Los polisacáridos son largas moléculas de hidratos de carbono formadas por la unión de numerosas unidades individuales de monosacáridos unidas entre sí por enlaces glicosídicos. Los polisacáridos son carbohidratos, y por lo tanto contienen carbono, hidrógeno, y oxígeno y tienen la fórmula general Cx(H2O)y.
Convencionalmente, se ha considerado polisacárido a aquel polímero constituido por más de 10 monosacáridos unidos por distintos enlaces glucosídicos; los compuestos de menos de 10 monosacáridos (entre 2 y 9) son los oligosacaridos. A pesar de esta distinción, la gran mayoría de los polisacáridos naturales contienen cientos de monómeros y, en ocasiones, varios miles. No producen verdaderas soluciones, sino más bien dispersiones de tamaño coloidal; puros no tienen color, aroma o sabor. Su peso molecular, que puede llegar a ser hasta de millones, es en realidad un promedio de los pesos, puesto que las moléculas no son iguales y siempre presentan una distribución de valores.
Los almidones por ejemplo son los polímeros donde se unen un gran número de monosacáridos de glucosa. Los almidones tienen la fórmula general (C6H10O5), donde n depende del tipo de almidón formado. Por ejemplo, el glucógeno es un almidón animal que se compone de aproximadamente 60.000 unidades de glucosa. El glucógeno es importante como fuente de almacenamiento de energía tanto en el hígado como en los músculos. Cuando un organismo necesita que las enzimas de la energía, la degradación de liberar las unidades de glucosa. Observe en el siguiente diagrama cómo las moléculas de glucosa están unidas en glucógeno.
Glucosa
Glucógeno
Los polisacárido se encuentran como cadenas lineales, o bien, ramificadas, que a su vez pueden estar integradas por un solo tipo de monosacárido (homopolisacarido), como por ejemplo el almidón y la celulosa, o también por varios tipos de monosacáridos (heteropolisacarido), como es el caso de la mayoría de las gomas. De cualquier manera, sus componentes siempre están unidos regularmente con una secuencia y estructura repetitivas, representando polímeros con un alto grado de ordenación.
De los hidratos de carbono contenidos en la mayoría de los tejidos animal y vegetal, los polisacáridos son los más abundantes; los azúcares libres generalmente están en una menor concentración. Interaccionan fuertemente con las proteínas en los sistemas biológicos lo cual determina muchas de las funciones celulares; la unión entre estos polímeros se efectúa principalmente por enlaces electrostáticos, aun cuando pueden existir puentes de hidrógeno, hidrófobos y, en ocasiones, covalentes. Algunos de estos complejos forman geles cuando se calientan y producen una estructura ordenada tridimensional en la que queda atrapada el agua.
Su nomenclatura se basa en la adición de la terminación "ana" a las primeras letras que identifiquen el nombre del azúcar que lo integra; por ejemplo, aquellos constituidos por glucosa exclusivamente se denominan glucanas, los que contienen solo galactosa, galactanas, etc. Cuando contienen más de un monómero se hace una combinación, como galactomanana, arabinogalactana, etcétera.
De acuerdo con su función biológica los polisacárido se han divido en dos grandes grupos:
1. Los que constituyen la estructura celular y le confieren rigidez a los tejidos (celulosa, pectinas, gomas).
2. Los que representan la reserva energética de animales y vegetales (glucógeno, inulina y almidón).
Características de los polisacáridos
| Estructurales | De reserva alimenticia |
|---|---|
| Forman puentes de hidrógeno intermoleculares muy fuertes | Pocos puentes de hidrógeno intermoleculares y débiles |
| Producen fibras muy rígidas | No producen fibras |
| Insoluble en agua | Solubles en agua |
| Enlaces glucosidicos generalmente B | Enlaces glucosidicos generalmente A |
| Muy resistentes a enzimas, microorganismos y agentes químicos | Muy atacables por enzimas, microorganismos y agentes químicos |
| Sus dispersiones son de alta viscosidad | Sus dispersiones no son muy viscosas |
En los polisacáridos, al igual que la de los oligosacáridos, la hidrólisis depende del pH, la temperatura, el tipo de enlace glucosidico, la configuración anomérica y la presencia de grupos voluminosos (vg. sulfatos) que ejercen un efecto estabilizador. Por ejemplo, los α-D-enlaces del almidón son mas susceptibles que los β-D-enlaces de la celulosa; a su vez, los α(I, 3) se rompen mas fácilmente que los α(I, 6) o los α (I, 4). Las uniones en que intervienen furanosas (fructosa) son mas labiles que en las que contienen piranosas. La presencia de grupos sulfato estabiliza los enlaces glucosidicos a pesar de que éstos en forma individual.
Son muy sensibles a los ácidos. Los azúcares anhidros, como la 3,6-anhidro-galactosa, son sumamente hábiles y aceleran la hidrólisis de los polisacáridos. Al igual que otras macromoléculas, estos polímeros también pueden tener una conformación ordenada o carecer de ella y estar al "azar"; cada una de éstas es el resultado de las interacciones que tienen sus monómeros constituyentes y que, en términos generales, se agrupan en su entropía conformacional. Debido al gran numero de uniones covalentes y no covalentes, los polisacáridos, con un cambio muy pequeño en su energía interna, presentan una cierta rotación y flexibilidad de movimiento. Las estructuras de hélice, como en el almidón y la celulosa, son más ordenadas y rígidas, que las estructuras al azar.
Los polisacáridos se encuentran en forma natural en muchos alimentos, pero en algunas ocasiones se añaden a otros para obtener la formulación correcta, coma en el caso del almidón, la carragaenina y las pectinas, que se utilizan por sus propiedades funcionales. Por su gran capacidad de retener agua, producen partículas coloidales muy hidratadas, razón por la cual a los polisacáridos se les da el nombre de hidrocoloides.
La expresión "capacidad de retención de agua " generalmente se emplea para hacer referencia a la cantidad de agua que una proteína o un hidrato de carbono (macromoléculas en general) puede retener sin que haya liberación del líquido. Dicha capacidad depende de factores intrínsecos (tipo de polímero, peso molecular, linealidad, etc.), y de factores extrínsecos (pH, fuerza iónica, temperatura, presencia de ciertos cationes, etc.).
La retención de agua puede causar la formación de un gel; taI es el caso de los producidos por las carragaeninas y las pectinas. Las macromoléculas actúan entre si y forman una red tridimensional en la que queda atrapada el agua debido a una fuerte hidratación del polímero. Sin embargo, durante el almacenamiento puede ocurrir que las macromoléculas reaccionen entre si y pierdan su capacidad de retención de agua; esto ocasiona que las moléculas de agua que ya no son retenidas se desprendan de la matriz del gel y emigren a la superficie. Este fenómeno se conoce como sinéresis, que indica exudación o liberación de agua causada por un reacomodo interno de las macromoléculas.
Principales usos de los polisacáridos en alimentos
- Estabilizadores a través de sus interacciones con agua
- Emulsionantes
- Gelificantes
- Estabilizan o forman espumas
- Mejoran la textura dándole "cuerpo al alimento
- Espesantes y agentes de viscosidad
- Encapsulación de sabores artificiales, fijación de sabores
- Estabilizan sistemas donde hay ciclos de congelamiento y descongelamiento
- Controlan la cristalización de azúcares, sales y agua
- Forman películas resistentes
- Agentes de suspensión de sólidos en líquidos
- Agentes adhesivos
- Espesantes en alimentos dietéticos bajos en calorías
- Agentes floculantes
- Reducen el daño estructural del alimento causado por el congelamiento