Unidad 2. El agua en los alimentos

Composición Estructural de los Alimentos

Alimento

Humedad Materia seca

Cenizas (materia Inorgánica)

Materia orgánica

Proteína bruta

Grasa bruta Fibra bruta

Extracto libre de

nitrógeno

El agua es uno de los macrocomponentes de los alimentos. De la parte comestible: • En algunos casos representa más del 95% de los alimentos (p.ej., el pepino) • En otros representa un bajo porcentaje, menos del 1% (p.ej. el azúcar o la sal).

El agua es fundamental para las propiedades de los alimentos, así como para su estabilidad.

El agua es fundamental para cualquier forma de vida biológicamente activa. Desde un moho hasta una ballena.

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(g agua/100 g parte comestible del alimento)

El contenido de agua de los alimentos es muy variable

La importancia del agua es tal, que la vida como la conocemos sería imposible sin ella. Sin embargo normalmente no se considera un nutriente (como sí ocurre con carbohidratos, lípidos, proteínas) Esto se debe a que el agua prácticamente no sufre cambios químicos durante su aprovechamiento en el organismo humano.

¿Es el agua un nutriente?

Rol biológico del agua

El agua desempeña un gran número de funciones biológicas debido a que: • Tiene una gran capacidad de transportar sustancias • Disuelve una gran cantidad de compuestos • Mantiene otros (aquellos que no son solubles) en suspensión

coloidal • Interviene en un sinnúmero de reacciones enzimáticas, y sobre

todo en:

Rol biológico del agua

Muchas moléculas de interés biológico se vuelven activas solamente cuando adquieren sus estructuras terciaria y cuaternaria (por ejemplo las enzimas o los ácidos nucleicos), gracias a la interacción con el agua.

Esto significa que las células solamente se desarrollan si encuentran las condiciones

adecuadas en un medio en el que la actividad del agua es fundamental

Recordemos que el agua, además de ser un componente de los alimentos, cumple una serie importante de funciones en el funcionamiento orgánico de los seres humanos…

Entre el 60 y el 70% del cuerpo de un adulto es agua

Sirve de transporte en la

sangre y la linfa y ayuda a

transportar el oxígeno

Regula la temperatura

corporal

Regula la temperatura

corporal

Mantiene las mucosas

corporales

Se requiere para la

creación de células,

hormonas y

neurotransmisores

Permite la producción de

saliva y en general es esencial

en los procesos de digestión

El ser humano puede sobrevivir hasta un mes sin alimentos, pero no más de 7 días sin agua.

El organismo de un adulto requiere un mínimo aproximado de 2500 ml de agua/día

El agua se pierde constantemente (sudor, orina, espiración, heces). El balance hídrico entre lo que se pierde y se consume es esencial. Se recomienda ingerir 1 ml por cada Kcal.

Fuentes de agua

La fuente más importante de agua son las bebidas líquidas, pero también algunos alimentos como los vegetales que contienen más del 80% de agua, la leche, los huevos y el pan.

Otra fuente, de menor importancia, es el agua producida por procesos metabólicos como la oxidación.

BALANCE DE AGUA EN EL SER HUMANO

Molécula de agua Está constituida por dos átomos de hidrógeno unidos en forma covalente a uno de oxígeno. Es altamente polar. No es lineal. Crea estructuras tridimensionales debido a la hibridación de las órbitas moleculares s y p del oxígeno; las 1s del hidrógeno comparten dos electrones con las híbridas sp3 del oxígeno. A su vez, este elemento tiene un par de electrones libres considerados como dos fuerzas separadas, que junto con los dos enlaces covalentes, establece una molécula con una forma imaginaria de tetraedro

Puentes de hidrógeno El puente de hidrógeno no es un enlace químico propiamente, sino una atracción electrostática que se produce cuando dos átomos negativos de compuestos polares se unen mediante uno de hidró- geno. Esta atracción electrostática es muy débil comparada con el enlace covalente, sin embargo, como todas las moléculas de agua tienen la capacidad de establecerla en un determinado momento, en conjunto representan una gran fuerza.

Esto se refleja, por ejemplo, en la densidad del agua que se incrementa a medida que interaccionan más moléculas a una menor distancia, y alcanza un máximo a 3.98ºC. Debido a los PsH el agua es un fluido con punto de ebullición inusualmente alto y es tan buen solvente.

Puentes de hidrógeno

No se forman exclusivamente entre moléculas de agua. Gracias a los PsH las proteínas y otros polímeros pueden retener agua y a eso se debe que tengan propiedades reológicas tan particulares.

Propiedades fisicoquímicas

Debido a los puentes de hidrógeno, el agua tiene puntos de fusión y ebullición anómalamente altos:

Molécula Peso molecular (g/mol)

Temperatura de ebullición

H2Te 130 -2°C

H2Se 81 -42°C

H2S 34 -61°C

H2O 18 100°C….??

Si se quisiera una relación matemática de acuerdo a los pesos moleculares, el agua debería fundir a -150°C y ebullir a -80°C!! Sin embargo no es así, debido a una alta cohesión interna

Propiedades fisicoquímicas

DIAGRAMA DE FASES DEL AGUA

Tensión superficial

Las moléculas de agua que están en contacto con el aire se comportan de una manera muy distinta de las que no lo están, ya que actúan como una película elástica, dando origen a los fenómenos de tensión superficial.

Este comportamiento dificulta la humectación de polvos, ya que hay que vencer una alta tensión superficial de la interfase agua/aire. Para formar nuevas superficies de interacción agua-partícula sólida, como en la hidratación, se recurre a los agentes tensoactivos, como en el caso de los aderezos y de otras emulsiones, o al suministro de energía mecánica (agitación, homogeneización), para formar dispersiones coloidales estables.

Tensión superficial

Las moléculas de agua que están en contacto con el aire se comportan de una manera muy distinta de las que no lo están, ya que actúan como una película elástica, dando origen a los fenómenos de tensión superficial.

El agua como solvente

Como disolvente, el agua tiene una infinidad de aplicaciones en la naturaleza (existen disoluciones, como océanos, mares, lagos, ríos, etcétera), al igual que en los alimentos, en el plasma sanguíneo y en la orina, que desempeñan un papel vital para el cuerpo humano. Muchas sales y compuestos iónicos y no iónicos, sólo se solubilizan en agua y nunca en disolventes apolares (cloroformo, benceno, etcétera) o en grasas.

El agua como solvente

Disolución del cloruro de sodio en agua

H2O

NaCl Na+ + Cl-

¿Porqué ocurre esto?

El agua es un buen disolvente debido a su alta constante dieléctrica, “D”, que por definición es una medida de la tendencia del disolvente a oponerse a las fuerzas electrostáticas de atracción “F” entre iones con carga opuesta

El agua como solvente

El agua también disuelve sustancias no iónicas con carácter polar, como: • azúcares, • alcoholes, • aldehídos, • cetonas, • aminoácidos, etcétera, ….que contienen grupos carbonilo, amino, hidroxilo o carboxilo que fácilmente interaccionan con ella por medio de puentes de hidrógeno. Este mecanismo es el mismo que opera cuando se establecen dispersiones acuosas de polisacáridos, proteínas y otros polímeros, los cuales no producen soluciones verdaderas, sino suspensiones coloidales estabilizadas en el agua con dichas uniones

Efecto de los solutos en el agua

La presencia de los solutos iónicos, no iónico polar y apolar causa cambios importantes en la estructura del agua que se reflejan en sus propiedades coligativas, que incluye:

1) Disminución de temperatura de congelamiento.

2) Aumento de temperatura la de ebullición.

3) Reducción de la presión de vapor.

4) Aumento de la presión osmótica.

En los tejidos animal y vegetal, el agua no está uniformemente distribuida por muchas razones, por ejemplo, debido a los complejos hidratados que se producen con proteínas, a los hidratos de carbono y otros.

En los alimentos existen diferentes estados energéticos en los que se encuentra el agua; es decir, no toda el agua de un producto tiene las mismas propiedades fisicoquímicas.

Un alimento se congela a 20ºC, pero aun en estas condiciones una fracción del agua permanece líquida y requiere de temperaturas más bajas, por ejemplo 40ºC, para que solidifique completamente.

Se habla de agua “libre” y agua “ligada”.

Distribución del agua en los alimentos

Distribución del agua en los alimentos

Distribución del agua en los alimentos

Distribución del agua en los alimentos

Distribución del agua en los alimentos

Actividad acuosa

Para efectos de simplificación, el agua se dividió en “libre” y en “ligada”; la primera sería la única disponible para el crecimiento de los microorganismos y para intervenir en las otras transformaciones, ya que la segunda está unida a la superficie sólida y no actúa por estar “no disponible o inmóvil”.

Actividad acuosa

… Bajo este sencillo esquema, sólo una fracción

del agua, llamada actividad del agua, aw, es

capaz de propiciar estos cambios y es aquella que tiene movilidad o disponibilidad. Es con base en este valor empírico que se puede predecir la estabilidad y la vida útil de un producto, y no con su contenido de agua

Actividad acuosa

… Bajo este sencillo esquema, sólo una fracción

del agua, llamada actividad del agua, aw, es

capaz de propiciar estos cambios y es aquella que tiene movilidad o disponibilidad. Es con base en este valor empírico que se puede predecir la estabilidad y la vida útil de un producto, y no con su contenido de agua

Actividad acuosa

Sus valores varían desde 1.0 para el agua pura, hasta cero para un producto totalmente seco

es la presión de vapor de las moléculas de agua en el espacio de cabeza en un recipiente cerrado, comparada con la presión de vapor del agua pura a la misma temperatura, después de alcanzar el equilibrio.

Actividad acuosa vs. Humedad

Actividad acuosa ACTIVIDAD DE AGUA DE ALGUNOS ALIMENTOS

Tarea:

• ¿Cómo se determinan las isotermas de adsorción?

Actividad del agua y estabilidad de los alimentos

En los estudios de Análisis de Riesgos y Control de Puntos Críticos (HACCP, de las siglas en inglés Hazard Analysis and Critical Control Points), generalmente se le considera como un determinante de los puntos críticos, junto con el pH.

VALORES MÍNIMOS DE ACTIVIDAD DE AGUA PARA EL CRECIMIENTO

DE MICROORGANISMOS IMPORTANTES EN ALIMENTOS

Congelamiento de los alimentos

• La reducción de la temperatura inhibe las reacciones químicas y enzimáticas y el crecimiento microbiano.

• Sin embargo, aún en refrigeración (0-10°C) e incluso en congelamiento (menos de 0°C) en los alimentos pueden desarrollarse estas reacciones.

• Esto se debe a que, siendo los alimentos ricos en solutos, presentan zonas en las que la temperatura de congelación se abate considerablemente y no toda el agua se convierte en hielo, sino que quedan secciones líquidas ricas en soluto.

Agua no congelable y su contenido de sólidos