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TECNOlOGIA DE LOS ALIMENTOS

VOL UMEN I COMPONENTES DE LOS ALIMENTOS

Y PROCESOS

PROYEcrO EOITOFUAl. CIE..~Cl.4,S QUMlCAS

Director: Guillumo Callf:)C Pardo

reIU de publicaci6!1..:

TECNOLOGA BIOQuMICA Y DE LOS ALlMEl'ITOS CoordifI(Jdor: Jos Aguado AloMO

,

TECNOlOGIA DE lOS ALIMENTOS

VOLUMEN I COMPONENTES DE LOS ALIMENTOS

Y PROCESOS Juan A. Ord6ez Pereda (editor) Mara Isabel Cambero Rodrguez

Lenides Fernndez lvarez Mara Luisa Garcia Sanz

Gonzalo Q. Garcia de Ferna:1do Minguilln Lorenzo de la Hoz Perales

Mara Dolores Selgas Cortecero

Resel'\'ldoJ lodos 101 de,~ehos. E.II' pro~ibldo. bljo la.! uncion", pcntlu y el esarcimi

PROLOGO

NDICE

CO:-.lCEP'TO y OBJETIVOS DE LA TECNOlOGt.-\ DE LOS ALI\otENTQS

II

1.1. D~5al"i\)lIo histrico .................................. _ ............ , .... , .... ,........... 14 1.2. Alim;:ntos y nutrientes .... ,............................................................................. 18 1.3. Conc.:plo de Ctencia y To!cnologia de los Alimentos ................................. 19 1.4. Objetivos de la Tetnolgfa de [os Alimentos . ........................................... 20

2. AGUA

2.1. Introduccin 24 2.2. Constantes fsicas del agua y del hie lo ......................................................... 24 2.3. La molcu[a de agua .. _................................................................ ................... 24 2.4. Estructura del hic:lo y del agua ... .................................................................. 26 2.5. Proptedad~s disolventes del agua ................................................................ , 27 2.6. !mera.::iones del agua con sustancias apolares ........................................... 28 2.7. Efecto de lo. salutos e n [a estructura del agua ........................................... 19 2.8. Efecto de los solutos en la estructura del biela ........................................... 29 2.9 Actividad de agua ........................................... ............................. ................. 29

2.10. !30 te rrnas de iOrcin de agua ............................................... _....................... 32 2.t t. Aphcacin de las Isotermas de sorcin en Tecnologia de los Alimentos. 35

3.1.

3.3. 3.4. 3 S. 3.6.

3. LlplDOS

Introd'Jccin ................................................. ......... ....................................... . ..:\C\dO$ ps.J~ lic k>$ z.!i!!1-ent(;s ................................................................... ..

3.2.1. cidos grasos saturados de cadena lineal .................................... .. 3.2.2 . cidos grasos insaturados de cadena lineal ...... ........................... ..

Carac!enstic.1.S de los glicridos .................................................................. . Caractersticas de los fosfo lipidos ............................................... ; ................ . Fraccin nsaponlficable ................................................................. .. Propiedades fsicas ........... .................. ........................ _ ................................. .

3.6.1 Polimorfismo ................................................................................... .. 3.6.2. Punto de fusin ........................................ _ ........................................ .

38 39 39 40 41 42 42 43 43 44

3.6.3. Viscosidad ........................................................... ............................... 4-:

~.7.

3.8

3.9 3 10

3.11

3.6.4. Calor especfico ............................... _ ..................... _ ...... _ .............. _ 3.6.5 Ctlo, lat~llt! ~ r.!S.l6:; ____ ..... _ .... __ ......... _ .......... _ ................. 3.6.6. (ndlCe de refraccin _ .............................................................. : ........ . 3.6.7. Densidad ... _ ..................................................................................... . 3.6.8. Solubihdad .. ........ . ........................................................................ . : .6.9. ?!!.Sti:::~a~ ....................................................................................... . T:i!.ta:::::.i~::.tcs d~ !:'Ioci!:::..a:ij de !a.s g;asas ............................................. ..

3.7.1 HldroJenacin ............................................................................... . 3.7.2. T.a.asesterificcin (intereserificacill) ._ .... _ ..... _ ...... _ ............. .. 3.7.3. Fraccionamiento ................................................. _ .............. _ ............. .

Enranciamiento lutooxidativo ....... _ ....................... . 3.8.1. Relcciones de oxidacin de los lpldos.. . ............................. . 3.8.2 FaCtores que mteMeot:D ce la oXIdacin

de los (pidas de los a.limentos .......... . ........................... . Reversin dei sabor. .... ........... ................ .... . ............... . Anlioxidante$ ....... ........................................... - ............ . 3.10.1. Antioxidantes tipo 1 .................................................. _ .................... .. 3 .10.2. AntIoxidante tipo 11 ...... _ ............................. _ .................. ,_ .......... . 3.10.3. AntioxIdantes tIpO ni .............................................. .. Enranciamiento hpolrtico ........... ...................... ....... . .............................. .

4 PROTE.t~AS 4 1. Introduttn. . ....... . . ................................................ ~ ......................... . 4.2_ 4.3 4.4 4.5 4.6. 4.7 4.8. 4.'

410 4.11.

'.1 52.

Propiedades funcionales de las proteinas ................................................. . Propiedades de tlidratacin ....................... _. _ ...... _ ....... _ .. _ ..................... . Solubilidad ..... . ........... ...... . ........................................... .............. . Viscosidad ...... .. Geli[icacin ........................... . Formadn de pastas proteicas ....................... . .......................................... . Texturizadn ................. _ ............ ................... ....................................... ........ . Propiedades surfactantes de las proteinas ... .. ... ,_ ............................ .

4.9.1. Propiedades emulsionantes .................... , .................................. . 49 2. Propiedades es?'.!rn!.ntes ................... .. ................... .

Fijacin de aromas ............... _ ... _................................ . ..................... . Mocllficaciones en tas propiedades funcionale5 de las protenas sometidas a procesos tecnolgicos. ......................... . ...................... .

5. CARBOHIDRATOS

Introduccin ..... . . ....................................................................... . Clasificacin de los carbohidratos ................ . ..................................... ..

5.2.1. Monosacridos ............ " .................................................................. . 5.2.2. Ohgosacridas ............................... ,_ ~_ ....................... .. 5.2.3. Pohsacridos

" '5 45 45 46

47 ., 50 50 50

" '4 54 SS 5 57 57

60 60 61 62 64 65 66 67 68 69 71 73

78 78 78 79 79

5.3. Propiedades fisicoqumicas y sensoria.leJi de los mooosacridos .............. . 5.3.1. Hlgroscopicidad .............................................................................. .. 532. Mutarrotacin ................................................................................. .. 5.3.3. Estado vtreo ..................................................................................... . 5.3.4. Cristalizacin .................................................... , ............................. .. 53.5. inversin de los azcares ................................................... , ............. . 5.3.6. Poder edulcorante ............... ............................................................ .

5.4. Propiedades fu:l ci,:r;.a!es de los polisacridos ............................................ .. 5.':.1 50lubilidad ...................................... _ ................................................ .. 54.2, Hidrlisis de los poltsacridos ................................................... . 5.4.3. Viscosidad ....................................................................................... , 5.4.4. Capacidad de form~ geles .......................................................... .

5.5. TransiollT)adones e los Ca!OOhld r3tos por accin el calor ................ .. 5.5.! CarameEzacio .......... _ ...... _ .. _ ................................... _ .. _ ......... . 5.5.2, Pardeamiento no eDZlmtlco .............................................. ..

5.6. Principales po!isacrido$ ........................... , ................................. . 5.6.1. Almidn ................................................. .. ................. . .. 5.6.2. Glucgeoo .................................................................................... .. 5.6.3. Celulosa ................... _ .............. _ ......................................................... .. 5.6. 4. Hemicelulosas ....... ,~ ................................................ , ........................ . 5.6.5. Ciclodextrinas .......................... ~ ................................... .................... .. 5.6.6. Sustancias ptcticas .......................................................... : ............... . 5.6.7. Gomas ................................................................................. .............. ..

5.7. Fibra

61. 6,2,

6.3. 6.4.

6. VITAMINAS. MINERALES Y ENZIMAS

VitamInas y minerales .............................................................................. .. Prdida de VItaminas y minerales en 10$ alimenlOs procesados ............. ..

62.1. Vitaminas hldrosolubles ....................................... .. 6.2.2. Vitaminas liposolubles ........................ .................... . .... ............. . 6.2.3. Minerales ....... ........ . .. .............................. . 6.2.4. P~rdlda de vitaminas durante el almacenamiento .... .

AdiCin de nutrientes a 10$ a!tmemos ..................................................... .. Enzimas ......................................... . ............................................................ .

6.4.1. Enzimas endgenas en los alimen tos , ............................. .. 6.4.2. Utilidad de las enzimas en Tecnologa de los Alimentos ........... . 6.4 .3. A plicacin de enzimas exgenas en la elaboracin de alimentos 6.4.4. EnZimas inmovilizadas .................................................................. .. 6.4.5. Enzimas libres o inmovilizadas? ............ .. ....................... .

7. ALIMENTOS FRESCOS

7.1 Al teracin de los alimentos frescos ................... .. ;.2. Estratesils d!!a cC:lse:-.ad6:: de los alimentos ....................................... ..

79 79 79 80 80 SO 8l 82 82 83 8J 84 85 85 86 91 91 94 94 95 95 95 9? 98

102 102 105 112 11' 115 115 116 116 118 118 12! 126

130 131

ndiC' 7

Tecno~CI de lo! Alimentos. ro Comf'O'lfl1lleJ d.toJ o/imettlos y ~ocesOI

7.3 Estrategias de la transformacin de los alimen tos .................................... 132

8 CONSERVAC:-'; POR i.:.L CALOR 8.1 Introduccin 82. Componamlento de nucroorgamsmos y enZlmdS frente a la temperalUra 8.3. Cmllca de la de~truccin d~ los microo;-ganismos por el calor. 84 TeTIlorresi)!eilCia de los microoigJ;:isiTlos 85 ValorF ........................... . 8.6 fralamientos trmiCOS aplicados en la prclica ... ... . .. 8.7. Tipos de uatamientosterrrucos ....

9.1 92

9.3.

10. 1 10.2. 10.3.

8.7.1. Esterilizacin B.I.Z. Pasterizacin 8.7.3. T.::miza.:ijn

9. UTILIZACIN DE RADIAC IONES ELECTROMAGNTICAS Ei'I LA r.-lDUSTRIA AL IMENTARIA

IRRADIACiN DE ALI~tENTOS RadiaCIones electromagnticas en la Industria Alimentaria ................... .

Radi:!cicr..~s e1ectromagntic3s no onizantes ................. . . .............. . 9 2.1. Radiacin Infrarroja ........................................................... . 9.2.2. Radiacin microonda .............................. ..... .............. .. . 92.3 Calentam ien to dtelc\nco ...... ...... ........ . ................................ . 9.2.4. Calentamiento 6hnuco ........................ ... ..................................... . 9.2.5. C:!.!ent:!miento p.:lr induccin ........................... .

Irradiacin de alimentos ..... ..... . ............................................ . 9.3.1. Efecto qumico y biolgico de la irradIacin ............................... . 9.3.2. Efecto en la calidad nUlrlcional y en las caractersticas

orga!'".oI~jlli::.lS d~ los ah1.l~:'ltos . . ............................................. . 933. Aplicacin en la Industria Atimentan a .................. : ..................... . 9.3.4. Fuentes y planta de radiacin .................................................. ..

10. CONSERVACiN POR FRlo Inl raduccin ............................................................................................... Conceptos de refrigeracin y congelacin .................................... . Refrigeracin y almacenamiento en refrigeracin .................................... . 10.3.1. Efecto de la refrigeracin en la velocidad de las reacciones qumi-

cas y enzimticas y e n el crecimiento de los microorganismos .. . 10.3.2. ImportancIa de las caracteristcas del alimento ............................ . 10.3.3. Factores que hay que controlar durante el almacenamiento

en re (rige racin ................................................................................ . 10.:;4. Caractensltcas ci~ os ailmemos reirig.:rados .................. . 10.:.5. Ota .. apli::acioa~s de la te!.-:5ei"ac:n .

138 138 139 141 14:; 1: 4 146 146 15 1 15~

156 156 156 161 173 174 177 177 178

182 184 188

19' 194 195

195 197

198 200 ,00

10.4. Congelacin y almacenamiento en congelacin ....................................... . 10.41. Teora de la cristalizacin .. .. ...... ............ ......... . ............ . 10.4.2. Curvas de congelacin .................................................................... . IOA3. Modificaciones que se producen en los alimentos

durante su congelacin. Efecto sobre las reaccion::s c;.t!::::::.lS y ~::!:m:;c;;5 .......................................... : ........................ .

ID.';.!. E~ec;;) c!!.;. .:.:;;ge!a':;;;;l e;"! 10$ r;;ieooorganis;aos ........................ . 10.4.5. Modificacin de los alimentos duranle su almacenamiento

en congel;!cin ........................................................................ . 104.6. Importancia del estado vtreo en la estabilidad

de los alimentos congelados ....................................................... . tOA 7. O,as aplica-:iones de la congelacin .......................................... .

10.5. Produccin dusaial de f;:o. ........... ....... . ...................................... . 10.5.1. Sistemas mecnicos.. . ........................................ . 10.5.2. Sistemas criognicos ................................................ _ ......... ........ . 10.5.3. Necesidades de refrigeraci6n .................................................. .

10.6. Metados y equipas ........... ...... ................ . ..................... . 10.6.1. Equipos empleados para la re[ngeracin ........................ . 10.6.2. Equipos empleados para la congelacin ...................................... . 10.63. Seleccin del mtodo y del equipo de congelacin ..................... .

10.7. Descongelacin ............................................................................................ . 10.7.1 . ~1todos de descongelaci6n ......................................... ................... .

11 CONSERVACIN DE ALIMENTOS BASADA EN LA MODIFICACIN DEL pH, ATMSFERA Y AcrIVIDAD DE AGUA.

EVAPORACIN Y DESHIDRATActN

201 201 20l

2:)0 210

211

216 220 221 221 222 22l 227 228 23D 236 238 241

11.1. pH .... _ ... _.................................... ....... ..... ................... .......... 246 11.1.1_ El pH Y los microorganismos alterantes ......... 247 11.1.2. El pH Y los microorga01smos patgenos .............. ..... ....... .. . 247

11.2. Atmsferas. ........................ ........ . .................. .. ............... .. ....... 2~S 11.3. ActIvidad de agua (a.J .. ..... ..................................... ..................................... 249

11.3.1. a .. y micToorg:~nismos alterantes y p:!!g'!nos . ........ ........... .... 251 11.3.2. La Q,. Y las reacciones qumicas y bioqumicas ........................... 253

11.4. Concentracin de los alimentos por evaporacin ....................................... 254 11.4.1. Fundamentos de la evaporacIn ... .... ...................... 254

. 11.4.2. Factores que modmo!l d"puntu cie ebullicin y la transferencia de energfa ............................................................ 255

11.4.3. Efecto en las propiedade3 de los alimentos .................................. 257 11.4.4. Equipos y aplicaciones ................................................... __ ................ 258

11.5. Deshid ratacin ....................... _ ........................................................................ 272 11 .5 .1. Fundamentos de la deshidratacin ................................................ 273 11.5.2. Velocidad de secado. Fases y curvas de secado ............................. 278 11 .5.3. Efecto en las caracten'sticas de los alimentos ............................... 282 11.5.4. Equipos y aplicaciones _ ................................................................... 285 11 .5.5. Liofilizacin ............................................................ _ ...................... 297

ndke

11 .S.6. Deshi

El presente libro est dirigido a todos 105 alumnos de las diversas tituladone~ en las que se contempla el estudio de los alimenlos, como Farmaci a, Veterinaria, Ingenieros Agrnomos y Ciencia y Tecnologfa de los Alimentos y, en general, a cualqUier hcenciado con conocimien-tos generales de Qumica, Fsica, Microblologfa y Bioqumica que est interesado en profundi-ur en el conocimiento de los alimentos. No obstante, los ms bendiciados sern 10$ estu-diantes de Vetennana, dado que en eSte libro se estudtan fundam!ntalmente los alimentos de origen animal. Asimismo. todos los tcnicos que trabajan en la industria alimentaria tienen en estas pginas una buena fuente de informa-cin relacionada con sus actividades.

La obra se ha dividido en dos volumenes: e! primero trata de [os aspectos bioqumicos de los alimentos, de sus componentes y de los Ira-tamientos tecnolgicos que habitualmente se aplican a los mismos pan su comercializacin, y el segundo trata, especficamente, de la tec-nologa de los alimentos de origen animal

Como el estudio de! procesado de alimentos req;;ier! Ui\OS conocimi!:l:os pTe.jos soc;e -versos aspectos bioqumicos y microbiolgiCOS

PRlOGO

especficos de los mismos, el volumen 1, tras un primer captulo dedicado a la historia, el con-cepto y los objetivos de la T~c"olog(o de 10$ A/lmerlfo$, se inicia con un bloque de temu donde $e estudian el agua, los principios inme-dialos, los oligoelementos y las enzimas. No se ha intentado profundIzar en la estructura de estos componentes porque se ha considerado que los estudiantes deben poseer ya tales cono-cimientos; se describen las propiedades fsicas y qu(micas de inters y, sobre todo, las propie-dades funcionales de todos los componentes mencionados que adquieren relevancia en rela-cin con la conservacin y la elaboracin de los alimentos Adems, como uno de los objetivos de la Tecnologa de los Allm~n/os es el suminis-tro de alimentos nutritivos y 'P IJ I ~Iz. 1M con-sumidor, se han Incluido [as reacciones desfa-vorables en las que dichos componentes estn imphcados y la sensibilidad de algunos de ellos, sobre todo las vitaminas, frente a .. procesos tecnolgicos.

Otro de los objetivos de la Tecnologlo de los Alimentos es la ampliacin de la vida til de los aEm!ntos (conse:-", acln) )" 5"J::,.in.is::o (trans-formaCIn de los alimentos), en lo que se detie-

12 Tecnologio eJe los Alimenlos. (11 Comportenles de lor olimenlo y proceWJ

ne el siguiente bloque y cierra el volumen 1 Se U!la ... , 10$ procesO! que se aplican en la indUJo tria alimentaria, con una descripcin de las operaciones que pueden utilizarse para la con-servacin y la transfornlacin de los alimemos. Los cC!llenidos de enos c.!plulos son vlidos. er: su mayor "art~, !:!!H') pr! a!imenl('! de orr gen animal como vegetal, aunque se hace ma-yor nfasis en los mjs rele\'.!nl~ a les pnme~os.

En el volumen 11, espedfico de los alimen tos de origen ani mal, se describen los tr.!ta-mienros aplic3dos para su conservJCLn 'f/o !f.!nsOrIDacin En primer luglf. se aborda el eStudIo de la leche y los productos lcteos, con un aniisis ponnenorado de sus comj>VnerH:> y de los microorganismos que ms uanscen denca lienen en Lacr%gia, a continuacin, se describen los procesos de elaboracin de los dlsumos productos hiele os naciendo especial referencia a 10$ aspeClos tecnolgicos particu' ~ lares de c3da uno de ellos. Se cooti!la con las caractersticas generales '1 ~nsoriales de la car-ne, su lecnologa '1 la de 105 produclos elabou dos a parti r de ella Con el-mismo esquema, se estudian el pescado y los productos derivados de la pesca. Finalmente, el ll imo captulo se dedica al huevo '1 los ovoproJuctos.

El conJunto de la obra tnclu)'c un anlisis en ma'lor profundidad de los aspeCIOS, proce sos u operaciones que han SIdo desarrollados recientemenle. As, por ejemplo, en el volu men [ se han descrito suc\Otamente 10$ trata-rruentos tnnicos, los procesos de evaporacin '1 deshidratacin o la aplicao:ln de frio, opera-ciones bien conocidas. mientras que se han analizado con mayor profundidad. entre otros; los hornos microondas '1 sus aplicaCiones; los t'atamien tos de irradiacin, como un mtodo fis lco de conservacin menos extendido que la aplicacin de calor; la exttusin, todavia en de-sarrollo pe ro que ha encontrado 'la numerosas

a JhCaClOnt:s tpastas. apenuvos. regaiz, goma~ (!

1 CONCEPTO Y OBJETIVOS

DE LA TECNOLOGA DE LOS ALIMENTOS

En MIl! nptulo se hJce un breve hislori. de los cambios sufridos cn 1.1 .Alimenticion d,d hombre a Ir~is de los tiempos, dude la prchiJlori t.,uta la actualidad, y se n,liu el progreso de los diitrentM mtodos de conscrvacin. Asimismo, se definen los conccptos de Iimento y de nu-t.-iente y, por ultimo, le dCKtibcn los objetivo;: de 1.11 Tccnologl de los AH. nltolOI.

1,1. De,arrollo histrico

Hace al menos tuatTo millones de a130s Jos prebomlnidos, por desconocidas razones, se desplataron desde los irboJes de Jos bosques a las sabanas y cambiaron su dleu vegelananJ. por la forma ornnfvou, lo que supuso un pro-fundo efecto en la e\'ol::clon. de3de un ounto de \',a tanlO biolgico como cuituul. T;u un largo periodo evolutivo, las extremidades infe-nores fueron sufriendo mis y mejores adapta-ciones para una posIcin erecla y, muy lenta-mente, las eXlremloaoes supenores fueron que-dando liberadas de su !.pt::::~ pa~;! :a;ni'!li" y finalmente la mano , al quedar libre , se conVIr-tI en un factor clave en la evolucin del hom-bre Qut! animales dIsponen de manos capa-ces de elaborar utensIlios' Los restos fSileS (crneos, mandbulas, dlenles suehos) indican que hace aproximadamente tres ml!lones de

J.~OS e;USlleron ya unos prehomimos, los Aus/ra{opi!Jw;w (A.. alcrer.slS, ..... robWC';4 ) A

bOIS~I) con algunos caracteres que recuerdan lejanamente al hombre moderno

El salto hacia el Homo comenz. con la trans-formaCin del A afa,~nril en Horno hablfll (hace unos dos millones de e~os) r ts:e e:l H~mo ~'eCffa (hace milln y medio de alias, apro-Ximadamente), donde estn Incluidos los lla-mados PiucomTopus. BalO esa denominacin slobal se Incluyen el hombre de Java , de Peltin, de Yuanmou. elc. (500-200 mil ai'los). los Ulen sihos hallados junto a los restos de estos Indivi-duos indic;!:l un rada de e\'olucin mental Ms evolucionados, Sil'! duda, son el hombre de Neanderthal (10035 mil aj'os), capaz de ta llar la piedra de una fOrma muy perfecta, y el de Ctom acno- (hace unos cuarenta mil anos), au-tores de las pinturas rupestres de Altamira . Lascaux;, etc., que pertenecen ya a la especie Homo sapil!/tS.

Es probable que los pnmeros prehommdos vIvieran en grupos poco numerosos y se des-plazaran poda sabana en busca de alimento y punlOs de agl;!3. la morfologa dentaria evoca \.on ; t!glmen ailmenuclO basado en heroceu y

grarnlneas Sm embargo. los AusrralopiJucUJ debieron tener una dieta mis variada de upo omnvoro; la a!t;nentacin crnica consista, probablemente, en pequelios anima les (repti les. roedores ete.) y cadveres de grandes ma mUeros abandonldos ~or los aruma!es ca.!'!lvo, .05 Los Pitedn;:ropos de la especie Homo uec;u.;. cuyos uensihos han sido descubiertos en campamenlOs..I1 aire hbre o en cuevas, eran cazadores hbiles capaces de abatir grandes animales

Hace unos quimentos mil ai'los. las glaciacio-nes foruron al hombre a adaptarse rpidamen te ; el uso d~ cuevas por gr"':j)CS de so.~OO i; =: ,~ duos cre un ambiente propicIo para una mayor accin SOCial Es enlonces cuando el hombre dC3cubre el fuego, lo que contribuye a aumentar la vida socia! alrededor del hogar que el fuego calienta e iluf"Una Alrededor del hogar, los ca-zadores cuentan sus hazau y proyectan la caza del da sigUiente, lo que va a reforzar los lazos que unen a la (a:rulia y a la tribu Las tradicio-nes cul l".J.U;les comunes unirn a estos hombres. que Iransmltlrn sus tt!cnicas y su sablduria De esta fonna nacieron las civilizaciones, se desa rrollaron y evolUCIOnaron Independientemente pe:o sin perd~r S;J propia id~n:ijad

El conlrol de! fuego constituye un hito en la evolucin del hombre prehistnco El fuego no s610 manl1ene al hombre caliente sino lambit!n lIurruna su hosar. le protes~ contra !os anima les salvajes, le proporciona un cen tro de comu mdad y modtfica profundamente sus altmen!os las C.1:n~s asadas tienen una lexura y sabo. muy diferente de las crudas; adems, se alteran ms lentamente, aumenta su dlgesllblhdad y se eliminan microorganismos potencialmenle pe-ligrosos Cuando el hombre aprendi a con lro lar el fuego y lo utiliz para librarse del frfo y para iluminar su hogar estaba ya, de una forma Inconsciente. practicando el ahumado. Ms tar-de, movido por la necesidad de abaSlecerse en las pocas de escasez, el hombre ulLhz proba blemente el ahumado y la desecacin como una forma de prolongar la Vida ulll de sus ali memos

Copi/uJo J' Coeplo y obe",os ck /o TK~;O ck los A1;menlos 15

Pasada esta primera larga etapa, la humani-dad evoluCion velozmenle. En ei ?aieoiinco y Mesolftico (30.000-8.000 des) el hombre to-dava 00 3e ha becbo agricultor pero utiliza co mo alimentos una gran variedad de productos: buevos, (rutas, semillas. rafce;, insectos. pesca-do. miel y pequeos y grandes animales. Es en el NeoHtlco (9.0cx)3.500 aes) c1.!2..'lclc I!.pa!!::e una agricultura ruimeutaria con5isienle prin cipalmente en cul!ivos estacionales. En este periodo el hombre tambin domestica los ani males, a los que utihta como ayuda para traba-jar y coma alimento. No se sabe en qu orden 10 hizo, pero sr que la cabra. c:1 y~. el bf2.lo y el ce rdo los domesuc en la primera etapa del Neoltico. y el caballo, camello, asno, elefante y gallina al final de es te perodo. Con estos nuevos avances, el hombre aument la dIverSI-dad de sus alimentos. en especial la leche y los productos lcteos (leches fermentadas y que-so) que se fonnaban por fermentacin espOl]: c,inea.

En la Edad del Bronce (3.500 aos a. C.) comenz a regar sus cultivos, lo que se cree fue una de las causas que origm un espectacular Incremento de la poblaCIn en Mesopotamla Igualmente, utiliz el caballo,! los bvido! pa-ra arar los campos. apareci el comerCiO local,! de ms larga distancia y cultiv las frutas. Am-pli sus alimentos, en especial los dI! ongen 'le' getal incluyendo en la dieta higos, arrot, aceite de oliva. cebolla, dtiles, uvas, etc.

En la Edad del Hierro (1.500 aos a C.) a:arece el corr:e:cio a gran escala, !!r.tc ~or mar como por tierra y se mejoran los Utl1es de labranta . Como aliment os, se incluyen en la dieta otros nuevos, como especias, salsas y di-versas frutas. Ms tarde . por fin. en la poca griega y, sobre todo, en [a romana se llega a la plenitud de la agricultura con el uro de fertili-untes, la ro tacin de cultivos, etc.

En las cuencas de los grandes rfos (Amari 110. Ttgris-ufrates, IndoGanges y Nilo) se desa rrollaron grandes civilizaciones. A travs de la s escnturas cuneiform

I I I I 1 1 I

16 f"cnolagio de los Alimenlo . PI Compotlen/fH de fOI olimmlos y procelO'

p~lm('nle de cerdo y aV~!, ?e~cados y una gnn variec'ad de productos vegetales), que utilizaron

!~. ~!'.-:;::1::':::~S :!~' !!.~ Y oi~~ ~~, C~ :!~:!~! ~eredar)o muchos de sus hbitos alimenticios, Ellos ~adleron a la dieta nuevos productos, co-mo el aceite de oliva (cuya tcnica de fabrica -cit;-.!:' i::-.jJc;:.!:,:;:;!e C~e::!. e e .--\5:::. ~.r:::o., .:!,J;::.:!! j-.!.ie ;:'':'::~::.l. ~:!.:i.l.:~ 15\x) a. ej, ':,";i' tceos y moluscos. El aCeite de otiva, ad:m1s de uulizar;o como aiimento, en ritos religiosos y como cosmtico, se us como agente conser-vador, con el fin de excluir el aire. Los griegos cOn"C.1~ 1:!.IT!b:n h fOr.1\:l c!e enfriu t:,,~icos po: el'J.pofa::r! en :ecipie:l:es Ce b,-o .. ~_:is tte!t::; (siglo IV a, C) habla del queso de Frigla hecho o;on lec~e de asna y }'eguJ., de cuyo gran valor lIutnt!VO tuvo conciencia.

La poca romana se caracteriz por el co-mercie) a gran escala tanto a conas como a lar gas di~ tanclas. Una de las razones de la e:l:pan-sin d!l Imperio Romano fue [a necesidad de obtenl..' m .. alimentos para Roma. A~i. el tri-go prcducido en Egipto, ES9al'ia y frica del nono: aseguraba el abastecilTUeoto de la capital del imperio, mientras los romanos distnbuian por todas sus provincias las mejoras que hac-an en la agricu ltura, tales como el descanso de la uerra, la fertilizacin, la rotacin de culti-vos.la trilla, etc.

El prensado. una de las operaciones tecno-lgicas. fue profundamente mejo rado por los romanos. Co[umela (siglo 1) describe una pren-sa para obtener aceile de ohva y PlintO (siglo 1) otro (Fa donee s:: combma la palanca y la ros-ca. Columela describe tam bin en su Dt!. Re Rusnca la fabricacin de queso e informa que hab(a exis tido una evolucin gradual desde la onnadn de la cuajada por fermentacin natu ral hasta una produccin con trolada, como el control de [a temperatura para regular la acon del cuajo y la compruin cwdadosa de la cuaja-da par3 evitar desviaCIones durante el proceso

1" madurativo. A travs de 105 esentos de estos au-

tores y de otros, como Catn (siglo II a. C.) y Varo e. (siglo I a. C.), sabemos que los romanos utilizaban recipientes de barro para proteger

Jos alimentos. que practicaban de una fOlma regular el salazonado y la acidificacin con vi -::'2g=~ ~=ocd~:-:'~ C~ !! o:'!::c!1-:ir.. c!~1 !!c::-h:!, que utilizaban la miel como medio de con~ er-vacin y que desecaban diversos alimen to:i al sol. Fueron excelentes panaderos y vinalercs y

~i,}Faga:,:;: !J.s :r,ej'::::.:.s ~~! c-..:~t;;;; e !! ',:! a :.a;-~s : :;.:!,J el ; ;::~o::iv. ,'\u::::':! Ll .:!:eta ::le los plebeyos, fundamentalmente a base de :e-roles, era mucho ms pobre quo: la do: lOS r:oa-tricios. por los escritos de Catn y Columela se sabe quo: aqullos salazonaban y curaban la c:!;:e de sus a~lm~les domsjco~, 50br~ tedo !:!. p:oc~d~n:e c!l cerdo. r ehboraban con :! pescado, por salazn y adIcin de especias, dI-versos tipOS de salsas, entre ellas, el garum, de la que Plini o escribi que "apenas ningun 0,:0 liquido, e:(:epto los ungentos, ha llegado a ~; er mi apreciado". Curiosamente conocan ','a, aunque de una forma totalmente emprica. os electos desfavorabl~ de los mecales en~a au~oOXIdacin de las grasas, puesto que ro:comenoa-bao no util iZ3r recipientes metlicos para el al-macenamiento del acene de oliva. Se dispolie ~ambin de datos que demuestran que los em-peradores hacan enfriar el vino y otros alJmen-tos mediante hldo transportado desde las mon-taas. En este sentido, parece ser que utiliza-ban en verano bebidas heladas.

La Edad Media constituy un [argo par:!-l.:sis en el estudio de nuevos p.ocedimlenlos de conservacin y daboracin. No obstante, se j;--Iroduleron en Europa nuevos alimentos proce-dentes pricipalmente del este, Los mongoles introdujeron en Europa el alforfn, denomin.l-do vulgarmente trigo negro o sarraceno, Las cruzadas ocasionaron la importacin a Europa de frutas y verduras que se desconocan . En Italia se desarrollaron las pasras, inuodudda" pOSiblemente, por Marco Polo como re.sullado de 105 viajes que ruzo a Cbma_ gua/menle este viajero llev una receta de Peia'n a Venecia en 1292 de leche helada. La destilacin se empez a utilizar en Italia hacia el ao 1100 de nuestra era y su prctica era normal en la Europa del SIglo XIV. El azucar de ca~a fue otro producto

Capillllo 1: COt1Cfpfa y ob.'I>'OJ de /o TecllOlogia d. IoJ Alimenlal 17

q!!~ sut!i el': la ultirr:! ?:!ne de la Edad Me dla. en Egipto y en el Oriente Medio

::=. :' !:;'";' ,,;v ~. 7":'S:~-;':'-~~. ,!, c'~'!' ~~t hombre europeo sufri un Imponante cambio con e l descubrimiento de Amrica. En espe cial, eltomale, el ma;z y la patata vinieron a re'

~"i..:="nai ci ',jJ ;-.;.:r . .:!;::, a;,;::;;,;~ ;~~::::e:::e la pa:a:a. pr,,':::,;,b:,:;;';1c:::c .-:igi::::.ria ~e ?ex o Bolivia. no se acept masiva;nente como ah rr:erHO !last:! el s'glo X ... iII. {gu:![me nte los \ia Jes a la India, cada vez ms frecuentes, supusie. ron un aumento en el comercio y, en conse cllel'.ciJ. el eso mlSivo dc lu espe~jJs que ce al! p.ocedr!..'l.

En el plano tecnolgico, el impacto mayor se produjo en 1795 cuando el tabncanle de cero vela y luego pastelero fran cs Nicols Appen consigui conservar dIversos alimentos al enva sarlos en recipientes sellado. y cakntarlo$ des-pus en agua hirviendo. Con ello, en 1810, ga n un premio establecido por Napolen para quien fuera capaz de Invenlar un pro.;edimien to de conservar los alimentos que pernuliera abastecer a sus tropas, localitadas a grandes distanCia de sus bases de apro\lsionamiento Se haba inventado uno de los procedImIentos ms eficaces para destruir los microorganismos de los alimentOs. El sistema diseado por Ap' pen fue uno de los avances cienticos ms 1m portantes de la Industria Alimcfl{aria que ms tarde darla lugar a la tndustria del enlatado. El primJtjvo procedimiento de fabricar lalas de Durand proporcionaba un rendimiento de UOS 10 recipientes d;.l .... ios. los aC:UJles pc:e; ?roducir ms de l.ooo ?or minuto. Al princi-pio, en 1860, la esterilizaCin de las lat as se efectuaba durante 5 o 6 horas a 100 C, en agua hirviendo. M.!is tarde, se lo~r aumentar la temperatura a 115,5 C efec.rlWldo d c.a.JeD.I miento en agua adicionada de cloruro c.tlcico, con lo que se logr reducir el tiempo de eSten IIzaclo, y en 1874 se inlroduJo el autoclave, que es el procedimiento utilizado actualmente aunque, por supuesto. ms automatizado_ Hoy da, coa el desuroUo de las tcnicas de envasa-do asptico, es posible csterilizar los a.l.imec.tos

liquid:>s a tem!)eraturas mu~ elevad.u, coo le que $/: ha conseguido aumentar el poder cspo.

r::~~! ~ :~::: .::l'.!:: I~! e!e:::::! F~::1.!~:::.!!-:s ;:!e! calentamiento en las propIedades sensoriales y nulnllvas de los ahmentos.

La oJllhzacin de fro Industrial es otro de los a,a-,;:,:s ",s espe:::J,:~~~:es. El c.s,J e hiclo pa r..l :,a ~sp,,~:a: pes:,:,l.:!':: ~;:s,:.:l e~a haoitual en GCi!...'l13rellna a paltl.! de 1785. pero fue en 18]8 cua.,d~ ~omenz a miliucin indusi de fro para I1 conservac:n de pescado en los barcos, lo que penmi efectuar tu capturas en aguas

m~ ;!ta~tes. En 1%7, R:e:! iiwer.tla prime. ra em~ld de enfriamien:o, basad:!; en el ciclo complesin/e.'(pansin de amonaco, que fue perfeccionad3 entre los a~os 1874 y 1876 por Von L nde, Soyle y Pictel. En 1877, el barco Fri gorifiqut transport con xito carne fresca con gelada Jesde Buenos Aires a Rouen en 110 das, y dura He 1886, 30.000 canales de corderos llega. ron a Li)ndrcs procedentes de las lslas MalVlnas,

~o caoe duda que la aplica.:in de ,emperaruras de congelacin supuso un avance. adicional. Hoy d"a. es un procedimiento habitual

En el siglo XIX se desarroll3ron ouos proce sos de Inters. Cabe citar, por ej.emplo, el que dio lugar a la margarina Napolen rtI ofreci un pre:nio a qUIen encontrara uo 5U5U1utO de la mantequilla; lo gan MegeMouries, qui.en patento su procedImiento en 1869. Los cultivos puros para la Cabricacin de cerveza se tntrodu Jeron en los ultimos aos del Siglo XIX, ]0 que condujo a mejorar la calidad y a la obtencin de c!:veZlS :lcrmali::aC3.S_u.ccilm.."uga de La val pan la separacin de la nata de la leche se inuodujo en 1877, con lo que se ahorr espacio y mane- de obra y se incremeot la eficacia de la separacin. En 1835 se patent un aparato p.ua la evaporacin de leche y r.n 1860 SI' "'eu IToll la leche condensada. que muy pronto se acept6 como un allmeoto d.e .excelente calidad microbiolgica. Un procedimiento de desb.idra-lacin de leche se patent en Gran Bretaija eo 1855. aunque este producto con una gra..o cali dad 00 pudo obtenerse basta casi UD siglo des pus.

Pt.ede de1.lI'sc, pUti, que IOOO~ ios procedl' mientos de conservacin de ahmeolos se bene6 c:a:O:1 oel de~Mi"C io oc ia CIenCIa a parur oc l. revolucin mdustnaJ. El progreso de los mto dos de conservacin continu durante el presen-te siglo, meJorand')se enonnemenle 115 antl!uas eCOIcas (ahumado. deshidratacin. empleo del fro, tratanuenos trmicos, uso de conservado res, er.\'.:!sa'lo. trar:sporte. ete.). cr:ndoie otras nuevas (radidclOnes lonlZanteS, caientamlento dielctrico, concentracin por smoSIS inversa ultraCiltracin. etc) que han culminado con leenologfas reCienteS, de las cuales unas se han Impuesto rpidamente (atmsferas modifica d:!S o e."(tia:':l~n : .:ier:!s H!s:.!nCl.!! c~!"! flui dos supercrftlcos, como la cafeina) ) otras es tn an en tase de experimentacin (altas pre-SIones, calentamiento hmico. pulsos elctricos o termomanosonicacin). Adems, se han da do gigantescos pasos en el conocimiento de la composicin qumica de los ahmentos e:'! e1 es tablccmuento de las neceSidades nutritivas del hombre, en el conocimiento y la fonna de con trolar los agentes caUlI.nles de alteracin tanto biolgiCOS como qufmicos, en la comprensin de 105 principios fsicos que gobiernan los m todos de conservacin, en el control ce mu.::'os Yo ~; algunos casos. de todos los [ .. c(ores que partiCipan en los procesos de fabncacin de los distintos alimentos En fin, puede decirse que se ha pasado de l empirISmo al control clentifi co, es de:ir, I con.servaci ) tran.tormaci6n de los alimentos ha dejado de ser un arte para convertirse en una cIencIa.

El nacimIento Ollcial como tal CienCia se consid..:ra que tuvo lugar simultneamente en ESlados Umdos y Gran Bretaa en 1931 En ese ao, por una parte, la UnlVeCSldad de Ore gn acu el trmino de Tecnologa de los Ali-mentos con motivo de la Introduccin de un nuevo curso sobre este tema. Por olCa parte, en el mismo a/'lo MacLellan'propuso al consejO de la Socie ty ol Chemical Induslnes (SC I) de In glalerra, la creacin, baJO el nombre de Socie ty al he Food Industry. de un nuevo grupo al que

~e l!lcorpQr2l:ri;!~ Ic! miembr~ de I~ SQ~;':C;!C

onglOai IDleresaoos en el problema de los ah mentas, su propueSta fue aceptada y el 11 de olClemore oe 1931 se constituy la nueva aso ciacin como una rama de la se!. La impor-tancia que adquiri la nueva sociedad fue tal que en 1937 comenz a editar sus publicacio-nes en forma de procudillj! aparte de las de la sel y en el verano de 1948 se celebr en la Lo.", Temperature rte5earch Slalion (Cambrid ge) el pnmer curso sobre CIencia,! Tecnologa de los Alimentos

Esta iniCIatiVa fue pronto ImItada en ottOS paises La seccir. canadiense de la SCI cre en noviembre de 1937 una rama dedicada al eStu ::!io ce !~S atir.:e~t>:lS que se den>:lmin.1 Food alld NurrillOfl Group. Movimientos s!milares surgieron en Estados Unidos, donde tamb~n eo 1937 se celebr la pnmera reunin sobre problemas de la conserncln de alimentos, en la segunda, que tuvo lugar en 1939 en el Mas-sachussets ns!!tute of Tech.'"Iolcgy, se fund el Instltule o Food Technologists. Hace unas cin co dcadas. los Cientficos britniCOS comenza ron a utilizar el trmino Food SClena y en 1950. un comn deSIgnado entre profesores de la UnIversidad defini a la CIencia de los Ah me\lS "'mo fa ci.mcia que se ocupa del cono Wl!ltnro ce fas prop,edades jisicQl, qu(micas y bIolgICOS dt [os ailmtfllOl y dt los priTlClplO! flUlr/fillos y a la Tecnologa de 105 Ahmentos como la uplolo"n Industrial de dichos prinCl' pios bdsicos.

En la actualidad, eXI~!en 50ciedades como las antes mencionadas en muchos pai5c~ )' !~ enseanza de la Ciencia y Tecnologa de los Alimentos se Imparte a, nivel unvers,tartO, en la mayora de los mismos

1.2. Alimenlos y nulrientes

No es infrecuente utilizar los trminos ali mentos y nutrientes como sinnimos cuando en realidad son conceptos que, si bicn se encuen-Iran (ntimamente ligados, difieren en muchos

::!.~:e:!os S~ puede :e!'::::~ .! les a!:rJl!o:los como

los productos de composicin compleja que en

consumIdos por el hombre para satisfacer sus necesidades nutritivas y complacer las senso riales. u,s nurrienu$ son ciertas sust.ancias con tenidas en los aii71eniO~ que el o:g,;,nis:;o uli za. transiorma e Incorpora a sus p'0Jios eJljos para cumplir tres fines bsicos: :!porta, la er.:r g:.! ne:::es:!n.! ;:-::: q:..:: se m:!r!!er!g! ia !n!e~n dad y el perfecto funCIonamIento de las emuc (UTas corporales, proporcIOna r los malenales necesarios para la (omucin de estas es:-u:!u ras j', pOi ltimo. su:ninist,ar las s:.Jstan::;;n neo cesarias para regular el metabolismo

En los alimenlOS se encuentran los slgulen tes nutrientes.

a) Carbohidraros, cuya funcin pnnclpal es aportar energa al organismo ~' que pue den converurse en grasa corporal.

/1) Grasas, as cuales proporclonan un ma--yor aporte energtico que los carbohi dratos y tambin pueden formar grasa corporal

e) Prolen(Js, que estn compuestas por ami nocidos que constilu~en los matenales necesarios para el crecimiento:, repara-cin tisular. El organismo puede utllizar-las tambi~n como fuente ener~~tica

d) MintraltS, que se utihzan para el Cte) t'i'=r.::I1CS, q:Je t.a;:i~n ir:t!:;":!r:en ~; l:!. regulacin de procesos biolgicos del or gamsmo

Aunque el agua y e l oxgeno del aue son esencia!c~ para la vida, normalmente no se consideran "omo nutrientes

Casi ningn all;'11ento est con~!ituido .... ,JT un soto nutriente La mayora son mezclas complejas, compuestas mayontariamente por carbohidratos, grasa y proteinas. Las vitaminas y los minerales esta n presentes en pequei\.as cantldades,

La definicin de alimento comprende, ade-::-_!.! :!:! ~~:rr.i.::!::, :!\!~rier:te. otro t:!::J.b~:"l de gran importancia: el lell.Soriol. El valOr senso-nal de un a[imen:o es ms dlficil de concretar porque la definicin del rrusmo debe tener en cuema t"da> !c.5 propiedades d= 1"5 limen tos (;,ac:h;) \l~i,;J.l. ;.101., .;abo: I t::x:;.a) que in-teraccionan con los sentidos, las cuales estn moduiadas ~'or u!' gr!!!n nmero de compuestos que, en parte. todava no se han idenuficado v dependen estrechl!mente de las peculiaridade~ fislcoqumicas ~ psqUICas del orgaiUsmo.

1,3, Concepto de Ciencia y Tecnol09io de los Alimentos

Son muchas las definiCIones que se han acu-~ado sobre CIencia y Tecnologa de los Ali mentos Unas son muy simples como la ciencia que se ocupo del ~!ludro de los a{menros, que aunque por s misma pueda dehmllar e[ objeto de esu ciencia. los alimentos. no proporciona un con~pto claro de la nqueza de la misma, ni mucho menos es sufiCIente para poder com-prender el sentldo de esta disciplina o de las dlsciphnas que dentro de ella existen Otras de fimclones han trat.!do de recoger de forma am-plia todas las actividades relacionadas con los abmentos e incluso se ha dicho (Hawlhorn, 1983) que "en su sentido ms genuino comien-la en el campo,! ttrmina en la mesa del come dar" y que "Ios progresos lecnolgicos de los a!tmentos han penerrado en e! campo para ejercer su inlluencia sobre la propia agricultu-ra", Justlfic ndose esta opInin ofreciendo un ejemplo acerca de cmo es necesarlO que para que los guisantes congelados presenten su fres-cor, color}' textura escoger la variedad. prepa-rar las tie rras para este fin y cosecharlos y

:ran$port~rlos en condlciones ptim

20 Tecnologa de 1m ,AjjmenloJ. 1'1 ComFoflfmleJ de IoJ o/imeflloJ y proceWJ

te grupO se ofrece la defimcln ms mc:ierna, de 1992. que emergi del Institute o! Food Technologlsts de Estados Umdos, qurds la inS-titucin de mayor prestIgio Internacional de las que se dedican al estudio y dIfusin de todas lo!5 o!ctividades relacionadas con lo, alimentos Dice as: la Ciencia d. necesita alimentarse diariamente y un buen n-mero de ios alimentos que consume se produ-cen estaCIonalmente y, con frecuencia, en puno tos muy alejados de 10$ lugares de consumo. El a bastecinuenlo regular de los al ime ntos requie-re, por lo [aato , el almacenamiento y trar,spor-te de los mismos, operaciones que precisan de un cierto tiempo durante el cual los alimentos se hallan expuestos a la accin deletrea de [O do ipo de agentes alterantes. Es necesario eV!-tar que acten dichos agentes. 81e es el objetI-vo primordial de la Tecnologia de 105 Alimen-tos. controlar los agentes alterantes para lograr

un aumentO SUllCleOle oe la VIda utii cie ios aii-mentos que permita su almacenamiento y transpone a los lugares de consumo en un eSla-do nutritivo y sano. La Tecnolog\a de los AII' mentos es pues, en primer lugar, una tecnolog{a de /(1 cortServaClrr de los alimentos,

Aparte de este obJeuvo principal, eXlSlen otrOi no menos importantes. El hombre es un animal capncho5o en SU5 coslumbres y, po. lo tanto, tamOln lo es en cuantO a 5t! alimenta cin. Para que acepte un alimento no slo es ne-cesario que cubra sus n~cesidadt!s sino es preci-so tambin que le guste, que 10 encuenlre agra-dable y, por otra parte, el consumo continuado ! U~ mismo al!i:1er.(o cmantt! t.i!l tiempo la,go le lleva pronto a rechazarlo por cansancio Por lo Ilnto, no se conforma con consumir un n-mero reducido de allmenlOS sino que quie re dis -poner de un:!. gr:!.:'! va!l~dad, dende pueda esco ger Este es otro de 10$ objetivos de la Tecnolo-ga de los Alimentos. la dlvusi[icacin de los a{imelllQS para satisfacer esa neceSidad psicol-gica que ha heredado, probablemente, de la poca en que slo contaba con sus sentidos para distmgulr entre los alimentos beneficiosos y los nocivos y procurarse una dieta completa a tra v~s de una alimentacin variada sta es una fi-nalidad que ti~M mu)' en .:ue!it::l la lndus

Cop/IJlo' J. CO#tCtlpIo y obttll'VOJ de lo T.cflOlogio d. Jo. Alimenlol 21

nnalmenle, e5 aSimismo funcin de la Tec-nollJgia de los Alimentos lo oreporoci6f1 de. pro luCIOS para Indl"iduos COII flecesidades nu-trr/I ,as esp~ci(Jles, como mos, anCianos, dlab-tlCOi, etc.

Los diferentes procesos aplicados B 105 ah-meuos requieren UIl conocimiento profundo de I.L composici6n qumica de los alimentos, as como de las propiedades fsicas, qUlmlcas ':! funponales de las su.stancias que los compo-nen No se pt!ede elaborar un nuevo produclo sin ~lber la re!puc!ta de los componentes del mismo frcnte al proceso a que ha de ser some-tido no se puede aplicar un tratamientO sm co-noe,:r en qu :U3',;f.l \3 a dlSrr.ilu: .. la ae;j-vidad de ciertos principios nutritivos; no se puede tratar un alImento sin conocer qu mo-dificaCiones sensonales van a prodUCirse En fin, 1:. control de lodos est';$ fen6menos requie-

.. re un profundo conocimiento de los aspectos bhk:)s de 105 mismos_ Estos conocimientos son :lrevios a los procesos tecnolgiCOS, De u-toS aspectos se oc~p: la Bloqumi~ (o Qufmi-ca) de los Alimentos, incluida denlro de la Ciencia de los Alimentos.

Iguales consideraciones podrfan hacerse aeerel de la Mle,oblologia de los Alimentos. eSla d isciplina conuiuye la ocra base de la TeenJlogfa de los Alimentos; son 105 microor-ganismos los pTlncir31~s agentes de alteraci6n y " la destruccin o inacti"acin de los mis-mos la me:a q;,:e iHele;n l1canZlr muchos de los procesos que se aplican a las &limemos pa ra aumentar su Vida ll! Pero no todas las a-;ciones de los mlcroorgamsmos son dele ere-aj, el hombre aprol/echa las aCllvidades de al-

gunos para elaborar cienos productos ql:e, a veces, son muy dl(erentes de la materia prima de que se pam, tales son el pan, el vi~o, la cervezj!, dIverso! productos lcteos yem)Utl-dos madurados.

Se estima que en lo! pafses desarroll !dos ms de la mitad de los alimenlos que el t')m-bre consume son procesados de una u otra for-ma, na industria de uJ naturaleza no se t"ue-de basar en m~lod05 inspirados en el alle y empirismo, sino que requiere de ~~todos 5~gUros que proporcionen alimentos estables. 'grao dables y de ca lidad uniforme. De estos meto-dos se ocupa la Ingeniera de los Ahmeu:os, que no es rr.is que el estudio de los prin.:iplus en que se fundamentan las operaciones a que se someten los alimentos desde su llegada a la industria hasta que se libran al mercado

Por ltlmo, una de las misiones de la Te,:,o-logia de los Alimentos es hacer llegar al co lSU-nidor alimentos sezuros, exentos de age,lIes nOQvQS tanto bi61icos como abtticos y con una composlci6n y un valor nutriuvo determinado_ Para lograr esta meta es necesario que los ah-mentos se produzcan con la m .. uma higiene y limpieza, que se uuliccn unas buenas prctiCas de fabricacin y que se ajusten a unas nom!3$. De todas eslas cuestiones, su inspeccin y cuan' la legislaci6n hace referencia a las mIsmas se ocupa la Higiene e Inspeccin de los Alimentos.

Bibriogrofia

HAwtHORJ'oi, J (l91!il): FlUldtlltlvuos Dt h C,t,,-ciD de los AllnlttlfoS Aenbi.l. ZaUoza.

~w;:t~~ ~~U-.!or,.'!"""~ , .. -::;~."" "''-'1' :::';J~fw---W.:n~o(.r). ... "'I '

.-' ..,;) " - .-, . ,:' :::;,' II>"-"''-''ttl .. ---- ':a;:- .-~~"I('!'l'4"".!"" ... .-~ ..,!.RE5UMN "':., ',," l' ~- ~ t'.L" "-'.U&..! -'~?"t:~"'f:"?-~.J:;t

. , ~ . . _.

los regiillrOI orqueolOgicc muetrrcn que el hC)tl\-bte prltlll'orico Mesolil'lco/Ne~ilic!l1 :J':dic:> be ya I1 ahumado con II (Orllro! delluegol , k~l Ilrmlnlodonls elaboraba pon, c,rvezo, vino, quelo, Ie;!,e, e:m.mod::a, ,1:;.). elloOlc:tonodo y k: dl5lco;:;on. MOl tarde, I-f inrrocivlo el pren~ do (por Illmpio, u fobricaba ocai/e de 0/;'101 y yo en lo, apocol gnego y ,omono uUfion ver doder::n !re:oclcI de fo:,ri~dOn :::It o!;unol d, mentol, como lo del queso. delcriTo en De Re RvSlico Columelo), Desde el comiento de lo hv-mo,idod. pues, le fueron aplicando d. ormo emprico numerOIOI r:'Iatodos de conlervociOn de olimentOI nosle el pruenre ligio, .n que el empi. rismo 11 /ro.nslorm en cl.ncio y tecnologo.

2 lOI elimentO! Ion prodvctol de composiCIn compleio que, en..es.:odo nOMo!. DfocelOdo, O cocinadol l.On consumldOl POf . 1 hornore como Ivente de nutrientes, osi como poro su 10tillac cin senlOfioL

J lOI nvtrienres son ciertal lvstanciOl contenidOI en 10, alimentos que ,1 orgonilmo vtiliw, trOrll' lormo e incorporo o I'JS propios rejid::n ?o.-o ct:m?'ir Il'u fine! xsi:os : ,1 opor1e de le ene .. go necewrio poro que le monten;o lo integri.

dad y .1 perfeao funcionomienlO de lo, estructu-re! '=!?OIdel, k: pr:)Yisin de 101 melerio!es ne-ceseri:!! pare le formadon de el~c~ edrJdu;e~ y. por ltimo, el suminlltro de !01 JUltcnciol n. C.,0Ile, poro regulor el m.":IOoIi,mo

4 . Lo Citncio de /01 Alimental " , de acuerdo cor! e ! Inshtult 01 roed Technolog im Jo dIsciplino que v:i1, zo /01 c,encloJ b,olOgicos, fiSICOJ, qv;' ml'=1 y lo Ingeni"o poro el ellvdio de lo natu,e/ezo de los olimentos, las COulOS de JU o /rerocin y lo, pnncipios .n que desconso .1 proceJodo de /01 ol,mentOI y lo Tecnologio de lo! Alimentos es lo cplococifl de lo ci,ncio de lo! o/imelltos ocre /o ,,1&Cein, clJnse/VCIdn. /rOns-brmoc:iiN:, e.1vo;sado, distribucin r uso de olio mentos nutritivo! r segurOI

5 . Los obItll\'OS de lo Tecnologio de los Alimental Ion : oJ lograr el OOOJ!e-cimiento de alimentos nv-1"li"O$ y lOnOl 01 hombre. b) dve"ihcor 10, ol~ mentol poro qve el c;on$vmidor puedo .legir el"l-trI uno emplio variedad, cl procurar el mO:w.:imo oprovechomiento de los recursos nutritivos del plcnet,; y bUKOI nueVOl Iventes de ol im'IlIOI y d} p.-eporocion de a limental pOtO Individuos con ntctlidode! nutritivos especiole,

En este ClplulO se estudian la constantes fsicu, I estructur; del agua y del hielo y lu propiedades disolventes del agu, COl"l el fin de como prender las funciones que desempean en los alimentos. Por ot" parte, n define el concepto de act ividad de a!ua Y se analiun lu isotermas de sor-dn de agua y su importancia en Tecnologia de los Alimentos.

2 AGUA

2.1. Inrrocuccion

en este planeta. el agua es la unlca suslan-cia que existe abundantemente en los tres esta-dos fisicos. Adems, es el componente mayo:i lario de los seres vivos y. por lo lanto. de los alimentos, vmando su contenido desde un 60-700/ .. en la carne hasta un 9095':' en las \'erdu ras. El as;ua es esencial para la \lda por ser

Porcadora de sustancias nutritivas y de productos de desecho Ahamente (eacu~...aI u.mpo, un me-dio donde se r~a!izan las reaccIones Un em.blhz:!d)f C! la! con!igu~'!cior.!; biopoimeras, Un determInante de las reaccIones con olras molculas

La presencia de agua en cantidades adecua das v con una localizacin definida es impres o cindlble en los alimentos para que tengan una calidad aceptable para el consumidor Slil em-bargo, el contenido en a!Ula de [os alimentos hace que f!slos sean allamente perecederos, y por ello se reqUIeren mtodos efectivos de con-servacIn si te pretende almacenar estos pro-dt.:ctos duran,e I.:!.rjcs ::!rfoo.;s. Es bien c.Jn.;ci-do que la ex,raccin del agua por deshidrata -cin o la transformacin al estado slido (congelacin) de un alimenlo, son mtodos muy dicaces para la conservacin d! los ali-mentos. aunque altera sus propiedades

SI se pre tende conocer el papel que juega el agh3 en 10.$ alLment.;.), o en cualquier ip.; de matenal biolgico, es necesario primero un es-tudi a de la estructura y propll~dades del agua y del hielo.

2,2, Constantes fisicos del aguo y del hielo

Al comparar las propiedades fislcas de l agua y del hielo con otras sustancias de masal moleculares s.imilares (CH" NH1, SH t etc.) y

OtrO~ liqUII:iOS (melanoi, etalloi, acelona, eIC) se observa que el agua se corlporta de una foro ma totaimente anormal, ya ql;e posee unos va lares muy altos, no habltuale~, del punto de fu-sin (O oC a 101 ,3 kPa), del plinto de ebullicin (100 oC a 101,3 kPa), de la t,~nS\n superficial (0.0756 N m l O oC), de la ca:lacidad calrffica (.!,2177 kJ I.:g-I KI a O oC) y calores de [u5ln (ti,OI:! Id r;ol-I). de \'30omacin (';0.63 k1 mol':) y suoiunaci n lW.9i (j mol-; J- Por el contra no, llene una denSidad moderadamente baja (0,9998-11 g cm-' a OC 1 .. del agua. la del hielo 3 O oC es de 0.9168 g cm") '1 una denSidad m:tlma, totalmente anormal, a 3,98 "C. asf co m.J una dilatacin, tambi.!r, 2l1ormal, .al p:aU( al estado s6lido. Su viscosidad, por otra parte y a la vista de las propiedades anteriores, es e1( -Iremadamente normal

De gritn IOlers es el hech: de que la con-ductividad trmica del hielo a O oC (2,2.:1 W m1 K-I) es cuatro veces mayor q U-1: la del agua a la misma temperatura (0.57 W m-' KI). lo que 10'

~ica que el hielo conduce la energa calorifica a una velOCidad mayor que el agua mmovilizada

- (por ejemplo, en los tejidos). Es importante tambIn la dirusividad trmica, ya que indica la velocidad a la que los alimentos sufren cambios de tCOO1;erllu:.:!. La del tielo (11,7 )( 10.1 ro! S-I) e5, a O OC, unas nueve vec~s mayor que la del agua (1,3 x IO-J m! S-I) . Las d Iferenc ias existentes entre los valores de conductiVidad y dlfu"vidad trmica de ag,ua ~ hielo e:o.:plican por qu 105 tejidos se congelan ms rpido que se descongelan.

2.3, La molcula de agua

Las art ormales constantes fisIC3S del agua sugieren la existencia de fuerus de atraccin muy fuertes entre las molculas y una estructu ra, tanto del agua como del hielo, poco comun.

En la molcula de agua (figura 2.1), el lo-mo de 0.1Igeno comparte un par de electrones con cada uno de los tomos de hidrgeno. por superposlci6n de los orbitales hbridos Spl de!

tomo de OXigeno Se forman asl O:os en;J..:e~ covalentes (213 de carcter covllente '1 ln de carcle r lnico).

r-----------------,

, ,

, ,

.~ , , . , -~ ~ .

~ -'~

FICUV, 2.!. Modelo I!sGuemofico d~ ",no mollculo d~ oguo.

Mediante anliSIS espectroscpicos '1 de n 'los X, se h:lO deter!l!i::Jado coo precisin 105 ngulos de valencia '1 las longitudes El angula de valencia medio para el entace H-O-H en el agua u de 104,5 que le proiNrci"nll. una co:>fi-guracin teuaMrica casi perfecta (el .ingulo del letraedro es 10928') de 105 cualro orbita-les spl posibles del tomo de origeno. La cx:h -caclo n Oe esta ligera oeSVlacin es que los elc-c-trones no compartidos del tomo de odgeno Ilenden a repeler a los electrooes pareados. La dislancia media entre H-O es de 0.096 nro. E:sta disposicin de los elecfrones ee la molcula de agua le confiere asirnetria elctrica. El tomo de oxigeno elect ronegativo neode a auaer I~ e lectrones no compartidos del horno de hidr-

I

Copil"'lo 2: AgllO 25

geno. El rt.> ... :;a.:! .. e~ q .. ~ ~.l.:!' .... 0 ,je io,> aos tomos de hidrgeno posee una carga local pare ", poSIiI\a, e, alomo) de oXlgt!no, a su vez, posee una carga local parcial negltiva. [k esta lorma, la molcula de agua es un dipolo elctri co. El grado de separacin de las cargas posiu-vas y neg",tivas en las mol~culas dlpolares se expresa por el momenfO dipola, que cOnst:luyc uroa m~dlca c~ la tender.::i3 de un~ :'nO!~CU!3 3; oncnlarse en un camp" elclrico.

La naturaleza dipolar de la molcula de agua aislada hace que se produzca una (uerte atraccin e[ectrostuca entre la carga parcial negativa, situada soore el tomo de o:cigeno de una mol::'Jla de agul '! la eug! ~arcia! pcsi! i-va Situada sobre el tomo de hidrgeno de otra molcula de agua adyacente, dando tugar a en laces de hidrgeno. A Cdusa de la ordenacin aproxImadamente tetrao!drica de los electrones en el tomo de oxfgeno, cada molcula de agua tiende a establecer enlaces de hidrgeno con ouas CllaltO moJo!cubs de agua vecinaJ. Ea comparac:n con los enlaces covalenles, con una energa de enlace (energa necesana para disociar el enlace) de 335 lc.J mol-'. [os enlaces de hidrgeno tienen una energia de enlace mu-cho ms dbil (2-40 kl mol-I).

Co mo los enl:1ce, co ... a!ml~ S de la molcula de agua estn localizados sobre dos de los ejes del te traedro imaginario, esto,s dos ejes repre-senlan lineas positivas de fuerza (sitiOS dado-res). Pero en el eomo de oxigeno permanecen otro par de orbitales sobee OIrOS dos ejes de! teeraedro y representan lineas negallvas de fuerlJ. (sitios re :e;tor~, ce e!l..!aces de h.idrge no). En vir1ud de estas cuatro lneas de fue rza, cada molcula de agua puede establecer cuatro puentes de hidrgeno con otras cuatro molcu-las, obtenindose. como resultado, una estruc-tura tambjo!n tetradnca (figura 2.2).

Debido a que la molcula de agua tieec un nmero Igual de sitios receptores que dadores de pue ntes de hidrgeno que pennileo una dis-posicin tndimensional, hace que existan unas fuerzas de atraccin mu'l grandes eoue las mO-lculas de agua, sobre todo si se compara COD

FIGuv. 2.2 Config\lloc.io" Tltroidflco de molk\llcl de oguo unidos por eoloul de hidrgeno

O: O~igeno; . : h>drgeno. fueNe. FeMeme t 1996)

I~ fuerzu de auaccln de otras mol&ulas pe-qudlu con configuracin te tra4!dnca, tal como el NH" que tlell~ tres hidr6g~nos y slo un $1-tia receplOT, o el FH con un hidrgeno y, por lo llr.:O, tres sitios receptores. Ambos no llenen igual numero de receptores y dadores y, por ello, slo pueden formar enlaces de hidrgeno en senlido bidImenSIonal y, en consecuencia, un menor numero de enlaces de hidrgeno en-tre sus molculas que en el .tIgua.

LI disposicin IridimenSlonal de las mol-culas del agua explica muchas de lu propieda-des. anormales que posee. su gran capacidad ca orifica, su aho punto de fusin 'J de ebullicin, su tensin superfiCIal, los ," tos valores de los calor de fusin, vaponucln y sublimacln~ todos ellos relacionados con la gran canlldad de energa que se necesita pira romper los en laces de hidrgeno intermokculltes

2 .4 . Estructura del hiela y del agua

El agua, con sus fuerus dlnpdas en las tres direcciones del espacio y en el sentido de los cuatro ejes de un tetrledro. cristalit.z en una e!-ruclura ablen de baJa densid3d. La d!stanci:! entre los dos itomos de oxgeno ms cercanos es de O.Z76 nm '! el 'ngulo que fonnan !n!:S to mas oc oxigeno es liger&menle sUpenor a 109" (muy prxImo alingulo del tetraedro perfecto, 109" 28'). En el hIelo, cada molcula de agua se halla unida po: enlaces de hidrgeno a exacta me me otras cuatro molculas de agua que se asoci:m d:: '-2\ forma que se obtiene una e5:ru~ [ura hexagonal, que es la ~mbm3cin de dos planos paralelos muy cercanos con los tomos de oxgeno dIstribuidos de forma re!Ular. Esta dlSOoslcln constituye unl tHruCiUra basal.

Cu~ndo varias estructuras basales se unen se obtiene la estructura habItual del hielo

El hIelo puro no es un sIstema eSI'IICO cons-tituido slo por moMeulas de agua dIspuestas en un orden preciso sino que es un sistema di ' nmico porque, al margen de cOnlener en can udades vest igiales cienos istopos (deuteriO, tTltio, lH, \10, 110, etc), que puedeo ignoral'!e en la ma~or{a de los cases, los erista1-:s de hldo rJunca son totalmente perfeclos, existiendo de fectos de tipO Orlentacional (eaU5ados por dis locacin de protones) o Inico (formacin de Hp y OH") que explican la ma!,"or movihdad de los prOlones en el hielo que en el agua; se cree que eSI'n en VIbracin continua que dll-minuye al hacerlo Ii! temperan.:ra, sien::!o neo cesario alcanzar temperaturas del o rden de -183"C para fijar los ;itomos de hidrgeno y conseguir un SIstema estitico_ Este estado di namico del hielo se ha relacIonado con la ael1' vidad de cIertas reacciones que, aunque sea lentamente, siguen progresando en los ali men-tos baJO congelacin

En el hielo cada mol&ula de 3gua est' unida a airas eualto moMeulas vecinas. En el aguI li-quida a O -C cada molcula de agua se halla UIlI' da, en cualquIer momento, a otras 3-4 mol4!cu las, ?c= o~:a tli!:1!, ii! c!:s:a.;:: e;:e do~ .. tomas

~ :~g~:!c ~ s..:;-:::c~ ! h q..:~ ~ ~:1:::''':~='.:"1 ~ :! el hielo: 0,29 nm 15 "C Y 0.305 nm a 83 ec. A partir del calor de fusin del hielo $e ha a.1cu-lado que cuando ~ste se funde a O ec, slo se rompee un 1~": d= les :=tla~=s de h!:;6g~;o

~xist~=t~s en el hi~lc. !::! !u! !f~u;:a pu~d= considerarse, pues. como fudo qrubraruado

Ent.~ las mo!~cu!as ~ agua a 100 "C exsen todavfa fuertes traCCIOnes, como puece Indl car el elevado calor d~ vaponucin. En reali dad los enlaces d~ hidr~eno no se disocian to-talmente huta que el vapor de agua se cahenta por encima de los 600 OC-

E;me el agua) el hielo el.iste, pues, una pe . quetla diferencia en la cantidad d~ enlaces de hidrgeno estableCidos, lo cual puede parecer sorprendente si sc compara la rigidez de! hielo con la fluidez del agua.. La teoria ms difundIda pan dar una exphcacin aceptable reSide en la velocidad con que 5: establecen y rompen los enlaces de hidrgeno. Aunque en un Instante determinado la mayor parte de las molculas en el agua Ifqulda es(jn unidas por puentes de hidrgeno, la Vida media de cada enlace de hi drgeno es slo de 10-10 a 10-11 segundos La estructura del agua es, por lo tanto, s610 ~su dstica, ya que es el resul tado de una media ob tenida en el espacio 'j en el ttempo Por consI-guiente, es a la vez fluida y estable. Se ha em-pleado el trmino de agrupacioflts 1UCfUOnItS para designar los grupos d~ molct!!ls de agt!a, de vida corta y estructura sImilar a la del hIelO, existente en el agua lquida

La \elCCldad con que se forman y escinden los enlaces de hidrgeno en siSlemas aCuOSOS supera, en mucho, a la velOCidad de fonnacin y destrucci6n de la mayoria de 105 enlaces cava lentes. Esta caracterfstica confiere I los enlaces de hidrgeno una gran ventaja blolgH:a en lo que se refiere a las reacciones biomoleculares.

2.5. Propiedades disolventes del ogua

El agua. por su naluraleza dipolar, d isuelve a dlsperu mucn.! SUStanCIas, es un dl$Olvenle

Captula 2 Agua 27

::::.td:o c~J:: ;:.!! !! ::.a)"c: ;:a..-;~ ~ l.:x :f:;ui-dos corrientes. Muchas sales cristali..tadas y otros compuestos lnicos se disuelven con fa cilidad en d agua pero son casi Insolubles en ;:Js U.:ui:;)s a?o13res. tales como el cloroionno o el ben:ei ;). Pues:,J que la red cnsahna de las sales , por ejemplo el cloruro sdico. se

rnantien~ Unida mediante fuertes atracciones electrostall~a$ enlre iones pOSitiVOS e iones ne o gatlvos alternantes, se necesita de una energfa cor.siderabl~ pa:-a separar a estOS lon~s unos de otros El 2gU!. cist!e!ve, no obstante, al NaO cnstahzado gracias a IlLS fuertes atraccio ne5 electrostaucas entre los olpoios oel asU I y los iones Na' )' O- que (orman los iones hidra-tados correspondientes, muy estables, y supe-ran con ello la tendenCiJ de 105 iones Na' yel-a alrae~ mutuamente.

La;ol'lalacin inica se ve favorecida tam-bin por la t!ndencl! del disolven;e a o;>on=rle a la atraccin electrosttica entre los iones po-SIUVOS y negal:";5 que viene expresada por la coruranlt dltUctrlcQ D, definida por la frmula

donde; F. tuerta de atraccin entre dos iones de

carga opuesta tI y tI '" las cargas de los iones. , = distancia enlre los iones.

El agua posee una constante dielctrica muy elevada, comparada con la de disolventes org nicos (agua .w; me tanol 33; elanol 24; acelOna 21,4; benceno 2,3, hexano 1,9). Las fuerzas de atraccin en el agua existentes entre los IOncs Na' y a-, por ejemplo a una determinada dls tancia, son sdio un catorceavo de la que mostra-rian en el benceno, es un faclor que favorece la hidratacin de los iones y la desorganizacin de la red cnslalina

Otro tipo de susfancias que se disuelven en el agua con fa cilidad son los compuestos no i-nlCOS pero de carcter polar. tales como los azcares, alcoholes sencillos, aldehidos y celO-nas. Su soluoihd.d se debe a la tendenCIa de

28 !KnoIogo d~ {Ol A1im~rnos . . jJ Compon~nl~j de 101 olimer'lloJ y prCX;~SOJ

jZ.i ;7;I~".J!;i.i a,;;1.:::' ;! :!5tl::!~~: ~:'.::!.~!s :! hidrgeno con [os azucares y alcoholes y el !to-m\) d~ ox[ge0 dei V..:P-- cz.:-Dij". ~ '::. lai "';.::!c -hdos y las cetonas.

2.6. Interacciones del aguo con sustancias apolores

El agua ta

2.7. :~e~o de los se!t.:!:a e~!::: esrr..:,! !.!~= d eloguo

La presencia de un SOhHO inico, como el NaO, origina un cambio en el agua lquida, ya que cada uno de los lone.s Na" y CI- se harla ro deado de una capa de d Ipolos de agua . ESlos Lones hidratados poseen una geometna algo di-fe rente a la de Ia.s agrupaciones de mol~cula5 de agua pUja unidas pOi en!a.:es de hid.6g'l:;o Las distancias nterinicas mediu en disolucIO-nes acuosas de un soluto disminuyen a medida que aumenta la concentracin del soluto_ En el >;aCI, por ejemplo. cuando su concentraCin es de 0.15 M (concentracin aproximada en el plasma sangufneo). los iones 1'3' y CI- se ha-llan separados 1.9 nm. Puesto que cada In Na' y el- hid ratado posee un dimetro de 0.5 a 0,7 nm, y un agrupamiento tetratdnco de cin-co molculas de agua que tiene un dimelfa de aproximadamente 0.5 nm, est claro que debe ha ber un cambio considerable en la estructura

lridimension~ y en las propiedades del aJUa l-quida cuando se disuelve NaO en ella. las $8-les romper! la estructura del agua

El efecto de un solulo en el disolyente se manifiesta tambi~n en las propiedades coligall -vas (presin osmtIca. pUDto de ebuU icin. punto de congelacin, presin de vapor, etc.) de lu disolucIOnes. las cuales deper:den del nu -mero de panlculas del soluto por unidad de vo-lu men del di sol yen te_ Los solutos producen efectos caractersticos en el disolvenle tales co-mo el descenso del punlo de congelacin, la elevacin del pl.!n to de ebullicin y la dimLinu-cin de la presin de vapor Confieren lambin a la d isolucin la propiedad de la presin 05-muca.

2.8. Efedo de los soluto.s en lo eslr\Jduro del hielo

La cantidad y la cla$e de salute iafluye en el tamatio. estruclura, localizacin y orie nla -cin de los cristales del hielo_ Se han realizado

n;ic-s ~s~c!!~os S~~~~ !! ::..!::.!:.!!~::.:: C= !es c:is-tales de hielo en pre$enCla de dlslinto$ $Olutos '-' -.-~' ~~'- - :-.. ' .... -_:- -"." \6"--'''''' 6- ''' -'''' .~w, ... _J.. , ,_s-;n:, ere.). Con estos 50lutos se forman cuatro tipos de es-tructura principalmenle formas hl:xagonales, dendritas irregulares, C5f~rulas tosns y esfru_ ai evanesce ntes. ;-';0 ooslante, tamoieo pue-cen tonnarse una gran vaneoad de IIpOS iater-medios_

La fonna hengona! =s la no::r al. con una ordenacin mas perfecla; parece $,( que se da en las muestras que se congelan a U'la lempera-tura moderadamente baja (n" en la congela. cin raptda). La forma hexagonal e., reproduci-ble con todos los solutos anterionn-:nte citados excepto con la gelalina Con este soluto la cs-tructura del hielo posee un deSO lden mayor que en la forma hexagonal Lu dlsclucLones de gelatina forman crisla/es de hielo cibicos o y neos que llegan a se r ms abundanles a med i-da que se Incrementa la velOC'ldad '.ie congela-cin o la concentracin de gelatl!la Aparente-mente la gelat ina , que es una mol~cula de gran tamao, compleja e hidrfila, puede reSlringir el movirruento de las molculas de agua y la fa-cultad que llenen para formar estruclUras he-xagonales

En gene ral, puede decirse que aunque se pueden formar estructuras diferente:. a la hexa-gonal en los alimentos y malerial bilJlgico. no SOn habuuales

2_9 . Actividad de aguo

El agua es. probablemente, el faclor indivi-dual que ms influye en la alterabilidad de los alimentos. Por otra parle, est pe!C[amen te dc.most:'%do q~.!. alunentos ca:: el mi!mo cenle-nido en agua se alteran de fonn a distinta, de lo que se deduce claramen te que la canlidad de agua por s sola no es un fiel Indicativo de de-terioro de los alimentos_ Como consecuencia de este hecho, surgi el concepto de acuvidad de agua (a..). que ha sido muy valoracfo en estu-diOS sobre alteraciones de alimento:s por estar

directamente relacionado con el crecimiento y activIdad metabiica de 105 nucroorganismos y con lu reacciones hidrolfticas.

La utilidad de la Q. ha sido, a veces, deva-luada debido a que no siempre se puede prede-Cir totaimente el crecimiento microbiano. ya que la respuesta oe los rrucroorgaOismos es di-ferente dependiendo de! soluto que sea r~sponsable d~ 1 \ alor de Q ~_ Sin e:nbargo, en tr mmos generales puede decirse que gracias a es-te concepto se puede calcular la estabilidad de muchos alimentos, mejorar procesos de con-centracin }" deshidratacin de alimentos e, in cluso, disear nuevos productos ms estables.

El trminO de Q .. Indica la intensidad de las ruerzas que unen el agua con otros componen-tes no acuosos y, en consecuencia. el agua dis ponible para e! crecirmento de mlcroorganis mos y para que se puedan llevar a cabo di fe -rentes reacciones qumicas y bioqumicas. ~

Cuando se aade un soluto al agua pura, las molculas de agua se onentan en la superficie de! soluto y se interrelaCionan con ~L Como consecuencia. disminuye el punlO de congela cin, aumenta el punto de ebullicin y disminu-ye la preSin de vapor segun la ley de Raouh que dice: "Ia disminucin relat;\'a de la presin de vapor de un lquido al dISolverse en ~l un so-luto es igual a la (raccin molar del solvente".

La expresin matemtica de la ley de Raoult es:

dO:ld~ : P", presin de vapor de la solucin. Po., presin de vapor del agua pura. ni'" moles de soluto . nz" moles de solvenle.

La actiVidad de agua se define como la rela-cin existen le entre la .presin de vapor de una so lucin o de un alimento (P) con respecto a la presin de vapor de! agua pura (Po), a la mis ma temperatura.

Q~'" PIPo

El agua presente en los alimentos ejerce. por lo tamo. una presil\ de vapor que depen-de de la cantidad de agua, de la concentracin de so1ut05 en el agua y de la lempe ratura.

Evidentemente. SI no hay solutos. como es el caso del agua pura. la relacin enlre las pre slones es la unidad; en consecuencia, la a~ de lodos los alimentos es SIempre nfenor a uno eSte descenso se explica porque los constitu yentes qumicos que estn presentes inmovili zan parcialmente el agua. con lo que disminuye su capacidad de vaponzacin y su reactividad qwmlca

En re21idad. la a~ es la re!acin en"~ la fu-gacidad del disolvente en la disolucin (j) res pecto a la fugacidad del disolvente puro (fr), entendiendo por fugaCIdad la tendencia que presenta un disolvente a escapar de una solu-cin Sin embargo. a bajas presiones, como es la presin ambiental, la diferencia entre la ru-gacidad y la presin de vapor es tan pequea (inferior a 1%) que normalmente se habla de presiones. Seria. por lo tanto, ms correcto ex presarlo como'

Dado que 10 que se mide realmente son las presiones y a veces no coincide totalmente con la Q .. , algunos autores han indicado que sera m.is razonable utiliur el t~rmino presin dI! va por .";:il/:; (P!Po). Si., embargo, dado lo ex-tendido que est el trmmo d~ Q. en la comu-nidad cientfica y la poca diferencia que repre-senta, en este lioro se ha preferido utiht.r dicho t~rmino

La Q .. de un al imento y la humedad relaliva del ambiente en el que se encuentra tienden siempre a eqUilibrarse, por lo que a menudo, se expresa como humedad relativa de equilibrio (%)(HRE),

a~ '" HREIlOO La relacin entre Q .. y el contenido en hu-

medad de un alimento viene determinado por la ecuacin 8ET (g ru :.a'..:!~, S::::::e:. Te1!e.~:

donde' !ti .. bume::lad del producto (gflOO g de ma

lena seca). M, cont.:nloo en agua GOneipvndiente I

la capa monomclecular (g/!OO g d~ materia St:. ,,)

C = constanH~ relacionada con el calor de adsorCIn del agua retenida.

El "alor de la capa monoonolecular, denomi nada mOfuxapa BET. representa el contenido de humedad al cual el alimento es mis estable A contenidos ms bajos, puede haber oXLda cln lipidlca, mIentras que a contenidos mayo res pueden eyistir actividades cnlLmticas, no enZLm'tlcas y microbianas.

Realmente , la ecuacin BEr no permite ofr:~r resultados precisos en todo el inter.alo de actividad de agua de un alimento, debido' fundamentalmente a que los tratarruentos pli eados a los ahmentos durante su elaboraCIn pueden alterar las propIedades de $Orcin de agua de sus constituyentes. Adems, durante la adsorcin de agua, los componentt$ de los ali mentos pueden experimentar cambIOS en su es tructura, cons titucin, etc. La ecuacin SEr slo se confirma experimentalmente a valores de a. compre ndidos enue 0.05 y 0,40.

Exist~n olras e.::uaci,Jnes que tambin rela cionan estos dos parmetros; todas eUas pue den reproducir con crerto ~x.to los datos de hu medad en equihbno pero mnguna proporciona resultados pa ra un alimento en todo el mle ..... a 10dell

M

Como se ha indicado, cuando se define ta ac t,vidad de agua es necesario especificar la lemperatura ya q ue estos valores son tempera tura dependientes. A medida que esta aumen ta , lo hace la Qw porque aumenta la presI6n de vapor. Si se represenla la a

w de un ahmento

Con un conlenido de agua constante , respecto a la temperatura se obt iene una linea recta , (figura 24) pero slo en un mtervalo de te mo peratura

Cepiluto ] ; Agua 31

O , 9S~

' . I 0*[ 0.85 '=-~c:-~c:---::--:---:---:--::----,::- I

-20 -15 -lO -$ O S 10 15 20

FGUItA 2

32 Tecnologio de los A1memOJ. {I} Componen/eJ de 10l alimentoJ y procLa grfica predice c!arament~ que Ilgen.s variaciones en la humedad de un alimento con un alto contLa mayora de las isotermas de 50rCln de: agua de los alimentos presentan una forma sig-moidea con pequeas variaciones segn la es-Iructura fsica . compOSICIn qumica, tempe-ratura y capacidad de retencin de agua del alimento. Sin embargo. hay aliment05 que pre sentan en la primera pane de la curva una zona~ ms plana estas curvas, en forma de J, son tpi-cas de alimentos con un gran comewdo en az-car y solutos , que ~resentan poca adsorcin por capilaridad. como las frutas y confituras

E:l hs :sC!~::::J.5 :~ sc::;j;,! d.: a5'';3 s.: ?;.:~_ den disungulr tre. zonas poco delimitadas que indican la for:' ~n .:;..ze e! agua se encuentra i gada a los alimentos (figura 2.6):

Zona a). E!; el agua ms fuertemente li-gada y men)s moviL Se corresponde con el agua de la capa monomolecular fija a los grupos polares de ciertos compues-tos. espec~aJmen .: a NH y COO- de las protenas YI los grupos OH~ de los almi-dones. as como al agua de cristalizacin de acare, y sak5 Es muy difiCIl ex-(.aer. nO es .;ongc:lable y no se encuentra disponible pua actuar como disolvente o reactivo. Consiltuye una cantidad muy pequea de l agua total de un a]mento y corresponde a una Q., inferior a 0,2-0.3. Ellmlle enrre las zonas A y B es la de-nominada mJnocapa SET. Zona bf. COr.lprende e! agua correspon d iente a las capas de hidratacin de Jos cODstituyent.!s solubles, es deCIr, prote-nas, sales, azucares, etc. Est ligada por puentes de hldrgeno e interacciones di polo-dipolo o retenida fsicamente en mi-crocapllares de dimetro inferior a 1 J..Im. El punto de congelacin '! la capacidad solvente se enCuentran muy reducidos.

'.

flGU~ 2.5_ Isolermo gen.rol de sarcin de aguo en un alimento

Cop/t"lo 2: Agvo 33

Zona 1\, 2~B , Zotl .. e , , ,

, , , , L i

O -'OC2"5~----------;0~:"---;"0 ' .

FIGURA 2.6 bolelmo de sor..;ibn de og"o dI!' lUl alimento con bcjo cOI'1tenido en oguo.

La a~ est comprendida entre 0,20-0,30 y 0,80, aproltimadamente Zona e). Representa la mayor pane del agua de los tejidos frescos. Es :1 agua me nos ligada y ms mvil de lo. alimentos aunque el puntO de congelaCIn est algo disminuido. Se encuentra retenida fsica mente en membranas, capi lares (dime. tro superior a 1 )J.m), geles, etc., por lo que se puede elimi;;ar fClbnene por di versos procedimientos_ Su retencin est determinada por el pH y las n.erzas i6ni

(;00len.oo

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caso Es la responsable de la alteracin de los alimentos ya que est disponible para el desarrollo de microorganismos y las

r~acciones qumicas. Equivale a una a .. de 0,800,99.

Al representar las isotermas de mrcin de agua de un alimento es necesario indicar a la temperatu ra que han sido construidas. Lgica . menie, si la Q ... es dependiente de la temperatu ra, I!sta intluirii tambien en las isoermas de sorcin (figura 2.7). Esta dependencia slo es

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FIGURA 2.7. EfKto de lo tempercNro en lo isolermo de ~cin de CJgvc.

importante Jo valores de 0 . inferiores I O ... 'Oj. ED la fisurl se observa que para un mumo conterudo en agua, la 0 . aumenta a medida que lo hace la temperatura.

Si se sia un alimento en un ambiente con una humedad relativa (HR) superior ala hume-dad relativa de equilihno (HRE) del alimento,

~ste fiJ:l:! vapor de agua tendIendo a alcanzar el equibno, es decir, adsorber! agua Si, por el cont:ano, el alimento se coloca en un ambiente cura HR sea Inferior a la HRE correspondiente al contemdo de agua del producto, ~ste ceder! agua medIante el proceso llamado desorcin En !eneral. la isote!:rl3 de adsorcin para un producto determinado no es superpomble a la isotenna de desorcin_ Esta falta de cOinciden-cIa de las dos gr!ficas se conoce como hUltrt lU de las isotermas de Jorcin de agua y se de tecta sobre todo en la zona intermedia de las gr!Cicas (figura 2.8). La magnitud de la hist~re SIS es vanable y depende de diferentes laclores como son la naturaleza de! alimento, los cam bios fisicos ocurridos cuando se allade O ehmi na alua, el grado de desorein, la cantIdad de agua eliminada durante la desorcin y l. temo peratura (a medida que disminuye se hace mis evidente).

Los alimentos con una Q .. determinada , a una temperatura constante, Siempre presentan

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mayor contenido de '!\I' durante la desorcln que en la adsorcin

Los pnnclpales aromentOI que se han ofre cido pan explicar este fenmeno no totalmen-te adarado son:

a) Durante la desorcin el alimento des-~rende agua que estaba ms o menos li -gada, es deCir, agua que no est! t:ltalmen-te libre Sin embar!o, eo la adsorcin e l agua captada 00 tiene o tiene menos pun-tos a los que unirse debIdo a las interac ciones de los constU u}entes no a::uosos du;ante la des..:lra6n. por lo que el agua se encuenlfa mb libre Con el mismo contenido en agul hay ms agua libre en la adsorCin o, 10 que es lo ffilsma,la actI vidad de agua es mayor ea la adsorcin

b) El alimento rellene agua rientro de. los capilares. durante la adsorcin, el agua captada tene ms dilicultad para entrar ya que la presin de \-apor de agua que se neuslta pan que penetre en los capi. lares es mayor que pua que salga, por lo que con el miSmO contenido en humedad en la adsorcin hay ms cantidad de agua fuera de los capilares y en la desor-cin dentro de ellos. Adems, durante la desecaCin, los capilares se pueden obs.

DESOAClH

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t: ... ..:i. } js:;-'::u:' e: ibe .. ~ i .. ,eri~r Tambin influye la. viscosidad del pro-ducto. que es mayor en la. adsorcin que durante la desorcin, debido al menor con.eoao en agua.

Es[~ f~:Im~no ~s d~ es?ecia! Imponan:ia en aquellos producw5 deshidratados que nece-sitan ser rehldratados para su comercializacin. Presentarn una acttvidad de agua ilge ramente supeno~ a la es?erada con el cOl:SigUlente peli-gro de d:tenoiO, Igualmente, es necesario te-nerlo en cuenta en los alimentos envasados que sean muy hIgroscpicos.

2.11. Apl ic ocion de Jos isotermas d e sorcin en Tecnologia d e los Alimentos

las isotermas de sorcin de agua de los ali-mentos son de gran utilidad en diferentes as-pectos;

L Permiten evaluar la estabilidad de los aii-mentas, La dlsmmucin de la 0 .. frena el crecimiento de los microorganismos (en este orden: bactenas, levaduras y mohos) de al forma que ~ detiene totalmente a \'alores de 0,6 o inferiores. Igualmente, la vdoeidad de las reaccIOnes qufmicas que tienen lugar en un alimento, tanto enzi-mucas como no enzlmticaS, est en uncin de la cantidad de agua disponi-ble. A medida que disminuye la 0 la ve ... [ocidad de reaccin se va haciendo ms leMa, A valores comprendidos entre 0,2-0,3 cesan completamente. la excepcin la conSlltuye la oxidacin lipdlca. que es mnima a estos va [ores pero aumenta a medida que sigue descendiendo la 0 .. , Por

Capi/ulo 2. Agoo 35

:an,J, la. illm-;a. es;:abilida.d de ios aii-mentos se da en estos valores, El efectO de la a .. en la viabilidad de los mIcroorga-nismos y las reacciones de deterioro se e:l:plica con detalle en el capitulo 1l.

:!.. PenniLeD prever la ti .. de mezclas de dl-\'ersos ingredientes. SIempre existe un IOtercambio de ag\!~ de un componente a otro de un alimento para llegar al eqUI' hbno, Las isotermas pemuten conocer la 0 . ce los componentes de la mezcla y, en consecuencia, la estabilidad de cada uno de ellos y, por lo tanto, de la mezcla

3. Permiten estimar el llempo mximo de almacenamiento de un producto en un en\'ue, con una permeabilidad al vapor de agua conocida, en funcin de [a canti-dad de agua adsorbida, Igualmente, se puede'establecer e[ comportamiento de un alimento en distintas condiciones de al macenami!:Jlto,

4, Permi ten mejorar los procesos de con -servacin basados en la reduccin de! contenido en agua puesto que mediante las isotermas de sorci6n podemos deter-minar cul es el contenido de humedad reSidual pma para un alimento deter-minado, Si la humedad es demasiado elevada el producto presentar menor estabilidad, mientras que si la humedad (nal es muy caja representa un gasto adIcional en la opeacin , La tacilclad o dificultad para elIminar agua de un ali-mento est relacionadJ con la 0 ..

5 Permiten determinar la temperatura p tIma de almacenamiento de productos conge lados, estableciendo una relacIn entre sta y [a 0 .. , La inmovi!tzacin del agua en forma de hielo y el consiguiente aumento de la concentracin de solutos en e! agua no congelada dIsminuye la ac-tividad de agua del alimen to. -

36 'fecnologio de 101 Alimentos PI Componen/fu de 101 o/imenlOJ y prOCISOI

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1,','" "-';'-',,':. " L,~""-,"-'""~~:::"'~ __ "' ""'c'," ~.:-.' ,,-.,. RESUMEN

l . El aguo ello IUllcmcio InJ obu"donl1 In los Jetes viyo! y, por lo :cnlo, en los olilT.en!ol les propiedades fsicos del Ogl1O y del hlllo son mvy anmolol en c()

3 ,

LlPIDOS

En el prtsenlt captulo se na(iun Iu principales propied",des de (os (pidas de I()$ il liment05, wbrf: todo (as flSics por su lis que adquieren

m~s importanc:iiil en la utiliucin e industrialiucin de In grasas. Asimis-mo, se tsfudi;n los tralilmi~IOs ulili.udlH paril su [r.llnsformOl(On. inal mente, se dtlcriben In principales herciones de lo~ lpidos que afectan iI los ,limel"llOS, especifiumenle el enrancilm;enlo auloo,.-i

3. 1. Introduccin

Los UpidO! son uno de los principios inmedla [OS mis impon.allles de los alimentos debido a

tl) Su !~undanca e:::. gran nme,o Ce aJi mentos. muchos de eUos de un gran lote r!s econ:rJco C::lmo !a le:::he. man:~oui Ila, margarina y embutidos .

b) Su importancia :tutriti~'a, ya que constj luyen el pnnclpal apone energ.!llcc de la dieta pues facilitan 37.7 Id. es dec ir. aproximadamente el doble de la energia que proporaonaa las protenas y los ru dratos de carbono; en el mundo occiden tal se considera que cubren al menos el 450/0 de las necesidades energ.!ticu Son. adems. vehculo de vitaminas liposolu bies (A. E, O Y K) Y cidos gruos insatu radas esenci!les; contribuyen it mejorar el gusto y la sensacin de sacedad des pus de comer.

e) Ejercen una imponante funcin en ta es tructura. composicin y permeabilidad de las membranas y paredes celulares Son 10$ componentes mayorilarios del tejido adiposo que sirve de aisb.miento al organismo y como proleccin los 6r ganos internos contribuyendo. asimismo, a la configuracin del cuerpo.

d) Por razones tecoolgi~:

Ea algunos alimentos se encuentran fOft:\,ndo emulsiones. En algunos procesos hay que manlenerlos , en otros eliminarlos y, a veces, hay que modificarlos y estabilizarlos. Entre los componentes de este grupo de principios inmediatos, existen al gunos compuestos que por su natura leza anfimica constituyen magnficos estabdluntes. Son susceptibles a fenmenos de dete nora (enrancia miento y lipolisis) que provocan alteraciones en las caracte ristlcas sensoriales oe los ahmemos

SO:1 rusc.ej:.'ti:les a p:ocescs de; t:ar:s. fonnacin estruclural que, al cambiar sus propiedades fisicoq'ufmicas, los haceo mis aptos para determinadas

a~liCilciones . Dese;::pcflan Importantes papeles tecnolgiCOS; emulsificantes, l~xturi ta:"ltes, saborizantes, humectilIltes . transmisin de calor I alta tempetatu ra. etc

El contenido graso de les alm~::tos "aria desde valores muy baJOS a muy altos tanto en a hmemos de ongen animal como veg~tal (cua dro 3.1).

Cu.oDtO 3.1. Cont....oo 'OIoO 0,=

Si ea :iS::i! i:'; d~5.::.:ij~ c:.!s 3:1: 1~ ~s $~ clasificacin, dado el amplio grupo de susta