Química de los aceites y grasas comestibles

Saludos queridos amigos de la comunidad científica de Hive.

Los términos aceites y grasas son muy genéricos, ya que engloban una gran cantidad de compuestos de diversos orígenes, pudiendo ser vegetal, animal o mineral. Aunque por lo general solemos distinguirlos por su uso, así distinguimos a los aceites y grasas de origen vegetal y animal como comestibles, y los aceites y grasas destilados del petróleo, como lubricantes. Aunque ambos tipos tienen en común que son viscosos, reducen la fricción y repelen el agua, tienen una composición química diferente. En el presente post vamos a dedicarnos a describir las principales características físicas y químicas de los aceites y grasas comestibles, ya que son un componente principal de nuestra cocina y forman parte importante de nuestra alimentación.

Aceites y grasas comestibles. Fuente: @emiliomoron, contiene imagenes de dominio público: aceites y mantequilla.

El principal campo de aplicación de los aceites y grasas de origen vegetal y animal es la industria de los alimentos, entre los que sobresale la producción de aceite de oliva, maíz y soja, y la producción de mantequilla, manteca y nata. Estos productos, aunque muchas veces son relacionados con factores negativos para nuestra salud, junto a las proteínas y los carbohidratos, son alimentos claves en nuestra alimentación, destacando su alto valor energético y el aporte de ácidos grasos y vitaminas esenciales para nuestra salud. Pero esta no es su única aplicación, ya que los aceites y grasas de origen vegetal y animal son materia prima para la preparación de otros productos, como jabones y polímeros empleados en la preparación de pinturas y plásticos biodegradables.

¿Y que son los aceites y grasas?

Son compuestos orgánicos conocidos como lípidos, específicamente son ésteres formados por tres unidades de ácidos grasos unidas a un alcohol trihidroxi o glicerol, por lo que también se les conoce como triglicéridos. En la molécula de triglicérido la columna vertebral está constituida por el glicerol con los ácidos grasos esterificados en cada uno de los tres grupos hidroxilos de la molécula.

Cada ácido graso de la molécula tiene una estructura que varían en el número de átomos de carbono y en el número de dobles enlaces entre ellos. Por ejemplo, el ácido butírico (C4) y el ácido palmítico (C16) contienen 4 y 16 átomos de carbono en su cadena respectivamente. Por otro lado, los ácidos grasos que contienen hasta 5 átomos de carbono se denominan de cadena corta, si tienen entre 6 y 12, se conocen como de cadena media, siendo los ácidos grasos de cadena larga aquellos que tienen de 13 a 21 átomos de carbono es su cadena y de cadena muy larga si tienen más de 22 átomos de carbono. La mayoría de los ácidos grasos naturales son de cadena media, en la siguiente tabla podemos observar la formula general de algunos de los ácidos grasos más importantes que componen a los triglicéridos.

Tabla 1. Formula general de algunos de los ácidos grasos de los triglicéridos

Los ácidos grasos también se clasifican según la presencia y el número de dobles enlaces en su cadena de carbono. Así, los ácidos grasos saturados no contienen dobles enlaces, los ácidos grasos monoinsaturados contienen uno, y los ácidos grasos poliinsaturados son los que contienen más de un doble enlace.

Un aumento del porcentaje de ácidos grasos de cadena corta y/o de ácidos grasos insaturados reduce el punto de fusión de una grasa o un aceite; por lo que, de forma general cuando un triglicérido es sólido a temperatura ambiente se dice que es una grasa y si es líquido se dice que es un aceite[1].

Con un sensillo experimento podemos comprobar la presencia de ácidos grasos libres presentes en el aceite comestible. Si tomamos unas gotas de aceite vegetal sobre un poco de agua con un indicador de pH, y sobre esta mezcla añadimos gota a gota hidróxido de sodio, las primeras gotas de la base no cambian el color del indicador, lo que indica que los ácidos presentes la neutralizan, solo observaremos el cambio de color del indicador al agregar un exceso de hidroxido de sodio.

Verificación de la presecia de ácidos grasos libres. Fuente: @emiliomoron.

Clasificacion cis y trans

Seguramente hemos oído hablar de las grasas trans. Esto es porque los ácidos grasos insaturados también se pueden clasificar como "cis", su forma doblada, o "trans", su forma recta, esto depende si el hidrógeno está unido en el mismo lado o en el lado opuesto de la estructura de la molécula. La mayoría de los ácidos grasos insaturados naturales se encuentran en forma cis, mientras que los ácidos grasos trans se derivan principalmente de fuentes industriales, en las que las grasas y aceites han sido sometidos a hidrogenación parcial[2].

A: Ácido elaídico (trans) y B: Ácido oleico (cis). Source: Wikipedia.com

Composición

Así como los carbohidratos, los aceites y grasas están compuestos de carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O), y al igual que estos, entender su química básica nos ayuda a comprender el papel que éstos compuestos desempeñan en nuestra alimentación y en la industria alimentaria.

En general, las grasas comestibles están constituidos por mezclas complejas de triglicéridos, por ello es difícil asignarles una formula general única para representarlos, por lo que un típico triglicérido obtenido de grasas y aceites naturales contiene dos o tres ácidos grasos diferentes, por lo que se denomina triglicérido mixto.

Así mismo la composición de cualquier aceite o grasas puede variar según la especie vegetal o animal de la cual se deriva, siendo cada producto una mezcla de diferentes triglicéridos. En la siguiente tabla podemos observar la composición de ácidos grasos de algunos aceites y grasas[1].

Tabla2. Composición de ácidos grasos de algunas grasas y aceites comunes (%)

Propiedades físicas de los aceites y grasas

Las grasas puras son incoloras, inodoras e insípidas

Quizás esta afirmación nos puede sorprender, porque conocemos el sabor, color y olor característicos de productos como la mantequilla y el aceite de oliva. Pero de hecho, el color, sabor y olor característico que asociamos a algunos de estos productos son añadidos o impartidos por pequeñas cantidades de otras sustancias que son solubles en los lípidos y que han sido absorbidas por éstos[3]. Por ejemplo, la manquilla es amarilla debido al pigmeto natural β-caroteno, la forma más común de carotenos en las plantas, una molécula miembro de los terpenoides que contiene 40 carbonos y se distingue por los anillos beta en los extremos, y que le da el color rojo anaranjado a las flores y plantas[4].

El color amarillo de la mantequilla se debe a la molécula β-caroteno. Fuente: @emiliomoron, la estructura de la molécula es de Wikipedia.com.

Solubilidad

Los aceites y grasas son insolubles en agua. Es un hecho bien conocido que el agua y el aceite no se mezclan, eso se debe a la polaridad de las moléculas. Pero los aceites y grasas son solubles en compuestos orgánicos no polares como el alcohol, el cloroformo, la acetona, eter o el benceno.

La solubilidad de un aceite es fácil de comprobar, ya sabemos que el agua y el aceite no se mezclan, pero si utilizamos un disolvente orgánico podremos notar que si se mezclan.

Prueba de solubilidad de un aceite comestible. Fuente: @emiliomoron.

El agua es un compuesto polar, lo que quiere decir que tiene cargas en los extremos de la molécula, mientras que el aceite es apolar, no presenta esas cargas. Por lo que el agua no tiene afinidad con el aceite.

Densidad

Las grasas y aceites tienen una densidad variable, ya que hay muchos tipos de aceites y grasas, y la densidad de cada uno depende de la naturaleza y origen de los mismos. De forma general sabemos que tienen una densidad menor que la del agua, lo vemos cuando mezclamos agua y aceite, y vemos que el aceite flota.

Así como el aceite flota en el agua un trozo de mantequilla también. Fuente: @emiliomoron.

Saponificación de una grasa

Como los triglicéridos son ésteres, pueden sufrir una reacción de hidrolisis mediante la adición de un ácido, una base o de enzimas especializadas conocidas como lipasas. Esta reacción de hidrólisis de grasas y aceites en presencia de una base es la base de la fabricación de jabón, por lo que también se le denomina saponificación. La reacción de saponificación de un triglicérido la podemos resumir así:

Una forma de verificar la saponificación de un aceite (formación de sales de ácidos grasos), puede hacerse agregando hidróxido de sodio a una mezcla de aceite y agua y agitar vigorosamente, observando la formación de espuma.

Verificación de la presencia de jabón al realizar la saponificación de una grasa. Fuente: @emiliomoron.

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En resumen, como podemos ver los aceites y grasas de origen vegetal o animal están constituidos por moléculas denominadas triglicéridos, los cuales están presentes en ellas formando mezclas complejas, y que por su naturaleza y composición tienen propiedades físicas particulares, como su menor densidad e inmiscibilidad en el agua.

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Bueno amigos espero que la información presentada les haya gustado y sido útil para ampliar sus conocimientos sobre los aceites y grasas comestibles. ¡Hasta la próxima!

Referencias

1. Chemistry Libre text. Fats and oils.
2. Wikipedia.com. Ácido graso trans.
3. Frederick A. Bettelheim, William H. Brown, Mary K. Campbell, Shawn O. Farrell, Omar Torres (2013). Introduction to General, Organic and Biochemistry. 10 ed, Book/Cole.
4. Wikipedia.com. Beta-caroteno

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