La alimentación es una de las funciones básicas de todo ser vivo. Para los humanos, siempre ha sido fundamental puesto que nos ha ayudado a impulsar nuestro sistema biológico, así como ha contribuido a la evolución de las diferentes civilizaciones. De este modo, ha desempeñado un papel fundamental en todas y cada una de las etapas del progreso humano.
A raíz de la industrialización en el siglo XIX, la alimentación también experimentó ciertas transformaciones, ya que se buscaba obtener productos rápidos y convenientes de producir, cosa que supuso un cambio en la nutrición y en el sistema de producción de alimentos, con consecuencias tanto para la salud como para el medioambiente.
La química está presente en muchos planos de nuestra vida, también en la comida. Por supuesto, en la alimentación está presente la química y, en concreto, la química de los alimentos, una rama científica que ha evolucionado para analizar los aspectos químicos de los componentes y aditivos de los alimentos, sobre todo, los más procesados, con el fin de controlar la calidad y la inocuidad de lo que ponemos en nuestra mesa.
Sin duda, las aplicaciones de la química a la alimentación han sido una de las contribuciones más importantes de la ciencia a la mejora de la calidad de vida en todo lo que llevamos de historia. Es fundamental prestar atención a las necesidades nutricionales que cada individuo puede tener para poder también sacar el máximo partido de los alimentos.
¿Qué es la Química de los Alimentos?
La química de los alimentos es una disciplina que se encarga del estudio de las sustancias químicas que componen los diferentes productos alimenticios, ya sea por su composición original, los ingredientes añadidos o los procesos empleados para su elaboración o producción, así como su comportamiento. De este modo, participa en todas las etapas, desde la fabricación o recolección hasta la propia digestión en el organismo, pasando por el almacenamiento, procesado, cocinado o envasado, entre otros procesos.
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Los químicos que se utilizan como fertilizantes para frutas y verduras, los aditivos alimentarios, los envases, el uso de antibióticos, los alérgenos, los fitoquímicos... son algunos de los conceptos que abarca esta ciencia. La química de los alimentos es un ámbito del conocimiento que estudia el detalle de las sustancias químicas que forman parte de los productos alimenticios ya sea por su composición original, por los ingredientes añadidos o por los procesos de preparación o producción que se dan en ellos.
Incluye también el comportamiento de esas sustancias durante toda la vida útil del producto, desde su fabricación o su recolección hasta la propia digestión en el organismo, pasando por las etapas de almacenamiento, procesado, cocinado, envasado, etc. Es importante desde un punto de vista de la salud ya que los químicos pueden ser desde nutrientes hasta elementos tóxicos, pasando por sustancias que pueden ayudar a la conservación del alimento.
Componentes Químicos Esenciales en los Alimentos
Las sustancias químicas a las que hemos referencia son lo que se conoce como nutrientes, unos elementos imprescindibles para la vida. Toda la materia es química, los compuestos químicos los encontramos en todos los alimentos de manera natural y la mayoría son nutrientes que cumplen una función necesaria en nuestra nutrición y salud.
Estas sustancias químicas comprenden:
- Hidratos de carbono
- Lípidos o grasas
- Proteínas
- Sales minerales
- Fibra
- Vitaminas
- Agua
Con todos estos componentes, el organismo es capaz de realizar las diferentes funciones vitales. A diferencia de la bioquímica, la química de los alimentos interviene también en el procesado de alimentos y en la nutrición.
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Aditivos Alimentarios y su Función
Los ingredientes pueden estar de forma natural en el alimento o pueden haberse añadido o reducido o eliminado en un proceso de producción para mejorar las propiedades nutricionales. Pero en la industria alimentaria también pueden añadirse otros químicos, diferentes de los nutrientes, que desempeñan un papel muy importante en la producción, conservación y seguridad de los alimentos.
Los aditivos son sustancias o mezclas que se adicionan de forma intencional a los alimentos durante la producción, envasado y conservación. Estas sustancias químicas son los aditivos que tienen la función de contribuir a la mejora de los procesos de producción, de la conservación para incrementar la vida útil de los productos, haciéndolos más seguros y mejorando el aspecto y otras cualidades organolépticas como el sabor o el olor. Preservan y mejoran las características sensoriales de los alimentos y algunos incrementan su valor nutritivo.
Por su parte, los conservantes son una clase de aditivos para prevenir el crecimiento de hongos, levaduras y bacterias. Aumentan la vida útil de los alimentos. En este sentido, los aditivos alimentarios son sustancias químicas que pueden ser tanto de origen natural como artificial y que cuando son añadidas intencionalmente a los alimentos es con el objetivo de realizar alguna función tecnológica.
Por ejemplo, el ácido cítrico (E330) y el ácido ascórbico (E300) son químicos naturalmente presentes en alimentos como el limón y la naranja; el segundo, además, es un nutriente (la vitamina C), pero añadidos intencionadamente en un alimento sirven para conservarlo mejor. Sin embargo, hay casos como el ácido sulfúrico (E513) que no es una sustancia nutricional ni naturalmente presente en alimentos de forma significativa pero que sí se puede utilizar en dosis bajas para la conservación de multitud de productos alimentarios.
Por supuesto, todas las sustancias químicas que se utilizan están autorizadas para su uso en alimentos y se han sometido a una evaluación exhaustiva de posibles riesgos para la salud. En Europa, la EFSA (Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria) se encarga de realizar estas evaluaciones para determinar qué sustancias se podrían usar y en qué niveles, y después, la Comisión Europea decide y regula su uso o prohibición.
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Orígenes y Evolución de la Química de los Alimentos
A pesar de que el origen de la química de los alimentos lo encontremos en el siglo XVIII, es preciso remontarse un poco en la historia humana para entender las etapas principales del desarrollo en torno a la alimentación de la humanidad:
- Hace aproximadamente unos 200.000 años, nuestra alimentación se basaba en la caza y en la recolección. La gente era nómada, ya que la obtención de alimentos variaba en función de la temporada.
- Hace unos 12.000 años, estas tribus cazadoras y recolectoras empezaron a domesticar a los animales y a cultivar plantas. Este fue el origen de la etapa agrícola, donde las personas empezaron a asentarse en torno a fuentes de agua para el riego de cultivos. De este modo, supuso el origen de las civilizaciones (pueblos, ciudades-estado, reinos e imperios).
- Finalmente, la etapa industrial llegaría también a nuestras mesas a través de la utilización de máquinas para producir en masa productos, incluidos los alimentos. Este supuso el comienzo de la aplicación de las técnicas químicas al procesamiento, la conservación y la producción de alimentos.
A pesar de que podamos diferenciar estas etapas en nuestro desarrollo, algunos procedimientos relacionados con la comida son anteriores a esta industrialización:
- Fermentación: Los humanos aprendieron a explotar los procesos bioquímicos de manera natural para crear alimentos y bebidas. De tal modo, idearon la fermentación de la leche para convertirla en queso, proceso conocido desde la antigüedad (se estima que hace más de 8000 años). Por otro lado, hay evidencias de que el vino se fermentaba en China allá por el año 7.000 a. C.
- Cocinado: Otro proceso que data de hace más de 20000 años. Este proceso químico implica el cambio en la composición química y la estructura de las moléculas que componen los alimentos.
- Conservación: Seguramente hayas oído hablar de añadir sal o azúcar a los alimentos para evitar la descomposición de los mismos. Desde la antigüedad, civilizaciones como la egipcia, la griega, la romana y la azteca utilizaban el fuego, el humo, el aceite, el vinagre, la sal o la cera para preparar y preservar sus alimentos.
- Aditivos: En la antigua China, la cera de parafina se solía quemar con el fin de madurar la fruta. No obstante, su uso aumentó durante la Revolución Industrial.
Como ves, se trata de procesos que forman parte de la química de los alimentos de una u otra manera. La química de los alimentos nace a comienzos de la propia rama química, en torno al siglo XVIII, cuando algunos investigadores realizaron estudios sobre ciertos alimentos. Sin duda, el siglo XIX también fue muy fructífero en lo que se refiere a las contribuciones y trabajos dentro del área de los alimentos.
Por supuesto, hubo numerosos avances en lo relativo a los diferentes procesos relacionados con la química de los alimentos (conservación, pasteurización, fermentación...), pero esto fue también debido a la aparición de algunas instituciones que abogaron por que la química de los alimentos se abriera hueco, gracias en parte también a la divulgación del conocimiento a través de la creación de universidades y colegios. De este modo, en el año 1874, se formó la Society of Public Analysts, que proporcionó la estandarización de métodos analíticos. Sus primeros experimentos se basaron en el pan, la leche y el vino. Además, la Sociedad Americana de Química, en 1908, estableció una División de Química Agroalimentaria. Asimismo, más tarde se formó el Instituto de Tecnólogos de Alimentos, que también crearía su División de Química de Alimentos en 1995.
Avances y Contribuciones Clave de la Química de los Alimentos
A lo largo de la historia de esta ciencia, se han logrado importantes avances. Algunas de las contribuciones son:
- Mayor rendimiento agrícola: se han proporcionado sustancias químicas que mejoran las cosechas (abonos y fertilizantes), se han creado protectores de plagas (plaguicidas y pesticidas), se han generado aditivos para las cosechas (quelantes de cationes).
- Conocimiento sobre las características de los suelos para un mejor cultivo y explotación agrícola.
- Aprendizaje para conservar los alimentos sin que estos se echen a perder.
- Mejor manejo del frío.
- Creación de envasados inteligentes con atmósferas protectoras.
En los alimentos también podríamos hablar de químicos que se pueden generar por los procesos de cocinado o de fabricación o en casos de una mala conservación e incluso por contacto con materiales inadecuados. En este último caso, los envases deben ser siempre “aptos para uso alimentario” ya que, de otro modo, podríamos encontrar sustancias químicas indeseadas e incluso tóxicas, debido a la migración de estas sustancias desde los envases hasta el alimento.
Las exigencias del mercado son cada vez más estrictas en cuanto al uso cada vez más limitado de los aditivos alimentarios, por lo que se está incrementando el uso de los llamados “envases activos”. Se trata de materiales destinados a ampliar el tiempo de conservación o mejorar el estado de los alimentos envasados. Están diseñados para incorporar deliberadamente sustancias a los alimentos, por un proceso que se llama migración positiva, o bien para que absorban sustancias de los alimentos, por un proceso que se llama sorción y permeación positivas. En estos procesos hay siempre una migración controlada de aditivos del envase al alimento o de otras sustancias del alimento al envase.
Un ejemplo de este tipo de química por los sistemas de envasado es el caso de la atmósfera protectora que facilita que en el interior del envase haya menos cantidad de este gas que, aunque es vital para nosotros, oxida los alimentos y permite el crecimiento de algunos microorganismos que echarían a perder el producto, comprometiendo la seguridad alimentaria. El envasado en atmósfera protectora (conocido por las siglas MAP del inglés modified atmosphere packaging) se utiliza en productos como la carne, el queso, la leche en polvo, la pasta fresca, frutas y verduras, ensaladas y otras comidas preparadas, pescado y marisco. Se trata de sustituir el aire atmosférico del interior del envase con una mezcla de gases que impide el crecimiento de bacterias y otros microorganismos y mantiene las características del alimento, alargando así la duración del producto. Esta mezcla es a base de gases normalmente presentes en la atmósfera externa (sobre todo oxígeno puro, dióxido de carbono y nitrógeno), pero en proporciones modificadas según el producto para cumplir con las necesidades específicas de “respiración” y conservación de cada alimento. Así, ralentizan el envejecimiento del producto, reduciendo la pérdida de color, olor y sabor, así como el crecimiento de mohos, bacterias y otros microorganismos.
Como vemos, gracias a la química de los alimentos, hemos mejorado nuestra calidad de vida al atender nuestras necesidades básicas.
Grandes Figuras y sus Aportaciones a la Química de los Alimentos
Sin duda, son muchos los científicos que han aportado su granito de arena a lo que se conoce en la actualidad como química de los alimentos. Son numerosos los científicos, químicos y de otras ramas, que han indagado a lo largo de los años en torno a los alimentos. A través de sus estudios y experimentos, lograron realizar grandes aportaciones que nos han permitido a día de hoy conocer más sobre los diferentes procesos que giran en torno a los alimentos, así como a su composición, lo que ha contribuido, a su vez, a mejorar la salud y a luchar contra otras enfermedades como la obesidad o el sobrepeso. Los ingredientes y aditivos contribuyen a mejorar el aspecto, sabor y conservación de tus alimentos.
| Científico | Aportación Principal a la Química de los Alimentos |
|---|---|
| Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) | Aisló el ácido málico en las manzanas (1785), identificó las propiedades de la lactosa (1780), la oxidación del ácido láctico (1780) y el aislamiento del ácido cítrico del zumo de limón (1784). |
| Sir Humphry Davy (1778-1829) | Publicó el primer libro que relacionaba la química con la agricultura (Elements of Agricultural Chemistry, 1813). |
| Antoine Lavoisier (1743-1794) | Demostró que el proceso de la fermentación podía expresarse como una ecuación equilibrada y determinó por primera vez la composición elemental del alcohol. Publicó uno de los primeros trabajos sobre los ácidos orgánicos presentes en diversas frutas. Además, su descubrimiento de la ley de conservación de la masa y su trabajo con el oxígeno fueron fundamentales para entender las reacciones químicas. |
| Michel Eugene Chevreul (1786-1889) | Indicó las técnicas disponibles para el análisis orgánico en su época. Sus investigaciones sobre la grasa animal permitieron descubrir y denominar los ácidos esteárico y oleico. |
| Nicolas-Théodore de Saussure (1767-1845) | Realizó importantes avances en el análisis de sustancias orgánicas al profundizar en la fermentación, en la conversión de almidones en azúcares y en otros procesos bioquímicos. |
| Nicolas Appert (1749-1841) | Inventó el enlatado (1809), lo que facilitaría la conservación de los alimentos. |
| Jons Jacobs Berzelius (1779-1848) y Thomas Thomson (1773-1852) | Fueron los primeros en utilizar fórmulas químicas (1813). |
| William Beaumont (1785-1853) | Realizó numerosos experimentos sobre la digestión gástrica, gracias a los cuales se descartó la idea de que los alimentos estaban compuestos por un único nutriente. |
| Louis Pasteur (1822-1895) | Demostró científicamente cómo el proceso de calentar podía matar microorganismos no deseados (pasteurización) en 1864, un proceso que garantiza la seguridad de muchos alimentos y bebidas como la leche. |
Pioneros Afroamericanos en la Ciencia de los Alimentos
Hoy en día, hay muchas más personas que trabajan para hacer avanzar la ciencia de los alimentos que hace 50 años. Es importante reconocer que científicos, innovadores e inventores negros han hecho contribuciones significativas a la ciencia de los alimentos que se remontan al siglo XIX. Sus logros han tenido un impacto duradero en la ciencia de los alimentos y el sistema alimentario mundial.
| Científico | Aportación Principal a la Ciencia de los Alimentos |
|---|---|
| George Washington Carver (1864-1943) | Introdujo la rotación de cultivos para preservar el suelo con especies ricas en proteínas como cacahuete, soja y boniato. Realizó investigaciones innovadoras sobre biología vegetal y nuevos usos para cultivos como cacahuete, boniato, soja y pecanes. También fue pionero en un aula móvil para agricultores y mejoró la calidad de vida de los agricultores empobrecidos del sur de EE. UU. |
| Norbert Rillieux (1806-1894) | Inventó el evaporador de efecto múltiple, que permitió producir azúcar de mejor calidad a menor costo, aumentando la producción y reduciendo los riesgos de los métodos antiguos. Su invento es un Monumento Histórico Químico Nacional. |
| Malinda Russell (c. 1820-¿?) | Autora del primer libro de cocina totalmente afroamericano, “A Domestic Cookbook: Containing a Careful Selection of Useful Receipts for the Kitchen” (1866), que ofrece información sobre la comida y la cultura de la época. |
| George Crum (1824-1914) | Inventor de las patatas fritas, una creación accidental que se popularizó en su restaurante, Crum’s House. |
| Joseph Lee (1849-1908) | Inventó y patentó un dispositivo para hacer migas de pan a partir de pan viejo (1895) y una máquina automática para hacer pan (1902), que amasaba uniformemente la masa de forma más rápida, barata e higiénica. |
| Frederick McKinley Jones (1893-1961) | Inventó un sistema de refrigeración automático para camiones, remolques y vagones de ferrocarril (1935), adaptado también para barcos y aviones, que revolucionó el transporte a larga distancia de alimentos perecederos. |
| Lloyd Augustus Hall (1894-1971) | Pionero en la conservación de alimentos, inventó numerosas técnicas, incluyendo la combinación de cloruro de sodio con nitrato y nitrito de sodio, el uso de lecitina como antioxidante y la descontaminación de alimentos con gas de óxido de etileno en cámara de vacío. |
| Marie Maynard Daly (1921-2003) | Primera mujer afroamericana en recibir un doctorado en química en EE. UU. Su investigación se centró en cómo los alimentos y la dieta pueden afectar la salud. |
Como vemos, aunque no lo parezca, la historia de la química de los alimentos es bastante vasta y, sin duda, en los últimos años ha evolucionado para entender todo lo que sucede en torno a la alimentación y cómo afecta a nuestras vidas. A partir de todas estas aportaciones y del conocimiento sobre esta ciencia, se ha intensificado su estudio para mejorar nuestra calidad de vida y salud. La química está presente en nuestras mesas cada vez que nos sentamos a comer.
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