Ingeniería gastronómica

El concepto de autoensamblaje (self-assembly) de moléculas se refiere a una asociación espontánea y reversible de grupos de moléculas para formar estructuras de acuerdo a cierta “información química” contenida en las moléculas mismas. Esta asociación produce un salto desde la escala molecular a la de decenas o centenas de nanómetros. Ejemplos de estas asociaciones de autoensamblaje que existen en los alimentos son las micelas de caseína en la leche que miden unos 200-400 nm (sección 2.9) y las membranas biológicas en células animales y vegetales. Los monoglicéridos y los fosfolípidos (moléculas de lípidos que tienen una cabeza polar y una cola apolar) pueden autoensamblarse espontáneamente, dependiendo de las condiciones del medio en que se encuentran, en una multitud de nanoestructuras con formas de láminas extendidas o lamelas (como las membranas biológicas), micelas (esferas compactas), vesículas (esferas con un centro hueco) e incluso fases ordenadas que se extienden en tres dimensiones.

Desde hace algún tiempo se sabe que las moléculas de ciertas proteínas forman agregados semi-esféricos de diversos tipos, algunos de los cuales prosiguen asociándose hasta formar las redes de los geles como el tofu o el yogurt. Otras proteínas como la beta-lactoglobulina del suero de queso se juntan para formar fibrillas del tamaño de varios nanómetros, que pueden ser transformadas en estructuras fibrosas. Resumiendo, tanto las moléculas de azúcares como de lípidos y proteínas que ya consumimos en los alimentos, bajo ciertas condiciones pueden formar estructuras supramoleculares a través de variados mecanismos que recién se comienzan a entender. Las posibles aplicaciones tecnológicas que permitan construir alimentos desde abajo hacia arriba están siendo investigadas con gran interés.

Las atracciones y repulsiones entre macromoléculas dan lugar a otros mecanismos de asociatividad supramoleculares que abarcan a una porción más extensa de materia llamada fase (ver sección 2.3). El equivalente sociológico de una fase podría ser los grandes conglomerados que forman los partidos políticos de izquierda y derecha, o los hinchas del Real Madrid y del Barcelona. Cuando moléculas de dos tipos distintos de polímeros se encuentran en solución en forma concentrada ocurre que en vez de mezclarse, se separan en dos fases inmiscibles enriquecidas cada una con un tipo de polímero (como las barras de fútbol en un estadio). Lo diferente a la separación en fases entre el aceite y el agua, es que en este caso el agua es el solvente común de ambas fases poliméricas luego de la separación. Ocurre que cuando hay pocas moléculas de cada polímero el solvente (agua) alcanza para rodearlas a todas, pero bajo condiciones de hacinamiento cada cadena polimérica se siente más cómoda rodeada por las de su clase (lo que es una experiencia frecuente entre los humanos). Por ejemplo, una mezcla de caseína y alginato en agua se separa en dos fases cuando la concentración total de los polímeros excede un 3%. Es común que durante el tiempo para alcanzar la separación final (o el equilibrio) entre las fases se produzcan “bolsones” de una fase dispersos en el continuo de la otra fase y por tanto microestructuras en la escala de micrones. Es posible “congelar” estas estructuras en cualquier etapa de la separación haciéndolas gelificar (formar geles, un proceso que se verá más adelante), y generar de esta manera texturas jamás saboreadas anteriormente. Otra forma de separación sucede cuando las moléculas de los polímeros tienen cargas de signo contrario lo que les permite asociarse y formar complejos poliméricos que se segregan del solvente (agua), como ocurre cuando se mezcla goma arábiga con proteínas del suero de leche. Estos dos fenómenos de asociación entre polímeros (la separación en fases y la formación de complejos) explican la creación de varias estructuras en varios alimentos procesados.⁴⁸ Sobre formación de redes poliméricas que dan lugar a estructuras macroscópicas como los geles se hablará en la sección 2.7.⁴⁹

Una analogía con el comportamiento de las personas explica por qué los polímeros en solución tienen propiedades que no se dan en el caso de soluciones de moléculas pequeñas. Si se acepta que un polímero puede ser una molécula muy larga que gira velozmente en todas direcciones cuando está sumergida en un solvente, acontece que el volumen de solvente “barrido” en este loco movimiento no está disponible para que entre otra cadena polimérica (que a su vez hace lo mismo). Entonces, las otras moléculas de polímero “ven” menos solvente donde ubicarse, lo que no ocurre con moléculas pequeñas que no ocupan mucho espacio. En la nieve, ¿alguien se atrevería a invadir la zona alrededor de una persona que se mueve erráticamente con sus esquís al hombro? Este esquiador abusivamente ocupa un volumen mucho mayor que alguien sin esquís y reduce sustancialmente el territorio disponible para el resto.

Las moléculas en fase gaseosa son algo especial. Como están muy distantes unas de otras, son las más independientes de todas y sólo les interesa estar esparcidas uniformemente en el espacio. Cuando se juntan muchas en una zona, tienden a diseminarse espontáneamente por todo el volumen. No ocurre lo mismo cuando se topan con una superficie de alta energía y se sienten atraídas. Las personas también son atraídas por superficies tentadoras. En un coctel, la gente se abalanza hacia las mesas que contienen las bandejas con sándwiches y pastelillos más exquisitos (o más caros) y permanece adherida a esos lugares. En términos químicos se diría que el contorno de las mesas se “satura” rápidamente con los más rápidos y golosos. Una segunda capa de individuos logra conseguir algo estirando los brazos pero su alcance es menor y, por último, una gran masa circula errática por entre las mesas como si estuviera en un paseo normal.

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_w y da información de cómo se encuentra el agua en un alimento. La a_w varía entre 0 de un material seco y 1 del agua pura. Evidentemente, valores bajos de a_w representan 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_w requieren 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_w de 0,30 y 0,75, respectivamente, representan bien el intervalo de a_w en 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.⁵² Como 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 10⁹ (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.

Para algunos líquidos puros como el agua, la velocidad de enfriamiento necesaria para producir un vidrio es tan alta, que en condiciones normales de enfriamiento las moléculas pueden ordenarse en posiciones regulares y formar un cristal denominado hielo, que es el estado final de equilibrio. Evidentemente, en el estado vítreo no se ha alcanzado este equilibrio y por eso se dice que es un estado metaestable. Eventualmente, las moléculas de un vidrio se ordenarán y llegarán a ser cristales, estructuras con máximo orden y mínima complejidad, porque así lo dicta la termodinámica (sección 6.2). Es aquí donde se produce una de las paradojas más increíbles del mundo de los materiales. A pesar que bajo ciertas condiciones la situación de equilibrio es el estado cristalino y a él debieran llegar espontáneamente las moléculas, el tránsito a esta condición no es fácil. En un laboratorio y bajo condiciones controladas se puede producir el subenfriamento del agua en estado líquido, alcanzando temperaturas de hasta -40ºC, a pesar que el equilibrio dice que debiera estar en forma de hielo por debajo de los 0ºC (como en el congelador doméstico). En la cocina es posible preparar soluciones de azúcar más concentradas que lo indicado por la saturación o el equilibrio (67% de sacarosa a 20ºC) sin que se formen cristales, lo que se denomina sobresaturación. Lo que ocurre es que para que crezca un cristal, ya sea de hielo o de azúcar, primero es necesario que se forme un núcleo o una minúscula partícula cristalina sobre la cual se empiezan a adosar rápida y ordenadamente las otras moléculas para formar el cristal. Se habla entonces de nucleación homogénea, cuando hay que esperar hasta que un grupo pequeño de moléculas se ordenen espontáneamente en la forma que corresponde al cristal y de nucleación heterogénea cuando los núcleos nacen sobre imperfecciones en una superficie o en partículas contaminantes. Obviamente, el inicio de la cristalización es más difícil en el primer caso que en el segundo. El subenfriamiento y la sobresaturación corresponden a estados metaestables posibles en la congelación y la cristalización. Hay más sobre esto y el equilibrio en las secciones 6.2 y 6.3.

Existen muchas situaciones en que el procesamiento conduce a la formación de vidrios o cristales alimentarios. La confitería se basa en gran medida en que la sacarosa no cristalice y permanezca como un vidrio, y los caramelos son una muestra de ello. Sin embargo, en la producción de azúcar de mesa, el jarabe de azúcar sobresaturado se “siembra” con pequeños cristales de azúcar flor para que la sacarosa cristalice más rápidamente. En el secado por aspersión para producir leche en polvo, la rápida remoción del agua desde las gotas de leche deja a la lactosa en forma vítrea.

En ciencia de los materiales se denomina estado gomoso a aquel en que la movilidad de las moléculas de un sólido, chicas o grandes, es suficiente para que se desplacen ligeramente unas respecto a las otras. Un material en estado gomoso se muestra flexible y deformable. Una cañería de PVC es rígida porque sus moléculas están impedidas de moverse (es un vidrio), mientras que una manguera del mismo material es flexible porque la adición de un plastificante actúa como lubricante y permite la movilidad de las moléculas (por tanto la manguera es literal y científicamente una “goma”). El paso de vidrio a cristal es un proceso que depende del tiempo y requiere el paso a través del estado gomoso porque las moléculas necesitan tener una cierta movilidad para ordenarse (figura 2.2). En la naturaleza, y por ende en los alimentos, existe un plastificante cuya presencia transforma a un material vítreo en gomoso: el agua. El cochayuyo seco es rígido como la tubería de PVC, pero luego de un remojo se suaviza y se pone flexible como una manguera.

La frontera entre el estado vítreo y el gomoso está dada por la temperatura de transición vítrea o T_g, que es propia de cada material, tal como lo son la temperatura de fusión y de ebullición, pero en este caso T_g depende de la humedad. Sin embargo, T_g no representa una transición de fase, sino que corresponde a un cambio de estado (del estado vítreo al estado gomoso) y no requiere del aporte de una gran cantidad de calor para que ocurra (el llamado calor latente o de cambio de fase). El paso del estado vítreo al estado de goma se facilita al aumentar la humedad (porque T_g disminuye con la humedad) o por calentamiento, pues ambos fenómenos favorecen la movilidad de las moléculas. De aquí a que el material cristalice, es cuestión de tiempo (figura 2.2).

FIGURA 2.2. Transformaciones del estado líquido al estado sólido en alimentos. Dependiendo de la velocidad de enfriamiento se puede formar un vidrio amorfo que es metaestable o un cristal ordenado y estable. El paso de vidrio a cristal ocurre espontáneamente a través del estado gomoso, si se dan las condiciones para la movilidad y el ordenamiento de las moléculas.

El aire que nos rodea contiene agua en forma de vapor, lo que se indica como humedad relativa del aire (HR) en los pronósticos meteorológicos (ver también sección 8.1). Una galleta crocante recién sacada de su envoltorio se fractura en la boca de manera quebradiza y ruidosa, lo que es típico de su estado vítreo. Dejada al aire ambiente, la galleta absorbe agua desde el aire (¡en forma de moléculas!) y la percibimos deformable y “silenciosa”, lo que revela su paso al estado gomoso (figura 2.2). El agua ha “plastificado” al almidón de las galletas, del mismo modo que los plastificantes químicos convierten al PVC rígido en el material suave y flexible de las mangueras. El agua es el plastificante natural de los materiales biológicos y en ese rol es también fundamental para la vida en la Tierra. Resumiendo, T_g es un parámetro fundamental de los alimentos amorfos con poca humedad y criterio fundamental para determinar su estructura, textura y reactividad química puesto que da información sobre la movilidad de las moléculas en el sistema. Más sobre T_g y su efecto en la estabilidad de los alimentos se verá en la sección 8.1.

No debe confundirse el estado gomoso con la elasticidad de gomas (rubber elasticity). Una goma, como el caucho de los neumáticos de los autos, es una red polimérica entrecruzada al azar que muestra propiedades elásticas. Un elástico de billetes puede estirarse varias veces sin romperse y al retirar la fuerza que lo deforma vuelve a su largo original. Esto se debe a que al estirarse las largas cadenas del polímero se ordenan momentáneamente y al retirar la fuerza deben volver espontáneamente a un estado de mayor desorden o entropía (concepto que se verá en la sección 6.2). La elastina es la principal proteína elástica en los vertebrados y forma parte, junto al colágeno, de los ligamentos de las articulaciones. No hay muchos materiales alimentarios que exhiban una notoria elasticidad de gomas, salvo el chicle, el gluten de trigo⁵³ y, en forma limitada, la carne de locos y abalones.

El método más común de transformar la estructura de los alimentos para comerlos es calentarlos. A medida que se aumenta la temperatura primero se desestabilizan las interacciones moleculares más débiles (como las interacciones hidrofóbicas) y eventualmente se acumula suficiente energía para romper enlaces covalentes y producir varias reacciones químicas (ver sección 2.2). La figura 2.3 muestra los cambios que se producen en distintos componentes de los alimentos durante el calentamiento.

Las proteínas al ser calentadas pierden progresivamente su estructura nativa, se despliegan y pasan a otro estado más desordenado en un proceso complejo que se denomina denaturación térmica. Al denaturarse, las moléculas de proteína pierden solubilidad, retienen menos agua, hacen más viscosas a las soluciones, etc., lo que desde el punto de vista culinario significa que coagulan, se agregan y gelifican. Normalmente el proceso de denaturación de proteínas ocurre dentro de un rango de temperaturas que depende de muchos factores (por ejemplo, contenido de agua, pH y presencia de iones), pero por sus roles biológicos en seres vivos casi nunca se inician bajo los 60ºC. Por ejemplo, la clara de huevo se empieza a denaturar a los 63ºC, forma un gel suave a los 65-70ºC y se endurece cerca de los 77ºC, mientras que la yema comienza a denaturarse a los 65ºC y termina de endurecerse pasado los 80ºC. El calentamiento de un calamar a 100ºC por un minuto hace soluble las fibras de colágeno y suaviza la estructura compuesta. A temperaturas más altas hay suficiente energía como para que se formen nuevos enlaces entre las moléculas de proteínas a través de reacciones de entrecruzamiento. La ligazón química entre las moléculas estiradas de proteína de soya, que ocurre a unos 140-160ºC, permite obtener una proteína texturizada o carne vegetal que mantiene su estructura fibrosa durante la cocción (sección 4.8). Temperaturas aún más altas, producen la descomposición de las proteínas.

FIGURA 2.3. Efecto del calentamiento en los cambios de fase, transiciones de estados y algunas reacciones en los principales componentes de los alimentos. T_amb = Temperatura ambiente.

La sacarosa a temperatura ambiente se encuentra en forma cristalina y algunas veces en estado amorfo como un vidrio (ver sección 2.5). Consumimos también otros tipos de azúcares como la fructosa en las mieles y frutas, y la lactosa en la leche. Cuando la sacarosa se calienta por encima de 100ºC se desata una serie de reacciones complejas conocidas como reacciones de caramelización, que dan origen tanto a compuestos odoríferos como a pigmentos de color café asociados con el tostado y el caramelo. Los cristales de sacarosa se funden en un líquido incoloro alrededor de los 154ºC, que comienza a ponerse ámbar a partir de los 168ºC y se quema a los 190ºC dando lugar a sabores amargos y un color oscuro. El azúcar líquido entre los 155 y 165ºC es un excelente medio de calentamiento y una manera novedosa de “freír” alimentos en azúcar. Ciertos azúcares llamados azúcares reductores (glucosa, fructosa, maltosa y lactosa) si se calientan en presencia de proteínas, péptidos, aminoácidos o aminas, participan en una reacción conocida como reacción de Maillard, llamada así en honor al bioquímico francés Louis Camille Maillard (1878-1936). La reacción de Maillard origina pigmentos de color café, compuestos volátiles que son muy importantes en la cocción, el horneo y la fritura, y también da lugar a sustancias amargas. Se ha descubierto que algunos compuestos de esta reacción tienen una potencial actividad mutagénica.⁵⁴

El almidón existe en la naturaleza en forma de gránulos de tamaños entre 5 y 50 micrones, que son como diminutos granos de arena en el sentido que los dos componentes poliméricos del almidón, la amilosa y la amilopectina, se encuentran empacados en forma densa e insoluble (sección 2.1). Si el almidón se calienta en presencia de abundante agua, los gránulos de almidón comienzan a hidratarse e hincharse a partir de los 55-65ºC, fenómeno que se conoce como gelatinización del almidón, que no hay que confundir con gelificación o formación de geles, que se verá en la sección 2.7. La figura 3.3 del capítulo 3 presenta la hinchazón de un gránulo de almidón en el tiempo vista bajo un microscopio de luz. Durante el calentamiento, la suspensión se vuelve progresivamente más viscosa al romperse los gránulos hinchados y liberar amilosa y amilopectina, como es común de apreciar al agregar almidón o harina a una salsa caliente o cuando se hace engrudo. Un exceso de agitación en esta etapa produce una reducción de viscosidad y si es seguida de enfriamiento conduce a una débil gelificación y eventualmente a una cristalización parcial de los polímeros liberados. Otro fenómeno que puede sufrir el almidón es la dextrinización, que es el corte de las moléculas de amilosa y amilopectina por medio de enzimas o también por fricción y calentamiento en seco, como sucede en el caso en los productos extruidos (por ejemplo, snacks de maíz). Las dextrinas son polímeros cortos de la glucosa (y por tanto relativamente solubles) que se usan, entre otras cosas, para hacer alimentos infantiles en forma de papillas.

Los lípidos, ya sea en la forma de aceites o como grasas fundidas, son líquidos que tienen la propiedad que a presión atmosférica pueden ser calentados hasta alrededor de 190-200ºC sin alterarse químicamente. A temperaturas superiores, que varían entre los 200 y 230ºC comienzan a descomponerse, lo que se conoce como punto de humo. Esto permite que diversos alimentos puedan ser calentados en un medio líquido a alta temperatura en el proceso llamado fritura (sección 8.7). No hay muchos medios líquidos que a presión atmosférica cubran la brecha de temperaturas entre los 100ºC del agua hirviendo y los 180 a 190ºC de los aceites calientes. En condiciones de manejo y almacenamiento, los lípidos están expuestos a dos reacciones de deterioro, que son la rancidez hidrolítica y la rancidez oxidativa (sección 1.3) La primera reacción es causada por enzimas existentes en los alimentos y que liberan ácidos grasos, los que a su vez generan malos olores y sabores (como el ácido butírico en la mantequilla rancia). La oxidación de grasas (o rancidez oxidativa) es una reacción entre el oxígeno y los ácidos grasos insaturados, la que se puede controlar parcialmente usando antioxidantes.

2.4. Líquidos y sólidos extraños

Para un físico los alimentos son materia suave condensada, es decir, un sólido que se deforma o un líquido que fluye bajo pequeños esfuerzos y donde sus numerosas moléculas se mantienen muy cerca unas de otras a través de múltiples interacciones (ver sección 2.2). Basta abrir la puerta del refrigerador para constatar la enorme diversidad de materiales que cumplen con esta definición: mayonesa, leche, quesos, huevos, etc.

A los ingenieros les gusta tener referentes simples cuyo comportamiento sea fácil de explicar y de modelar, pero que posiblemente sólo existan en su imaginación. Por eso, definen un sólido ideal y un líquido ideal, ambos en las antípodas del espectro del comportamiento mecánico de todas las formas reales de materia condensada que conocemos (ver sección 5.2). Total, las conductas físicas de los materiales reales, como la mayoría de los líquidos y sólidos alimentarios, se pueden explicar “complicando” estos comportamientos ideales.

Los líquidos no tienen forma fija y adoptan aquella del recipiente que los contiene. Fluyen en forma instantánea ante la aplicación de cualquier fuerza con una propiedad característica que se denomina viscosidad, equivalente a la consistencia o fluidez. Cuando un líquido fluye, las moléculas deben deslizarse unas respecto a otras y por ende los líquidos formados por moléculas pequeñas tienen una viscosidad menor que aquellos que contienen moléculas grandes (como los polímeros) o partículas irregulares. La viscosidad del agua es 100 y 1000 veces menor que la del aceite y un jarabe, respectivamente.

Para algunos líquidos que contienen polímeros la viscosidad no es constante y si se deforman en forma rápida (como cuando se agitan en una batidora o dentro de un frasco) aparentan ser menos espesos. Estos líquidos se denominan fluidos pseudoplásticos. En estos casos la estructura del líquido cambia y las moléculas de polímero se alinean en la dirección de la deformación oponiendo menos resistencia a fluir, y por ende exhiben una viscosidad menor que cuando están quietos. Al remover la agitación, el líquido vuelve a ser tan espeso como originalmente. Si se revuelve una solución del 1% de carragenina con una batidora que gira a cincuenta revoluciones por segundo la viscosidad aparente es casi un quinto de la que tiene si se la deja fluir lentamente. Otra evidencia de que los líquidos complejos tienen estructura es el extraño comportamiento del ketchup. Para que el ketchup fluya desde una botella es necesario vencer una fuerza que se opone al flujo y que es producida por el entrecruzamiento de las moléculas del concentrado de tomate. Al agitar la botella se generan fuerzas de corte sobre el material, el que entra en fluencia y continúa chorreando hasta vaciarse completamente si fuera necesario. También se puede vencer esta condición de taponamiento apretando una botella plástica, lo que impulsa al fluido por la boquilla. Otros productos que exhiben este comportamiento extraño son algunas mayonesas y mostazas, así como también la pasta de dientes.