Simplificando, las “estructuras naturales” que constituyen las materias primas de los alimentos pueden clasificarse en cuatro grandes grupos: i) estructuras ensambladas a partir de pequeñas moléculas (glucosa) o macromoléculas (proteínas) en tejidos que tienen una funcionalidad específica, por ejemplo, los haces de celulosa presentes en las paredes celulares de vegetales y las fibras musculares en carnes y pescados; ii) materiales carnosos de plantas que son agrupaciones de células que presentan hidratación interna y cuyas paredes permiten la turgencia, como es el caso de tubérculos, frutas y hortalizas; iii) embriones encapsulados que contienen paquetes discretos de almidón, proteínas y lípidos, como sucede en granos y leguminosas, y donde entran también los huevos, y; iv) un complejo y particular líquido llamado leche, destinado a la nutrición de las crías de los mamíferos, que contiene los nutrientes básicos en un estado de dispersión coloidal o solución acuosa.
La manera que tiene la naturaleza para derivar funcionalidad a partir de un número limitado de moléculas pequeñas es asociarlas como macromoléculas o polímeros, los que a su vez se ensamblan dando lugar a estructuras jerárquicas que son cada vez más complejas: organelos, células, tejidos, órganos y organismos. Por ejemplo, la elasticidad de los tendones se consigue por una cadena de estructuras que va desde la molécula de colágeno hasta los haces fibrosos que componen el tendón. Aquellas moléculas que carecen de fines “nobles” o funcionales son simplemente acumuladas como reserva en estructuras pequeñas como los gránulos de almidón, los glóbulos de aceite y los cuerpos proteicos (agrupaciones de proteínas) que existen en cereales, legumbres y en las oleaginosas. Lo curioso es que tanto el almidón como algunas proteínas (por ejemplo, las del gluten de trigo) juegan roles importantes en las comidas, roles que no tienen en las plantas, cuales son el de espesante y matriz elástica, respectivamente. Es evidente que la naturaleza no ha tenido presente nuestro deleite y nutrición al diseñar y fabricar los tejidos y órganos de las plantas, sino que hemos ido descubriendo sus bondades en un lento proceso de prueba (¡literalmente!) y error.
Un mecanismo de control muy utilizado por la naturaleza es compartimentar a grupos de moléculas distintas que si estuvieran juntas reaccionarían a destiempo. También se suele mantener en forma pasiva a moléculas reactivas las que son activadas cuando es necesario. Este es el caso de las enzimas y los sustratos o moléculas específicas sobre los cuales estas actúan. En el interior de las células del ajo existen micro-compartimentos separados por finas membranas biológicas donde residen por un lado la enzima alinasa y por otro la aliína, una molécula inofensiva compuesta por aminoácidos. Al romper un diente de ajo se pierde la compartimentación y la enzima se pone en contacto con la aliína produciéndose la alicina, que da el olor pungente del ajo que todos reconocemos y apreciamos.
Si bien es cierto que comemos moléculas, ciertamente no las masticamos. En los alimentos encontramos a las moléculas formando parte de estructuras naturales en tejidos de plantas y animales, y en formas derivadas del procesamiento o la acción culinaria. Aunque el tema de la estructura de los alimentos se trata más adelante en varias secciones de este capítulo es pertinente referirse a cómo la naturaleza organiza las moléculas en complejas estructuras jerárquicas para que cumplan sus roles y, a su vez, cómo se derivan las propiedades culinarias de ellas. Se abordarán tres ejemplos: el almidón, las paredes celulares de plantas y los tejidos musculares (figura 2.1).
El almidón no es una molécula en sí, sino que es un minúsculo gránulo producto del ensamblaje de dos tipos de polímeros que tienen como monómero al azúcar glucosa: la amilosa, que tiene la forma de una hebra helicoidal y está compuesta por unas 200 a pocos miles de unidades de glucosa, y la amilopectina, que es una macromolécula ramificada en varios puntos y que puede llegar a tener varios miles de moléculas de glucosa. Como la función primordial del almidón es el almacenaje de energía, la naturaleza no se hace problema y compacta una gran cantidad de ambos tipos de moléculas en gránulos de almidón, donde se alternan capas cristalinas y ordenadas con otras desordenadas y amorfas (figura 2.1, izquierda). Al microscopio los gránulos de almidón son como pequeños granitos sólidos de tamaño máximo inferior al grosor de un pelo (figura 3.3). Todo el almidón que encontramos en la naturaleza está en forma de estos densos gránulos que miden desde 5 hasta aproximadamente 50 μm y varían en forma, desde redondos a elipsoidales. El almidón de la papa (chuño) o del maíz (maicena) se produce luego de una molienda y dispersión en agua, seguida por la centrifugación o filtración fina de la suspensión acuosa donde se separan los gránulos aprovechando las diferencias de densidad o sus tamaños, respectivamente. Un secado posterior da origen al almidón “en polvo” que se usa para diversos fines, desde hacer jarabes endulzantes hasta biocombustibles.
Cuando la naturaleza no puede derivar las cualidades deseables a partir de un solo material, lo combina con otros de manera que la estructura resultante tenga una propiedad superior a cada uno de los materiales por separado. En ingeniería se denomina compósito a una estructura que está formada por una matriz continua y tiene elementos dispersos que le proporcionan propiedades superiores. Un ejemplo son las planchas de plástico reforzadas con fibra de vidrio para una mayor resistencia y su analogía con las estructuras vivas son las paredes celulares de plantas. Los “ladrillos” de las estructuras vegetales son las células provistas de paredes celulares semi-rígidas (porque contienen agua) que circundan al citoplasma o todo el contenido interior de una célula, y dentro de este se encuentra una vacuola o globo que contiene una solución acuosa, ambos confinados por una membrana celular. Una célula vegetal mide unos 100 μm. La pared celular es un compósito donde una matriz amorfa es reforzada por moléculas de pectina (35%), celulosa (30%), hemicelulosas (20%) y algunas proteínas (figura 2.1, centro). Un cemento conocido como lámina media, mantiene unidas a células adyacentes por la parte externa de las paredes celulares, y juega un rol fundamental en el ablandamiento de los tejidos vegetales durante la maduración y la cocción.
FIGURA 2.1. Estructuras jerárquicas que dan origen a los gránulos de almidón, los vegetales y la carne. Partiendo de moléculas relativamente pequeñas la naturaleza fabrica progresivamente estructuras cada vez más complejas, que son básicas para entender el comportamiento de los alimentos durante el procesamiento y la cocción. Las dimensiones que se pueden leer en el eje vertical son muy aproximadas, y la escala cambia en un factor de un millón, desde 1 nanómetro (nm) a 1 milímetro (mm).
La celulosa es una cadena lineal de unidades de glucosa (¡igual que la amilosa del almidón!) pero pegadas con un enlace distinto que favorece la asociación lateral entre cadenas, formándose hebras largas y resistentes o fibrillas celulósicas de unos 3,5 nm de diámetro, que no se rompen fácilmente por calor ni por enzimas (figura 2.1 al centro). Esta propiedad de la celulosa permite a la naturaleza construir estructuras duras y resistentes como las cáscaras de las nueces. Las paredes de células vegetales van acumulando con el tiempo lignina, un polímero tridimensional en forma de malla que no es fácil de romper ni disolver y se asocia con la dureza del tejido. La lignificación se aprecia bien en los espárragos, que se vuelven más fibrosos y duros con el tiempo, e indirectamente en las legumbres viejas que no se suavizan durante la cocción (ver sección 3.8). Las paredes celulares de la madera contienen celulosa y lignina, ambas duras e indigestibles, pero que permiten a los árboles vivir muchos años y resistir los avatares de la naturaleza. Las células vegetales de productos frescos tienen la característica de ser células jóvenes con paredes celulares blandas (que forman parte posteriormente de la fibra dietética), y de estar hidratadas, donde los solutos presentes en el contenido acuoso de la vacuola ejercen una presión osmótica que es responsable de la turgencia de frutas y verduras. Se ha mencionado a la membrana celular que rodea al citoplasma. Las membranas biológicas son estructuras complejas que se autoensamblan formando una doble capa lipídica donde se insertan algunas