El término contenido de agua de un alimento se refiere, en general, a toda el agua de manera global. Sin embargo, en los tejidos animal y vegetal, el agua no está uniformemente distribuida por muchas razones, por ejemplo, debido a los complejos hidratados que se producen con proteínas, a los hidra- tos de carbono y otros, a las diversas estructuras internas propias de cada tejido, a los microcapila- res que se forman, a su incompatibilidad con los lípidos que no permiten su presencia, etcétera; el citoplasma de las células presenta un alto porcentaje de polipéptidos capaces de retener más agua que los organelos que carecen de macromoléculas hidrófilas semejantes. Esta situación de heteroge- neidad de la distribución del agua también se presenta en productos procesados debido a que sus componentes se encuentran en distintas formas de dispersión.
Por estas razones, en los alimentos existen diferentes estados energéticos en los que se encuen- tra el agua; es decir, no toda el agua de un producto tiene las mismas propiedades fisicoquímicas, y esto se puede comprobar fácilmente por las diversas temperaturas de congelamiento que se obser-
van; en general, un alimento se congela a 20ºC, pero aun en estas condiciones una fracción del
agua permanece líquida y requiere de temperaturas más bajas, por ejemplo 40ºC, para que solidi-
fique completamente. En el cuadro 1.3 se observa que para el caso de la leche descremada con un
9.3% de sólidos, el 4% de su agua no congela aun a 24ºC por la presencia de una solución con 72%
de sólidos; por su parte, en la leche concentrada con un 26% de sólidos, el agua no congelada au- menta a 12%, ya que contiene una mayor cantidad de sólidos totales (26%), y en solución (74.5%). Este tipo de consideraciones ha llevado a que se empleen términos como agua ligada y agua li- bre, para hacer referencia a la forma y al estado energético que dicho líquido guarda en un alimen- to. Aunque en realidad no hay una definición precisa para cada una de estas fracciones, se conside-
ra que el agua ligada es aquella porción que no congela a 20ºC, por lo que también se le llama agua
no congelable; su determinación se puede efectuar mediante el análisis térmico-diferencial, por re- sonancia magnética nuclear, etcétera. Por otra parte, el agua libre, también llamada agua congelable
y agua capilar, es la que se volatiliza fácilmente, se pierde en el calentamiento, se congela prime- ro y es la principal responsable de la actividad del agua.
La relación de concentraciones entre la “libre” y la “ligada” se incrementa en la medida en que el producto contiene más agua, mientras que en los deshidratados, dicha relación se reduce conside- rablemente. Algunos investigadores consideran que el “agua ligada” está fuertemente unida al ali- mento por medio de puentes de hidrógeno, pero otros establecen que dicha agua sólo está físicamente atrapada en una matriz muy viscosa que no permite su movilidad y difusión y, por lo tanto, no está disponible.
CUADRO 1.3 Agua no congelable y su contenido de sólidos
Leche descremada Leche descremada concentrada Temperatura (9.3% sólidos) (26% sólidos)
Agua Sólidos en Agua Sólidos en no congelable solución no congelable solución (ºC) (%) (%) (%) (%) –24 4.0 72.0 12.0 74.5 –20 4.5 69.5 14.0 71.5 –16 5.0 67.1 15.5 69.4 –12 5.5 65.2 19.0 64.8 –8 7.5 57.8 26.0 57.5 –4 12.5 45.1 47.0 42.8 –2 25.0 29.0 80.0 30.5
Para entender mejor estos conceptos, considérese una molécula de almidón completamente seca con un gran número de hidroxilos libres capaces de retener agua por medio de puentes de hidróge-
no; si se cubriera con una sola capa del disolvente, se necesitaría 0.11 g de H2O por gramo de sóli-
do, cantidad suficiente para formar la llamada capa monomolecular BET (Brunawer, Emmett y Te- ller), la cual es diferente entre los distintos productos; por ejemplo, la gelatina, la lactosa amorfa y la leche en polvo presentan valores de 0.11, 0.06 y 0.03 g/g de sólido, respectivamente. Esta agua está fuertemente unida a la superficie seca, su fugacidad es baja y en consecuencia, su presión de vapor es reducida. Si se continúa añadiendo líquido, se construirán capas superiores sobre la monomolecu- lar. En este esquema tan sencillo y expuesto sólo con fines didácticos, el agua de las capas más inter- nas se consideraría como “ligada” (que corresponde hasta aproximadamente 0.5 g/g de sólido), mien- tras que la de las más externas, como “libre”.
Realmente no existe ninguno de estos tipos de agua, ya que aun la más fuertemente ligada, que incluye a la capa BET, tiene cierta movilidad, ya que ejerce una presión de vapor mensurable. De igual forma, no hay agua completamente libre debido a que también está unida a otras moléculas de su misma especie o con otros constituyentes que la estabilizan y la retienen en el alimento; no es libre puesto que no se libera del alimento (p. ej. frutas y hortalizas), cuando se somete a esfuerzos mecá- nicos ligeros y no fluye cuando se corta un trozo de carne fresca, aun en tamaños minúsculos.
Estos conceptos se relacionan con la capacidad de retención de agua de diversas proteínas y po- lisacáridos, que en forma natural integran tejidos y que por su hidratación le proporcionan frescura a los alimentos; además, por esta misma razón, dichos polímeros se emplean como aditivos en la in-
dustria alimentaria. La capacidad de retención de agua es una medida de la cantidad del líquido que puede quedar atrapado en una red, sin que exista exudación o sinéresis.
Para efectos estrictamente didácticos y con datos muy generales, se ha elaborado la figura 1.7, en la que se aprecian tres zonas hipotéticas en las que se puede dividir el agua contenida en un pro- ducto. La que integra la zona III se considera “libre”, se encuentra en macrocapilares y forma parte de las soluciones que disuelven las sustancias de bajo peso molecular, es la más abundante, fácil de congelar y evaporar, y su eliminación reduce la actividad del agua a 0.8.
En la zona II, el agua se localiza en diferentes capas más estructuradas y en microcapilares; es más difícil de quitar que la anterior, pero al lograrlo se obtienen valores de la actividad del agua de aproximadamente 0.25. Esta fracción correspondería, junto con la monocapa, al agua “ligada”.
Por último, el agua en la zona I equivale a la capa monomolecular y es la más difícil de elimi- nar en los procesos comerciales de secado; en algunos casos se puede reducir parcialmente en la des- hidratación, pero esto no es recomendable, ya que, además de que se requiere mucha energía y se daña el alimento, su presencia ejerce un efecto protector, sobre todo contra las reacciones de oxida- ción de lípidos, porque actúa como barrera del oxígeno.