Tecnología de los alimentosde origen animal

VOLUMEN 1FUNDAMENTOS DE QUÍMICA

Y MICROBIOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS

Consulte nuestra página web: www.sintesis.comEn ella encontrará el catálogo completo y comentado

Tecnología de los alimentosde origen animal

VOLUMEN 1FUNDAMENTOS DE QUÍMICA

Y MICROBIOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS

Juan Antonio Ordóñez PeredaGonzalo García de Fernando (eds.)

© Juan Antonio Ordóñez Pereda (ed.)Gonzalo García de Fernando Minguillón (ed.)

María Dolores Selgas CorteceroMaría Luisa García Sanz

María Isabel Cambero RodríguezLeónides Fernández ÁlvarezManuela Fernández Álvarez

Eva Hierro Paredes

© EDITORIAL SÍNTESIS, S. A.Vallehermoso, 34. 28015 Madrid

Teléfono: 91 593 20 98http://www.sintesis.com

Depósito legal: M. 21.352-2014ISBN: 978-84-9077-022-1

ISBN Obra Completa: 978-84-9077-021-4

Impreso en España - Printed in Spain

Reservados todos los derechos. Está prohibido, bajo las sancionespenales y el resarcimiento civil previstos en las leyes, reproducir,registrar o transmitir esta publicación, íntegra o parcialmente por

cualquier sistema de recuperación y por cualquier medio, sea mecánico,electrónico, magnético, electroóptico, por fotocopiao cualquier otro, sin la autorización previa por escrito

de Editorial Síntesis, S. A.

PRÓLOGO .............................................................................................................. 15

1. CONCEPTO Y OBJETIVOS DE LA TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS.................................................................................... 17

1.1. Desarrollo histórico ................................................................................ 171.1.1. Aparición de los homínidos y evolución hacia el género Homo ... 171.1.2. Evolución del Homo sapiens y adquisición de habilidades

tecnológicas ................................................................................ 181.1.3. Avances tecnológicos en la Prehistoria y Edad Antigua ........... 191.1.4. Progresos en las Edades Media y Moderna............................... 231.1.5. Desde la Revolución Industrial hasta nuestros días .................. 24

1.2. Ciencia y Tecnología de los Alimentos.................................................. 271.2.1. Alimentos y nutrientes ................................................................ 281.2.2. Concepto de Ciencia y Tecnología de los Alimentos ................. 351.2.3. Objetivos de la Tecnología de los Alimentos ............................. 36

Bibliografía....................................................................................................... 37

2. AGUA .............................................................................................................. 39

2.1. Introducción............................................................................................ 392.2. La molécula de agua............................................................................... 402.3. Estructura del agua ................................................................................. 412.4. Estructura del hielo................................................................................. 422.5. Constantes físicas del agua y del hielo................................................... 442.6. Transiciones de fase................................................................................ 462.7. Propiedades disolventes del agua ........................................................... 472.8. Interacciones del agua con sustancias apolares...................................... 492.9. Efecto de los solutos en la estructura del agua ...................................... 502.10. Efecto de los solutos en la estructura del hielo ...................................... 512.11. Actividad de agua (aw) ........................................................................... 52

Índice

2.12. Isotermas de sorción de agua ................................................................. 552.13. Aplicación de las isotermas de sorción en Tecnología de los Alimentos 582.14. Temperatura de transición vítrea y estabilidad de los alimentos ........... 61Bibliografía....................................................................................................... 66

3. LÍPIDOS........................................................................................................... 67

3.1. Introducción............................................................................................ 673.2. Ácidos grasos de los alimentos .............................................................. 69

3.2.1. Ácidos grasos saturados de cadena lineal ................................. 703.2.2. Ácidos grasos insaturados de cadena lineal.............................. 71

3.3. Características de los glicéridos (acilgliceroles) .................................... 733.4. Características de los fosfolípidos .......................................................... 763.5. Fracción insaponificable......................................................................... 763.6. Propiedades físico-químicas de los triglicéridos .................................... 79

3.6.1. Polimorfismo .............................................................................. 793.6.2. Propiedades térmicas ................................................................. 853.6.3. Propiedades ópticas ................................................................... 883.6.4. Densidad..................................................................................... 883.6.5. Viscosidad ................................................................................... 893.6.6. Solubilidad.................................................................................. 903.6.7. Plasticidad .................................................................................. 90

3.7. Tratamientos de modificación de las grasas........................................... 903.7.1. Hidrogenación ............................................................................ 903.7.2. Interesterificación (transesterificación) ..................................... 943.7.3. Fraccionamiento......................................................................... 96

3.8. Enranciamiento autooxidativo................................................................ 963.8.1. Reacciones de oxidación de los lípidos...................................... 973.8.2. Factores que intervienen en la oxidación de los lípidos

de los alimentos .......................................................................... 1013.9. Reversión del sabor ................................................................................ 1023.10. Prooxidantes ........................................................................................... 1023.11. Antioxidantes.......................................................................................... 103

3.11.1. Antioxidantes tipo I .................................................................... 1043.11.2. Antioxidantes tipo II ................................................................... 1093.11.3. Antioxidantes tipo III.................................................................. 1093.11.4. Antioxidantes naturales .............................................................. 110

3.12. Antioxidantes alternativos ...................................................................... 1143.13. Tendencias futuras en el uso de antioxidantes ....................................... 1143.14. Lipolisis .................................................................................................. 116Bibliografía....................................................................................................... 117

6 Tecnología de los alimentos de origen animal. Volumen 1

4. CARBOHIDRATOS......................................................................................... 119

4.1. Introducción............................................................................................ 1194.2. Clasificación de los carbohidratos.......................................................... 119

4.2.1. Monosacáridos ........................................................................... 1204.2.2. Oligosacáridos ........................................................................... 1254.2.3. Polisacáridos .............................................................................. 128

4.3. Propiedades fisicoquímicas y sensoriales de los monosacáridos........... 1294.3.1. Higroscopicidad y solubilidad ................................................... 1294.3.2. Mutarrotación............................................................................. 1294.3.3. Estado vítreo............................................................................... 1314.3.4. Cristalización ............................................................................. 1314.3.5. Inversión de los azúcares ........................................................... 1324.3.6. Poder edulcorante ...................................................................... 132

4.4. Reacciones de los monosacáridos .......................................................... 1344.4.1. Comportamiento en medios ácido y básico ............................... 1344.4.2. Oxidación de los monosacáridos ............................................... 1344.4.3. Reducción de los grupos carbonilo............................................ 1354.4.4. Ésteres del grupo hidroxilo ........................................................ 135

4.5. Propiedades funcionales de los polisacáridos ........................................ 1354.5.1. Solubilidad.................................................................................. 1364.5.2. Hidrólisis de los polisacáridos................................................... 1374.5.3. Viscosidad ................................................................................... 1374.5.4. Capacidad de formar geles ........................................................ 1384.5.5. Hidrólisis de los polisacáridos................................................... 140

4.6. Transformaciones de los carbohidratos por acción del calor ................. 1404.6.1. Caramelización........................................................................... 1414.6.2. Pardeamiento no enzimático ...................................................... 142

4.7. Principales polisacáridos ........................................................................ 1524.7.1. Almidón....................................................................................... 1524.7.2. Glucógeno................................................................................... 1584.7.3. Celulosa ...................................................................................... 1594.7.4. Hemicelulosas............................................................................. 1604.7.5. Pectinas ...................................................................................... 1614.7.6. Gomas......................................................................................... 1624.7.7. Polisacáridos procedentes de algas marinas............................. 1644.7.8. Polisacáridos de origen microbiano .......................................... 1674.7.9. Fructanos.................................................................................... 168

4.8. Fibra........................................................................................................ 170Bibliografía....................................................................................................... 172

Índice 7

5. PROTEÍNAS .................................................................................................... 173

5.1. Introducción............................................................................................ 1735.2. Estructura de las proteínas...................................................................... 1745.3. Interacciones implicadas en la estructura proteica................................. 177

5.3.1. Contracciones estéricas ............................................................. 1785.3.2. Interacciones de Van der Waals ................................................. 1785.3.3. Interacciones electrostáticas ...................................................... 1785.3.4. Puentes de hidrógeno ................................................................. 1785.3.5. Interacciones hidrofóbicas ......................................................... 1795.3.6. Enlaces disulfuro ........................................................................ 179

5.4. Desnaturalización de las proteínas y factores que influyen en el fenómeno ....................................................................................... 1765.4.1. Temperatura................................................................................ 1815.4.2. Tratamientos mecánicos ............................................................. 1815.4.3. Presión hidrostática.................................................................... 1825.4.4. Irradiación.................................................................................. 1825.4.5. pH ............................................................................................... 1825.4.6. Presencia de disolventes............................................................. 1835.4.7. Compuestos orgánicos................................................................ 1835.4.8. Presencia de sales ...................................................................... 183

5.5. Propiedades funcionales de las proteínas ............................................... 1845.6. Propiedades de hidratación..................................................................... 1855.7. Solubilidad.............................................................................................. 1875.8. Viscosidad............................................................................................... 1895.9. Gelificación............................................................................................. 1915.10. Formación de pastas proteicas................................................................ 1945.11. Texturización .......................................................................................... 1945.12. Propiedades surfactantes......................................................................... 196

5.12.1. Propiedades emulsionantes ........................................................ 1975.12.2. Propiedades espumantes ............................................................ 200

5.13. Fijación de aromas.................................................................................. 2035.14. Hidrolizados de proteínas ....................................................................... 2055.15. Modificaciones de las propiedades funcionales de las proteínas

sometidas a procesos tecnológicos ......................................................... 206Bibliografía....................................................................................................... 207

6. ENZIMAS ........................................................................................................ 209

6.1. Introducción............................................................................................ 2096.2. Nomenclatura.......................................................................................... 210

8 Tecnología de los alimentos de origen animal. Volumen 1

6.3. Actividad enzimática y factores que influyen en la misma ................... 2116.3.1. Concentración de la enzima ....................................................... 2136.3.2. Concentración del sustrato ........................................................ 2136.3.3. Influencia de la fuerza iónica..................................................... 2146.3.4. Influencia del pH ........................................................................ 2146.3.5. Influencia de la temperatura ...................................................... 2156.3.6. Influencia de la actividad de agua (aw) ..................................... 2196.3.7. Influencia de la presión .............................................................. 2216.3.8. Influencia de las radiaciones ..................................................... 221

6.4. Enzimas endógenas en los alimentos ..................................................... 2226.5. Aplicación de las enzimas en Tecnología de los Alimentos .................. 226

6.5.1. Uso industrial de enzimas exógenas en la elaboración de alimentos................................................................................ 228

6.5.2. Enzimas inmovilizadas ............................................................... 2356.5.3. Células inmovilizadas................................................................. 2436.5.4. ¿Enzimas libres o inmovilizadas? .............................................. 244

Bibliografía....................................................................................................... 244

7. VITAMINAS, MINERALES Y OTROS COMPONENTES MINORITARIOS ............................................................................................. 245

7.1. Introducción............................................................................................ 2457.2. Vitaminas ................................................................................................ 245

7.2.1. Antecedentes históricos .............................................................. 2457.2.2. Generalidades............................................................................. 2467.2.3. Efectos del procesado en el contenido de vitaminas ................. 249

7.3. Minerales ................................................................................................ 2687.4. Pérdida de vitaminas y minerales durante el almacenamiento .............. 2717.5. Adición de vitaminas y minerales a los alimentos................................. 2727.6. Compuestos afines a las vitaminas......................................................... 276Bibliografía....................................................................................................... 278

8. CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE ADITIVOS ALIMENTARIOS ............................................................................................ 279

8.1. Introducción............................................................................................ 2798.2. Definición de aditivo alimentario........................................................... 2808.3. Clasificación de los aditivos alimentarios .............................................. 2818.4. Requisitos de autorización. Aspectos legislativos.................................. 2838.5. Otras consideraciones ............................................................................. 285Bibliografía....................................................................................................... 286

Índice 9

9. PROPIEDADES SENSORIALES DE LOS ALIMENTOS............................ 287

9.1. Introducción............................................................................................ 2879.2. Una perspectiva fisiológica y psicológica de los sentidos ..................... 287

9.2.1. El olfato ...................................................................................... 2909.2.2. El gusto ....................................................................................... 293

9.3. Color de los alimentos y su percepción.................................................. 2989.3.1. Tetrapirroles ............................................................................... 3019.3.2. Carotenoides............................................................................... 3049.3.3. Flavonoides ................................................................................ 3059.3.4. Derivados del indol .................................................................... 3079.3.5. Utilización de colorantes en los alimentos ................................ 3089.3.6. Análisis instrumental del color .................................................. 310

9.4. Textura .................................................................................................... 3209.4.1. Análisis instrumental de la textura ............................................ 3249.4.2. Otros métodos de evaluación de la textura................................ 336

9.5. Olor y aroma de los alimentos ............................................................... 3389.6. Sabor de los alimentos............................................................................ 343

9.6.1. Sabor dulce ................................................................................. 3439.6.2. Sabor amargo ............................................................................. 3459.6.3. Sabor salado ............................................................................... 3469.6.4. Sabor ácido................................................................................. 3469.6.5. Sabor umami............................................................................... 3479.6.6. Otras sensaciones sápidas ......................................................... 3489.6.7. Potenciadores del flavor............................................................. 350

Bibliografía....................................................................................................... 352

10. ANÁLISIS SENSORIAL DE LOS ALIMENTOS.......................................... 353

10.1. Introducción............................................................................................ 35310.2. Definición ............................................................................................... 35310.3. Análisis instrumental versus al análisis sensorial .................................. 35410.4. Propiedades sensoriales a analizar ......................................................... 35510.5. Elementos del análisis sensorial ............................................................. 356

10.5.1. Jueces ......................................................................................... 35610.5.2. Muestras ..................................................................................... 36210.5.3. Hojas de respuestas .................................................................... 36510.5.4. Sala de catas............................................................................... 36510.5.5. Posibles errores a evitar ............................................................ 367

10.6. Pruebas sensoriales ................................................................................. 36810.6.1. Pruebas afectivas ....................................................................... 369

10 Tecnología de los alimentos de origen animal. Volumen 1

10.6.2. Pruebas discriminativas ............................................................. 37210.6.3. Pruebas descriptivas .................................................................. 375

Bibliografía....................................................................................................... 379

11. ALIMENTOS FUNCIONALES ...................................................................... 381

11.1. Introducción............................................................................................ 38111.2. Definición de alimentos funcionales ...................................................... 38211.3. Áreas de desarrollo de los alimentos funcionales .................................. 38311.4. Declaraciones nutricionales y de propiedades saludables...................... 38611.5. Marcadores ............................................................................................. 38711.6. Desarrollo de alimentos funcionales ...................................................... 38811.7. Principales ingredientes funcionales ...................................................... 389

11.7.1. Fibra ........................................................................................... 38911.7.2. Fitosteroles ................................................................................. 39411.7.3. Probióticos, prebióticos y simbióticos ....................................... 39911.7.4. Ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs) .................................... 41411.7.5. Vitaminas y minerales ................................................................ 42511.7.6. Polifenoles .................................................................................. 43411.7.7. Carotenoides............................................................................... 43611.7.8. Péptidos bioactivos..................................................................... 437

11.8. Alimentos reducidos en grasa................................................................. 44011.8.1. Estrategias tecnológicas para la elaboración de productos

reducidos en grasa ..................................................................... 44111.9. Alimentos reducidos en sodio ................................................................ 44611.10. Liberación de compuestos bioactivos..................................................... 448

11.10.1. Encapsulación de ingredientes funcionales ............................. 44811.11. Biodisponibilidad de ingredientes funcionales....................................... 452

11.11.1. Biodisponibilidad, bioaccesibilidad y bioactividad ................. 45211.11.2. Metodología utilizada............................................................... 454

11.12. Alimentos transgénicos de carácter funcional........................................ 458Bibliografía ......................................................................................................... 460

12. CONCEPTOS MICROBIOLÓGICOS LIGADOS A LA TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS............................................................................................. 461

12.1. Interacciones entre microorganismos y alimentos ................................. 46112.2. Modificaciones derivadas de la interacción microorganismo-alimento .. 463

12.2.1. Modificaciones no deseables...................................................... 46312.2.2. Modificaciones deseables ........................................................... 464

Índice 11

12.3. Parámetros que definen el crecimiento microbiano ............................... 46512.3.1. Determinación de la constante de la velocidad de crecimiento

y tiempo de generación .............................................................. 46512.3.2. Modelos predictivos para estimar el comportamiento

microbiano .................................................................................. 46812.4. Variabilidad microbiana.......................................................................... 470

12.4.1. Variabilidad de la inactivación .................................................. 47112.4.2. Variabilidad de la fase de latencia............................................. 473

Bibliografía....................................................................................................... 476

13. FACTORES/AGENTES QUE INFLUYEN EN EL CRECIMIENTOMICROBIANO ................................................................................................ 477

13.1. Contenido de nutrientes .......................................................................... 47713.2. Temperatura de almacenamiento ............................................................ 48213.3. pH ........................................................................................................... 486

13.3.1. Efecto del pH en el crecimiento microbiano .............................. 48613.3.2. El pH de los alimentos y su relación con los

microorganismos ........................................................................ 48913.3.3. El pH de los alimentos y los microorganismos alterantes

y patógenos ................................................................................. 49113.4. Actividad de agua (aw) ........................................................................... 492

13.4.1. Respuesta de los microorganismos frente al descenso de la aw .. 49413.4.2. Mecanismos osmorreguladores .................................................. 497

13.5. Relaciones con el oxígeno. Potencial de óxido-reducción del medio.... 49913.5.1. Necesidades de tolerancia al oxígeno........................................ 49913.5.2. Efecto del potencial oxido-reducción (redox, Eh)

en el crecimiento microbiano ..................................................... 50113.6. Componentes antimicrobianos ............................................................... 50113.7. Presencia y concentración de gases en el medio.................................... 502Bibliografía....................................................................................................... 503

14. PRINCIPALES FAMILIAS DE INTERÉS EN TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS ........................................................... 505

14.1. Fuentes de los microorganismos de los alimentos ................................. 50514.1.1. Medioambiente (suelo, agua, aire)............................................. 50514.1.2. Vegetales ..................................................................................... 50614.1.3. Animales ..................................................................................... 50614.1.4. Tracto gastrointestinal................................................................ 507

12 Tecnología de los alimentos de origen animal. Volumen 1

14.1.5. Entorno industrial ...................................................................... 50714.1.6. Manipuladores de alimentos ...................................................... 508

14.2. Efectos en los alimentos ......................................................................... 50814.2.1. Efectos no deseables................................................................... 50814.2.2. Efectos deseables........................................................................ 509

14.3. Bacterias y arqueobacterias .................................................................... 51114.3.1. Bacterias ..................................................................................... 51114.3.2. Arqueobacterias.......................................................................... 523

14.4. Mohos y levaduras.................................................................................. 52414.4.1. Mohos ......................................................................................... 52414.4.2. Levaduras ................................................................................... 525

Bibliografía....................................................................................................... 528

15. MICROORGANISMOS PATÓGENOS EN ALIMENTOS............................ 529

15.1. Peligros asociados................................................................................... 52915.1.1. Brotes de enfermedades alimentarias ........................................ 529

15.2. Patogénesis de las enfermedades alimentarias más comunes ................ 53115.2.1. Patogénesis de las bacterias Gram positivas ............................ 53215.2.2. Patogénesis de las bacterias Gram negativas ........................... 53315.2.3. Micotoxicosis .............................................................................. 53515.2.4. Dinoflagelados ........................................................................... 54015.2.5. Virus............................................................................................ 540

15.3. Importancia de los biofilms en la seguridad alimentaria ....................... 54415.4. Gestión de la seguridad alimentaria ....................................................... 545

15.4.1. Introducción y definiciones ........................................................ 54515.4.2. Evaluación de riesgos ................................................................ 54715.4.3. Consecución del objetivo de seguridad alimentaria (FSO)....... 549

Bibliografía....................................................................................................... 557

Índice 13