José Miguel Aguilera - Ingeniería gastronómica

Igual acontece con las moléculas de agua en el aire cuando se aproximan al área exterior de los alimentos secos. Una primera capa o monocapa de moléculas se adhiere con gran energía a la superficie y es muy difícil de remover. Moléculas adicionales se disponen en forma de multicapas que tienen energías de adhesión decrecientes, pero aún no se comportan como el agua líquida. Sólo en alimentos frescos como las frutas, verduras y carnes en que existe una gran cantidad de agua (del orden de tres gramos de agua por gramo de sólidos) sucede que la inmensa mayoría de las moléculas se mueven como en un vaso de agua pura. Este espectro de hidratación, desde lo seco a lo muy húmedo, se describe por un parámetro conocido como la actividad de agua o a wy da información de cómo se encuentra el agua en un alimento. La a wvaría entre 0 de un material seco y 1 del agua pura. Evidentemente, valores bajos de a wrepresentan poca disponibilidad de agua para el crecimiento de microorganismos y para la difusión de moléculas que podrían participar en reacciones químicas, y por tanto propician una mayor inocuidad y estabilidad química. Alimentos con alta a wrequieren de procesamiento térmico, ajustes de pH, uso de preservantes y/o refrigeración para quedar en forma estable. Los tallarines y la miel de abeja con valores de a wde 0,30 y 0,75, respectivamente, representan bien el intervalo de a wen que se encuentran los alimentos estabilizados controlando la humedad a niveles intermedios o bajos, removiendo agua y/o agregando solutos pequeños como azúcares o sal. 50

2.3. Ciencia de las estructuras masticables

Hasta ahora se ha visto que la naturaleza proporciona estructuras alimentarias en la forma de carnes, frutas, hortalizas, etc., que son la base de nuestra alimentación. Con el tiempo estas estructuras se fueron transformando como consecuencia del secado (pasas y charqui), la fermentación (quesos y yogures), y el calentamiento (papa cocida). Todas estas estructuras siguen siendo consideradas alimentos naturales a pesar de los cambios físicos y químicos que conllevan los procesos anteriores. Posteriormente se originaron productos procesados o elaborados más complejos como resultado de la aparición de ingredientes refinados y las mezclas entre ellos (helados de crema), con lo cual el espectro de las estructuras alimentarias aumentó considerablemente.

Hace 20 años, los ingenieros de alimentos se dieron cuenta que el comportamiento físico y mecánico de los alimentos, tanto naturales como procesados, no era distinto al de otros materiales de la vida diaria, y no podía ser de otra manera. De hecho, las mismas proteínas de la soya que se utilizan para hacer tofu , fueron empleadas por Henry Ford para fabricar los manubrios de su modelo T en los años 1930s, y la caseína de la leche ha sido moldeada y convertida en botones y peinetas por siglos. Recientemente los ingenieros de alimentos no han encontrado dificultad en transformar soluciones de almidón y otros polisacáridos en películas transparentes similares a las de polietileno, celofán o PVC de los envases. El bioetanol derivado de la caña de azúcar o del almidón de maíz, y el biodiesel a partir del aceite de oleaginosas, ya propulsan a muchos vehículos. Incluso se habla de biorrefinerías donde sean plantas o sus desechos los que proporcionen productos similares a los que actualmente se derivan del petróleo y así tener una economía “más verde”.

La característica fundamental de las estructuras alimentarias es que deben romperse y ser sabrosas. Nuestras bocas esperan ante todo recibir estructuras consistentes y que se deshagan de manera que generen sensaciones agradables. Este enfoque, que reconoce a los alimentos como estructuras apetecibles con propiedades nutritivas, diverge del punto de vista meramente químico tan prevalente en el estudio de los alimentos durante el siglo pasado, y abre paso a la Ciencia de los Materiales Alimentarios . Se entiende que esto cause escozor entre aquellos que piensan que los alimentos no pueden ser simples materiales pues representan parte de la esencia misma de los seres humanos, su cultura y sus tradiciones. Tienen mucha razón y es algo que no se debe perder nunca de vista.

Una razón importante para desarrollar una ciencia de los materiales masticables y sabrosos es aprovechar la abundante base científica y tecnológica disponible en otras áreas del conocimiento y alejarse del empirismo que ha caracterizado buena parte del estudio de los alimentos hasta la fecha. La aproximación más directa es con la ciencia de los polímeros sintéticos , dada la abundancia de las proteínas y polisacáridos en casi todos los alimentos. Es cierto que a diferencia de lo que ocurre con las tecnologías de polímeros sintéticos o “plásticos”, como se conocen comúnmente, en los alimentos los polímeros suelen estar mezclados con otros componentes que afectan su comportamiento y por tanto, la cosa se complica. Pero si la presencia de múltiples componentes fuera una excusa, no habría estudios básicos en alimentos. Se puede decir que el estudio de los materiales alimentarios no comenzó sino hasta fines de los años 1980s cuando dos científicos que trabajaban para la empresa Nabisco , el gigante norteamericano de las galletas, expusieron sus investigaciones en que aplicaban conceptos de la física de polímeros al estudio de algunos productos alimenticios. 51

Un compuesto puro puede presentarse en distintos estados de agregación denominados fases y para el agua se habla de fase sólida (hielo), líquida (agua de la llave) y gaseosa (vapor de agua). Aunque se pueden distinguir dos fases en un vaso de agua con hielo o en una tetera con agua hirviendo, en el equilibrio (por ejemplo, cuando haya transcurrido un tiempo muy largo) y a temperatura ambiente y presión atmosférica el agua estará en forma líquida, como se muestra en un diagrama de equilibrio de fases . Esto significa que el hielo eventualmente se derretirá y al retirar la tetera del fuego no se generará más vapor de agua. En ciencia de los materiales alimentarios se prefiere llamar estado a una condición metaestable (es decir, alejada del equilibrio) que adquiere un material y que afecta el movimiento libre y espontáneo de las moléculas, lo que quedará claro más adelante en esta sección. Al analizar el efecto de las condiciones de procesamiento de los alimentos un diagrama de estado proporciona mejor información que un diagrama de equilibrio de fases, pues describe también los estados metaestables en que pueden quedar grupos de moléculas (más sobre esto en la sección 8.1).

Muchos alimentos parten del estado líquido y terminan siendo sólidos. Pensemos en azúcar fundida que al enfriarse se transforma en una cobertura o en dispersiones líquidas complejas como la leche que pasan a ser polvos luego de removerles el agua durante la deshidratación. El paso de líquido a sólido debe ser traumático para las moléculas porque pierden la libertad de moverse rápida y desordenadamente y en cambio en el estado sólido se ven inmóviles o atrapadas. La variable clave en esta transición de líquido a sólido es la velocidad de enfriamiento en el caso de un líquido puro, o la velocidad de remoción del agua en el caso de las soluciones. Se forma un vidrio cuando un líquido puro (por ejemplo, azúcar derretida a más de 150ºC) se enfría tan rápido que las moléculas no pueden ordenarse y quedan atrapadas en forma sólida casi en la misma posición que ocupaban en el estado líquido. En el caso de una solución (por ejemplo, la lactosa en la leche líquida), al remover rápidamente agua por deshidratación los solutos también quedan como un vidrio. Las estructuras formadas son amorfas o vítreas , y en general, a la condición en que grupos de moléculas se encuentran dispersos al azar en forma sólida debiendo estar ordenadas como lo indica el equilibrio, se le denomina estado vítreo . Se dice en “forma sólida” porque rigurosamente un vidrio es un líquido subenfriado y así definen en el colegio a los vidrios de las ventanas. 52Como son líquidos, los vidrios poseen viscosidad (sección 2.4) pero esta es tan alta que no se los ve fluir. La viscosidad de un algodón de azúcar (que técnicamente es un vidrio) es aproximadamente 10 9(o mil millones de veces) mayor que la de un almíbar. Varios tipos de moléculas alimentarias forman vidrios, como casi todos los azúcares (entre ellos, la sacarosa y la lactosa), las proteínas (especialmente si han sido hidrolizadas) y derivados del almidón, como las dextrinas.