y huesos.
De todo lo anterior se concluye que los denominados componentes y nutrientes de los alimentos no se encuentran distribuidos homogéneamente sino que forman parte de estructuras bastante complejas que les otorgan propiedades identificables por nuestros sentidos. El conocimiento preciso de estos arreglos, en que participan microscopistas y bioquímicos, ha permitido entender el origen de ciertas tecnologías e introducir mejoras significativas en los procesos. Por otra parte, resulta evidente que el proceso de digestión debe liberar a los nutrientes desde estas estructuras si es que ellos van a ser eficientemente absorbidos en el intestino, lo que se abordará en la sección 7.6.
2.2. Sociología molecular
Se ha hablado de moléculas y de estructuras, pero no de cómo se pasa de las primeras a las segundas. Las interacciones entre las moléculas vecinas, que pueden ser de atracción o repulsión, se pueden comparar a las interacciones entre los seres humanos y de ahí que se haya derivado el término sociología molecular. De hecho, se habla de si existe o no “química” entre las personas y el concepto sociológico de “química humana” analiza las “reacciones” para formar y deshacer enlaces entre seres humanos y las estructuras que se derivan de estas relaciones.46 Hacer analogías entre moléculas y seres humanos puede resultar bizarro, pero se justifica cuando se quiere hacer uso de la experiencia cotidiana y personal para explicar algo que es complejo.
Algunas personas se juntan y no se separan más, como se promete en el matrimonio. En química, la atracción tiene que ver con interacciones entre moléculas vecinas, que van de fuertes a débiles. La unión más cercana y permanente entre moléculas es el enlace covalente donde se comparten electrones externos entre dos o más átomos. Este es el enlace con que se unen los monómeros cuando forman los polímeros como las proteínas y los polisacáridos. En los alimentos se usan enzimas para romper estos enlaces, por ejemplo, la amilasa que corta las moléculas de almidón y las transforma en azúcares simples, y la renina (o cuajo) que escinde una parte de la caseína de la leche, desestabilizándola para que se forme la cuajada del queso.
Sin embargo, a medida que se progresa en los niveles jerárquicos de las estructuras biológicas comienzan a predominar interacciones menos específicas que los enlaces covalentes y adquieren una gran importancia las llamadas interacciones débiles, en que priman propiedades específicas de las moléculas mismas. El profesor Jean Marie Lehn (1939), premio Nobel de Química 1987 (ver sección 10.6), propuso el nombre de química supramolecular al estudio de las interacciones entre moléculas, más allá de los enlaces covalentes.47 En la formación de estructuras alimentarias hay algunas interacciones no-covalentes que conviene tener presente. Las interacciones electrostáticas ocurren entre moléculas que tienen cargas eléctricas y pueden ser de atracción (cargas opuestas) o repulsión (cargas del mismo signo). Los enlaces o puentes de hidrógeno ocurren cuando este elemento se encuentra cargado positivamente (H+) y es atraído por cargas negativas en cualquier otra molécula pero con una intensidad que es sólo un 1% de la del enlace covalente. En las moléculas de agua (H+–O––H+), el enlace de hidrógeno explica muchas de las propiedades de este compuesto y su interacción con grupos cargados de otras moléculas, como es el caso de la hidratación de proteínas y polisacáridos. Las interacciones de van der Waals corresponden a atracciones o repulsiones debido a efectos de cargas eléctricas débiles permanentes o momentáneas en las moléculas. Hay más sobre interacciones moleculares, pero lo visto permite progresar sin tropiezos.
Las cadenas de polímeros que poseen cargas eléctricas localizadas, como algunos polisacáridos, pueden ser unidas por un ión de signo contrario y así formar macroestructuras estables como los geles de carragenina o alginato. Pero la carencia de carga eléctrica también es una oportunidad para que las moléculas se asocien, especialmente si están en un ambiente altamente “cargado” como es el medio acuoso. Los grupos o zonas sin carga se “atraen” entre sí, se juntan y esconden al sentirse rechazados por el medio, dando lugar a las atracciones hidrofóbicas (odian estar en contacto con agua) que agrupan a las moléculas y las segregan del resto. Algunos geles proteicos se estabilizan en buena medida a través de este mecanismo. Las personas que se sienten discriminadas suelen también juntarse entre sí y apartarse. No es exagerado decir que estos y otros tipos de interacciones débiles, en forma individual o simultánea, son fundamentales en las estructuras que se obtienen en la cocina y en aquellas que darán origen a los alimentos del futuro.
El rompimiento de una relación es un acontecimiento doloroso. Las enzimas hidrolíticas son las mayores disociadoras y sirven para romper moléculas grandes como las proteínas, carbohidratos y lípidos, para dar lugar a moléculas más pequeñas. Pero bajo ciertas condiciones las enzimas pueden actuar como una casamentera y crear nuevos vínculos. En química muchas reacciones son reversibles y algunas enzimas pueden formar polímeros a partir de los monómeros (por ejemplo, sintetizar proteínas a partir de aminoácidos). Ciertas lipasas permiten pegar ácidos grasos específicos y formar triglicéridos con propiedades especiales, que se denominan lípidos estructurados. Es posible construir enzimáticamente anillos de 6 a 9 unidades de glucosa conocidos como ciclodextrinas con una región interna hidrofóbica donde se pueden albergar moléculas de aromas, pigmentos, vitaminas o compuestos “funcionales” poco solubles en agua, y cuyo exterior hidrofílico permite la dispersión en un medio acuoso.
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
