Oxidación de Lípidos en Alimentos: Mecanismos, Factores y Prevención
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Resumen
El documento explica la oxidación de lípidos en los alimentos, un proceso en el que el oxígeno reacciona con los ácidos grasos insaturados y produce olores de rancidez. Describe las fases de la autooxidación, la oxidación por oxígeno singlete y los factores que la aceleran o la frenan, como la temperatura, la actividad de agua, el pH y los antioxidantes. Incluye también las consecuencias para el color, la textura y el valor nutricional, y el efecto de la hidrogenación.
Puntos clave
- La oxidación de lípidos es una secuencia de reacciones entre lípidos y oxígeno que produce compuestos volátiles de olor indeseable, la rancidez oxidativa.
- La autooxidación tiene tres fases: iniciación, propagación y terminación.
- El oxígeno singlete reacciona con los ácidos grasos insaturados unas 1500 veces más rápido que el oxígeno triplete, según el texto.
- Los metales de transición, como el Cu y el Fe, descomponen los hidroperóxidos y aceleran la oxidación.
- Los antioxidantes naturales más importantes son los tocoferoles o vitamina E. El BHT y el BHA también se usan mucho.
- La oxidación disminuye los ácidos grasos esenciales y las vitaminas A y D.
- La hidrogenación parcial reduce la insaturación de las grasas y mejora su resistencia a la oxidación.
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Oxidación de Lípidos
Secuencia de **reacciones** entre **lípidos** y el **oxígeno** en la que los **ácidos** grasos se **descomponen** formando **moléculas más pequeñas** y volátiles que producen aromas indeseables de **rancidez oxidativa**.
Características
Es una **reacción** del **oxígeno** con **ácidos grasos insaturados**. Es un proceso lento inducido por el aire a **temperatura ambiente** que se favorece a medida que incrementa la **concentración** de **ácidos grasos insaturados** (índice de yodo). **Inicialmente** se forman peróxidos que se **descomponen** en **hidrocarburos**, **aldehídos** y **cetonas**. La pieza central de la **reacción** es el **radical libre**.
Alteraciones
Olor y Sabor
Se forman **compuestos volátiles** de **olor desagradable** que limitan el **tiempo de conservación** de los **alimentos**. La identidad **química** de los **productos rancios** son en mayor parte **compuestos carbonílicos** de cadena corta formados **como resultado** de la **descomposición** de peróxidos.
Color
En **sistemas** que tienen **carotenoides**, la **propagación de la cadena de oxidación** a través de **radicales libres puede provocar** la **destrucción oxidativa de pigmentos carotenoides**.
Textura
Hay **interacción de proteínas y productos de oxidación de lípidos**, haciendo que los **radicales libres** se **propaguen** al **sistema proteico**.
Disminución del Valor Nutricional
Hay **disminución** de **ácidos grasos esenciales** y **vitaminas A y D por oxidación**.
Velocidad de Oxidación
Controlada por el **contenido de oxígeno**, **pH**, **actividad de agua** y **presencia de antioxidantes**.
Mecanismos de Oxidación
Los **lípidos** no se oxidan **espontáneamente** a partir de **oxígeno** y **moléculas de ácidos grasos** en **estado fundamental**. El **oxígeno** en **estado fundamental** o **triplete** es **paramagnético** con 2 **electrones desapareados**, solo **puede reaccionar** con **radicales libres** → **reacción** con **ácidos grasos activados** → **autooxidación**. El **oxígeno singlete** con 2 **electrones apareados tiene exceso de energía**, **reacciona** con **ácidos grasos** en **estado fundamental** → **oxidación lipídica**.
Autooxidación (Reacción de Radicales Libres en Cadena)
- 1. Iniciación: **Sustracción de un átomo de hidrógeno** de una cadena de **ácido graso insaturado** y **formación** de un **radical libre** llamado **alquilo**. El **radical libre** se estabiliza por **deslocalización electrónica** a través de **enlaces dobles contiguos** con **formación** de **enlaces dobles conjugados** en **configuración trans más estable**. A **mayor número de insaturaciones**, **más facilidad** para formar **radicales libres**. **Al principio** la **oxidación** es muy lenta porque el **arranque** del **átomo de hidrógeno** es poco probable debido a la **elevada energía de activación**. Se favorece con **luz**, **calentamiento**, **radiaciones ionizantes**, **iones metálicos**, **enzimas** (**lipooxigenasas**).
- 2. Propagación: Los **radicales libres reaccionan** con **oxígeno triplete**. La **combinación** de un **electrón** del **radical alquilo** con otro del **oxígeno** da **formación** de un **enlace covalente** originando un **radical peroxi (ROO·)** de **alta energía**, que **estabilizan** su estructura por **sustracción de un átomo de hidrógeno** a otra cadena, **generando** un **radical alquilo (R·)** y un **hidroperóxido de ácido graso (ROOH)**, propagándose de un **ácido graso** a otro. La **reacción** del **alquilo** con **oxígeno** es muy rápida, es posible sin aporte exterior de **energía**, es **autocatalítica** y los **radicales** están mayoritariamente en forma de **peroxi**. La **velocidad** se acelera a lo largo del **tiempo**.
- 3. Terminación: **Reacciones** entre **radicales** originando especies **no radicalarias** que **detienen** la **reacción**. Si hay mucho **oxígeno** se forman muchos **peroxi** que pueden **reaccionar** entre sí; si hay poco **oxígeno**, las **reacciones pueden darse** entre **radicales alquilo** formando **dímeros de ácidos grasos**.
Oxidación por Oxígeno Singlete
El **oxígeno** en su **estado singlete puede existir** en 5 **configuraciones distintas**, siendo la **más estable** la 1D con los **electrones** en el mismo orbital. Puesto que un **electrón** del **oxígeno puede aparear** su spin con un **electrón** de los **dobles enlaces**, **puede reaccionar directamente** con los **ácidos grasos insaturados para formar hidroperóxidos** 1500 veces **más rápido** que el **oxígeno triplete**. El **oxígeno singlete** se origina por **fotooxidación** del **oxígeno triplete** en presencia de un **fotosensibilizador** como la **clorofila**, **riboflavina** y **mioglobina**. **Así**, el **oxígeno actúa directamente** sobre los **carbonos insaturados** por **reacción de adición** induciendo cambio de **configuración** de cis a trans formando **hidroperóxidos sin radicales libres intermedios**. Los **hidroperóxidos (ROOH)** son relativamente estables, pero en presencia de **iones metálicos** que son **constituyentes comunes** de los **alimentos** o a **altas temperaturas** se **descomponen rápidamente** en **radicales alcoxi (RO·)** o **hidroxi (HO·)**. Los **metales descomponen** los **hidroperóxidos** a través de una **ruta cíclica redox**, los **más comunes** son **Cu** y **Fe**. Los **radicales alcoxi** son muy reactivos, dándose a partir de ellos varios caminos de **reacción** originando gran **cantidad** de **compuestos como alcoholes**, **aldehídos**, **cetonas**, **ésteres**, **lactonas**, **ácidos**, algunos muy volátiles que dan **sabor a rancio**. **Omega 6** → **herbáceos**, **Omega 3** → **olor a pescado**. **Radical alcoxi** → **Reacción beta-escisión**: se rompe la cadena alifática del **ácido graso** dando **aldehídos** y **radicales alquilo (R·)**, que pueden estabilizarse formando **hidrocarburos**, **alcoholes** o **hidroperóxidos**. **Arrancar hidrógeno** a otro **ácido graso**: dan lugar a **alcoholes de ácidos grasos (ROH)**, **lactonas** o **cetonas**.
Factores que Influyen en la Oxidación
La **resistencia** a la **oxidación** depende de la **naturaleza** de los **ácidos grasos**, **contenido de oxígeno**, **temperatura** y **presencia** de **agentes prooxidantes** y **antioxidantes**, que están en un **equilibrio inestable** que se rompe en la **manipulación**, **transformación** y **almacenamiento**, alterando la **calidad organoléptica**, **nutricional** y **funcional** de los **alimentos**.
Contenido de Oxígeno
Es **indispensable** para la oxidación. Para reducir el **oxígeno** → **envasado al vacío**, **nitrógeno** o **absorbentes de oxígeno**.
Temperatura
Si aumenta la **temperatura**, aumenta la **oxidación**, pero hace descender la **solubilidad** del **oxígeno** por lo que se puede retardar. A **temperaturas elevadas** también se pueden degradar los **antioxidantes** y aumentar la **oxidación**.
Actividad de Agua (aw)
Si disminuye el **agua**, disminuye la **oxidación** por disminución de la **movilidad** de reactivos como **oxígeno** o **metales**. Es **máxima** a **aw=0,2-0,4**. Aumenta de 0-0,2 ya que si en algunos **alimentos** se acelera la **eliminación de agua** de forma muy acusada se pierde la capa protectora de **solvatación** que rodea a los **hidroperóxidos**. A 0,7 decrece por **dilución de catalizadores**.
pH
Modifica la **solubilidad**, **actividad** de **catalizadores** e **inhibidores** de **oxidación**. A **pH muy básico** o muy **ácido** los **agentes metálicos** son poco solubles o se descomponen. Las **lipooxigenasas tienen actividad máxima** a **pH neutro**.
Presencia de Prooxidantes
**Metales de transición**, **oxígeno singlete** y **enzimas** aumentan la **velocidad**. **Fe**, **Cu**, **Ni** libres o formando complejos con **hemoglobina** intervienen en la **descomposición** de **peróxidos** o la **sustracción de hidrógeno** del **ácido graso**. Las **lipooxigenasas** (**metaloenzimas** con **átomo de Fe ferroso** que se activan oxidando el **Fe** a **férrico** y descomponiendo un **hidroperóxido** en **radical alcoxi**) captan un **átomo de hidrógeno** del **ácido graso** y comienzan la **oxidación**.
Antioxidantes
Limitan la **propagación** de **radicales libres** y controlan la **actividad** de **catalizadores** de **oxidación**. Algunos son **secuestradores de radicales libres** transfiriendo un **hidrógeno** al **radical peroxi** o **alcoxi** porque tienen enlaces de **baja energía** que provocan la intervención de un **átomo de hidrógeno**. Cuanto **menor** es la **energía de enlace**, **más** se favorece la **transferencia de hidrógeno**. Los **radicales formados** de **antioxidantes (A·)** son de **baja energía** porque deslocalizan su carga por **resonancia** y son poco reactivos. Intervienen en **reacciones de terminación** originando especies **no radicalarias**. Son **principalmente derivados fenólicos** (**orto** y **para más comunes**), también **pueden ser grupos SH** de **cisteínas**, o **amino** de **ácido úrico**. Los **antioxidantes naturales más importantes** son los **tocoferoles** o **vitamina E** → **buena eficiencia** en **alimentos de origen animal**. **BHT** y **BHA** muy utilizados. El periodo de **protección** de los **antioxidantes** permanece hasta que se consumen; su **cinética** está relacionada con el **grado de insaturación** de la **grasa**. Mientras el **antioxidante** está presente, la **oxidación** se limita a la fase de **iniciación**; cuando se consume, la **velocidad** de **oxidación** se acelera. Otros **antioxidantes** actúan por **mecanismos indirectos** inactivando la **oxidación** como el control de **metales**, **oxígeno singlete** o **enzimas oxigenasas**. Los **metales** se controlan por **proteínas** (**carnosina**), **péptidos**, **aminoácidos** (**Histidina**), **sales**. El **oxígeno** por **carotenoides**. Las **lipooxigenasas** por **calor** o programas de **selección vegetal** que disminuyen su **concentración** en **alimentos**.
Resumen: Promotores e Inhibidores
Promotores
- Altas temperaturas
- Metales
- Peróxidos de grasas oxidadas
- Lipooxidasa
- Concentración de oxígeno ([O2])
- Luz UV
- Poliinsaturación
Inhibidores
- Refrigeración
- Secuestradores (Quelantes)
- Antioxidantes
- Escaldado
- Gas inerte o vacío
- Embalaje opaco
- Hidrogenación de ácidos grasos insaturados
Hidrogenación
Modifica la **composición** de **grasas** y **aceites** y sus **propiedades físicas** y **químicas**. **Disminuye** la **insaturación**. Se **hidrogenan parcialmente enlaces múltiples** para mejorar la **resistencia** a la **oxidación**. Permite **producir grasas** con **propiedades físicas determinadas** que cumplan **necesidades concretas** para uso posterior.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la oxidación de lípidos en los alimentos?
Es una secuencia de reacciones entre lípidos y oxígeno en la que los ácidos grasos se descomponen en moléculas más pequeñas y volátiles. Estas moléculas producen aromas indeseables de rancidez oxidativa.
¿Qué factores favorecen la oxidación de lípidos?
El texto cita el oxígeno, la temperatura, la luz, el calentamiento, las radiaciones ionizantes, los iones metálicos y las enzimas lipooxigenasas. También influyen la actividad de agua, el pH y la presencia de antioxidantes.
¿Cómo se puede reducir la oxidación de los alimentos?
Se puede reducir el oxígeno con envasado al vacío, nitrógeno o absorbentes de oxígeno. También ayudan la refrigeración, los antioxidantes, el escaldado y el embalaje opaco.
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