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La ciencia de los alimentos

La ciencia de los alimentos es una rama multidisciplinaria de la ciencia que tiene como foco el estudio del alimento (materia prima y producto final) en todos sus aspectos, físico-químicos, microbiológicos, bioquímicos y tecnológicos, incluyendo nutrición, sensorialidad, marketing, logística, las legislaciones y la gestión de la calidad. Este estudio se extiende a toda la cadena productiva, desde la producción hasta el consumo.

A pesar de que la ciencia de alimentos tuvo su inicio a partir de la segunda mitad del siglo XIX, tener cadenas de suministro de alimentos satisfactorios fue una preocupación constante de los gobernantes desde la formación de las primeras sociedades hace miles de años. La protección del consumidor contra adulteraciones y falsificaciones de alimentos representa una de las primeras formas de regulación de los gobiernos de las actividades comerciales. Las regulaciones de esta naturaleza existieron en Egipto, China, Grecia, Roma, entre otros.

Desde la revolución industrial, la sociedad pasó por grandes transformaciones, entre ellas la intensificación del proceso de urbanización, con cada vez más personas saliendo del campo y viniendo a las ciudades, y el desplazamiento de la producción de alimentos del ámbito doméstico a las fábricas. Este proceso, que llevó a grandes concentraciones poblacionales, trajo también muchos problemas de salud debido a las pésimas condiciones de higiene y a la baja calidad de los alimentos, así como de su adulteración y falsificación. Esta nueva situación exigió a las autoridades un enorme esfuerzo para revertir ese cuadro, que incluyó la creación de instituciones de control e investigación e infraestructura de laboratorio.

Actualmente, la situación es muy distinta, especialmente en los países desarrollados, pero la seguridad y la calidad de los alimentos sigue siendo un tema central de la ciencia de los alimentos.

Conozca algunas de las áreas que están en el campo de la ciencia de los alimentos:

  • Análisis sensorial
  • Bioquímica de alimentos
  • Biotecnología de alimentos
  • Embalajes de alimentos
  • Ingeniería de alimentos
  • Garantía de calidad
  • Microbiología de alimentos
  • Nanotecnología
  • Nutrición
  • Química de alimentos
  • Seguridad de los Alimentos
  • Toxicología

Biotecnologia

La biotecnología puede definirse como el conjunto de conocimientos que permite utilizar organismos vivos o parte de éstos (células, organelas, moléculas) para producir bienes y servicios.
La biotecnología abarca diferentes áreas del conocimiento como la microbiología, química, genética, fisiología, biología celular, bioquímica, informática y robótica, entre otras.

Con el desarrollo de la tecnología del ADN recombinante, a partir de la década de 1970, comenzó la moderna biotecnología, que permitió la clonación de genes de una especie a otra, dando origen a los organismos genéticamente modificados, los OMG. Este hecho causó una verdadera revolución en la biotecnología, pues posibilitó un enfoque más preciso de las alteraciones genéticas, acelerando la obtención de resultados y reduciendo costos.

La moderna biotecnología fue muy impulsada por el desarrollo de la informática, resultando en el avance impresionante de las llamadas ciencias ómmicas (genómica, proteómica y metabolómica). La secuenciación de todos los genes del genoma humano y de tantos otros seres vivos es un ejemplo de ese avance.

Para más información (enlace con BIT biotecnología)

Ingeniería de Alimentos

Estudia los procesos de producción, almacenamiento, acondicionamiento, conservación y garantía de la calidad de los alimentos. También puede trabajar con la administración general de los procesos tecnológicos y en el desarrollo de procedimientos y máquinas ligadas a la producción de alimentos.

De acuerdo con la Asociación Brasileña de Ingenieros de Alimentos (www.abea.com.br): "Es un área de conocimiento específica capaz de englobar todos los elementos relacionados con la industrialización de alimentos, y que puede, a través del profesional con esta formación, potencializar el desarrollo de esta rama en todos los niveles, ya sea en la formación de profesionales, en el subsidio a la elaboración de políticas, en los proyectos de investigación, en la actuación dentro de las empresas del sector, como en la colaboración a la preservación de la salud pública (normatización técnica, fiscalización).

Microbiologia

La microbiología de alimentos es la rama de la ciencia que estudia los microorganismos que habitan, crecen y contaminan los alimentos, con destaque para aquellos que deterioran o estropean los alimentos. Estos microorganismos causan perjuicios a los hombres, así como a los microorganismos patógenos, que pueden estar presentes en los alimentos y causar varias enfermedades. Sin embargo, hay otros microorganismos, como los probióticos y aquellos utilizados en la producción de alimentos como queso, picles, pan, cerveza, vinagre, salami y vino, que se introducen en los alimentos debido a sus efectos benéficos.

Hasta hace 200 años, tanto la preparación de alimentos fermentados como su conservación eran hechos de manera empírica, pues se desconocía el papel de los microorganismos en esos procesos. Esta situación empezó a cambiar de forma más acentuada con los trabajos de Louis Pasteur. En 1857, él mostró que la acidificación de la leche es causada por microorganismos (bacterias lácticas) y en 1860, destruyó microbios indeseables del vino y de la cerveza utilizando calor, proceso que más tarde se dio el nombre de pasteurización y es ampliamente empleado hasta hoy en día. Debido a la importancia de su trabajo, Pasteur es conocido como el fundador de la ciencia microbiológica y la microbiología de alimentos. También fueron de él los experimentos con los famosos frascos de cuello de cisne que finalmente refutaron la teoría de la generación espontánea.

Después de eso, desarrollos y descubrimientos microbiológicos comenzaron a avanzar más rápidamente. Los microbios fueron implicados en varias enfermedades, esporas resistentes al calor fueron descubiertas, toxinas fueron identificadas y en los años finales del siglo XVIII, los gobiernos comenzaron a crear legislación orientada a la seguridad y calidad de los alimentos.

La microbiología de alimentos ganó importancia con el estudio de las enfermedades causadas por alimentos y con el crecimiento del comercio internacional de alimentos. En 1888, A. Gartner demostró que Salmonella enteritidis era el agente biológico responsable de la contaminación en los alimentos. Otros agentes fueron descubiertos después: Shigella dysenteriae (K. Shiga, 1898); Salmonella chloreacius (Salmon, 1900); Bacillus spp (1906); Bacillus cereus (1946); y muchos otros, incluyendo hongos y virus. Este proceso de descubrimiento de microorganismos es continuo, pues siempre se descubren nuevos agentes biológicos asociados a la contaminación de alimentos. Los agentes surgidos recientemente se llaman emergentes.

En 1930, G. M. Dack y colaboradores descubrieron que la bacteria Staphylococcus spp producía toxinas, que eran en realidad las responsables de los efectos negativos observados en el organismo. Después de ellos, varias toxinas bacterianas fueron descubiertas, como la botulina, producida por el Clostridium botulinum y responsable de causar el botulismo, y toxinas de hongos (micotoxinas), como la aflatoxina, producida por el Aspergillus flavus. Con eso, hay entonces dos situaciones: aquella en que el agente biológico fue ingerido junto con los alimentos y está activo en el organismo (infección) y otro en que sólo la toxina activa está presente en el organismo (intoxicación).

A partir de estos descubrimientos, las atenciones se volvieron hacia la producción de alimentos, o sea, era imperativo entender cómo se daban las contaminaciones y desarrollar prácticas para eliminarlas o controlarlas, incluyendo los análisis. A continuación se señalan algunos marcos importantes en esa dirección:

Actualmente, la industria de alimentos aplica de forma integrada herramientas como las Buenas Prácticas de Fabricación (BPF) y los Procedimientos Operacionales Estándar de Higienización (POP) son importantes para la prevención de los peligros. BPF y POP también son requisitos previos para la implementación del sistema HACCP, que trae objetividad a los sistemas, permitiendo monitorear con rigor puntos críticos de los procesos, o sea, aquellos que se presentan como mayor riesgo, priorizando un abordaje preventivo en vez de reactiva y reduciendo los costos operativos. El control de calidad es una actividad reguladora obligatoria a través del cual las autoridades nacionales o locales pueden garantizar la disponibilidad de alimentos adecuados, seguros y de conformidad con los requisitos de etiquetado, según lo previsto por la ley.

Además de las prácticas obligatorias de seguridad y calidad, muchas industrias han obtenido la certificación por la norma ISO 22000, que además de reforzar la producción de alimentos seguros, facilita la exportación de sus productos.

Nanotecnología

La nanotecnología puede definirse como la tecnología que trabaja a escala nanométrica, es decir, dimensiones de los átomos o moléculas. Generalmente trabaja con estructuras que miden entre 1 y 100 nanómetros en al menos una dimensión.

La nanotecnología está causando una revolución en varias áreas del conocimiento. En los alimentos, hay aspectos reguladores importantes que deben ser considerados, pero ya está siendo utilizada en varias etapas de la cadena productiva como procesos, transporte, embalaje, y distribución.

Las posibilidades de desarrollo de ingredientes para alimentos que involucran nanotecnología son enormes y pueden contribuir a generar beneficios concretos para los consumidores.
Para más informaciones (enlace con BIT nano)

Nutrición

Estudia los nutrientes y el comportamiento del alimento en el organismo humano. Coordina la alimentación en instituciones diversas como escuelas, empresas, hospitales, spas, etc., visando una alimentación sana y de acuerdo a las necesidades de las personas.

Lavoisier es considerado el "Padre de la Nutrición" por haber estudiado entre los años 1790 y 1794 los procesos de combustión de los alimentos y la respiración celular utilizando sofisticados equipos creados por él y llamados calorímetros. A partir de su trabajo, quedó claro que la fuente de energía de nuestro organismo era la combustión controlada de los alimentos, con liberación de CO2, H2O y cerca de 2.000 calorías / día.

A principios del siglo XIX, Françoise Magendie estudió la gelatina durante 10 años y después de haber realizado varios experimentos concluyó que no era un alimento completo. En esa época los científicos creían en la existencia de un alimento que podría suplir todas las necesidades de un organismo. Más tarde se descubrió que, exceptuando la leche materna, alimento completo no existe, lo que nos obliga a tener una dieta variada para obtener todos los compuestos químicos que nuestro cuerpo necesita.

En los años 1830 Jean Baptiste Bussingault descubrió que las plantas leguminosas (soja, frijoles, etc.) eran capaces de utilizar en su metabolismo el nitrógeno de la atmósfera. Dumas concluyó de sus investigaciones que sólo las plantas eran capaces de sintetizar compuestos nitrogenados y que los animales sólo conseguían oxidar las materias orgánicas obtenidas de las plantas. Justus Liebig, por su parte, concluyó que los animales convierten carbohidratos en grasa y que por lo tanto también son capaces de reducir la materia orgánica.

En la primera mitad del siglo XIX, John Young, William Beaumont y Claude Bernard estudiaron intensamente el proceso de digestión y trajeron importantes contribuciones al área de fisiología y nutrición.

En 1746, James Lind descubrió que limones y naranjas recuperaban marineros del escorbuto. En el período entre 1845 y 1871, se descubrió que la patata, los vegetales frescos y los jugos de frutas también presentaban un efecto anti-escorbuto. Sólo muchos años después se descubrió que el ácido ascórbico (vitamina C) era el agente anti-escorbuto.

En el primer tercio del siglo XX, período conocido como la era de las vitaminas, varias enfermedades se asociaron a sustancias específicas, sedimentando las bases para el desarrollo de la nutrición. En el caso de la ceguera nocturna (falta de vitamina A), raquitismo (falta de vitamina D) y beriberi (falta de vitamina B1 o tiamina).

Después de esa fase, la fisiología, la nutrición, la bioquímica y la biología experimentaron un rápido desarrollo, debido principalmente a la introducción del uso de microorganismos como modelo de estudios. Los microorganismos se prestan muy bien a eso porque crecen y se multiplican rápidamente, ocupan poco espacio y posibilitan el control de las variables ambientales. La bacteria Escherichia coli y la levadura Saccharomyces cerevisae fueron las más estudiadas.

El intenso estudio de los microorganismos posibilitó también el nacimiento de la moderna biotecnología, ocurrido con el descubrimiento de las enzimas de restricción a principios de la década de 1970, paso fundamental para el desarrollo de las técnicas del ADN recombinante.
En las últimas décadas, la nutrición ha experimentado un fuerte desarrollo, impulsado por el crecimiento de los alimentos funcionales y por la creación de la nutrigenómica / nutrigenética, resultado de la unión de la nutrición a la genómica / genética.

Química de los Alimentos

La química de alimentos es la ciencia que estudia la composición de los alimentos, las alteraciones químicas sufridas por ellos durante el procesamiento y el almacenamiento y los compuestos introducidos en ellos intencional o accidentalmente, como aditivos y contaminantes. Los alimentos tienen un número muy grande de componentes, siendo que agua, proteínas, grasas o lípidos y carbohidratos están presentes en mayor cantidad. Los demás componentes presentes en menor cantidad son minerales, vitaminas y ácidos nucléicos. La química de alimentos se relaciona también con la bioquímica y la nutrición.

La química inició su fuerte desarrollo en la segunda mitad del siglo XVIII, especialmente después del año 1785, período en que hubo una verdadera revolución en el área, sobre todo en Francia. En ese período fueron descubiertos los principales elementos químicos y desarrollados los métodos analíticos, que permitieron probar viejas y nuevas ideas cuantitativamente y de forma científica. En el año 1785, por ejemplo, Claude Berthollet descubrió que el vapor que salía de los animales en descomposición era amoníaco y que estaba compuesta por el 17% de hidrógeno y el 83% de nitrógeno.

Entre los años 1790 y 1794, Lavoisier estudió los procesos de combustión de los alimentos y la respiración celular utilizando sofisticados equipos creados por él y llamados calorímetros y concluyeron que el calor producido provenía de la combustión lenta de la materia orgánica, proceso que liberaba CO2, H2O y Alrededor de 2.000 calorías / día.

A finales del siglo XVIII, Scheele, un farmacéutico sueco, descubrió el cloro, el glicerol y aisló los ácidos cítrico, tartárico y málico a partir de frutas.

En la primera parte del siglo XIX, Justus Liebig clasificó los alimentos en los nitrogenados (albúmina, caseína, carne y sangre) y no nitrogenados (grasas, carbohidratos y bebidas alcohólicas).

En 1847 publicó lo que fue tal vez el primer libro sobre química de alimentos, titulado “Researches on Chemestry of Food”.
Gracias al desarrollo paralelo de la química, microbiología, fisiología y nutrición, a finales del siglo XIX, los principales constituyentes químicos de los alimentos ya eran conocidos.

Después de la II Guerra Mundial, los estudios sobre composición de alimentos se incrementaron, hasta el punto de que la FAO creó condiciones para la elaboración de tablas regionales, a través del proceso de cooperación internacional. Durante las décadas de 1970 y 1980 hubo un gran avance en el área de análisis químico de alimentos, habiendo sido desarrollados métodos más precisos y confiables de identificación, como el HPLC (High Pressure Liquid Chromatography). Al mismo tiempo, las relaciones entre alimentación, salud y enfermedades eran cada vez más evidentes.

Después de eso, el desarrollo de la computación catalizó un rápido desarrollo de la química de alimentos, así como de las demás ciencias, en la medida en que dio soporte para el desarrollo de equipos cada vez más prácticos y confiables.

Otra oleada de desarrollo experimentada por la química es la propiciada por la nanotecnología.

Toxicologia

La toxicología de alimentos estudia los efectos adversos producidos por agentes químicos presentes en los alimentos, ya sean contaminantes o sustancias químicas usadas específicamente como conservantes, edulcorantes, saborizantes, sintéticos o de origen natural.

Cuando Paracelsus, a principios del siglo XVI, postuló que la diferencia entre lo que cura y lo que envenena es la dosis, estableció algunos referenciales teóricos de la toxicología como disciplina científica, para donde hubo una posterior convergencia universal. Pero fue sólo en el siglo XIX que la toxicología se consolidó como ciencia moderna, aprovechando el desarrollo de la química, fisiología y microbiología, actualmente, representa un área de vital importancia para establecer parámetros y condiciones en las que los alimentos pueden ser ingeridos sin causar daños la salud.

El principal parámetro para el estudio de la toxicología de los alimentos es la IDA (Ingestión Diaria Aceptable), pues permite prever si habrá o no daño a los que hacen uso de determinado alimento.

La IDA es la dosis del agente químico ingerido que no produce aumentos estadísticos o biológicamente significativos en la frecuencia o severidad de los efectos adversos en la población expuesta. Los efectos pueden ser producidos por esta dosis, pero no se consideran como adversos.

Antes de calcular la IDA es necesario conocer el nivel de efecto adverso no observado (sigla en inglés es NOEL). Para llegar al NOEL se da la más alta dosis posible de un aditivo a la más sensible especie animal durante la mayor parte de su vida, sin que haya efectos tóxicos o adversos. Se expresa en mg / kg / día.

Entonces, la NOEL calculada para ese animal está dividida por un factor de seguridad, normalmente 100. Por ejemplo, si la NOEL obtenida para la especie animal utilizada en la prueba toxicológica fue 100 mg / Kg/ día, la IDA para humanos será de 1 mg / Kg / día.

Ejemplo: La IDA del ciclamato es 11 mg / Kg / día, lo que significa que un individuo de 80 Kg puede consumir diariamente hasta 880 mg de ciclamato, cantidad muy inferior a la consumida normalmente.