Tecnologia de los Alimentos Vol. 1 - Componentes de los Alimentos y Procesos

TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS

VOLUMEN I COMPONENTES DE LOS ALIMENTOS

Y PROCESOS

P r o y e c t o E d t t o r ia l CIENCIAS QUMICAS

Director. Guillermo Calleja Pardo

reas de publicacin:

TECNOLOGA BIOQUMICA Y DE LOS ALIMENTOS Coordinador: Jos Aguado Alonso

TECNOLOGIA DE LOS ALIMENTOS

VOLUMEN I COMPONENTES DE LOS ALIMENTOS

Y PROCESOSJuan A. Ordez Pereda (editor)Mara Isabel Cambero Rodrguez

Lenides Fernndez lvarez Mara Luisa Garca Sanz

Gonzalo D. Garca de Fernando Minguilln Lorenzo de la Hoz Perales

Mara Dolores Selgas Cortecero

O EDITORIAL SNTESIS, S. A. VaUebennofo. 34-28015 Madrid

Telf.: 91593 20 98 http:tfwww.sintess.c0m

Depsito Legal: M. 20578-1958 ISBN: 84-7738-5754)

ISBN obra completa: 84-7738-577-7

Impreso en Espida Printed in Spain

http://www.sintess.c0m

NDICE

PR LO G O ...................................................................................................................... 11

1. CONCEPTO Y OBJETIVOS DE LA TECNOLOGA DE LOS ALIMENTOS

1.1. Desarrollo histrico........................................................................................ 141.2. Alimentos y nutrientes................................................................................... 181.3. Concepto de Ciencia y Tecnologa de los Alimentos ................................ 191.4. Objetivos de la Tecnologa de los Alimentos .............................................. 20

2. AGUA

2.1. Introduccin ............................... 242.2. Constantes fsicas del agua y del hielo ......................................................... 242.3. La molcula de ag u a ....................................................................................... 242.4. Estructura del hielo y del ag u a ...................................................................... 262.5. Propiedades disolventes del agua ................................................................. 272.6. Interacciones del agua con sustancias apolares.......................................... 282.7. Efecto de los solutos en la estructura del agua .......................................... 292.8. Efecto de los solutos en la estructura del h ie lo .......................................... 292.9. Actividad de a g u a ........................................................................................... 29

2.10. Isotermas de sorcin de agua ........................................................................ 322.11. Aplicacin de las isotermas de sorcin en Tecnologa de los Alimentos . 35

3. LPIDOS

3.1. Introduccin .................................................................................................... 383.2. cidos grasos de los alimentos...................................................................... 39

3.2.1. cidos grasos saturados de cadena lineal .................................... 393.2.2. cidos grasos insaturados de cadena linea l.................................. 40

3.3. Caractersticas de los glicridos ........................................ 413.4. Caractersticas de los fosfolpidos................................................................. 423.5. Fraccin insaponificable ................................................................................ 423.6. Propiedades fsicas.......................................................................................... 43

3.6.1. Polimorfismo ..................................................................................... 433.6.2. Punto de fusin.................................................................................. 443.6.3. Viscosidad .......................................................................................... 44

3.6.4. Calor especfico ................................................................................. 453.6.5. Calor latente de fusin ..................................................................... 453.6.6. ndice de refraccin .......................................................................... 453.6.7. Densidad ............................................................................................ 453.6.8. Solubilidad ......................................................................................... 463.6.9. Plasticidad .......................................................................................... 46

3.7. Tratamientos de modificacin de las grasas .............................................. 473.7.1. H idrogenacin................................................................................... 473.7.2. Transesterificacin (interesterificacin)......................................... 493.7.3. Fraccionamiento................................................................................ 50

3.8. Enranciamiento autooxidativo..................................................................... 503.8.1. Reacciones de oxidacin de los lpidos .............................. 503.8.2. Factores que intervienen en la oxidacin

de los lpidos de los alim entos.......................................................... 523.9. Reversin del sa b o r.................................................................................... 54

3.10. A ntioxidantes................................................................................................. 543.10.1. Antioxidantes tipo I .......................................................................... 553.10.2. Antioxidante tipo I I .......................................................................... 563.10.3. Antioxidantes tipo I I I ....................................................................... 57

3.11. Enranciamiento lipoltico ............................................................................. 57

4. PROTENAS

4.1. Introduccin .................................... 604.2. Propiedades funcionales de las protenas ................................................... 604.3. Propiedades de hidratacin .......................................................................... 614.4. Solubilidad...................................................................................................... 624.5 Viscosidad....................................................................................................... 644.6. Gelificacin..................................................................................................... 654.7. Formacin de pastas proteicas ..................................................................... 664.8. Texturizacin.................................................................................................. 674.9. Propiedades surfactantes de las protenas .................................................. 68

4.9.1. Propiedades emulsionantes.............................................................. 694.9.2. Propiedades espum antes.................................................................. 71

4.10. Fijacin de arom as......................................................................................... 734.11. Modificaciones en las propiedades funcionales de las protenas

sometidas a procesos tecnolgicos ................................................................ 74

5. CARBOHIDRATOS

5.1. Introduccin ................................................................................................... 785.2. Clasificacin de los carbohidratos ............................................................... 78

5.2.1. Monosacridos................................................................................... 785.2.2. Oligosacridos ................................................................................... 795.2.3. Polisacridos ...................................................................................... 79

5.3. Propiedades fisicoqumicas y sensoriales de los monosacridos............. 795.3.1. Higroscopicidad................................................................................. 795.3.2. M utarrotacin.................................................................................... 795.3.3. Estado v itreo ...................................................................................... 805.3.4. Cristalizacin ..................................................................................... 805.3.5. Inversin de los azcares.................................................................. 805.3.6. Poder edulcorante............................................................................. 81

5.4. Propiedades funcionales de los polisacridos............................................ 825.4.1. Solubilidad ......................................................................................... 825.4.2. Hidrlisis de los polisacridos ......................................................... 835.4.3. Viscosidad .......................................................................................... 835.4.4. Capacidad de formar geles............................................................... 84

5.5. Transformaciones de los carbohidratos por accin del calor .................. 855.5.1. Caramelizacin.................................................................................. 855.5.2. Pardeamiento no enzimtico ........................................................... 86

5.6. Principales polisacridos.............................................................................. 925.6.1. Almidn ............................................................................................. 925.6.2. G lucgeno.......................................................................................... 945.6.3. Celulosa.............................................................................................. 945.6.4. Hemicelulosas.................................................................................... 955.6.5. Ciclodextrinas ....................................................................... 955.6.6. Sustancias pcticas ............................................................................ 955.6.7. G om as................................................................................................. 97

5.7. Fibra ................................................... 98

6. VITAMINAS, MINERALES Y ENZIMAS

6.1. Vitaminas y minerales .................................................................................. 1026.2. Prdida de vitaminas y minerales en los alimentos procesados.............. 102

6.2.1. Vitaminas hidrosolubles................................................................... 1056.2.2. Vitaminas liposolubles...................................................................... 1126.2.3. M inerales............................................................................................ 1146.2.4. Prdida de vitaminas durante el almacenamiento ....................... 115

6.3. Adicin de nutrientes a los alimentos ........................................................ 1156.4. Enzim as........................................................................................................... 116

6.4.1. Enzimas endgenas en los alim entos.............................................. 1166.4.2. Utilidad de las enzimas en Tecnologa de los A lim entos 1186.4.3. Aplicacin de enzimas exgenas en la elaboracin de alimentos. 1186.4.4. Enzimas inmovilizadas ..................................................................... 1216.4.5. Enzimas libres o inmovilizadas?................................................... 126

7. ALIMENTOS FRESCOS

7.1. Alteracin de los alimentos frescos............................................................ 1307.2. Estrategias de la conservacin de los alimentos ....................................... 131

7.3. Estrategias de la transformacin de los alimentos..................................... 132

8. CONSERVACIN POR EL CALOR

8.1. Introduccin .................................................................................................... 1388.2. Comportamiento de microorganismos y enzimas frente a la temperatura. 1388.3. Cintica de la destruccin de los microorganismos por el calor ............... 1398.4. Termorresistencia de los microorganismos................................................. 1418.5. Valor F .............................................................................................................. 1438.6. Tratamientos trmicos aplicados en la prctica .......................................... 1448.7. Tipos de tratamientos trm icos..................................................................... 146

8.7.1. Esterilizacin ..................................................................................... 1468.7.2. Pasterizacin...................................................................................... 1518.7.3. Termizacin ....................................................................................... 154

9. UTILIZACIN DE RADIACIONES ELECTROMAGNTICAS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA.

IRRADIACIN DE ALIMENTOS

9.1. Radiaciones electromagnticas en la Industria A lim entaria.................... 1569.2. Radiaciones electromagnticas no ionizantes............................................. 156

9.2.1. Radiacin infrarroja........................................................................ 1569.2.2. Radiacin m icroonda ............................................................ 1619.2.3. Calentamiento dielctrico.............................................................. 1739.2.4. Calentamiento hmico ................................................................... 1749.2.5. Calentamiento por induccin ........................................................ 177

9.3. Irradiacin de alimentos ................................................................................ 1779.3.1. Efecto qumico y biolgico de la irradiacin ................................. 1789.3.2. Efecto en la calidad nutricional y en las caractersticas

organolpticas de los alim entos....................................................... 1829.3.3. Aplicacin en la Industria A lim entaria........................................ 1849.3.4. Fuentes y planta de radiacin........................................................ 188

10. CONSERVACIN POR FRO

10.1. Introduccin .................................................................................................... 19410.2. Conceptos de refrigeracin y congelacin................................................... 19410.3. Refrigeracin y almacenamiento en refrigeracin .................... 195

10.3.1. Efecto de la refrigeracin en la velocidad de las reacciones qumicas y enzimticas y en el crecimiento de los microorganismos .... 195

10.3.2. Importancia de las caractersticas del alim ento........................... 19710.3.3. Factores que hay que controlar durante el almacenamiento

en refrigeracin................................................................................... 19810.3.4. Caractersticas de los alimentos refrigerados .............................. 20010.3.5. Otras aplicaciones de la refrigeracin .......................................... 200

10.4. Congelacin y almacenamiento en congelacin ........................................ 20110.4.1. Teora de la cristalizacin................................................................. 20110.4.2. Curvas de congelacin...................................................................... 20310.4.3. Modificaciones que se producen en los alimentos

durante su congelacin. Efecto sobre las reaccionesqumicas y enzimticas ..................................................................... 206

10.4.4. Efecto de la congelacin en los microorganismos........................ 21010.4.5. Modificacin de los alimentos durante su almacenamiento

en congelacin ................................................................................... 21110.4.6. Importancia del estado vitreo en la estabilidad

de los alimentos congelados............................................................. 21610.4.7. Otras aplicaciones de la congelacin .............................................. 220

10.5. Produccin industrial de fro ......................................................................... 22110.5.1. Sistemas mecnicos........................................................................... 22110.5.2. Sistemas criognicos ......................................................................... 22210.5.3. Necesidades de refrigeracin........................................................... 223

10.6. Mtodos y equipos.......................................................................................... 22710.6.1. Equipos empleados para la refrigeracin....................................... 22810.6.2. Equipos empleados para la congelacin ........................................ 23010.6.3. Seleccin del mtodo y del equipo de congelacin...................... 236

10.7. Descongelacin............................................................................................... 23810.7.1. Mtodos de descongelacin............................................................. 241

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

EVAPORACIN Y DESHIDRATACIN

11.1. pH ..................................................................................................................... 24611.1.1. El pH y los microorganismos alterantes......................................... 24711.1.2. El pH y los microorganismos patgenos........................................ 247

11.2. Atmsferas ...................................................................................................... 24811.3. Actividad de agua (aw) ................................................................................... 249

11.3.1. aw y microorganismos alterantes y patgenos .............................. 25111.3.2. La aw y las reacciones qumicas y bioqumicas ............................. 253

11.4. Concentracin de los alimentos por evaporacin...................................... 25411.4.1. Fundamentos de la evaporacin...................................................... 25411.4.2. Factores que modifican el punto de ebullicin

y la transferencia de energ a ............................................................ 25511.4.3. Efecto en las propiedades de los alimentos .................................. 25711.4.4. Equipos y aplicaciones ..................................................................... 258

11.5. D eshidratacin................................................................................................ 27211.5.1. Fundamentos de la deshidratacin ................................................. 27311.5.2. Velocidad de secado. Fases y curvas de secado ............................ 27811.5.3. Efecto en las caractersticas de los alimentos ............................... 28211.5.4. Equipos y aplicaciones ..................................................................... 28511.5.5. Liofilizacin ....................................................................................... 297

11.5.6. Deshidratacin osm tica.............. 30411.5.7. Conservacin de los alimentos deshidratados................................ 30511.5.8. Reconstitucin de los alimentos deshidratados............................ 305

12. OPERACIONES DE TRANSFORMACIN

12.1. Introduccin .................................................................................................... 31012.2. Reduccin de tam ao ..................................................................................... 310

12.2.1. Reduccin de tamao de alimentos slidos.................................. 31112.2.2. Reduccin de tamao de alimentos lquidos................................. 315

12.3. Aumento de tamao ..................................................................................... 31812.4. Mezcla ....................................................................................................... ,..... 32012.5. M oldeado......................................................................................................... 32312.6. Modificacin de la te x tu ra ............................................................................. 323

12.6.1. Gelificacin....................................................................................... 32312.6.2. Texturizacin .................................................................................... 324

12.7. Extrusin.......................................................................................................... 32512.8. Operaciones de separacin............................................................................ 330

12.8.1. Seleccin y clasificacin ................................................................. 33012.8.2. Sedimentacin .................................................................................. 33112.8.3. Centrifugacin ..................................................................... 33212.8.4. F iltracin........................................................................................... 33512.8.5. Prensado o estrujamiento............................................................... 33912.8.6. Separacin con membranas ......................................................... 33912.8.7. Extraccin......................................................................................... 34912.8.8. Cristalizacin.................................................................................... 357

12.9. Transformaciones qumicas....... ..................................................................... 35812.9.1. Por tratamiento trm ico .................................................................. 35812.9.2. Por tratamiento qumico y enzimtico ......................................... 36112.9.3. Fermentaciones ................................................................................ 361

PROLOGO

El presente libro est dirigido a todos lo? alumnos de las diversas titulaciones en las que se contempla el estudio de los alimentos, como Farmacia, Veterinaria, Ingenieros Agrnomos y Ciencia y Tecnologa de los Alimentos y, en general, a cualquier licenciado con conocimientos generales de Qumica, Fsica, Microbiologa y Bioqumica que est interesado en profundizar en el conocimiento de los alimentos. No obstante, los ms beneficiados sern los estudiantes de Veterinaria, dado que en este libro se estudian fundamentalmente los alimentos de origen animal. Asimismo, todos los tcnicos que trabajan en la industria alimentaria tienen en estas pginas una buena fuente de informacin relacionada con sus actividades.

La obra se ha dividido en dos volmenes: el primero trata de los aspectos bioqumicos de los alimentos, de sus componentes y de los tratam ientos tecnolgicos que habitualmente se aplican a los mismos para su comercializacin, y el segundo trata, especficamente, de la tecnologa de los alimentos de origen animal.

Como el estudio del procesado de alimentos requiere unos conocimientos previos sobre diversos aspectos bioqumicos y microbiolgicos

especficos de los mismos, el volumen I, tras un primer captulo dedicado a la historia, el concepto y los objetivos de la Tecnologa de los Alimentos, se inicia con un bloque de tem as donde se estudian el agua, los principios inmediatos, 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 conocimientos; se describen las propiedades fsicas y qumicas de inters y, sobre todo, las propiedades funcionales de todos los componentes mencionados que adquieren relevancia en relacin con la conservacin y la elaboracin de los alimentos. Adems, como uno de los objetivos de la Tecnologa de los Alimentos es el suministro de alimentos nutritivos y pMMfeM ari consumidor. se han incluido las reacciones desfavorables en las que dichos componentes estn implicados y la sensibilidad de algunos de ellos, sobre todo las vitaminas, frente, a im procesos tecnolgicos.

Otro de los objetivos de la Tecnologa de los Alimentos es la ampliacin de la vida til de los alimentos (conservacin) y suministro (transformacin de los alimentos), en lo que se detie

ne el siguiente bloque y cierra ei volumen I. Se tratan los procesos que se aplican en la industria alim entaria, con una descripcin de las operaciones que pueden utilizarse para la conservacin y la transformacin de los alimentos. Los contenidos de estos captulos son vlidos, e - su mayor parte, tanto para alimentos de origen animal como vegetal, aunque se hace mayor nfasis en los ms relevante a les primeros.

En el volumen II, especfico de los alimentos de origen animal, se describen los tra ta mientos aplicados para su conservacin y/o transformacin En primer lugar, se aborda e! estudio de la leche y los productos lcteos, con un aniisis pormenorizado de sus componentes y de los microorganism os que ms transcendencia tienen en Lactologia; a continuacin, se describen los procesos de elaboracin de los distintos productos lcteos haciendo especia! referencia a los aspectos tecnolgicos particulares de cada uno de ellos. Se contina con las caractersticas generales y sensoriales de la carne, su tecnologa y la de los productos elaborados a partir de ella. Con el-mismo esquema, se estudian el pescado y los productos derivados de la pesca. Finalmente, ei ltimo captulo se dedica ai huevo y los ovoproductos.

El conjunto de la obra incluye un anlisis en mayor profundidad de los aspectos, procesos u operaciones que han sido desarrollados recientem ente. As, por ejemplo, en el volumen I se han descrito sucintamente los tra tamientos trmicos, los procesos de evaporacin y deshidratacin o la aplicacin de fro, operaciones bien conocidas, m ientras que se han analizado con mayor profundidad, entre otros: los hornos microondas y sus aplicaciones; los tratam ientos de irradiacin, como un mtodo fsico de conservacin menos extendido que la aplicacin de calor; la extrusin, todava en desarrollo pero que ha encontrado ya numerosas

aplicaciones ^pastas, aperitivos, regaliz, goma de mascar, porotena texturizada, etc.); la separacin por membranas, que ha evolucionado mucho en los ltimos aos a raz de la preparacin de membranas de tamao de poro unifor- rr i. etc. Por otra parte, en ios procesos clsicos s han recogido los ltimos avances, por ejem- p.o la transicin vitrea (un concepto fsiccqu- mico bsico que se ha aplicado recientemente a les alimentos, que puede ser de gran utilidad p ira explicar la estabilidad de los alimentos congelados o productos deshidratados, extrui- d :s. etc.), y se han introducido las innovacio- nrs de los equipos utilizados en operaciones clsicas, como e! sistema Urschel Comiro! para la reduccin de tamao.

De la misma forma, en el volumen II se ha analizado con menos profundidad la refrigeracin de la carne o la fabricacin de leche con- densada o en polvo y se ha abundado ms en el estudio de las carnes reestructuradas y anlogos de carne (que se impulsaron a partir de la dcada de los setenta), en el surimi y los concentrados proteicos de pescado (que han alcanzado recientemente una gran aceptacin en el mercado occidental), en los fenmenos bioqumicos de la maduracin del queso (cuyo conocimiento cientfico detallado se ha ido desvelando en los ltimos aos) o en el uso de a tmsferas modificadas para a ampliacin de la vida til de la came (cuya implantacin ha sido posible gracias a! desarrollo del material plstico, aplicndose comercialmente a las carnes desde la dcada de los ochenta).

Esta obra rene, a tiempo, los aspectos bioqumicos, microbiolgicos, tecnolgicos, etc. que permiten un estudio global de los alimentos de origen animal. Con ella, los autores confan en que el lector comprenda no slo los fundamentos sino cambia los procesos tecnolgicos utilizados en la industria alimentaria.

1CONCEPTO Y OBJETIVOS

DE LA TECNOLOGA DE LOS ALIMENTOS

En este capitulo se hace una breve historia de los cambios sufridos en la alimentacin del hombre a travs de los tiempos, desde la prehistoria hasta la actualidad, y se analiza el progreso de los diferentes mtodos de conservacin. Asimismo, se definen los conceptos de alimento y de nutriente y, por ltimo, se describen los objetivos de la Tecnologa de los Alimentos.

1.1. Desarrollo histrico

Hace a! menos cuatTO millones de aos los prehomnidos, por desconocidas razones, se desplazaron desde los rboles de los bosques a las sabanas y cambiaron su dieta vegetariana por la forma omnvora, lo que supuso un profundo efecto en la evolucin, desde un punto de vista tanto biolgico como cuiturai. Tras un largo perodo evolutivo, las extremidades inferiores fueron sufriendo ms y mejores adaptaciones para una posicin erecta y, muy lentamente, las extremidades superiores fueron quedando liberadas de su aptitud para caminar y finalmente la mano, al quedar libre, se convirti en un factor clave en la evolucin del hombre, Qu animales disponen de manos capaces de elaborar utensilios? Los restos fsiles (crneos, mandbulas, dientes sueltos) indican que hace aproxim adam ente tres millones de aos existieron ya unos prehomnidos. los Australopitecus (A. afarensis, .4. robustus y .4 boisei) con algunos caracteres que recuerdan lejanamente al hombre moderno.

El salto hacia el Homo comenz con la transformacin del A afarensis en Homo habilis (hace unos dos millones de aos) y ste en H omo erectus (hace milln y medio de aos, aproximadamente), donde estn incluidos los llamados Pitecntropos. Bajo esa denominacin global se incluyen el hombre de Java, de Pekn, de Yuanmou. etc. (500-200 mil aos). Los utensilios hallados junto a los restos de estos individuos indican un grado de evolucin mental. Ms evolucionados, sin duda, son el hombre de Neanderthal (100-35 mil aos), capaz de tallar la piedra de una forma muy perfecta, y el de Cromagw x (hace unos cuarenta mil aos), autores de las pinturas rupestres de A ltam ira. Lascaux, etc., que pertenecen ya a la especie Homo sapiens.

Es probable que los primeros prehomnidos vivieran en grupos poco numerosos y se desplazaran por. la sbana en busca de alimento y puntos de agua. La morfologa dentaria evoca un rgimen alimenticio basado en heroceas y

gramneas. Sin embargo, los A ustralopitecus debieron tener una dieta ms variada de tipo omnvoro; la alimentacin crnica consista, probablemente, en pequeos animales (reptiles, roedores, e tc ) y cadveres de grandes mamferos abandonados por los anmales carnvoros Los Pitecntropos de la especie Homo erecitis, cuyos utensilios han sido descubiertos en campamentos al aire libre o en cuevas, eran cazadores hbiles capaces de abatir grandes animales.

Hace unos quinientos mil aos, las glaciaciones forzaron al hombre a adaptarse rpidamente; el uso de cuevas por grupos de 50-;0Q individuos cre un ambiente propicio para una mayor accin social Es entonces cuando el hombre descubre el fuego, lo que contribuye a aumentar la vida social alrededor del hogar que el fuego calienta e ilumina. Alrededor del hogar, los cazadores cuentan sus hazaas y proyectan la caza del da siguiente, lo que va a reforzar los lazos que unen a la familia y a la tribu. Las tradiciones cultuales comunes unirn a estos hombres, que transmitirn sus tcnicas y su sabidura. De esta forma nacieron las civilizaciones, se desarrollaron y evolucionaron independientemente pero sin perder su propia identidad

El control del fuego constituye un hito en la evolucin del hombre prehistrico. El fuego no slo mantiene al hombre caliente sino tambin ilumina su hogar, le protege contra tos animales salvajes, le proporciona un centro de comunidad y modifica profundamente sus alimentos. Las carnes asadas tienen una textura y sabor muy diferente de las crudas; adems, se alteran ms lentamente, aumenta su digestibilidad y se eliminan microorganismos potencialmente peligrosos. Cuando el hombre aprendi a controlar el fuego y lo utiliz para librarse del fro y para iluminar su hogar estaba ya. de una forma inconsciente, practicando el ahumado. Ms ta rde, movido por la necesidad de abastecerse en las pocas de escasez, el hombre utiliz probablemente el ahumado y la desecacin como una forma de prolongar la vida til de sus alimentos.

Pasada esta primera larga etapa, la humanidad evolucion velozmente. En ei Paieoinco y Mesoltico (30.000-8.000 aos) el hombre todava no se ha hecho agricultor pero utiliza como alimentos una gran variedad de productos: huevos, frutas, semillas, race, insectos, pescado, miel y pequeos y grandes animales. Es en e! Neoltico (9.000-3.500 aos) cuando aparece una agricultura rudimentaria consistente principalmente en cultivos estacionales. En este perodo el hombre tambin domestica los animales, a los que utiliza como ayuda para trabajar y como alimento. No se sabe en qu orden lo hizo, pero s que la cabra, e! yak. el bfalo y el cerdo los domestic en la primera etapa del Neoltico, y el caballo, camello, asno, elefante y gallina al fina! de este perodo. Con estos nuevos avances, el hombre aument la diversidad de sus alimentos, en especial la leche y los productos lcteos (leches fermentadas y queso) que se formaban por fermentacin espontnea.

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 origin un espectacular incremento de la poblacin en Mesopotamia. Igualmente, utiliz e! caballo y los bvjdos para arar los campos, apareci el comercio local y de ms larga distancia y cultiv las frutas. Ampli sus alimentos, en especial los de origen vegetal incluyendo en la dieta higos, arroz, aceite de oliva, cebolla, dtiles, uvas, etc.

En la Edad del Hierro (1.500 aos a. C.) aparece el comercio a gran escala, t2nto por mar como por tierra y se mejoran los tiles de labranza. Como alimentos, se incluyen en la dieta otros nuevos, como especias, salsas y diversas frutas. Ms tarde, por fin, en la poca griega y, sobre todo, en la romana se llega a la plenitud de la agricultura con el uso de fertilizantes, la rotacin de cultivos, etc.

En las cuencas de los grandes ros (A m arillo, Tigris-ufrates, Indo-Ganges y Nilo) se desarrollaron grandes civilizaciones. A travs de las escrituras cuneiformes de los sumerios, aigunas de ias cuales se remontan a unos seis

mil aos a. C., se sabe que este pueblo elaboraba ya diversos productos lcteos y es probable que el origen de los mismos fuera mucho ms antiguo, de la prim era poca del Neoltico, cuando el hombre aprendi a domesticar los animales. Adems, los sumerios eran muy dependientes de la cerveza, como lo demuestran ios registros histricos que han llegado a nuestros das: un trabajador reciba un litro de cerveza por da, los oficiales de baja graduacin 2, los de ms elevada 3 y la nobleza 5. Igualmente, en el cdigo de Hammurabi (1728-1638 a. C.) se presta una atencin especial a la cerveza y se prohbe la venta del producto con un bajo contenido alcohlico a un elevado precio; con ello, se est previniendo el aguado. Es un claro ejemplo de la intervencin del gobierno en la Industria Alimentaria.

Los jeroglficos y las tumbas, donde se describen y representan escenas cotidianas del antiguo Egipto, han proporcionado valiosos datos acerca de los alimentos y de los medios de conservacin que los egipcios utilizaban. La dieta era muy variada para la clase dirigente pero sigue siendo todava un enigma lo que coma el elevado nmero de esclavos y soldados que servan a los faraones. Por ejemplo. Ramss II tena unos 50.000 caballos para sus carros de guerra, lo que da una idea de la poblacin que haba que alimentar en aquella poca. No obstante, se sabe que los egipcios desecaban y salazonaban el pescado que capturaban en el Mediterrneo y en el Nilo, ya en las primeras dinastas elaboraban cerveza y vino y saban distinguir entre la primera fermentacin alcohlica y la secundaria actica que conduca a la obtencin de vinagre. Fabricaban tambin pan y conocan la forma de preparar malta, que al principio fue utilizada como edulcorante y ms tarde para la fabricacin de cerveza. Los egipcios saban tambin cmo fabricar queso, como lo demuestran los restos de este alimento encontrados en jarrones de alabastro de la primera dinasta.

Los griegos utilizaban una amplia variedad de alimentos (carnes de todos los tipos, princi-

plmente de cerdo y aves, pescados y una gran variedad de productos vegetales), que utilizaron ?.< ci*"ilz2cicn.25 cs v dii sur ds den d i hs* redaron muchos de sus hbitos alimenticios. Ellos aadieron a la dieta nuevos productos, como el aceite de oliva (cuya tcnica de fabricacin l i importaron de Creta o de Asia Menor, dandi ya se produca hacia e! 1500 a. C.). crustceos y moluscos. E! aceite d oliva, adems de utilizarlo como alimento, en ritos religiosos y como cosmtico, se us como agente conservador, con ei fin de excluir el aire. Los griegos conocan tambin la forma de enfriar lquidos por evaporacin, en recipientes de barro. Aristteles (siglo tv a. C.) habla del queso de Frigia hecho con leche de asna y yegua, de cuyo gran valor nutritivo tuvo conciencia.

La poca romana se caracteriz por el comercio a gran escala tanto a cortas como a largas dis tancias. U na de las razones de la expansin dst Imperio Romano fue la necesidad de obtener ms alimentos para Roma. As, el trigo producido en Egipto, Espaa y frica del norte, aseguraba el abastecimiento de la capital del imperio, mientras los romanos distribuan por todas sus provincias las mejoras que hacan en la agricultura, tales como el descanso de la tierra, la fertilizacin, la rotacin de cultivos, la trilla, etc.

El prensado, una de las operaciones tecnolgicas, fue profundam ente mejorado por los romanos. Coiumela (siglo l) describe una prensa para obtener aceite de oliva y Ptinio (siglo I) otro tipo donde se combina la palanca y la rosca. Coium ela describe tambin en su De Re Rustica la fabricacin de queso e informa que haba existido una evolucin gradual desde la formacin de la cuajada por fermentacin natural hasca una produccin controlada, como el control de la tem peratura para regular la accin del cuajo y la compresin cuidadosa de la cuajada para evitar desviaciones durante el proceso madurativo. A travs de los escritos de estos autores y de otros, cm o Catn (siglo u a. C.) y Varn (siglo I a. C.), sabemos que los romanos utilizaban recipientes de barro para proteger

los alim entos, que practicaban de una forma regular el salazonado y la acidificacin con vinagre procedente de la oxidacin de! alcohol, que utilizaban la miel como medio de conservacin y que desecaban diversos alimentos al sol. Fueron excelentes panaderos y vinateros y propagaran las mejoras del cultiva de la vi i a travs de todo el Imperio. Aunque la dieta de los plebeyos, fundamentalmente a base de cereales, era mucho m3 pobre que la de los patricios, por los escritos de Catn y Coiumela se sabe que aqullos salazonaban y curaban la carne de sus animales domsticos, sobre tedo la procedente del cerdo, y elaboraban con el pescado, por salazn y adicin de especias, diversos tipos de salsas, entre ellas, el garum, de la que Plini escribi que apenas ningn o no lquido, excepto los ungentos, ha llegado a ser ms apreciado. Curiosam ente conocan ya, aunque de una forma totalmente emprica, os efectos desfavorables de los metales en la auto- oxidacin de las grasas, puesto que recomendaban no utilizar recipientes metlicos para el almacenamiento del aceite de oliva. Se dispone tambin de datos que demuestran que los emperadores hacan enfriar el vino y otros alimentos mediante hielo transportado desde (as montaas. E n este sentido, parece ser que utilizaban en verano bebidas heladas.

La Edad M edia constituy un largo parntesis en el estudio de nuevos procedimientos de conservacin y elaboracin. o obstante, se introdujeron en Europa nuevos alimentos procedentes principalmente del este. Los mongoles introdujeron en Europa el alforfn, denominado vulgarmente trigo negro o sarraceno. Las cruzadas ocasionaron la importacin a Europa de fru tas y verduras que se desconocan. En Italia se desarrollaron las pastas, introducidas, posiblemente, por Marco Polo como resultado de los viajes que hizo a China. Igualmente este viajero llev una receta de Pelan a Veneda 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. E l azcar de caa fue otro producto

que surgi en la ltima parte de la Edad M edia. en Egipto y en el Oriente Medio.

! sisjl? x v v p csttric rss , !* *!hombre europeo sufri un importante cambio con el descubrimiento de Amrica. En especial, el tomate, el maz y la patata vinieron a revolucionar el v-jo mundo, aunque realmente la patata, probablemente originaria de Per o Solivia, no se acept masivamente como alimento hasta el siglo x vu i. Igualmente, los viajes a la India, cada vez ms frecuentes, supusieron un aum ento en el comercio y, en consecuencia, el uso masivo de las especias que de allf procedan.

En el plano tecnolgico, el impacto mayor se produjo en 179S cuando el fabricante de cerveza y luego pastelero francs Nicols Appert consigui conservar diversos alimentos al envasarlos en recipientes sellados y calentarlos despus en agua hirviendo. Con ello, en 1810, gan un prem io establecido por Napolen para quien fuera capaz de inventar un procedimiento de conservar los alimentos que permitiera abastecer a sus tropas, localizadas a grandes distancia de sus bases de aprovisionamiento. Se habla inventado uno de los procedimientos ms eficaces para destruir los microorganismos de los alimentos. El sistema diseado por A ppert fue uno de los avances cientficos ms importantes de la Industria Alimentaria que ms tarde darla lugar a la industria del enlatado. El primitivo procedimiento de fabricar latas de D urand proporcionaba un rendimiento de unos 10 recipientes diaos, los actuales pueden producir ms de 1.000 por minuto. Al principio, en 1860, la esterilizacin de las latas se efectuaba durante 5 o 6 horas a 100 *C, en agua hirviendo. Ms tarde, se logr aum entar la tem peratura a 115,5 *C efectuando 1 calentamiento en agua adicionada de cloruro clcico, con lo que se logr reducir el tiempo de esterilizacin, y en 1874 se introdujo el autoclave, que es el procedimiento utilizado actualmente aunque, por supuesto, ms automatizado. Hoy d&, con el desarrollo de las tcnicas de envasado asptico, es posible esterilizar los alimentos

lquidos a tem peraturas muy elevadas, con lo que se ha conseguido aumentar el poder espo- rz id z y disminuir les efectos perjudiciales del calentamiento en las propiedades sensoriales y nutritivas de los alimentos.

La utilizacin de fro industrial es otro de los avances ms espectaculares. El uso de hielo para transportar pescado fresca era habitual en Gran Bretaa a partir de 1786, pero fue en 1838 cuando comenz la utilizacin industrial de filo para |.t conservacin de pescado en los barcos, lo que permiti efectuar las capturas en aguas ms distantes. En 1867, Reece invent la primera unidad de enfriamiento, basada en el ciclo comptesin/expansin de amoniaco, que fue perfeccionada entre los aos 1874 y 1876 por Von L'nde, Boyle y Pictet. En 1877, el barco Fri- gorifique transport con xito carne fresca congelada desde Buenos Aires a Rouen en 110 das, y duraste 1886,30.000canales de corderos llegaron a Londres procedentes de las Islas Malvinas. No cabe duda que la aplicacin de temperaturas de congelacin supuso un avance adicional. Hoy da es un procedimiento habitual.

En el siglo XIX se desarrollaron otros procesos de inters. Cabe citar, por ejemplo, ei que dio lugar a la margarina. Napolen III ofreci un premio a quien encontrara uu sustituto de la mantequilla; lo gan Mege-Mouries, quien patent su procedimiento en 1869. Los cultivos puros para la fabricacin de cerveza se introdujeron en los ltimos aos del siglo XIX, lo que condujo a mejorar la calidad y a la obtencin de cervezas normalizadas. La centrfuga de La- val para la separacin de la nata de la leche se introdujo en 1877, con lo que se ahorr espacio y mano de obra y se increment la eficacia de la separacin. E n 183S se patent on aparato paca la evaporacin de leche y en 1860 se desarroll !a leche condeosada, que muy pronto se acept como un alimeato de excelente calidad microbioigica. Un procedimiento de desbidra- taddn de leche se patent en G ran Bretaa en 18S5, aunque este producto con una gran calidad no pudo obtenerse hasu casi un siglo despus.

Puede decirse, pues, que todos os procedimientos de conservacin de alimentos se benefi- c a r n del desarrco de la ciencia a parur de la revolucin industrial. El progreso de los mtodos de conservacin continu durante el presente siglo, mejorndose enormemente las antiguas tcnicas (ahumado, deshidratacin, empleo del fro, tratamientos trmicos, uso de conservadores. envasado, transpone, etc.), crendose otras nuevas (radiaciones ionizantes, calentamiento dielctrico, concentracin por smosis inversa, ultrafiltracin, etc.) que han culminado con tecnologas recientes, de las cuales unas se han im puesto rpidam ente (atmsferas modificadas o extraccin de ciertas sustancias con Suidos supercrticos, como la cafena) y otras estn an en fase de experimentacin (altas presiones, calentamiento hm ko, pulsos elctricos o termomanosonicacin). Adems, se han dado gigantescos pasos en el conocimiento de la composicin qumica de los alimentos, en el es- tabledm iento de las necesidades nutritivas de! hombre, en el conocimiento y la forma de controlar ios agentes causantes de alteracin u n to biolgicos com o qumicos, en la comprensin de los principios fsicos que gobiernan los mtodos de conservacin, en el control de muchos y, en algunos casos, de todos los factores que participan en los procesos de fabricacin de los distintos alimentos. En fin, puede decirse que se ha pasado del empirismo al control cientfico, es decir, la conservacin y transformacin de los alimentos ha dejado de ser un arte para convertirse en una ciencia.

El nacim iento oficial como tal ciencia se considera que tuvo lugar simultneamente en Estados U nidos y G ran B reufia en 1931. En ese aAo, por una parte, la Universidad de Ore- gn acu el trmino de Tecnologa de los Alim entos con m otivo de la introduccin de un nuevo curso sobre este tema. Por otra parte, en el mismo ao MacLeHan propuso al consejo de la Society o f Chemical Industries (SCI) de Inglaterra, la creacin, bajo el nombre de Society o f the Food Industry, de un nuevo grupo al que se incorporaran los miembros de ts sociedad

originai interesados en el problem a de los alimentos; su propuesta fue aceptada y el 11 de diciembre de 1931 se constituy la nueva asociacin como una ram a de la SCI. La im portancia que adquirid la nueva sociedad fue tal que eo 1937 comenz a editar sus publicaciones en forma de proceedings aparte de las de la SCI y en el verano de 1948 se celebr en la Low Temperature Research Station (Cam bridge) el primer curso sobre Ciencia y Tecnologa de los Alimentos.

Esta iniciativa fue pronto imitada en otros pases. La seccin canadiense de la SCI cre en noviembre de 1937 una rama dedicada al estudio de ios alim entos que se denom in Food and Nutrition Group. M ovimientos similares surgieron en Estados Unidos, donde tambin en 1937 se celebr la prim era reunin sobre problemas de la conservacin de alimentos; en la segunda, que tuvo lugar en 1939 en el Mas- sachussets Institute of Technology, se fund el Institute of Food Technoiogists. Hace unas a n co dcadas, los cientficos britnicos comenzaron a utilizar el trm ino Food Science y en 1950, un comit designado entre profesores de la Universidad defini a la Ciencia de los Alimentos como la ciencia que se ocupa del conocimiento e las propiedades fsicas, qumicas y biolgicas de los alimentos y de los principios nutritivos y a la Tecnologa de los A lim entos como a explotacin industrial de dichos principios bsicos.

E n la actualidad, existen sociedades como tas antes mencionadas en muchos pases y

los producios de composicin compleja que en estado natura!, procesados o cocinados que son consumidos por el hombre para satisfacer sus necesidades nutritivas y complacer las sensoriales. Los nutrientes son ciertas sustancias contenidas en los alimentos que el organismo utiliza. transforma e incorpora a sus propios tejidos para cumplir tres nes bsicos: aportar la energa necesaria para que se mantenga la integridad y el perfecto funcionamiento de las estructuras corporales, proporcionar los materiales necesarios para la formacin de estas estructuras y, por ltimo, suministrar las sustancias necesarias para regular el metabolismo.

Eq los alimentos se encuentran los siguientes nutrientes:

a) Carbohidratos, cuya funcin principal es aportar energa al organismo y que pueden convertirse en grasa corporal.

b) Grasas, las cuales proporcionan un mayor aporte energtico que los carbohidratos y tam bin pueden formar grasa corporal.

c) Protenas, que estn compuestas por aminocidos que constituyen los materiales necesarios para el crecimiento y reparacin tisular. El organismo puede utilizarlas tambin como fuente energtica.

d) Minerales, que se utilizan para el crecimiento y reparacin tisular y participan en la regulacin de ciertos procesos biolgicos del organismo.

e) Vitaminas, que tambin intervienen en la regulacin de procesos biolgicos del organismo.

A unque el agua y el oxigeno del aire son esenciales para la vida, normalmente no se consideran como nutrientes.

Casi ningn aiimento est constituido por un solo nutriente. La mayora son mezclas complejas, compuestas mayoritariamente por carbohidratos, grasa y protenas. Las vitaminas y los minerales estn presentes en pequeas cantidades.

La definicin de alimento comprende, adems de! trm ino nutriente, otro tam bin de gran importancia: el sensorial. El valor sensorial de un alimento es ms difcil de concretar porque la definicin del mismo debe tener en cuenta todas as propiedades de los alimentos (atractivo visual, olor,, sabor y textura) que in- teraccionan con los sentidos, las cuales estn moduladas por un gran nmero de compuestos que, en parte, todava no se han identificado y dependen estrechamente de las peculiaridades fisicoqumicas y psquicas del organismo.

1.3. Concepto de Ciencia y Tecnologa de los Alimentos

Son muchas las definiciones que se han acuado sobre Ciencia y Tecnologa de los A limentos. Unas son muy simples como la ciencia que se ocupa del estudio de los alimentos, que aunque por s misma pueda delimitar ei objeto de esta ciencia, los alimentos, no proporciona un concepto claro de la riqueza de la misma, ni mucho menos es suficiente para poder com prender el sentido de esta disciplina o de las disciplinas que dentro de ella existen. O tras definiciones han tratado de recoger de forma am plia todas las actividades relacionadas con los alimentos e incluso se ha dicho (H aw thorn, 1983) que en su sentido ms genuino comienza en el campo y termina en la mesa del comedor" y que "los progresos tecnolgicos de los alimentos han penetrado en el cam po para ejercer su influencia sobre la propia agricultura, justificndose esta opinin ofreciendo un ejemplo acerca de cmo es necesario que para que los guisantes congelados presenten su frescor, color y textura escoger la variedad, p reparar las tierras para este fin y cosecharlos y transportarlos en condiciones ptimas. Finalmente, otras definiciones han sido ofrecidas por diversas instituciones dedicadas al estudio de los alimentos que se han ido modificando a medida que han ido progresando las investigaciones cientficas y tecnolgicas. Dentro de es

te grupo se ofrece la definicin ms mcderna, de 1992. que emergi del Institute o! Food Technologists de Estados Unidos, quizs la institucin de mayor prestigio internacional de las que se dedican al estudio y difusin de todas las actividades relacionadas con lo? alimentos. Dice asf: la Ciencia de los Alimentos es Ut disciplina que utiliza las ciencias biolgicas, fsicas, qumicas y la ingeniera para el estudio de la naturaleza de (os alimentos, las causas de su alteracin y los principios en que descansa el procesado de los alimentos, mientras que la Tecnologa de los Alimentos es (a aplicacin de la ciencia de los alimentos para la seleccin, conservacin, transformacin, envasado, di;:ribu- cin y uso de alimentos nutritivos y seguros.

1.4. Objetivos de la Tecnologa de los Alimentos

El prim er objetivo, que destaca sobre los dems, de la Tecnologa de los Alimentos es io- grar el abastecimiento de alimentos nutritivos y sanos al hom bre que, como animal hetertrofo que es, necesita cubrir sus necesidades energticas y plsticas mediante el consumo de diversos productos procedentes de los reinos animal, vegetal y minera!. La gran mayora de los productos procedentes de los dos primeros reinos son altamente perecederos, en especial los de origen animal, por lo que su vida til es extrem adam ente corta. Ahora bien, el hombre necesita alimentarse diariamente y un buen nmero de los alimentos que consume se producen estacionalmente y, con frecuencia, en puntos muy alejados de los lugares de consumo. El abastecim iento regular de los alimentos requiere, por lo tanto, el almacenamiento y transporte de los mismos, operaciones que precisan de un cierto tiem po durante el cual los alimentos se hallan expuestos a la accin deletrea de todo tipo de agentes alterantes. Es necesario evitar que acten dichos agentes. ste es el objetivo prim ordial de la Tecnologa de los Alimentos. controlar los agentes alterantes para lograr

un aumento suficiente de ia vida til de ios alimentos que perm ita su alm acenam iento y transpone a los lugares de consumo en un estado nutritivo y sano. La Tecnologa de ios Alimentos es pues, en primer lugar, una tecnologa de la conservacin de los alimentos.

A parte de este objetivo principal, existen otros no menos importantes. El hombre es un animal caprichoso en sus costumbres y. por lo tanto, tambin lo es en cuanto a w alim entacin. Para que acepte un alimento no slo es necesario que cubra sus necesidades sino es preciso tambin que le guste, que lo encuentre agradable y, por otra parte, el consumo continuado de un mismo alimento durante un tiempo largo le lleva pronto a rechazarlo por cansancio. Por lo tanto, no se conforma con consumir un nmero reducido de alimentos sino que quiere disponer de una gran variedad, dende pueda escoger. ste es otro de los objetivos de la Tecnologa de los Alimentos, la diversificacin de tos alimentos para satisfacer esa necesidad psicolgica que ha heredado, probablem ente, de la poca en que slo contaba con sus sentidos para distinguir entre los alimentos beneficiosos y los nocivos y procurarse una dieta completa a travs de una alimentacin variada. sta es una finalidad que tiene muy en cuenta la Industria Alimentaria moderna, de tal forma que algunos de los procesos aplicados a los alimentos estn slo diseados para conseguir este fin, como es el caso de la amplia variedad de leches fermentadas. en especial yogur, que se encuentran en el mercado (yogur de frutas, con edulcorantes, con aromatizantes, yogur liquido, etc.).

Un tercer objetivo de la Tecnologa de los A lim entos, que es posible llegue a adquirir gran importancia en el futuro dada la escasez cada vez mayor de alimentos que la humanidad est padeciendo, es el de procurar el mximo aprovechamiento de los recursos nutritivos existentes en la actualidad en la tierra y buscar otros nuevos a partir de fuentes hasta ahora no utilizadas. Cabe mencionar, por ejem plo, la produccin de alimentos a partir de especies marinas que en la actualidad estn infrautilizadas.

Finalmente, es asimismo funcin de la Tecnologa de los Alim entos la preparacin de productos para individuos con necesidades nutrid as especiales, como nios, ancianos, diabtico;, etc.

I.os diferentes procesos aplicados a los alimentos requieren un conocimiento profundo de la composicin qumica de los alimentos, as como de las propiedades fsicas, qumicas y funcionales de las sustancias que los componen. No se puede elaborar un nuevo producto sin saber (a respuesta de los componentes del mismo frente al proceso a que ha de ser sometido. no se puede aplicar un tratamiento sin conocer en qu cuanta va a disminuir la actividad de ciertos principios nutritivos; no se puede tratar un alimento sin conocer qu modificaciones sensoriales van a producirse. En fin, al control de todos estos fenmenos requiere un profundo conocimiento de los aspectos bsicos de los mismos. Estos conocimientos son previos a los procesos tecnolgicos. De estos aspectos se ocupa la Bioqumica (o Qumica) de los Alimentos, incluida dentro de la Ciencia de los Alimentos.

Iguales consideraciones podran hacerse acerca de la Microbiologa de los Alimentos. Esta disciplina constituye la otra base de la Tecnologa de los Alimentos; son los microorganismos los principales agentes de alteracin y es la destruccin o inactivacin de los mismos la meta que pretenden alcanzar muchos de los procesos que se aplican a los alimentos para aum entar su vida til. Pero no todas las acciones de los microorganismos son deletreas, el hombre aprovecha las actividades de al

gunos para elaborar ciertos productos que, a veces, son muy diferentes de la materia prima de que se parti, tales son el pan, el vino, la cerveza, diversos productos lcteos y embutidos madurados.

Se estima que en los pases desarrollados ms de la mitad de los alimentos que el hombre consume son procesados de una u otra forma. Una industria de tal naturaleza no se ru e de basar en m todos inspirados en el atte y empirismo, sino que requiere de mtodos seguros que proporcionen alimentos estables, agradables y de calidad uniforme. De estos mtodos se ocupa la Ingeniera de los Alimentos, que no es ms que el estudio de los principios 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 ltimo, una de las misiones de la Teleologa de los Alimentos es hacer llegar al co.isu- midor alimentos seguros, exentos de agentes nocivos tanto biticos como abiticos y con una composicin y un valor nutritivo determinado. Para lograr esta meta es necesario que los alimentos se produzcan con la mxima higiene y limpieza, que se utilicen unas buenas prcticas de fabricacin y que se ajusten a unas normas. De todas estas cuestiones, su inspeccin y cuanta legislacin hace refereacia a las mismas se ocupa la Higiene e Inspeccin de los Alimentos.

Bibliografa

HAWTHORN, J. (1983): Fundamentos de la Ciencia de los Alimentos. Acribia. Zaragoza.

RESUMEN

1. Los registros arqueolgicos muestran que el hombre prehistrico (Mesoftco/NeortieoJ practicaba ya el ahumado (con el control del fuego], las fermentaciones (elaboraba pan, cerveza, vino, queso, leches fermentadas, etc.), el salozonodo y la desecacin. Ms larde, se introdujo el prenso- do (por ejemplo, se fabricaba aceite de oliva) y ya en ios pocas griega y romana existan verdaderos tratadas de fabricacin de algunas alimentos, como la del queso, descrita en De Re Rustica (Coiumela). Desde el comienzo de b humanidad, pues, se fueron aplicando de forma emprica numerosos mtodos de conservacin de alimentas hasta el presente siglo, en que el empirismo se transform en ciencia y tecnologa.

2. Los alimentos son productos de composicin compleja que, en..estado natural, procesados o cocinados son consumidos por el hombre como fuente de nutrientes, asi como paro su satisfaccin sensorial.

3. los nutrientes son ciertos sustancias contenidas en los alimentos que el organismo utiliza, transforma e incorpora a sus propios tejidos pero cumplir tres Unes bsicos: el aporte de b energa necesario para que se mantenga lo integri

dad y el perfecto funcionamiento de bs estructuras corporales, b provisin de bs materiales necesarios paro la formacin de estes estructures y, par ltimo, el suministro de bs sustancias necesarias para rogubr el metabolismo.

4, La Ciencia d las Alimentas es, de acuerdo con el Institute of Food Technofogists la disciplina que utiliza tai ciencias biolgicas, fsicos, qumicas y la ingeniera para el estudio de la naturaleza de los alimentos, las causas de su O Iteracin y hs principios en que descansa el procesado de los alimentos y lo Tecnologa de los Alimentas es b aplicacin de la cienta de los alimentos pora la seleccin, conservacin, transformacin, envasado, distribucin y uso de alimentos nutritivos y seguros.

5. Los objetivos de b Tecnologa de los Alimentos son: aj lograr el abastecimiento de alimentos nutritivos y sanos al hombre, b} diversificar los alimentos pora que el consumidor pueda elegir entre uno omplio variedad, cj procurar el mximo aprovechamiento de los recursos nutritivos del planeta y buscar nuevos fuentes de alimentos y d) preparacin de alimentos para individuos con necesidades nutritivas especiales.

AGUA

En este capitulo se estudian las constantes fsicas, la estructura del agua y del hielo y las propiedades disolventes del agua, con el fin de comprender las fundones que desempean en los alimentos. Por otra parte, se define el concepto de actividad de agua y se analizan las isotermas de sorcin de agua y su importancia en Tecnologa de los Alimentos.

2.1, Introduccin

En este planeta, el agua es la nica sustancia que existe abundantemente en los tres estados fsicos. Adems, es el componente mayori- tario de los seres vivos y. por lo tanto, de los alimentos, variando su contenido desde un 60- 70% en la carne hasta un 90-95% en las verduras. El agua es esencial para la vida por ser:

Portadora de sustancias nutritivas y de productos de desecho.

Altamente reactivq al tiarpgp, un me: dio donde se realizan las reacciones.

Un estabilizador de las configuraciones biopoltmeras.

Un determinante de las reacciones con otras molculas.

La presencia de agua en cantidades adecuadas y con una localizacin definida es imprescindible en los alimentos para que tengan una calidad aceptable para el consumidor. Sin embargo, el coatenido en agya de los alimentos hace que stos sean altamente perecederos, y por ello se requieren mtodos efectivos de conservacin si se pretende almacenar estos productos durante largos perodos. Es bien conocido que la extraccin del agua por deshidratacin o (a transformacin al estado slido (congelacin) de un alimento, son mtodos muy eficaces para la conservacin de los alimentos, aunque altera sus propiedades.

Si se pretende conocer el papel que juega el agua en tos alimentos, o en cualquier tipo de material biolgico, es necesario primero un estudio de la estructura y propiedades del agua y del hielo.

2.2. Constantes fiskas del agua y del hielo

Al com parar las propiedades fsicas del agua y del hielo con otras sustancias de masas moleculares similares (CH{, NH,, SH,, etc.) y

otros lquidos (mecano!, eianoi, acetona, etc.) se observa que el agua se comporta de una forma totalmente anormal, ya que posee unos valores muy altos, no habitale:. del punto de fusin (0 C a 101,3 kPa), del plinto de ebullicin (100 C a 101,3 kPa), de la tensin superficial (0,0756 N ra*1 a 0 C), de la capacidad cairffica (4,2177 kJ kg-' K*1 a 0 C) y calores de fusin (6,012 kJ mol*1), de vaporizacin (40,63 kJ cnol:) y sublimacin (50,91

tomo de oxgeno. Se forman as dos enlaces covalentes (2/3 de carcter covalente y 1/3 de carcter inico).

FIGURA 2.1. Modalo esquemtico d una molcula de agua.

Mediante anlisis espectroscpicos y de rayos X, se han determ inado con precisin los ngulos de valencia y las longitudes. El ngulo de valencia medio para el enlace H -O -H en el agua es de 104,5 que le proporciona una configuracin tetradrica casi perfecta (el ngulo del tetraedro es 109 28) de los cuatro orbitales sp3 posibles del tomo de oxigeno. La explicacin oe esta ligera oesviacin es que los electrones no com partidos del tomo de oxgeno tienden a repeler a los electrooes pareados. La distancia media entre H- es de 0,096 nm. Esta disposicin de los electrones en la molcula de agua le confiere asimetra elctrica. El tomo de oxigeno electronegativo tiende a atraer los electrones no compartidos del tomo de hidr

geno. c ! resultado es que cada uno de ios dos tom os de hidrgeno posee una carga local parcial positiva, e tom o de oxigeno, a su vez, posee una carga local parcial negativa. De esta forma, la molcula de agua es un dipoto elctrico. El grado de separacin de las cargas positivas y negativas en las molculas dipolares se expresa por el momento dipolar que constituye una medida de la tendencia de una molcula a orientarse en un campo elctrico.

La naturaleza dipolar de la molcula de agua aislada hace que se produzca una fuerte atraccin electrosttica entre la carga parcial negativa, situada sobre el tomo de oxigeno de una molcula de agua, y la carga parcial positiva situada sobre el tomo de hidrgeno de otra molcula de agua adyacente, dando lugar a enlaces de hidrgeno. A causa de la ordenacin aproximadamente tetradrica de los electrones en el tomo de oxgeno, cada molcula de agua tiende a establecer enlaces de hidrgeno con otras cuatro molculas de agua vecinas. Eo comparacin con los enlaces covalentes, con una energa de enlace (energa necesaria para disociar el enlace) de 335 kJ m o l'\ los enlaces de hidrgeno tienen una energa de enlace mucho ms dbil (2-40 kJ mol"')-

Como los enlaces covalentes de la molcula de agua estn localizados sobre dos de los ejes del tetraedro imaginario, estos dos ejes representan lineas positivas de fuerza (sitios dadores). Pero en el tom o de oxgeno permanecen otro par de orbitales sobre otros dos ejes del tetraedro y representan lneas negativas de fuerza (sitios receptores de enlaces de hidrgeno). En virtud de estas cuatro lneas de fuerza, cada molcula de agua puede establecer cuatro puentes de hidrgeno con otras cuatro molculas, obtenindose, como resultado, una estructura tambin tetradrica (figura 22).

Debido a que la molcula de agua tiene un nmero igual de sitios receptores que dadores de puentes de hidrgeoo que permiten una disposicin tridimensional, hace que existan unas fuerzas de atraccin muy grandes entre las molculas de agua, sobre todo si se compara con

FIGURA 2.2. Configuracin tetradrica de molculas de agua unidas por enlaces de hidrgeno.

O: Oxgeno; : hidrgeno.Fuente. Fennemo (1996|.

las fuerzas de atraccin de otras molculas pequeas con configuracin tetradrica, tal como el NH}, que tiene tres hidrgenos y slo un sitio receptor, o el FH con un hidrgeno y, por lo tanto, tres sitios receptores. Ambos no tienen igual nmero de receptores y dadores y. por ello, slo pueden formar enlaces de hidrgeno en sentido bidimensional y, en consecuencia, un menor nmero de enlaces de hidrgeno entre sus molculas que en el agua.

La disposicin tridimensional de las molculas del agua explica muchas de las propiedades anormales que posee; su gran capacidad calorfica, su alto punto de fusin y de ebullicin, su tensin superficial! los altos valores de los calores de fusin, vaporizacin y sublimacin; todos ellos relacionados con la gran cantidad de energa que se necesita para romper los enlaces de hidrgeno intermoieculares.

2.4. Estructura del hielo y del agua

El agua, con sus fuerzas dirigidas en las tres direcciones del espacio y en el sentido de los cuatro ejes de un tetraedro, cristaliza en una estructura abierta de baja densidad. La distancia entre los dos tomos de oxgeno ms cercanos es de 0.276 nm y el ngulo que forman tres tomos de oxgeno es ligeramente superior a 109 (muy prximo al ngulo del tetraedro perfecto, 109a 28). En el hielo, cada molcula de agua se halla unida por enlaces de hidrgeno a exactamente otras cuatro molculas de agua que se asocian d : tal forma que se obtiene una estructura hexagonal, que es la combinacin de dos planos paralelos muy cercanos con los tomos de oxgeno distribuidos de forma regular Esta disposicin constituye una estructura basal. Cuando varias estructuras bsales se unen se obtiene la estructura habitual del hielo.

El hielo puro no es un sistema esttico constituido slo por molculas de agua dispuestas en un orden preciso sino que es un sistema dinmico porque, al margen de contener en cantidades vestigiales ciertos istopos (deuterio, tritio, H, "O , O. etc.), que pueden ignorarse en la mayora de los casos, los cristales de hielo nunca son totalmente perfectos, existiendo defectos de tipo orientacional (causados por dislocacin de protones) o inico (formacin de HjO* y OH ) que explican la mayor movilidad de los protones en el hielo que en el agua; se cree que estn en vibracin continua que disminuye al hacerlo la tem peratura, siendo necesario alcanzar tem peraturas del orden de -183 C para fijar los tomos de hidrgeno y conseguir un sistema esttico. Este estado dinmico del hielo se ha relacionado con la actividad de ciertas reacciones que, aunque sea lentamente, siguen progresando en los alimentos bajo congelacin.

En el hielo cada molcula de agua est unida a otras cuatro molculas vecinas. En el agua lquida a 0 *C cada molcula de agua se halla unida, en cualquier momento, a otras 3-4 molculas; por otra parte, ix distancia entre dos tomos

d i exgese s superior a !a que se encuentra en el hielo: 0,29 nm a 15 C y 0305 om a 83 *C. A partir del calor de fusin del hielo se ha calculado que cuando ste se funde a 0 *C, slo se rompen un 15% de los enlaces de hidrgeno existentes en el hiele. El agua lquida puede considerarse, pues, como hielo quebrantado. Entre las molculas de agua a 100 *C existen todava fuertes atracciones, como parece indicar el elevado calor de vaporizacin. En realidad. los enlaces de hidrgeno no se disocian totalmente hasta que el vapor de agua se calienta por encima de los 600 C.

Entre el agua y el hielo existe, pues, una pequea diferencia en la cantidad de enlaces de hidrgeno establecidos, lo cual puede parecer sorprendente si se compara la rigidez del hielo con la fluidez del agua. La teora ms difundida para dar una explicacin aceptable reside en la velocidad con que se establecen y rompen los enlaces de hidrgeno. Aunque en un instante determinado la mayor parte de las molculas en ei agua lquida estn unidas por puentes de hidrgeno, la vida media de cada enlace de hidrgeno es slo de 10~10 a 10~** segundos. La estructura del agua es, por lo tanto, slo estadstica, ya que es el resultado de una media obtenida en el espacio y en el tiempo. Por consiguiente, es a la vez fluida y estable. Se ha empleado el trmino de agrupaciones fluctuantes para designar tos grupos de molculas de agua, de vida corta y estructura similar a la del hielo, existente en el agua lquida.

La velocidad con que se forman y escinden los enlaces de hidrgeno en sistemas acuosos supera, en mucho, a la velocidad de formacin y destruccin de la mayora de los enlaces covalentes. Esta caracterstica confiere a los enlaces de hidrgeno una gran ventaja biolgica en lo que se refiere a las reacciones biomoleculares.

2 .5 . P ro p ied ad es d iso lven tes del a g u a

El agua, por su naturaleza dipolar, disuelve o dispersa muchas sustancias; es un disolvente

mucho o e j : r que la mayo: parte de los lquidos corrientes. Muchas sales cristalizadas y otros compuestos inicos se disuelven con facilidad en el agua pero son casi insolubles en los lquidos apolares.. tales como el cloroformo o el benceno. Puesto que la red cristalina de las sales, por ejemplo el cloruro sdico, se mantiene unida mediante fuertes atracciones electrostticas entre iones positivos e iones negativos alternantes, se necesita de una energa considerable para separar a estos iones unos de otros. El agua disuelve, no obstante, al N aQ cristalizado gracias a las fuertes atraedo- nos electrostticas entre los dtpoios del agua y tos iones Na* y Q* que forman los iones hidratados correspondientes, muy estables, y superan con ello la tendencia de los iones Na* y Cl* a atraerse mutuamente.

La olvatacin inica se ve favorecida tambin por la tendencia del disolvente a oponerse a la atraccin electrosttica entre los iones positivos y negat:.s que viene expresada por la constante dielctrica D, definida por la frmula:

F * e^JD r1

donde:F = fuerza de atraccin entre dos iones de

carga opuesta.e, y j = las cargas de los iones.r = distancia entre los iones.

El agua posee una constante dielctrica muy elevada, comparada con la de disolventes orgnicos (agua 80; metano! 33; etanol 24; acetona 21,4; benceno 23 ; hexano 1.9). Las fuerzas de atraccin en el agua existentes entre los iones Na* y C t, por ejemplo a una determinada distancia, son slo un catorceavo de la que mostraran en el benceno; es un factor que favorece la hidratacin de los iones y la desorganizacin de la red cristalina.

Otro tipo de sustancias que se disuelven en el agua con facilidad son los compuestos no inicos pero de carcter polar, tales como ios azcares, alcoholes sencillos, aldehidos y ceto- as. Su solubilidad se debe a la tendencia de

FIGURA 2.3. Micelo de oleoto sdico.: grupos carboxilo. /w \: grupos apolares.

las molculas do agua a establecer salaces de hidrgeno con los azcares y alcoholes y el tomo de oxgeno del grupo carbn;'o de los aldehidos y las cetonas.

2.6. Interacciones dei agua con sustancias apolares

El agua tambin dispersa muchos compuestos que contienen grupos apolares o hidrfobos formando micelas, siempre que tales compuestos posean tambin grupos fuertem ente polares. Este tipo de interaccin resulta posible por el establecimiento de enlaces de hidrgeno que, en este caso, no se establecen entre las molculas del soluto y del disolvente, sino entre las molculas del disolvente. Los compuestos que contienen grupos muy nidrfobos y grupos fuertem ente polares simultneamente se denominan anfipdcos.

Las biomolculas antipticas ms corrientes que tienden a formar micelas son ridos grasos y lpidos polares. Tambin, en la mayor parte de las protenas alrededor del 40% del total de aminocidos tienen cadenas laterales no polares, tal como el grupo metilo de la alanina, el isopropilo de la valina, el tnercaptometilo de la cisterna, el metilo e isobutilo de las leucinas, etc.

Un ejemplo sencillo de interaccin hidrfoba es la sal sdica del cido oleico (figura 2.3).

El oleato sdico tiene muy poca tendencia a disolverse en el agua en forma de una disolucin molecular verdadera ya que su larga cadena hidrocarbonada es intrnsecamente tnsolu- ble en el agua. Sin embargo, se dispersa en el agua con facilidad, formndose micelas en las que los grupos carboxilo negativamente cargados se hallan expuestos a la fase acuosa y los grupos apolares permanecen ocultos dentro de la estructura micelar. Tales micelas poseen una carga negativa neta y permanecen en suspensin debido a su mutua repulsia.

Las micelas pueden contener centenares y an millares de molculas de la sustancia antiptica. La localizacin interna caracterstica de los

grupos apolares en las micelas es el resultado de la tendencia de las molculas de agua a adoptar el estado de mxima libertad (entropa). En dicho estado el agua posee una cohesin interna enorme a causa de los enlaces de hidrgeno. La insercin de una estructura no polar, como una cadena hidrocarbonada, en el agua necesita de energa puesto que las molculas de agua que la rodean se vern forzadas a adoptar una ordenacin ms regular, que posea menos entropa o libertad que el agua pura. Es decir, las micelas se forman porque el agua tiene ms afinidad por sus propias estructuras que por las no polares.

E n el interior de las micelas existen fuerzas de atraccin adicionales entre las estructuras hi- drocarbonadas adyacentes, manifestadas por las intenciones de Van der Waalls. Por no existir un enlace estequiomtrico verdadero entre los grupos no polares de una micela es ms apropiado em plear el trmino de interaccin hidrfoba que el de enlace hidrfobo para referirse a la asociacin de las porciones hidrfobas de las molculas antipticas. En comparacin con los enlaces de hidrgeno, las interacciones hidrfobas poseen poco carcter direcdonal pero tienden a producir sistemas de elevada estabilidad.

2.7. Efecto de los solutos en te estructura del agua

La presencia de un soluto inico, como el NaCI, origina un cambio en el agua lquida, ya que cada uno de los iones Na* y Q* se halla rodeado de una capa de dipolos de agua. Estos iones hidratados poseen una geometra algo diferente a la de las agrupaciones de molculas de agua pura unidas por enlaces de hidrgeno. Las distancias internicas medias en disoluciones acuosas de un soluto disminuyen a medida que aum enta la concentracin del soluto. En el N aC , por ejemplo, cuando su concentracin es de 0.15 M (concentracin aproximada en el plasma sanguneo), los iones Na* y Cl~ se hallan separados 1,9 nm. Puesto que cada in Na* y Cl* hidratado posee un dimetro de 0 3 a 0,7 nm, y un agrupamiento tetradrco de cinco molculas de agua que tiene un dimetro de aproximadamente 0,5 nm, est claro que debe haber un cambio considerable en la estructura tridimensional y en las propiedades del agua lquida cuando se disuelve N aQ en ella. Las sales rompen la estructura del agua.

El efecto de un soluto en el disolvente se manifiesta tambin en las propiedades coligad- vas (presin osmtica, punto de ebullicin, punto de congelacin, presin de vapor, etc.) de las disoluciones, las cuales dependen del nmero de partculas del soluto por unidad de volumen del disolvente. Los solutos producen efectos caractersticos en el disolvente tales como el descenso del punto de congelacin, la elevacin del punto de ebullicin y la disminucin de la presin de vapor. Confieren tambin a la disolucin la propiedad de la presin osmtica.

2.8. Efecto de los solutos en la estructura del hielo

La cantidad y la clase de soluto influye en el tam ao, estructura, localizacin y orientacin de los cristales del hielo. Se han realizado

varios estudios sobre ! sa tu ra le a de los cristales de hielo en presencia de distintos solutos (hcerol, geiatm a, albmina, ciicsm a, etc.). Con estos solutos se forman cuatro tipos de estructura principalmente: formas hexagonales, dendritas irregulares, esfrulas toscas y esfrulas evanescentes. No obstante, tambin pueden formarse una gran variedad de tipos intermedios.

La forma hexagonal es la nonral, con una ordenacin ms perfecta; parece ser que se da en las muestras que se congelan a una temperatura m oderadam ente baja (no en la congelacin rpida). La forma hexagonal ea reproduci- ble con todos los solutos anteriormente citados excepto con la gelatina. Con este soluto la estructura del hielo posee un desorden mayor que en la forma hexagonal. Las diseluciones de gelatina forman cristales de hielo cbicos o vitreos que llegan a ser ms abundantes a medida que se incrementa la velocidad de congelacin o la concentracin de gelatina. Aparentemente la gelatina, que es una molcula de gran tamao, compleja e hidrfita, puede restringir el movimiento de las molculas de agua y la facultad que tienen para formar estructuras hexagonales.

En general, puede decirse que aunque se pueden formar estructuras diferentes a la hexagonal en los alimentos y material biolgico, no son habituales.

2.9. Actividad da agua

El agua es, probablemente, el factor individual que ms influye en la alterabilidad de los alimentos. Por o tra parte, est perfectamente demostrado que alimentos cor. el miimo contenido en agua se alteran de forma distinta, de lo que se deduce claramente que la cantidad de agua por s sola no es un fiel indicativo de deterioro de los alimentos. Corno consecuencia de este hecho, surgi el concepto de actividad de agua ( a j , que ha sido muy valorad!} en estudios sobre alteraciones de alimentos por estar

directamente relacionado con el crecimiento y actividad metabiica de los microorganismos y con las reacciones hidrolticas.

La utilidad de la aw ha sido, a veces, devaluada debido a que no siempre se puede predecir totalm ente el crecimiento microbiano, ya que la respuesta de los microorganismos es diferente dependiendo del soluto que sea responsable del valor de am. Sin embargo, en trminos generales puede decirse que gracias a este concepto se puede calcular la estabilidad de muchos alimentos, m ejorar procesos de concentracin y deshidratacin de alimentos e, incluso, disear nuevos productos ms estables.

El trmino de aw indica la intensidad de las fuerzas que unen el agua con ovos componentes no acuosos y, en consecuencia, el agua disponible para el crecimiento de microorganismos y para que se puedan llevar a cabo diferentes reacciones qumicas y bioqumicas.

Cuando se aade un soluto al agua pura, las molculas de agua se orientan en la superficie del soluto y se nterrelacionan con l. Como consecuencia, disminuye e! punto de congelacin, aumenta el punto de ebullicin y disminuye la presin de vapor segn la ley de Raoult que dice: la disminucin relativa de la presin de vapor de un lquido al disolverse en l un soluto es igual a la fraccin molar del solvente.

La expresin matemtica de la ley de Raoultes:

PIPo - nj/n, +

donde:P * presin de vapor de la solucin.Po = presin de vapor del agua pura.n, = motes de soluto.fij a moles de solvente.

La actividad de agua se define como la relacin existente entre la presin de vapor de una solucin o de un alimento (/*) con respecto a la presin de vapor del agua pura (Po), a la misma temperatura.

o ~ PIPo

El agua presente en los alimentos ejerce, por lo tanto, una presin de vapor que depende de la cantidad de agua, de la concentracin de solutos en el agua y de la temperatura.

Evidentemente, si no hay solutos, como es el caso del agua pura, la relacin enve las presiones es la unidad; en consecuencia, la aw de todos los alimentos es siempre inferior a uno. Este descenso se explica porque los constituyentes qumicos que estn presentes inmovilizan parcialmente el agua, con lo que disminuye su capacidad de vaporizacin y su reactividad qumica.

En realidad, la es la relacin entre la fugacidad del disolvente en la disolucin (f) respecto a la fugacidad del disolvente puro (/j), entendiendo por fugacidad la tendencia que presenta un disolvente a escapar de una solucin. Sin embargo, a bajas presiones, como es la presin ambiental, la diferencia entre la fugacidad y la presin de vapor es tan pequea (inferior a 1%) que normalmente se habla de presiones. Sera, por lo tanto, ms correcto expresarlo como:

-P fo - PIPo

Dado que lo que se mide realmente son las presiones y a veces no coincide totalmente con la a, algunos autores han indicado que sera ms razonable utilizar el trmino presin de vapor relativa (PIPo). Sin embargo, dado lo extendido que est el trmino de aw en la comunidad cientfica y la poca diferencia que representa, en este iibro se ha preferido utilizar dicho trmino.

La aw de un alimento y la humedad relativa del ambiente en el que se encuentra tienden siempre a equilibrarse, por lo que a menudo, se expresa como humedad relativa de equilibrio (% )(H RE):

aw = HREA 00

La relacin entre aw y el contenido en humedad de un alimento viene determinado porla ecuacin BET (Brimausr, Err.mett, Teller):

aJM (1 e ( C - sy j jC

donde:M * humedad del producto (g/100 g de mi*

tena s e a ) .Mj * contenido en agua correspondiente a

la a p a monomolectilar (g/lQO g de materia se*a ) .

C * constante relacionada con el calor de adsorcin del agua retenida.

El valor de la capa monomolecular, denominada monocapa BET, representa el contenido de humedad al cual el alimeoto es ms estable. A contenidos ms bajos, puede haber oxida* eidn lipidio, mientras que a contenidos mayo* res pueden existir actividades enzim tias, no enzimticas y microbianas.

Realm ente, la ecuacin B ET no permite ofrecer resultados precisos en todo el intervalo de actividad de agua de uo alimento, debido fundamentalmente a que los tratamientos aplicados los alimentos durante su elaboracin pueden alterar las propiedades de sordn de agua de sus constituyentes. Adems, durante la adsorcin de agua, los componentes de los alimentos pueden experimentar cambios en su estructura, constitucin, etc. La ecuacin BET slo se confirma experimentalmente a valores de am comprendidos entre 0,05 y 0,40.

Existen otras ecuaciones que tambin rela- donan estos dos parmetros; todas ellas pueden reproducir con cierto xito los datos de humedad en equilibrio pero ninguna propordona resultados para un alimento en todo el intervalo de am.

Como se ha ind iado , cuando se define la actividad de agua es necesario especificar la temperatura ya que estos valores son temperatura dependientes. A medida que sta aumenta, lo h ice la aw porque aumenta la presin de vapor. Si se representa la aw de un alimento con un contenido de agua constante, respecto a ta tem peratura se obtiene una lnea recta, (figura 2.4) pero slo en un intervalo de temperatura.

1.00

0.95 / Punto

** /0,90

W"*-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20Tamparatum fC)

GUKA 2.4. ftapraMffloein asquamteo de la relacin entre actividad de aguo y temperatura de una

muestra determinada.

Cuando el alimento se aproxima al punto de congelacin aumenta la pendiente de la recta, lo que indica claramente que la influencia de la temperatura en la am es mucho mayor a temperaturas de congelacin e inferiores. Cuando un alimento se congela se van formando cristales de hielo prctiam ente puro, mientras que los solutos migran a la fase lquida donde se concentran cada vez ms. Por lo tanto, la am de los alimentos congelados, es decir, en presencia de hielo, depende fundam entalmente de la temperatura y no influye el tipo de solutos que se encuentran presentes. Por el contrario, en los alimentos no congelados depende sobre todo de la composicin y, en menor medida, de la temperatura. E n consecuencia, la informacin que aporta este valor en los alimentos a temperaturas subcrioscpicas es mucho menor puesto que no est relacionada con la presencia de solutos. Adems, hay que aadir que el valor de ta aw de los alimentos congelados es menos indicativo de alterabilidad, ya que las temperaturas de congelacin influyen por s solas en la viabilidad de los microorganismos y en las reacciones qumicas y bioqumicas.

2 .1 0 . Iso te rm as de sorein d e a g u a

Las isotermas de sorridn de agua son grficas que relacionan el contenido en agua de un alimento con su actividad de agua, o lo que es lo mismo, en funcin de la humedad relativa de la atmsfera que rodea al alimento, una vez alcanzado el equilibrio y a una tem peratura constante (figura 2.3).

La grfica predice claramente que ligeras variaciones en la humedad de un alimento con un alto contenido en agua influye muy poco en su aw. Sin embargo, a contenidos de agua ms bajos, lo hace de una forma significativa. Aumentando la escala (figura 2.6) se puede ver lo que ocurre en alimentos muy secos: pequeas variaciones en la humedad provocan grandes cambios en la aw.

La mayora de las isotermas de sorein de agua de los alimentos presentan una forma sigmoidea con pequeas variaciones segn la estructura fsica, composicin qumica, tem peratura y capacidad de retencin de agua del alimento. Sin embargo, hay alimentos que presentan en la primera parte de la curva una zona ' ms plana estas curvas, en forma de J, son tpicas de alimentos con un gran contenido en azcar y solutos, que presentan poca adsorcin por capilaridad, como las frutas y confituras.

E n las isotermas de scrcin de agua se pueden distinguir tres zonas poco delimitadas que indican la forma en que el agua se encuentra ligada a los alimentos (figura 2.6):

Zona a). Es el agua ms fuertemente ligada y menos mvil. Se corresponde con el agua de la capa monomolecular fija a los grupos polares de ciertos com puestos, especialmente a N'H3* y COO* de las protenas y a los grupos OH - de los almidones, as como a l agua de cristalizacin de azcares y sales. Es muy difcil extraer, no es congelable y no se encuentra disponible para actuar como disolvente o reactivo. Constituye una cantidad muy pequea del agua total de un alimento y corresponde a una a , inferior a 0,2-0,3. El lmite entre las zonas A y B es la denominada monocapa BET.

Zona bf. Comprende el agua correspondiente a las capas de hidratacin de los constituyentes solubles, es decir, protenas, sales, azcares, etc. Est ligada por puentes de hidrgeno e interacciones dipolo-dipolo o retenida fsicamente en mi- crocapilares de dimetro inferior a 1 pm. El punto de congelacin y la capacidad solvente se encuentran muy

Engineering

Tecnologia de los Alimentos Vol. 1 - Componentes de los Alimentos y Procesos