Aminoácidos

Introducción.

Los aminoácidos, péptidos y proteínas son componentes importantes de los alimentos. Por un lado proporcionan los elementos necesarios para la síntesis proteica. Por otro lado, los aminoácidos y péptidos contribuyen directamente al sabor de los alimentos y son precursores de los componentes aromáticos y las sustancias coloreadas que se forman mediante las reacciones térmicas y/o enzimáticas que ocurren durante la obtención, preparación y almacenamiento de los mismos.

Aminoácido. Los aminoácidos son ácidos carboxílicos que contienen un grupo amino. Existen unos cien en la naturaleza. En el hidrolizado total de las proteínas existen veinte aminoácidos que tienen, con algunas excepciones, la fórmula general siguiente:

R-CH-COOH

NH2

En el caso más sencillo, el radical R es un átomo de Hidrógeno (ácido aminoacético o glicina), en los demás aminoácidos R es un resto alifático, aromático o heterocíclico, que puede ser portador de otros grupos funcionales.

Existen diez aminoácidos, denominados aminoácidos esenciales, que el organismo es incapaz de sintetizar y que deben ser aportados por laalimentación. El organismo no los puede sintetizar porque carece del mecanismo necesario para elaborar los cetoácidos correspondientes; se ha comprobado que si se le suministran éstos y sales de amonio es capaz de elaborarlos.

Los aminoácidos constituyentes de las proteínas son, aproximadamente, veinte: alanina, arginina, asparagina, ácido aspártico, cisteína, ácido glutámico, glutamina, glicina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, prolina, serina, treonina, triptófano, tirosina y valina.

Todos ellos son aminoácidos excepto dos, que son iminoácidos, la prolina y la hidroxiprolina, que también pueden considerarse como aminoácidos por su similitud estructural. Se les llama aminoácidos porque el grupo amino está unido al carbono de la cadena que es, por convenio, el átomo de carbono adyacente al grupo carboxilo.

Los aminoácidos contienen tantos grupos ácidos como básicos, por lo que tienen propiedades ácidas y básicas débiles y se les llama anfolitos. Se comportan como anfipróticos porque pueden aceptar o donar electrones. Las moléculas de aminoácidos transportan una carga negativa y otra positiva, lo que da como resultado una carga total nula, esta forma se conoce como "zwitterion" del aminoácido. La carga total transportada por un aminoácido depende del pH de la solución y de los valores de la constante de acidez de los grupos ionizables presentes. Si el pH es mucho mayor que el valor de la constante de un grupo, se libera un protón y la molécula tendrá una carga negativa, pero si el pH es menor, tendrá carga positiva. El hecho de que a diferentes valores de pH el aminoácido tenga distintas formas y lleve distintas cargas netas se utiliza en muchos métodos analíticos, como en la electroforesis y en la cromatografía de intercambio iónico. El punto iso-iónico de una molécula es el pH en el que el número de cargas negativas debidas a los protones perdidos es igual al número de cargas positivas debidas a los protones ganados, entonces predomina la forma zwitteriónica. El punto isoeléctrico es el pH en el que las moléculas no presentan migración en un campo eléctrico y puede determinarse experimentalmente por electroforesis; en los aminoácidos es igual que el punto iso-iónico.

Un aspecto importante en el análisis de los aminoácidos es el hecho de que no se pueden detectar en el visible-UV. Existen varios reactivos que reaccionan con los aminoácidos dando compuestos coloreados o fluorescentes y que, por tanto, pueden utilizarse para análisis cualitativos o cuantitativos. Esto es lo que se denomina derivatización de los aminoácidos. Los métodos fluorimétricos tienen muchas ventajas respecto a la espectrofotometría para el análisis de aminoácidos.

Necesidades proteicas. Se requiere un criterio para fijar las necesidades o exigencias en proteínas para el ser humano. Por ello se establece una "proteína de referencia" o "patrón".

Conocida la composición en aminoácidos de las proteínas de los distintos alimentos que se consumen y cuales han demostrado poseer mayor valor biológico, a saber: la de la leche, la del huevo y las de la carne; y teniendo en cuenta la composición cuali-cuantitativa en aminoácidos, se ha adoptado dicha "proteína de referencia" o "patrón".

En la calidad de las proteínas influye el contenido en aminoácidos esenciales, y es importante la presencia de "limitantes". En efecto, se llama así al aminoácido esencial que en una proteína dada se encuentra en cantidad relativa más baja con respecto a la proteína patrón porque limita el aprovechamiento de esa proteína a los fines biológicos.

Es importante determinar el contenido en aminoácidos, en conjunto, para estimar el grado de proteólisis enzimática que ha sufrido el producto, así como la proporción de cada uno de ellos, como componentes de la proteína, cuando se desea establecer su valor biológico.

La determinación de aminoácidos en alimentos permite extraer algunas conclusiones acerca de su composición; por ejemplo, la gelatina usada como espesante se diferencia rápida y sencillamente, de otros hidrocoloides (grasas vegetales, almidón, etc.), en función de su composición aminoacídica.

Objetivos.

En primer lugar recogemos los distintos métodos oficiales y estándares para el análisis de aminoácidos en alimentos, encontrados en Métodos Oficiales de Análisis editados por el Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación (1986) y en Methods of Analysis of AOAC (1995), así como algunos métodos recomendados.

Posteriormente, en la discusión, tratamos sobre las distintas técnicas de separación (cromatográficas y electroforesis), del analizador automático de aminoácidos, de los distintos reactivos derivatizantes y el tipo de detección apropiada para cada uno, y las ventajas y desventajas de la derivatización, tanto antes (precolumna) como después (postcolumna) de la separación.

2. Métodos de análisis de aminoácidos en alimentos.

Métodos oficiales.

Determinación de prolina en miel.

Reacción de la prolina con ninhidrina en medio ácido y posterior determinación a 517 nm de la absorbancia del compuesto formado.

Preparación de la muestra: Suponiendo que la miel ya ha sido separada del panel por escurrimiento a través de un filtro de luz de malla, optaremos por realizar el siguiente paso, la homogeneización. Reblandecer la muestra calentando entre 25-30ºC agitándola al mismo tiempo. Una vez homogeneizada se calienta a 50ºC al baño María hasta que se consiga la fusión y se deja enfriar rápidamente.

Determinación de hidroxiprolina en carnes.

Previa hidrólisis en medio ácido de las proteínas y oxidación de la hidroxiprolina. El derivado formado con el p-dimetilaminobenzaldehido se valora colorimétricamente a 560 nm..

Preparación de la muestra: Primero, se quitan las diferentes capas protectoras del producto para poder tomar una muestra representativa. Se parten trozos de 0,5 - 1 cm y se cortan dichos trozos en pequeños cubos. Después se pasan por una trituradora varias veces hasta conseguir una mezcla homogénea. Se guarda en frascos limpios y secos para prevenir la pérdida de humedad. Se conserva en refrigeración de forma que evite su deterioro y cualquier cambio en su composición.

Métodos estándares.

Determinación de prolina en miel.

Determinación de hidroxiprolina en carnes.

Determinación de aminoácidos en preparados vitamínicos.

Determinación de lisina en suplementos nutricionales.

Los grupos amino de las proteínas reaccionan con DNFB dando lugar a los derivados lisina-DNFB. Posteriormente se produce una hidrólisis ácida y la determinación en un analizador de aminoácidos de la lisina.

Determinación de triptófano en alimentos.

La muestra es hidrolizada en medio básico, seguidamente se realiza un ajuste de pH. El triptófano es separado por cromatografía líquida de intercambio iónico y determinado por un detector UV a 280 nm.

Determinación de aminoácidos sulfurados en alimentos (metionina y cisteína).

En primer lugar las proteínas son oxidadas con ácido perfórmico para conseguir ácido cisteico y metionina sulfonada, luego se realiza una hidrólisis ácida con HCl. Realizamos una cromatografía de intercambio iónico aplicándole un detector que sea capaz de medir a 570 nm.

Métodos recomendados.

Análisis de aminoácidos por HPLC seguido del método del fenilisotiocianato.

(Lab. Enzymology and Physical Chemistry of Proteins).

A continuación, incluimos un protocolo típico del análisis de aminoácidos en harinas:

- Dejar a reflujo la muestra con HCl 6N durante 24 horas. Evaporar a sequedad en evaporador rotatorio.

- Añadir agua y evaporar a sequedad.

- Realizar el examen cromatográfico de una solución problema al 10% de la muestra tratada en solución - acuosa de isopropanol a 10%.

- El sistema solvente: n-butanol/Hac/H2O en proporción 12:3:5.

- Soporte papel Whatman nº1.

- Longitud del papel 50 cm.

- Método cromatográfico descendente.

- Duración: 12 horas.

- Solución reveladora: solución acetónica de ninhidrina al 0.25%.

- Condiciones de revelado: 20 min a 105ºC.

- Comparación frente a muestras puras de clorhidratos de aminoácidos.

3. Técnicas de separación de aminoácidos.

A menudo es necesario identificar y cuantificar

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