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Tipos de alimentos y sus funciones en el organismo parte 1 - Monografía



 
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Carbohidratos. Proteínas. Lípidos. Vitaminas. Sales minerales. Aditivos. Colorantes. Conservantes. Conservación


Introducción


La química orgánica desempeña un papel importante en nuestra vida diaria, los alimentos, las fibras textiles con las que se confecciona la ropa; los plásticos, la gasolina, el alcohol, los jabones entre otros productos que utilizamos, pertenecen al grupo de los compuestos orgánicos, naturales o sintéticos.

Los compuestos orgánicos existentes en los organismos vivos presentan un elemento fundamental: el carbono. Durante muchos años los científicos creyeron que la formación de esos compuestos dependía de “una fuerza vital” que era transmitida por las células. Por eso, no podían ser sintetizados en el laboratorio como los compuestos inorgánicos.

En 1882, un científico alemán llamado Friedrich Wölher preparó urea en el laboratorio calentando un compuesto inorgánico. A partir de entonces se abandonó la idea de la “fuerza vital y este hecho marcó una nueva era en la química.

Hasta la fecha, el número de compuestos orgánicos que el hombre ha
sintetizado excede por mucho a los que se aíslan de fuentes naturales. Estas fuentes son los animales y las plantas de donde se extraen productos tales como el caucho, colorantes, vitaminas y componentes que son la base de diversos medicamentos.

En este trabajo, profundizaremos en el uso que da el ser humano a una de las Ciencias Naturales más importantes, la Química.

La industria alimenticia es sin duda una de las áreas favorecidas por la química, una de sus aplicaciones principales son los aditivos, en especial los conservadores.

I. Tipos de alimentos y sus funciones en el organismo



Toda sustancia que se ingiere o se incorpora al organismo para obtener energía química o reponer ciertos componentes es un alimento.
Nuestra alimentación se constituye básicamente por tres tipos de compuestos:

- Carbohidratos o glúcidos



Los carbohidratos constituyen la principal fuente de energía del organismo; por tanto son los nutrientes que más necesita consumir, están compuestos por oxígeno, hidrógeno y carbono.

Los carbohidratos se acumulan como glucógeno en el hígado y los músculos. Normalmente, se requiere un promedio diario de 450g de carbohidratos, pero ese valor varía entre 300 y 800g, según el consumo de energía de cada persona. Cuando los carbohidratos se metabolizan en el organismo, sus estructuras se dividen en unidades menores de la sustancia llamada glucosa, que es soluble en agua y por eso puede pasar a la sangre y ser llevada a las células. La glucosa se consume en las células en presencia del o oxígeno que viene de los pulmones y así se libera la energía necesaria para todas las actividades que realizamos.

Los principales ejemplos de glúcidos son los azúcares y los almidones.  Los azúcares, como la glucosa (C6H12O6), están constituidos por moléculas simples, mientras que los almidones poseen estructuras complejas, integradas por muchas moléculas de azúcares unidas en cadenas.

- Lípidos (grasas o aceites)



La mayoría de los lípidos se constituyen por oxígeno, hidrógeno y carbono.
Algunos lípidos, llamados lípidos compuestos, tienen estructuras que incluyen fósforo y nitrógeno. Los seres vivos emplean estos compuestos como reservas de energía, que aprovechan cuando no tienen glúcidos disponibles.

Los lípidos poseen una característica notable: no se disuelven en agua.

Las grasas y los aceites son dos tipos de lípidos que pueden encontrarse en sustancias como el cacahuate y el cártamo, y en animales como el cerdo y la ballena.

Las grasas son también alimentos energéticos que, metabolizados,
se transforman en el organismo en sustancias llamadas ácidos grasos y glicerina. Un gramo de grasa que se quema en la célula proporciona más energía que un gramo de carbohidratos.

- Proteínas



Las proteínas están presentes en todos los tejidos vivos ya sean de plantas o animales. Los tejidos de semillas, carne sin grasa, órganos vitales, piel y cabello contienen mayor proporción de tejido proteínico que los tejidos grasos.

Las proteínas constituyen una clase importante de alimentos para los animales, pues estos no pueden sintetizarlos a partir de compuestos nitrogenados inorgánicos sencillos y las grasas y los carbohidratos no llenan las mismas funciones. Los animales dependen del reino vegetal para la obtención de los compuestos nitrogenados que requieren para sus músculos, órganos, piel y sangre, por ejemplo.

Todas las moléculas de proteínas contienen nitrógeno en combinación con carbono, hidrógeno y oxígeno. Algunas de ellas contienen también azufre y fósforo; otras tienen hierro, manganeso, cobre y yodo.

Cuando las proteínas se hierven con ácidos o bases diluidos, o cuando se sujetan a la acción de ciertas enzimas en la digestión, sus moléculas se hidrolizan formando aminoácidos.
A pesar de que sólo se han obtenido 24 aminoácidos diferentes a partir de las hidrólisis de las proteínas, existen varios aminoácidos sintéticos.

Ejemplos de proteínas son la caseína, que se encuentra en la leche y es indispensable para el buen desarrollo de un niño y la amilasa, que es una enzima presente en la saliva.
La metionina es una proteína que contiene azufre en su estructura.

Además de estos componentes básicos, los alimentos básicos contienen en menor proporción (aunque muy activas), otras sustancias como las siguientes:

- Sales minerales


Las sales minerales proporcionan componentes importantes. Los minerales se encuentran en los alimentos y representan el 5% de la masa corporal. Se clasifican en macroelementos o macronutrientes cuando el organismo los requiere en niveles superiores a 100g diarios, y oligoelementos o micronutrientes, si son necesarios pocos miligramos de ellos.

En la siguiente tabla se presentan algunos de ellos junto con sus funciones específicas en el organismo:

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- Vitaminas



Se encuentran en los alimentos en cantidades muy pequeñas, pero son indispensables para regular algunas funciones del organismo humano. A diferencia de las grasas, carbohidratos y proteínas, las vitaminas no aportan energía alguna, pero su presencia es indispensable dentro del organismo para el metabolismo energético. Si faltan algunas vitaminas, se crean ciertas deficiencias.

Las vitaminas se pueden clasificar en hidrosolubles y las solubles en grasas. Las hidrosolubles (Vitaminas B y C) son las que se encuentran dentro de los líquidos de algunas frutas y verduras, leche y productos cárnicos. Este tipo de vitamina no se acumula dentro del organismo, por lo que se recomienda su consumo diario.

Las vitaminas solubles en grasas (A, D, E y K) pueden ser almacenadas fácilmente dentro del organismo, por lo que no es necesario su consumo diario, pero deben consumirse en cantidades suficientes en determinados periodos. Las vitaminas solubles en grasas se encuentran en el hígado, mantequilla, crema, frutas y
verduras (ya sean verdes y/o amarillas), yemas de huevo, leche nueces y en los aceites vegetales.

- Agua



El agua es un compuesto indispensable para la vida y el más abundante en todos los alimentos, se absorbe a nivel intestinal para luego ser transportada por la sangre a todos los demás órganos. En los organismos, el agua se encuentra en forma intracelular, como parte del protoplasma, y extracelular, como componente del líquido interticial, la linfa y el plasma sanguíneo.

El agua participa en el transporte de nutrientes y productos residuales, regula la temperatura corporal y disuelve sustancias y componentes estructurales de las células.

Los nutrientes orgánicos son los carbohidratos o glúcidos, las grasas, proteínas y vitaminas; los inorgánicos son el agua y las sales minerales.

Estos alimentos se transforman o metabolizan en el organismo por la acción de enzimas específicas para cada uno de ellos. Sólo así se llegan al torrente sanguíneo y de allí a las células, para que el cuerpo los aproveche. Las enzimas actúan como catalizadores de esas transformaciones, es decir, aceleran el metabolismo del alimento en el organismo.

Un alimento suele ser más rico en alguno de los componentes. Por esta razón, nuestra alimentación debe ser variada, para que podamos ingerir diariamente la cantidad mínima necesaria de cada uno de los componentes mencionados.

II. Aditivos alimenticios



Se consideran legalmente como aditivos a aquellas sustancias que añadidas intencionalmente a los alimentos para mejorar sus propiedades físicas, sabor, conservación, etc., pero no a aquellas añadidas con el objetivo de aumentar su valor nutritivo. En aquellos casos en los que la sustancia  añadida es eliminada, o la cantidad de ella que queda en el alimento no tiene función alguna, no se considera un aditivo sino un agente auxiliar de fabricación.

Algunos aditivos, como la sal o el vinagre, se utilizan desde la prehistoria. Las consideraciones ligadas a la protección de la salud hacen que los aditivos estén sometidos a un control legal estricto en todos los países.

Los aditivos que más se utilizan son la sal (cloruro de sodio), que no es considerado en general como un aditivo, los mono y diglicéridos (emulsionates), el caramelo (colorante), el ácido cítrico (secuestrante y acidificante), el ácido acético (acidificante y conservante), el ácido fosfórico y el glutamato sódico (potenciador del sabor).


Grupos de aditivos más importantes


- Colorantes


El color es la primera sensación que se percibe de un alimento, y la que determina el primer juicio sobre su calidad. Es también un factor importante dentro del conjunto de sensaciones que aporta el alimento, y tiende a veces a modificar subjetivamente otras sensaciones como el sabor y el olor. Es posible, por ejemplo, confundir a un panel de catadores coloreando productos como los helados con un color que no corresponda con el del aroma utilizado.
Los alimentos naturales tienen su propio color, por lo que en principio parecería como ideal su mantenimiento a lo largo del proceso de transformación. Sin embargo, los consumidores prefieren en determinados alimentos un color constante, que no varíe entre los diferentes lotes de fabricación de un producto. La variabilidad natural de las materias primas hace que este color normalizado solo pueda obtenerse modificándolo de forma artificial. Por otra parte, muchas sustancias colorantes naturales de los alimentos son muy sensibles a los tratamientos utilizados en el procesado (calor, acidez, luz, conservantes, etc.), destruyéndose, por lo que deben sustituirse por otras más estables. Otros alimentos, como los caramelos, o los productos de alta tecnología aparecidos recientemente en el mercado como imitaciones de mariscos, no tienen ningún color propio, y, para hacerlos más atractivos deben colorearse artificialmente. El coloreado también contribuye a la identificación visual del producto por parte del consumidor, y en muchos casos un buen proceso de coloreado puede condicionar el éxito o fracaso comercial de un producto.

La práctica de colorear los alimentos tiene una larga tradición, ya que algunos productos naturales como el azafrán o la cochinilla eran ya conocidos por las civilizaciones antiguas. También data de antiguo el uso incorrecto de sustancias colorantes perjudiciales para la salud, y su denuncia pública. Ya en 1820, F. Accum publicó en Londres un libro denunciando el uso de compuestos de cobre, plomo y arsénico, muy tóxicos, para colorear fraudulentamente los alimentos.

Actualmente las regulaciones legales han hecho desaparecer muchos de los colorantes utilizados anteriormente. Por otra parte, existe una cierta tendencia a utilizar, cuando es posible colorantes naturales en lugar de colorantes sintéticos, motivada por la presión de un sector importante de los consumidores.

Analizado objetivamente, el coloreado de los alimentos es una actividad “cosmética”, que no contribuye a mejorar su conservación o calidad nutritiva, por lo que el nivel de riesgo aceptable para un beneficio pequeño ha de ser forzosamente muy bajo.

- Antioxidantes



La oxidación de las grasas es la forma de deterioro de los alimentos más importante después de las alteraciones producidas por microorganismos.

La reacción de oxidación es una reacción en cadena, es decir, que una vez iniciada, continúa acelerándose hasta la oxidación total de las substancias sensibles. Con la oxidación, aparecen olores y sabores a rancio, se altera el color y la textura, y desciende el valor nutritivo al perderse algunas vitaminas y ácidos grasos poliinsaturados. Además, los productos formados en la oxidación pueden llegar a ser nocivos para la salud.

Las industrias alimentarias intentan evitar la oxidación de los alimentos mediante diferentes técnicas, como el envasado al vacío o en recipientes opacos, pero también utilizando antioxidantes. La mayoría de los productos grasos tienen sus propios antioxidantes naturales, aunque muchas veces estos se pierden durante el procesado (refinado de los aceites, por ejemplo), pérdida que debe ser compensada. Las grasas vegetales son en general más ricas en sustancias antioxidantes que las animales. También otros ingredientes, como ciertas especias (el romero, por ejemplo), pueden aportar antioxidantes a los alimentos elaborados con ellos.

Por otra parte, la tendencia a aumentar la insaturación de las grasas de la dieta como una forma de prevención de las enfermedades coronarias hace más necesario el uso de antioxidantes, ya que las grasas insaturadas son mucho más sensibles a los fenómenos de oxidación.

Los antioxidantes pueden actuar por medio de diferentes mecanismos:

- Deteniendo la reacción en cadena de oxidación de las grasas.
- Eliminando el oxígeno atrapado o disuelto en el producto, o el presente en el espacio que queda sin llenar en los envases, el denominado espacio de cabeza.
- Eliminando las trazas de ciertos metales, como el cobre o el hierro, que facilitan la oxidación.

Los que actúan por los dos primeros mecanismos son los antioxidantes propiamente dichos, mientras que los que actúan de la tercera forma se agrupan en la denominación legal de “sinérgicos de antioxidantes”, o más propiamente, de agentes quelantes. Los antioxidantes frenan la reacción de oxidación, pero a costa de destruirse ellos mismos. El resultado es que la utilización de antioxidantes retrasa la alteración oxidativa del alimento, pero no la evita de una forma definitiva. Otros aditivos alimentarios (por ejemplo, los sulfitos) tienen una cierta acción antioxidante, además de la acción primaria para la que específicamente se utilizan.

- Secuestrantes de metales



En este grupo se sitúan aquellas substancias, también denominadas a veces sinérgicos de antioxidantes, que tienen acción antioxidante por un mecanismo específico, el secuestro de las trazas de metales presentes en el alimento. Estas trazas (cobre y hierro fundamentalmente) pueden encontrarse en el alimento de forma natural o incorporarse a él durante el procesado, y tienen una gran efectividad como aceleradores de las reacciones de oxidación.

Algunos de estos aditivos tienen también otras funciones, como acidificantes o conservantes, mientras que también otros aditivos cuya principal función es distinta, tienen una cierta actividad antioxidante por este mecanismo, por ejemplo, los fosfatos, el sorbitol, etc.


- Gelificantes, espesantes y estabilizantes.


Las sustancias capaces de formar geles se han utilizado en la producción de alimentos elaborados desde hace mucho tiempo. Entre las sustancias capaces de formar geles está el almidón y la gelatina. La gelatina, obtenida de subproductos animales, solamente forma geles a temperaturas bajas, por lo que cuando se desea que el gel se mantenga a temperatura ambiente, o incluso más elevada, debe recurrirse a otras sustancias. El almidón actúa muy bien como espesante en condiciones normales, pero tiene tendencia a perder líquido cuando el alimento se congela y se descongela. Algunos derivados del almidón tienen mejores propiedades que éste, y se utilizan también. Los derivados del almidón son nutricionalmente semejantes a él, aportando casi las mismas calorías.

- Emulsiontantes



Muchos alimentos son emulsiones de dos fases, una acuosa y otra grasa. Una emulsión consiste en la dispersión de una fase, dividida en gotitas extremadamente pequeñas, en otra con la que no es miscible. Una idea de su  pequeñez la da el que en un gramo de margarina haya más de 10.000 millones de gotitas de agua dispersas en una fase continua de grasa. Las emulsiones son en principio inestables, y con el tiempo las gotitas de la fase dispersa tienden a reagruparse, separándose de la otra fase. Es lo que sucede por ejemplo cuando se deja en reposo una mezcla previamente agitada de aceite y agua. Para que este fenómeno de separación no tenga lugar, y la emulsión se mantenga estable durante un período muy largo de tiempo se utilizan una serie de sustancias conocidas como emulsionantes, que se sitúan en la capa límite entre las gotitas y la fase homogénea. Las propiedades de cada agente emulsionante son diferentes, y en general las mezclas se comportan mejor que los componentes individuales. Como ejemplo de emulsiones alimentarias puede citarse la leche, que es una emulsión natural de grasa en agua, la mantequilla, la margarina, la mayoría de las salsas y las masas empleadas en repostería, entre otras.

- Potenciadores de sabor



Los potenciadores del sabor son sustancias que, a las concentraciones que se utilizan normalmente en los alimentos, no aportan un sabor propio, sino que potencian el de los otros componentes presentes. Además influyen también en la sensación de “cuerpo” en el paladar y en la de viscosidad, aumentando ambas. Esto es especialmente importante en el caso de sopas y salsas, aunque se utilizan en muchos más productos.

- Edulcorantes bajos en calorías



Los edulcorantes no calóricos, artificiales o naturales, son en este momento una de las áreas más dinámicas dentro del campo de los aditivos alimentarios, por la gran expansión que está experimentando actualmente el mercado de las bebidas bajas en calorías.

Para que un edulcorante natural o artificial sea utilizable por la industria alimentaria, además de ser inocuo, tiene que cumplir otros requisitos: el sabor dulce debe percibirse rápidamente, y desaparecer también rápidamente, y tiene que ser lo más parecido posible al del azúcar común, sin regustos. También tiene que resistir las condiciones del alimento en el que se va a utilizar, así como los tratamientos a los que se vaya a someter.

El uso de edulcorantes artificiales ha sido objeto de múltiples polémicas por lo que respecta a su seguridad a largo  plazo. La forma más adecuada de enfocar esta polémica es desde la perspectiva del balance riesgo-beneficio.

El consumidor tiene que decidir si asume en algunos casos un riesgo muy remoto como contrapartida de las ventajas que le reporta el uso de determinados productos, ventajas que en este caso serían la reducción de las calorías ingeridas sin renunciar a determinados alimentos o sabores. También deben tenerse en cuenta los efectos beneficiosos sobre el organismo de la limitación de la ingesta calórica, especialmente en la prevención de  los trastornos cardiovasculares y de ciertos procesos tumorales. Aunque el efecto preventivo se produce fundamentalmente con la reducción del contenido de la grasa de la dieta, también puede contribuir la reducción del contenido energético global, y en este caso los edulcorantes artificiales serían una cierta ayuda. Por supuesto, son de gran interés para el mantenimiento de la calidad de vida de aquellas personas que por razones médicas tienen que controlar su ingestión de azúcares.

- Conservantes ó conservadores



La principal causa de deterioro de los alimentos es el ataque por diferentes tipos de microorganismos (bacterias, levaduras y mohos).
El problema del deterioro microbiano de los alimentos tiene implicaciones económicas evidentes, tanto para los fabricantes (deterioro de materias primas y productos elaborados antes de su comercialización, pérdida de la imagen de marca, etc.) como para distribuidores y consumidores (deterioro de productos después de su adquisición y antes de su consumo). Se calcula que más del 20% de todos los alimentos producidos en el mundo se pierden por acción de los microorganismos. Por otra parte, los alimentos alterados pueden resultar muy perjudiciales para la salud del consumidor. La toxina botulínica, producida por una bacteria, Clostridium botulinum, en las conservas mal esterilizadas, embutidos y en otros productos, es una de las substancias más venenosas que se conocen (miles de veces más tóxica que el cianuro). Las aflatoxinas, sustancias producidas por el crecimiento de ciertos mohos, son potentes agentes cancerígenos. Existen razones poderosas para evitar la alteración de los alimentos. A los métodos físicos, como el calentamiento, deshidratación, irradiación o congelación, pueden asociarse métodos químicos que causen la muerte de los microrganismos o que al menos eviten su crecimiento. En muchos alimentos existen de forma natural sustancias con actividad antimicrobiana. Muchas frutas contienen diferentes ácidos orgánicos, como el ácido benzoico o el ácido cítrico. La relativa estabilidad de los yoghurts comparados con la leche se debe al ácido láctico producido durante su fermentación. Los ajos, cebollas y muchas especias contienen potentes agentes antimicrobianos, o precursores que se transforman en ellos al triturarlos.

Los organismos oficiales correspondientes, a la hora de autorizar el uso de determinado aditivo tienen en cuenta que éste sea un auxiliar del procesado correcto de los alimentos y no un agente para enmascarar unas condiciones de manipulación sanitaria o tecnológicamente deficientes, ni un sistema para defraudar al consumidor engañandole respecto a la frescura real de un alimento.

Las condiciones de uso de los conservantes están reglamentadas estrictamente en todos los países del mundo. Usualmente existen límites a la cantidad que se puede añadir de un conservante y a la de conservantes totales. Los conservantes alimentarios, a las concentraciones autorizadas, no matan en general a los microorganismos, sino que solamente evitan su proliferación.
Por lo tanto, solo son útiles con materias primas de buena calidad.

III. Conservación de los Alimentos



Los alimentos se descomponen debido a las transformaciones que sufre la materia orgánica por la acción de microorganismos como bacterias y hongos.

Esto provoca alteraciones en su aspecto, así como la aparición de olor y sabor desagradables, que perjudican la salud de quien los ingiere. Con frecuencia los alimentos deteriorados producen toxinas que al producirse mayores cantidades, resultan venenosas. Normalmente esos microorganismos provocan transformaciones en los componentes de los alimentos:

a)    Los carbohidratos se transforman en sustancias conocidas como ácidos, alcoholes y gases, como el dióxido de carbono.
b)    Las proteínas se transforman en aminoácidos y éstos, a su vez, en sustancias como el amoniaco.
c)    Las grasas se dividen en ácidos grasos y glicerina.

Muchos alimentos industrializados contienen aditivos que funcionan como conservadores, con la finalidad de ampliar los plazos de caducidad de los productos.





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