Conceptes Clau de Química i Tecnologia Alimentària: Guia Essencial

Activitat de l'Aigua (Aw): Definició i Factors

L'activitat de l'aigua (Aw) és una mesura de l'aigua lliure disponible en un aliment per a processos microbiològics, químics i físics. No mesura la quantitat total d'aigua, sinó la proporció d'aigua que no està lligada químicament a altres molècules i que està disponible per a promoure el creixement de microorganismes (com bacteris, llevats i fongs), així com per a reaccions químiques (com l'oxidació).

Valors de l'Activitat de l'Aigua

• Adopta valors de 0 a 1.
• 0: No hi ha disponibilitat d'aigua.
• 1: Aigua pura.

Factors dels quals depèn l'Aw

• Quantitat d'aigua.
• Composició de l'aliment.
• pH i força iònica.
• Temperatura.
• Granulometria o porositat.

Isotermes de Sorció

Les isotermes de sorció són corbes que relacionen el contingut d'aigua amb l'activitat de l'aigua a una temperatura donada. Si la temperatura canvia, la corba també canvia.

Hidròlisi de Proteïnes: Mecanismes i Impacte Nutricional

La hidròlisi de proteïnes és el trencament de l'enllaç peptídic per l'addició d'una molècula d'aigua.

Mecanismes de Producció

• Químics: Hidròlisi àcida i hidròlisi bàsica (alcalina).
• Bioquímic: Hidròlisi enzimàtica.

Efectes sobre les Propietats i el Valor Nutricional

• Pèrdua de propietats: La hidròlisi implica la pèrdua de l'estructura primària, resultant en fragments de proteïna o aminoàcids lliures.
• Valor nutricional: Depèn de si les condicions afecten la integritat dels aminoàcids.
  • Hidròlisi àcida: Afecta lleugerament, ja que es perden alguns aminoàcids essencials.
  • Hidròlisi alcalina: Afecta molt, ja que es destrueixen aminoàcids essencials (arginina, lisina i cisteïna) i es produeix racemització (transformació de la forma L a D de l'aminoàcid).
  • Hidròlisi enzimàtica: No afecta gens el valor nutricional.

Aroma i Fermentació Làctica

Què és l'Aroma?

L'aroma és el conjunt de molècules volàtils característiques d'una substància que produeix l'olor pròpia. Es percep a la cèl·lula pituïtària (al sostre del nas) on uns pèls interaccionen amb les molècules. Quan mengem, s'activa l'aroma retro-nasal. Està molt relacionat amb la memòria i les sensacions.

Diferència en la Fermentació Làctica

La diferència entre les vies de fermentació làctica és:

• Via homofermentativa: Només produeix lactat.
• Via heterofermentativa: Produeix lactat, etanol i CO₂.

Polimorfisme Cristal·lí dels Triglicèrids

És la capacitat de cristal·litzar en diferents estructures o sistemes cristal·lins depenent de la temperatura i la velocitat de cristal·lització.

Estructures Cristal·lines

• Estructura alfa (α): Menys estable i cristal·lització més ràpida. Resulta en un punt de fusió baix.
• Estructura beta prima (β'): Es forma amb salts de temperatura. Resulta en un punt de fusió mitjà.
• Estructura beta (β): Cristal·lització més lenta i és la més estable. Resulta en un punt de fusió alt.

Propietats Afectades

Pot afectar l'aparença, la textura i la plasticitat de l'aliment.

Flavor, Gust i Aroma: Diferències Clau

Què és el Flavor?

El flavor és el conjunt de propietats percebudes quan consumim l'aliment: aroma, gust, oïda i tacte.

Diferència entre Gust i Aroma

La principal diferència és el lloc de percepció:

• Gust: Es percep amb la llengua, concretament a les papil·les gustatives.
• Aroma: Es percep amb el nas, concretament a la cèl·lula pituïtària.

Característiques de les Molècules Portadores

• Aroma: Han de ser molècules volàtils.
• Gust: Han de ser molècules no volàtils, però han de ser hidrosolubles per poder dissoldre's en la saliva i interaccionar amb les papil·les gustatives.

Feofitització de la Clorofil·la

Definició i Condicions

La feofitització és la pèrdua de magnesi de la molècula de clorofil·la, el qual és substituït per dos protons. Això comporta la transformació de clorofil·la a feofitina (color marró/oliva).

Es produeix en medi àcid i amb escalfament.

Com es pot evitar?

Es pot evitar amb l'addició de bicarbonat (mantenint un pH neutre o lleugerament alcalí).

Diferències Composicionals entre Carn i Peix

Congelació i Desnaturalització de Proteïnes

Sí, la congelació d'aliments pot provocar la desnaturalització de proteïnes.

Això es produeix per l'augment de la concentració salina i la disminució del pH. Aquests canvis es donen perquè, en congelar-se l'aigua lliure, augmenta la concentració de soluts en la fase no congelada.

Dissolució vs. Dispersió Col·loidal

Diferències

Definició de Dispersió Col·loidal

És la dispersió de partícules que constitueixen la fase dispersa (medi intern), homogèniament distribuïda en una fase fluida anomenada fase contínua (medi extern).

Impacte de la Congelació i Descongelació en la Qualitat

Congelació

La congelació és un tractament de conservació que es produeix quan es porta un aliment a una temperatura propera al punt de congelació dels fluids cel·lulars. Els seus efectes són:

• Baixa temperatura: Disminució de la velocitat de reacció.
• Baixa activitat d'aigua (Aw): Congelació de l'aigua lliure i augment de la concentració de soluts, impedint el desenvolupament de microorganismes.

La congelació pretén impedir el creixement microbià, disminuir la velocitat de les reaccions químiques o impedir-les, i disminuir l'activitat enzimàtica.

Descongelació

Durant el procés de descongelació es pot produir una proliferació de microorganismes, ja que la congelació no els destrueix, sinó que n'inhibeix el creixement.

Pigments Responsables del Color de la Carn

Els pigments responsables del color vermell de la carn són els derivats del grup HEMO, que es tracta d’un anell porfirínic amb un ió ferrós (Fe²⁺) unit a una proteïna amb estructura globular.

Mioglobina vs. Hemoglobina

• Mioglobina: L'anell es troba unit a dues histidines (estructura terciària). Es troba al múscul i és el responsable del seu color vermell.
• Hemoglobina: Té estructura quaternària. És l'encarregada de transportar l'O₂ a la sang i li dóna la coloració vermellosa.

La seva funció es diferencia respecte a la pressió parcial d'O₂.

Canvis de Color en la Carn Tallada

Quan un tall de carn s'exposa a l'aire:

• Superfície (Condicions aeròbiques): El ferro de l'anell porfirínic forma un enllaç covalent coordinat amb l'O₂ (Oxomioglobina) → Color vermell brillant.
• Centre (Condicions anaeròbiques): El ferro no es pot lligar a l'oxigen; la mioglobina es manté en estat original (Fe²⁺) → Color porpra (vermell/blau).
• Oxidació: Si les condicions no són adequades, la mioglobina s'oxida a Fe³⁺ (Metmioglobina), que no pot lligar-se a l'oxigen → Color marronós (procés irreversible).

Factors d'Estabilitat d'un Sistema Col·loidal

L'estabilitat d'un sistema col·loidal depèn de l'equilibri entre les forces d'atracció (Van der Waals) i les de repulsió:

• Càrrega elèctrica (Repulsió electrostàtica): Les partícules de la mateixa càrrega es repel·leixen, evitant que s'ajuntin (coagulin).
• Hidratació (Capa de solvatació): Una capa de molècules d'aigua al voltant de la partícula actua com a barrera física.
• Presència d'agents de superfície (Emulgents): Redueixen la tensió superficial i formen una pel·lícula protectora al voltant de les partícules disperses.
• Viscositat del medi: Un medi més viscós dificulta el moviment i la col·lisió de les partícules.

Lipòlisi: Definició i Efectes en els Greixos

Definició

La lipòlisi és la hidròlisi dels triglicèrids (greixos) que allibera àcids grassos lliures i glicerol. Pot ser catalitzada per enzims (lipases) o per l'acció de la calor i la humitat.

Efecte

Provoca l'anomenada rancidesa hidrolítica. Altera l'aroma i el sabor de l'aliment (sabors picants o de sabó) i pot reduir el punt de fum dels olis per fregir.

Carbohidrats Reductors i No Reductors

• Reductors: Són aquells que tenen el seu grup carbonil (aldehid o cetona) lliure (Exemples: glucosa, fructosa, lactosa).
• No Reductors: Tenen el grup carbonil compromès en un enllaç glicosídic (Exemple: sacarosa).

Relació amb l'Enfosquiment

• Enfosquiment enzimàtic: Els carbohidrats no hi participen directament (afecta compostos fenòlics).
• Enfosquiment no enzimàtic (Reacció de Maillard): Els sucres reductors són essencials, ja que interaccionen amb grups amino.

Envasament d'Aliments: Finalitat i Interaccions

Finalitat de l'Envasament

• Protegir l'aliment de factors externs (llum, oxigen, microorganismes, cops).
• Allargar la vida útil.
• Informar el consumidor.

Interaccions Envàs-Aliment

• Migració: Transferència de components de l'envàs cap a l'aliment (Exemples: monòmers de plàstic o metalls).
• Sorció (Scalping): L'envàs absorbeix components aromàtics o greixos de l'aliment, provocant una pèrdua d'intensitat de sabor.
• Permeabilitat: Intercanvi de gasos (O₂, CO₂) o vapor d'aigua entre l'exterior i l'interior a través de l'envàs.

Classificació de Carbohidrats (Exemples)

Dels tres carbohidrats representats (sense imatges, basant-nos en la descripció):

1. És un monosacàrid, reductor.
2. És un disacàrid, reductor (perquè té un carboni anomèric lliure).
3. És un disacàrid, no reductor (Sacarosa).

Comparativa de Mètodes d'Hidròlisi de Proteïnes

Hidròlisi Àcida

• Condicions: pH molt àcid, concentracions elevades d’àcids forts, temperatures elevades d’ebullició i temps molt llarg.
• Efecte: Produeix pèrdues d’aminoàcids essencials.

Hidròlisi Enzimàtica

• Mètode: La combinació d’endopeptidases i exopeptidases és el millor sistema per hidrolitzar.
• Efecte: No afecta els aminoàcids de cap tipus.
• Inconvenient: No és el més utilitzat pel cost econòmic.

Hidròlisi Alcalina

• Condicions: pH molt alcalí, temperatura d’ebullició durant aproximadament 6 hores.
• Efecte: Destrucció de l’arginina, lisina i cisteïna, i es produeix racemització.

Enfosquiment Enzimàtic i No Enzimàtic

Enfosquiment Enzimàtic

És l'aparició de molècules pigmentants a causa d'una reacció catalitzada per un enzim endogen.

Mecanisme de la Reacció

En presència d'un enzim (Polifenol oxidasa), es produeix la transformació de fenol en ortodifenol i, posteriorment, l'oxidació a quinona. La quinona polimeritza sense presència de l'enzim, generant pigments marrons.

Molècules Afectades

Els polifenols i difenols pateixen l'enfosquiment enzimàtic.

Valor Nutricional

No afecta el valor nutricional.

Enfosquiment No Enzimàtic (Reacció de Maillard)

És una reacció exclusiva de carbohidrats reductors (amb grup carbonil anomèric lliure).

No obstant això, molècules no reductores com la sacarosa, a temperatures elevades (>90°C) i durant períodes llargs, s'hidrolitzen. Aquest trencament de l'enllaç glicosídic allibera glucosa i fructosa (dos monosacàrids reductors) que seran capaços de patir la Reacció de Maillard.

Mutarotació en Carbohidrats

La mutarotació és el canvi en l'angle de rotació específica fins a assolir l'equilibri en dissolució.

Té lloc quan una molècula té dos grups funcionals (grup hidroxil -OH i grup carbonil) que tenen tendència a reaccionar entre ells, formant estructures cícliques. Es dóna en tots els carbohidrats reductors.

Funcions dels Nutrients en els Aliments

Macronutrients

• Carbohidrats: Proporcionen energia (funció energètica), especialment glucosa, la font primària d'energia per al cervell i els músculs.
• Lípids (Greixos): Aporten energia (funció energètica) i greixos essencials per a la formació de membranes cel·lulars. També tenen funció plàstica en la protecció d'òrgans i l'emmagatzematge energètic.
• Proteïnes: Compleixen una funció plàstica, ja que són necessàries per al creixement, manteniment i reparació de teixits. També poden actuar com a font d'energia en absència de carbohidrats.

Micronutrients

• Vitamines i minerals: Tenen funcions reguladores, ja que controlen processos metabòlics clau. Les vitamines actuen com a coenzims, i els minerals són necessaris per a estructures (com ossos i dents) i per regular funcions corporals (com el transport d'oxigen).

Propietat Funcional d'Ingredients Alimentaris

Una propietat funcional és una característica d'un ingredient que justifica la seva utilització més enllà de les seves propietats nutritives.

Exemples

• Els polisacàrids poden actuar com a gelificants o espessidors.
• Les proteïnes poden ajudar en la formació d'escumes o emulsions.