Industria alimenticia y procesos biológicos

La industria alimenticia moderna integra conocimientos de química orgánica, bioquímica y microbiología para comprender y controlar los procesos responsables del color, sabor, aroma y valor nutricional de los alimentos. Estos factores determinan la aceptación del consumidor, la calidad nutricional y la estabilidad de los productos durante su procesamiento y almacenamiento.

1. Aromas y sabores. Mecanismos de producción

Concepto

Los aromas y sabores son propiedades sensoriales que dependen de compuestos químicos volátiles y no volátiles presentes en los alimentos. Estos compuestos estimulan los receptores olfativos y gustativos, generando la percepción sensorial.

Tipos de compuestos responsables

• Aldehídos

• Cetonas

• Ésteres

• Alcoholes

• Ácidos orgánicos

• Compuestos azufrados

• Terpenos

Mecanismos de producción

a) Reacciones enzimáticas

Ocurren naturalmente en frutas, verduras y tejidos animales.
Ejemplos:

• Conversión de aminoácidos en aldehídos y alcoholes aromáticos.

• Formación de compuestos volátiles en frutas maduras.

• Reacciones catalizadas por lipasas y proteasas.

b) Reacciones de Maillard

Reacción entre azúcares reductores y aminoácidos durante el calentamiento.
Produce:

• Color marrón (pardeamiento no enzimático)

• Aromas característicos de pan, café, carne asada

c) Caramelización

Descomposición térmica de azúcares.
Produce:

• Aromas dulces

• Colores marrones

d) Fermentación microbiana

Microorganismos producen:

• Alcoholes (etanol)

• Ácidos orgánicos (ácido láctico, acético)

• Ésteres aromáticos

Ejemplo:

• Yogur → ácido láctico

• Pan → compuestos aromáticos del fermento

2. Microelementos y macroelementos. Importancia

Los elementos químicos presentes en los alimentos se clasifican según su cantidad requerida por el organismo.

Macroelementos

Requeridos en grandes cantidades (>100 mg/día).

Ejemplos:

• Calcio (Ca)

• Fósforo (P)

• Magnesio (Mg)

• Sodio (Na)

• Potasio (K)

• Cloro (Cl)

Funciones

• Formación de huesos y dientes

• Regulación osmótica

• Transmisión nerviosa

• Contracción muscular

Microelementos (oligoelementos)

Requeridos en pequeñas cantidades (<100 mg/día).

Ejemplos:

• Hierro (Fe)

• Zinc (Zn)

• Cobre (Cu)

• Yodo (I)

• Selenio (Se)

• Manganeso (Mn)

Importancia

• Cofactores enzimáticos

• Transporte de oxígeno (Fe en hemoglobina)

• Síntesis hormonal (yodo en hormonas tiroideas)

• Actividad antioxidante

La deficiencia o exceso de estos elementos puede generar enfermedades nutricionales.

3. Color y estructura química

El color en los alimentos depende de moléculas orgánicas con estructuras conjugadas capaces de absorber luz visible.

Cromóforos

Son grupos funcionales responsables del color al absorber radiación visible.

Ejemplos:

• C=C (dobles enlaces conjugados)

• C=O

• N=N (azo)

• NO₂

• Anillos aromáticos conjugados

Mientras mayor conjugación electrónica, más intenso el color.

Auxocromos

Grupos que modifican o intensifican el color del cromóforo.

Ejemplos:

• –OH

• –NH₂

• –SO₃H

• –COOH

Estos grupos:

• Aumentan la solubilidad

• Intensifican el color

• Desplazan la absorción de luz

4. Diazocompuestos y sales de diazonio

Diazocompuestos

Contienen el grupo funcional:

$$–N=N–$$

Son importantes en la síntesis de colorantes azoicos.

Sales de diazonio

Se forman al reaccionar aminas aromáticas con ácido nitroso en medio ácido y bajas temperaturas.

Ejemplo general:

$$ArNH_2 + HNO_2 → ArN_2^+Cl^- + H_2O$$

Importancia

• Intermediarios en síntesis de colorantes

• Usados en la industria textil y alimentaria (algunos derivados)

5. Clasificación de los colorantes

A. Colorantes naturales

Provienen de plantas, animales o minerales.

Ejemplos

• Clorofila (verde)

• Carotenoides (amarillo-naranja)

• Antocianinas (rojo-morado)

• Curcumina (amarillo)

• Betalaínas (rojo)

Ventajas

• Mayor aceptación del consumidor

• Menor toxicidad

Desventajas

• Menor estabilidad térmica

• Sensibles a pH y luz

B. Colorantes sintéticos

Obtenidos por síntesis química.

Ejemplos

• Tartrazina

• Amarillo ocaso

• Azul brillante

• Rojo allura

Ventajas

• Mayor estabilidad

• Colores intensos

• Bajo costo

Desventajas

• Posibles reacciones alérgicas

• Regulación estricta

6. Estructura y reacciones de pigmentos naturales

Antocianinas

Pigmentos flavonoides solubles en agua.

Colores según pH

• Ácido: rojo

• Neutro: violeta

• Básico: azul

Reacciones

• Cambios de color con pH

• Oxidación

• Complejos con metales

Flavonoides

Compuestos fenólicos antioxidantes.
Funciones:

• Protección contra radicales libres

• Coloración vegetal

Carotenoides

Pigmentos liposolubles con múltiples dobles enlaces conjugados.

Ejemplos:

• Beta-caroteno

• Licopeno

• Luteína

Funciones:

• Precursores de vitamina A

• Antioxidantes

Colorantes azoicos

Contienen grupo:

$$–N=N–$$

Producen colores:

• Rojos

• Amarillos

• Naranjas

7. Colorantes permitidos por la Food and Drug Administration (FDA)

La FDA regula el uso de colorantes en alimentos para garantizar seguridad.

Colorantes sintéticos permitidos (FD&C)

• FD&C Red No. 40

• FD&C Yellow No. 5 (Tartrazina)

• FD&C Yellow No. 6

• FD&C Blue No. 1

• FD&C Blue No. 2

• FD&C Green No. 3

Colorantes naturales permitidos

• Annatto (achiote)

• Caramelo

• Beta-caroteno

• Curcumina

• Extracto de remolacha

Criterios de aprobación

• No toxicidad

• Estabilidad

• No producir efectos adversos

• Evaluación científica previa

La química de los alimentos integra procesos biológicos y químicos que determinan color, sabor, aroma y valor nutricional. El estudio de pigmentos, microelementos, reacciones químicas y aditivos permite desarrollar alimentos seguros, atractivos y nutritivos. La regulación por organismos como la FDA garantiza la protección del consumidor y el uso adecuado de aditivos en la industria alimentaria.