Download IV.3. Procesamiento, manejo y seguridad de alimentos

MOMENTOS HISTÓRICOS DE LA TECNOLOGÍA
DESDE EL PUNTO DE VISTA DEL
QUÍMICO
Esta Exhibición es una versión de la galería
‘Avances Tecnológicos’,
preparado por los miembros de la Sociedad Americana de Química bajo la dirección del Profesor Attila Pavlath.
Exhibición realizada en el
Departamento de Química Física de la Universidad Szeged, en Hungría
por
Nora Rideg, estudiante subgraduado,
Supervisado por
Veronika Nemeth, Catedrático Auxiliar
Auspiciado por la
Sociedad de Química en Hungría (MKE)
y la
Sociedad Americana de Química
AGRICULTURA Y ALIMENTO
IV. MOMENTOS HISTÓRICOS DE LA TECNOLOGIA EN LA
AGRICULTURA Y LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS
Los químicos y los ingenieros químicos han realizado varias contribuciones a la agricultura y los alimentos
que han permitido su crecimiento, su cosecha y su consumo en abundancia y con gran valor nutritivo.
A finales del siglo diecinueve y a principios del siglo veinte, todo hogar promedio tenían en su cocina
productos como vegetales y raíces de sus hortalizas, su jardín o la granja local; mantequilla hecha en casa,
huevos de una gallina encerrada en un corral, vegetales y carnes almacenadas en un caja congeladora o
cocidas sobre una estufa con brasas o con madera.
El último siglo nos ha traído grandes cambios en cómo llegan los alimentos a nuestras mesas al tener
granjas mas productivas, además de alimentos y agua potable a mayor disposición. Agricultores modernos
están utilizando los nuevos avances tecnológicos para una mejor producción agrícola al utilizar fertilizantes
y pesticidas. Los consumidores se han beneficiado de las nuevas tecnologías que han aumentado el sabor,
la apariencia, la disponibilidad y el valor nutritivo de los alimentos.
Estos avances de la química han ayudado a alimentar a este mundo de rápido crecimiento poblacional.
IV.1. Fertilizantes y nutrientes de suelo
Fijación de nitrógeno
Proceso Haber-Bosch
Avances en fertilizantes químicos
Revolución verde y plantas híbridas
IV.3. Procesamiento, manejo y seguridad de alimentos
Sacarina y edulcorantes
Vitaminas y minerales
Preservativos y adelantos de la manufactura
Seguridad de alimento y control de calidad
IV.2. Protección agrícola y manejo de plagas
Método de Burdeos y fungicidas
DDT y pesticidas
Protección de ganado
Maquinaria para granjas
IV.4. Almacenaje de alimentos
Empaque
Refrigerantes y clorofluorocarbonos
Hornos de microondas
Agua potable
IV. LA AGRICULTURA Y LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS
Cronología
1881 El científico francés Louis Pasteur descubre la vacuna ántrax para ovejas y cerdos.
1883 El químico danés, Johan Gustav Kjeldahl desarrolla un método para analizar el contenido de nitrógeno en compuestos
orgánicos.
1884 El botánico francés, Pierre M. A. Millardet inventa la mezcla de Burdeos para combatir los hongos en los viñedos.
1901 John F. Quenny, el fundador de la Compañía Monsanto, manufacturera sacarina.
1913 Los dos químicos alemanes, Fritz Haber y Carl Bosch desarrollan el proceso para la producción de amoniaco a nivel industrial.
1913 Elmer V. McCollum y Marguerite David descubren Vitamina A en la mantequilla y la yema del huevo.
1918 La firma Kelvinator lanza su primera nevera para uso casero.
1933 La leche fortificada con Vitamina D es vendida comercialmente.
1939 El químico sueco, Paul Mueller descubre las cualidades insecticidas del pesticida DDT.
1943 Químicos del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos desarrollan aerosol de dispersión como insecticida y con
aplicaciones agrícolas.
1953 Se introduce la envoltura de Sarán en los hogares por la firma Dow.
1964 La ‘Revolución Verde’: la aplicación de plantas híbridas y fertilizantes de suelo líquido ayudan en los problemas de nutrición de los
países en desarrollo.
1972 Prohibición del DDT en los Estados Unidos. (Como primer país en el mundo, Hungría lo prohibió en el 1968).
1974 Monsanto introduce el herbicida Roundup.
1990 Novedosos productos para la fortificación y el aumento en el valor nutricional de los alimentos comienzan a comercializarse.
IV.1. Nutrientes de suelo y los fertilizantes
Fijación de nitrógeno
La fijación de nitrógeno es un
proceso natural y esencial donde los
microorganismos
convierten
el
nitrógeno, que es poco reactivo, en
compuestos de nitrógeno inorgánico,
que a su vez entra de primera
instancia a la cadena alimentaria
como compuestos de nitrógeno
orgánico tales como las proteínas en
plantas. La mayoría de los suelos
disponibles
para
cultivos
son
deficientes en nitratos. Por esta
razón, muchos procesos comerciales
se han desarrollado para producir
productos químicos nitrogenados o
fertilizantes; como el muy bien
conocido proceso de Haber-Bosch.
La
obtención
de
un
suelo
químicamente balanceado surgió en
el 1956 con el desarrollo del método
Kjeldahl,
que
analiza
automáticamente la cantidad de
nitrógeno existente en compuestos
orgánicos.
El ciclo del nitrógeno
Unidad para determinar el
contenido de nitrógeno de
material orgánico por el
método de Kjeldahl
IV.1. Nutrientes de suelo y los fertilizantes
El proceso de Haber-Bosh
A finales del siglo diecinueve, la escasez de
alimentos y el aumento en la población levantó
preocupaciones serias en el mundo. El
contenido de nitrógeno en el suelo agrícola
había sido utilizado a su capacidad máxima y el
apoyo industrial para la producción de
fertilizantes permanecía sin resolver. Algunos
científicos hicieron predicciones de una
hambruna mundial si esto continuaba. Surgió
entonces una necesidad urgente para la
producción de compuestos nitrogenados a
partir del aire. La respuesta vino en el 1908 en
Alemania, cuando Fritz Haber descubrió los
principios de la síntesis de amoniaco, utilizando
todos los recursos físicos y químicos
disponibles a su alcance. La síntesis requiere
un catalizador de hierro a altas presiones y
temperaturas. El químico Carl Bosch, de la
industria BASF (Badische Anilin- & SodaFabrik) comercializó el proceso estableciendo
la primera y mas moderna producción industrial
en el 1913. Este proceso industrial promovió un
aumento en la producción agrícola y el
crecimiento poblacional durante el siglo 20.
Fritz Haber
IV.1. Nutrientes de suelo y los fertilizantes
Avances en los fertilizantes químicos
A principios del 1913, se produjeron
fertilizantes sintéticos comercialmente,
los cuales mejoraron dramáticamente la
producción y el rendimiento agrícola.
Desde
entonces,
se
ha
hecho
innovaciones en la producción básica de
fertilizantes químicos, incluyendo el
mercadeo de los fertilizantes granulados
en el 1930 y la introducción de
fertilizantes de suspensión en el 1965
para el mercado americano. Para los
años 70, el fertilizante granulado fue
refinado para que fuese adecuado para
uso casero.
La innovación mas reciente de
fertilizantes comerciales incluye la
encapsulación
por
tiempo
de
fertilizantes, lo que evita la sobre
fertilización indeseable para el ambiente.
IV.1. Nutrientes de suelo y los fertilizantes
Revolución verde y plantas híbridas
Desde el 1870, se han creado de forma selectiva
plantas hibridas que promueven el aumento en la
producción y la calidad de los alimentos. La Química
Orgánica identifica las cualidades deseables de una
planta y desarrolla híbridos que promueven una mayor
absorción del nitrógeno de los fertilizantes químicos.
Estos avances dieron lugar a la ‘Revolución Verde’,
que comenzó cuando Méjico se convirtió en
autosuficiente en la producción de trigo en el 1943.
Para el 1964, la mayor parte de la población de Asia
estaba siendo alimentada con plantas hibridas y usaban
nutrientes químicos para el suelo. En la actualidad, es
que los agricultores americanos están utilizando estas
nuevas plantas hibridas, tales como los maizales y
papas que segregan pesticidas en sus hojas y tallos.
IV.2. Protección agrícola y manejo de plagas
El método de Bordeaux y los fungicidas
En el 1882, el botánico francés, Pierre
M. A. Millardet empleó una solución
acuosa de sulfato cúprico y cal
hidratada, conocida como la mezcla de
Burdeos o caldo bordelés (Bordeaux
mixture), para combatir efectivamente
el hongo encontrado en los viñedos de
Francia. En la actualidad se usa esta
mezcla para controlar el crecimiento de
hongo que atacan la cosecha. Éste se
convirtió en el primer fungicida usado
en gran escala que revolucionó la
protección química de las cosecha. Las
innovaciones químicas en la agricultura
continuaron con la introducción de los
fungicidas de ditiocarbamato en el
1934 y los fungidas de strobilurina para
el 1996.
Pierre M. A.
Millardet
IV.2. Protección agrícola y manejo de plagas
DDT y los pesticidas
Los
pesticidas
protegen
las
plantaciones de daños causados por
los hongos, insectos además de la
competencia de plantas indeseables en
el terreno. En el 1939, Paul Mueller
desarrolló el insecticida de bajo costo
DDT (dicloro-difenil-triclorethano) para
controlar los escarabajos y otros
insectos en las papas (patatas). El DDT
y otros pesticidas similares controlaron
las plagas y las enfermedades contra
las plantas por aproximadamente veinte
años. Cerca de los años 60, la
preocupación del público sobre los
daños al ambiente y la acumulación de
DDT en los seres humanos, combinado
con el aumento en la resistencia de los
insectos al DDT condujo a la evolución
de nuevos pesticidas y al descenso del
DDT. Los pesticidas usados en la
actualidad proveen mayor economía
para los agricultores, seguridad a los
trabajadores y son mejores al ambiente.
Cascarón de huevo
debilitado por el DDT
DDT para el combate
de la malaria
IV.2. Protección agrícola y manejo de plagas
Protección de ganado
El tratamiento de las enfermedades de
los
animales,
con
vacunas
o
medicamentos ha aumentado la calidad
y cantidad de alimentos disponibles
para el hombre. En 1881, Louis Pasteur
perfeccionó exitosamente una vacuna
para el ántrax del ganado. En el 1981,
se introdujo el anti-parasítico Ivermectin
para combatir los parásitos que afectan
la salud del animal. Investigaciones
recientes
intentan
prevenir
la
encefalopatía
espongiforme
bovina
(EEB), la ‘enfermedad de las vacas
locas’, que se cree que es causada por
proteínas priónicas encontrado en el
alimento de los animales que pueden
tener agentes infecciosos.
Louis Pasteur
Pasteur vacunación de ganado
IV.2. Protección agrícola y manejo de plagas
Maquinaria para granjas
Durante el último siglo, ha existido la necesidad
de usar aplicaciones tecnológicas eficientes para
la agricultura (fertilizantes y
pesticidas), los
sistemas de riego, la química en la agricultura y
las maquinarias para los terrenos agrícolas. Éstos
han aumentado dramáticamente la eficiencia y
productividad de las granjas.
El tractor diesel fue desarrollado por el inventor
americano Benjamin Holt, en el 1904. Los
tractores de hoy día, los cultivadores, los sistemas
de riego, la aplicación tecnológica y el
programado
y
sofisticado
sistema
de
posicionamiento global “GPS” son todos posibles
gracias a las innovaciones químicas además de
los combustible, materiales (aleación de metales y
plásticos avanzados), la tecnología de gomas y la
electrónica computacional.
Tractor de arrastre
de Holt
IV.3. Procesamiento, manejo y seguridad de alimentos
La sacarina y otros edulcorantes
Los edulcorantes artificiales fueron
creados para ayudar a los pacientes
diabéticos y a los que están a dieta
en el control del consumo de azúcar y
la perdida de peso respectivamente.
En el 1901, John F. Quenny
manufacturó el edulcorante artificial
sacarina. En 1967, se comenzó a
manufacturar el almíbar de maíz alto
en fructosa como aditivo para
aumentar el sabor dulce de los
alimentos de un 14% a un 42%, y
desde entonces se esta utilizando
para
endulzar
las
bebidas
carbonatadas. El aspartame se
vendió por primera vez en Estados
Unidos en el 1985; éste edulcorante
de baja caloría, se mercadeó con el
nombre de NutraSweet, sin embargo,
fue originalmente desarrollado en el
1955 como una droga anti-úlcera.
Empaque original de
la Sacarina
IV.3. Procesamiento, manejo y seguridad de alimentos
Aditivos vitaminados
El conocimiento de la bioquímica de los alimentos a
revolucionado la nutrición proveyendo la cura para
enfermedades causada por la deficiencias de vitaminas
en la dieta y por la mala nutrición.
La química ha propiciado grandes adelantos en este
campo, por ejemplo el descubrimiento de la primera
vitamina, la vitamina A (betacaroteno).
La vitamina A se encuentra en la mantequilla y la yema
del huevo, y es el nutriente esencial para la visión y la
protección del epitelio. Su estructura química se
determinó en el 1931 y fue sintetizado por primera vez
en el 1947.
El bioquímico húngaro, Albert Szent-Györgyi fue el
primero en aislar el ácido hexaurónico (ácido ascórbico)
de las glándulas adrenales en el 1928, conocido en la
actualidad como la vitamina C.
En el 2001, aparece por primera vez en Asia, el arroz
modificado genéticamente ‘golden rice’, rico en-vitamina
A, para combatir la ceguera y otras enfermedades
causadas por la deficiencia de vitamina A.
IV.3. Procesamiento, manejo y seguridad de alimentos
Preservativos y adelantos de la manufactura
Los orígenes de la química de los alimentos se
remontan al siglo diecinueve, cuando el
alemán, Justus Liebig, prepara por primera vez
extractos de carnes. Los adelantos en las
técnicas de preservación y de manufactura
dieron lugar a la creación de los alimentos
procesados. Según la química de los alimentos
siguió incursionado en otras prácticas
industriales, se han desarrollado múltiples
alimentos procesados. Las nuevas tecnologías
han promovido extender la vida útil de los
alimentos, por procesos tales como los
procesos de congelación de alimentos en seco
(liofilización) (1906), congelación intenso
(1920), alimentos precocidos (1939), y
preparando concentrados de líquidos (1946).
Una etiqueta del extracto de
carne de Liebig
IV.3. Procesamiento, manejo y seguridad de alimentos
Seguridad y pruebas para alimentos
Cualquier producto agrícola tanto crudo como
cocido puede contaminarse afectando
adversamente la salud humana. La
contaminación puede ocurrir durante la
preparación, al cocinar, al servir o al
almacenar el alimento. Los adelantos químicos
que han ayudado a promover la seguridad en
los alimentos incluye métodos rápidos para
detección de contaminación de los alimentos
por microorganismos y el control de epidemias
causadas por la contaminación de alimentos.
Las enfermedades causadas por patógenos
mas comunes causantes de enfermedades
transmitidas por alimentos han disminuido un
20% , en Estados Unidos entre los años 1997
al 1999.
IV.4. Almacenaje de alimentos
Almacenaje de alimentos
La tecnología para el almacenaje de
alimentos utilizando plásticos, metales,
vidrio, y cerámica contribuye a la
preservación del alimento durante su venta,
distribución y preparación. En los años
1930, Ralph Wiley inventó el polímero saran,
luego en el 1953 este polímero se introdujo
en el hogar como la envoltura de Saran
(Saran Wrap), un producto excelente contra
el oxígeno, la humedad, los olores y las
sustancias químicas causadas por la
humedad y temperatura extrema. La
envoltura del Sarán es un copolímero de
cloruro de vinilidino y cloruro de vinilo. Otras
innovaciones incluye la utilización de latas
de aluminio para almacenar comestibles y
bebidas en los años 1960, y el PET
(polietileno de tereftalato), utilizado como
envase reciclable para sustituir el vidrio o el
aluminio (1970s).
IV.4. Almacenaje de alimentos
Refrigerantes y los clorofluorocarbonos
Desde que se introdujo en los hogares en el
1918, la refrigeración, ha contribuido a la
preservación de los alimentos al proveer la
oportunidad de transportar y almacenar
alimentos de una forma segura. A principios de
los años 1920, las neveras o los refrigeradores
se convirtieron en algo poco popular al
descubrirse que el dióxido de azufre, utilizado
como refrigerante, era tóxico. Se encontró otro
refrigerante conocido como el Freón 12,
clorofluorocarbono (también conocido como
CFC, CCl2F2) por Thomas Midgley y Charles
Kettering, en el 1931. Las neveras entonces se
convirtieron rápidamente en un elemento
esencial en los hogares, los restaurantes y los
supermercados. En la actualidad, el uso del
Freón esta siendo descontinuado por sus
efectos destructivos en la capa de ozono.
Envase de enfriamiento (1890) y Nevera
casera por Kelvinator (1918)
IV.4. Almacenaje de alimentos
El horno de microondas
En el siglo 20, los enseres del hogar han
simplificado grandemente el trabajo en la
preparación de los alimentos. Una de esas
innovaciones en enseres eléctricos promovido
por los avances de la química es el horno de
microondas. En 1945, Percy L. Spencer estaba
trabajando con un radar de transmisión en los
laboratorios de Raytheon, cuando se dio cuenta
que un dulce que se encontraba en su bolsillo
estaba
derretido.
Fascinado
por
este
acontecimiento,
replicó la experiencia con
palomitas de maíz, de ahí nace la tecnología del
horno de microondas que entró en servicio una
década después en las cocinas hogareñas. Los
transmisores de microondas del tipo de la
Segunda
Guerra
Mundial,
llamados
magnetrones, siguen siendo el dispositivo
original de este utensilio eléctrico.
IV.4. Almacenaje de alimentos
Agua potable
Los avances de la química han asegurado que los
abastos de agua son seguros, libre de bacterias,
virus y otros contaminantes dañinos. Las
innovaciones usadas para lograr esto incluyen el
uso de carbón activado para remover el mal olor y
sabor, y otras sustancias para suavizar el agua y
remover metales pesado; además de la tecnología
moderna para su tratamiento, abastecimiento y
distribución. La desinfección con cloro en los
sistemas de tratamiento de aguas estaba en uso
desde 1910. La solución de cloro para uso casero
se introdujo en el 1913. Los desinfectantes a base
de cloro continúan como excelente método de
protección contra enfermedades adquiridas por el
mal manejo y procesamiento de los alimentos en la
cocina.
Molécula de ácido hipocloroso