UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC UNAMBA Escuela Académico Profesional de Ingeniería Agroindustri Agroindustrial al
Curso: INDUSTRIA CARNICA Unidad II: Calidad tecnológica, composición y clasificación de canales Tema: Composición química de la carne
Ing. Didí Juan Flores Cruz
Composición Química de la Carne •
El porcentaje de tejido muscular varía con la edad: Edad 5 6
% de Músculo 50.3 47.8
% de Grasa 31.0 35.0
% de Hueso 10.4 9.5
7.5
43.5
41.4
8.3
Músculo esquelético = 35-65% de la canal
Composición Química de la Carne •
El porcentaje de tejido muscular varía con la edad: Edad 5 6
% de Músculo 50.3 47.8
% de Grasa 31.0 35.0
% de Hueso 10.4 9.5
7.5
43.5
41.4
8.3
Músculo esquelético = 35-65% de la canal
Composición Química de la Carne •
La raza y plano nutricional también influyen en los componentes de la canal: R az a Shorthorn Hereford Friesian
Plano de nutrición Alto Medio Alto Medio Alto Medio
% de Músculo 52.3 55.8 54.4 58.0 59.0 62.3
% de Grasa 33.9 29.3 31.5 27.7 26.1 21.6
% de Hueso 11.1 12.5 11.7 12.2 12.5 15.2
Composición Química de la Carne En términos generales se puede decir que la carne presenta la siguiente composición: Agua60 – 78 % Proteína10 – 24 % Grasa 1 – 20 % Sustancias no proteicas 1 – 2 % Cenizas 1 – 1.6 % Carbohidratos (glucógeno) <1 %
Composición Química de la Carne COMPOSICIÓN DEL TEJIDO MUSCULAR MAGRO ESPECIES COMPOSICION (%) Vacuno Cerdo Pollo Cordero Alpaca Cuy Trucha
AGUA
PROTEINA
70-73 68-70 73.7 73 73.9 78.1 75
20-22 19-20 20-23 20 24.1 19.0 20.9
LIPIDOS CENIZAS 4-8 9-11 4.7 5-6 0.5 1.6 2.3
1 1.4 1 1.6 1.2 1.2 1.2
AGUA: La cantidad varía dependiendo de la especie, la edad, sexo y zona anatómica del tejido. La variación de la cantidad de agua está directamente relacionada con la variación de la cantidad de grasa. La cantidad de agua en la carne oscila entre 60-80% y esta relacionada con la jugosidad y otros atributos sensoriales como la textura, el color o la dureza de la carne.
PROTEINAS:
La carne contiene proteínas de alta calidad, por la composición de su AA.
Son polímeros de aminoácidos que se unen entre sí por enlaces peptídicos (amidas). Del contenido total de nitrógeno del músculo: Proteínas: aprox. 95% Péptidos más pequeños, aminoácidos y otros compuestos: 5%
ESTRUCTURA BÁSICA DE UN AMINOÁCIDO H R
C
COOH
NH2 R = Cadenas laterales de diferente composición
Composición Química de la Carne Clasificación de proteínas musculares, según su forma: Globulares Fibrosas
Composición Química de la Carne Clasificación de proteínas musculares, según su solubilidad: Miofibrilares (Insolubles en agua, pero solubles en soluciones salinas 1 M). Miosina, actina, las de la línea M. Sarcoplásmicas (Solubles en agua, están disueltas en el líquido que empapa la fibra muscular “sarcoplasma”) ●
Enzimas Conectivas (Insolubles en agua y en soluciones salinas). ●
●
Colágeno y elastina
Composición Química de la Carne Proteínas Miofibrilares Representan del 55-65% del total de las proteínas cárnicas (del músculo). Se clasifican en: ●
Contráctiles – –
●
Miosina (> 30% de la proteína muscular) Actina (Aprox. 20% de la proteína muscular)
Reguladoras (importantes en la contracción-relajación) – –
Mayores (Tropomiosina y Troponina) Menores (Proteínas M, A, Z e Intermediarias)
Actomiosina
Estructura de la miofibrilla
Detalle de sarcómero
Estructura hexagonal de las miofibrillas
Detalle de los miofilamentos M
Detalle de los miofilamentos Z
Estructura de espiral y puentes de miosina
Puentes de miosina y la estructura de espiral
MIOSINA: •
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La molécula está compuesta por dos cadenas pesadas (meromiosina) y cuatro cadenas ligeras. Las dos cadenas pesadas tienen una estructura fibrilar, mientras que las cadenas ligeras tienen estructura globular. Las cadenas ligeras tienen un centro activo ATPasa. Las cabezas son las que se van a unir y separar rápidamente a la actina. El punto isoeléctrico de la miosina es de 5.3.
La miosina es la proteína del músculo que mayor capacidad de retención de agua, emulsión y gelificación tiene, propiedades funcionales muy importantes en tecnología de carnes. La miosina contiene principalmente el aminoácido aspártico, glutámico y lisina. Carece de cistina y trptófano.
ACTINA: Es una proteína globular (tiene mucha prolina) que se denomina actina G. La actina G se polimeriza para formar filamentos que se denominan actina F. 2 filamentos de actina F enrollados es la base de los filamentos delgados. Su punto isoeléctrico está en torno a 4.7.
La actina tiene un valor biológico alto debido al triptófano y cistina. En la actina se encuentra el aminoácido 3metil-histidina, que no se encuentra en ninguna otra proteína, por lo que su análisis sirve para evaluar el contenido de carne en productos cárnicos.
TROPOMIOSINA: Supone entre el 8 y el 12% de las proteínas miofibrilares. Tiene estructura fibrilar (poca prolina) y forma parte del filamento delegado descansando sobre la actina y de vez en cuando uniéndose a ella.
TROPONINA: Está presente en un bajo porcentaje, es globular y se encuentra en los filamentos delgados a la altura de la unión de la tropomiosina con la actina. Está implicada en procesos de regulación de la contracción muscular.
PROTEINAS SARCOPLASMATICAS: Suponen alrededor del 30-35% del total de proteínas, se encuentran en el citoplasma de la fibra muscular.
Composición Química de la Carne Proteínas Sarcoplasmáticas: Mioglobina (Pigmento del músculo, almacena oxígeno) Hemoglobina (proteína de la sangre) Enzimas (Glucolíticas, Proteasas y Lisosomales) Nucleoproteínas (proteína conjugada compuesta por ácido nucleótico y una proteína de carácter básico).
MIOGLOBINA: La más importante desde el punto de vista bromatológico es la mioglobina que según sea su estado así será el color de la carne. La mioglobina (heteroproteína) está constituida de una parte proteica (globina) y una parte no proteica (grupo hemo). La globina está formada por segmentos de alfa hélices dobladas en 8 segmentos. Dentro de la globina encontramos el grupo hemo que es una protoporfirina (4 anillos pirrólicos con un átomo de hierro en el centro). La estabilización del grupo hemos dentro de la molécula se hace por enlaces salinos, puentes de hidrógeno y interacciones hidrofóbicas. La cantidad de mioglobina de la carne dependerá de distintos factores.
Estructura tridimensional de la hemoglobina. La animación corresponde a la transición conformacional entre las formas oxigenada y desoxigenada
Esquema de la molécula de mioglobina y sus formas
Formas de mioglobina y modificaciones experimentales durante el cocinado
Composición Química de la Carne ●
●
●
Bovino joven Bovino adulto Bovino viejo
1-3 mg/g 4-10 mg/g 16-20 mg/g
ENZIMAS: Otras proteínas presentes en el citoplasma son enzimas muy importantes en el metabolismo pero no desde el punto de vista bromatológico. Si son importantes enzimas como la Catepsina o las Calpainas que están implicadas en procesos bioquímicos y fisiológicos como el proceso de transformación del músculo en carne, ablandándola por roturas de los sarcómeros.
Composición Química de la Carne Tejido Conectivo Son las proteínas del tejido conectivo que en la carne van a estar formando las envolturas del tejido muscular (perimisio, endomisio y epimisio). ●
●
●
Colágeno Elastina Reticulina
Composición Química de la Carne Colágeno El colágeno es una de las proteínas más abundante del organismo. El colágeno es una glicoproteína que presenta restos de hidratos de carbono (glucosa y galactosa) que es muy rica en glicina (el aminoácido más pequeños) presentando de manera secuencial prolina e hidroxiprolina. Al incrementar la edad aumentan los enlaces cruzados ocasionando: ●
●
Dureza Resistencia al calor húmedo
La hidroxiprolina es exclusiva del colágeno, y además se presenta en un porcentaje constante que oscila entre 13-14% del total de aminoácidos del colágeno. Esto hace a este aminoácido ideal para ver el índice de colágeno que presentan las carnes y los productos cárnicos.
Elastina:
Composición Química de la Carne
La elastina se encuentra en el tejido conectivo principalmente el de ligamentos, vasos linfáticos y arterias. Es una proteína con un alto porcentaje en glicina. No presenta hidroxiprolina. presenta un aminoácido casi exclusivo que es la desmosina e isodesmosina. La desmosina está formada por cuatro lisinas que proceden de distintas cadenas de aminoácidos y hace que la elastina no sea digestible. La cantidad de elastina que existe en la carne es mucho menor que la de colágeno y además presenta un color amarillo: Se caracterizan por: Ser muy elásticas Asociadas a piel, grasa y conectivo Se encuentran en el ligamento cervical, pared abdominal y arterias Resiste el calor intenso
Composición Química de la Carne Reticulina Envuelven vasos linfáticos, se encuentra en porcentajes muy bajos por lo que no es importante desde el punto de vista bromatológico. Se caracterizan por: Formar redes en torno a células, vasos sanguíneos, etc. Fibras finas y onduladas Parte de ligamentos duros pero elásticos
Composición Química de la Carne Grasa: El contenido en la carne va a ser muy variable siendo el parámetro que más varía. Tal cantidad de grasa va a depender de la relación grasa-agua. Todo lo que hay en el agua, proteínas, sales etc. variará si aumenta o disminuye la cantidad de grasa. Esta grasa se va a acumular en cuatro depósitos: Cavidad corporal: cavidad torácica, abdominal y pélvica. Zona subcutánea. Localización intramuscular Localización intermuscular.
Composición Química de la Carne La grasa de la canal varía: ●
●
●
●
Especie Razas Nutrición Genética, etc.
Composición Química de la Carne La grasa es un reservorio de energía en el animal. Su conocimiento permite utilizarla en nuestro favor para dar o mejorar las características de los productos elaborados o bien en el caso de cortes frescos.
Composición Química de la Carne Por otra parte los cambios tecnológicos y de costumbres de consumo de la grasa nos obligan a buscar alternativas de uso de las mismas.
Composición Química de la Carne Las grasas naturales están formadas esencialmente de ésteres formados por: Glicerol. Ácidos carboxílicos de cadena recta, con número par de átomos de carbono En menor medida por: ●
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●
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Fosfolípidos. Esteroles (colesterol). Ácidos grasos libres. Proteínas. Agua. Otros componentes celulares.
Composición Química de la Carne Glicerol Compuesto por tres grupos hidroxilo le permite combinarse con los ácidos grasos formando: ●
●
●
Monoglicéridos Diglicéridos Triglicéridos
Siendo estos últimos los más abundantes
Composición Química de la Carne Ácidos grasos Ácidos saturados ●
Enlaces sencillos del carbono
Ácidos insaturados ●
Si en la cadena hay uno o más dobles enlaces
En la grasa de la carne predominan los ácidos grasos saturados y monoinsaturados.
A > saturación, menos saludable
Composición Química de la Carne
Ácidos grasos saturados: Butírico Capróico Caprílico Cáprico Láurico Mirístico Palmítico Esteárico Araquídonico Behénico
C3H7COOH C5H11COOH C7H15COOH C9H19COOH C11H23COOH C13H27COOH C15H31COOH C17H35COOH C17H39COOH C21H43COOH
Composición Química de la Carne
Ácidos grasos insaturados
Miristoléico Palmitoléico Oléico Vacénico Linoléico Linolénico Araquidónico
C13H25COOH C15H29COOH C17H33COOH C17H33COOH C17H31COOH C17H29COOH C19H31COOH
Ácido graso Omega-6 Ácido graso Omega-3
Composición Química de la Carne De todos estos ácidos grasos sólo tres se encuentran en cantidades sustanciales en la grasa, los cuales son: Oléico (C18:1) Palmítico (C16:0) Esteárico (C18:0)
De entre los distintos ácidos grasos, el consumo elevado de grasas saturadas (palmítico, esteárico) se ha relacionado con la elevación de las lipoproteínas sanguíneas LDL, el llamado «colesterol malo», mientras que el consumo de grasas insaturadas, especialmente las monoinsaturadas (oleico) se ha relacionado con su reducción.
Composición Química de la Carne Fosfolípidos Fosfoglicéridos Plasmalógenos Esfinomielina Compuestos más complejos que los triglicéridos.
Composición Química de la Carne COMPARACION DE ALGUNOS COMPONENTES EN DIFERENTES TIPOS DE CARNE
Grasas saturadas Acido Omega3 (g) Colesterol (mg) Fuente: Fundación Chile.
Vacuno 27.0 0.0 135
Cerdo 18.0 0.0 99
Salmón 2.0 1.4 55
CARBOHIDRATOS: La cantidad apenas llega al 1% en la carne siendo el más importante el glucógeno. El glucógeno es un polímero de alfa-D-glucosa con enlaces (alfa1-4) y (alfa 1-6). Es la fuente de energía del músculo siendo parte del glucógeno consumido en el rigor mortis. Factores de los que depende la cantidad de glucógeno: Factores intrínsecos: los équidos tienen más glucógeno que los cerdos y éstos más que los ovinos. La fibra blanca tiene más glucógeno y los animales jóvenes tienen más cantidad de este. Factores extrínsecos: dependerá de si la alimentación es rica en carbohidratos o no lo es.
Composición Química de la Carne Componentes inorgánicos: Aproximadamente el 3.5 % del peso total del cuerpo son componentes inorgánicos. ●
●
El calcio es el más abundante con un 1.5%. Le sigue el fósforo con 1.0%.
Composición Química de la Carne Macroelementos
Microelementos
Calcio
Hierro
Fósforo
Cinc
Potasio
Manganeso
Azufre
Cobre
Sodio
Iodo
Cloro
Cobalto
Magnesio
Composición Química de la Carne Del 80 al 85% de la materia mineral se encuentra en el tejido esquelético: El tejido esquelético contiene: El 99% del calcio. El 80 al 85% del fósforo, y El 70% del magnesio.
Composición Química de la Carne Las funciones de los minerales son: Composición de estructuras esqueléticas. Mantenimiento del estado coloidal. Regulación del equilibrio ácido base. Composición o activación de enzimas.
Más sobre…
PROTEINAS
DESNATURALIZACIÓN DE LAS PROTEÍNAS q
Física: Calentamiento Enfriamiento Tratamiento mecánico Presión hidrostática Radiación
q
Química:
–
–
–
–
–
–
– –
–
Ácidos Bases Metales Disolventes orgánicos
EFECTOS DE LA DESNATURALIZACIÓN DE PROTEÍNAS q
q q q
q q
Cambios en la solubilidad por exposición de las unidades peptídicas hidrofílicas o hidrofóbicas Cambios en la capacidad de absorción de agua Pérdida de actividad biológica Mayor riesgo de ataque químico por exposición de otros enlaces peptídicos Cambios en la viscosidad de las soluciones Disminución de la capacidad de cristalización
PROPIEDADES FUNCIONALES DE LAS PROTEÍNAS CARNICAS q
Capacidad de retención de agua (CRA) Color, Terneza y jugocidad. Solubilidad Viscosidad Gelificación
q q q
q
q q q
q q
Formación de masa Capacidad de emulsión Capacidad de formación de espuma Captación de aromas Interacción con otros componentes de los alimentos
AMINOÁCIDOS DE LAS PROTEÍNAS q
1: Cadenas laterales no polares – – – – – –
q
alanina (Ala) glicina (Gly) isoleucina (Ile) leucina (Leu) metionina (Met) valina (Val)
q
– – –
q
2: Cadenas laterales polares no cargadas (hidrofílicas) – – – – – –
asparragina (Asp-NH2) cisteina (Cys) glutamina (Glu-NH2) prolina (Pro) serina (Ser) treonina (Thr)
3: Cadenas laterales cargadas positivamente
4: Cadenas laterales cargadas negativamente – –
q
arginina (Arg) histidina (His) lisina (Lys)
ácido aspártico (Asp) ácido glutámico (Glu)
5: Cadenas laterales aromáticas – – –
fenilalanina (Phe) triptófano (Trp) tirosina (Tyr)
AMINOÁCIDOS ESENCIALES Histidina*** Metionina* (y Cisteina) Isoleucina Fenilalanina** (y Tirosina) Leucina Treonina Lisina Triptófano Valina * necesario para la síntesis de cisteina ** necesario para la síntesis de tirosina *** necesario sólo para niños
Protein Quality Evaluation, Report of the Joint FAO/WHO Expert Consultation . Rome: FAO Food and Nutrition Paper No. 51, 1991.
DISPONIBILIDAD DE AMINOÁCIDOS q
Porcentaje de digestión y absorción Proteína animal: 90 % Proteína vegetal: 60 – 70 % Digestibilidad de las proteínas limitada debido a : Efectos de la conformación estructural de las proteínas Interacciones con iones metálicos, lípidos, ácidos nucleicos, celulosa Factores antinutricionales Tamaño y superficie de la partícula de la proteína Tratamiento térmico Diferencias biológicas entre individuos q q
q
Cheftel, J.C., Cuq, J.L., Lorient, D.: Lebensmittelproteine: Biochemie, funktionelle Eigenschaften,
Toxicidad de la carne Por regla general las carnes al ser cocinadas generan una serie de compuestos químicos cancerígenos como pueden ser los hidratos de carbono aromáticos policíclicos (p. ej. benzopireno) que aparecen en los materiales orgánicos (incluida la grasa y la madera) cuando se calientan y están a punto de arder, de esta forma elaborando una barbacoa sobre un pedazo de madera ardiendo con humo, se depositan este tipo de hidratos de carbono policíclicos en la superficie de la carne, las carnes cocinadas en fuegos "sin humo" no poseen este tipo de carbohidratos.
Toxicidad de la carne Otro compuesto cancerígeno que aparece durante el cocinado son las aminas heterocíclicas que se forman a altas temperaturas con los compuestos aminoácidos de la carne (creatina y creatinina), este compuesto aparece en las carnes expuestas con gran superficie a una fuente calorífica intensa, hay más concentración del mismo en las carnes "muy hechas" y menos en las "casi crudas", se ha comprobado además que las marinadas ácidas previas al cocinado en barbacoa reducen la aparición de esta amina. Las nitrosaminas aparecen cuando los nitritos (empleados como conservantes disminuyendo la aparición del botulismo) reaccionan con los aminoácidos de la carne, la reacción ocurre en el estómago y en las sartenes muy calientes, esta nitrosamina se conoce como un agente dañino de ADN aunque se desconocen sus efectos sobre la aparición de cáncer, por esta razón se aconseja cocinar poco las carnes curadas en salazón (jamón, pastrami, etc.).
Tendencias futuras Desde un punto de vista nutricional, la carne es, si bien no la única, una de las mayores fuentes de proteínas (uno de los tres macronutrientes de la dieta humana) que existen. Las controversias nutricionales existentes sobre la posible capacidad o incapacidad de construir una dieta sana basada en carne hace que se planteen otras posibilidades de futuro. Una de ellas se plantea mantener la ingesta de proteínas que se consideran adecuadas para una dieta sana mediante el cambio de costumbres culinarias. Una posibilidad es la adecuación hacia la entomofagia (ingesta de insectos) y otra la conversión progresiva de la carne en un alimento funcional que posea reducidos niveles de grasa y colesterol.
Tendencias futuras La comunidad científica ha iniciado varias líneas de investigación destinadas a atenuar algunos efectos nocivos de la carne. Por ejemplo, se está investigando cómo reemplazar casi el 100% de la grasa de la carne por grasas vegetales más sanas (concretamente aceite de oliva); añadir soja como fuente de aminoácidos más digestibles; el uso de extractos naturales procedentes de las hojas de té verde para reducir la oxidación lipídica, causante del olor a rancio; el control del sodio para evitar daños en los hipertensos (la carne es relativamente baja en contenido de NaCl, pero sus derivados no tanto); la adición de ácidos grasos omega-3 —ya existen estudios de salchichón elaborado con estos ácidos grasos—; la adición de fibra etc.
Tendencias futuras Otras investigaciones se dirigen a la elaboración y comercialización de la carne in vitro, sin la intervención animal directa, gracias al cultivo de tejidos en ambientes controlados. Existen patentes sobre su cultivo en Europa desde 1999, empleadas principalmente en la producción de salchichas. Otros estudios se han centrado en lograr el crecimiento de carne de pescado (principalmente del Carassius auratus ), llegando a porcentajes de crecimiento del 20% como máximo. No obstante el avance de este proceso necesita de la resolución de algunos problemas técnicos como el soporte necesario para generar grandes cantidades, la vascularización, etc. La investigación dentro de esta área está relacionada con la denominada técnica de biorreactor. La carne in vitro posee la ventaja de ofrecer al consumidor una carne con los ingredientes "controlados" (es decir, controlando el contenido de proteínas y ácidos grasos, así como el de vitaminas y sales minerales), control sobre las enfermedades, la eficiencia, minimizar el uso de animales, etc. Queda la incógnita acerca de la aceptación final del consumidor.
