bioquímica de los alimentos

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BIOQUÍMICA DE LOS ALIMENTOS 
ING. VINICIO PAREDES PERALTA
BIOQUÍMICA
QUÍMICA
FISIOLOGÍA
NUTRICIÓN
BIOQÍMICA DE LOS ALIMENTOS
Demandas de la sociedad actual 
Los alimentos son un bien globalmente escaso, disputado tanto mediante el poder adquisitivo como a través de la violencia.
 En el año 1800, la población mundial era de 1.000.
 1950 ya alcanzaba los 2.000 millones 
 2014 la población mundial ya se estima en más de7.000 millones de personas.
 La disponibilidad de alimentos está influenciada por el tamaño de la población, y por otros factores muy importantes como son la economía, la política y la geografía.
 El hombre prioriza su subsistencia alimentaria (necesidad biológica básica) a otros criterios. La preocupación de la población que pasa hambre es la cantidad de alimento; en cambio, la población en un mercado en crecimiento económico, no sólo busca el aporte energético en los alimentos (kcalorías), sino que ya prioriza la salud, la dieta, la alimentación equilibrada, la gastronomía
 La alimentación además de ser un elemento biológico imprescindible, es un elemento psicológico.
 El alimento combina elementos racionales (tecnología) y emocionales (cultura, religión, hábitos, gustos, estatutos, etc.) profundamente interrelacionados; reúne seguridad (concepto técnico cuantificable) con confianza (concepto subjetivo difícilmente cuantificable). El binomio de ambas dependerá de varios parámetros interrelacionados: población, producción, disponibilidad de alimentos, renta per cápita, creencias, etc.
 La economía personal o de cada individuo tendrá un papel clave en una dieta equilibrada.
Papel del científico y tecnólogo de los alimentos
 El procesado de los alimentos ha dependido desde su origen del desarrollo de los medios materiales y luego del conocimiento científico. Así encontramos desde el desarrollo de la cocción cuando se dispuso de vasijas de cerámica en el Neolítico a los nuevos sistemas de envasado al disponer de plásticos con propiedades de barrera específicas.
 También ha dependido, en su desarrollo estructurado como Ciencia y Tecnología de los Alimentos, del desarrollo alcanzado por la Química, la Microbiología y la Bioquímica. Esta dependencia, junto con la resistencia de los consumidores de todas las épocas a modificar un hábito tan importante como es la comida, ha producido, aún más que en otros campos, un desarrollo no lineal de la Ciencia y la Tecnología de los Alimentos, desde muchos siglos prácticamente sin cambios a las modificaciones casi explosivas en las últimas décadas. 
Según las definiciones ya clásicas del Institute of Food Technologists de Gran Bretaña, la Ciencia de los Alimentos es la disciplina que utiliza las ciencias biológicas, físicas, químicas y la ingeniería para el estudio de la naturaleza de los alimentos, las causas de su alteración y los principios en que descansa el procesado de los alimentos.
 Tecnología de los Alimentos es la aplicación de la ciencia de los alimentos para la selección, conservación, transformación, envasado, distribución y uso de alimentos nutritivos y seguros.
 El análisis de su historia, permite ver como se entrelazan los avances en las ciencias básicas, especialmente en bioquímica, y en la ingeniería para permitir su desarrollo. Es más, en muchos casos el desarrollo o la expansión de un proceso de tecnología alimentaria depende de progresos en otras áreas aparentemente tan alejadas como la metalurgia, la fabricación de vidrio o los avances en la industria de los plásticos. 
Concepto de bioquímica de los alimentos
	
Es el estudio de las sustancias que se encuentran presentes en los organismos vivos y de las reacciones químicas fundamentales para los procesos vitales. Las proteínas, los lípidos, los carbohidratos y los ácidos son algunos de los componentes que se analizan desde la bioquímica, disciplina para la cual todo ser viviente posee carbono. Por lo general, se suele indicar que la bioquímica hace foco en el estudio de las bases de la vida, ya que su objeto de estudio son las moléculas que forman parte tanto de células como de tejidos propios de los seres vivos.
 La química de alimentos es la rama de la química que estudia los procesos e interacciones existentes entre los componentes biológicos (y no biológicos) que se dan en la industria cuando se manipulan alimentos.
 Uno de los principales logros de la bioquímica fue la decodificación del genoma humano, constituido por la secuencia de ADN contenida en 23 pares de cromosomas. De dichos 23 pares, 22 son autosómicos y uno es el que determina el sexo (las mujeres cuentan con dos cromosomas X y los hombres con un cromosoma X y otro Y).
 En el estudio de las reacciones químicas, una de las especialidades de la bioquímica se encuentra en el análisis de los nutrientes, los cuales se dividen en cinco grupos específicos: proteínas, grasas, hidratos de carbono, vitaminas y minerales.
Alimento transgénico.
La ingeniería genética o tecnología del ADN recombinante es la ciencia que manipula secuencias de ADN (que normalmente codifican genes) de forma directa, posibilitando su extracción de un taxón biológico dado y su inclusión en otro, así como la modificación o eliminación de estos genes. En esto se diferencia de la mejora clásica, que es la ciencia que introduce fragmentos de ADN (conteniendo como en el caso anterior genes) de forma indirecta, mediante cruces dirigidos. La primera estrategia, de la ingeniería genética, se circunscribe en la disciplina denominada biotecnología vegetal. Cabe destacar que la inserción de grupos de genes y otros procesos pueden realizarse mediante técnicas de biotecnología vegetal que no son consideradas ingeniería genética, como puede ser la fusión de protoplastos.
La mejora de las especies que serán usadas como alimento ha sido un motivo común en la historia de la Humanidad. Entre el 12 000 y 4000 a. C. ya se realizaba una mejora por selección artificial de plantas. Tras el descubrimiento de la reproducción sexual en vegetales, se realizó el primer cruzamiento intergenérico (es decir, entre especies de géneros distintos) en 1876. En 1909 se efectuó la primera fusión de protoplastos, y en 1927 se obtuvieron mutantes de mayor productividad mediante irradiación con rayos X de semillas. En 1983 se produjo la primera planta transgénica. En estas fechas, unos biotecnólogos logran aislar un gen e introducirlo en un genoma de la bacteria Escherichia coli (E. Coli). Tres años más tarde, en 1986, Monsanto, empresa multinacional dedicada a la biotecnología, crea la primera planta genéticamente modificada. Se trataba de una planta de tabaco a la. que se añadió a su genoma un gen de resistencia para el antibiótico Kanamicina.
	ALIMENTOS TRANSGÉNICOS
Finalmente, en 1994 se aprueba la comercialización del primer alimento modificado genéticamente, los tomates Flavr Savr, creados por Calgene, una empresa biotecnóloga. A estos se les introdujo un gen antisentido con respecto al gen normal de la poligalacturonasa, enzima que induce a la maduración del tomate, de manera que este aguantaría más tiempo maduro y tendría una mayor resistencia. Pero pocos años después, en 1996, este producto tuvo que ser retirado del mercado de productos frescos al presentar consecuencias imprevistas como una piel blanda, un sabor extraño y cambios en su composición. Aun así, estos tomates se usan para la producción de tomates elaborados.
En el año 2014, los cultivos de transgénicos se extienden en 181,5 millones de hectáreas de 28 países, de los cuales 20 son países en vías de desarrollo. En el año 2015, en Estados Unidos, el 94 % de plantaciones de soja lo eran de variedades transgénicas, así como el 89 % del algodón y el 89 % del maíz.
Los caracteres introducidos mediante ingeniería genética en especies destinadas a la producción de alimentos comestibles buscan el incremento de la productividad (por ejemplo, mediante una resistencia mejorada a las plagas) así como la introducción de características de calidad nuevas.Debido al mayor desarrollo de la manipulación genética en especies vegetales, todos los alimentos transgénicos corresponden a derivados de plantas. Por ejemplo, un carácter empleado con frecuencia es la resistencia a herbicidas, puesto que de este modo es posible emplearlos afectando sólo a la flora ajena al cultivo.
 Cabe destacar que el empleo de variedades modificadas y resistentes a herbicidas ha disminuido la contaminación debido a estos productos en acuíferos y suelo, aunque en algunos casos, el uso de estos herbicidas (glifosato y amonio glifosinado) puede ir acompañados de otros herbicidas más contaminantes.
Las plagas de insectos son uno de los elementos más devastadores en agricultura. Por esta razón, la introducción de genes que provocan el desarrollo de resistentes a uno o varios órdenes de insectos ha sido un elemento común a muchas de las variedades patentadas.
 Las ventajas de este método suponen un menor uso de insecticidas en los campos sembrados con estas variedades, lo que redunda en un menor impacto en el ecosistema que alberga al cultivo y por la salud de los trabajadores que manipulan los fitosanitarios.
Uno de los factores que suelen mencionarse respecto a la prohibición de cultivos transgénicos es la imposibilidad de la coexistencia entre los cultivos convencionales y los genéticamente modificados, debido a la entrecruza del polen llevada a cabo por el viento o los insectos polinizadores. Sin embargo se ha demostrado que con el aislamiento de los cultivos, estableciendo una distancia de 30 metros entre uno y otro, así como un retraso de 11 días en las fechas de siembra, se ha logrado la existencia simultánea de las dos alternativas en el cultivo de maíz.
La FAO Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura estima que por efecto del cambio climático, para el 2050 el decremento en la productividad agrícola será del 9 al 12 % de las cosechas.
El uso de especies transgénicas en la agricultura no sólo aumenta la productividad promedio al minimizar las plagas de insectos y maleza, sino que también hace un uso más racional de los agroquímicos, reduciendo los costos económicos, sanitarios y ambientales asociados.
 Los cultivos transgénicos también presentan mayor resistencia a climas adversos y crecen en tierra seca y salina, lo cual podría representar una solución al problema de reducción en las cosechas.
Gregory Jaffe, director de biotecnología en el Centro para la Ciencia en el Interés Público asegura que: “Los cultivos transgénicos actuales son seguros para comer y su plantación no entraña riesgos para el entorno”.
Se han aprobado más de cien cultivos transgénicos para consumo tanto humano como animal en un lapso de 15 años, y de acuerdo con la Organización Mundial de la Salud, son tan seguros como los convencionales.
Recientemente se están desarrollando los primeros transgénicos animales. El primero en ser aprobado para el consumo humano en Estados Unidos fue un salmón AquaBounty (2010), que era capaz de crecer en la mitad de tiempo y durante el invierno gracias al gen de la hormona de crecimiento de otra especie de salmón y al gen "anticongelante" de otra especie de pez
Por otro lado, la práctica de modificar genéticamente las especies para uso del hombre, acompaña a la humanidad desde sus orígenes, por lo que los sectores a favor de la biotecnología esgrimen estudios científicos para sustentar sus posturas, y acusan a los sectores anti-transgénicos de ocultar o ignorar hechos frente al público.
Por su parte, los científicos resaltan que el peligro para la salud se ha estudiado pormenorizadamente en todos y cada uno de este tipo de productos que hasta la fecha han obtenido el permiso de comercialización y que sin duda, son los que han pasado por un mayor número de controles.
La Organización para la Agricultura y la Alimentación (FAO por sus siglas en inglés) por su parte indica con respecto a los transgénicos cuya finalidad es la alimentación.
Hasta la fecha, los países en los que se han introducido cultivos transgénicos en los campos no han observado daños notables para la salud o el medio ambiente. Además, los granjeros usan menos pesticidas o pesticidas menos tóxicos, reduciendo así la contaminación de los suministros de agua y los daños sobre la salud de los trabajadores, permitiendo también la vuelta a los campos de los insectos benéficos. Algunas de las preocupaciones relacionadas con el flujo de genes y la resistencia de plagas se han abordado gracias a nuevas técnicas de ingeniería genética.
La Organización Mundial de la Salud dice al respecto:
Los diferentes organismos OGM (organismos genéticamente modificados) incluyen genes diferentes insertados en formas diferentes. Esto significa que cada alimento GM (genéticamente modificado) y su inocuidad deben ser evaluados individualmente, y que no es posible hacer afirmaciones generales sobre la inocuidad de todos los alimentos GM. Los alimentos GM actualmente disponibles en el mercado internacional han pasado las evaluaciones de riesgo y no es probable que presenten riesgos para la salud humana. Además, no se han demostrado efectos sobre la salud humana como resultado del consumo de dichos alimentos por la población general en los países donde fueron aprobados. El uso continuo de evaluaciones de riesgo según los principios del Codex y, donde corresponda, incluyendo el monitoreo post-comercialización, debe formar la base para evaluar la inocuidad de los alimentos GM.
Se ha postulado el papel de los alimentos transgénicos en la difusión de la resistencia a antibióticos, pues la inserción de ADN foráneo en las variedades transgénicas puede hacerse (y en la mayoría de los casos se hace) mediante la inserción de marcadores de resistencia a antibióticos.
 No obstante, se han desarrollado alternativas para no emplear este tipo de genes o para eliminarlos de forma limpia de la variedad final y, desde 1998, la FDA exige que la industria genere este tipo de plantas sin marcadores en el producto final.
La preocupación por tanto es la posible transferencia horizontal de estos genes de resistencia a otras especies, como bacterias de la microbiota del suelo (rizosfera) o de la microbiota intestinal de mamíferos (como los humanos). Teóricamente, este proceso podría llevarse a cabo por transducción, conjugación y transformación, si bien esta última (mediada por ADN libre en el medio) parece el fenómeno más probable.
 Se ha postulado, por tanto, que el empleo de transgénicos podría dar lugar a la aparición de resistencias a bacterias patógenas de relevancia clínica.
Sin embargo, existen multitud de elementos que limitan la transferencia de ADN del producto transgénico a otros organismos. El simple procesado de los alimentos previo al consumo degrada el ADN.
La FDA estadounidense, autoridad competente en salud pública y alimentación, declaró que existe una posibilidad potencial de que esta transferencia tenga lugar a las células del epitelio gastrointestinal. Por tanto, ahora se exige la eliminación de marcadores de selección a antibióticos de las plantas transgénicas antes de su comercialización, lo que incrementa el coste de desarrollo pero elimina el riesgo de integración de ADN problemático.
Inserción de "ADN foráneo"
Un aspecto que origina polémica es el empleo de ADN de una especie distinta de la del organismo transgénico; por ejemplo, que en maíz se incorpore un gen propio de una bacteria del suelo, y que este maíz esté destinado al consumo humano. No obstante, la incorporación de ADN de organismos bacterianos e incluso de virus sucede de forma constante en cualquier proceso de alimentación. De hecho, los procesos de preparación de alimento suelen fragmentar las moléculas de ADN de tal forma que el producto ingerido carece ya de secuencias codificantes (es decir, con genes completos capaces de codificar información.
 Más aun, debido a que el ADN ingerido es desde un punto de vista químico igual ya provenga de una especie u otra, la especie del que proviene no tiene ninguna influencia.
Ingenieríagenética
La ingeniería genética es la tecnología o más concretamente la biotecnología de la manipulación de ADN de un organismo y de la transferencia de ADN de un organismo a otro, que posibilita la creación de nuevas especies, la corrección de defectos genéticos y la fabricación de numerosos compuestos.
 En sus comienzos, la ingeniería genética se utilizó para producir sustancias de uso farmacéutico, como la insulina, vía la modificación genética de microorganismos. Con los posteriores desarrollos aquellas investigaciones preliminares se aplicaron y derivaron en la obtención de vegetales y animales modificados genéticamente de forma tal de mejorar sus propiedades implícitas.
 Los objetivos y mejoras principales a los que se apuntaba eran los de obtener mayor vida comercial en los productos, resistencia a condiciones ambientales más agresivas (heladas, sequías, distintos tipos de suelos), resistencia a herbicidas más fuertes y potenciar la autodefensa contra plagas e insectos, crecimiento más rápido en plantas y animales, alimentos medicinales que se podrían utilizar como vacunas u otros medicamentos.
Riesgos de los alimentos transgénicos
Con respecto a la salud humana, el único riesgo cierto y probado es: El de posibles efectos alergénicos, por ejemplo, en el caso de personas alérgicas al pescado, al ingerir frutas rojas o nueces de Brasil, a las que se les había introducido un gen de un pez del ártico, para hacerlas resistentes a heladas. 
Por otra parte se temía que las mutaciones que hoy producen resistencia a antibióticos betalactámicos (incluyendo la ampicilina) en los vegetales, podrían pasar esta información genética a las bacterias del tracto intestinal humano o animal, generando la resistencia a tales antibióticos, con el consiguiente peligro sanitario. Pero nada de esto se ha probado. Puede decirse que hoy en día no se conocen otros peligros sanitarios de los alimentos transgénicos que se han liberado, pero ello no es óbice para extremar los controles sobre las manifestaciones de los OGM que pudieran afectar la salud humana, en los que todavía se encuentran a prueba en los laboratorios o en el campo. El mayor riesgo de los transgénicos está representado por: La polinización cruzada y los no previstos efectos recombinantes con otros genes, en mutaciones que sufren otros cultivos o las hierbas silvestres aledáneas que pueden adquirir la resistencia al componente del herbicida, volviéndose incompatibles o requiriendo cada vez mayores cantidades de herbicidas con la consiguiente erosión de los suelos y contaminación del agua.
En cuanto a los efectos a los animales conocemos los:
Cambios en la proporción metabólica. La introducción de hormonas de crecimiento rápido en peces puede favorecer al pez transgénico en la competencia por el alimento, los sitios de reproducción, etc.
Cambios en la tolerancia a los factores físicos. El aumento por ejemplo, de la resistencia a los cambios de temperatura, puede extender el hábitat e incrementar la competencia con las especies nativas.
Cambios en el comportamiento. En la migración, la unión y el dominio del territorio.
Cambios en el uso de los recursos alimenticios, que implicarían nuevas preferencias y presas.
Cambios en la resistencia a parásitos y patógenos
 La invasión de los ecosistemas por peces transgénicos dotados de ventajas competitivas podría alterar de forma drástica cadenas tróficas y equilibrios fundamentales para la riqueza biológica y estabilidad ecológica de todo el planeta.
Riesgos Medioambientales:
 Se refieren a:
Su impacto sobre el medio ambiente a la amenaza a la biodiversidad.
 la transferencia génica no intencionada a especies silvestres
El rompimiento del equilibrio natural, los organismos modificados genéticamente con rasgos nuevos pueden diferir de sus parientes naturales en sus habilidades para sobrevivir y reproducirse bajo condiciones ambientales variables, pueden interactuar de forma inesperada o no deseable con las comunidades biológicas locales
El uso indiscriminado de herbicidas, el daño a especies de insectos beneficiosos, etc
Contaminación del suelo por acumulación de la toxina 
 Además, existe la posibilidad de cruzamientos exteriores que podrían dar lugar, por ejemplo, al desarrollo de malas hierbas más agresivas o de parientes silvestres con mayor resistencia a las enfermedades o provocar tensiones ambientales, trastornando el equilibrio del ecosistema.
 Pueden crearse nuevos virus y aumentar la resistencia de los virus naturales. Del mismo modo, se modifican los efectos de los pesticidas que pueden atacar a organismos contra los que no estaban diseñados, al mismo tiempo existe contaminación genética por polinización cruzada
Por el aumento del uso de productos químicos (efectos sobre flora y fauna);
 por las toxinas fabricadas por las plantas (matan a insectos beneficiosos o pájaros); por la contaminación genética: 
Se puede transmitir la modificación genética a especies silvestres emparentadas con la planta transgénica.
 La contaminación genética tiene la capacidad de reproducirse y expandirse (son seres vivos). 
Una vez en el medio ambiente, la contaminación no se puede "limpiar" nunca. Los efectos de los transgénicos en las plantas silvestres son absolutamente imprevisibles
Riesgos sanitarios:
  Se relacionan fundamentalmente con la inocuidad de los alimentos; la presencia de alérgenos; la creación de nuevas toxinas; el desarrollo de resistencia a antibióticos por bacterias patógenas y los posibles efectos negativos para la salud a largo plazo.
Riesgos socioeconómicos: Se señalan como riesgos socioeconómicos el desarrollo de la tecnología en manos de las grandes multinacionales, el acceso puede limitarse debido a la protección por patentes, los productores de alimentos tradicionales u orgánicos puedan ser desplazados, además hay preocupaciones de carácter religioso, cultural y ético.
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Otros riesgos posibles: 
Existen otros riesgos como:
El promotor (secuencia de nucleótidos), utilizado para poner en funcionamiento la expresión del gen transferido, puede activar uno de los genes silentes que forman parte del ADN normalmente y los cuales tienen acciones desconocidas.
El ADN extraño ingerido por ratas puede alcanzar leucocitos periféricos, el bazo o hígado, a través de la mucosa intestinal, incorporándose en algún lugar impredecible del genoma celular.
El intestino del hombre posee enzimas capaces de digerir el ADN. De todos modos, los genes transportados por los vectores son especialmente resistentes a la acción enzimática con la posibilidad de pasar a sangre y causar alguna infección. También se sabe que los virus utilizados como vectores pueden permanecer de manera latente en el cuerpo y en el ambiente, pudiendo acumular mutaciones y eventualmente activarse.
Un riesgo potencial mayor es la posibilidad de que aparezcan nuevos virus patógenos surgidos por recombinación.
Beneficio de los alimentos transgénicos.
A los alimentos transgénicos se les atribuyen una serie de beneficios que están directamente relacionados con los objetivos de la modificación genética, los mismos se pueden agrupar en tres grandes grupos: beneficios para los consumidores, para los productores y para el medio ambiente.
Beneficios para los consumidores: Responden mejor a las necesidades nutricionales y alimentarias, y a las preferencias del mercado, previénen enfermedades, son portadores de vacunas, presentan mejores características sensoriales y mayor disponibilidad de alimentos.
Beneficios para los productores: Son organismos genotípicamente mejor adaptados a factores ambientales adversos, tienen crecimiento y desarrollo acelerado, lo que permite una intensificación de la producción y reducción de los costos; el retardo del proceso de maduración posibilita tener una mayor vida en estante de determinados alimentos; tienen resistencia a los herbicidas, las infecciones microbianas y las plagas por insectos.
Beneficios para el medio ambiente: Permiten el uso más racional de la tierra, el agua y los nutrientes,disminuye el empleo de sustancias quimiotóxicas como fertilizantes o plaguicidas.
Principales cultivos genéticamente modificados
Soja 21.6 millones de hectáreas (54% del total)
Maíz 11.1 millones de hectáreas (28%)
Algodón 3.7 millones de hectáreas (9%)
Papa menos de 100.000 hectáreas
Calabaza menos de 100.000 hectáreas
Papaya menos de 100.000 hectáreas
Hay países como Japón, Austria, Brasil (Río Grande do Sul), o algunos de la Unión Europea, que no permiten la importación / cultivo / uso / comercialización de productos o cultivos transgénicos.. Actualmente existen, comercializados o en proceso avanzado de desarrollo, vegetales modificados para:
Que tengan una vida comercial más larga.
Resistan condiciones ambientales agresivas, como heladas, sequías y suelos salinos.
Resistan herbicidas.
Resistan plagas de insectos.
Resistan enfermedades
Tengan mejores cualidades nutritivas.
EL AGUA EN LOS ALIMENTOS
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