¿Cómo se forman y transforman los compuestos responsables del aroma en hongos, cebollas y tomates?

En los hongos, uno de los compuestos clave responsables de su característico aroma es el 1-octen-3-ona, que se forma directamente a partir del ácido linoleico, contrario a la suposición previa de que se produce mediante la oxidación del 1-octen-3-ol. Cuando se fríen los hongos shiitake, el olor cambia notablemente; tanto el 1-octen-3-ona como el 1-octen-3-ol disminuyen en cantidad, mientras aparecen nuevos compuestos sulfurados como el 1,2,4,5-tetratian y el 1,2,3,5,6-pentatiepano, que aportan las notas sulfúricas esperadas en el aroma. Este fenómeno se observa también en el champiñón común (Agaricus bisporus). Los hongos “puffball” o calvatias gigantes pueden alcanzar el tamaño de una pelota de fútbol y deben consumirse frescos, generalmente después de freírlos, porque sus compuestos volátiles cambian rápidamente tras la recolección. Presentan cantidades pequeñas de los característicos volátiles C8 como 1-octen-3-ona y 1-octen-3-ol, además de otros compuestos como 3-octanona, 3-octanol, aldehídos y algunos ésteres, como el metil antranilato, que tiene un aroma afrutado. Sin embargo, con el paso del tiempo, disminuye la concentración de estos compuestos agradables y aumentan rápidamente los ácidos carboxílicos malolientes como el ácido 2-metilbutanoico y 3-metilbutanoico.

En las cebollas (Allium cepa), la experiencia común de irritación ocular y lágrimas al cortarlas tiene un fundamento químico claro. Aunque crudas son casi inodoras, al cortar sus tejidos se liberan compuestos sulfurados debido a la interacción entre isoalliin (un aminoácido con grupo sulfoxido) y la enzima aliinasa. Esta reacción produce ácido 1-propenilsulfénico, que se transforma rápidamente por acción de otra enzima exclusiva de la cebolla, la factor lacrimógeno sintasa, en óxido de propanethial S, la molécula volátil responsable de la irritación y el lagrimeo. Además, algunos de estos ácidos sufénicos se condensan formando tiosulfinatos y compuestos como los zwiebelenes. El aroma de la cebolla evoluciona con el tiempo tras el corte: inicialmente predomina el óxido de propanethial S, pero luego disminuye y aparecen compuestos como propanetiol y disulfuro de dipropilo, que son los principales responsables del olor característico de la cebolla fresca. Cuando la cebolla se cocina, su aroma se transforma en notas dulces, carnales y sabrosas. Un compuesto fundamental en esta etapa es el 3-mercapto-2-metilpentan-1-ol, que tiene un umbral de olor extremadamente bajo y se une de manera selectiva a un receptor olfativo humano específico, OR2M3. Junto a él, persisten aldehídos saturados e insaturados, disulfuros y trisulfuros que conforman el perfil aromático del producto cocido.

El tomate ofrece una experiencia sensorial diferente, donde su aroma y sabor resultan de una combinación compleja de compuestos. La apariencia del tomate está condicionada por su contenido en clorofila cuando está verde y por el licopeno cuando madura, un hidrocarburo con una estructura altamente insaturada que le confiere su color rojo intenso. Su sabor es una delicada mezcla de azúcares —fructosa y glucosa— y ácidos débiles como el cítrico y el málico, que logran un equilibrio entre dulzura y acidez. El aroma del tomate, sin embargo, no depende de una sola molécula, sino de un conjunto variado de compuestos volátiles que se liberan cuando el tejido se altera, ya sea por maduración, corte o consumo. Estos volátiles forman un perfil complejo e integral que define la esencia del “olor a tomate”.

Es importante entender que los compuestos responsables de los aromas en estos alimentos no son estáticos; su formación y transformación dependen de múltiples factores como la frescura, el procesamiento térmico y el estado del tejido. En hongos, el paso del tiempo y la cocción modifican radicalmente el perfil de volátiles, desplazando notas frescas por otras más sulfúricas o ácidas. En cebollas, las reacciones enzimáticas ocurren en fracciones de segundo, generando compuestos efímeros que desencadenan respuestas sensoriales inmediatas y subsecuentes moléculas que persisten más tiempo. En tomates, la complejidad se enriquece por la coexistencia de múltiples sustancias volátiles y no volátiles, que combinadas producen la experiencia completa del sabor y aroma.

Además, la interacción entre estos compuestos y los receptores olfativos humanos es altamente específica y sensible, lo que explica cómo pequeñas variaciones químicas pueden alterar de forma significativa la percepción sensorial. La transformación química durante la manipulación o cocción es esencial para comprender por qué un mismo alimento puede presentar perfiles aromáticos tan diferentes según su preparación y frescura.

¿Cómo afectan los compuestos "calientes" y "fríos" a nuestro cuerpo?

Las sustancias con propiedades térmicas, como las especias, tienen una profunda influencia sobre nuestro cuerpo y nuestra percepción sensorial. Algunas de estas, clasificadas como "calientes" o "frescas", pueden desencadenar reacciones fisiológicas y emocionales complejas. Este fenómeno se puede observar en cómo la capsaicina, la sustancia activa en los chiles, o el mentol, presente en la menta, afectan nuestra percepción del calor o el frío.

La capsaicina es conocida por su capacidad para generar una sensación de ardor en la piel y las mucosas, un calor intenso que no se traduce en un aumento real de la temperatura corporal, sino en la activación de los receptores del dolor en el cuerpo, específicamente en el receptor TRPV1. Este receptor es el mismo que se activa en respuesta a temperaturas altas, lo que explica por qué la capsaicina se percibe como una sensación de "calor". Sin embargo, este calor es de naturaleza temporal y no produce un daño real en los tejidos, aunque la sensación puede ser bastante intensa y durar unos minutos. Este tipo de interacción subraya la complejidad de las reacciones humanas frente a las sustancias químicas, que pueden imitar sensaciones físicas sin necesidad de cambiar realmente la temperatura del cuerpo.

Es interesante observar cómo otras especias, como la pimienta negra, el jengibre, el clavo de olor, la nuez moscada y la canela, provocan efectos similares, aunque de manera menos intensa. Estas especias, aunque no contienen capsaicina, tienen compuestos que afectan los mismos canales de dolor o pueden inducir respuestas termales. El jengibre, por ejemplo, contiene gingerol, una sustancia química que puede generar una sensación de calor en la boca, aunque no provoca la misma intensidad de ardor que la capsaicina. La canela, por su parte, activa el TRPV1, lo que contribuye a una sensación de calor moderado.

El efecto de estas especias no solo se limita a la percepción sensorial del calor. Se ha observado que tienen propiedades termogénicas, lo que significa que pueden aumentar temporalmente la tasa metabólica del cuerpo. Esto podría explicar por qué algunas culturas han utilizado estas especias en sus dietas, no solo por sus sabores y aromas, sino también por sus posibles beneficios para la salud, como la estimulación de la circulación sanguínea y el aumento del metabolismo.

Por otro lado, las sustancias "frescas", como el mentol en la menta o el carvón en el comino, ofrecen un contraste interesante. Estas sustancias activan los receptores TRPM8, los cuales son responsables de la sensación de frescura o enfriamiento. Al igual que la capsaicina, el mentol no cambia la temperatura real del cuerpo, sino que engaña al cerebro para que perciba una sensación de frescor intenso. Esta sensación se puede observar, por ejemplo, al aplicar productos mentolados en la piel o al consumir alimentos y bebidas que contienen menta, provocando una sensación de alivio en los días calurosos.

El mentol, además, tiene efectos terapéuticos bien documentados. Su capacidad para aliviar dolores musculares y mejorar la respiración es ampliamente reconocida. Es probable que este compuesto, al inducir una sensación de frescor, también tenga propiedades analgésicas al interferir con las señales de dolor. Esta interacción entre el mentol y los canales iónicos que responden al frío ha llevado a su uso en productos como ungüentos y bálsamos destinados a aliviar dolores musculares y articulares.

Además del mentol, el carvón, otro compuesto presente en la menta y en algunas variedades de albahaca, también tiene efectos refrescantes y de alivio. Se ha utilizado en productos de cuidado personal y en la industria alimentaria, no solo por su sabor, sino por sus propiedades calmantes.

El fenómeno de las sensaciones térmicas provocadas por sustancias químicas revela cómo la interacción de los compuestos con los receptores específicos de nuestro cuerpo puede alterar nuestra percepción del entorno. Aunque estas sensaciones no cambian realmente la temperatura de la piel o de los órganos internos, la respuesta cerebral que desencadenan puede tener efectos físicos y psicológicos significativos. Estas reacciones se han estudiado en profundidad en los últimos años, y se ha demostrado que pueden influir en el bienestar, la digestión y la percepción del dolor, entre otros aspectos.

Es crucial también reconocer que las sustancias que generan sensaciones de calor o frescura no son solo un fenómeno subjetivo. Las investigaciones han comenzado a explorar el impacto que tienen estas moléculas en el cuerpo humano más allá de la simple percepción sensorial. Por ejemplo, algunas investigaciones sugieren que la capsaicina podría ser útil en el control del peso corporal, al aumentar la termogénesis y mejorar la quema de calorías. Sin embargo, no todas las personas responden de la misma manera a estas sustancias, ya que la sensibilidad a la capsaicina, el mentol y otros compuestos térmicos varía ampliamente entre individuos.

En términos de salud, es importante comprender que el consumo excesivo de compuestos "calientes" o "frescos" puede tener efectos adversos. Mientras que en pequeñas cantidades, estas sustancias pueden ofrecer beneficios como la mejora de la circulación o la estimulación metabólica, en grandes dosis pueden causar irritaciones gástricas, acidez, o incluso reacciones alérgicas en personas sensibles. De ahí la importancia de moderar su consumo, especialmente en personas con condiciones como úlceras o problemas digestivos.

¿Cómo afectan al cuerpo el fumar y el uso de vaporizadores?

El uso de cigarrillos y vaporizadores, aunque diferentes en sus mecanismos, comparten la característica común de introducir sustancias químicas en el cuerpo, siendo la nicotina la más relevante en cuanto a adicción. La nicotina, un alcaloide presente en el tabaco, es la responsable de la dependencia que causa el tabaquismo. A pesar de que los efectos tóxicos de fumar se deben en gran parte a otros componentes del humo del cigarro, es el efecto farmacológico de la nicotina lo que crea la adicción al tabaco. Esta adicción no solo es responsable de la persistencia del hábito, sino que también juega un papel fundamental en las enfermedades que produce, las cuales están entre las principales causas de muerte y discapacidad a nivel mundial. Según la Organización Mundial de la Salud, el tabaquismo mata a más de ocho millones de personas al año.

Desde principios del siglo XX, el cáncer de pulmón comenzó a surgir como una enfermedad cada vez más frecuente. Durante un tiempo, su causa fue objeto de debate. Entre las hipótesis discutidas se incluyeron factores como la contaminación del aire, la influenza de 1918-1919, y los gases venenosos utilizados durante la Primera Guerra Mundial. Sin embargo, a medida que el consumo de cigarrillos aumentaba, las estadísticas médicas comenzaron a señalar al tabaco como el principal responsable. En los años 30 y 40, comenzaron a surgir los primeros estudios científicos que vinculaban el tabaquismo con el cáncer de pulmón, aunque fue en 1950 cuando se publicó una serie de investigaciones que establecieron de manera clara esta relación. A fines de la década de 1950, la comunidad médica aceptó de manera generalizada la conexión entre fumar y el cáncer de pulmón, lo que llevó a una mayor conciencia pública sobre los peligros del tabaquismo.

El daño de fumar no se limita solo a los efectos de la nicotina. El humo del cigarro contiene más de 10,000 sustancias químicas, muchas de las cuales son tóxicas y cancerígenas. Algunos de los compuestos más peligrosos son el monóxido de carbono, el cianuro de hidrógeno y los óxidos de nitrógeno. Otros compuestos volátiles presentes incluyen el benceno, conocido carcinógeno, así como aldehídos como el formaldehído y el acetaldehído. También están presentes las aminas nitrosas (TSNAs), que son especialmente perjudiciales para la salud.

El impacto de estas sustancias en el organismo es complejo. Por ejemplo, los hidrocarburos aromáticos policíclicos, como el benzo[a]pireno, al ser inhalados, se oxidan en el cuerpo y forman epóxidos, que reaccionan con el ADN. Esta reacción puede generar mutaciones que inactivan genes supresores de tumores, dando inicio al proceso cancerígeno. Las aminas nitrosas, como la NNN (N′-nitrosonornicotina), también son cancerígenas, y se forman en gran medida durante el proceso de curado del tabaco. Estas sustancias pueden ser liberadas tanto en el humo de los cigarrillos convencionales como en los vaporizadores.

La introducción de los vaporizadores, o e-cigarrillos, a principios del siglo XXI trajo consigo la promesa de una alternativa "menos dañina" al fumar. Sin embargo, aunque los vaporizadores no producen combustión ni liberan tantas sustancias tóxicas como los cigarrillos, todavía contienen nicotina y otros compuestos químicos que pueden ser perjudiciales. Los vaporizadores funcionan mediante un líquido (e-líquido) que contiene propilenglicol o glicerol, junto con nicotina y saborizantes. Este líquido es calentado por un atomizador, transformándose en un aerosol que es inhalado por el usuario. Aunque los vaporizadores son libres de tabaco y combustión, no están exentos de riesgos. La nicotina, aunque menos agresiva en comparación con otros compuestos en el humo del tabaco, sigue siendo una sustancia altamente adictiva que afecta negativamente al sistema cardiovascular y nervioso.

El uso de cigarrillos y vaporizadores plantea riesgos significativos para la salud, y aunque los vaporizadores no contienen tantas sustancias cancerígenas como los cigarrillos, no deben considerarse inofensivos. La nicotina, por sí sola, tiene efectos adversos en la salud, como el aumento de la presión arterial y la frecuencia cardíaca, lo que incrementa el riesgo de enfermedades cardiovasculares. Además, en los vaporizadores, aunque se percibe menos el impacto de la combustión, las sustancias químicas presentes en el aerosol, algunas de las cuales aún no se han estudiado exhaustivamente, podrían tener efectos perjudiciales a largo plazo.

Es crucial que los usuarios de cigarrillos y vaporizadores comprendan que ambos comportamientos, aunque distintos en su mecanismo, comparten el mismo problema subyacente: la adicción a la nicotina. Esta sustancia no solo genera dependencia, sino que también puede tener efectos duraderos sobre la salud mental y física. Si bien los vaporizadores podrían representar una opción de reducción de daños para aquellos que desean dejar de fumar, no deben considerarse una solución completamente segura. La mejor opción sigue siendo evitar el consumo de productos que contengan nicotina y otras sustancias tóxicas. En cualquier caso, la prevención sigue siendo el enfoque más eficaz frente a las enfermedades relacionadas con el tabaquismo y el uso de vaporizadores.

¿Cuál es la diferencia entre H2O y D2O?

Lewis y su asistente de investigación R.T. Macdonald iniciaron un programa intensivo para estudiar las propiedades químicas y físicas del óxido de deuterio, lo que resultó en 26 publicaciones en el lapso de 16 meses, entre febrero de 1933 y julio de 1934. En 1934, el Premio Nobel de Química fue otorgado por el trabajo sobre el deuterio, pero exclusivamente a Harold Urey. Gilbert N. Lewis, quien fue responsable de una serie de ideas clave en química, como el ‘par de Lewis’, el enlace covalente, la teoría ácido-base, y la termodinámica para químicos, nunca llegó a recibir el Nobel, a pesar de haber sido nominado en 35 ocasiones.

La diferencia más evidente entre H2O y D2O es que el agua pesada (D2O) es aproximadamente un 10% más densa que el agua común (H2O), con una densidad de 1.106 g/cm3 frente a 1.000 g/cm3. Esto se debe a que los átomos de deuterio son el doble de pesados que los de hidrógeno. El punto de congelación de D2O es 3.82°C, mientras que el de H2O es 0.00°C, y su punto de ebullición es 101.42°C, en comparación con los 100.00°C de H2O. Estos valores reflejan los enlaces intermoleculares de hidrógeno ligeramente más fuertes en D2O.

El agua pesada tiene baja toxicidad. Naturalmente, aproximadamente un 0.01% de los átomos de hidrógeno en la naturaleza son de deuterio. Para las plantas y los animales, los efectos fatales solo ocurren cuando aproximadamente entre el 30% y el 50% del contenido acuoso de un organismo ha sido deuterado. En bacterias (y levaduras), incluso en D2O casi puro, las funciones biológicas continúan, aunque con una tasa de crecimiento más baja. Los experimentos con D2O muy puro han demostrado que los seres humanos perciben un sabor más dulce en este tipo de agua, mientras que los ratones no parecen preferir D2O sobre H2O, lo que sugiere que no comparten esta percepción.

El hidrógeno y el deuterio son químicamente similares, pero tienen diferentes propiedades espectroscópicas y magnéticas, lo que hace al deuterio útil para los químicos. Dado que un átomo de deuterio tiene el doble de masa que un átomo de hidrógeno, esto afecta la frecuencia de las vibraciones de los enlaces que contienen deuterio en los espectros infrarrojos de los compuestos. Así, si se reemplazan los átomos de hidrógeno en un grupo O-H por deuterio, la banda correspondiente a la vibración O-H (estiramiento O-H) en ~3600 cm−1 se desplaza a ~2600 cm−1 (causado por la vibración O-D). De manera similar, las frecuencias de estiramiento C-H en ~2900 cm−1 se desplazan a ~2100 cm−1 al deuterar una molécula.

Otro uso significativo del deuterio se da en la espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN). Debido a las diferentes propiedades nucleares del 1H y el 2H, las señales causadas por átomos de deuterio no se observan en un espectro de RMN de 1H. Por tanto, si se tiene un compuesto orgánico con un grupo O-H (o N-H) labile, se puede añadir una gota de D2O a la muestra de RMN en un disolvente como CDCl3 (que también es invisible en RMN de 1H). Esto obliga al equilibrio a desplazarse hacia la derecha, como se muestra en la siguiente ecuación:

R–O–H + D2O ⇌ R–O–D + D–O–H

El pico correspondiente al grupo OH desaparece en el espectro de RMN de 1H. Este efecto puede observarse en el espectro de RMN de un compuesto como el mentol, donde el pico OH en ~1.8 ppm desaparece después de añadir D2O, mostrando que el H involucrado está libre para intercambiarse con el disolvente.

El uso de isótopos en reacciones químicas se demostró en 1938 cuando Irving Roberts y Harold Urey realizaron un estudio sobre la reacción de esterificación entre ácido benzoico y metanol enriquecido con 18O. Encontraron que ningún 18O terminó en el agua producida, lo que indicó que el enlace C–OH del ácido benzoico se rompió, siguiendo la vía mostrada en la ecuación 10.2.

El plomo, con número atómico 82, es el elemento más pesado con isótopos no radiactivos. De hecho, el plomo tiene cuatro isótopos estables. Uno de estos, el 204Pb, no tiene un precursor radiactivo. Los otros tres provienen de las cadenas de desintegración radiactiva de otros elementos. Por ejemplo, la cadena de desintegración de 238U termina en 206Pb, y 207Pb es el último elemento de la cadena de desintegración de 232Th.

Los científicos han estudiado las proporciones de ciertos isótopos de plomo en depósitos minerales para rastrear orígenes de plomo. En particular, se ha examinado el legado de la gasolina con plomo, una vez que se descubrió que el tetriletal de plomo, aditivo utilizado en la gasolina para mejorar el rendimiento de los motores, liberaba plomo al medio ambiente, causando graves problemas de salud. La proporción de isótopos de plomo en diferentes muestras de plomo se utilizó para identificar el origen de la contaminación en el agua subterránea cerca de antiguos depósitos de gasolina con plomo.

Los arqueólogos también han utilizado los isótopos de plomo en sus estudios para investigar el pasado distante. Por ejemplo, los análisis de las proporciones de isótopos de plomo en sedimentos de hace más de 2000 años del río Tíber y el puerto Trajano han mostrado que el “agua potable” de la antigua Roma contenía hasta 100 veces más plomo que las aguas locales, lo que indica contaminación proveniente de otras fuentes minerales. De manera similar, el estudio de los isótopos de plomo en los sedimentos del antiguo puerto de Nápoles reveló que la erupción del Vesubio en el año 79 d.C. tuvo un impacto significativo en la calidad del agua de la región.