lunes, 1 de junio de 2009

La Ingeniería Química




Proceso Industriales de Obtención de Polímeros




Fermentaciones Industriales




Fermentaciones Industriales




Aditivos en Alimentos




USO DE ADITIVOS
EN ALIMENTOS




INTRODUCCIÓN
La industria alimentaria requiere el uso de aditivos, para hacer frente a la demanda por un elevado número de consumidores de un suministro continuo y adecuado de productos alimenticios muy diversificados. Añade deliberadamente productos químicos, naturales o sintéticos, al objeto de modificar las propiedades físicas y químicas de los sistemas alimenticios. A lo largo de esta investigación, se tratan algunos aditivos, como antioxidantes, emulgentes, pigmentos, aromatizantes y saborizantes, agentes antimicrobianos o conservadores, modificadores de la textura y enzimas: fosfatos, sulfitos, ácido cítrico.
Conocer la química de las propiedades funcionales de los aditivos, su destino en los sistemas alimenticios y sus rutas metabólicas, tras el consumo de los alimentos a los que se añaden, ayudarán a comprender la razón de su uso, cómo asegurar que son inocuos y en qué condiciones resultan eficaces.

ADITIVOS EN ALIMENTOS
Gran cantidad de sustancias se añaden a los alimentos (naturales o procesados), para evitar su descomposición, mejorar su aroma, color y sabor, para evitar enfermedades o incluso para ayudar en el procesado de la materia prima hasta la formación del producto acabado. El uso de aditivos es imprescindible (aunque con matices) en la moderna industria alimentaria, pero los consumidores tienen derecho a saber qué aditivos se añaden a los alimentos que consumen y cuales son sus ventajas e inconvenientes; en otras palabras, el consumidor debe saber lo que come en todo momento y debe preocuparse por este aspecto tanto como por el aspecto nutricional de los alimentos.
Los aditivos son sustancias químicas que pueden tener un origen natural, pueden haber sido fabricados o sintetizados como copias idénticas de sustancias naturales o pueden ser productos que no existen en la naturaleza y que su origen es totalmente sintético. A priori, estos últimos son los que debemos tratar con más cuidado pues su diseño sintético (cuando éste es ajeno a moléculas existentes en la Naturaleza), puede implicar (o puede que no) que estos productos no entren en las rutas metabólicas naturales y por tanto constituyan una sustancia extraña a nuestro organismo que podría resultar peligrosa.

PRINCIPALES ADITIVOS
Colorantes:
Sustancias que se emplean para colorear un alimento, de forma que mejore la estética del producto o recupere su color natural en caso de haberlo perdido durante su procesado industrial. También se emplean para mejorar el color de sustancias que tienen un color natural que resulta menos estético.
Conservantes: Se trata de sustancias que evitan la descomposición de los alimentos por bacterias, hongos y demás microorganismos. Son un tipo de aditivos imprescindibles para la correcta conservación de los productos, si bien hay conservantes más tóxicos que otros (dentro de los autorizados). Siempre, un conservante natural, o sintético imitando a uno natural, resultará menos tóxico y problemático que un conservante de diseño totalmente artificial.
Antioxidantes: Son sustancias que impiden la oxidación y enranciamiento de los alimentos. Son imprescindibles.
Sinérgicos: Sustancias que aumentan la efectividad de antioxidantes y conservantes cuando se unen a éstos.
Emulgentes: Sustancias que favorecen la formación de una emulsión (o mezcla que dos sustancias que en principio son inmiscibles, como por ejemplo el agua y el aceite) y evitan que los alimentos se separen en distintas capas o fases. Su forma de actuación es similar a la del jabón cuando se emplea para mezclar agua y aceite.
Estabilizante: Es una sustancia que estabiliza un alimento, es decir, hace que conserve su estructura.
Espesantes y gelificantes: Espesan y dan consistencia a los alimentos.
Acidulantes: Modifican o mantienen la acidez de los alimentos a los que se añaden. Se emplean para proporcionar el sabor ácido de refrescos y golosinas, para mantener el valor de acidez a un valor adecuado que facilite la conservación del producto, etc.
Potenciadores del sabor: Sustancias que aumentan el sabor de los alimentos. Son derivados del ácido glutámico (glutamatos).
Edulcorantes: Sustancias que confieren sabor dulce a los alimentos. El azúcar (sacarosa), glucosa, fructosa, son edulcorantes naturales con valor alimenticio, por esto no se consideran aditivos. Cuando se habla de edulcorantes refiriéndonos a un tipo de aditivos, se quiere indicar que son sustancias que proporcionan sabor dulce pero sin valor alimenticio (por eso son muy empleados en productos de régimen o alimentos para diabéticos). Dentro de estos se encuentran la sacarina, ciclamato, y sus derivados, que son sustancias totalmente artificiales.
Los edulcorantes se emplean en gran número de alimentos (bebidas refrescantes, dulces, etc.) y su masivo empleo se justifica porque son baratos (con poca cantidad de producto se pueden endulzar grandes cantidades de alimento) en cuanto a su adquisición y uso (como se emplean en pequeña cantidad, son fáciles de dosificar y añadir a los alimentos.

FOSFATOS
De todas las sustancias que se usan como aditivos, los fosfatos son los más versátiles ya que cumplen con un gran número de funciones. Entre los fosfatos más empleados están los siguientes:
a) Fosfatos simples: también llamados ortofosfatos, de fórmula general R3PO4, donde R representa un radical monovalente; dentro de esta categoría se encuentran los monofosfatos, los difosfatos y los trifosfatos.
b) Pirofosfatos: son dímeros de los fosfatos simples, de fórmula condensada R4P2O7, Pirofosfato de sodio
c) Tripolifosfatos : trímeros lineales de los fosfatos simples, de fórmula condensada R5P3O10, Tripolifosfato de sosio
d) Polifosfatos: polímeros lineales de los fosfatos simples, de fórmula condensada (RPO4)n , donde n va desde 4 hasta 20; cuando n=6 se refiere a los hexametafosfatos (R6P6O24)n.
e)Metafosfatos: son polímeros cíclicos entre los que destacan el trimetafosfato (R3P3O7) y el tetrafosfato (R4P4O12).
Dada su gran versatilidad, sus funciones son muy variadas, pero están basadas en gran medida en su capacidad de actuar como aniones muy reactivos; esto les permite interaccionar con otros constituyentes de los alimentos que también contienen grupos ionizables, como son las proteínas, algunas polisacáridos, los metales, etc.; además, establecen puentes de hidrógeno y, por consiguiente, se hidratan y retienen una gran cantidad de agua.

Propiedades de los fosfatos
  • Quelación
    Los fosfatos se añaden a los alimentos por razones tecnológicas; entre sus funciones más importantes, se encuentran la de secuestrar eficazmente los metales. Un quelante (secuestrante) es un anión que forma un complejo soluble con los iones metálicos, en presencia de otros aniones complejantes o precipitantes. La capacidad de quelación de los secuestrantes por un ion metálico se puede comparar basándose en la cantidad de ion metálico libre, en equilibrio con disoluciones de aniones secuestrantes y precipitantes.
  • Capacidad de retención de agua
    Los polifosfatos se emplean en los productos cárnicos y en los productos de la pesca con el fin primordial de controlar las pérdidas de fluidos y lograr así un producto más blando y jugoso. Los fosfatos tienen un amplio uso en la industria de las carnes para retener agua en la cerne cruda, cocida o en embutidos, y además para mejorar y estabilizar el color de los productos curados.
    No se conoce totalmente el mecanismo por el cual estos compuestos aumentan la retención de agua en las carnes; sin embargo, se piensa que puede ser porque evitan la interacción de las fracciones proteínicas de actina y miosina, lo que las hace más solubles y consecuentemente aumenta su hidratación. Estas modificaciones estructurales de las proteínas aumentan la hidratación del tejido muscular, ya que en lugar de interaccionar unas con otras, ahora lo hacen con las moléculas de agua que las rodean; también se considera que los fosfatos ejercen un efecto secuestrador sobre los iones calcio presentes en la carne y que sin necesarios para que exista una unión de la actina con la miosina. Por otra parte, el aumento de la fuerza iónica, ya sea por la adición directa de cloruro o de hexametafosfato de sodio (o algún otro fosfato), hace que las proteínas retengan una mayor cantidad de agua por un efecto de solubilización por salado.
    Estas propiedades de los fosfatos representan muchas ventajas, ya que los productos cárnicos y sus derivados no pierden agua durante los tratamientos térmicos a los que se sujetan, o cuando se descongelan.

  • Estabilización de las emulsiones
    También se emplean los fosfatos en la elaboración de quesos fundidos, porque ayudan a estabilizar la emulsión de la grasa de la leche en la matriz de proteína y agua. El queso obtenido tiene una textura suave y uniforme y funde sin que se separe la grasa del resto de los componentes. A este fin, se utilizan sales sódicas de ortofosfatos y polifosfatos, como pirofosfato ácido de sodio y hexametafosfato sódico. Los ortofosfatos alcalinos tienden a dar un queso de textura blanda, con temperaturas de fusión más bajas. Los fosfatos y polifosfatos ácidos aumentan la temperatura de fusión y la dureza del producto.
  • Impulsores de masas panarias
    La más singular de las aplicaciones de los fosfatos en la industria alimentaria se basa en su funcionalidad como ácidos impulsores de las masas panarias, al reaccionar con el bicarbonato sódico, liberando dióxido de carbono. Los fosfatos más frecuentemente usados a este fin son el fosfato monocálcico anhidro, su monohidrato, el fosfato dicálcico dihidratado, el fosfato de aluminio y sodio y el pirofosfato ácido de sodio. La cantidad y los tipos de ácidos utilizados, para este fin, en cada producto dependen fundamentalmente de la acidez disponible y de la velocidad de reacción del impulsor. Para definir las propiedades de estos impulsores ácidos, la industria utiliza los términos “valor de neutralización” (NV) y “velocidad de reacción de la masa” (DRR). El valor de neutralización se define como las partes, en peso, de bicarbonato sódico neutralizadas por 100 partes de “impulsor”. La velocidad de reacción de la masa mide el ritmo al que se libera dióxido de carbono durante el amasado y el período de reposo de la masa, bajo condiciones estándar. El DRR permite comparar la reactividad de diferentes impulsores ácidos.

  • Tamponamiento
    Los ortofosfatos, como el ácido fosfórico, el fosfato monosódico, el fosfato disódico y el pirofosfato ácido de sodio suelen usarse como tampones y agentes acidificantes. Los polifosfatos de cadena larga suelen tener escasa capacidad tampón.

AGENTES ANTIMICROBIANOS

· Sales de nitritos y nitratos
Las sale sódicas de nitrito y nitrato se utilizan comúnmente en el curado de las carnes para desarrollar y fijar el color, para inhibir los microorganismos y para desarrollar sabores característicos. Aparentemente el constituyente funcional es el nitrito más que el nitrato. Los nitritos forman en la carne óxido nítrico que reacciona con los compuestos hemo para dar nitrosomioglobina, que el pigmento responsable del color rosa de las carnes curadas.
El nitrito es más eficaz a pH 5,0-5,5, que a valores más elevados; aunque que se desconoce el mecanismo antimicrobiano del nitrito, se ha sugerido que reacciona con los grupos sulfhidrilo para formas compuestos que no son metabolizados por los microorganismos en condiciones anaeróbicas.

· Ácido Sórbico
El ácido sórbico y sus sales sódicas y potásicas se emplean ampliamente como inhibidores del crecimiento de mohos y levaduras en una extensa gama de alimentos tales como queso, productos de panadería, zumos de fruta, vino y encurtidos. El ácido sórbico es particularmente eficaz apenas imparte sabor al producto.
En general el ácido sórbico es efectivo hasta Ph 6,5, valor considerablemente superior a los márgenes efectivos de Ph para lo ácidos propiónico y benzoico.
Su acción antimicótico parece deberse a que los mohos son incapaces de metabolizar el sistema dieno -insaturado de su cadena alifática.

· Natamicina
Es un antimicótico que recientemente ha sido autorizado en EE UU para su utilización contra los mohos en quesos curados. Este antimicótico es altamente eficaz cuando se aplica en las superficies de los alimentos que tienen tendencia al crecimiento de mohos y están expuestos directamente al aire.

· Ésteres de glicerilo
Muchos ácidos grasos libres y monoacilgliceroles presentan una intensa actividad antimicrobiana frente a las bacterias y algunas levaduras. Algunos de estos ácidos insaturados, especialmente los de 18 átomos de carbono, muestran una fuerte actividad; los de cadena intermedia ( 12 átomos de carbono) son más inhibidores cuando se esterifican al glicerol. El monolaurato de glicerilo (II) es inhibidor de diversos estafilococos y estreptococos potencialmente patógenos.
El efecto inhibidor se relaciona aparentemente con su capacidad para facilitar la conducción de protones a través de las membranas celulares, lo que destruye eficazmente la fuerza motriz del protón necesaria para el transporte del sustrato.

· Ácido propiónico
El ácido propiónico y sus sales sódicas y cálcicas tienen actividad antimicrobiana frente a los mohos y a un número reducido de bacterias. Este compuesto se produce de forma natural en el queso suizo. El ácido propiónico tiene una amplia utilización en panadería, donde no sólo inhibe con eficacia a los mohos, sino que también es activo frente al Bacillus mesentericus productos del pan correoso. La toxicidad del ácido propiónico para los mohos y ciertas bacterias está relacionada con la incapacidad de los organismos afectados para metabolizar el esqueleto de tres átomos de carbono.

· Ácido acético
Desde tiempos remotos se han conservado los alimentos con ácido acético bajo la forma de vinagre. Además del vinagre y el ácido acético también se han utilizado en los alimentos el acetato cálcico, acetato potásico, acetato sódico y el diacetato sódico. Estas sales se emplean en panadería (0,1-0,4)% para evitar que el pan se ponga correoso e inhibir el crecimiento de los mohos sin afectar a las lavaduras.
El ácido acético también se usa en alimentos como la mayonesa y escabeches, donde se ejerce una doble función contribuyendo al sabor e inhibiendo microorganismos.

· Ácido benzoico
Se ha utilizado ampliamente como agente antimicrobiano en los alimentos, encontrándose presente de forma natural en lo arándonos, curuelas, canela y clavo. La sal sódica del ácido benzoico, por ser muy soluble en agua es la más utilizada. A veces el ácido benzoico se utiliza en combinación con el ácido sórbico.
Se ha comprobado que el ácido benzoico no tiene efectos nocivos para las personas cuando se utiliza en pequeñas cantidades. Se elimina rápidamente del organismo después de conjugarse con la glicina para formar ácido hipúrico.

· Ésteres alquílicos del p-hidroxibenzoato
Los parabenes son un grupo de ésteres alquílicos del ácido p-hidroxibenzoico que se han utilizado ampliamente como agentes antimicrobianos en los alimentos, preparados farmacéuticos y cosméticos. Los ésteres metílico (III), propílico y heptílico (IV) son de uso doméstico y en algunos países también se emplean los ésteres etílicos y butílicos.
Los parabenes son pocos tóxicos para el hombre y se excretan por la orina después de la hidrólisis del grupo éster y la posterior conjugación metabólica.

· Epóxidos
Son ésteres cíclicos reactivos que destruyen todas las formas de microorganismos, incluyendo los esporos e incluso los virus, pero cuyo mecanismo de acción no está totalmente aclarado.
Estos esterilizantes químicos se utilizan para tratar ciertos alimentos de humedad baja y para esterilizar los materiales para el envasado aséptico. Para lograr el contacto directo con los microorganismos, los epóxidos se utilizan en estado de vapor; después de una exposición adecuada, la mayor parte del epóxido residual no reaccionante se elimina mediante el paso de una corriente de aire y la evacuación consiguiente.

SULFITOS
Los sulfitos se añaden a los alimentos con la finalidad de inhibir el pardeamiento no enzimático, las reacciones catalizadas por enzimas, inhibir y controlar a los microorganismos, todas estas características forman parte de un grupo común de aditivos como los son los que tienen la propiedad de conservar. Además pueden actuar como antioxidantes y agente reductor.
Dióxido de azufre
Las formas más utilizadas de estos sulfitos en la industria alimentaria comprenden el dióxido de azufre y los sulfitos, bisulfitos y metadisulfitos de sodio, potasio o calcio.
Múltiples mecanismos están implicados en la inhibición por el dióxido de azufre del pardeamiento no enzimático, pero uno de los mas importantes implica la reacción de bisulfitos con los grupos carbonilos de los azúcares reductores y de otro compuestos participantes en el pardeamiento. En esta reacción se produce como efecto secundario un blanqueo de los pigmentos. También reaccionan de modo irreversible con los grupos hidroxilos. Una reacción en la que ocurre todo esto es la de Maillard.
En el pardeamiento enzimático por los oxoaniones de azufre tiene lugar básicamente por la eliminación de los orto difenoles producidos por la polifeniloxidasa, impidiendo su posterior polimerización. La adición nucleofílica de sulfito a la o-quinona conduce a la formación de sulfonato.
La actividad antimicrobiana de los sulfitos depende de la penetración del SO2 molecular a través de una membrana capilar.

ÁCIDO CÍTRICO
El es un aditivo multifuncional. Es un ácido tribásico con cuatro grupos ionizables, tres de los grupos carboxílicos, y el último correspondiente al grupo hidroxilo.
Este ácido se utiliza principalmente para acidular alimentos pocos ácidos hasta un pH de 4,6 o más bajos, en la industria conservera. La fermentación de las uvas con escasa acidez suele tratarse con ácido cítrico antes de someterla este proceso. Junto con sus sales, el ácido cítrico tiene un efecto eficaz en la estabilización del pH a lo largo de diversas etapas de elaboración de alimentos.
Otra de las funciones de este ácido es la de aromatizante, utilizado mas que todo en la elaboración de bebidas. Por último, el ácido cítrico también actúa como quelante al atrapar los iones metálicos que pueden acelerar el proceso de enranciamiento oxidativo de grasas y aceites, el pardeamiento y la formación de complejos.

BIBLIOGRAFÍA

OWEN, Fenneman. “Química de los alimentos”.
Editorial CECSA. México. 1997.

BADUI, Salvador. “Química de los alimentos”.
Cuarta edición .Editorial Prentice Hall. México . 1996. 886 pps.

DOMINIC, Wong. “Química de los alimentos”.
Tomo I.Sexta edición. Editorial. Mc Graw Hill. 1998.