Propiedades del Agua y Carbohidratos en la Química de Alimentos

Propiedades Físicas y Diagrama de Fases del Agua

El punto triple del agua ocurre aproximadamente a 0.01 °C y 4.6 mmHg. En un diagrama de fases, este punto representa las condiciones de presión y temperatura en las que coexisten en equilibrio los estados sólido, líquido y gaseoso.

El Diagrama de Fases

• Eje X: Representa la temperatura.
• Línea de fusión: Separa las fases sólida y líquida.
• Usos del diagrama: Permite determinar el punto de ebullición, identificar el punto de fusión/congelación y localizar el punto triple.

Propiedades Coligativas y Térmicas

El comportamiento del agua cambia significativamente ante la presencia de solutos o cambios en la presión atmosférica:

• Altitud: Cuando aumenta la altitud, la presión atmosférica disminuye y, por lo tanto, el punto de ebullición del agua disminuye.
• Depresión del punto de congelación: Ocurre al agregar un soluto al agua.
• Aumento del punto de ebullición: Se produce cuando se disuelve un soluto no volátil (como la sal o el azúcar).
• Calor específico: El calor específico del agua líquida es de aproximadamente 1 cal/g°C. Esta propiedad explica la estabilidad térmica de los alimentos con alto contenido acuoso, ya que el agua absorbe gran cantidad de calor durante la cocción.

Actividad de Agua (a_w) y Conservación

La actividad de agua (a_w) es un parámetro crítico en la química de alimentos. Se define como la relación entre la presión de vapor del alimento y la del agua pura a la misma temperatura.

Conceptos Clave de la a_w

• Rango de valores: Los valores posibles oscilan entre 0 y 1.
• Método de determinación: Se utiliza principalmente la medición de la presión de vapor.
• Agua ligada: Es el agua que se une a las macromoléculas mediante enlaces de hidrógeno, lo que reduce su disponibilidad para reacciones químicas o crecimiento microbiano.
• Reducción de la a_w: Se logra principalmente mediante la adición de solutos como sal o azúcar, o mediante procesos de deshidratación.

Impacto en la Microbiología y Estabilidad

• Microorganismos patógenos: Suelen crecer a valores de a_w superiores a 0.85.
• Levaduras osmófilas: Pueden desarrollarse en alimentos con una a_w de 0.65.
• Liofilización: Proceso de conservación que consiste en congelar el producto y luego evaporar el agua por sublimación.
• Humedad vs. a_w: Es importante notar que el contenido total de humedad no siempre indica la disponibilidad de agua para los microorganismos; para ello se requiere conocer la a_w.

Carbohidratos en la Industria Alimentaria

Los carbohidratos desempeñan funciones estructurales, edulcorantes y funcionales en los sistemas alimenticios.

Azúcares y Jarabes

• Jarabes de maíz de alta fructosa: Se obtienen mediante la isomerización de glucosa a fructosa.
• Azúcares reductores: Poseen un grupo aldehído o cetona libre, lo que les permite participar en reacciones de pardeamiento. Ejemplos: Alfa-Glucosa, L-Fructosa, Ribosa y D-Galactosa.
• Caramelización: Ocurre por la degradación térmica y oxidación de los azúcares.
• Humectantes: Los azúcares se utilizan frecuentemente para retener humedad en los productos.

Polisacáridos y Estructura

• Almidón: Compuesto por amilosa y amilopectina (esta última se caracteriza por ser ramificada).
• Gelatinización: Ocurre cuando el almidón se calienta en presencia de agua, rompiendo su estructura granular.
• Retrogradación: Proceso donde las moléculas de amilosa se reordenan y expulsan agua (sinéresis).
• Dextrina: Se forma por la hidrólisis parcial del almidón.
• Pectina: Polisacárido presente en las frutas cuya función principal es formar geles.
• Oligosacáridos: Son valorados nutricionalmente porque funcionan como prebióticos.

Reacciones Químicas y Textura

La Reacción de Maillard

Es una reacción de pardeamiento no enzimático que ocurre entre un azúcar reductor y un aminoácido. El agua influye en este proceso favoreciendo la reacción a valores intermedios de a_w. Un exceso de esta reacción puede reducir la biodisponibilidad de aminoácidos esenciales.

Textura y Calidad

• CRA (Capacidad de Retención de Agua): Un alto valor de CRA en la carne indica una mejor textura y jugosidad.
• Formación de geles: El agua contribuye a la textura de alimentos como la gelatina al formar redes tridimensionales hidratadas.
• Congelación: La formación de grandes cristales de hielo en productos congelados puede dañar las células del alimento, afectando su textura final.

Estructuras Químicas:

Formación del Enlace Beta-Glucosídico

El enlace glucosídico es fundamental para la formación de disacáridos y polisacáridos.