La textura de los alimentos
El sabor y la textura son dos criterios que se utilizan para caracterizar y aceptar o rechazar los alimentos. El delicado sabor de una torta del Casar con su textura cremosa, la jugosa textura de un filete de solomillo o el perfumado sabor y la granulosa textura de un higo maduro han hecho las delicias de los gourmets.
El concepto de sabor –que resume una experiencia olfativa y de gusto– parece claro, aunque no todos están de acuerdo con el término utilizado. En el idioma inglés se acepta que la conjunción del gusto (taste) y el olor (smell) se denomine flavour. En el idioma castellano, la Asociación Española de Normalización y Certificación ha propuesto el poco agraciado anglicismo flavor, palabra próxima a flavo (de color entre amarillo y rojo, como el de la miel).
Figura 1. Curvas fuerza-desplazamiento correspondientes a dos tipos de patatas fritas: a) patatas fritas para gourmets; b) patatas fritas comerciales.
El concepto de textura no está tan claro cuando se utiliza en gastronomía, pero sí tiene un significado preciso en otras ramas de la ciencia; en el campo de los materiales se emplea para caracterizar una distribución no isótropa de las orientaciones cristalográficas y se suele decir que aparece una textura cuando se detectan orientaciones preferentes. En este sentido se aplica también el término en geología, en la industria textil y en biología. En los alimentos la palabra textura se utiliza cuando se pretende destacar la sensación que nos produce su estructura o la disposición de sus componentes, y se han hecho algunos intentos para normalizar su medida (norma ISO 5492).
La medida de la textura de los alimentos no es una tarea fácil. El procedimiento clásico consiste en invitar a alguien a degustar el alimento en cuestión y pedirle, después, que nos dé su opinión. Con esta idea, se suele entrenar a un grupo de expertos para que reseñen –de la manera más objetiva posible y utilizando términos corrientes– las características que han detectado en los alimentos. Se pretende que este grupo organoléptico represente al consumidor típico y sea capaz de dar respuestas acertadas. Claramente se trata de un procedimiento de medida muy subjetivo.
La ciencia de los materiales puede ayudarnos a buscar procedimientos objetivos para medir la textura de los alimentos, ya que, con toda seguridad, sus propiedades mecánicas, su estructura y condiciones de procesado en la boca, están directamente relacionadas con la textura percibida durante la ingestión. Pero queda mucho camino por recorrer: el proceso de la masticación y deglución es complejo y todavía no ha sido analizado con el detalle necesario para aplicar las técnicas de la ciencia de los materiales y, por otro lado, los expertos en materiales le han dedicado poca atención a los alimentos, que son materiales complejos, muy jerarquizados, anisótropos y con un comportamiento reológico que no se puede ignorar.
«La ciencia de los materiales puede ayudarnos a buscar procedimientos objetivos para medir la textura de los alimentos»
La sensación crujiente –que puede considerarse una característica textural– de algunos vegetales y frutas depende, en gran medida, de la disposición de las células, de la adherencia entre ellas y de su turgencia. La textura característica de la carne se debe a la estructura fibrosa del tejido muscular y a la forma de separar las fibras cuando la masticamos. Los hongos se han utilizado como sustitutivo –pobre– de la carne desde hace más de 2.000 años. Los vegetarianos han intentado reproducir la estructura fibrosa –y por tanto la textura– de la carne a partir del hongo Fusarium graminearum. Las hifas del hongo, aunque no tan rígidas y bien orientadas como las fibras musculares, proporcionan un material blando y anisótropo. Quizás, una propiedad de los materiales como la energía de fractura y sus distintos valores para las direcciones longitudinal y transversal a las fibras podría darnos una idea de la textura de estos alimentos.
En esta breve comunicación se muestran algunos intentos –utilizando las patatas fritas y las manzanas– para medir algunos aspectos de la textura basándose en conceptos y técnicas de la ciencia de los materiales. Se trata de ejemplos muy simplificados donde se supone que el material tiene un comportamiento muy simple –elástico lineal y frágil– y que se puede caracterizar con dos parámetros: el módulo de elasticidad E y la energía de fractura R. Los avances que se hagan en esta dirección serán muy valiosos para la creciente industria de la alimentación que necesita caracterizar de una manera objetiva y reproducible las características texturales de los alimentos.
Textura crujiente
Al masticar un alimento tenemos una experiencia textural y, basándonos en ella, se suelen definir como alimentos crujientes aquellos que se fracturan frágilmente y con poco esfuerzo. Los autores de habla inglesa llaman crispness a este parámetro sensorial y lo distinguen de crunchiness, que reservan para alimentos que –aunque la fractura sea frágil– necesitan un esfuerzo algo mayor; es el caso de algunos vegetales frescos, frutas y muchos frutos secos (almendras y, en especial, las nueces de macadamia). El correspondiente término español no está acuñado, aunque se podría traducir por chasquear; la Real Academia Española define chasquido como “ruido seco y súbito que se produce al romperse, rajarse o desgajarse algo…” y añade, “…cualquier ruido semejante…”. Los comestibles crujientes suelen ser celulares –de paredes rígidas y frágiles– y se obtienen a partir de materiales como el arroz o la patata. Esta última se fragiliza friéndola adecuadamente para eliminar la humedad, dándole una consistencia vítrea y haciéndola impermeable para que no vuelva a absorber agua.
Los materiales celulares son más crujientes cuanto mayor es el tamaño de sus células y más gruesas son las paredes. Las patatas fritas nos pueden servir para ilustrar este concepto: un panel de expertos examinó cuatro tipos de patatas fritas, todas se frieron a 180˚C y después se les dio un baño frío durante un minuto. Las cuatro variedades se obtuvieron mediante distintos tratamientos posteriores: a) un baño caliente durante dos minutos, b) un lavado durante dos minutos con una solución acuosa al 2% de NaCl; c) un lavado durante tres minutos con una solución acuosa al 0,5% de CaCl2; y d) ningún tratamiento posterior. Los expertos del panel clasificaron las patatas fritas desde más crujientes a menos crujientes y el resultado fue: a, d, c, b. Un análisis posterior de la estructura celular de las patatas fritas confirmó que aquéllas cuyas celdas llenas de aire eran numerosas y pequeñas eran menos crujientes. Lo mismo sucedió con el espesor de la pared de las celdas, las patatas fritas con celdas grandes, obtenidas por fusión de las celdas pequeñas, tenían las paredes más gruesas y resultaron ser más crujientes.
Con frecuencia se asocia el carácter crujiente y firme de las frutas y verduras con la turgencia de las células, pero la adherencia entre ellas también es responsable de esta apetitosa propiedad. La exótica castaña china de agua –el bulbo de una planta acuática– nos proporciona un buen ejemplo, ya que se mantiene crujiente una vez cocida. Ello es debido al ácido diferúlico (un derivado fenólico relacionado con la lignina), que mantiene las células pegadas entre sí, es hidrófobo y permanece unido covalentemente a las membranas celulares y, por este motivo, no se disuelve con el calor ni en presencia de ácidos (vinagre). La firmeza y el carácter crujiente desaparecen si se pierde la adherencia entre las células. Cuando esto sucede en las manzanas, se dice que tienen una textura harinosa. En estas condiciones las células pueden mantener, todavía, una cierta turgencia; si se desliza el dedo sobre la superficie recién cortada de una manzana harinosa se adherirán al dedo muchas células –produciendo la sensación de pasar el dedo por un papel de lija fino–. Estas células son duras y están redondeadas pero son demasiado pequeñas para tener la sensación de que se las mastica y, por lo tanto, las manzanas harinosas resultan “secas”.
Figura 2. Correlación entre medidas de la textura obtenidas por procedimientos organolépticos y utilizando la ciencia de los materiales para manzanas (3 variedades), pepinos, apio y zanahorias. En la escala vertical se han representado las medidas de la tenacidad de fractura KC y en la escala horizontal, los valores medios de la sensación de dureza estimada por un grupo de expertos.
El carácter crujiente de un alimento también está relacionado con la fuerza ejercida por los músculos sobre la mandíbula y, en particular, cómo varía a medida que se fractura el material durante la masticación. Sigamos con las patatas fritas: la figura 1 muestra dos curvas donde se ha medido dicha fuerza y el correspondiente desplazamiento relativo entre las mandíbulas, la superior (a) corresponde a unas patatas para gourmets, mientras que la inferior (b) se ha obtenido a partir de patatas fritas comerciales. En ambos casos, las bajadas súbitas de la fuerza a medida que aumenta el desplazamiento están relacionadas con los procesos de fractura del material y con el avance de la grieta. Parece ser que cuando se producen muchos “escalones” pequeños el avance de la fisura es más estable y el alimento nos parece menos crujiente, pudiendo llegar al extremo de tener la sensación de masticar un material desmenuzable (crumbly). En el otro extremo, cuando los escalones son grandes y poco numerosos, se tiene la sensación de masticar una textura dura, de estar chasqueando el alimento, como se comenta a continuación.
Textura dura
Para investigar la textura de algunas frutas y vegetales (pepino, zanahoria, apio y tres variedades de manzana) se utilizó un grupo de diez mujeres con probadas capacidades organolépticas y con edades entre 33 y 55 años. Fueron seleccionadas entre personas con gran agudeza sensorial y capacidad verbal para describir los sabores y texturas de los alimentos y recibieron un cursillo para aprender las técnicas utilizadas. Cada miembro del grupo probó los seis alimentos y rellenó un cuestionario con 15 preguntas; las ocho primeras se referían al primer bocado con los incisivos (duro, crujiente, chasqueante, tipo de rotura: rápida, frágil y datos del ruido: tono, duración e intensidad) y las siete siguientes al masticar con los molares (dureza, carácter crujiente o chasqueante, velocidad de fractura y los tres datos del ruido). Por otro lado, se midió en el laboratorio la tenacidad de fractura Kc de los alimentos siguiendo el proceso normalizado para materiales elásticos y frágiles, utilizando una probeta fisurada en forma de viga apoyada en tres puntos.
Figura 3. Esquema de la estructura celular de una manzana, destacando la orientación de las células. Las regiones sombreadas representan espacios intercelulares (Khan, A. A.; Vincent, J. F. V, J. of Materials Science 28, 45, 1993)
El análisis de los resultados indicó una buena correlación entre la tenacidad de fractura y la dureza detectada por el grupo organoléptico (con un coeficiente de correlación de 0,992, ver figura 2) y también con el chasquido (coeficiente de correlación 0,996). No así con las otras características que se midieron (la correlación con el aspecto crujiente fue de 0,448). Parece claro que tanto la dureza como la sensación de chasquido (crunchiness) de las frutas y vegetales investigados están relacionadas con la tenacidad (capacidad de iniciar la fisuración) de los alimentos. Desde el punto de vista estadístico ambas características son idénticas frente a Kc, tanto para el primer mordisco como al utilizar los molares. Esta es una de las primeras correlaciones obtenidas entre un parámetro de fractura, Kc, y unos datos organolépticos.
Este tipo de correlaciones puede resultar muy útil a la industria alimentaria por la reducción del tiempo y coste en la caracterización de propiedades texturales. El estudio antes mencionado, con diez personas, ocupó 25 días. El tiempo dedicado a caracterizar la dureza y el chasquido fue el 25% del total; unos 6 días. Por el contrario, los ensayos de fractura, 75 en total, duraron unas 10 horas. Dicho de otra forma, utilizando técnicas de ciencia de materiales se obtuvo la misma información en una quinta parte del tiempo. Posiblemente, esta última información es de más calidad porque a partir de los datos mecánicos, más objetivos, se pueden predecir otras propiedades. En el siguiente apartado se hacen varias consideraciones en esta dirección.
Textura y ensayos mecánicos
Las valoraciones basadas en la sensación de la textura de los alimentos –como el carácter crujiente, duro, o desmenuzable– son el resultado de procesos complejos en los que intervienen el epitelio gustativo, la lengua, los dientes, la saliva, señales auditivas y el propio alimento sometido a deformaciones muy complejas, por todo ello no es de extrañar que los intentos de correlacionar estas sensaciones con ensayos mecánicos simples sean, con frecuencia, poco satisfactorios. El cerebro integra eficazmente todas las sensaciones y nos da la percepción de un bocado crujiente o granuloso. Desde el punto de vista de la ciencia de los materiales sólo se puede intentar un planteamiento reduccionista, tratando de imaginar todo el proceso y caracterizarlo mediante unos parámetros que sean objetivos; independientes del tamaño, de la forma del alimento y del procedimiento de medida.
No siempre es así. Uno de los ensayos más utilizados en la industria alimentaria es el del penetrómetro. Consiste en presionar una esfera, o un identador, contra el material y medir la fuerza ejercida y la huella que deja. Aparentemente es un ensayo sencillo, rápido, manejable y barato, pero detrás de todo ello se esconde un proceso de deformación complejo y mal definido. Veamos lo que sucede con las manzanas.
«Las valoraciones basadas en la sensación de la textura de los alimentos son el resultado de procesos complejos en los que intervienen el epitelio gustativo, la lengua, los dientes, la saliva, señales auditivas y el propio alimento»
En la industria de las manzanas, la textura se mide utilizando un penetrómetro esférico de 8 mm de diámetro y se registra la fuerza ejercida y la profundidad de la penetración. La figura 3 muestra, de forma esquemática, la estructura celular de una manzana; hay una estructura columnar de células alargadas que irradia desde el centro y que se va transformando en esférica cuando se acerca a la piel. Junto a las células hay cavidades llenas de aire (entre el 50% y el 5% del volumen de la manzana, según el tipo y la edad, las jóvenes tienen más aire). Cuando se aplica el identador, las células próximas a él se comprimen, se deslizan y algunas se rompen. Cuando la adherencia entre las células es débil, hay más células que se deslizan entre sí que células rotas, el identador penetra con más facilidad, y se dice que tienen menos textura. Esto sucede con las manzanas harinosas, donde la adherencia entre células es escasa y también porque contienen más aire al tender las células a redondearse. La facilidad de penetración también depende de la densidad, cuanto más apretadas están las células más difícil resulta hundir el identador y, en general, las manzanas más densas dan la sensación de estar más texturadas, excepto en algunos casos. Hay una variedad de manzanas, llamada Spartan, que son tempranas y crujientes, pero poco densas. Si se usa el penetrómetro, deberían clasificarse como manzanas harinosas y con poca textura, pero si se hace un ensayo de fractura se puede comprobar que son frágiles y, por lo tanto, con textura.
Los ensayos mecánicos normalizados pretenden medir las fuerzas generadas durante procesos muy simples donde se producen deformaciones controladas, como es el caso de compresión, tracción o flexión. Se suele registrar la fuerza en función del desplazamiento y, a partir de estos datos, se obtienen curvas tensión (dividiendo la fuerza por el área de la sección que la soporta)-deformación (dividiendo el desplazamiento por la dimensión original) que son independientes del tamaño y de la geometría del material. Así es como a partir de los datos de una pequeña probeta de acero se obtiene la información para calcular la capacidad resistente de un puente o de un barco. No hay ninguna razón para pensar que estas ideas no se puedan utilizar para caracterizar los alimentos, a fin de cuentas todos los materiales obedecen las mismas leyes físicas.
Es evidente que la mayoría de estos ensayos ha sido desarrollado por ingenieros con fines estructurales –pensando en metales y hormigones– y que los materiales para los alimentos tienen otro cometido. Los materiales estructurales suelen ser rígidos, elástico-lineales, isótropos y se deforman poco, los materiales biológicos son blandos, no lineales, anisótropos y se deforman mucho. En general, no utilizamos los alimentos para construir casas –excepto en los cuentos de hadas– pero la caracterización, objetiva y simple, de estos sabrosos materiales es una necesidad para la industria de la alimentación y es el reto que tienen los ingenieros del futuro.
«La alimentación debe ser una experiencia agradable y aquellos productos que no lo consiguen tienen sus días contados, al menos en los países desarrollados»
La alimentación debe ser una experiencia agradable y aquellos productos que no lo consiguen tienen sus días contados, al menos en los países desarrollados. Aunque el precio y la propaganda nutricional sean importantes, al final el sabor y la textura son determinantes. Como ya se ha indicado, la sensación de la textura de los alimentos es una experiencia humana y para entenderla debemos apoyarnos en varias disciplinas: fisiología, psicología, química, física… en esta breve nota hemos mostrado cómo la ciencia de los materiales aporta su grano de arena. En el pasado las técnicas utilizadas tenían un componente subjetivo grande. Desde hace treinta años, la presión de las grandes empresas de la alimentación ha forzado la búsqueda de estimadores más fiables y objetivos, pero no olvidemos que el negocio de la alimentación es muy antiguo; la sabrosa textura de los higos –como se ha comentado al principio– hizo que en la antigua Grecia se controlara su exportación y que también, según cuentan las crónicas, las naves romanas al regresar desde Hispania a su patria recalaran en Menorca para aprovisionarse de higos.
Artículo basado, en parte, en Vincent, J. F. V. (2003): “Application of Fracture Mechanics to the Texture of Food”, Anales de Mecánica de la Fractura (M. Elices, M. Fuentes, F. J. Fuenmayor y E. Giner, eds.), Benicàssim, abril 2003, 20:1-7.
