Originalmente publicado en inglés por Alicia McGeachy
Publicado el 5 de Julio del 2015
Traducido por Liorimar Ramos-Medina, Editado por Mariah Dooley

Es domingo por la noche y veo uno de mis programas favoritos, el cual por supuesto trata sobre comida. En este episodio en particular, los competidores fueron retados a incorporar el color azul en sus delicias horneadas, sin utilizar ningún colorante artificial. Aunque pudiera parecer una tarea sencilla, la realidad es que existen muy pocos alimentos cuyo color natural sea azul. Varios de los competidores intentaron usar los arándanos (blueberries) como su ingrediente azul, pero para mí, estos parecen más violetas que azules. (Pienso que como “azul” ya está en su nombre en inglés, los consideramos lo suficientemente azul. ¿Pero en cuántos otros vegetales o frutas azules puedes pensar?) Los colores de las frutas y los vegetales parecen estar dominados por tonos de verdes, amarillos, anaranjados y rojos. Con este interés en mente, decidí explorar y entender mejor cómo las frutas (y los vegetales) obtienen sus colores.

En primer lugar, es importante conocer cómo percibimos los colores. Brevemente, el ojo humano es capaz de ver colores debido a la luz que es reflejada, y no absorbida, por un objeto. Cuando la luz se refleja en la región visible del espectro electromagnético (~400-750 nm de longitud de onda), el objeto lucirá con color. En contraste, un objeto que no refleja luz en esta región, parecerá ser incoloro. Si miras a una rueda de colores como la mostrada en la Figura 2, entonces el color directamente al lado opuesto del color absorbido será el color que vemos. Es decir, para que veamos un objeto color rojo, este necesitaría entonces absorber luz azul o verde. Para que una fruta luzca de color azul, necesitaría absorber luz en las longitudes de onda rojas o anaranjadas. Un objeto que refleja el espectro entero de longitudes de onda visibles muestra ser blanco; un objeto que absorbe todo el espectro aparece negro. (Para un recordatorio sobre cómo vemos los colores, también podrías leer la publicación del blog de Mimi Han, “¿Qué es el color y cómo puede ayudar a matar células cancerosas?”). 

Entonces, ¿cómo funciona esta absorción de la luz? La luz posee distintas longitudes de onda, que a su vez corresponden a niveles diferentes de energía; con los colores rojos en el extremo bajo (longitud de onda larga) y los colores azules en el extremo alto (longitud de onda corta) de la región visible del espectro electromagnético. Cuando la luz es absorbida por una superficie, la energía puede ser utilizada para que los electrones en las moléculas de esa superficie se muevan de su estado basal de energía hacia un estado excitado. Mientras más cerca los estados basales y excitados se encuentran uno del otro, menor la energía (esto es, longitud de onda más larga) de la luz que se absorbe. El proceso de “reflejo” ocurre cuando la luz a una longitud de onda específica encuentra una superficie donde una misma longitud de onda rebota. También existe la transmisión, evento en el cual la luz pasa a través de un objeto sin cambiar ni ser absorbida. La absorción, el reflejo y la transmisión pueden ocurrir al mismo tiempo; sin embargo, la luz que el sistema absorbe no puede verse. Por lo tanto, solo vemos la luz que es reflejada o transmitida, no la luz que es absorbida por la superficie. 

Si la explicación acerca de los estados basales de energía y los estados excitados parece ser un poco confusa, he aquí una analogía: imagina que la transición entre un estado y otro es como subir las escaleras en un edificio alto. Cada piso en el edificio es equivalente a un estado de energía, y se requiere energía para caminar de la planta baja hacia los pisos más altos. Si estás visitado un amigo que vive en el piso superior, tendrás que utilizar un montón de energía para completar la subida. Algunas moléculas tienen estados excitados cerca del tope del edificio, mientras que otras viven mucho más cerca de la planta baja. Se necesita mucha más energía alcanzar el estado excitado, esto significa que la luz de alta energía (azules y violetas) tiene que absorberse para excitar los electrones de esa superficie, y que las longitudes de onda remanentes reflejadas de vuelta a nuestros ojos serán de baja energía (rojos y anaranjados). 

Ahora que ya hemos cubierto de manera general por qué vemos unos colores en específicos, podemos comenzar a discutir cómo esto se relaciona a los colores que vemos en diferentes alimentos. Tal vez estés familiarizado con el licopeno (ver estructura en la Figura 4) y el beta-caroteno, de verlos venderse en los supermercados y tiendas de salud como suplementos nutricionales; o tal vez incluso has leído sobre los grandes beneficios del licopeno, justo detrás de tu botella de ketchup favorita. Licopeno y β-caroteno pertenecen a una clase de moléculas llamadas carotenos; responsables por la apariencia roja, anaranjada y amarilla de algunos alimentos. El licopeno es abundante en algunos frutos rojos, como los tomates; mientras que el beta-caroteno abunda en alimentos anaranjadas, como las zanahorias.Ahora que ya hemos cubierto de manera general por qué vemos unos col

Las antocianinas (Figura 5) también son responsables por los colores rojos en algunos alimentos, además de que contribuyen al color azul y violeta de otros¹; por ejemplo, de los arándanos. 

¿Qué tienen todas estas moléculas en común? Puede que no sea tan aparente, pero todas tienen enlaces doble entre algunos de sus átomos de carbono (y de oxígeno, en el caso de la antocianina). Más importante, estas moléculas tienen enlaces doble conjugados o alteración de enlaces dobles y sencillos (destacado en las regiones azules de las Figuras 4 y 5). Estos tipos de enlaces reducen la cantidad de energía requerida para que los electrones se muevan entre estados de energía. Retornando a nuestra analogía de la escalera: si tu amigo súbitamente se traslada del décimo piso hacia el tercer piso, tomaría menos energía visitarlo.

Recuerda: para que un alimento luzca azul, necesita absorber luz en las longitudes de onda de color roja o anaranjada. Pues resulta que, para que una molécula pueda absorber luz en esta región, los tipos de enlaces de carbono que se hallan en los caroteno no funcionan. Las antocianinas, por otra parte, tienen tanto los átomos de oxígeno y los enlaces conjugados que permiten esta absorción—la adición de oxígeno y estos enlaces reducen la energía requerida para transicionar entre estados de energía, permitiendo la absorción de longitudes de onda roja y anaranjada. Esto puede ser la clave de por qué existen naturalmente tan pocos pigmentos azules: los compuestos de antocianina que cumplen los requisitos para realizar esta transición son menos comunes en la naturaleza, en comparación con los carotenos que otorgan los pigmentos rojos y anaranjados.

Resulta que existen muy pocos alimentos azules naturalmente para utilizarse en competencias de repostería, incluyendo los arándanos, las papas azules, el maíz azul, quandong azul, bayas Kusagi e incluso champiñones azules. Usar alguno de estos para propósitos de cocina puede ser preferible a utilizar compuestos artificiales como el azul FD&C 1, dado que recientes investigaciones sugieren que estos tintes artificiales pueden tener efectos adversos. ²

Las decisiones acerca del uso de aditivos para otorgar color a los alimentos se relacionan al trabajo que hacemos en el Centro para la Nanotecnología Sostenible, ya que mientras la nanotecnología se vuelve más común y el campo de la nanociencia crece, existe la posibilidad de exposición biológica y ambiental. Dada la incertidumbre respecto a la toxicidad de algunos nanomateriales manufacturados, ¿debemos abstenernos de incorporarlos en nuestra rutina diaria, hasta que hayamos analizado su toxicidad? 

Esto es parte del trabajo que hacemos en el Centro: intentamos estudiar la toxicidad potencial de los nanomateriales desde una perspectiva fundamental, para así diseñar efectivamente partículas funcionales y seguras. Para atender este problema con los colorantes, la Administración de Alimentos y Drogas (FDA, por sus siglas en inglés) coloca los aditivos de alimentos en una lista provisional hasta que su seguridad pueda ser evaluada³¿Debería hacerse igual con los nanomateriales? En marzo del 2015, la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés) anunció que estará “buscando un acercamiento regulatorio comprehensivo” para recoger información de todos los nanomateriales existentes así como los desarrollados recientemente, para “asegurar que los químicos que puedan tener o muestren un riesgo no razonable para la salud humana o el ambiente sean efectivamente controlados.”⁴ Al tomar un enfoque más preventivo para explorar la toxicidad potencial de los nanomateriales, en el Centro deseamos con entusiasmo contribuir a la EPA en el alcance de este objetivo.

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RECURSOS EDUCATIVOS (en inglés)

• ACS activity: Coloring with Foods (grades 3-5)
• NASA lesson plan: Discovering Color with a Prism (grades 9-12)
• A History of the FDA and Drug Regulation in the United States

REFERENCIAS (se requieren suscripciones para algunos de los artículos)

1. Newsome, A.G.; Culver, C.A.; van Breemen, R.B., Nature’s Palette: The Search for Natural Blue Colorants. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2014, 62 (28), 6498-6511. doi: 10.1021/jf501419q
2. Stevens, L.J.; Burgess, J.R.; Stochelski, M. A.; Kuczek, T., Amounts of Artificial Food Colors in Commonly Consumed Beverages and Potential Behavioral Implications for Consumption in Children. Clinical Pediatrics 2014, 53 (2), 133-140. doi: 10.1177/0009922813502849
3. Barrows, J.N.; Lipman, A.L.; Bailey C.J. Color Additives: FDA’s Regulatory Process and Historical Perspectives. Food Safety Magazine, 2003, via FDA.gov.
4. EPA, Control of Nanoscale Materials under the Toxic Substances Control Act, 2015