1. Qumicade tos Alimentos s~icin Salvador Badui Dergal
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2. www.freelibros.org
3. Qumica de tos Alimentos www.freelibros.org
4. www.freelibros.org
5. Qumica de tos AlimentosQuinta edicin Salvador Badui Dergal
Director Tcnico Grupo Hrdez, S. A. de C. V. CAPITULO 3 Dra. Amanda
G1Uvez Marisca.! Ora. Idalia Flores Argello Dra. Amella Farrs
Gonzlez Saravia Departamento de Alimentosy Biotecnologa Facultad de
Quimica Universidad Nacional Autnama de Mxico CAPITULO 5 Dra.
Maricarmen Q.uirasco Baruch Departamento de Alimentosy Biotecnologa
Facultad de Qumica Univer.;idad Nacional Autnoma de Mxico Dr.Agustn
Lpez-Mungua Canales Instituto de Biotecnologa Universidad Nacional
Autnoma de Mxico CAPITULO 7 Dra. Isabel Guerrero Legarreta
Departamento de Biotecnologa Universidad Autnoma Metropo~tana
Unidad lztapalapa Ora. Elosa Lpez Hemndez Divisin Acadmica de
CienciasAgropecuarias UniversidadJw:rez Autnoma deTubasco Dr.
Roberto E. Armenta Lpez Q:ean Nutrition Canada lllrtmouth, Nueva
Escocia, Canad Dra. Raquel Garca Barrlentos Universidad Politcnica
deTlaxcala CAPITUL08 Dra. Edith Ponce Alqudra Dr. Hctor Bernardo
Escalona Buenda O?partamento de Biotecnologla Universidad Autnoma
Metropolitana Unidad lztapalapa CAPITULO 10 Dr. Jos Gerardo
Montejano Gaitn InstitutoTecnolgico yde EstudiosSuperiores de
Monterrey Campus Quertaro CAPITULO 11 Dr. Pedro ValleVega Facultad
de Qumica Universidad Nacional Autnama de Mxico CAPfTULo 14
Ora.Amanda Glvez Mariscal M. en C.Alejandra Barrios Prez Q.. A. Ana
Berenice de la Barrera Avils Cl!partamento de Alimentos y
Biotecnologa Facultad de Qumica Universidad Nacional Autnoma de
Mxico M. en C. Ma.ra del Roco Fernndez Surez Programa Universitario
de Alimentos Univmidad Nacional Autnoma de Mxico REVISIN'ICN!CA
Ruth Pedroza Islas Coordinacin de Ingeniera de Alimentos
Departamento de Ingeniera yCiencias Qumicas Universidad
Iberoamericana PEARSON www.freelibros.org
7. Contenido Introduccin Prlogo Captulo 1 Agua Introduccin
fuentes de agua para el ser humano Propiedades del agua Punt.. d
htdrgno Propiedades lislcoqulmicas Estados fsicos del agua Efecto
de los solutos en el agua Distribucin del agua en los alimentos
Actividad del agua Actividad del agua y establdad de los alimentos
Alimentos de humedad intermedia Congelamiento de los alimentos
Dureza del agua Agua potable Agua en la industria alimentaria
Referencias bibliogrficas xvii 1 3 3 5 6 7 8 11 14 16 17 21 23 24
25 26 26 28 V www.freelibros.org
8. vi Captulo 2. Hidratos de carbono Introduccin Monosacridos
MonosaeAri:los ms comunes Aminoaz:Ucares, desoxiaz.caresy po1ioles
Glucsidos Reacciones de oscurecimiento C&ramelizacin Reaccin d~
Mallard Oligosacridos Sacarosa Maltosa lactosa Rafinosa.
estaquiosay verbascosa Otros oligosacridos Tecnologa de los azcares
Conservacin Oistalizacln Hidratacin Poderedulcorante Polisacridos
Celulosa Hemicelulosa Almidn Pectinas Glucgeno Gomas Fructosanas
Otros polisacridos Hidratos de carbono y salud Fibra Referencias
bibliogrficas Captulo 3 Protenas Introduccin Aminocidos Oel gena la
protelna Estereoqutmicadelos a-aminocidos Clasificacinde los
aminocidos Reactlvidad qu(mica Propiedades cido-base Pptldos y
enlace peptldico Estabidad y formacin del enlace peptldlco Oulmica
de losalimentos 31 31 32 36 38 39 45 46 48 SS S6 S9 S9 60 61 61 62
62 62 63 64 65 67 68 78 81 81 88 88 88 89 91 95 95 96 99 102 103
103 104 107 109 www.freelibros.org
9. Organizac:in estructural Estabmdad de la e$tructura
protelnica Estructura primaria EstructurasecundaTia Estructura
terciaria Estructwacuaternaria Deteccin y cuantificacin de
aminocidos. pptldos y prote!nas Reacciones qufmicas de tos grupos
funclonalct:S de las protefnas y mtodos de tincin OJ.antWicacin de
protefnas caracterit..acin de protefnas Anlisis de los aminocidos
de las protelnas Determinacindeamino y carboxilo terminalesy
secuenciacin Desnaturalizacin Termodinmica de la desnaturali7.acin
Oesnatur81i.zacin por cambios de temperatura Desnaturalizacin
porcambios de pH Desnaturalizacin por urea y cloruro de glAnldlnio
Desnaturalizacincon detergentes Desnaturalizacinconsolventes
orgnicos Efecto de1a adicinde sales en la solubfdadde las protelnas
lnactivacin mecnica Protelisis Modficaciones qumicas Tratamientos
trmicos moderados l'(rUsis Racemzaciny ronnacin de aminoac.idos
modificados Entrecruzamientos Reacciones de &as proteiias
conagentes oxidantes Reacciones con nitritos fb!acclones con
sulfitos Rl!acciones carbonl amino Formacin de acrilamida en altas
temperaturas Prdkia de aminocidos por tracck>nacin Propiedades
funcionales de las proteinas Definicinde funcionalidad y
clasificacin PropledadH de hidratacin Propiedades interfaciales de
las protenas Unin de sabore$ Viscosidad Gelacin Propiedades
nutrimentales Evaluacinde lacalidadprote(nica en trminos
nutrimentates Protelnas de algunos alimentos Protenas delhuevo
Contenido 112 112 114 115 120 123 124 128 130 132 135 136 139 140
142 145 145 146 147 148 151 151 152 152 152 153 156 158 159 160 160
161 163 163 163 166 170 176 178 V9 181 182 184 185 vii
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10. viii Protefnas dela ca.me Gelatina Protelnas de p..cado:
suriml, hldroHzadosde pescado Protelnas lcteas Protelnasvegetales
Protelnas edulcorantes Pptidos de importancia en el campo de
alimentos Protefnas microbianas Referencias bibliogrficas Capitulo
4 Lipidos Introduccin Oasficacin cidosgrasos Acllgllcridos
Fosfoglicridos o fosfollpidos Ceras Esteroides Anlisis f!slcos y
qufmicos Manufactura de grasas y aceites O..gomado Neutralizacin
Decoloracin Desodorizacin Hibemactn Procesos de modificacinde
grasas y aceites Hidrogenacin lnterfOterifteaetn Fraccionamiento
Sistemas grasos en alimentos Margarina Mantecas vegetales Mant~ma
GrasM para alimentos infantiles Helados Mayonesa y adereios
SUsttutos de manteca de cacao Fredo Deterioro de los ltpidos
tiplisis o rancidtt hidrolftica Oxtdadn o randdttt oxidativa
Antioxidantes Outmica de losalimentos 188 191 192 193 196 205 206
208 210 223 223 224 225 231 236 237 238 239 242 243 244 244 245 245
245 246 250 253 253 253 255 255 255 256 256 257 257 259 259 260 264
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11. Determinacin de la oxidacin Evaluacin sensorial Indice de
perxido Mtodo del~cido tiobarbitrico Mtododel oxgeno activo Otros
mtodos Aspectos nutricionales Referencias bibliogrficas Captulo 5
Enzimas Introduccin Nomenclatura tas enzimas como catalizadores
Especificidad Sitio activo Factores que afectan lavelocidadde las
reacciones enzimticas Electo del pH Electo de la temperatura Efecto
dela eoncentracin de sustrato Efecto de la actMdad acuosa Electo de
otros agentes enlaactividad enzimtica Cintica de las reacciones
enzimticas OJantificaclnde la actividad enzimtica Uso industrial de
las enzimas Revisin de enzimasde importancia en alimentos
C.rboh.ldrasas Proteasas Upasas Oxidorreductasas Transferasas
lsomerasas Procesos de inters en alimentos con enzimas o clulas
inmovilizadas Anlisis qulmico con enzimas Tecnologa de ADN
recombinante aplicadaa la produccin y modificacin de enzimas de
inters en alimentos Referencias bibliogrficas Capitulo 6 Vitaminas
y nutrimentos inorgnicos Introduccin Contenido de vitaminas en los
alimentos Contenido 268 268 269 269 269 269 270 272 275 275 278 279
281 283 285 285 286 289 290 290 292 294 296 299 301 311 316 318 326
329 330 332 333 337 341 341 344 be www.freelibros.org
12. X Vitaminas liposolubles Vitamina A Vitamina O Vitamina E
Vitamina K Vitaminas hdrosolubles Tiamina(BJ Riboftavina (82)
Vitamina S. Vitamina e,. Biotina Folatos Niacina cido pantotn.ico
Vitamina e Compuestos asociados a las vitaminas Resumen de la
estabfiidad de las vitaminas Nutrimentos inorgnicos o minerales
C.lcio Fsforo Hierro Sodio Otros !IMnentos Referencias
bibliogrficas Captulo 7 Pigmentos Introduccin Pigmentos naturales y
sintticos Pigmentos naturales Pigmentos sint-ticos carotenoides
Estructura y caracteristicasquimicas Carotenoides en alimentos
Obtencin Estabidad Usos C&rotenoidM en la salud humana
Oorofilas Estructura Efecto delprocesamiento Pigmentos fenllcos
Ravonoides Antocianinas Taninos Oulmica de losalimentos 346 348 349
351 352 354 354 356 359 359 361 361 362 363 364 367 368 371 373 374
374 374 375 376 379 379 380 380 381 382 384 384 387 388 390 390 391
392 394 396 396 399 403 www.freelibros.org
13. Betalainas EslNCtUra Esllblldad Hemoplgmentos EstNcru..
Cotor en carne fresca. ~or de carne curada Otros pigmentos
naturales Olrcuma cidoc:aimlnlco OulnoMS Xantonas Color caramelo
Gluconato lwm>so Pigmentos de ongenmicrobiano Pigmentosde
Oc:esode maslicacin Oec10do macromolkulasenla pen:epaondel sabor
Microoncapsulacin y nanoemut.iones Materialesde empaque
Mecanismosde la generacin de olores y sabores llloslntesls
Ceneract6n de aromas por el efecto de tratamiento t'""leo
Precursores y desarrollo del aroma y el sabor en alimentos Come y
sus derivados leche y sus derivados Bebidasalcohlicas An41lsis de
compuestos de aroma y sabor Elctrcc:l6ndecompuestos delaroma y el
sabor ldent~ de compuestosdelaroma y el sabe< Aoferencias
bibliogr6flc& Contenido 405 406 406 407 408 409 411 411 411 412
414 414 415 415 415 416 418 429 429 430 432 436 437 438 439 440 440
442 444 444 446 448 450 450 452 469 482 482 483 483 488 489 493 501
xi www.freelibros.org
14. xii Captulo 9 Aditivos Introduccin Aspectos legales
Conservadores cidobenzoico y benzoatos kidosrblcoy sorbatos
kldoactico y acetatos Parabenos kido propinicoy propionatos
Sulfttos y dixido de azulTe Nitrlos y nitratos Antibiticos
Pirocarbonato de dietilo Ep6xidos Otros conservadores Emulsionantes
Polioles o potialcoholes Potenciadores del sabor Acidificantes.
alcatini:zantesy reguladores de pH Secuestradores o quelantes
Edulcorantes Gasificantes para panificacin Acondicionadoresde
panificacin Antiaglomerantes Antiespumantes Colorantes Oarificantes
Sustancias para masticar Humectantes Sustitutos de grasas
Sabori:zantes Otros aditivos Referencias bibliogrficas Captulo 10
Estado de dispersin Introduccin aasilicacin de los coloides
Estabilidad de tos coloides Soles Propiedadesreo!gicasde los soles
Geles Espumas Oulmica de losalimentos 511 511 513 517 517 518 519
519 519 520 521 522 523 523 524 525 527 529 530 533 534 537 539 540
540 541 544 544 545 545 546 547 548 551 551 553 556 557 558 560 561
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15. Emulsiones Nuevas tendencias para elaborar alimentos
emulsionados bajos en caloras Referencias bibliogrficas Captulo 11
Txicos presentes en los alimentos Introduccin Leguminosas
Glucsidoscianognicos Promotores de flatulencia lnhlbidorM de
proteasas como la tripsina Fitohemaglu~nnas Saponinas Favismo
Cereales Toxinas producidas porhongos (micotoxinas) cido fitlco
lnhibidoresde amilasas Bebidas estimulantes Pptidos. protefnas y
aminocidos txicos Amatoxina y fa1otoxina lslanditoxina Toxina
botulfnlca Toxinas de Stafi.tococcus sp. Selenoamino.cidos
canavanina Mimosin.a Gosipol capsaicina Solanina y chaconina
Sustancias promotoras de bocio Toxinas en mariscos y peces
Saxitonlna Tetradoxina Antivitaminas Txicos presentes enla miel de
abeja Compuestos txicosgenerados por proceso Compuestos
producidospor altas temperaruras Racemizacin de aminocidosy
formacin de isopptidos Formacin de aminas bigenas Fumigantes y
disolventes Comentarlos finales Referencias bibliogrficas Contenido
563 567 569 571 571 572 572 574 575 576 576 576 577 577 582 583 583
584 584 585 586 586 586 587 587 588 588 589 590 591 591 592 593 593
595 595 601 602 602 603 606 xiii www.freelibros.org
16. lCiv Captulo 12 Leche Introduccin Composicin de la leche
Upldos lactosa Protelnas Erulmos Vitaminas Sales y nutrimentos
inorgnicos Algunas propiedades fsicas y quimicas de la leche Estado
de dispersin de la leche Fase micelar Fase lipldica Productos
lcteos leche pasteurizada. ultrapasteurizada y esterilizada Quesos
Yogur Otros productos lcteos Referencias bibliogrficas Captulo 13
Soya Introduccin Protenas de la soya Formas comerciales de la soya
Harinas Concentrados Aislados Propiedades funcionales
Modificaciones de las proteinas Factores antifisiolgicos Soya y
nutricin Mejora genticade la soya Referencias bibliogrficas Captulo
14 Alimentos transgnicos Introduccin lngenieria gentica y OGMs
e.Cmo seobtiene una plantatransgnica?Una visingeneral El vector de
transformacin y sus elementos Principales mtodos parala
transferenciade genes Oulmica de losalimentos 611 611 612 613 615
617 623 624 625 625 626 626 628 628 629 633 636 636 638 641 641 643
646 646 648 649 651 653 653 654 656 657 661 661 662 662 663 665
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17. Los OGMscomerciales para la alimentacin RaV!Savr. el
primeralimentoCM Cultivos CM n el come'l"Cio inte-maciona.1 OCMs en
Mxico MicroorganismosGM para produccindeenzimas auxiiares deproceso
PecesCM destinadosa laalimentacin OGMs en desarrollo CG.Msde
segunda generacin MicroorganismosGM para mejorar ta
composicinnutrimental de los alimentos y/o SU$cualidades
organolpticas CGMsde tercera generacin Animales domsticosCM Anlisis
de riesgos y marco regulatorio Anlisis de riesgos aplicadosa OGMs
EvaJuacin de la inocuidad delos atirnentos transgnicos Marco
reguhnorto enmateria de bioseguridad. El caso de Mxico Mtodos de
deteccin de OCMs en alimentos El enfoquedelas proteinas El
enfoquedel ADN Conclusiones Referencias bibliogrficas Capitulo 15
Nutracuticos, fitoqumicos y alimentos funcionales Introduccin
Oxidacin celular Nutracutlcos Fitoquimicos Carotenoides
l'olifenoles OevadosazuITados Fltoesteroles Otros nutracutcos
Ptobl6ticos y prebl6tteos Arninoddos y prote1nas Hidratos de
carbono Upidos Vitaminas y minerales Resumen de su funcin biolgica
Antioxidantes Saludcardiovascular Anticance~geno Diabetes Contenido
669 669 670 674 675 676 677 677 682 682 683 684 684 686 688 688 689
691 694 696 701 701 702 702 703 704 704 705 706 706 706 707 707 708
708 708 709 709 709 709 XV www.freelibros.org
18. xvl e-gla Redlcd6n de peso Sistema nervioso Sistema 6seo
Salud cerebral Otras funciones de los nutrac&uticos Allmentos
funcionales Referencias bbliogr.licas ndice Q.ifmica delos aumentos
710 710 711 711 711 711 712 713 717 www.freelibros.org
19. Introduccin L a ciencia de los alimentos es un rea
mutidisciplinaria, integrada por la qumica, la biologa, la
microbiologa y la ingeniera, que en las ltimas dcadas ha cobrado
gran relevancia. Para el estudio de los alimentos a lo largo de
toda la cadena alimentaria, es decir, desde la produccin primaria,
su procesamiento, conservacin, preparacin y puesta del producto
final en la mesa del comensal, se requiere de importantes
conocimientos sobre qumica. Los ingenieros, los qumicos, los
bioqumicos, los chefs y, en general, roda profesio nal dedicado a
esta actividad debe conocer estos principios. Tudas los alimentos
estn constituidos por distintas proporciones de agua, hidratos de
carbono, proteinas, lpidos, enzimas, vitaminas, minerales,
pigmentos, sabores, aromas y di- versos agentes bioactivos; las
interacciones fisicas y qumicas queocurren entre ellos. y con el
medio ambiente que los rodea, determinan la calidad de los cinco
atriburos quese buscan al consumir un producto: color, sabor,
textura, valor nutritivo y seguridad o inocuidad. cada uno de los
componentes delos alimentos ene una reactividad que es importante
conocer; en algunos casos, sta se refleja muy positivamente al
hacer comestible un grano duro de cereal o de leguminosa; en otros,
lo notamos por un color indeseable, como en los aguacates o en los
plfltanos, o porel endurecimiento de la came; y en algunos mils,se
refleja en la sntesis de compuestos con potencia1txico. En los
ltimos aos se ha acrecentado considerablemente el cmulo de
conocimientos e investigaciones sobre la qumica de los alimentos,
de tal forma que en la actualidad pode- mos encontrar profesionales
muy especializados dedicados al estudio de cada uno de estos
componentes. No hay duda que seseguir generando informacin muy
valiosa sobre la qu.mica de los alimentos, la cual incluiremos en
lassiguientes ediciones de este libro. xvii www.freelibros.org
20. www.freelibros.org
21. Prlogo A partir del 2006, ao de la ltima edicin de este
texto, seha generado mucha informa. cin cientfica y tecnolgica
sobre la ciencia de los alimentos, incluyendo, obviamen- te, la
qumica. De hecho, muchos delos conceptos que en ese momento
aparecan por primera vez, ahora son muy comunes. La nanotecnologa,
los fitoqurnicos, los nutracuti- cos, la protemica, la
nutrigenmica, la gastronoma molecular, y muchos otros, son ahora
trminos de uso general; de igual forma, han surgido muchos aditivos
con aplicaciones ms novedosas. La estructura de esta nueva edicin
se mantiene, pero hemos revisado con detalle yac- tualizado el
conocimiento que tenamos de cada uno de los componentes de los
alimentos: agua, hidratos de carbono, protenas, lipidos, enzimas,
vitaminas, minerales, pigmentos, y los responsables del sabory
aroma. Lo mismo hicimos con los captulos sobre aditivos, el estado
de dispersin y el de los txicos. La leche y la soya se conservan
como ejemplos de aplica- cin de los conceptos explicados en otras
secciones del libro. La ingenietia gentica sigue su avance
espectacular, razn porla cual enriquecimos la seccin sobre
alimentos rransgnicos. Finalmente, y debido a la gran relevancia
que ha adquirido en los ltimos aos, inclui- mos un captulo nuevo,
sobre fitoqurnicos y nutracuticos, muchos de los cuales siguen en
estudio causando grandes controversias. 1 www.freelibros.org
22. www.freelibros.org
23. Salvador Badui Dergal Agua Introduccin J unto con Jos
hidratos de carbono, las protenas y Jos lpidos, el agua es uno de
los cua- tro macrocomponentes que integran todos los alimentos que
el hombre consume. En algunos casos representa 95.2% (v. gr.
pepino) y en otros slo 2.5% Qeche en polvo) del producto comesnble,
como muestra el cuadro 1.1; en la sal yel azcarde mesa el contenido
de agua es prcticamente cero. La frescura de las frutas, de las
verduras y de Jos crnicos siempre se relaciona con su alta
proporcin de agua que, en la mayora de los casos, es al menos de
60%; de igual manera, Jos microorganismos -bacterias, bongos y
levaduras- la contienen eo un porcentaje muy elevado. 3
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24. Oulmica de losalimentos CUADRO U Contenido aproximado de
agua de algunos alimentos" leche entera en polvo 2.5 Papa 79.9
Chicharrn 2.6 Guayaba 80.5 Maz blanco 10.6 Olabacano 85.0 F'Iijol
negro 12.0 Papaya 87.1 Bolillo 25.0 Zanahoria 88.0 'lbnilla 53.8
Br6coli 88.1 Jamn 55.3 Naranja Uugo) 88.5 Masa para tonilla 62.2
Cebolla blanca 88.6 QJeso fresco 62.7 T..eche 89.2 carne de cerdo
65.0 Fresa 89.7 ~acate 69.5 Nopal 90.1 camede res 71.6 Olile
jalapeo 90.3 Atano 73.2 Sanda 90.9 Lecheevaporada 74.0 Jitomate
92.8 Huevo 74.3 Lechuga romana 94.3 Mojana 78.7 Pepino 95.2 El agua
es fundamental para cualquier forma de vida biolgicamente activa,
sea una bacteria, el ser humano o un elefante; su importancia es
tal que sin ella la vida en nuestro planeta no sera posible. Sin
embargo, con frecuencia no se le considera un nutrimento, como sf
ocurre con los hidratos de carbono, las protenas y los lpidos,
debido a que prcticamente no sufre cambios qumicos durante su
aprovechamiento en el organismo humano. Desempea un gran nmero de
funciones biolgicas a partir de su capacidad para trans-
portarsustancias, disolverotrasy mantenerlas tanto en solucin como
en suspensin coloi- dal, adems de su reactividad qumica
alintervenir en reacciones enzimticas de hidrlisis y, sobre todo,
en la fotosntesis; es decir, participa activamente en la sntesis de
glucosa a partir de co,. monosacrido vital para la vida y que a su
vez da origen a polisacridos, pro- tenas, etctera.' luz solar C02
+H20 glucosa Muchas macromolculas de inters biolgico, como las
enzimas y los cidos nucle.icos, se vuelven activas slo cuando
adquieren sus correspondientes estructuras secundaria, terciaria y
cuaternaria, gracias a la interaccin que establecen con el agua. Lo
anterior significa que las clulas animales y vegetales, as como los
microorganismos, slo se de- sarrollan si encuentran las condiciones
adecuadas en un medio en el que la actividad del agua es
fundamenta!. El agua influye en las propiedades de los alimentos
ystos, a su vez, con sus componen- tes influyen en las propiedades
fisicas y qumicas del agua, como se explica ms adelante. la
consistencia, textura y otras caracteristicas reolgjcas de los
alimentos estn determina- das por la interaccin entre el agua y los
macrocomponentes; adems, esto tambin reper- cute en su estabilidad
qumica y microbiolgica. El agua es decisiva en todos los
procedimientos de conservacin de los alimentos, en- tre ellos la
concentracin, la deshidratacin, el congelamiento, la liofilizacin,
el salado, el azucarado y la pasteurizan por alta presin;' de
hecho, estos sistemas consisten pre- 4 samente en regular la
actividad del agua para controlar tanto las reacciones qumicas y
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25. Agua enzimticas, como el crecimiento microbiano. Sus
propiedades sicoqumicas en los tres estados sicos que asume
-liquido, slido y vapor- tales como calor de vaporizacin, el calor
espefico y el punto de congelacin,entre otros, se deben tomaren
cuenta en el diseo de todos estossistemas de conservacin." t
Fuentes de agua para el ser humano Entre 60 y 70% del cuerpo humano
de un adulto es agua y puede llegar hasta el 75% en los recin
nacidos, aunque ciertos tejidos como huesos, cabellos y clientes la
contienen escasa- mente. Es un disolvente lquido inerte, de pH
neutro, que sirve de transporte en la sangre y la linfa y que
regula la temperatura corporal; el organismo de un adulto requiere
un mnimo aprox.imado de 2 500 mL diarios (segn la edad, el sexo, la
actividad fsica, etc.) y la pierde continuamente por el sudor, la
orina, la espiracin y las heces. El balance hidrico entre lo que
pierde ylo queingiere, es fundamental para el buen funcionamiento
de su organismo; la insolacin o la diarrea causan una prdida
elevada de lquidos que, en caso de alcanzar 10% del total, puede
causarle problemas muy serios. El vaporquese elimina porla
espiracin de- pende tambin de la altitud del lugar; as(, en el rea
metropolitana de la Ciudad de Mxico (2 260metrossobre el nivel del
mar) se respira ms seguido que en la costa porque el oxgeno es ms
escaso y en consecuencia se incrementala prdida de agua; adems,a
menor presin atmosfrica el aire es seco y el agua se evapora ms
fcilmente por los poros de la pieL El hombre puede vivir un mes sin
alimentos, pero no ms de siete ellas sin agua. Para tener un
adecuado balance se recomienda consumir 1 mL por cada kilocalotia
(!
26. 6 Oulmica de losalimentos 9Propiedades del agua Su molcula
est constituida por dos tomos de hidrgeno unidos en forma covalente
a uno de oxgeno, es altamente polar, no es lineal ycrea estructuras
tridimensionales debido a la hi- bridacin de las rbitas moleculares
s ypdel oxgeno; las lsdel hidrgeno comparten dos elec- ttones con
lashbridas sp'del oxgeno.A su vez, este elemento tiene un parde
electrones libres considerados comodos fuerzas separadas que,
juntocon los dos enlaces covalentes, establece una molcula con
forma imaginaria de tetraedro"' (figura 1.1). Se observa que los
radios de Van derwaals del hidrgeno y del oxgeno son de 0.12 nm
(1.2 A) y 0.14 nm, respectivamente: que la longituddel enlace
covalente es de 0.096 nm y que el ngulo formado es de 104.5. Figura
1.1 Representacin esquemtica de la molcula de agua:o) y
b)estruc:tura retradrica imaginaria formada porlas rbitassp1 del
o.>Clgeno;e) dimensiones de la molcula de agua. 6(-) 3(+) ) 6(+
cireccln delmomentodlpolar 6(-) '' '/' '' '' '' '' ' ' '' '/' ',/ ,
' '' '// ' 'b} '''''' www.freelibros.org
27. Agua En el agua existe una diferencia de
electronegatividades, debido a que el oxigeno tiene un gran poder
de atracn por los electrones de los doshidrgenos, lo que ocasiona
que s- tos desarrollen una carga parcial positiva6(+)temporal y que
el tomo de oxgeno desarrolle una carga parcial doble negativa 2
8(-) temporal; esto hace que se produzca un momento dipolar muy
fuerte, como un mini imn, cuya direcn se observa en la figura 1.1.
Es decir, esta molcula no tiene una carga especifica, pero si un
dipolo elctrico poteme que le per- mite crear puentes de hidrgeno
estables con otras molculas iguales o diferentes, pero de
naturaleza polar. El momento dipolar que se establece se observa
como una orientacin de la molcula en un campo elctrico con Ja parte
negativa haa elnodo y Ja positiva hacia el ctodo."' Puentes de
hidrgeno El puente de hidrgeno no es propiamente un enlace qumico,
sino una atraccin electrost- tica que se produce cuando dos tomos
negativos de compuestos polares se unen mediante uno de hidrgeno,
de tal manera que slo participan los elementos ms electronegativos,
como el oxgeno (figura 1.2), aun cuando tambin interviene el
nitrgeno y otros. Esta atrac- n electrosttica es muy dbil (20kJ/mol
o 4.7 Kcal/mol), comparada con el enlace covalen- te (400kJ/molo 95
Kcal/mol), y su vida media es de 10 11 segundos; sin embargo, como
todas las molculas de agua tienen Ja capacidad de establecerla en
un momento especfico, en conjunto representan una gran fuerza.Tuoto
el nmero de estas uniones como la longitud del puente de hidrogeno
entre molculas vecinas (v. gr. 0.276 nm o 2.76 A.en la figura 1.2a)
se ve afectado por la temperatura; esto se refleja, por ejemplo, en
la densidad del agua que se incrementa a medida que interaconan ms
molculas a una menor distancia y alcanza un mximo a 3.98 C. Figura
12 PUentesde hidrgeno entremolculasde agua: a) las molculas 1, 2
yla central sehallan en el plano del papel; la 3 est porencima de l
y la 4 detrsdel plano; b) interaccin de molculasde agua a travsde
puentes de hidrgeno, y e)laspuentesde hidrogenoentre molculas de
agua producen una estructura imaginaria tetradrica con el oxgenoal
centro. molcula de $QUB { 7 www.freelibros.org
28. 8 Oulmica de losalimentos Debido a sus cargas parciales,la
molcula de agua tiene dos sitios receptores y dos dona- dores de
electrones, por lo que su interaccin mediante puentes de hidrgeno
crea grandes estructuras tridimensionales estables en el hielo y en
el agua liquida, responsables de sus propiedades fsicas tan
peculiares que se explican m~ adelante. Las molculas como NH,, que
no tienen igual nmero de receptores y de donadores (1 y 3,
respectivamente), slo for man estructuras bidimensionales y no
tridimensionales. Cabe sealarque los puentes de hidrgeno no slo se
inducen en el agua, sino en cual- quiersustancia que tenga
caracteristicas polares, como las protenas y Jos hidratos de carbo-
no,gracias a sus diversos grupos hidrfilos (figura 1.3). Mediante
este mecanismo, los polme- ros y algunos compuestos de bajo peso
molecular retienen agua y le confieren a los alimentos propiedades
reolgicas muy especiales.Con base en esto, el agua de los tejidos
vegetal y ani malse retiene (se hidratan), Jo que se manifiesta en
su frescura y crujenc:ia; Jos soles, los geles y otras texturas
similares (vea el captulo 10) se crean por las interacciones que
establecen los macrocomponentes de los alimentos con el agua. Las
temperaturas bajas favorecen la formacin de puentes de hidrgeno,
mientras que las altas los destruyen; por esta razn, de manera
simplificada se considera que en el hielo 100% de las molculas
establecen puentes de hidrgeno, y que en el vapor este porcentaje
es cero. La funcin biolgica del hombre se efecta alrededor de los
37 e, temperarura en Ja que se produce de 35-45% de los puentes de
hidrgeno; por lo tanto, hay relacin entre la estructura del agua en
estas condiciones y la facilidad para que se lleven a cabo las
reaccio- nes que sustentan la vida. .:>Propiedades fisicoqu{mcas
Debido a la formacin de estructuras tridimensionales mediante
puentes de hidrgeno, el agua muestra propiedades que resaltan al
compararlas con hidruros del mismo grupo de la tabla peridica a la
que pertenece el oxgeno. Por ejemplo, H20, H,S, H2Se y H2Te tienen
puntos de ebullicin de 100, -61, -42 y -2 (C), respectivamente; el
agua con el menorpesomolecularpresenta valores depuntosde fusin y
ebullicin queno correspon- den a la serie,y que son superiores a
Jos del resto del grupo. Si se siguiera una relacin ma- temtica de
acuerdo con los pesos moleculares, el agua tendria que fundir a
-150 e y hervir a -80 e,porlo que en las condiciones ambientales
normales siempre seria un gas. Figura 1.3 Formacin de puentesde
hidrgeno con hidratos de carbono, protelnas y cidos grasos.
1hidratos de carbono 1 1( roteinas 1 1 1cidos!grasos 1 1 1 e o s NH
Cs O 11 1 1 1 1 9 l;t l;t l;t OH ..H 1 o o o / / / jo H H H H H H
"H www.freelibros.org
29. Agua No lo es. precisamente, por una fuene cohesin interna
debida a los puentes de hidr- geno; de los cuatro hidruros, el del
oxgeno es el nko que se encuentra en estado li- quido a la
temperatura en que se desarrolla la vida en nuestro planeta (10-50
c. aproximadamente). Sus propiedades fisicoqulmicas como el calor
de vaporizacin, el calorespecifico, la con- ductividad, las
propiedades dielctricas, etc.,son pormucho muypeculiares y muy
distintas a las de molculas semejantes. Por ejemplo, su elevado
calor latente de vaporizacin (2 260 k)/g o 539 Kcal/g), repre-
senta la energa necesaria para transformar 1kg de agua liquida en
vapor a 100 e y la que se requiere para romper las fuerzas
atractivas, de tal manera que las molculas individual mente puedan
escapary pasar a la fase gaseosa.Para comparar yentender mejor este
valor. cabe sealar que el metano], el etanol, la acetona y el
cloroformo (todos ellos disolventes orgnicos comunes), presentan
calores de vaporizacin inferiores: 263, 205, 125 y 59 Kcal/g,
respectivamente. El alto valor indica que se necesita mucha energia
para vaporizar un poco de agua (como en Ja concentracin y
deshidratacin de alimentos), o que la vaporizacin de pequeas
cantidades de ella es suficiente para sustraer mucho calor, Jo que
explica por qu la vaporizacin delsudores responsable de la mayor
parre del calor perdido por un organis- mo que sirve de mecanismo
de enfriamiento. El proceso inverso al de la evaporacin, la
condensacin, es exotrmico y lbera una can- tidad semejante de
calor, caracterstica que se aprovecha para calentar los alimentos
en los procesos de esterilizacin de enlatados. Porotra parre, es
necesario disipar 333.7 k,J/go 79.7 KcaVg (calorlatente de fusin).
para cambiar el agua lquida a hielo a Oe;esta propiedad se hace
patente cuando se enfran las bebidas con hielo, ya que a medida que
ste se funde, sustrae mucha cantidad de energa del lquido. Como
vapor, el agua sigue la ley de los gases ideales, PV nRT(P, presin;
v; volumen, n, nmero de molculas, R, constante y T. temperatura),
que muestra la relacin de la presin y la temperatura; una aplicacin
de este principio es con el enlatado de los alimentos no cidos,
cuyo calentamiento externo causa que la presin interna se
incremente y. en conse- cuencia, su temperatura alcance la
esterilizacin comercial a 121 e (250 F). Su alto calor especfico
(4.186 k]/g K o 1 caVg Ca 20 C) indica que se requiere aplicar
mucha energa para incrementar su temperatura.ya que una buena
proporcin se consume en vibrar la molcula debido a su gran momento
dipolar ya romperlos puentes dehidrge- no, pero no a calentarla.
cuando se suministra energa trmica a los lquidos en los que no
existen puentes de hidrgeno, la cintica de las molculas aumenta
fcilmente y, portanto, la temperatura. Por esta razn, el agua es
menos efectiva como medio de calentamiento que los aceites de
cocina, que adems de tener un calor especfico menor de 1.97 kJ/g 'K
o 0.47 Kcal/g e, pueden alcanzar temperaturas superiores a los 100e
(necesarias para el fredo), que es la mxima que se alcanza con el
agua lquida a presin atmosfrica. Otra implicacin del alto valor de
este parmetro se da en la regulacin de la temperatura del cuerpo
humano, ya que provoca que el agua absorba el calor cuando hay
cambios bruscos externos, sin afectar la temperatura interna; en
forrna semejante, tambjn es la causa de que los mares y ocanos
acten como reguladores trmicos del planeta. Su gran dipolo es
fundamental para calentar Jos alimentos en horno de microondas
(9152 450 MHz), ya que al producir una oscilacin y friccin
permanente en las molculas, se induce un aumento de la temperatura.
La ionizacin del agua pura es mnima, pero influye en la formacin
del H,o causada por la adicin de cidos, lo que a su vez repercute
en la reduccin del pH de la solucin. Como disolvente, el agua tiene
infinidad de aplicaciones en la naturaleza (existen diso luciones
como ocanos, mares, lagos, os, etc.), igual que en los alimentos,
en el plasma san 9 www.freelibros.org
30. 10 Oulmica de losalimentos guneo y en la orina, que
desempean un papel vital para el cuerpo humano. Muchas sales y
compuestos inicos y no inicos slo se solubili2an en agua y nunca en
disolventes apo- Jares (cloroformo, benceno, etc.) o en grasas. Los
cristales de NaCl son estables por las fuertes atracciones
eleetrostticas entre sus iones positivo y negativo; mientras ms
fuerte sea la unin, ms energfa se requerir para la separacin. El
agua es capaz de disolver estos cristales debido a la intensa
fuerza que se crea entre su dipolo y los iones de sodio y cloro, lo
que provoca la produccin de Na y el_ altamente hidratados; esa
interrelacin es mayor que la tendencia a Ja unin de Jos dos io- nes
para restablecer Ja sal (figura 1.4). Esta hidratacin depende de la
densidad de carga, que es igual a la carga total dividida entre el
radio inico; para una misma carga, la retencin de agua es mayor en
los iones pequeos que en Jos grandes; la hidratacin del K es
menorque Ja del Na, ya que el radio del primero es mayor y, en
consecuencia, su densidad de carga es menor. Es precisamente Ja
gran capacidad de hidratacin del sodio la causante de Jos problemas
de hipertensin que provoca el consumo excesivo de sal (vea el
captulo 6). El agua es un buen disolvente debido a su alta
constante dielctrica, D, que por defini- cin es una medida de la
tendencia del disolvente a oponerse a las fuerzas electrostticas de
atraccin Fentre iones con carga opuesta: F=e,e, Dr' dondee,y e,son
Jos iones yres la distancia entre ellos.Elvalor Dpara elagua
esmuyalto(80a 20 'C),comparadocon elde otrosdisolventes:
metano!,33; etanol,24; acetona,21; benceno, 2, e indica que la
fuerza de atraccin entre Na y c1- es solamente de 1/4-0 de la que
existe con el benceno; por lo tanto, el agua favorece la disolucin
de la sal, pues evita que sus compo- nentes se unan nuevamente,
mientras que el benceno facilita su asociacin. El agua tambin
disuelve sustancias no inicas con carcter polar como azcares, alco-
holes, aldehdos, cetonas,aminocidos, etc., que contienen grupos
carbonilo, amino, hidroxilo o carboxilo que fcilmente interaccionan
con ella porpuentes de hidrgeno. Este mecanismo es el mismo que
opera cuando se establecen dispersiones acuosas de
polisacridos,protenas y otros polmeros, los cuales no producen
soluciones verdaderas, sino suspensiones coloida- les estabilizadas
en el agua con esas uniones (figura 1.3). Cabe indicar que la
disolucin se efecta cuando la concentracin del agua es superior a
la del soluto; sin embargo, cuando sta es baja las sustancias no se
disuelven, slo se hi- dratan y forman fluidos muy viscosos o
incluso geles, en los que el l!quido queda retenido mmbin por
puentes de hidrgeno en una red tridimensional (vea el captulo 10).
Figura 1.4 Hidratacindel cloruro desodio (NaQ). .. e {;:: o- v
...H+/ "-w .. .. www.freelibros.org
31. Agua Las molculas de agua que estn en contacto con el aire
se componan de manera distinta de las que no Jo estn, ya que actan
como una pelcula elstica sobre Ja que un insecto puede posarse en
Ja superficie sin hundirse; esto es resultado de las fuerzas inter-
nas entre molculas y se refleja en el fenmeno de tensin
superficial. En la figura 1.5 se observa que mientras las molculas
internas interaetan de forma homognea entre ellas, las que estn en
contacto con el aire slo tienden puentes de hidrgeno hacia el
interior (el agua), y no hacia el exterior (el aire). Este
comportamiento dificulta la humectacin de polvos, ya que hay que
venceruna alta tensin superficial de lainterfase agua/aire de 73
di- nas/cm, a 20 c. Para formar nuevas superficies de interaccin
agua-partcula slida, como en la hidratacin, se recurre a los
agentes tensoactivos, como en el caso de los aderezos y otras
emulsiones, o al suministro de energa mecnica (agitacin,
homogeneizacin), para formar dispersiones coloidales estables. De
igual manera, el caf y el t reducen Ja tensin superficial del agua
y provocan que al hervirla se formen burbujas que incluso se
derraman del recipiente. t Estados fsicos del agua Como vimos
antes, el agua existe en forma de vapor, de liquido o de slido,
dependiendo de Ja cantidad de puentes de hidrgeno que establezca
internamente; la interrelacin que se presenta entre estos tres
estados fisicos de Ja materiase muestra en el diagrama de fases de
la figura 1.6 y que dependen de la temperatura y la presin. Figura
1.5 Representacin esquemtica de la interaccin agua-aire, las
flechas indican los puentes de hidrgeno. aire /interfase ~~ agua 11
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32. Figura 1.6 Diagrama de fase; del agua. !f E E 1300 "160 585
4.5 11 Oulmica de los alimentos 111 e -20 o 65 100 120 '" -C
lemnaratura92.8 ~ a: ponotj>le (0.01 , 4.5) b: evaporacin al
vacloparafabricar mennelada.$ (65, 470) e: ebullicin del agua en la
Ciudadde Mxico (92.B, 585) d: ellollk:in del agua a meldel mar
(100, 760) e: olla a presin yestelizacin industrial (120, 1,300) f:
uttrapastauzaci6n da la leche (140, > 1,300) ~: ruta da la
lloliltzacln Se observa que las curvas 1, 11y111 delimitan cada uno
de estos estados y que se cruzan en el llamado punto triple que se
alcanza a 0.01 e y 4.5 mm Hg, donde tericamente con- viven el
hielo, el agua liquida y el vapor. A760 mm Hg de presin, que
corresponden al nivel del mar, el agua hierve a 100 'C, mientras
que a 585 mm Hg, que es la presin de la Ciudad de Mxico por
encontrarse a poco ms de 2 200 msnm, hierve a 92.8 C. El agua
liquida se evapora, es decir, cruza la curva 11 de izquierda a
derecha a 100 C; para evaporarse ydes- prenderse a la atmsfera, sus
molculas gaseosas deben vencer la presin que ejerce sobre ellas una
columna de aire de 160 km de altura, aproximadamente, que equivale
a la presin atmosfrica a nivel del mar; la densidad del aire es muy
baja, pero la cantidad acumulada por centmetro cuadrado a esta
altura es considerable. En general, la ebullicin disminuye 1 e por
cada 300 m de altirud, razn porla cual en algunas poblaciones de
Sudamrica a 4 000 msnm se alcanza a 86 e, mientras que en el monte
verest se logra a 71 e (temperatura mnima para cocerun huevo). El
efecto opuesto se observaen la olla a presin que alcanza 1 300a 1
500 mm Hg, presin superiora la atrnos- 12 frica, lo que provoca que
el agua hierva a 120 C; en trminos de altitud, el agua hervirla a
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33. Agua 120e en un punro ubicado a 6 000 m {300 x 20) bajo el
nivel del mar. Adems del efecto de la presin, Ja temperatura de
ebullicin se incrementa ligeramente con laadicin de sustan- cias de
bajo peso molecular, como sal o azcar; porejemplo, 20g de sal {2%)
por litro de agua slo la aumenta 1 C. En contraste, el cruce de la
curva 11 de derecha a izquierda representa la condensacin, como se
observa al hervir el agua y cuyo vaporse condensa en pequeas gotas
al contacto con una superficie fra. Algo semejante ocurre en la
parte externa de un vaso con hielo en un ambiente hmedo de playa,o
con los anteojos al entrara una zona hmeda y caliente. Al continuar
de derecha a izquierda y cruzar la curva 1, ocurre el congelamiento
y la formacin de hielo. Esta estructura slida es ordenada ysimtrica
y las molculas de agua estn unidas por puentes de hidrgeno, lo que
resulta en una reduccin de la entropa; cada molcula de agua
interacciona con otras cuatro y establece enlaces de una distancia
oxge- no-oxgeno de 2.76Ayun ngulo de unin de 109, muy cercano al
del tetraedro perfecto de 109'20', lo que evita tensiones en Ja
estructura. Los oxgenos interaccionan de tal manera que generan
planos paralelos de agua, segn la figura 1.7, y hacen que el hielo
adquiera un arreglo hexagonal simtrico en donde cada vrtice est
representado por un tomo de ox- geno. En el descongelamiento, Ja
estructura cristalina desaparece y, a medida queel hielo se funde,
una molcula de agua puede ligar otras cuatro o ms, al reducirse la
distancia entre ellas, lo que trae consigo una mayor fuerza de unin
y un aumento de densidad mximo a 3.98 'C; si el calentamiento
sobrepasa esta temperatura, la distancia entre molculas se
incrementa y la densidad se reduce. Se estima que cuando el hielo
se derrite y produce agua lquida a Oe, slo se rompe 10% de
lospuentes de hidrgeno. Las diferencias entrelas estructuras del
agua y del hielo se reflejan en diversas propiedades, como Ja
conductividad trmica; el hielo es ms conductor con un valor de 2
240 J/m s K (5.3 cal/cm s q, que es cuatro veces el del agua. El
hielo flota en el agua, ya que su densidad es de 0.9168 g/crn' a
Oe, mientras que la del agua a Ja misma temperatura es de 0.9998, y
a 20 e de 0.9982. La temperatura de con- gelacin disminuye con Ja
sal, el azcary otras molculas pequeas, efecto que se observa Figura
1.7 a) Estructura hexagonal de Jos cristales de hielo formados
mediante puentes de hidrgenoentre molculasde agua y b)planos
paralelosde las rrolculas de hielo. a) 13 www.freelibros.org
34. Oulmica de losalimentos en distintas instancias; por
ejemplo los vegetales frescos con alta humedad tambin tienen sales,
glucosa y cidos orgnicos que reducen 1a 2 esu congelamiento con
respecto al agua pura; los peces de aguas glidas no se congelan
debido a que sus tejidos concentran muchas sustancias nitrogenadas
de bajo peso molecular; en los trozos grandes de carne, como la de
pavo, se encuen0'3 una proporcin de agua des a 10% en la que se
concentran las molculas pequeas yno se congela ni a -20'C; el
marcontiene 3%o ms desal que conserva el agua en forma lquida aun a
Oe; la alta concentracin de salen las salmueras permite mantener
temperaturas bajas que se aprovechan para enfriarbebidas y helados.
Son muy comunes los procesos caseroso industriales que implican
cruces delas curvas ly n(congelamiento, descongelamiento,evaporacin
y condensacin), pero es ms complejo llevar a cabo aquellos en los
que se involucra la curva lll. A una presin inferior al punto
triple, el hielo se conviene en gas sin pasar por lquido mediante
la sublimacin, que es la base de la liofilizacin que se lleva a
cabo siguiendo la ruta g-h-i-j; el primer paso consiste en la
congelacin rpjda del producto (u gr. a -20 e o menos) para producir
hielo amorfo, sin redes estructuradas tpicas de los cristales (h);
le sigue una fuene reduccin de la presin por debajo del punto
triple (i) y, por ltimo, se aplica una pequea cantidad de calor
porra- diacin suficiente para lasublimacin lYa que enla sublimacin
se emplean temperaturas bajas, el alimento no sufre daos trmicos, y
los grupos hidrfilos que retienen agua no se ven afectados; la
rehidratacin de los liofilizados es muy sencilla, y con ella se
obtienen ve- getales, t,caf, carnes y otros alimentos con
propiedades sensoriales (aroma, textura, sabor, etc.) y contenido
vitamnico muy semejantes a los de las materias primas. La
sublimacin tambin se observa con el llamado hielo seco, slido, que
en realidad es bixido de carbono comprimido a - 78 e, y que se
transforma en gas sin dejar residuo lquido. t Efecto de los solutos
en el agua Como se haindicado, la presencia desolutos causa cambios
importantesen la estructura del agua que se reflejan en sus
propiedades coli,gativas, tales como la depresin de la tempera-
rura de congelamiento, el aumento de la de ebullicin, la reduccin
de la presin de vapor y el incremento de la presin osmtica. La
temperatura tiene una influencia muy distinta en la solubilidad-
Por ejemplo, la sa- carosa absorbe caloral disolverse en agua y su
solubilidadaumenta con la temperatura; por su parte, el NaCI casi
no absorbe calor y por tanto no se ve afectado por el incremento de
temperatura. El estudio de las disoluciones acuosas parte de los
modelos termodinmicos para sis- temas ideales representados en la
ley de Raoult, que no pueden extrapolarse a los sistemas reales.
excepto en concentraciones muy bajas de solutos y de los cuales no
existen muchos en los alimentos. Las desviaciones de esta ley se
deben a muchas causas, entre otras a que los solutos tienen
interaccionesy forman complejos con ellos mismos o con otros
pollmeros, haciendo que no todo est en solucin verdadera, adems de
que tambin influye el estado de dispersin, la estructura de
capilares del alimento, etctera. En el caso de una solucin ideal,
la depresin de la temperatura de congelamiento del agua, At, es
proporcionala la concentracin del soluto: At = Kn p donde K, es una
constante del disolvente, nson los moles de soluto (g/pm) y p el
peso del 14 disolvente. www.freelibros.org
35. Agua Se deduce que para la misma cantidad de un soluto, el
de menor peso molecular pro- vocar una reduccin mayor; puesto que
un mol es igual a la cantidad en gramos dividida entre el peso
molecular. Por ejemplo, el pm efectivo de los compuestos
responsables de este abatimiento en Ja leche descremada es de 342,
que corresponde a la lactosa, mientras que en losjugos de uva y de
jitomate es de 180, que es de la glucosa.' Los solutos alteran el
punto de congelamiento del agua debido a que rompen el arreglo
tetradrico de puentes de hidrgeno en el hielo al reducir la energa
libre del sistema. En general, los no inicos tienen un menor efecto
que los inicos, tanto en la reduccin de la temperatura de
congelacin como en el aumento de la de ebullicin: un mol de
sacarosa (no inico) disuelto en 1 000 g de agua reduce 1.86 C el
congelamiento e incrementa 0.52 e Ja ebullicin; para el NaCI
(inico), estas cifras se convierten en 3.72 e y 1.04 e,
respectivamente; por este motivo, a grandes altitudes se aade sal
comn al agua de coccin para contrarrestar el efecto de la reduccin
del punto de ebullicin por la menor presin atmosfrica. La
solubilidad del NaCl se limita con el fro, por lo que la
temperatura ms baja que se alcanza con soluciones de sal es de -21
e, las cuales se emplean en el congelamiento industrial de helados
y postres con alto contenido de sacarosa. El aumento de la
temperatura a la que en condiciones normales hierve un lquido es
di- rectamente proporcional a la concentracin delsoluto aadido,e
inversamente proporcional a su peso molecular. La medicin de la
depresin de la temperatura de congelamiento se usa comocontrol de
calidad para la leche, ya que las sustancias de bajo peso
molecular, como lactosa y algunas sales en una concentracin
constante, hace que congele en un intervalo cerrado de alrede- dor
de - 0.54 e; la determinacin se efecta en el criscopo y se hace de
manera rutinaria para cuantificar posibles adulteraciones (vea el
captulo 12). Al reducir la temperatura de congelamiento, los
solutos tambin afectan la presin de vapor y porlo tanto la
actividad del agua; este hecho se ha aprovechado para relacionaram-
bos parmetros en soluciones acuosas binarias muysimples, de tal
forma que con ese punto de congelamiento se deduce el valorde la
actividad del agua." Los grupos noinicos polares como hidroxilos,
carbonilos, enlaces peptdicos y otros si- milares, participan en la
creacin de puentes de hidrgeno y modifican las interacciones in-
ternas entre las propias molculas de agua; los que tienen un
momento dipolar muy grande, como la tirosina yla fenilalanina,
inhiben la formacin y la estabilizacin de las estructuras acuosas.
Por el contrario, los solutos no polares como hidrocarburos, cidos
grasos, algunos aminocidos,etc., al no disolverse,favorecen las
formas estables de agregadoso clarratos en Jos que los solutos se
localizan en los espacios vacos, Jo que obliga a las molculas de
agua a interactuar ms fuene y ordenadamente. Por otra parte, cuando
el agua y una solucin se separan por una membrana semi- permeable
(permeable al disolvente y no al soluto), la tendencia es que el
agua pase a Ja solucin hasta que el equilibrio de concentraciones
se alcance en los dos sistemas. A la presin requerida para que esto
suceda se le llama presin osmtica y aumenta con Ja concentracin de
lossolutos disueltos. Gracias a esto las clulas de los vegetales
marchi- tos (v. gr. zanahorias y naranjas) recuperan su frescura
cuando se remojan, sobre todo en agua fria ya que la hemicelulosa
de sus paredes celulares se hidrata nuevamente y sehace ms rgido y
turgente al vegetal. Este efecto tambin se observa en los
microorganismos, que se destruyen cuando se someten a una alta
presin osmtica por algn tiempo, princi pio que se usa como medio de
conservacin de alimentos ricos en azcares (mermeladas) o en sal
(encunidos). 15 www.freelibros.org
36. 9Distribucin del agua en los alimentos Oulmica de
losalimentos Es un hecho que el total del aguacontenida en un
alimento no est distribuida de forma ho- rrognea, como ocurre en
los tejidos de frutas, verduras y crnicos. Esta heterogeneidad se
debe a las distintas interacciones que ocurren ent.re el liquido y
los macrocomponentes, a la formacin de microcapilares y a su
rechazo por parte de los lipidos. Por este motivo, dentro del
alimentoexisten fracciones de agua que se comportan de diferente
manera; por ejemplo, en general un alimento se congela a -20 e,pero
aun en estas condiciones una fraccin del agua permanece lquida
porconcentrarsolutos de bajo peso molecular y requiere de tempe-
raturas ms bajas, de -40 e, para que solidifique por completo. Para
entender mejor este comportamiento del agua, considrese una molcula
de al- midn completamente seca con un gran nmero de hidroxilos
libres capaces de retener agua por medio de puentes de hidrgeno; si
se cubriera con una sola capa del disolvente, se necesitarla 0.01
gde H,O porgramo de slido, cantidad suficiente para formar una capa
mo- nomolecular llamada BET (en honor de Stephen Brunauer, Paul H.
Emmetty Edward Teller); esta cifra es de 0.01, 0.06 y 0.03 g/g de
slido para la gelatina, la lactosa amorfa y la leche en polvo,
respectivamente. Esta agua est unida a lasuperficie seca, su
fugacidad esbaja y en consecuencia su presin de vapor es reducida.
Si se sigue aadiendo liquido, se construirn capas superiores sobre
la monomolecular. !;;n este esquema tan sencillo y expuesto slo con
fines didcticos, el agua de las capas ms internas se considerara
como "ligada" que corres- ponde de 3 a 6% del agua total, mientras
que la de las ms externas, como"libre'. En realidad no existe
ninguno de estos tipos de agua, ya que aun la ms fuertemente
ligada, que incluye a la capa monomolecular, tiene cierta movilidad
puesto que ejerce una presin de vapor mensurable. De igual manera,
no hay agua totalmente libre debido a que tambin est unida a otras
molculas de su misma especie o a otros constituyentes que la
estabilizan y la retienen en el alimento; no es libre puesto que no
se libera del alimento (v. gr. frutas y hortalizas), cuando se
somete a esfuerzos mecnicos ligeros y no fluye cuando se corta un
trozo de carne fresca, incluso en tamaos minsculos. la capacidad de
retencin de agua de las protelnas y los polisacridos,
principalmente, se define como la cantidad de liquido que puede
quedar atrapado en una red, sin que exista exudacin o sinresis; en
cada caso este parmetro varia en funcin del tipo de alimento." Para
efectos estrictamente didcticos y con datos generales, se ba
elaborado la figura 1.8, en la que se aprecian tres zonas
hipotticas en las que se puede dividir el agua contenida en un
producto. La que integra Ja zona 11! se considera "libre', se
encuentra en macrocapi lares y forma parte de las soluciones que
disuelven las sustancias de bajo peso molecular, es la ms
abundante, fcil de congelar y evaporar y su eliminacin reduce la
actividad del agua a 0.8. En la zona 11, el agua se localiza en
diferentes capas ms estructuradas y en micro- capilares; es ms
dificil de quitar que la anterior, pero al lograrlo se obtienen
valores de la actividad del agua de aproximadamente 0.25. Esta
fraccin corresponderla, junto con la rronocapa, al agua "ligada.
Por ltimo, el agua en la zona 1equivale a la capa monomolecular y
es Ja ms dificil de eliminar en Jos procesos comerciales de secado;
en algunos casos se puede reducir parcial- menteen la
deshidratacin, pero esto no es recomendable ya que, adems de que se
requiere mucha energa y se daa el alimento, su presencia ejerce un
efecto protector, sobre todo 16 contra las reacciones de oxidacin
de lipidos, porque acta como barrera del oxigeno.
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37. Agua Figura 1.8 Cambios queocurren en Josalimentos en
funcin deJa actividad del agua. a) oxidacin de Jfpidas; b)
reacciones bidrolfticas;e) oscurecimientonoenzimtico; d) isoterma
de adsorcin; e,) actividadenzimtica; f) crecimiento debongos; g)
crecimiento de levaduras. y h) crecimiento debacterias. monocapa -
zonal -l '.. ,_'... agua libre zona 11 !-zona 111-
~~;::.:..-1--..... ..:./ ..,,, b l 1.. ' . 'le I :'i I .: I .' / I
' ' I ' I ,/' I , ' I ,.' 1 I ..-- . I I I .' I /' , .g 111.,..c I
I 1 .lll' I I J j I / S. : I 1 ~ ~ g1 ,' ts: lj I I f ,1.11 h I / i
I I I 11' 0.1 0.2 0 .3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10 actividad acuosa
t Actividad del agua Ya hemos explicado que el agua de los
alimentos influye de diversas maneras: en la reologa, la textura,
la estabilidad microbiana y las reacciones qumicas y enzimticas que
se estudian en otros captulos. En este sentido, el agualibre es
realmente la responsable de estainfluencia, ya que el agua ligada
no acta porque no est disponible o permanece inmvil. El agua libre
es la que da origen al trmino actividad del agua (Aa) yes con base
en este parmetro, y no el contenido total de agua,que se puede
predecirla estabilidad y la vida til de un producto."'' Sise
considera una solucin ideal, delas que no existen muchas en
alimentos, con solu - 1Ds en muy reducida concentracin, este trmino
puede expresarse de la siguiente manera: donde: A" =_f_ =.!_:e_HR_
=__M_a~ P, 100 Ma +Ms f fugacidad del disolvente de la solucin f' =
fugacidad del disolvente puro HR =humedad relativa P =presin de
vapor del agua del alimento P0 presin de vapor del agua pura Ms
moles de soluto (g/pm) Ma = moles de agua (g/18) P/P0 =presin de
vapor relativa (Ec. 1) 17 www.freelibros.org
38. 18 Oulmica de losalimentos Termodinmicamente, la fugacidad
es una medida de la tendencia de un liquido a es- caparse de una
solucin; en virtud de que el vaporde agua se comporta como un gas
ideal, se puede emplear la presin de vapor en Jugar de la
fugacidad. Es decir, la Aa es directa- mente proporcional a la
presin de vapor relativa segn la ecuacin (1) y debido a que es una
relacin de dos presiones es adimensional. Sus valores varan desde
1.0 para el agua pura, hasta cero para un producto completamente
seco. Estos dos parmetros slo son equivalentes en los extremos; es
decir, a 0% de agua le corresponde una Aa de O.O y a 100% de agua
una Aa de 1.0; no hay una correspondencia directa, ya que un
producto con 80% de humedad no significa que tenga una Aa de 0.8.
Por ejemplo, un queso fresco y una mer- melada pueden contener el
mismo 65% de agua, pero desarrollan una Aa distinta; el agua de la
mermelada est ms unida a las pectinas de la fruta, no est tan
"libre y por eso su Aa es de0.86,mientras que en el lcteo est ms
disponible, lo que induce una Aa de 0.90.1 La actividaddel aguaes
una propiedad intrnseca y se relaciona de manera no linealcon el
contenido de humedad mediante las curvas o isotermas de adsorcin y
desercin (figura 1.9). Para entender esto, considrese un alimento
con agua, almacenado a una temperatura espedfica en una cmara
hermticamente cerrada; al cabo de algn tiempo, su presin de vapor
provocar la transferencia de molculas de agua y la cmara adquirir
una humedad relativa constante que estar en equilibrio (sin
movimiento en ningn sentido) con el con- 1enido de agua del
alimento. Esa humedad est en funcin del grado de interaccin de los
oolutos con el agua, lo que es un reflejo de la facilidad de sta
para escapar del alimento. 'Ilrnto los higrmetros como los
manmetros miden la humedady la presin de vapor en el espacio de
cabeza de Ja cmara. R'.lr consiguiente, se tendr un par de valores,
de humedad relativa comparada con el contenido de agua. a una
temperatura especfica; si esto se repite con diferentes porcenta-
jes de agua y los resultados se grafican, se obtiene la isoterma de
desercin (deshidratacin del slido). Por el contrario, si se parte
de un producto seco yse somete a atmsferas de humedad relativa
elevadas, se observar una transferencia de masa del gas al slido
hasta llegara un equilibrio; al repetireste experimenro con
diferentes humedades, se tendrn de nuevopares de valores que
algraficarse crean la isoterma de adsorcin (hidratacin del slido).
Figura 1.9 Curvas tlpicasde las isotennas de adsorcin ydesorcin de
los alimentos. 100% hicltat9ci6n o 8ds0
39. Agua En la figura 1.9 se aprecia que para un contenido de
humedad determinado,la actividad del agua es menor durante la
desorcin que en la adsorcin o que para una Aa determina- da la
humedad es mayor en el secado que en la hidratacin. Se observa
tambin que estos procesos opuestos no son reversibles por un camino
comn, fenmeno que recibe el nombre genrico de histresis-" Por
ejemplo, la histresis se presenta con una prote(na hidratada que se
seca en una at- msfera de humedad relativa de 35% y alcanza el
equilibrio a un contenido de 10% de agua (curva de desorcin);
porotra pane, si la misma protena totalmente deshidratada se coloca
en esa atmsfera, adsorbe humedad y llega al equilibrio con tan slo
7% de agua. La isoterma de adsorcin representa la cintica con la
que un alimento adsorbe hume- dad yse hidrata y es importante
conocerla ya que refleja el comportamiento de los deshidra- tados
almacenados en atmsferas hmedas (higroscopicidad). De manera
semejante, la de desorcin equivale al proceso de deshidratacin y
refleja la forma como pierde agua.16 Con base en ambas curvas se
disean los sistemas de almacenamiento, de secado, de rehidrata-
cin. etc., adem.s de que ayudan a predecir la estabilidad de los
alimentos almacenados en distintas condiciones. En el cuadro 1.3 se
muestra la variacin del porcentaje de humedad de equilibrio (o ad-
sorcin) de diversos productos alsometerlos a atmsferas de
humedadrelativa creciente; es claro que, a medida que aumenta la
HR. tambin lo hace el contenido de agua pero segn una relacin no
lineal. Por otra parte, la Aa se incrementa cuando se eleva la
temperatura, ya que igualmente lo hace la presin de vapor."" como
se observa en la figura 1.10; para ilustrar esto, consi- drense
frutas semideshidratadas, no esterilizadas, con 45% de humedad, una
Aa de 0.42 y empacadas en cajas de cartn equilibradas con la
atmsfera a 20 e; durante su envio a los clientes, la temperatura
del camin subi a 35 C y as permaneci por varias horas, de tal
Figura 1.10 Influencia de Ja temperatura en lasisotermasdeadsorcin.
.,. ~..-8 :8 1~+-~---,~-?f--7'-'-..:,.'--/ o 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
actividad dof agua 19 www.freelibros.org
40. 20 Oulmica de losalimentos CUADR01.3 Porcentaje de humedad
de equfbrio a varias humedades relativas Humedad relativa (%) 10 30
so 70 90 Pan blanco 0.5 3.1 6.2 11.1 19.0 Galletas 2.1 3.3 s.o 8.3
14.9 Pastas S.1 8.8 11.7 16.2 22.1 Harinas 2.6 5.3 8.0 12.4 19.1
Almidn 2..2 S.2 7.4 9.2 12.7 Gelatina 0.7 2.8 4.9 7.6 11.4 manera
que la Aa se desplaz de 0.42 original a casi 0.8, situacin en la
que pueden crecer hongos y levaduras, adems de propiciarse algunas
reacciones de deterioro en detrimento del producto. Como regla
general, aunque dependiendo del alimento de que se trate, muy
pequeas fluctuaciones de temperatura pueden ocasionar grandes
modificaciones en la ac- tividad del agua. La Aa tambin est en
funcin de los slidos que contenga un alimento y para demos- trarlo
se han desarrollado diversas relaciones lineales matemticas; es el
caso del suero de la leche, cuya concentracin C (gramos de slido
por 100 g de agua) es proporcional a la Aa mediante la ecuacin: Aa
=0.999-0.000SSSC. Para este producto en particular,la lactosa ylas
sales, y en menorgrado las protenas, son las que determinan los
valores de Aa-" En el cuadro 1.4 se muestran los valores de Aa para
diversos alimentos. Las frutas, las honalizas, la carne y muchos
enlatados tienen 0.97 en promedio; en cambio, los productos
deshldratados van de aproximadamente 0.3 a 0.6, mientras que los
llamados alimentos de humedad intermedia se ubican entre estos dos
grupos extremos. Como hemos visto, un ali- mento puede tener la
misma Aa y un contenido de agua distinto; de igual manera, para un
mismo contenido de agua los valores de Aa pueden ser diferentes.'
CUADRO 1.4 Actividad del agua de algunos alimentos Aa Frutas
frescas y enlatadas 0.97 Verduras 0.97 Jugos 0.97 Huevos 0.97 Carne
0.97 Queso 0.95 Pan 0.94 Mermeladas 0.86 Frutas secas 0.73 Miel
0.70 Huevo en polvo 0.40 Galletas y cereales 0.35 Azcar 0.10
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41. Agua t Actividad del agua y estabilidad de los alimentos
Los diversos mtodos de conservacin de alimentos se basan en el
conrrol de una o ms de las variables que influyen en su
estabilidad, es decir, actividad del agua, temperatura, pH,
disponibilidad de nutrimentos y de reactivos, potencial de
oxidorreduccin y presencia de conservadores. En este sentido, la
AQ. es de fundamental importancia y con base en ella se puede
conocer el comportamiento de un producto. En la figura 1.11 aparece
su relacin con el pH; la ubicacin del alimento en este sencillo
diagrama da una indicacin clara de su estabilidad y contribuye a
determinar la necesidad de tratamientos trmicos, de adicin de
conservadores, etc., para prolongar la vida de anaquel del
producto." Figura 1.11 Influencia de la Aay del pH en la
estabilidad de losalimentos. Qa 1.0 CD @0.9 1. FMas y hortalizas
enlaladas 20NADE BAJA 2. Leche y carnes frescas ESTABILIDAD 3.
Quesos con afio contenido.,, de agua 0.8 4. Jamonas 1~ 0 S.
Errt>utidos lermenlados ~~ 8. Quesos con bejO contenido @) de
agua ~ !! 0.7 7. Mermeladasi .i;; 8. Salsas de lomate E 9. Leche
condensada yJarabes~ @.. 10. FMas secas 0.6 11. Miel 12. PaslaS de
trigo 13. Gallelas secas (productos @ con 5% de humedad) 0.5 14.
Leche deshldtalada (ll'Qduclos con menos 20NADE de 5% de tunedad)
ALTAESTABILIDAD @0.4 @ 0.3 alimentosilcidos no oidos 3.0 4.0 4.6
5.0 6.0 7.0 pH 21 www.freelibros.org
42. Oulmica de losalimentos En general, mientras ms alta sea la
Aa y ms se acerque a 1.0, mayorser la inestabili- dad del alimento;
por esta razn las carnes, frutas y vegetales frescos requieren
refrigerarse para su conseivacin; en cambio, los alimentos estables
a temperatura ambiente (excepto los tratados de forma trmica y
comercialmente estriles, como los enlatados),son bajos en Aa, como
sucede con los de humedad intermedia en los que el crecimiento
microbiano es retardado. Como vimos antes, la figura 1.8 muestra la
influencia de la actividad del agua en varias de las reacciones
qumicas y enzimticas que ocurren en los alimentos (oscurecimiento,
rancidez, etc.),ascomo en elcrecimiento de hongos,levaduras y
bacterias; pero adems, la Aa influye en la degradacin de vitaminas
y pigmentos, prdida de lisina y otras transfor- maciones. Esta
grfica varia mucho entre los distintos productos, de acuerdo con la
compo- sicin, la homogeneidad de la distribucin de los
macrocomponentes, el tipo de reaccin o el crecimiento microbiano
involucrado y otros factores, por lo que solamente es indicativa de
las tendencias generales. La Aaafecta la velocidad
deloscurecimientono enzimtico (vea el captulo 2),aun cuan- do cada
azcar ciene un distinto poder reductory. en consecuencia, influye
de manera dife- rente. En general, la energa de activacin y la
temperatura requeridas se reducen a medida que aumenta la actividad
del agua; la velocidad se acelera de 3 a 6 veces cuando la Aa pasa
de 0.35 a 0.65 y hasta tres veces por cada 10 C de incremento. Sin
embargo, cuando se con- centran los alimentos se abate la Aa, pero
tambin se concentran los reactivos, lo que favo- rece la reaccin
por un mayor contacto; al reduciran ms el agua, se pierde la
movilidad de los reactivos y se inhibe la reaocin y por eso, en
alimentos muy concentrados con azcares, es ms factible la
caramelizacin que las reacciones de Maillard. Debido a la
influencia del binomio actividad del agua-temperatura, en el secado
es recomendable reducir la tempera- tura del aire al final del
proceso para prevenir eloscurecimiento. La oxidacin de los aceites
insaturados (vea el captulo 4) y de otras sustancias lipo- solubles
como las vitaminas y varios pigmentos, est influida por la Aa de
acuerdo con la figura 1.8; se observa un fuerte incremento por
debajo de la monocapa, ocasionado por una falta de agua que proteja
del oxgeno la superficie del alimento; despus disminuye con la
humedad por formar esa capa protectora, para posteriormente
aumentar de nuevo debido a que el agua favorece la movilidad de los
metales que catalizan la reaccin para ponerse en contacto con el
sustrato.u En las enzimas, el agua facilita la integracin de su
centro activo, favorece la difusin de los reactivos e interviene
como tal en las reacciones de hidrlisis. Cada enzima requiere una
Aa para realizar su funcin; sin embargo, cuando el sustrato es
liquido. como los aceites, las lipasas necesitan slo un mnimo de
agua (vea el captulo 4), mientras que las carbohidrasas yproteasas
requieren de Aa mayores en un intervalo muy amplio (v. gr. desde
0.4 hasta 0.95). Para su crecimiento, Jos microorganismos necesitan
condiciones propicias de pH, nu- trimentos, oxgeno, temperatura y
actividad del agua;13 21 como regla general, esta ltima tendr que
ser mayor a medida que los otros parmetros se vuelvan menos
favorables. Por cada 0.1 unidades de aumento de Aa. el crecimiento
microbiano puede incrementarse hasta en 100%. Los que ms agua
requieren son las bacterias (Aa > 0.91), despus las levaduras
(>0.88), yluego los hongos (>0.80); de todos, Jos patgenos
son los que ms la necesitan pare su desarrollo, situacin contraria
a las levaduras osmfilas (cuadro 1.5). Como regla, la Aa rrnima
para producir toxinas es mayor que para el crecimiento microbiano.
La reduccin de la disponibilidad de agua inhibe ese crecimiento,
pero a su vez incrementa la resistencia trmica de los
microorganismos, lo que indica que para destruirlos es mejor el
calorhmedo que el calorseco. Los microorganismos responden a una
baja humedad, lo que prolonga su 22 fase inicial, baja la fase
logarionica y reduce el nmero de clulas viables.
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43. Agua La estabilidad de las vitaminas est influida por la Aa
de los alimentos de baja hume- dad; las hidrosolubles se degradan
poco a valores de 0.2-0.3, que equivale a Ja hidratacin de la
monocapa y se ven ms afectadas con el aumento de la Aa. Por el
contrario, en los productoS muy secos no existe agua que acte como
filtro del oxgeno y la oxidacin se pro- duce fcilmente, sobre todo
de la vitamina C. CllADR01.5 Valores mnimos de la actividad del
agua para el crecimiento de microorganismos de importancia en
alimentos OJanismo Mma Mayora de bacterias dainas 0.91 Mayora de
levaduras dainas 0.88 Mayora de hongosdainos 0.80 Bacteria halfila
0.75 Levadura osmfila 0.60 Salmonella 0.95 Oostridium botulmum 0.95
rscnericllia coli 0.96 Staphyloooa;w; aureus 0.86
&:lcllussubtlis 0.95 t Alimentos de humedad intermedia Los
alimentos de humedad intermedia tienen una larga vida de anaquel y
no necesitan re- hidratacin ni enfriamiento para conservarse, porlo
que son adecuados para zonas y pases donde la refrigeracin no
existe o es muy costosa. Nohayuna definicinprecisa de ellos pero se
les considera productos con Aa de 0.65 a 0.86 y de 25 a 50% de
agua. El valor de 0.86 se toma como lmite,ya que essuficiente para
inhibirbacterias patgenas, como Staphylococcus aureus, aunque es
insuficiente para evitar hongos y levaduras, por lo que en su
elaboracin se aiiaden sorbatos y benzoatos. Estos productos se
fabrican quitndole agua al alimento hmedo o adicionndole solu- tos
altamente hidratables que retienen agua y, en consecuencia, reducen
la Aa. En el primer caso, la concentracin por evaporacin es muy
comn y se emplea en la leche, que de Aa = 0.97 pasa a 0.80-0.82,
con lo que se obtiene una leche evaporada con mayorvida de anaquel;
de igual manera se producen mermeladas, dulces,jaleas, nctares y
otros. La reduccin del contenido de agua provoca la concentracin de
otras sustancias,como los cidos que abaten el pH y que tambin
contribuyen a la estabilidad microbiana del alimento." La
influencia de los solutos en la reduccin de la actividad del agua
en un alimento se refleja en la ecuacin (1). Como ejemplo,
considrese un litro de agua pura, por lo que Ms = Oy por tanto Aa =
1.0; si se le aaden 2 moles de sacarosa (684 g, pm = 342), Ja Ao
0.96, ya que Ma 55.S (1 000/18). Si fuera almidn (pm > un
milln), se requerira una mayor cantidad para lograr el mismo valor,
lo que indica la gran influencia de los solutos debajo pm. Estos
ltimos se seleccionan de acuerdo con su solubilidad, eficiencia,
sa- bor, compatibilidad, pH, costo,regulaciones, etc.; se tienen
azcares (sacarosa, glucosa, fruc- tosa, maltosa y lactosa), sales
(cloruros de sodio y de potasio y varios fosfatos), polialcoholes
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44. Oulmica de losalimentos (sorbitol, glicerina, manirol y
propilenglicol), cidos (fosfrico, lctico, ctrico, ascrbico y fu.
rnrico), hidrolizados de protena, etc. fs claro que la concentracin
requerida para cada uno de ellos depende de factores como el sabor.
Por ejemplo, para reducir la Aa de un crnico oon slo NaCl, se
necesitarla tal concentracin de sal que volverla al producro
imposible de comer. La combinacin de estas sustancias, junto con
los conservadores y OO'OS agenres, es la razn de la estabilidad de
los alimenros de humedad intermedia. Al ser un potencial qumico, la
diferencia de Aa que existe entre el exterior y el ali- mento, o
incluso entre sus propios ingredientes, causa la migracin del agua.
El material del envase es fundamental, ya que si ste es permeable y
el alimento se almacena en una atmsfera de HR mayor que la de
equilibrio, habr una migracin hacia el interior (higros-
copicidad), y la Aa se incrementar; por el contrario, si la humedad
externa es inferior, se deshidratar. Aun cuando el material de
empaque sea impermeable, la actividad del agua puede incrementarse
con la temperatura (figura 1.10). En cualquier caso, el alimento
ten- dr una Aa distinta que favorecer el crecimiento de
microorganismos o la velocidad de las reacciones indeseables. Por
otra parte, esta transferencia de agua tambin ocurre internamente
entre los cons- tituyentes de un alimento, como en las barras de
los cereales con algunos componentes de humedad intermedia. El
exterior es una galleta seca con 0.3 de Aa (bajo potencial qumico),
mientras que el relleno de frutas es de 0.7 (alto potencial
qumico), o ms. fste diferencial provoca la migracin de agua y la
hidratacin de la galleta, lo que conlleva a una reduccin de su
crujencia y facilita la oxidacin de sus grasas. Al reducirse el
contenido de humedad del relleno, su azcar cristaliza y libera ms
agua, lo que a su vez aumenta la Aa y acelera su migracin. Es
posible queun alimento tenga dos componentes, unocon 15% yotrocon
25% de agua, y la transferencia se haga del menor al mayor debido a
sus distintas Aa,y no con base en sus contenidos de agua. Adems de
los alimentos, muchos productos y preparaciones comerciales de
pigmentos y vitaminas alcanzan su mayor estabilidad cuando se les
ajusta la actividad del agua en el intervalo de los de humedad
intermedia. tCongelamiento de los alimentos De acuerdo con la
ecuacin de Arrhenius, la reduccin de la temperatura inhibe las
reac- ciones qumicas y enzimticas yel crecimiento microbiano, aun
cuando en la refrigeracin (4-10 'C) y en la congelacin(< OC)
tambin se desarrollan. Esto se debe, en pane, a que por
tenerdisueltas sustancias debajo peso molecular, como sales y
azcares, los alimentos pre- sentan zonas ricas en solutos cuya
temperatura de congelacin se abate considerablemente yno toda el
agua se convierte en hielo en el congelamiento,sino que quedan
secciones lqui- das ricas en solutos. En el microambiente de la
fase no congelable, diferente al resto del alimenro, se modifi- ca
el pH, la concentracin de reactivos, la Aa, la fuerza inica, la
viscosidad, el potencial de axidorreduccin, la solubilidad del
oxigeno, la tensin superficial, etc.; en consecuencia, a pesar de
la baja temperatura, en estas condiciones pueden ocurrir muchas
reacciones qw- micas como la desnaturalizacin de las protenas, la
oxidacin de los Upidos. la hidrlisis de la sacarosa, el
oscurecimiento no enzimtico, etctera. La estabilidad y las
propiedades de las macromolculas dentro de las clulas de los
alimentos dependen de la interaccin de sus grupos reactivos con la
fase acuosa que 24 los rodea; el congelamiento provoca un aumento
de 10 a 15% del volumen, altera esas www.freelibros.org
45. Agua interacciones y los cristales de hielo modifican la
textura en frutas, hortalizas y crnicos. La turgencia de los
tejidos est determinada por la presin hidrosttica de las clulas y
la membrana retiene el agua; por lo tanto, tambin se encarga de
mantener la frescu- ra. Los componentes de las membranas son
Hpoprotenas formadas por enlaces dbiles (puentes dehidrgeno y
uniones hidrfobas) muy dependientes de la temperatura, lo que
conlleva a su fcil disociacin y a la liberacin de agua durante el
descongelamiemo; esto ocasiona que los tejidos de Jos alimentos
pierdan su rigidez y frescura y,en ocasiones, se eliminen
nutrimentos, como vitami nas hidrosolubles, en el agua de
descongelamiento. Debido a esto, frutas refrigeradas,como las
fresas,se sirven parcialmente descongeladas en los restaurantes
para evitar que al consumidor le llegue un producto sin estrucrura
celular como ocurre cuando se descongela por completo. El
congelamiento de helados y similares requiere de un proceso que
implique la produccin de microcristales para que el producto final
se perciba terso y no arenoso por la produccin de cristales de
mayor tamao.19 La velocidad de congelamiento determina la formacin
y localizacin de los cristales de hielo; cuando se hace rpidamente
(unos cuantos minutos a muy baja temperatura), se producen muchos
cristales pequeos tipo aguja a lo largo de las fibras musculares de
la came por ejemplo; por el contrario, si se efecta en forma lenta,
se induce un menor n- mero de cristales pero de mayor tamao, de tal
manera que cada clula contiene una sola masa central de hielo. El
congelamiento lento es ms daino que el rpido ya que afecta, sobre
todo, la membrana celular y adems establece cristales
intercelulares que tienen la capacidad de unir las clulas e
integrar grandes agregados. Los cristales de hielo no mantienen un
tamao constante en el almacenamiento a bajas temperaturas,sino que
continan creciendo a expensas de los de menortamao, de- bido a que
stos tienen un rea mayor que los grandes que aumentan su presin de
vapor y. por lo tanto, las molculas de agua migran con mayor
facilidad. tDureza del agua Esta expresin alude a la concentracin
de calcio y magnesio disueltos en el agua, que se mide como
carbonato de calcio. Por ejemplo, un agua considerada dura contiene
180 partes por milln (ppm) o mg/kg de dureza, mientras que una
suave slo 60 ppm. El calcio y el magnesio influyen de diversas
formas en la cocina y en la industria, ya que forman carbonatos
ysulfatos que precipitan como puntos blancos en los recipientes en
los que se hierve el agua; afectan la panificacin al inhibir la
actividad de las levaduras; modifican el verde de la clorofila de
los vegetales cocinados; confieren un sabor alcalino al agua y a
las masas de panificacin; endurecen los chcharos yorros vegetales
con pectinas, en lugar de ablandarlos en la coccin, al establecerse
interacciones entre los polisacridos y los iones divalentes (vea el
captulo 2); en el escaldado de vegetales reduce la absorcin de agua
y modifica sus caractersticas de textura. Algunas regiones de Mxico
slo disponen de agua dura, de modo que las recetas de cocina deben
adaptarse a esa circunstancia; adems, esa agua no forma espuma con
los jabones ni con los detergentes usados para el baio o el lavado
de los utensilios de cocina. Adems de dificultar la limpieza de los
equipos industriales, este tipo de agua provoca que se deposite
carbonato y sulfato de calcio en las paredes de los
intercambiadores de calor, los pasteurizadores, las calderas, etc.,
con Jo que ocasionan una reduccin en el rea de transferencia de
calor. 25 www.freelibros.org
46. Oulmica de losalimentos 9Agua potable El consumo de agua no
potable esel origen de muchosproblemas de salud que aquejan a un
gran sector de la poblacin mundial, entre ellas enfermedades como
la parasitosis,el clera, Ja hepatitis y otras de tipo
gastrointestinal ocasionadas porbacterias, virus, lombrices intes-
tinales o vermes y protozoarios. La potabilizacin representa un
paso muy importante para evitar problemas como los que se refieren
y con ese propsitx> existen tecnologas adecuadas para aguas de
mar, pozo, ro y lago con diferentes contaminantes. Cabe indicar que
Ja congelacin no elimina a los agentes deletreos, por Jo que
consumir hielo fabricado con agua no potable resulta igual- mente
peligroso."' Con algunas variantes, la filtracin es el proceso de
purificacin ms utilizado porque elimina partculas grandes (como
arena y trozos de madera), hasta molculas muy peque- as, todo en
funcin de Ja abertura que tenga Ja malla filtrante. Las membranas
para la microfiltracin eliminan panculas suspendidas; las de Ja
ultrafiltracin separan microor- ganismos y macromolculas como
protenas y polisacridos, pero las de smosis inversa lo hacen con
sustancias tan pequeas como las sales disueltas en el agua de mar.
La filtracin se complementa con diversos mtodos para asegurar la
destruccin de microorganismos parogenos. Una manera comn consiste
en la adicin de cloro por ser un potente agente bactericida; se
utiliza el hipoclorito de sodio para que el agua llegue al
consumidor con una concentracin de 0.3 a 1.5 ppm de cloro hbre. Con
la ozonificacin se aprovecha el alto poder oxidante del ozono (O,)
que destruye bacterias, hongos y virus; es un gas muy inestable que
se convierte en oxgeno (0,), no se puede transportar y se genera
insitu en los ozonificadores mediante una descarga elctrica en el
aire. Otro mecanismo son laslmparas UV: cuya longitudde onda de 254
nanmetros (nm) tiene un efecto fotoqumico oxidarivo en el ADN de
Jos microorganismos, pero debido a que su accin es ms superficial y
poco penetrante, su aplicacin tiene algunas limitaciones. En el
mbito casero y en establecimientos de comida, antes de usar el agua
dorada por el municipiose le hace circular a travs de filtros
purificadores fabricados a base de carbn activado y resinas de
intercambio inico. El primero se elabora al calentar madera o csca-
ras de coco o de nuez en ausencia de oxgeno para que no se quemen,
con lo que se forma una masa porosa de gran rea superficial en Ja
que quedan adsorbidos Jos olores y sabores desagradables. Esta
capacidad de retener gases es tan grande,que el carbn activado se
usa en medicamentos contra la flatulencia. Cabe mencionar que el
bicarbonato de sodio que se coloca en Jos refrigeradores realiza Ja
misma funcin desodorizante, con la ventaja de que se regenera con
un ligero calentamiento. Por su parte, las resinas son pequeas
panculas de plstico que intercambian sus iones de sodio y de
hidrgeno por Jos disueltos en el agua con carga positiva, como el
calcio y el magnesio de las aguas duras, ascomo el plomo,cobre,
mercurio, zinc y cadmio. 9Agua en la industria alimentaria El agua
tiene mltiples aplicaciones en la industria de alimentos; se emplea
en Ja produc- cin, en Ja formulacin, en el transpone de vegetales,
en Ja generacin de vapor, en los ser- vicios (baos, regaderas,
riego, etc.), en los sistemas de enfriamiento, en el lavado de
equipo 26 y maquinaria, etc. Su extraccin se vuelve cada da ms
complicada ycostosa,sobre todo en www.freelibros.org
47. Agua pases como Mxico, donde se deben perforar varios
cientos de metros para alcanzarel pre- ciado lquido. Por estas
razones es de suma importancia implementar programas de ahorro, as
como de optimizacin de procesos y reutilizacin para disminuir el
consumo. En muchas ocasiones el agua es la causa de reacciones que
reducen las propiedades sensoriales y el valor nutritivo de los
alimentos, por lo que es necesario tener un control adecuado de su
calidad, sobre todo de la que est en contacto directo.Noslo los
microorga- nismos presentes pueden causar daos, sino que las sales
y los iones que contiene tambin ocasionan problemas, como es el
caso del hierro que cataliza las reacciones de oxidacin de molculas
insaturadas, Jo que produce rancidez y decoloracin de diferentes
pigmentos. Asimismo, el cobre tambin propicia reacciones semejantes
y de destruccin de vitarrnas, como la C. La reactivacin de algunas
enzimas de los alimentos tratados trmicamente pue- de acelerarse
con Ja presencia de cationes como calcio y magnesio, que provienen
del agua empleada. Las aguas de pozos profundos contienen muchos
bicarbonatos de hierro y man ganeso que son solubles e incoloros,
pero que al oxidarse en presencia de aire producen precipitados de
color amarillo-rojo y gris-negro por la formacin de sus respectivos
hidrxi dos. Debido a la contaminacin industrial de los mantos
acuferos, el agua tambin puede impregnarolores y sabores
indeseables a Jos alimentos. El cloro y Jos fenoles se perciben en
concentraciones menores a 1 ppm. As como en Ja industria
alimentaria se consume mucha agua, tambin se generan efluentes que
contaminan ros, lagos, mantos acuferos, mares, etc., si previamente
no son tratados. Esta contaminacin es muy significativa en trminos
de la gran variedad de com puestos y del enorme impacto que tienen
en Jos ecosistemas. Las autoridades requieren que se cumpla con los
valores lmite de ciertos parmetros para poder descargar las aguas
residuales, tales como grasas y aceites, slidos sedimentables, pH,
temperatura, diversos elementos (As, Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb, Zn),
demanda biolgica de oxigeno, slidos suspendidos totales y demanda
qumica de oxgeno. Para cumplircon esos parmetros, se emplean
diversos procesos fsicos (sedimentacin, flotacin), qumicos
(coagulacin, cambio inico y ajuste de pH) y biolgicos (digestin mi-
crobiana), por lo general en combinacin. En Jos dos primeros se
utilizan las propiedades fsicas y qumicas de los propios residuos
para separarlos, mientras que en el biolgico los efluentes orgnicos
son inoculados con microorganismos para producir biomasa que poste-
riormente se separa como un slido humedecido. Las aguas tratadas
provenientes de estos sistemas se reutilizan en diversos servicios
de las fbricas, como en calderas, riego, baos, etc., con lo cual se
contribuye a reducirJa sobreexplotacin de los mantos acuferos. 27
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48. Oulmica de losalimentos Referencias bibliogrficas
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51. Salvador Badui Dergal Hidratos de carbono Introduccin E n
sus orgenes, el trmino hidratos de carbono (del ingls mrbohydrate;
en espaol car- bohidrato) se refera a compuestos nicamente a base
de tomos de carbono con igual nmero de molculas de agua; es
decir,se representaban con una frmula condensada genrica de
C,(H,O), como sucede con la glucosa, la galactosa y la fructosa:
c.(H,o). Sin embargo, actualmente se aplica a una gran familia de
sustancias que, adems de carbono, hidrgeno yoxgeno, contienen
elementos como azufre, fsforo y nitrgeno. Su estructura es de
polihidroxialdehdo o de polihidroxicetona, es decir, contienen mu-
chos grupos hidroxilos; son los compuestos orgnicos ms abundantes
en la naturaleza y tambin los que ms consume el serhumano, dado que
en muchos pases representan 80% o ms de la dieta. Se encuentran
principalmente en el reino vegetal y en menor proporcin en el
animal. Su origen comn es la glucosa (del griego gleukos, vino
dulce) proveniente de la fotosntesis, es decir, de la transformacin
del bixido de carbono y elagua por los efectos de la luz solar en
presencia de la clorofila de los cloroplastos en las plantas
verdes. En este complejo proceso la energa radiante del solse
transforma en energa qumica, que a su vez se almacena en forma de
hidratos de carbono,sobre todo almidn, adems de que se produ- ce el
vitaloxigeno (figura 2.1). e 31 www.freelibros.org
52. Oulmica de losalimentos Figura2.l Qclo del bixido de
carbonoy fotosntesis. 801 o ~/ co, atmostrico foloslntesls
Fotosfnlesls oxigeno 90&lJl18 6C02 + 12 H,0 luminosa bilclo de
carbono oombusti6n de energtic:os C2H120 8 +60,+ SH,O glucosa too
De acuerdo con su tamao molecular, Jos dentos de hidratos de
carbono existentes en la naturaleza se clasifican en
monosacridos,oligosacridos y polisacridos (cuadro 2.1). CUADR02.1
Clasificacin de los hidratos de carbono en alimentos a) Mmosacridos
(1 unidad de azcar) Pentosas: xilosa, arabinosa. nbosa, Hexosas:
aldohexosas: glucosa,galactosa, manosa c:etohexosas:
fructosa,sotbosa e) Polisacdridos (mds de 10 unidades de azcar) b)
Oligosacridos (de 2 a10 unidades d