Química de los alimentos

Laquímica de los alimentoses la rama de laquímicaque estudia los procesos e interacciones existentes entre los componentes biológicos (y no biológicos) que se dan en la industria cuando se manipulan alimentos. Las moléculas biológicas aparecen en algunosalimentoscomo lascarnesy lasverduras(yhortalizas), y enbebidascomo lalecheo lacerveza. Este estudio es muy similar al de labioquímicadesde el punto de vista de los ingredientes principales, como loscarbohidratos, lasproteínas, loslípidos, etc. Además incluye el análisis deagua, lasvitaminas, losminerales, lasenzimas, lossabores, y elcolor.​ Se estudia principalmente en elprocesado de alimentos, y en lanutrición.
Algunos autores definen la química de los alimentos como una ciencia interdisciplinaria entre labacteriologíay laquímica.​ Un ejemplo de estudio de la química de los alimentos se puede ver en lareacción de Maillard, que define el color tostado de ciertos alimentos.​
Laquímicade los alimentos Trata de los comienzos de la propia química, es decir, desde el sigloXVIIIen el que algunos investigadores empezaron a realizar estudios sobre ciertos productos alimenticios para consumo, entre los cae destacar a SirHumphry Davy, que publicó el primer libro que relacionaba la química con laagriculturaen 1813 titulado 'Elements of Agricultural Chemistry', en una serie de lecturas en elReino Unido, este libro llegó hasta la quinta edición . En el año 1874 la "Society of Public Analysts" se formó dando lugar a estandarización de métodos analíticos. De todas formas la química de los alimentos no tomó una serie definitiva hasta entrando al sigloXX. A pesar de todo existen puros estudios incipientes que se pueden categorizar dentro de lo que denominamos hoy en díaquímica de los alimentos.
Entre 1780–1850 se hicieron numerosas contribuciones y los químicos de importancia desarrollaban trabajos dentro del área de los alimentos. Cabe destacar al químico suecoCarl Wilhelm Scheeleque hizo descubrimientos relacionados con la química, siendo uno de los más importantes con el descubrimiento de las propiedades de lalactosa1780, la oxidación delácido láctico1780, aisló elácido cítricodelzumo de limón1784 y aisló elácido málicoen lasmanzanas1785
Los alimentos poseen ciertas características que dificultan su análisis desde el punto de vista de la química, en primer lugar contienen frecuentemente complejos moleculares, no están enequilibrio termodinámicoy por lo tanto están sujetos a cambios en su composición, los alimentos suelen sersistemas homogéneos.
Elaguaes un compuesto esencial de muchos alimentos. Puede encontrarse en los medios intracelulares o como un componente extracelular en losvegetalesasí como en los productos de origen animal. Se puede entender su función como la de favorecedor de la dispersión de diferentes medios así como la de undisolventede una gran variedad de productos químicos. Es necesario el estudio del agua en los alimentos debido a su presencia en ellos, la comprensión de sus propiedades y concentración hace que se pueda controlar por ejemplo la química del deterioro y la micro biológica de los alimentos.
Asimismo, la eliminación (secado) o la congelación de agua es esencial para algunos métodos de conservación de alimentos. La presencia de agua en algunos alimentos es entendida a veces como una parte determinante de su textura (en particular la denominadaactividad acuosa),​ es por esta razón que su medida analítica en los alimentos es considerada de gran importancia. De la misma forma las propiedades del agua tienen un papel importante en la mecánica decongelación de alimentos, los cambios si no se controlan desde el procesado de alimentos pueden ser la desestabilización deemulsiones, lafloculacióndeproteínas, pero también a macro escala los daños irreversibles en los tejidos de carne y vegetales. 
La analítica de contenido de agua permite detectar concentraciones "anómalas" de agua en los tejidos con el objeto de averiguar posiblesfraudes alimentarios, en algunas ocasiones cuando los alimentos se comercializan 'al peso' la presencia de cantidades inusuales de agua permite sospechar de fraude, algunos casos conocidos son el de la comercialización de las carnes que se ve sometida a vigilancia intensiva por parte de las autoridades alimentarias.
Es difícil proporcionar una definición científica acerca de las sustancias denominadaslípidos. Antiguamente las definiciones se centraban en definir mediante la discriminación de aquellas sustancias que son solubles en solventes orgánicos como puede ser elbenceno, elcloroformoy que no es soluble en agua (esta propiedad se emplea en la separación de los lípidos de las proteínas). Algunas de las definiciones hacen énfasis en el carácter central de losácidos grasos, debido en parte a que los lípidos son compuestos derivados de estos últimos. Cada definición posee algunas limitaciones, por ejemplo losmonoglicéridosde cadena corta son indudablemente lípidos, pero no se ajustan a la definición dada anteriormente sobre la solubilidad debido a que son más solubles en agua que en los disolventes orgánicos. No obstante se puede ver que la mayoría de los lípidos sonésteresde los ácidos grasos y delglicerol. Casi el 99% de los lípidos en las plantas y los animales consiste en este tipo de ésteres, denominados a veces de forma popular comograsaso tambiénaceites animales. 
El contenido graso de los alimentos puede ir desde el más bajo hasta el más alto tanto en los alimentos de origen vegetal como aquellos de origen animal. En algunos alimentos puros (como puede ser laleche, loscereales, etc) el contenido de lípidos es una especie de mezcla, por ejemplo el procesado de algunos alimentos como puede ser el de lasmargarinasson una mezcla de diversosácidos triglicéridos(esta es la definición popular de las grasas​). Las grasas en los alimentos se pueden clasificar en "visibles" (visibles a simple vista) e "invisibles" (disueltas en las texturas del alimento), aunque la clasificación más empleada en nutrición es la que los clasifica en función de su origen: grasas procedentes de origen animal o bien de origen vegetal.
Las grasas de 'origen animal' que se componen por regla general de ácidos grasos polisaturados pueden ser subdivididas en:
Las grasas de 'origen vegetal' se pueden subdividir a su vez en:
Reacciones de los lípidosHidrólisis:Reacción que se lleva a cabo por la ruptura de un enlace ácido graso, un glicerol y la aparición de ácidos grasos libres. Caracterizado por ser ligeramente tóxicos, irritantes y tener un mal sabor. Su origen puede ser químico o producido por enzimas. Un método para rebajar los ácidos grasos libres es el refinado el cual se realiza mediante un lavado con agua moderada alcalina.
Saponificación:​
Hidrólisis química provocada por la adición de una lejía o un cáustico, cuyo resultado es la ruptura de un enlace ester y la aparición de sales alcalinas mezcladas con glicerina cuyo producto es un jabón.
Pirólisis:Destrucción de un enlace ester y la volatilización de ácidos grasos, oxidaciones y la formación de acroleina provocada por altas temperaturas, por ejemplo el aceite quemado cuya característica es el desprendimiento de humo blanco.
Oxidación, peroxidación y polimerización:La oxidación se realiza principalmente con aceites insaturados ya que reaccionan fácilmente con el oxígeno, es una reacción radicalaria en presencia de luz. Los peróxidos pueden ser intramoleculares o intermoleculares, los primeros tiene un sabor rancio y los segundos son los que dan lugar a la polimerización cuyo producto es un gel.
Todas estas reacciones son importantes para saber como podríamos identificarlas ya sea por su olor o por el producto que se obtenga; además de las condiciones que se necesitan ya sea luz, calor o catalizadores para poder producir un gel, un jabón o simplemente para evitar por ejemplo quemar el aceite ya que es muy perjudicial para la calidad de las frituras.
La misión nutricional de los lípidos es la de proporcionarcaloríasyácidos grasos esencialesa las actividades nutricionales del organismo, siendo favorecedores del transporte devitaminasa lo largo del cuerpo, incrementan la sensación desaborde los alimentos y durante las últimas décadas del sigloXXse han mantenido intensos debates acerca de su toxicidad y capacidad de generación de enfermedades.
Loshidratos de carbonoson compuestos abundantes y disponibles en los alimentos con relativa facilidad además de ser de bajo costo. Se les considera como elementos comunes existentes en casi todos los alimentos, tanto de forma natural o como componentes y como ingredientes artificialmente añadidos. Su uso es muy grande y puede decirse que son muy consumidos. Tienen diferentes estructuras moleculares, tamaños y formas que exhiben una variedad de propiedadesquímicasyfísicas.
Elalmidón, lalactosay lasacarosa(azúcar corriente) son carbohidratos digeribles por los humanos y ellos junto con laD-glucosay laD-fructosaproporcionan casi el 70–80% de lacaloríasen la dieta humana a lo largo de todo el mundo. El término carbohidrato sugiere una composición del tipoCx(H2O)y, lo que viene a significar que las moléculas contienen carbono en la misma porpoción que moléculas de agua. Sin embargo la mayoría de los carbohidratos naturales producidos por los seres vivos no muestran esta fórmula empírica simple, en su lugar la mayoría de los carbohidratos sonoligómeros(oligosacárido) opolímeros(polisacáridos) deazúcaressimples y modificados.​ El contenido de sacarosa en los alimentos se mide en unidades debrix.
Tienen un papel fundamentalmente energético por su facilidad de metabolización; carecen de cualquier papel estructural y están prácticamente ausentes de los tejidos animales.
No son compuestos esenciales, ya que el organismo humano tiene la capacidad de sintetizar todos los azúcares y polisacáridos que necesita a partir de piruvato.
Sin embargo, debido a que el organismo humano es incapaz de convertir los ácidos grasos en azúcar, que los aminoácidos producen muchos desechos al ser convertidos en hidratos de carbono, se entiende que pese a que los hidratos de carbono no son compuestos esenciales en la dieta, en la práctica resulta imprescindible consumir una cantidad sustancial de estos.
Actualmente, se considera que los hidratos de carbono deben ser la base energética de la alimentación. El cuerpo humano puede convertirlos en grasa.
En la práctica, los hidratos de carbono se utilizan en la industria agroalimentaria como material de relleno barato, ya que se producen en el mundo en cantidades ingentes y a precios muy bajos.
Lasproteínasson una especie depolímeroscompuestos de 21 diferentesaminoácidosque se agregan enenlaces peptídicos. Debido a la gran variedad de cadenas de aminoácidos que se pueden formar, se puede decir que existe una gran variedad de compuestos protéticos con propiedades químicas diferentes. Las proteínas se pueden encontrar en proporciones importantes tanto en los alimentos de origen animal como aquellos que son de origen vegetal. En los países desarrollados se suele obtener las proteínas de los alimentos animales principalmente. En otras partes del mundo la mayor proporción de proteínas en la dieta proviene deplantas, aunque hay que tener en cuenta que muchas plantas son deficitarias enaminoácidos esenciales.​ Las cantidades de aminoácidos esenciales presentes en las proteínas y su disponibilidad está determinado por regla general por la calidad de lanutrición. En general, las proteínas de origen animal tienen una mayor calidad que las proteínas procedentes de las plantas. Por ejemplo la proteína de laclara del huevoes considerada la de mayor calidad (se suele indicar con un 100 en las escalas), mientras que las proteínas de loscerealesse consideran pobres (son deficitarios enlisinaytreonina). Sin embargo lasojaes una buena fuente de lisina pero es deficiente enmetionina.
Las proteínas son moléculas de gran complejidad y su clasificación se ha venido fundamentando en propiedades como lasolubilidaden diferentes solventes. A medida que se ha aumentado el conocimiento de estas moléculas se han añadido otros criterios por los cuales se clasifican, estos criterios incluyen el comportamiento ante laultracentrifugacióno las propiedadeselectroforéticas. Las proteínas se dividen de esta forma en tres grupos: Proteínas simples, las Proteínas conjugadas y las proteínas derivadas.
Las proteínas bajo estas características dan como resultado soloaminoácidoscuando son sometidas aelectrólisis.
Las proteínas conjugadas contienen una parte aminoácido combinada con un material no-proteico como puede ser unlípido, unácido nucleicoo un carbohidrato. Algunas de las más importantes son:
Son compuestos obtenidos mediantereacciones químicasoenzimáticasy se clasifican como derivados primarios o secundarios dependiendo del nivel de cambios que haya tenido lugar. Los derivados primarios han sufrido pocos cambios y son insolubles en agua; un ejemplo de derivado primario es lacaseínacoagulada en elcuajode la leche. Los derivados secundarios han sufrido mayores cambios en sus estructuras e incluyen lasproteosas, laspeptonasy lospéptidos.
Losmineralesse pueden encontrar en los alimentos en forma de sales tanto orgánicas como inorgánicas, un ejemplo es elfósforoque puede combinarse confosfoproteínasy metales enenzimas. Existen más de 60 elementos minerales en los alimentos y es esta abundancia la que sugiere que se dividan los minerales en grupos: los componentes en forma desalesy los elementos de traza. Entre los elementos salinos se puede encontrar elpotasio,sodio,calcio,magnesio,cloro,azufre(sulfatos),fosfatosybicarbonato. Los elementos traza son cualquier otro elemento que se encuentre en el alimento en proporciones de 50partes por millón(ppm). Algunos de loselementos químicosposeen la categoría deelementos químicos esencialesdebido a la importancia de su existencia en los procesos básicos de la vida y su administración se regula en tablas conRDI(Dosis diaria recomendada). El contenido de algunos minerales afecta a la salud, tal y como es el ejemplo del consumo desodioen los índices de lahipertensión arterial.​
La cantidad de minerales en los alimentos se determinan mediante procedimientos dequímica analíticasobre lascenizasde las muestras incineradas, este proceso destruye los compuestos orgánicos y libera los minerales que existentes en las porciones. Estos métodos no incluyen el contenido denitrógenode las proteínas, ni otros elementos que se convierten engasescuando se incineran los alimentos.
Elcolores una propiedad muy importante en los alimentos, tanto en aquellos que son procesados como los que se ofrecen crudos al consumidor. Junto con la textura y el sabor se puede decir que es uno de los parámetros importantes del posible atractivo hacia el consumidor que pueda tener un alimento.​ El color es un indicador de las reacciones químicas que están ocurriendo en muchos alimentos, como puede ser lacaramelizaciónde los azúcares en presencia de calor o el aspectomarrónde algunas carnes debido a lareacción de Maillard. Para algunos alimentos en estado líquido, tal y como losaceiteso lasbebidas, el color es un fenómeno físico de comestible de la luz. En la mayoría de los alimentos el color se capta medianteanálisis sensorial(ojos) de los mismos en una cata. a veces se empleanespacios de coloresuno de los más empleados en la química de los alimentos es elCIE(CommissionInternational de 1'Eclairage - Comisión internacional de la Iluminación).​
Existe una amplia gama de colores naturales en los alimentos, no obstante uno de los más raros es verde azulado. El color indica el estado de los alimentos y por lo tanto es un indicador de supervivencia (por ejemplo se rechaza inconscientemente elegir una carne verdosa en elsupermercadoo unas naranjas verdes). Se han realizado estudios en los que se ha demostrado que el color no solamente es importante sino que está en consonancia con la percepción del aroma y el sabor.​​ Estos estudios han sido los responsables de justificar el uso de colorantes artificiales en algunos alimentos con el objeto de ser más atractivos al consumidor. En algunos casos, alimentos artificiales han tenido que ser coloreados para que sea posible una identificación clara: un ejemplo los sucedáneos de pescado ymariscoelaborados consurimi.
A veces loscolorantes alimentariospueden ser un conjunto de colorantes naturales que pueden existir ya en los alimentos, si se añaden de forma artificial a los alimentos el objeto será el de cambiar su color o realzarlo para que sea más atractivo para su consumo y se consideranaditivos(son regulados bajo las mismas leyes que estos). Los colorantes se pueden clasificar en cuatro grupos como:
Elsabores la sensación producida por un alimento cuando toca las papilas gustativas​ situadas en la lengua, percibida principalmente por los sentidos de sabor y olor en combinación con los sensores de temperatura. El estudio del sabor es importante en la química de los alimentos ya que es provocado por numerosos compuestos químicos y forma parte de uno de los atributos más importantes de un alimento. El primer requerimiento desde el punto de vista químico para la existencia de sabor es la presencia de un medio disolvente: agua,saliva, etc. En algunas ocasiones el sabor está relacionado con la composición química de los alimentos, por ejemplo, elsabor saladotiene relación con las sales de sodio y potasio, elsabor agriocon contenido deácido, elsabor dulcecon la presencia deglucosas. A veces cambios menores en las estructuras químicas de un compuesto químico puede cambiar el sabor de dulce aamargoo inclusoinsípido.
Losaditivos alimentariosson compuestos químicos añadidos a los alimentos que mejoran algunas de sus propiedades naturales, como pueden ser elsabor, el aspecto, la vida media de consumo, etc. El empleo de aditivos alimentarios es muy antiguo, va desde el uso devinagrepara elaborar losencurtidos, hasta deemulgentespara hacer más espesa lamayonesa. Los aditivos alimentarios se codifican con losnúmeros Een los productos de laUnión Europeay enEstados Unidosse emplea elGRAS(siglas degenerally recognized as safe, en español «generalmente reconocido como seguro»).
Los responsables de las sensaciones primarias del sabor son los compuestos mayoritarios de los alimentos los cuales son proteínas, grasas y azúcares la sal contenida o agregada a los alimentos, las sustancias ácidas y algunas sustancias diversas que confieren el sabor amargo. Estos sabores primarios se encuentran matizados por factores físicos como la temperatura y textura de los alimentos, pero sobre todo por compuestos volátiles percibidos por el olfato, por vía retronasal.
En general, la actividad microbiana sobre alimentos curados y fermentados es una de las principales fuentes de estas sustancias que aparece a causa del metabolismo del microorganismo particular y del alimento sobre el que actúe. Ejemplos son los quesos madurados, vinos, jamón serrano, embutidos madurados, etc.
“El sorbato de potasio ha sido considerado como un aditivo alimentario seguro y no tóxico.”(Dr Luis Ferrer,2017)
“Los especialistas notaron que algunos compuestos químicos, como formaldehído, que dicen causa cáncer, se utilizaron para la elaboración de muchos materiales, como los plásticos de las botellas de gaseosas y vajillas.” (BBC, 2014)
“La  preocupación sobre el formaldehído en los empaques está significativamente sobrevalorada, a menos de que estemos dispuestos a colocar etiquetas de 'potencial riesgo de cáncer' en las frutas frescas y vegetales.” (BBC, 2014)
“Si se produce una sobredosis de bromato de potasio, la persona sufre de vómito, diarrea, depresión del sistema nervioso, daño renal irreversible, efectos mutagénicos, destrucción de la vitamina B1 y la niacina, inhibición de la disponibilidad del hierro y degradación del ácido fólico.” (Jugos curativos para diferentes dolencias, s/f)
“El dióxido de silicio también se asoció con el riesgo de desarrollar enfermedades autoinmunes.” (CNN Español, 2017)