El Agua: Definición y Estructura

El agua es una sustancia química formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, con la fórmula H₂O.

Reacciones Bioquímicas que Producen Agua

• Oxidación de carbohidratos.
• Oxidación de lípidos.
• Oxidación de proteínas.

Propiedades Físicas Fundamentales del Agua

Punto de Fusión:

Temperatura a la que el agua pasa de estado sólido (hielo) a líquido.

Punto de Ebullición:

Temperatura a la que el agua pasa de estado líquido a vapor.

Punto de Congelación:

Temperatura a la que el agua pasa de estado líquido a hielo.

Capacidad Calorífica:

Cantidad de calor que se debe suministrar a 1 gramo (g) de agua para elevar su temperatura 1 °C.

Calor de Vaporización:

Energía requerida para convertir el agua en vapor sin cambiar su temperatura.

Calor Específico:

Cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura del agua.

Conductividad Térmica:

Capacidad del agua para transmitir calor.

Tensión Superficial:

Fuerza que mantiene unidas las moléculas en la superficie del agua.

Cohesión:

Fuerza que mantiene unidas las moléculas de una misma sustancia.

Adhesión:

Fuerza que hace que las moléculas de una sustancia se adhieran a otra diferente.

Densidad:

Cantidad de masa que tiene el agua en un volumen determinado.

Viscosidad:

Resistencia del agua a fluir.

Índice de Refracción:

Forma en la que el agua desvía la luz, útil para medir la concentración de sustancias.

Propiedades Químicas del Agua

Molécula Polar:

Distribución desigual de cargas con un polo positivo y un polo negativo.

Puentes de Hidrógeno:

Atracción electrostática que se produce cuando átomos electronegativos de compuestos polares se unen mediante hidrógeno (H).

Reactividad:

Participa en reacciones químicas, como la fotosíntesis (fase luminosa), donde el agua se divide para liberar oxígeno y proporcionar electrones.

Hidrólisis de Carbohidratos (Determinación de Azúcares Totales):

Se utiliza hidrólisis ácida para convertir azúcares no reductores en azúcares reductores, los cuales pueden ser cuantificados por métodos colorimétricos.

Constante Dieléctrica:

Medida de la tendencia del disolvente a oponerse a las fuerzas electrostáticas de atracción entre iones con carga opuesta.

Constante Alta:

Permite disolver compuestos iónicos y estabilizar cargas.

Reacciones para Formar Ácidos y Bases:

Reacciones con óxidos. Ejemplo: Óxidos no metálicos + Agua → Ácido.

Autoionización del Agua:

El agua pura puede reaccionar consigo misma (disociación iónica).

Diagrama de Fases del Agua:

Representación gráfica que muestra cómo cambia el estado físico en función de la temperatura y la presión.

El Agua en los Alimentos

Propiedades Físicas de las Soluciones Acuosas

• Descenso del punto de congelación.
• Elevación del punto de ebullición.
• Disminución de la presión de vapor.
• Presión osmótica.

Interacciones Agua-Soluto

Estas interacciones se clasifican en:

• Nivel Macroscópico: Agua libre y capacidad de retención de agua.
• Nivel Molecular: Agua ligada.

Relación del Agua con los Componentes del Alimento

El agua interactúa con carbohidratos, proteínas y lípidos mediante la formación de puentes de hidrógeno con diversos grupos funcionales de estas macromoléculas.

Capacidad de Retención de Agua (CRA)

Capacidad del alimento de mantener el agua en su interior sin que se libere fácilmente durante su procesamiento.

Importancia de la Capacidad de Retención de Agua

• Mejora la jugosidad y textura del producto.
• Aumenta el rendimiento del producto.
• Influye en la vida útil.
• Afecta la apariencia.
• Interviene en formulaciones industriales.

Tipos de Agua en Alimentos

Agua Ligada (o de Constitución):

Es el agua unida a proteínas, carbohidratos y otras moléculas del alimento que no se mueve fácilmente. No está disponible para los microorganismos ni para la mayoría de reacciones químicas. Características:

• No se congela ni se evapora fácilmente.
• No se elimina en procesos comunes de secado.
• No participa en reacciones ni favorece el deterioro.

Agua Libre (o Disponible):

Es el agua que no está unida a los componentes del alimento y puede moverse libremente. Permite el crecimiento de microorganismos, las reacciones químicas y el deterioro del alimento. Características:

• Se elimina fácilmente.
• Disponible para reacciones químicas y microbianas.
• Afecta la vida útil y la estabilidad del alimento.

Actividad de Agua (Aw)

Es la medida de cuánta agua libre hay en un alimento, disponible para el crecimiento de microorganismos u ocurrencia de reacciones químicas.

Proceso de Eliminación de Agua (Secado)

El proceso implica varias etapas:

1. Transmisión de calor (convección o conducción).
2. Conducción dentro del sólido.
3. Movimiento dentro del sólido.
4. Evaporación superficial y transferencia de masa.

Histéresis

Fenómeno que ocurre al rehidratar un alimento, donde es posible obtener un producto con una Actividad de Agua (Aw) mayor de lo esperado.

Carbohidratos: Estructura y Funciones Bioquímicas

Son las moléculas más ampliamente distribuidas en la naturaleza, presentes en plantas y animales, y comprenden desde moléculas simples hasta polímeros complejos.

Funciones Biológicas de los Carbohidratos

• Sustratos oxidables de libre disponibilidad (energía).
• Moléculas de reserva.
• Función estructural.
• Reconocimiento celular.
• Componentes de otras biomoléculas (ácidos nucleicos, enzimas, proteínas y lípidos).

Características Generales

• Fórmula general: Cₙ(H₂O)ₙ.
• Se presentan como azúcares simples, polímeros o derivados.
• Abundantes en la naturaleza.
• Tienen al menos 1 carbono asimétrico.
• Configuración D (predominante).

Clasificación de los Carbohidratos

Según su tamaño:

• Monosacáridos.
• Disacáridos.
• Oligosacáridos.
• Polisacáridos.

Según el número de carbonos (C):

• Triosas.
• Tetrosas.
• Pentosas.
• Hexosas.

Según el grupo funcional:

• Aldosas.
• Cetosas.

Reacciones de los Carbohidratos

Conceptos de Oxidación y Reducción

Agente Oxidante:

Sustancia que acepta electrones y se reduce durante la reacción (su número de oxidación disminuye). Oxida a otra sustancia.

Agente Reductor:

Sustancia que dona electrones y se oxida durante la reacción (su número de oxidación aumenta). Reduce a otra sustancia.

Reducción

El grupo carbonilo (aldehído o cetona) se reduce a un alcohol. Ejemplo: Glucosa → Sorbitol (alcohol de azúcar).

Principales Reacciones de Oxidación para Identificar Azúcares Reductores:

• Prueba de Benedict.
• Prueba de Fehling.

Producción Industrial de Sorbitol

Se utiliza un agente reductor como hidrógeno molecular en presencia de un catalizador (ej. níquel), bajo condiciones de alta presión y temperatura. Aplicación industrial en la producción de sorbitol como edulcorante y humectante.

Diferencias Estructurales entre Monosacáridos Clave

Glucosa, Fructosa y Galactosa: La fructosa es una cetosa (contiene un grupo cetona), mientras que la glucosa y la galactosa son aldohexosas (contienen un grupo aldehído).

Importancia de la Glucosa en la Fermentación de Alimentos

La glucosa es la principal fuente de energía para microorganismos como levaduras y bacterias. Al ser un azúcar simple, es rápidamente descompuesta a través de la glucólisis para producir energía (ATP).

Azúcares Reductores vs. No Reductores

Los azúcares reductores tienen grupos aldehído o cetona libres que pueden reaccionar y oxidarse. Los azúcares no reductores carecen de estos grupos funcionales libres, ya que están ocupados en el enlace glucosídico.