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EDICIONES UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE

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INGENIERÍA GASTRONÓMICA

Los alimentos como estructuras sabrosas, saludables y sustentables

José Miguel Aguilera

© Inscripción N^o 197.525

marzo 2011

I.S.B.N. edición impresa 978-956-14-1161-6
I.S.B.N. edición digital 978-956-14-2577-4

Primera edición

Diseño: Diseño Corporativo UC

Diagramación digital: ebooks Patagonia
info@ebookspatagonia.com
www.ebookspatagonia.com

C.I.P. - Pontificia Universidad Católica de Chile

Aguilera, José Miguel.

Ingeniería gastronómica / José Miguel Aguilera R. –

Incluye notas bibliográficas.

1. Tecnología de los alimentos.

2. Composición de los alimentos.

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Imaginemos por un momento que nos tendemos en la cama después de una excelente cena en un buen restaurante y nos quedamos dormidos. En un sueño se nos develan todas las cosas que tuvieron que pasar para que llegáramos a este estado de satisfacción y bienestar.

Muchos elementos básicos de la vida llamados moléculas, similares a los de nuestro cuerpo, se crearon y organizaron para dar lugar a las estructuras de plantas, animales y peces que formaron parte de los materiales con que se hizo la comida. Hubo que eliminar previamente algunas moléculas dañinas y microorganismos malos que nos pudieron causar problemas, pero algunos se deslizaron imperceptiblemente y existió un riesgo en su consumo del que sólo sabremos en las próximas horas o quizá más tarde en la vida. Sin embargo, la inmensa mayoría de las moléculas que llegaron a nuestras bocas eran inocuas y nutritivas, algunas más que otras, y todo esto porque científicos dedicados están en este momento preocupados de averiguarlo y comunicarlo.

La industria de los alimentos que casi no existía 100 años atrás, hizo su parte, por ejemplo, aportando productos congelados y refrigerados que no correspondían a la estación del año, o en formas más convenientes y saludables que las naturales, como el edulcorante no calórico que tenía la bebida gaseosa. Quizá fue un pequeño empresario el que con su ingenuidad desarrolló un nuevo ingrediente en polvo para sazonar los guisos. Algunos ingredientes vinieron de muy lejos y aunque aportaron sabores increíbles, dejaron su huella en el medio ambiente durante el transporte, como también lo hicieron los cultivos, el procesamiento y los envases que protegieron a los productos por tanto tiempo.

Hubo un chef que fue capaz de sorprendernos combinando sabores tradicionales con otros que jamás imaginamos. En la cocina, moléculas y estructuras, cada cual a su propio ritmo, sufrieron cambios espectaculares que recién estamos siendo capaces de entender y controlar, pero que sabemos están regidos por principios de la química y la física. En la boca las estructuras diseñadas en la cocina se rompieron de forma deliciosa y liberaron aromas y sabores que nos hicieron disfrutar y, a ratos, evocar experiencias pasadas.

Esto lo comentamos con nuestros vecinos en la mesa, pues esta comida se organizó para que fuera un evento social. Sabemos, porque nos hemos preocupado de averiguarlo, que no todo lo ingerido fue nutricionalmente adecuado, pero lo pasamos muy bien y eso es bueno. También estamos conscientes de que en los días corrientes podemos igualmente gozar con comidas tradicionales hechas y consumidas en el hogar, sin embargo, esto es cada vez más infrecuente por el ritmo de la vida moderna. En un momento dado el organismo nos señaló que ya era suficiente comida y paramos. Y aunque quizá pudimos habernos terminado el postre, decidimos con mucha pena dejar la mitad, orgullosos de nuestra fuerza de voluntad. Al momento de pagar la cuenta nos hicimos más pobres, pues el acceso a los alimentos en este mundo, nos guste o no, depende de lo que podamos pagar por ellos. Haber gastado tanto dinero parece ahora un poco extraño habiendo tenido la alternativa de ir a un lugar de comida rápida y pagar la cuarta parte por casi las mismas moléculas. Mientras tanto, cientos de millones de seres humanos en este planeta, especialmente niños, no tuvieron tanta suerte y sufren de hambre y enfermedades viviendo con menos de un dólar por día. Otros tantos que han comido en demasía casi sin darse cuenta, padecen de sobrepeso y obesidad y acarrean los males que acompañan a estas condiciones, una paradoja de la que el siglo XXI deberá hacerse cargo.

Pero ahora nuestro organismo está ocupado desdoblando las estructuras sabrosas y lanzando moléculas a las células, donde genes antiquísimos están detrás de la maquinaria que repone tejidos y aporta energía, cuadrando un balance que si es positivo se transforma en un aumento de peso. A estas alturas ya no hay mucho que hacer. ¿Y mañana? Mañana habrá que gastar el exceso de calorías y comer menos que lo usual para compensar. Afortunados ellos y ellas que tienen un trabajo que requiere de actividad física, pero para los que trabajan sedentariamente la alternativa es caminar al Metro, subir escaleras, o simplemente trotar. Hay que robarle tiempo a la tele, a Internet y a los videojuegos, pues la termodinámica no perdona: lo que no se gasta, se acumula. Antes de despertar recordamos que cada día hay más y mejor información sobre el tema de cómo alimentarnos y su efecto en la salud y el bienestar. Prometemos dedicarle un pedacito de tiempo.

Ciertamente el mundo de la alimentación es fascinante. La humanidad dispone actualmente de la mayor cantidad, variedad y calidad de alimentos per cápita de la historia, aunque muy mal distribuidos. Por primera vez se están estableciendo relaciones basadas en la ciencia entre lo que comemos y cómo nos sentimos o el riesgo de sufrir ciertas enfermedades. A pesar de esto, aun no sabemos cómo alimentarnos. La obesidad se ha transformado en la enfermedad evitable más prevalente en el mundo (globesidad), superando al tabaquismo, con los consecuentes efectos en la salud humana y en los costos de salud pública. Lamentablemente, este fenómeno alcanza también a los estratos más pobres y menos educados de todas las sociedades. Parte del problema es que al no conocer bien al amigo lo hemos transformado en un enemigo. Por tanto, una mejor comprensión de qué son los alimentos, del importante papel que han jugado en el desarrollo de la humanidad, de la ciencia que hay detrás de ellos, como también de la versatilidad de formas en que se pueden presentar para otorgarnos nutrición, salud, bienestar y placer es fundamental para orientar informadamente nuestros hábitos alimentarios.

Los objetivos centrales de este libro se basan en cuatro tendencias trascendentales para la alimentación del siglo que se inicia: i) el empoderamiento de los consumidores y la aparición del eje que une la célula y el cerebro, que se intersecta con el que trae los alimentos hacia la boca; ii) la creciente evidencia que las estructuras alimentarias son tan importantes como las moléculas nutritivas y sabrosas que contienen; iii) la segregación entre una elite que disfruta de la gastronomía y una gran masa que sólo desea comer harto y rápido al menor costo; y iv) una paradójica preocupación general por la salud y el bienestar, y en las sociedades avanzadas, por el medio ambiente. Por esta razón se ha hecho un esfuerzo por contextualizar en una sola obra mucha de la información sobre el tema, que se encuentra dispersa a nivel de disciplinas como la ciencia y tecnología de alimentos, la nutrición y la gastronomía, y relacionarla con el mundo en que vivimos. Sin embargo, este libro está muy lejos de ser una referencia especializada en cualquiera de ellas. Por otro lado, se ha tratado de explicar ciertos conceptos de ingeniería y de ciencia de los materiales alimentarios de manera entretenida pero suficientemente rigurosa. Por lo mismo, este es sólo un texto de divulgación y así debe ser considerado. Finalmente, se ha favorecido una cierta terminología científica para facilitar la comunicación entre los que crean el conocimiento nuevo y el público educado, especialmente los amantes de la cocina y quienes quieren disfrutar de una buena alimentación. El lenguaje usado y los conceptos expuestos debieran permitir el acceso a textos especializados y a ciertas revistas científicas pero, sobre todo, a la “buena información” que hoy en día es posible rescatar en Internet. Este libro tiene el formato de secciones cortas sobre un tema específico (o bocados temáticos), algunas de las cuales pueden ser leídas como si fueran columnas de opinión, y la mayoría se pueden revisar independientemente del resto, haciendo uso de las referencias cruzadas. Al final, nos debiéramos sorprender de cuánta ciencia y conocimiento existen sobre los alimentos que consumimos, y cuánto queda por entender y descubrir.

Yendo a lo más específico, el énfasis de este libro y su novedad es que se detiene a examinar las estructuras alimentarias que transformamos en la cocina y saboreamos en la boca, más que los compuestos químicos, que es lo tradicional en este tipo de publicaciones. Lo que compramos, cocinamos y comemos son estructuras y no moléculas, si no usaríamos pipetas y tubos de ensayo en vez de cucharas, tenazas, cacerolas y sartenes. En las últimas décadas ha ido emergiendo la idea que son las estructuras o matrices que contienen a las moléculas de los alimentos las responsables de la aceptabilidad, y en buen grado de la nutrición y la salud. Por ejemplo, las moléculas que podrían protegernos de ciertos tipos de enfermedades ejercen su efecto dependiendo del modo en que están contenidas dentro de los alimentos, la forma en que se liberan de ellos y cómo aparecen al momento de ser absorbidas en el sistema digestivo en su trayecto a las células. Evidentemente, aunque este enfoque es más real, también es más complejo y no exento de casos particulares, por ejemplo, a nivel de cada individuo y de cada comida, pero las consecuencias de este cambio de paradigma son insospechadas. Por el momento empiezan a caer ciertos mitos, la nutrición pasa a enfocarse en los alimentos tal como los comemos y los digerimos, se abren posibilidades de diseñar nuevas estructuras alimentarias y se reconoce que es necesario ampliar la base científica de la tecnología de alimentos accediendo a otras disciplinas.

Cocineros y cocineras en cafeterías, casinos y restaurantes, y científicos y tecnólogos de alimentos en las industrias del rubro son hoy responsables de la mayoría de las comidas que consumimos. Si es válida la hipótesis de que muchos de los productos que se desarrollen a futuro debieran ser apetecibles, entonces las cocinas y los laboratorios tendrían que transformarse en espacios para la experimentación y creación de estructuras que sean sabrosas. Este es un requisito sine qua non de una alimentación que no nos “seque el alma”. Pero el fin último es que las moléculas que consumimos sean seguras, contribuyan a alejarnos de enfermedades crónicas evitables, nos ayuden a mantener un peso estable y nos otorguen vitalidad y bienestar. Por todo esto, las estructuras alimentarias deben ser saludables. Lo anterior, sin embargo, debe darse en un planeta que está enfermo con contaminación y escasez de recursos, por tanto las cadenas que cubran la generación, transformación y consumo de estas estructuras deben ser sustentables.

El esquema que se presenta en la figura 0.1 resume la organización del libro y parte de su título. Se parte de moléculas que la naturaleza convierte en estructuras, las que experimentan una re-ingeniería en la cocina y la industria para que formen parte de nuestra alimentación. Al final, todo vuelve a ser moléculas, algunas deliciosas y otras que hacen funcionar nuestro organismo. Todo esto ocurre en un planeta que es limitado y frágil, en el cual imperan algunas “leyes” que no podemos violar.

He decidido asumir con mínimos compromisos el desafío de ser un francotirador en este tema. He enseñado tecnología de los alimentos e investigado sobre los procesos y la microestructura de materias primas y productos durante casi 35 años. A través de este tiempo como profesor a menudo he explicado principios básicos de ciencia e ingeniería usando como ejemplos los alimentos y los procesos culinarios, con la ventaja que estos son familiares a mis alumnos. En los últimos cinco años he recibido a jóvenes chefs en mi laboratorio, para sorpresa de mis colegas profesores de ingeniería, y he disfrutado de la experimentación culinaria conjunta. En este libro ofrezco mi visión sobre los alimentos, la alimentación y la gastronomía, y por tanto, el contenido de muchas de las secciones es debatible. De eso se trata.

Hay un trasfondo que apunta a que cada individuo maneje un mínimo de información que le permita establecer aquella relación con los alimentos que le proporcione el mayor bienestar personal, por lo tanto, no hay recomendaciones sobre una manera única de ver el mundo de la alimentación. Establecer esta relación no es fácil pues los ciudadanos del mundo moderno, particularmente los miles de millones que viven en grandes centros urbanos, deben compartir el tiempo dedicado a la alimentación con el que demanda el transporte, el trabajo y las múltiples distracciones. El Nobel de Literatura 1967, Miguel Ángel Asturias lo resumió muy bien:

De las cocinas huyeron las horas amorosas de la preparación de platos y pasteles, y la tristeza disfrazada de preocupación por la gordura, la línea, el pecado, el costo y tener que estar a horario, acabó con lo que antes era grato y placentero: sentarse a comer. (Comiendo en Hungría, Ediciones Universidad Católica, Chile, 2009).

Soy un agradecido de haber sido capaz de ver la “otra” ingeniería en los alimentos, aquella que ocurre en su “micromundo” interior y de proponer algunas interpretaciones que pueden no ser compartidas, pero pretenden ser originales y motivadoras. Si no, de qué sirve haberse dedicado a la vida académica. Doy gracias a mis alumnos que recibieron desafíos y respondieron con proposiciones inteligentes, rigurosas y elegantes, muchas de las cuales están en este libro. Mi gratitud también a varias personas que contribuyeron con sus sugerencias a los contenidos de diversas partes del libro. Por último, agradezco a mi esposa Astrid y mis hijos Carolina, Sebastián y Magdalena quienes muchas veces soportaron largas y sesudas interpretaciones a la hora de almuerzo y comida, sin jamás exigirme una prueba empírica de mis argumentos.

José Miguel Aguilera es profesor titular de la Escuela de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC). De profesión ingeniero industrial mención ingeniería química (PUC, 1971), obtuvo una maestría en ciencias en el MIT (1973), un doctorado en la Universidad de Cornell (1976), ambos con especialización en alimentos, y posteriormente un MBA en la Universidad de Texas A&M (1983). Ha sido Director del Departamento de Ingeniería Química y Bioprocesos de la PUC por varios períodos, Director de Desarrollo (vicedecano) y Director de Investigación y Postgrado en esa Escuela de Ingeniería. Es autor o editor de 12 libros, 25 capítulos de libros y más de 160 artículos sobre tecnología e ingeniería de alimentos publicados en revistas internacionales de corriente principal (indexadas en ISI). Es miembro del comité editorial de seis revistas científicas internacionales, incluyendo Journal of Food Science, Food Engineering y Trends in Food Science and Technology. Ha sido profesor visitante en la Universidad de California (Davis), Cornell University y de la Universidad Técnica de Munich, consultor de la FAO, y asesor del Centro de Investigaciones de Nestlé en Suiza por más de 12 años. Entre sus distinciones más importantes están las becas de la Comisión Fulbright (1989), de la Fundación Guggenheim (1991) y, el premio Alexander von Humboldt para la Investigación (Berlín, 2002), y los premios Internacional (1993), de Investigación y Desarrollo (2005) y Marcel Loncin a la investigación (2006) del Institute of Food Technologists de EE.UU. Es Comendador de la Orden de Orange y Nassau por el Gobierno de Holanda. En 2008 le fue otorgado el Premio Nacional de Ciencias Aplicadas y Tecnológicas, el más alto honor a que puede acceder un científico en Chile, y en 2010 fue el primer chileno elegido a la National Academy of Engineering de los EE.UU., por sus contribuciones a entender el rol de la estructura de los alimentos en sus propiedades.

Tanto los alimentos como nuestros cuerpos están hechos por moléculas y por eso es fundamental que las conozcamos con nombre y apellido. Es cierto que a veces incomoda la nomenclatura química, pero actualmente no hay manera de soslayarla: hablamos de ácidos grasos “trans”, de dioxinas y de antioxidantes. Nos aprestamos a conocer los ladrillos de las estructuras de los alimentos en sus múltiples facetas.

Suele decirse que somos lo que comemos y desde el punto de vista químico esto es correcto pues estamos formados fundamentalmente por moléculas que provienen de los alimentos que consumimos (figura 1.1). Apreciamos la intimidad de los alimentos en la boca y la nariz y durante la digestión los reducimos a moléculas sencillas, las cuales son absorbidas y transportadas hacia los distintos tejidos. Las células ensambladas en un gran Lego que es nuestro cuerpo, crean a partir de ellas fábricas químicas en miniatura llamadas organelos que permiten su funcionamiento. Pero tal como un automóvil, no somos sólo chasis y carrocería, sino que también necesitamos energía para realizar nuestras actividades y mantener la vida, y esta proviene de la oxidación de ciertas moléculas. Hay algunas moléculas que no podemos sintetizar a partir de otras y necesariamente deben estar en nuestra dieta: los minerales, algunas vitaminas, aminoácidos y ácidos grasos. De hecho, compramos suplementos nutricionales que contienen moléculas que consideramos no están en la proporción adecuada en los alimentos. Veremos más adelante que no todas las moléculas en los alimentos son beneficiosas para nuestra salud.

FIGURA 1.1. Los tejidos y fluidos corporales están formados por moléculas.

La cadena del flujo de moléculas parte en el Sol y continúa en nuestro planeta con la captación de energía solar por las plantas. Menos del 1% de la energía solar que incide sobre la Tierra es capturada por la clorofila de las plantas (junto a algas y algunas bacterias) en un proceso que se denomina fotosíntesis y es guardada en forma de moléculas que constituyen la biomasa. La transformación de dióxido de carbono y agua mediada por la energía solar en azúcares y oxígeno que se libera a la atmósfera, procede de acuerdo a la ecuación:

De aquí se derivan las cadenas de alimentos que permiten nuestra vida. La mayoría de las moléculas en las comidas fueron en algún momento moléculas de otros organismos, lo que nos convierte en seres heterótrofos, nos alimentamos de otros. Una vez dentro de las células, las mitocondrias hacen la tarea inversa y usan los azúcares y el oxígeno para generar la energía que sustenta la síntesis o desdoblamiento de todas las moléculas que permiten el funcionamiento de los seres humanos lo que se denomina metabolismo. De lo anterior se puede desprender tres cosas importantes para lo que sigue a continuación. Lo primero es la dependencia de otros organismos con quienes compartimos el medioambiente para nuestra supervivencia; en segundo lugar está el hecho que las moléculas que necesitamos vienen de estructuras organizadas; y tercero, por más que se desee, no se puede obviar la naturaleza química que conlleva nuestra alimentación, pues en lo corporal somos un arreglo de moléculas. Y aquí viene el primer problema a enfrentar. Si lo que ve nuestro organismo son moléculas ¿hace diferencia que una molécula de ácido ascórbico venga de una tableta efervescente producida por una industria farmacéutica o esté en el jugo de una naranja? Esta pregunta no es menor, pues es la base de la controversia entre alimentos naturales y aquellos artificiales o sintéticos. Este es tema para más adelante, pues requiere de cierto “calentamiento” previo.

La naturaleza molecular de los alimentos y el rol de las moléculas en la fisiología y nutrición humana obliga a tratar el tema de la química, aunque sea muy superficialmente. La sección que sigue es una introducción muy general al vocabulario asociado a las principales moléculas que aparecerán más adelante y es un tributo a los químicos del siglo XIX, que dieron origen a la bromatología (del griego broma = alimento) o la química de los alimentos. Los primeros grupos de moléculas estudiadas fueron a la larga los más importantes, y corresponden a las proteínas, los lípidos y los carbohidratos que aparecen o debieran aparecer en la información nutricional de todo alimento envasado que pasa por nuestras manos.

Las proteínas son macromoléculas o polímeros (moléculas largas) constituidos por la unión de muchas unidades pequeñas (monómeros) que se denominan aminoácidos.¹ En las proteínas alimentarias existen 22 aminoácidos que poseen en sus estructuras un grupo amino (-NH₂) y un grupo ácido (-COOH). Nueve de ellos (histidina, lisina, metionina, triptófano, treonina, fenilalanina, isoleucina, leucina y valina) se denominan aminoácidos esenciales pues no pueden ser sintetizados por los humanos. El número de aminoácidos en una proteína puede ir desde unos pocos (como en los péptidos), a cientos (como en las proteínas del suero de la leche) o hasta varios miles (como en la caseína de la leche). La secuencia de los diferentes aminoácidos determina el plegamiento de la cadena proteínica en el espacio y su asociación en estructuras más complejas, y por ende muchas de sus propiedades fisicoquímicas y biológicas. Las proteínas en la naturaleza adoptan una conformación espacial o estructura nativa y así algunas aparecen enrolladas como un ovillo de lana y se denominan proteínas globulares, mientras otras permanecen extendidas y se conocen como proteínas fibrilares. Es común que cuando a las proteínas se las cambia de ambiente, como al subir la temperatura (calentamiento) o agregarles ácido (cambio de pH), se denaturen y adquieran otras características y propiedades. Las enzimas son proteínas que aceleran algunas reacciones químicas muy específicas (catalizadores), como por ejemplo, la papaína usada para el ablandamiento de carnes. Las moléculas que hoy denominamos vitaminas no son “aminas” para la vida, como lo sugiere su nombre erróneamente asignado en 1912 por su descubridor, el bioquímico polaco Casimir Funk.

Los lípidos son un grupo variado de moléculas que tienen la característica peculiar de ser insolubles en agua. Los lípidos más abundantes en alimentos se conocen como grasas y aceites, y contienen moléculas llamadas ácidos grasos (AG), donde el monómero CH₂ se repite hasta más de 20 veces en una cadena que termina en un grupo ácido (-COOH).² La mayoría de las grasas y aceites son en realidad triglicéridos (también llamados triacilglicéridos) donde tres AG se encuentran unidos a una molécula de glicerol y penden de ella dando formas de triglicéridos conocidas como “tenedor” o “silla”, que adquieren gran importancia al momento que estos solidifican (sección 3.9). También existen los monoglicéridos y los diglicéridos que contienen sólo uno o dos AG, respectivamente. El tipo de AG es responsable de que una grasa sea insaturada o saturada, dependiendo si existe o no un doble enlace uniendo a dos monómeros en la cadena del AG. Las grasas saturadas son normalmente más sólidas a una temperatura dada que las grasas insaturadas. En los aceites insaturados se puede transformar un doble enlace en un enlace simple agregando átomos de hidrógeno (hidrogenación), con lo que se consigue una grasa que se derrite a temperaturas más altas, como se necesita en las margarinas. El inserto 1.1 describe la terminología usada para referirse a los AG insaturados. Una de las propiedades más destacables de los aceites y grasas es que no se mezclan con el agua, más bien la odian y padecen de hidrofobicidad. También pueden alcanzar temperaturas de hasta 190ºC sin descomponerse, lo que los hace aptos para freír un alimento en un líquido caliente. Entre los lípidos con relevancia tecnológica están también los fosfolípidos como la lecitina, que son moléculas parecidas a los ácidos grasos, que tienen una cabeza polar (cargada eléctricamente) seguida de una larga cola apolar (sin carga eléctrica). Por lo tanto, estas moléculas se sienten bien en las interfases donde coinciden el agua con el aceite o el aire (como las emulsiones y las espumas, respectivamente), y sumergen la cabeza polar en la fase acuosa, extendiendo su cola hacia la fase oleosa o el aire. Los fosfolípidos son componentes fundamentales de las membranas biológicas en que se disponen en dos capas con las cabezas polares hacia el exterior acuoso y las colas apolares escondidas en el centro.

INSERTO 1.1. Breve glosario de la terminología usada para ciertos ácidos grasos (AG) insaturados y moléculas relacionadas que se encuentran en los alimentos. Siguiendo a una letra C, se especifica el número de átomos de carbono y de dobles enlaces, por ejemplo, C20:5.

Ácidos grasos poliinsaturados. En inglés se conocen como PUFAs y son AG que contienen más de un doble enlace en la cadena. Otorgan beneficios saludables en la prevención de enfermedades coronarias, hipertensión, y en el desarrollo y crecimiento del cerebro.

Ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga (AGPICL). Los AGPICL omega-3 (como el C18:3, α-linolénico) y los AGPICL omega-6 (como el C18:2, linoleico) se consideran esenciales y deben ser proporcionados por la dieta, puesto que el cuerpo humano no es capaz de sintetizarlos; el ácido α-linolénico se puede convertir en EPA y DHA. Dietas altas en AGPICL omega-6 no son recomendables. Omega-3 y omega-6 se refiere a la posición del doble enlace en la cadena.

Ácidos grasos poliinsaturados de cadenas muy largas. El EPA (C20:5, eicosapentaenoico) y el DHA (C22:6, docosahexaenoico) se consideran valiosos desde el punto de vista fisiológico y nutricional. Buenas fuentes son los pescados y las microalgas.

Ácido linoleico conjugado (CLA, en inglés). Son variaciones del ácido linoleico que tienen enlaces dobles cis y trans en posiciones C:9 y C:11. Se invoca que reduce la grasa corporal, aumenta la masa muscular y reduce los niveles de colesterol y triglicéridos en la sangre. Se encuentran en la leche, quesos y carnes.

Ácidos grasos trans. Los AG trans son del tipo insaturado, con al menos un doble enlace que produce un doblez en la cadena distinto (trans) al que ocurre naturalmente en los aceites (cis). Se forman durante la hidrogenación parcial de aceites vegetales líquidos para hacerlos semisólidos, y usarlos en la confección de margarina o grasas de fritura. Las grasas que contienen AG trans disminuyen el HDL o “colesterol bueno” y aumentan el riesgo de enfermedades cardiovasculares (ECV).

Tocoferoles. También se conocen como vitamina E y desarrollan una actividad antioxidante. Están presentes en oleaginosas, vegetales de hoja y en la zanahoria.

Esteroles y estanoles. También conocidos como fitoesteroles y fitoestanoles cuando son derivados de plantas, son estructuralmente distintos de otros lípidos y más parecidos al colesterol. Se sostiene que son beneficiosos como antioxidantes y por sus efectos hipolipidémicos (reducen el nivel de colesterol en la sangre).

Lipoproteínas plasmáticas. Son macromoléculas complejas de proteínas y lípidos que permiten a estos últimos ser transportados en la sangre (que es un medio acuoso). Existen las HDL (lipoproteínas de alta densidad) que remueven colesterol y las LDL (lipoproteínas de baja densidad) que pueden contribuir a la formación de placas en las arterias (aterosclerosis).

Los carbohidratos son moléculas abundantes y baratas, cuyo nombre sugiere una composición del tipo C_x(H₂O)_y que sólo es válida como fórmula pues no contienen agua. En bioquímica se conoce como azúcar (del griego saccharum) a una molécula donde x e y valen 6 ó 12. Los carbohidratos comprenden moléculas pequeñas, como los monosacáridos (por ejemplo, la glucosa, presente abundantemente en plantas y en nuestro cuerpo, y el azúcar fructosa de la miel) y disacáridos (por ejemplo, sacarosa o azúcar de mesa, cuya molécula está formada por la unión de glucosa y fructosa, y la lactosa de la leche, formada por galactosa y glucosa). Muy importantes son los polímeros o polisacáridos, moléculas de gran tamaño donde distintos tipos de azúcares se unen formando una gran cadena lineal y a veces ramificada. Una de las cosas que hacen atractiva a la química es que una misma molécula pegada de distinta manera puede dar lugar a polímeros con propiedades muy diferentes, como es el caso de ciertas cadenas lineales de glucosa en el almidón (amilosa) y la celulosa. Sobre el almidón, el polisacárido más importante en los alimentos, se hablará en la sección 2.1 y del glicogeno, el carbohidrato sintetizado en el cuerpo y almacenado en los músculos y el hígado, en la sección 6.4. También pertenecen a los polisacáridos las llamadas gomas o hidrocoloides que se obtienen de las paredes celulares de frutas, como las pectinas (figura 1.2) o de algas, como los alginatos, el agar y las carrageninas. Otras gomas comestibles se extraen de leguminosas (goma guar), son secretadas por árboles (goma arábiga y goma tragacanto) o microorganismos (goma xantana). Como son moléculas muy largas cuando forman parte de una solución le otorgan una alta viscosidad o la espesan. En nutrición se denomina fibra dietaria a un grupo de polisacáridos vegetales que son resistentes a la degradación en el sistema digestivo humano. Existe la fibra insoluble (celulosa, hemicelulosas y lignina) que promueve el movimiento de material en el intestino y la fibra soluble (gomas, mucílagos, pectinas) que forma geles con el agua y puede ayudar a reducir los niveles de colesterol y de glucosa. El almidón que no es degradado por las enzimas del intestino también es considerado fibra dietética (sección 7.7).

FIGURA 1.2. Actualmente las moléculas se pueden “ver”. Imagen 3-D obtenida por microscopía de fuerza atómica de una molécula de pectina depositada sobre mica (fondo oscuro). La escala es 109 x 160 nanómetros (nm). La longitud de la molécula es ~70 nm y el grosor ~0,6 nm. Gentileza del Dr. Vic Morris, Institute of Food Research, Norwich, R.U.

Se ha dejado para el final al agua, que a nivel de número de moléculas es el componente principal de los alimentos, aun de aquellos que se consideran deshidratados o secos, como las pasas o los fideos. El agua es un reactivo fundamental en muchas reacciones químicas, ejerce un rol de solvente que permite que otras moléculas se muevan y dispersen en las matrices alimentarias, además de ser indispensable para la multiplicación de microorganismos y responsable que la textura de alimentos sea suave o dura. Es notable que el agua sea el único componente en la naturaleza y en los alimentos que existe en los tres estados físicos, como sólido (hielo), líquido y vapor. Pero atención, que el “agua de la llave” no es igual en todas partes y cantidades mínimas de compuestos químicos disueltos en ella pueden tener un efecto no menor sus propiedades culinarias.

Aunque el énfasis del libro estará en las estructuras alimentarias más que en las moléculas, no se puede dejar de mencionar algunas de las reacciones moleculares importantes que ocurren en los alimentos y afectan su calidad y nuestra salud, entre ellas, las que se listan en el inserto 1.2. Si algunas moléculas en los alimentos no cambiaran continuamente y otras se volvieran reactivas durante el procesamiento, no podríamos disfrutar de los aromas de frutas, vinos y el café tostado, ni de las texturas de un queso Camembert o una palta madura. Pero tampoco tendríamos que preocuparnos por la aparición de algunas moléculas producidas durante el procesamiento y la cocción que pueden implicar riesgos para la salud (sección 1.10).

Algunos alimentos son muy susceptibles a sufrir cambios indeseables por reacciones en que participa el oxígeno, llamadas en forma genérica oxidaciones. Las grasas insaturadas son muy susceptibles a la oxidación y producen olores y sabores indeseables, por lo cual muchas veces se remueve el oxígeno del envase o se usan antioxidantes. La oxidación de lípidos en alimentos progresa muy rápidamente una vez que se han formado compuestos intermedios llamados radicales libres que son moléculas altamente reactivas. Existen otros tipos de oxidaciones como aquella que afecta al color de la carne e involucra al pigmento mioglobina en los músculos. Cortes frescos de carne exhiben el color rojo que nos atrae, pero lentamente ocurre una oxidación del átomo de fierro que ocupa una posición central en la molécula de mioglobina y se produce una coloración café. El curado de la carne usando nitritos y nitratos tiene como objetivo estabilizar a la mioglobina en tonalidades rojizas y los compuestos que se forman son estables al calor.

Muchas moléculas son forzadas a modificarse para producir cambios deseables en la textura y sabores de los alimentos. Las reacciones enzimáticas son mediadas por enzimas, y aquellas que producen rompimiento de enlaces químicos específicos y liberan moléculas más pequeñas (reacciones de hidrólisis o hidrolíticas) son importantes en la industria alimentaria. Proteínas, almidones y grasas son cortados por enzimas que reciben los nombres genéricos de proteasas, amilasas y lipasas, respectivamente. Los hidrolizados proteicos se usan como saborizantes y los productos de la hidrólisis del almidón son apreciados por su solubilidad y dulzor (sección 1.2). Durante la maduración de los quesos las lipasas producidas por hongos y bacterias escinden ácidos grasos de los triglicéridos de la grasa de la leche, produciendo poderosas moléculas odoríferas, aunque también se suelen agregar con el mismo fin enzimas de origen microbiano. Aunque las enzimas normalmente escinden moléculas grandes también pueden catalizar la reacción contraria y pegar moléculas pequeñas bajo condiciones especiales, lo que se realiza normalmente fuera del alimento. Veremos más sobre esto en las secciones 1.12 y 2.2.

INSERTO 1.2. Algunas de las reacciones químicas importantes en los alimentos y que afectan su sabor y color.

Oxidación de lípidos. Se produce por la interacción de AG insaturados con el oxígeno, generándose intermediarios altamente reactivos llamados radicales libres que desatan una reacción en cadena. Un ejemplo de oxidación es la formación de olores desagradables en pescados grasos.

Pardeamiento no-enzimático. Conjunto de reacciones entre azúcares reductores (principalmente glucosa) y grupos amino libres en proteínas, que resulta en el desarrollo de colores pardos y olores. Entre muchos ejemplos es responsable de las cervezas oscuras y los aromas del café tostado.

Reacciones enzimáticas. Son mediadas por enzimas intrínsecas a los alimentos (por ejemplo, la oxidación de legumbres por la lipoxigenasa) o agregadas a ellos (por ejemplo, coagulación de la leche). Dan como resultado desde cambios en las propiedades físicas hasta organolépticos (percibidos por los sentidos).

Pardeamiento enzimático. Reacción de pardeamiento en vegetales producida por enzimas llamadas polifenoloxidasas o peroxidasas, como ocurre al rebanar papas.

Rancidez enzimática. Liberación de ácidos grasos (generalmente de cadena corta) de los triglicéridos por medio de una hidrólisis enzimática mediada por lipasas, que produce olores y sabores desagradables, por ejemplo, en la mantequilla (ácido butírico). No se debe confundir con la oxidación de lípidos.

Reacción de Maillard. Ver pardeamiento no-enzimático.

Tan importante como las transformaciones mismas son las velocidades a que ellas ocurren. En general, los cambios químicos transcurren más lentamente al bajar la temperatura, remover el agua de los alimentos o al adicionar inhibidores específicos (por ejemplo, los antioxidantes). Pero estudiar una reacción química usando reactantes puros en solución y en tubos de ensayo (lo que se llama “química húmeda”) y extrapolar los resultados a lo que ocurre en un alimento puede ser frustrante. Para comenzar, en un alimento existen varios compuestos que pueden potenciar o inhibir una reacción. Algunos reactantes pueden estar en compartimentos celulares o ligados a otros componentes, o el mismo medio suele restringir el movimiento de las moléculas, todo lo cual puede afectar las velocidades de reacción. Más sobre velocidades de reacciones químicas en alimentos se verá en la sección 5.4.

Basta leer la etiqueta de un alimento procesado o una receta para apreciar que hay muchas moléculas que se agregan a los ingredientes básicos de una formulación con fines muy diversos. En la jerga técnica se conocen como aditivos alimentarios a todas aquellas sustancias naturales o artificiales que son agregadas intencionalmente a los alimentos en pequeñas cantidades a fin de preservar o intensificar sus cualidades, ya sea conservándolos ante la acción de microorganismos, realzando su gusto, su color o mejorando su textura.³,⁴ Los colorantes y aromatizantes, naturales o sintéticos, son los aditivos más usados. Pero hasta un alimento tan simple como la sal comercial contiene un aditivo antiapelmazante (generalmente carbonato de magnesio o dióxido de silicio) que evita que grumos producidos por la humedad taponen los orificios de los saleros. Los aspectos químicos de los aditivos se encuentran tratados en muchos textos, entre ellos en el libro clásico de Química de Alimentos del profesor H.-D. Belitz y colaboradores.⁵ El tema es tan extenso y especializado que se sugiere a los lectores interesados consultar las fuentes originales.⁶

Hay aditivos naturales muy antiguos como el humo y la sal. También están aquellos derivados de las especias traídas por Marco Polo de Oriente en el siglo XIV o introducidas por los árabes, como el azafrán, y los ingredientes que provinieron de América en el siglo XVI. Algunas especias como el tomillo y el romero que se usan para condimentar platos o productos tradicionales, tienen además una alta actividad antioxidante y reducen la formación de sabores indeseables. El paso siguiente fue extraer de las materias primas originales las moléculas más importantes, refinarlas y concentrarlas para dar lugar a potentes extractos. El uso de los aditivos naturales es también muy diverso, como lo es la clasificación (ejemplos en paréntesis): conservantes que prolongan la vida de anaquel (ácidos “débiles” como los ácidos láctico, acético, tartárico y cítrico), colorantes (cúrcuma, azafrán, etc.), aromatizantes (aceites esenciales de varios tipos, vainilla, etc.), antioxidantes (ácido ascórbico, alfa tocoferol), espesantes o texturantes (almidones, hidrocoloides), emulgentes o emulsionantes que ayudan a hacer mezclas homogéneas (lecitina), humectantes que retardan la pérdida de humedad (sorbitol, glicerol), potenciadores de sabor (glutamato monosódico, inosinato disódico, etc.), entre otros.

Con el tiempo se descubrió que la base de algunos aditivos naturales eran moléculas que se podían producir en el laboratorio y de ahí nacieron los colorantes y aromatizantes sintéticos. Otras moléculas producidas industrialmente funcionaban mejor que las naturales o eran más baratas, como es el caso de los antioxidantes BHA, BHT y el galato de propilo que leemos en algunas etiquetas.⁷ Pero sin lugar a dudas fue en el siglo XX y con el desarrollo de la industria alimentaria cuando se produjo la masificación en el uso de aditivos para la preservación de la calidad, inocuidad y el atractivo de los alimentos procesados. Hoy en día los aditivos mencionados en los envases de algunos alimentos causan cierta angustia, pues difícilmente se entiende por qué se encuentran allí y en tanta variedad. Para tener una idea de cuánta química puede adicionarse legalmente a nuestros alimentos, el listado de aditivos del Código Alimentario Español contiene sobre 350 aditivos permitidos, muchos de ellos sintéticos.⁸ La industria alimentaria está bajo una fuerte presión para eliminar algunos de ellos, reducir su contenido o reemplazarlos por aditivos de origen “natural”. Por ejemplo, se ha descubierto una variedad de conservantes naturales llamados bacteriocinas, que matan o inhiben el crecimiento de bacterias indeseables y que son producidos por microorganismos que existen en los alimentos. Uno de ellos, la nisina, se encuentra autorizada para el uso comercial como conservante de alimentos en más de 50 países desde hace aproximadamente 30 años.

Obviamente, todos los aditivos están sujetos a una estricta regulación por parte de las agencias de inocuidad alimentaria que determinan sus usos y cantidades a emplear en cada aplicación. En EE.UU. una categoría muy importante son los aditivos GRAS (Generally Recognized As Safe) que corresponden a aquellos cuya inocuidad proviene de una larga historia de uso seguro en alimentos (a lo menos anterior a 1958), o que ha sido probada científicamente. Los aditivos alimentarios autorizados en Europa se identifican por un número E (por ejemplo, el ácido cítrico usado para conservar el color de frutas y verduras recién cortadas es E330).⁹ En general, el uso de cualquier nuevo aditivo alimentario debe ser peticionado por el fabricante adjuntando extensos estudios científicos y pruebas en animales, utilizando grandes dosis del aditivo por largos períodos, de los que se puede “concluir” que la sustancia no causa efectos nocivos en las personas cuando se usa en dosis razonables. Como era de esperar, este tipo de estudios, sus conclusiones y la extrapolación de resultados a humanos son altamente cuestionados y poco convincentes para algunos.¹⁰

Si el lector se siente un poco incómodo a estas alturas con tanto nombre de moléculas (y vendrán algunos más en las secciones siguientes), el inserto 1.3 presenta un listado de algunos ingredientes que aparecen en los envases de un variado grupo de alimentos comprados en un supermercado y de uso común. La mención de todos los aditivos que contiene un producto ha sido una gran victoria de las asociaciones de consumidores y proporciona información relevante a la hora de tomar decisiones de con que alimentarse.

Evidentemente, el uso de todos estos aditivos está permitido dentro de niveles adecuados, aunque aquel que se declara como “saborizante o aroma idéntico al natural” no aporta mucha información y deslinda con lo engañoso. Si nos preocupa tanto lo que comemos ¿seremos capaces de responder por qué y para qué están esas moléculas allí? Como hay alrededor de 25 distintos aditivos en el inserto 1.3 se puede hacer un test y calificar el número de respuestas satisfactorias: entre 20-25: excelente, debiera ser Director de la Agencia de Alimentos (¿o vende aditivos alimentarios?); 15-19: muy bueno, debiera sentirse orgulloso porque más del 70% de las veces sabe lo que come; 10-14: bien, pero siga leyendo el libro porque aún le falta conocer la otra mitad; 5-9: se nota que ha cocinado alguna vez y pasó el curso de básico de química; 0-4: ¡cuidado con beber ácido sulfúrico, que hace mal!

INSERTO 1.3. Algunos ingredientes con nombres extraños que se listan en los envases de diversos alimentos.