National Academy of Engineering de los EE.UU., por sus contribuciones a entender el rol de la estructura de los alimentos en sus propiedades.
Moléculas nutritivas y sabrosas
1. Moléculas nutritivas y sabrosas
Tanto los alimentos como nuestros cuerpos están hechos por moléculas y por eso es fundamental que las conozcamos con nombre y apellido. Es cierto que a veces incomoda la nomenclatura química, pero actualmente no hay manera de soslayarla: hablamos de ácidos grasos “trans”, de dioxinas y de antioxidantes. Nos aprestamos a conocer los ladrillos de las estructuras de los alimentos en sus múltiples facetas.
1.1. Comemos moléculas y eso somos
Suele decirse que somos lo que comemos y desde el punto de vista químico esto es correcto pues estamos formados fundamentalmente por moléculas que provienen de los alimentos que consumimos (figura 1.1). Apreciamos la intimidad de los alimentos en la boca y la nariz y durante la digestión los reducimos a moléculas sencillas, las cuales son absorbidas y transportadas hacia los distintos tejidos. Las células ensambladas en un gran Lego que es nuestro cuerpo, crean a partir de ellas fábricas químicas en miniatura llamadas organelos que permiten su funcionamiento. Pero tal como un automóvil, no somos sólo chasis y carrocería, sino que también necesitamos energía para realizar nuestras actividades y mantener la vida, y esta proviene de la oxidación de ciertas moléculas. Hay algunas moléculas que no podemos sintetizar a partir de otras y necesariamente deben estar en nuestra dieta: los minerales, algunas vitaminas, aminoácidos y ácidos grasos. De hecho, compramos suplementos nutricionales que contienen moléculas que consideramos no están en la proporción adecuada en los alimentos. Veremos más adelante que no todas las moléculas en los alimentos son beneficiosas para nuestra salud.
FIGURA 1.1. Los tejidos y fluidos corporales están formados por moléculas.
La cadena del flujo de moléculas parte en el Sol y continúa en nuestro planeta con la captación de energía solar por las plantas. Menos del 1% de la energía solar que incide sobre la Tierra es capturada por la clorofila de las plantas (junto a algas y algunas bacterias) en un proceso que se denomina fotosíntesis y es guardada en forma de moléculas que constituyen la biomasa. La transformación de dióxido de carbono y agua mediada por la energía solar en azúcares y oxígeno que se libera a la atmósfera, procede de acuerdo a la ecuación:
nCO2 + nH2O + energía → (CH2O)n + nO2
De aquí se derivan las cadenas de alimentos que permiten nuestra vida. La mayoría de las moléculas en las comidas fueron en algún momento moléculas de otros organismos, lo que nos convierte en seres heterótrofos, nos alimentamos de otros. Una vez dentro de las células, las mitocondrias hacen la tarea inversa y usan los azúcares y el oxígeno para generar la energía que sustenta la síntesis o desdoblamiento de todas las moléculas que permiten el funcionamiento de los seres humanos lo que se denomina metabolismo. De lo anterior se puede desprender tres cosas importantes para lo que sigue a continuación. Lo primero es la dependencia de otros organismos con quienes compartimos el medioambiente para nuestra supervivencia; en segundo lugar está el hecho que las moléculas que necesitamos vienen de estructuras organizadas; y tercero, por más que se desee, no se puede obviar la naturaleza química que conlleva nuestra alimentación, pues en lo corporal somos un arreglo de moléculas. Y aquí viene el primer problema a enfrentar. Si lo que ve nuestro organismo son moléculas ¿hace diferencia que una molécula de ácido ascórbico venga de una tableta efervescente producida por una industria farmacéutica o esté en el jugo de una naranja? Esta pregunta no es menor, pues es la base de la controversia entre alimentos naturales y aquellos artificiales o sintéticos. Este es tema para más adelante, pues requiere de cierto “calentamiento” previo.
1.2. Los bloques de la construcción
La naturaleza molecular de los alimentos y el rol de las moléculas en la fisiología y nutrición humana obliga a tratar el tema de la química, aunque sea muy superficialmente. La sección que sigue es una introducción muy general al vocabulario asociado a las principales moléculas que aparecerán más adelante y es un tributo a los químicos del siglo XIX, que dieron origen a la bromatología (del griego broma = alimento) o la química de los alimentos. Los primeros grupos de moléculas estudiadas fueron a la larga los más importantes, y corresponden a las proteínas, los lípidos y los carbohidratos que aparecen o debieran aparecer en la información nutricional de todo alimento envasado que pasa por nuestras manos.
Las proteínas son macromoléculas o polímeros (moléculas largas) constituidos por la unión de muchas unidades pequeñas (monómeros) que se denominan aminoácidos.1 En las proteínas alimentarias existen 22 aminoácidos que poseen en sus estructuras un grupo amino (-NH2) y un grupo ácido (-COOH). Nueve de ellos (histidina, lisina, metionina, triptófano, treonina, fenilalanina, isoleucina, leucina y valina) se denominan aminoácidos esenciales pues no pueden ser sintetizados por los humanos. El número de aminoácidos en una proteína puede ir desde unos pocos (como en los péptidos), a cientos (como en las proteínas del suero de la leche) o hasta varios miles (como en la caseína de la leche). La secuencia de los diferentes aminoácidos determina el plegamiento de la cadena proteínica en el espacio y su asociación en estructuras más complejas, y por ende muchas de sus propiedades fisicoquímicas y biológicas. Las proteínas en la naturaleza adoptan una conformación espacial o estructura nativa y así algunas aparecen enrolladas como un ovillo de lana y se denominan proteínas globulares, mientras otras permanecen extendidas y se conocen como proteínas fibrilares. Es común que cuando a las proteínas se las cambia de ambiente, como al subir la temperatura (calentamiento) o agregarles ácido (cambio de pH), se denaturen y adquieran otras características y propiedades. Las enzimas son proteínas que aceleran algunas reacciones químicas muy específicas (catalizadores), como por ejemplo, la papaína usada para el ablandamiento de carnes. Las moléculas que hoy denominamos vitaminas no son “aminas” para la vida, como lo sugiere su nombre erróneamente asignado en 1912 por su descubridor, el bioquímico polaco Casimir Funk.
Los lípidos son un grupo variado de moléculas que tienen la característica peculiar de ser insolubles en agua. Los lípidos más abundantes en alimentos se conocen como grasas y aceites, y contienen moléculas llamadas ácidos grasos (AG), donde el monómero CH2 se repite hasta más de 20 veces en una cadena que termina en un grupo ácido (-COOH).2 La mayoría de las grasas y aceites son en realidad triglicéridos (también llamados triacilglicéridos) donde tres AG se encuentran unidos a una molécula de glicerol y penden de ella dando formas de triglicéridos conocidas como “tenedor” o “silla”, que adquieren gran importancia al momento que estos solidifican (sección 3.9). También existen los monoglicéridos y los diglicéridos que contienen sólo uno o dos AG, respectivamente. El tipo de AG es responsable de que una grasa sea insaturada o saturada, dependiendo si existe o no un doble enlace uniendo a dos monómeros en la cadena del AG. Las grasas saturadas son normalmente más sólidas a una temperatura dada que las grasas insaturadas. En los aceites insaturados se puede transformar un doble enlace en un enlace simple agregando átomos de hidrógeno (hidrogenación), con lo que se consigue una grasa que se derrite a temperaturas más altas, como se necesita en las margarinas. El inserto 1.1 describe la terminología usada para referirse a los AG insaturados. Una de las propiedades más destacables de los aceites y grasas es que no se mezclan con el agua, más bien la odian y padecen de hidrofobicidad. También pueden alcanzar temperaturas de hasta 190ºC sin descomponerse, lo que los hace aptos para freír un alimento en un líquido caliente. Entre los
