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 elementos como la carne , las aves , la lechuga , la cerveza y la leche , por ejemplo. Es similar a la bioquímica en sus componentes principales, como los carbohidratos , los lípidos y las proteínas , pero también incluye áreas como el agua, las vitaminas , los minerales , las enzimas , los aditivos alimentarios , los sabores y los 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 las manzanas recién cortadas utilizando jugo de limón u otra agua acidulada .
El enfoque científico de la alimentación y la nutrición surgió con la atención prestada a la química agrícola en las obras de J. G. Wallerius , Humphry Davy y otros. Por ejemplo, Davy publicó Elements of Agricultural 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. Entre los trabajos anteriores se encontraba el de Carl Wilhelm Scheele , quien aisló el ácido málico de las manzanas en 1785.
Algunos de los hallazgos de Liebig sobre la 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 se debió a la preocupación por la calidad del suministro de alimentos, principalmente a los problemas de adulteración y contaminación de los alimentos que primero se derivarían de la contaminación intencional y luego de los aditivos químicos de los alimentos en la década de 1950. El desarrollo de colegios y universidades en todo el mundo, más notablemente en los Estados Unidos, expandiría la química de los alimentos, así como la investigación de las sustancias dietéticas, más notablemente el experimento del grano único durante 1907-11. La investigación adicional de Harvey W. Wiley en el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos durante finales del siglo XIX desempeñaría un papel 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 Alimentaria en 1908, mientras que el Instituto de Tecnólogos de Alimentos estableció su División de Química de los Alimentos en 1995.
Los conceptos de la 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 reacción , la ciencia de los biopolímeros , las interacciones coloidales , la nucleación , las transiciones vítreas y la congelación/sólidos desordenados o no cristalinos, y por lo tanto tiene la química física de los alimentos como un área de base. [5] [6]
Un componente importante de los alimentos es el agua, que puede abarcar desde el 50% en productos cárnicos hasta el 95% en productos de lechuga , repollo y tomate . También es un excelente lugar 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 la vida útil. Dichos métodos incluyen la deshidratación , la congelación y la 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 conocido, que comprende el 75% del mundo biológico y el 80% de toda la ingesta de alimentos para el consumo humano, es la sacarosa [ cita requerida ] . 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 2n 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 la sacarosa , uno de los productos de azúcar más comunes que se encuentran en las plantas.
Una cadena de monosacáridos se forma para formar un polisacárido . Estos polisacáridos incluyen pectina , dextrano , agar y goma xantana . [12] Algunos de estos polisacáridos de carbohidratos son accesibles para la digestión por 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 las ceras , los ácidos grasos (incluidos los ácidos grasos esenciales ), los fosfolípidos derivados de los ácidos grasos, los esfingolípidos, los glicolípidos y los terpenoides, como los retinoides y los esteroides . Algunos lípidos son moléculas alifáticas lineales , mientras que otras tienen estructuras de anillo. Algunos son aromáticos , mientras que otros no. Algunos son flexibles, mientras que otros son rígidos.
La mayoría de los lípidos tienen algún carácter polar además de ser en gran medida apolares. Generalmente, la mayor parte de su estructura es apolar o hidrófoba ("teme al agua"), lo que significa que no interactúa bien con solventes polares como el agua. Otra parte de su estructura es polar o hidrófila ("amante del agua") y tenderá a asociarse con solventes polares como el agua. Esto los convierte en moléculas anfifílicas (que tienen porciones hidrófobas e hidrófilas). En el caso del colesterol , el grupo polar es un mero grupo -OH ( hidroxilo o alcohol).
Los lípidos presentes en los alimentos incluyen los aceites de cereales como el maíz y la soja , así como las grasas animales, y forman parte de muchos alimentos como la leche, el queso y la carne. También actúan como transportadores de vitaminas.
Las proteínas comprenden más del 50% del peso seco de una célula viva promedio [ cita requerida ] [ aclaración necesaria ] y son macromoléculas muy complejas. También juegan un papel fundamental en la estructura y función de las células. [14] Compuestas principalmente por 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 requerimientos varían según la edad y la fisiología de la persona (por ejemplo, el 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 de proteínas completas a partir de vegetales.
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 la panadería , la elaboración de cerveza , los productos 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. Se descomponen en la nutrición como solubles en agua ( vitamina C ) o solubles en grasa ( vitamina E ). Un suministro 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 presentes en los alimentos son abundantes y diversos, y muchos de ellos son necesarios para el funcionamiento del organismo, mientras que otros oligoelementos pueden resultar peligrosos si se consumen en cantidades excesivas. Los minerales con una ingesta diaria de referencia (IDR, anteriormente Ingesta diaria recomendada (IDR)) de más de 200 mg/día son el calcio , el magnesio y el potasio, mientras que los oligoelementos importantes (IDR inferior a 200 mg/día) son el cobre, el hierro y el zinc. Estos se encuentran en muchos alimentos, pero también se pueden tomar en suplementos dietéticos.
El colorante alimentario se añade para cambiar el color de cualquier sustancia alimenticia. Se utiliza principalmente para fines de análisis sensorial. Se puede utilizar para simular el color natural de un producto tal como lo percibe el cliente, como el colorante rojo (como FD&C Red No.40 Allura Red AC) para el kétchup o para añadir colores artificiales a un producto como los Froot Loops de Kellogg . 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 los refrescos hasta la salsa de soja , el pan y los encurtidos .
El sabor de los alimentos es importante para determinar el olor y el sabor que percibe 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 especializados en sabores (denominados " aromatizadores ") desarrollan muchos de estos sabores para los productos alimenticios. Entre estos sabores artificiales se encuentran el salicilato de metilo , que crea el olor a gaulteria , y el ácido láctico, que le da a la leche un sabor ácido.
Los aditivos alimentarios son sustancias que se añaden a los alimentos para conservar los sabores o mejorar el gusto, el aspecto, el olor y la frescura. Los procesos son tan antiguos como la adición de vinagre para encurtir o como emulsionante para mezclas de emulsión como la mayonesa . Por lo general, se enumeran con el " número E " en la Unión Europea o GRAS (" generalmente reconocido como seguro ") por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos .
