se tienen las estructuras
químicas de los aminoácidos empleados:
●
Glicina
Sacarosa
Imágen
tomada
de:
http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/sites
/corinto.pucp.edu.pe.quimicageneral/files/imag
es/unidad7/sacarosa.jpg
Imágen
tomada
de:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commo
ns/thumb/4/46/Glycin_-_Glycine.svg/110px-Gl
ycin_-_Glycine.svg.png
●
Valina
6
Imágen
tomada
de:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commo
ns/thumb/1/10/L-Valin_-_L-Valine.svg/1200pxL-Valin_-_L-Valine.svg.png
Para el caso de los aminoácidos la
velocidad de la reacción de Maillard se ve
favorecida por el tamaño de la cadena y el
hecho de que se encuentre más de un
grupo amino en la estructura. Ahora, si
bien el número de grupos amino influye
en la velocidad de reacción, no se puede
confirmar dicha relación debido a que los
aminoácidos utilizados poseen un único
grupo amino.
En la gráfica 1 se puede percibir que en
algunas de las mezclas a mayor tiempo
sumergido en el baño de agua caliente,
mayor es el grado de absorbancia, como
es el caso de las mezclas de
galactosa-valina,
galactosa-glicina,
xilosa-glicina y fructosa-glicina, lo que
llevaría sugerir que el incremento de
temperatura facilita el proceso de
condensación del aminoácido y el azúcar
reductor, lo que genera los precursores
para la formación de las melanoidinas, por
lo que la temperatura favorece de manera
positiva la reacción de Maillard.
Con base en la gráfica, las mezclas de
galactosa-glicina,
fructosa-glicina,
sacarosa-glicina en condiciones ácidas no
presentan un incremento de absorbancia
apreciable durante todo el proceso, lo que
indicaría que bajo estas condiciones la
reacción de condensación del aminoácido
y del azúcar reductor no se lleva a cabo,
pues en este medio, el aminoácido
posiblemente se encuentra protonado
imposibilitando el ataque nucleofílico por
parte del grupo amino y por tanto el inicio
de la reacción.
Por
otro
lado
las
mezclas
de
galactosa-glicina y fructosa-glicina en
condiciones alcalinas
presentan un
incremento de la absorción con el pasar
del tiempo e incremento de la
temperatura, sin embargo la mezcla
sacarosa-glicina, no presenta dicho
comportamiento, lo que sugeriría que los
monosacárido favorecen la reacción a
comparación de los disacáridos, razón por
la cual no se visualiza un incremento en la
formación de melanoidinas en el caso de
la sacarosa.
Además de lo anteriormente mencionado,
se puede notar que la mezcla que
presenta mayor absorbancia es de
galactosa y valina, sin embargo, dada la
poca solubilidad de la valina a
temperaturas bajas y la fácil evaporación
del buffer utilizado, no se puede comparar
con el resto de las mezclas debido al
cambio de las de condiciones de
concentración del aminoácido y del
volumen adicionado, como consecuencia
de esto el valor de absorbancia puede ser
distinto al reportado, razón por la cual no
se tendrá en cuenta como factor de
comparación.
Respecto al tipo de azúcar empleado en
la mezcla se espera que el que genere el
mayor valor de absorbancia cuando se
realiza la prueba sin variar el aminoácido
y el pH sea la xilosa debido a que como
se había mencionado anteriormente se
trata de una aldo-pentosa, seguida por la
fructosa una hexo-cetosa y por último la
sacarosa un disacárido; al realizar la
comparación entre los tres azúcares a pH
básico donde la reacción se ve
7
favorecida, la tendencia esperada se
cumple.
En cuanto al estudio del tipo de
aminoácido esperado cuando no se varía
el tipo de azúcar reductor ni el pH las
mayores absorbancias esperadas son
para la valina por tener una cadena más
larga respecto a la estructura de la glicina,
lo cual efectivamente se observa en la
gráfica obtenida sin embargo por las
condiciones experimentales descritas
anteriormente esto no es concluyente.
Conclusiones
Ya para concluir, se puede decir que la
reacción de maillard se ve favorecida por
la presencia de monosacáridos que
genera el proceso de condensación del
aminoácido con este compuesto de
manera más efectiva que con el uso de un
disacárido;
el
incremento
de
la
temperatura incrementa la velocidad de
reacción así un medio básico debido a
que el grupo amino del aminoácido se
encuentra desprotonado bajo estas
condiciones, por lo que reaccionan con
mayor facilidad con los azúcares
reductores. En el caso de las pentosas y
hexosas, se evidencia un incremento de
formación de melanoidinas con el uso de
pentosas respecto a las hexosas, sin
embargo, debido a que solo se realizó
una prueba con una única pentosa, no se
puede verificar en su totalidad que la
reacción se vea favorecida por el uso de
esta clase de monosacárido.
Bibliografía:
- Barreiro. José, Sandoval. Aleida. (2006). Operaciones de conservación de alimentos
por bajas temperaturas. Equinoccio. Venezuela. Caracas. Pág 35-36.
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