El Agua en los Alimentos
El agua, aunque no es un nutriente, es un elemento mayoritario en el deterioro de los alimentos. Es un disolvente universal y el constituyente principal de muchos alimentos. Actúa como medio para numerosas reacciones químicas e interactúa con otros compuestos presentes en los alimentos. El agua influye en el crecimiento microbiano y la actividad enzimática, siendo determinante en la vida útil y conservación de los alimentos. Métodos como la deshidratación, el secado y la congelación reducen el nivel de agua para la conservación. Las propiedades organolépticas dependen del contenido de agua. Los microorganismos, principales agentes de deterioro, necesitan agua para crecer. La reducción de agua en los alimentos retrasa el crecimiento microbiano, prolongando su vida comercial.
Estructura del Agua
La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O), unidos por enlaces covalentes que generan una fuerte atracción. Su estructura es casi tetraédrica perfecta, lo que le confiere características particulares. Gracias a esta estructura, cada molécula de agua puede unirse a otras cuatro mediante puentes de hidrógeno (pdH), formando una red tridimensional. Los estados del agua dependen de la cantidad de puentes de hidrógeno que se forman.
Propiedades del Agua
El agua tiene puntos de congelación y ebullición elevados, se expande durante la congelación, experimenta cambios de estado, posee un alto calor específico (capacidad de absorber calor sin aumentar su temperatura), alta conductividad térmica (capacidad de transmitir calor) y difusividad térmica (velocidad a la que varía la temperatura). Además, aumenta su volumen y disminuye su densidad al pasar al estado sólido.
Interacciones Agua-Soluto
La adición de solutos al agua modifica su estructura y propiedades:
- Interacción con electrolitos: Restringen el movimiento del agua y afectan la estabilidad de la carga/tamaño del electrolito.
- Interacción con moléculas polares: Se disuelven fácilmente en agua al formar puentes de hidrógeno, rompiendo los pdH y cambiando la configuración del agua.
- Interacción con moléculas no polares: No se disuelven en agua. Las moléculas de agua las rodean, ordenándose y adquiriendo una estructura más estable.
Movilidad Molecular y Estabilidad en Alimentos
Según su movilidad, las moléculas pueden tener diferentes estados (transiciones de fase):
- Gaseoso: Gran movilidad y desorden.
- Líquido: Movilidad limitada, las moléculas se deslizan entre sí con un pequeño ordenamiento.
- Sólido: Moléculas ordenadas formando cristales o desordenadas formando sólidos amorfos (vítreos y gomosos).
La transición de fase entre vítreo y gomoso depende de factores como la temperatura, la cantidad de agua y la temperatura de transición vítrea (Tg). Un aumento de la humedad y la cantidad de agua incrementa la movilidad, mientras que un aumento del peso molecular y una disminución de la humedad aumentan la Tg. Es importante envasar los alimentos para evitar la pérdida de humedad.
Características de la Acción Enzimática
La acción enzimática implica un estado de transición al producto, donde se forma un complejo enzima-sustrato en el centro activo de la enzima. Para activarse, las enzimas necesitan compuestos no proteicos:
- Cofactor: Iones o moléculas inorgánicas.
- Coenzima: Moléculas orgánicas (vitaminas).
La forma catalíticamente activa de la enzima es la holoenzima, formada por la parte proteica y no proteica. La unión covalente entre la enzima y el cofactor/coenzima forma un grupo prostético (parte no proteica activa). La parte proteica inactiva es la apoenzima.
Factores que Afectan la Actividad Enzimática
- pH: Cada enzima tiene un pH óptimo para la unión correcta al sustrato. Las enzimas tienen grupos ionizables que cambian su conformación según el pH. Al alejarse del pH óptimo, la actividad enzimática disminuye, pudiendo llegar a ser irreversible.
- Temperatura: Existe una temperatura óptima (35-45ºC) para la máxima velocidad enzimática. Temperaturas muy altas desnaturalizan la proteína, cambiando su forma y centro activo. La congelación también afecta la actividad enzimática al concentrar los solutos y modificar los centros activos.
- Presencia de cofactores o coenzimas: Se necesitan en cantidad suficiente para activar la enzima.
- Concentración de sustrato: Al aumentar la concentración de sustrato, aumenta la velocidad de la actividad enzimática hasta un punto de saturación.
- Concentración de productos: Una alta concentración de productos disminuye la velocidad de reacción, pudiendo llegar a revertirla.
- Presencia de inhibidores:
- Competitivos: Similares al sustrato, compiten por el centro activo.
- No competitivos: Cambian la conformación de la enzima, impidiendo la unión del sustrato.
- Sales: Inhiben la actividad enzimática.
- Estabilidad: Las enzimas son inestables debido a factores como pH, temperatura y sales. La inmovilización enzimática aumenta su estabilidad, facilita su manejo y permite su neutralización.
Origen de las Enzimas
- Endógenas: Presentes en los alimentos de forma natural, con efectos positivos o negativos.
- Exógenas: Añadidas intencionalmente para producir cambios. Pueden ser de origen vegetal, animal o microbiano (mohos, bacterias, levaduras).
Ventajas de las Enzimas en la Tecnología Alimentaria
Las enzimas permiten trabajar en condiciones más moderadas, evitando alteraciones por altas temperaturas o pH bajos. Se inactivan fácilmente con calor o pH, son específicas para determinados sustratos, no generan reacciones colaterales y se necesitan en pequeñas cantidades. Además, son bien percibidas por los consumidores.
Aplicaciones en la Industria Alimentaria
En la industria de la cerveza se utilizan: α-amilasa, pululanasa, proteasas, pectinas y hemicelulosas. En la industria láctea: papaína, cardosina, lactasa y lipasa. En la industria panadera: lipoxidasa, amilasa y proteasa.