¿Qué es la química alimentaria y cómo se estudian los componentes de los alimentos?

En este artículo se examinan los fundamentos científicos de la química alimentaria, su evolución histórica desde el siglo XVIII y las propiedades químicas y físicas de sus componentes esenciales, como el agua, los lípidos, los carbohidratos, las proteínas y los minerales.

¿Cuáles son los orígenes históricos y el desarrollo de la química alimentaria?

La química alimentaria comenzó a gestarse de forma paralela a los inicios de la química moderna a finales del siglo XVIII, cuando diversos investigadores empezaron a examinar productos destinados al consumo humano. Entre las figuras iniciales destaca el químico sueco Carl Wilhelm Scheele, quien entre 1780 y 1785 descubrió propiedades de la lactosa, aisló el ácido cítrico del zumo de limón, estudió la oxidación del ácido láctico y obtuvo ácido málico de las manzanas. Posteriormente, Sir Humphry Davy publicó en 1813 el primer libro que relacionaba la disciplina con la agricultura, titulado Elements of Agricultural Chemistry. En 1874 se constituyó en el Reino Unido la Society of Public Analysts, un hito clave que impulsó la estandarización de los métodos analíticos, aunque la disciplina no adquirió su perfil definitivo hasta entrado el siglo XX.

¿Qué papel fundamental desempeña el agua en la estructura y conservación de los alimentos?

El agua es un componente esencial que se encuentra tanto en medios intracelulares como extracelulares en vegetales y productos de origen animal. Actúa fundamentalmente como un medio de dispersión y un disolvente para una amplia variedad de sustancias químicas. Su análisis detallado permite controlar la química del deterioro microbiano y regular procesos de conservación como el secado o la congelación. Asimismo, la concentración acuosa influye de manera directa en la textura de los alimentos a través de la denominada actividad acuosa, mientras que un control inadecuado de la congelación puede provocar la desestabilización de emulsiones o daños irreversibles en los tejidos celulares.

¿Cómo se clasifican y qué reacciones experimentan los lípidos en los alimentos?

Los lípidos se definen mayoritariamente como ésteres derivados de ácidos grasos y glicerol, constituyendo casi el 99% de las grasas presentes en animales y plantas. En nutrición y tecnología de alimentos, se suelen clasificar según su origen en grasas animales —que abarcan depósitos de mamíferos, grasas lácteas y aceites marinos— y grasas vegetales, extraídas de semillas, cáscaras o huesos de frutos. Entre las transformaciones químicas más relevantes de los lípidos se encuentran la hidrólisis, que libera ácidos grasos libres y puede generar mal sabor; la saponificación, proceso de hidrólisis química mediante una lejía que produce jabones; la pirólisis por altas temperaturas; y la oxidación de aceites insaturados, responsable del enranciamiento y de fenómenos de polimerización.

¿De qué manera contribuyen los carbohidratos a la nutrición y a la industria agroalimentaria?

Los hidratos de carbono son compuestos altamente disponibles, económicos y abundantes que se presentan de forma natural o como ingredientes añadidos en una enorme variedad de productos. Compuestos digeribles como el almidón, la lactosa, la sacarosa, la glucosa y la fructosa aportan entre el 70% y el 80% de las calorías en la dieta humana a nivel global, cumpliendo una función primordialmente energética debido a su facilidad de metabolización. Aunque el organismo humano puede sintetizar azúcares a partir de otros metabolitos, el consumo de carbohidratos resulta fundamental en la práctica dietética. Además, la industria agroalimentaria los emplea de forma masiva como material de relleno de bajo costo debido a su producción a gran escala.

¿Cómo se estructuran y clasifican las proteínas y los aminoácidos en la química alimentaria?

Las proteínas son complejos polímeros formados por la unión de 21 aminoácidos mediante enlaces peptídicos, presentes tanto en fuentes animales como vegetales. Su calidad nutricional depende de la disponibilidad y cantidad de aminoácidos esenciales que contienen, siendo por regla general superiores las proteínas animales frente a las vegetales. Atendiendo a sus propiedades de solubilidad y comportamiento fisicoquímico, las proteínas se dividen tradicionalmente en tres grandes categorías: las proteínas simples, que al someterse a electrólisis liberan únicamente aminoácidos e incluyen albúminas, globulinas, glutelinas, prolaminas, escleroproteínas, histonas y protaminas; las proteínas conjugadas, que combinan cadenas proteicas con componentes no proteicos como lípidos o carbohidratos en fosfoproteínas, lipoproteínas, glicoproteínas y cromoproteínas; y las proteínas derivadas, originadas por modificaciones químicas o enzimáticas primarias y secundarias.

¿Qué importancia tienen el color, el sabor y los aditivos en los alimentos procesados?

El color y el sabor son parámetros sensoriales determinantes para el atractivo del consumidor y actúan como indicadores del estado de conservación y de las reacciones químicas ocurridas durante el procesado, tales como la caramelización o la reacción de Maillard. El color se evalúa mediante análisis sensoriales o espacios cromáticos normados e incluye compuestos naturales como clorofilas, carotenoides, antocianinas y flavonoides, además de colorantes artificiales añadidos. Por su parte, el sabor resulta de la interacción de compuestos químicos solubles en agua o saliva con las papilas gustativas, combinando estímulos gustativos, olfativos por vía retronasal y térmicos. Para mejorar estas propiedades sensoriales y extender la vida útil de los productos, la industria utiliza aditivos alimentarios, regulados normativamente mediante códigos específicos como los números E en la Unión Europea o la clasificación GRAS en Estados Unidos.

Sources & Further Reading

de Man, John M.; Finley, John W.; Hurst, W. Jeffrey; Lee, Chang Yong. Principles of Food Chemistry. 4ª ed., Springer, 2018. ISBN: 9783319636054.

Fennema, Owen R. Food Chemistry. 3ª ed., Marcel Dekker, 1996.

Potter, Norman N.; Hotchkiss, Joseph H. Ciencia de los alimentos. 5ª ed., Acribia, S.A., 1999. ISBN: 9788420008912.

O'Brien, J.; Morrissey, P. A. «Nutritional and toxicological aspects of the Maillard browning reaction in foods». Critical Reviews in Food Science and Nutrition, vol. 28, n.º 3, 1989, pp. 211-248.