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