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Qumica y Bio qumica de lo s alimento s.

Entendemos por alimento a cualquier sustancia que sirve para que el organismo

vivo obtenga energa, calor y nueva materia. La ciencia de los alimentos tiene identidad

propia aunque bebe de reas ms amplias como laqumica, la biologa y la ingeniera,

sin olvidar la relacin de los alimentos con la salud.

Es difcil de diferenciar entre qumica y bioqumica, de ah el nombre de la asignatura,

debido a que los alimentos provienen de seres vivos pero en ellos se producen

reacciones de ndole qumica como por ejemplo en el pardeamiento de la fruta.

Desarrollo histrico:

Los primeros descubrimientos cientficos en los alimentos se deben a un farmacutico

sueco en 1780, Scheele, que fue capaz de aislar determinados compuestos como el cidolctico o el ctrico.

Lavoisier estudi la fermentacin y vio la formacin de etanol.

Ya en el siglo XIX, Gay-Lussac pudo estimar en pescados y vegetales algunos

elementos simples como C, H, y N. Ms tarde Davy descubri Na y K en los alimentos.

Tambin cabe mencionar al padre de la qumica moderna, Berzelius, que analiz la

composicin de numerosos productos.

En 1820, Chevreul estudi la grasa y comprendi que para formar jabones, la grasa

deba romperse en cidos grasos. Adems dio nombre y determin la composicin de

algunos cidos grasos.

Liebig, qumico alemn, estableci, aunque de forma no muy acertada, la primera

clasificacin de los alimentos, en Nitrogenados y no nitrogenados.

Hasta en 1920, la elaboracin de alimentos se produca de forma individual, por lo que

cada cual produca lo que consuma. Al irse industrializando el sector alimentario

comenz a aparecer el fraude y la adulteracin de los alimentos. El vino, azcar, leche ot fueron de los ms adulterados. Todo esto impuls el desarrollo de la qumica analtica

para controlar el fraude.

En 1950 comenzaron a utilizarse de forma legal los aditivos con el fin de mejorar el

procesado y la produccin de alimentos.

Tema 2.

El agu a.

1. Contenido en agua de los alimentos.

La importancia se debe a que interviene en determinados procesos como la congelacin

o deshidratacin debido a que el agua cambia de estado y va a intervenir en procesos detransferencia de energa. Otro aspecto muy importante es que interviene en la alteracin

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de los alimentos, que puede provenir de distintos origenes. Los microorganismos

pueden crecer en base a la presencia de agua. El agua tambin es necesaria como medio

para reacciones qumicas o de hidrlisis.

2. Estructura molecular y propiedades del agua.

El oxgeno tiene 6 electrones en la ltima capa y el hidrgeno un electrn.

Dos molculas de Hidrgeno forma enlaces covalentes con los dos orbitales del

oxgeno que solo tienen un electrn. La carga neta de los orbitales a los que se une elHidrgeno es positiva, mientras que la de los otros dos orbitales es negativa. El ngulo

que forman los dos enlaces covalentes es de 104.5 lo que da lugar a un tetraedro casi

perfecto.

Debido a la naturaleza bipolar de la molcula, la carga negativa atraern cargas

positivas formndose enlaces de hidrgeno surgiendo as una estructura tridimensional.

Al tener igual nmero de carga positiva que negativa, la fuerza de atraccin entreunas y otras es muy elevada. Estas caractersticas le dan al agua unas particularidades

fsico-qumicas muy particulares.

Una caracterstica tambin muy importante es que al pasar a hielo, la temperaturabaja con lo que el volumen sera menor y la densidad (m/v) debera ser mayor pero no

es as. Esto se debe a que el vol no disminuye con la temperatura sino que a partir de 0

aumenta. Este hecho es muy importante por ejemplo para que los mares no se congelen

completamente y si solo en la superficie.

Otra caracterstica importante es la elevada reactividad del agua. La vida de los

enlaces de hidrgeno, se forman y destruyen continuamente. Por ello el agua es muy

reactiva pudiendo movilizar sustratos.

Tambin hay que hablar del poder disolvente del agua. Puede disolver compuestos

inicos debido a que tiene una constante dielectrica muy elevada. Es capaz de disolver

sustancias con enlaces no inicos con carcter polar. Tambin puede interaccionar concompuestos apolares que tengan alguna parte polar como son los cidos grasos y

algunos aminocidos.

1. Alimentos congelados y formacin del hielo.

Influencia del hielo en los alimentos:Los alimentos no son ms que soluciones acuosas de grasas, protenas, sales etc

El punto de congelacin del agua pura es 0 pero cuanto ms concentrado sea el

alimento el punto de congelacin disminuye de manera proporcional a la concentracinde solutos. El propio proceso de congelacin provoca una aumento en la concentracin

de solutos, lo que repercute en el cambio de propiedades del alimento. Un efecto de la

congelacin es el aumento de volumen en un 9% lo que puede ser negativo al poder

romper las celulas y provocar la liberacin de enzimas.

Factores que afectan al proceso de congelacin:

La velocidad de congelacin que influir en el tamao de los cristales. Cuando es

lenta los cristales sern de gran tamao y pueden romper tejidos ms facilmente.Adems cuando se descongele liberar gran cantidad de lquido debido a las roturas

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celulares. Tambin influye en la localizacin de los cristales. En general el lquido

extracelular es menos concentrado (menos temperatura de congelacin) que el

intracelular y por ah comenzar la congelacin. Saldr agua de las celulas al exterior

para igualar concentraciones lo que provocar la deformacin del tejido.

En cambio en caso de una congelacin rpida en todos los sitios se formarn

cristales pequeos a la vez. Para ello podemos utilizar nitrgeno lquido.Otro factor que afecta al proceso de congelacin es el gradiente de temperatura.

Cuando se almacenan alimentos congelados en cmaras, al abrir entrar aire caliente

que tiene una mayor capacidad de incrementar su contenido en agua.

La quemadura del frio es por los efectos de la sublimacin del hielo, deshidratacin

del alimento congelado. Hay que evitar por tanto estos gradientes de temperatura. Este

gradiente tambin afectar a alimentos envasados provocando lo que llamamos bolsas

de hielos. Por el cambio de temperatura el hielo sublima y condensa en la bolsa.

Tema 3.

Act iv idad del agua.

Presencia del agua en los alimentos.

El valor de la cantidad de agua en un alimento no es suficiente para conocer laalterabilidad de ese alimento. Hay alimentos que con una gran cantidad de agua no se

alteran y otros que con menos s. Para intentar prever esto surge el concepto de laactividad de agua. (aw).

aw= presin de vapor del agua del alimento / presin de vapor del agua pura (=1).

Po

Paw

donde P ser 0 como mnimo (alimentos si agua) o 1 como mximo.

La actividad de agua se puede expresar en funcin de la fraccin molar:

21

1

nn

naw

donde n1 son los moles de solvente (agua) y n2 son los moles de

soluto.

La actividad de agua tambin se relaciona con la humedad relativa en el equilibrio

(HRE) que es la humedad de la atmsfera que rodea al agua. Si cerramos un alimento en

cmara hermtica, la atmosfera que lo rodea tendr tras un tiempo la misma humedad

que el alimento.

%100

HRE

aw

El valor nos indicar la cantidad de agua disponible en el alimentopara que se den las reacciones de dregadacin en el alimento.

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El valor de actividad de agua es dependiente de la temperatura. Siempre

supondremos como valor estandar un valor de 25C.

Por debajo de 0C la disminucin de la actividad de agua es mucho ms drstica.

Los alimentos que se someten a congelacin van a tener la misma actividad de agua

indiferentemente de la composicin del alimento. Hay algunos alimentos en los que laactividad de agua es tan baja que no varia al congelarlos porque no puede bajar ms.

Metodos para determinar la actividad de agua.

Manmetro en cmara cerrada. Se espera un tiempo de equilibrio y se mide la

presin con el manmetro.

Higrmetro. Mediante el mismo procedimiento enterior pero en lugar de medirla presin mediremos la HRE.

Mtodo gravimtrico. Se basa en la utilizacin de sales de referencia y mide la

humedad cuando se encuentrar encerrados en una cmara. Sabemos por ejemploque el MgCl2 en una cmara tiene una humedad relativa de 0.328, o el NaCl de

0.75. Pasamos el alimento que perder agua. Lo veremos en prcticas.

Isotermas de Sorcin

Las isotermas de sorcin expresan la cantidad de agua de un alimento en funcin dela humedad relativa de la atmsfera que lo rodea. Grfica 1.

Si sometemos a deshidratacin un alimento con un alto valor de actividad de agua,la curva tendr la misma forma sigmoidea, al principio es fcil deshidratar, luego difcil

para al final volver a ser fcil. Desorcin.

En caso contrario, al coger un alimento seco para hidratarlo metindolo en cmaras

sucesivamente con cada vez ms humedad relativa, pasara lo mismo de antes pero al

revs. Adsorcin.

En una isoterma de sorcin para un rango de baja humedad de un alimeto podemos

distinguir 3 zonas:

10

Contenido enagua del

alimento. Kgagua/Kg de mat

seca.

aw

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A:esta zona representa una cantidad de agua muy pequea en el alimento. Est muy

fuertemente unida a los solutos del alimento, a los grupos polares, aminos, cidos. Es

agua constitucional como si fuera integrante del alimento. Esta agua no puede interveniren reacciones como disolvente, tampoco se congela y es dificil de eliminar en

deshidratacin. Se denomina agua monocapa.

B:es el agua multicapa ya que forma capas de hidratacin. Esta agua est menosretenida que la anterior pero solo es una parte deshidratable y podria iniciar solo en

parte reacciones quimicas como solvente.

C:representa al agua libre porque no est unida fuertemente sino que se une por fuerzas

de capilaridad. Est disponible como solvente y para el desarrollo de microorganismoses la que se congela y la que se elimina al deshidratar.

Utilidades de las isotermas de sorcin.

Si vamos a deshidratar un alimento las necesitaremos para ello y para su posterior

almacenamiento

Si almacenamos a 0.5 de humedad relativa tendremos una cantidad de agua mucho

menor que si lo hacemos a 0.8 por ejemplo.

Factores que influyen en las isotermas.

Son dependientes de la temperatura. Sabremos el contenido en humedad delalimento en funcin de la humedad relativa y la temperatura a la que lo

almacenemos. A la misma humedad relativa cuanto mayor es la temperatura

menor ser el contenido en agua. Y con contenidos en agua iguales, a mayortemperatura, mayor actividad de agua.

10

Contenido en

agua delalimento. Kg

agua/Kg de mat

seca.

aw

0.25 0.8

A B C

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La composicin del alimentos tambin influye(grasa, salesetc) tambin la estructuradel alimento. La sal por ejemplo interacciona con el agua lo que modificara la actividad

de agua.

Fenmeno de Histresis.

Cuando se trazan las isotermas de adsorcin y desorcin y no hay superposicinhablamos de un fenmeno de histresis.se suele desplazar hacia la derecha la de

adsorcin. Es decir, para una misma humedad relativa el contenido de agua ser mayoren la desorcin. Cuesta mucha ms humedad el conseguir el mismo contenido en agua

en un alimento al volverlo a hidratar tras la deshidratacin. Esto ocurre debido a que los

puntos a donde se unia el agua se han roto al deshidratar con lo que al agua le cuesta

ms volver a entrar. El que ocurra o no este fenmeno depender de diversos factores.

Relacin entre actividad de agua y la estabilidad de los alimentos.

Los alimentos con actividad de agua alrededor de 0.5 son los ms estables.