La química de los alimentos es el estudio de los procesos químicos y las interacciones de todos los componentes biológicos y no biológicos de los alimentos. [1] [2] Las sustancias biológicas incluyen productos como carne , aves , lechuga , cerveza y leche, como ejemplos. Es similar a la bioquímica en sus componentes principales como carbohidratos , lípidos y proteínas , pero también incluye áreas como agua, vitaminas , minerales , enzimas , aditivos alimentarios , sabores y colorantes . Esta disciplina también abarca cómo cambian los productos bajo ciertas técnicas de procesamiento de alimentos y las formas de mejorarlos o evitar que sucedan. Un ejemplo de mejora de un proceso sería fomentar la fermentación de productos lácteos con microorganismos que convierten la lactosa en ácido láctico ; un ejemplo de prevención de un proceso sería detener el oscurecimiento de la superficie de manzanas recién cortadas utilizando jugo de limón u otra agua acidulada .
El enfoque científico de la alimentación y la nutrición surgió con la atención a la química agrícola en los trabajos de JG Wallerius , Humphry Davy y otros. Por ejemplo, Davy publicó Elements of Agriculture Chemistry, en un curso de conferencias para la Junta de Agricultura (1813) en el Reino Unido que serviría como base para la profesión en todo el mundo, llegando a una quinta edición. Trabajos anteriores incluyeron el de Carl Wilhelm Scheele , quien aisló el ácido málico de manzanas en 1785.
Algunos de los hallazgos de Liebig sobre química de los alimentos fueron traducidos y publicados por Eben Horsford en Lowell Massachusetts en 1848. [3]
En 1874 se formó la Sociedad de Analistas Públicos, con el objetivo de aplicar métodos analíticos en beneficio del público. [4] Sus primeros experimentos se basaron en pan, leche y vino.
También fue por la preocupación por la calidad del suministro de alimentos, principalmente por problemas de adulteración y contaminación de los alimentos que surgirían primero de la contaminación intencional y luego con aditivos alimentarios químicos en la década de 1950. El desarrollo de colegios y universidades en todo el mundo, sobre todo en los Estados Unidos, ampliaría la química de los alimentos, así como la investigación de las sustancias dietéticas, sobre todo el experimento del grano único durante 1907-11. Investigaciones adicionales realizadas por Harvey W. Wiley en el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos a finales del siglo XIX jugarían un factor clave en la creación de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos en 1906. La Sociedad Química Estadounidense estableció su División de Química Agrícola y de Alimentos en 1908, mientras que el Instituto de Tecnólogos de Alimentos estableció su División de Química de Alimentos en 1995.
Los conceptos de química de los alimentos a menudo se extraen de la reología , las teorías de los fenómenos de transporte , la termodinámica física y química , los enlaces químicos y las fuerzas de interacción, la mecánica cuántica y la cinética de reacciones , la ciencia de los biopolímeros , las interacciones coloidales , la nucleación , las transiciones vítreas y los sólidos congelados/desordenados o no cristalinos. y por ello tiene como área fundacional la Química Física de los Alimentos . [5] [6]
Un componente importante de los alimentos es el agua, que puede abarcar desde el 50% en los productos cárnicos hasta el 95% en los productos de lechuga , repollo y tomate . También es un lugar excelente para el crecimiento bacteriano y el deterioro de los alimentos si no se procesan adecuadamente. Una forma de medir esto en los alimentos es mediante la actividad del agua , que es muy importante en la vida útil de muchos alimentos durante el procesamiento. Una de las claves para la conservación de los alimentos en la mayoría de los casos es reducir la cantidad de agua o alterar las características del agua para mejorar su vida útil. Dichos métodos incluyen deshidratación , congelación y refrigeración [7] [8] [9] [10] Este campo abarca los "principios fisicoquímicos de las reacciones y conversiones que ocurren durante la fabricación, manipulación y almacenamiento de alimentos" . [11]
El carbohidrato humano más común conocido es la sacarosa [ cita requerida ] , que comprende el 75% del mundo biológico y el 80% de toda la ingesta de alimentos para consumo humano. La versión más simple de un carbohidrato es un monosacárido que contiene carbono , hidrógeno y oxígeno en una proporción de 1:2:1 bajo una fórmula general de C n H 2 n O n donde n es un mínimo de 3. La glucosa y la fructosa son ejemplos de monosacáridos. Cuando se combinan de la forma que muestra la imagen de la derecha, se forma sacarosa , uno de los productos de azúcar más comunes que se encuentran en las plantas.
Se forma una cadena de monosacáridos para formar un polisacárido . Dichos polisacáridos incluyen pectina , dextrano , agar y xantano . [12] Algunos de estos polisacáridos de carbohidratos son accesibles para la digestión mediante enzimas humanas y se absorben principalmente en el intestino delgado, mientras que la fibra dietética pasa al intestino grueso, donde algunos de estos polisacáridos son fermentados por la microbiota gastrointestinal. [13]
El contenido de azúcar se mide comúnmente en grados brix .
El término lípido comprende una amplia gama de moléculas y, hasta cierto punto, es un término general para compuestos relativamente insolubles en agua o no polares de origen biológico, incluidas ceras , ácidos grasos (incluidos los ácidos grasos esenciales ), fosfolípidos derivados de ácidos grasos, esfingolípidos, glicolípidos y terpenoides, como retinoides y esteroides . Algunos lípidos son moléculas alifáticas lineales , mientras que otros tienen estructuras de anillo. Algunas son aromáticas , mientras que otras no. Algunas son flexibles, mientras que otras son rígidas.
La mayoría de los lípidos tienen algún carácter polar además de ser en gran medida apolares. Generalmente, la mayor parte de su estructura es no polar o hidrófoba ("teme al agua"), lo que significa que no interactúa bien con disolventes polares como el agua. Otra parte de su estructura es polar o hidrófila ("amante del agua") y tenderá a asociarse con disolventes polares como el agua. Esto las convierte en moléculas anfifílicas (que tienen porciones tanto hidrófobas como hidrófilas). En el caso del colesterol , el grupo polar es un mero grupo -OH ( hidroxilo o alcohol).
Los lípidos en los alimentos incluyen los aceites de cereales como el maíz , la soja , las grasas animales y son parte de muchos alimentos como la leche, el queso y la carne. También actúan como portadores de vitaminas.
Las proteínas comprenden más del 50% del peso seco de una célula viva promedio [ cita necesaria ] [ aclaración necesaria ] y son macromoléculas muy complejas. También juegan un papel fundamental en la estructura y función de las células. [14] Consistiendo principalmente en carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y algo de azufre , también pueden contener hierro , cobre , fósforo o zinc .
En los alimentos, las proteínas son esenciales para el crecimiento y la supervivencia, y los requisitos varían según la edad y la fisiología de una persona (p. ej., embarazo). Las proteínas se obtienen comúnmente de fuentes animales: huevos , leche y carne . Los frutos secos , los cereales y las legumbres proporcionan fuentes vegetales de proteínas, y la combinación de proteínas de fuentes vegetales se utiliza para lograr cuotas nutricionales proteicas completas de las verduras.
La sensibilidad a las proteínas como alergia alimentaria se detecta con la prueba ELISA .
Las enzimas son catalizadores bioquímicos que se utilizan en procesos de conversión de una sustancia a otra. También participan en la reducción de la cantidad de tiempo y energía necesarios para completar un proceso químico. Muchos aspectos de la industria alimentaria utilizan catalizadores, incluidos el horneado , la elaboración de cerveza , los lácteos y los jugos de frutas , para elaborar queso, cerveza y pan .
Las vitaminas son nutrientes necesarios en pequeñas cantidades para las reacciones metabólicas esenciales del cuerpo. Estos se descomponen en la nutrición como solubles en agua ( vitamina C ) o solubles en grasa ( vitamina E ). Un aporte adecuado de vitaminas puede prevenir enfermedades como el beriberi , la anemia y el escorbuto mientras que una sobredosis de vitaminas puede producir náuseas y vómitos o incluso la muerte.
Los minerales dietéticos en los alimentos son grandes y diversos y muchos son necesarios para funcionar, mientras que otros oligoelementos pueden ser peligrosos si se consumen en cantidades excesivas. Los minerales a granel con una ingesta diaria de referencia (IDR, anteriormente cantidad diaria recomendada (RDA)) de más de 200 mg/día son calcio , magnesio y potasio, mientras que los oligoelementos importantes (IDR inferior a 200 mg/día) son cobre, hierro, y zinc. Se encuentran en muchos alimentos, pero también se pueden tomar en suplementos dietéticos.
Se agrega colorante alimentario para cambiar el color de cualquier sustancia alimenticia. Es principalmente para fines de análisis sensorial. Se puede utilizar para simular el color natural de un producto tal como lo percibe el cliente, como tinte rojo (como FD&C Red No.40 Allura Red AC) para ketchup o para agregar colores no naturales a un producto como Kellogg's Froot Loops . El caramelo es un colorante alimentario natural; la forma industrial, el colorante caramelo, es el colorante alimentario más utilizado y se encuentra en alimentos que van desde refrescos hasta salsa de soja , pan y encurtidos .
El sabor de los alimentos es importante para el olor y el sabor de los alimentos para el consumidor, especialmente en el análisis sensorial. Algunos de estos productos se producen de forma natural, como la sal y el azúcar , pero los químicos aromatizantes (llamados " saboristas ") desarrollan muchos de estos sabores para productos alimenticios. Estos sabores artificiales incluyen el salicilato de metilo , que crea el olor a gaulteria, y el ácido láctico, que le da a la leche un sabor agrio.
Los aditivos alimentarios son sustancias que se añaden a los alimentos para conservar los sabores o mejorar el sabor, el aspecto, el olor y la frescura. Los procesos son tan antiguos como añadir vinagre para encurtir o como emulsionante para mezclas en emulsión como la mayonesa . Estos generalmente están listados por " número E " en la Unión Europea o GRAS (" generalmente reconocidos como seguros ") por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos .
