No me gustan los grumos en el cacao en polvo y, en general, en ningún preparado culinario. Una cosa son los tropezones y las texturas, y otra son los agregados pulverulentos mal suspendidos en un líquido. La pasión por los grumitos es un gusto adquirido en la infancia y como yo no lo adquirí en su momento ahora me parece abominable, en especial porque contraviene uno de los principios más mimados de la cocina: obtener preparaciones lisas y homogéneas, cremas aterciopeladas, salsas uniformes. Buena parte de las técnicas culinarias están al servicio de evitar los grumos.

Dicho esto, y con todo el respeto hacia los grumófilos, aprovecharé la característica de esta bebida para comentar la tensión superficial, al hilo de otros posts dedicados a la mecánica de fluidos y los espesantes.

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La membrana inexistente

¿Por qué un líquido vertido en el espacio exterior adopta la forma de un globo esférico? ¿Por qué se puede colocar un alfiler sobre la superficie del agua sin que se hunda? ¿Cómo aguanta la pared de una pompa de jabón sin reventar? ¿Por qué reverendas hostias del demonio al verter líquido de una jarra se chorrea por su pared y cae en cualquier sitio menos en el vaso? La tensión superficial, claro.

tensión superficial gota

Las interacciones entre las moléculas de agua en la superficie de una gota hacen que actúen como si fueran parte de una membrana.

Cada molécula de agua ejerce sobre y sufre de sus vecinas varios tipos de fuerza: los puentes de hidrógeno, las interacciones dipolares y las fuerzas de Van der Waals. Estas interacciones son relativamente débiles y cambiantes en tanto las moléculas se mueven por movimiento browniano y agitación térmica —por ello la farsa de la memoria del agua propalada por homeópatas es un truño sin base, en tanto no demuestren su teoría de modo categórico—.

Las moléculas de agua en el interior del volumen de líquido reciben similares fuerzas desde todas las direcciones y el resultado global queda compensado, pero las moléculas de la superficie del líquido contactan por un lado con sus congéneres de la profundidad pero por otra con el aire, con el que no comparten las interacciones antes mencionadas; el resultado es un desbalance de fuerzas que empuja estas moléculas superficiales hacia adentro del líquido. Como las interacciones entre las moléculas de agua son mucho más intensas que entre agua y aire, se forma una especie de membrana que delimita la superficie del líquido. La tensión de esta membrana es, por supuesto, la tensión superficial, también definida como la fuerza que hay que ejercer sobre esta pseudomembrana para estirarla o deformarla.

tensión superficial

La tensión superficial se debe a la mayor afinidad de las moléculas del líquido entre sí respecto al aire. Las moléculas de agua del interior tienen compensados sus vectores de atracción, mientras las de la superficie tienen las fuerzas desequilibradas hacia el interior del líquido. Los agentes tensoactivos o surfactantes se interponen entre las moléculas de agua de la superficie y reducen la tensión superficial.

Si frotamos agua sobre una superficie lisa de inmediato vemos cómo la capa de agua se disgrega en gotas individuales por efecto de la tensión superficial. Para poder «estirar el agua» hay que reducir la fuerza de tensión superficial y ello se logra con agentes tensioactivos o, dicho de otra forma, un jabón. Los detergentes y emulsionantes se interponen entre las moléculas de agua, especialmente en su superficie —gracias a que las moléculas de detergente son agentes dobles, con un extremo afín por el agua y otro que huye del líquido— y ello debilita las interacciones agua-agua. El resultado es que soplando agua jabonosa se estira enormemente la superficie para formar pompas.

El agua tiene una tensión superficial relativamente alta. En la leche baja sensiblemente debido a las proteínas y micelas grasas que contiene (por ello es posible espumar la leche). Para comprobar la fuerza del agua basta adherir dos láminas de vidrio con una fina capa de agua en la interfase: es fácil deslizar un vidrio sobre el otro, pero hace falta mucha fuerza para separarlos en sentidos opuestos. La elevación de la temperatura reduce la tensión superficial al aumentar la agitación térmica del líquido.

Los tensoactivos también se llaman surfactantes (palabro proveniente de la contracción de surface active agent). Los seres vivos han sacado enorme beneficio de este tipo de moléculas, pues las membranas celulares se basan en este principio. Sin el surfactante pulmonar sería imposible respirar, pues la tensión superficial del líquido colapsaría los alveolos pulmonares; eso lo saben bien los bebés prematuros en quienes aún no hay surfactante pulmonar y sufren terribles dificultades respiratorias.

En un nivel menor tenemos el efecto surfactante de la secreción de las glándulas de Meibomio en la película lacrimal; la grasilla de esta secreción se mezcla con el agua de la lágrima y facilita la extensión de una capa líquida estable y uniforme sobre la superficie del ojo, además de reducir su evaporación. Buena parte de las molestias del síndrome de ojo seco se deben a fallos de estas glándulas.

Y en un nivel más pedestre, la tensión superficial es la responsable del desagradable salpicón que ocasionalmente reciben las posaderas cuando un buen ñordo cae en la taza del WC. El cuerpo ñordil rompe la pseudomembrana y hunde la superficie del líquido, pero luego el agua hace un rebote, como latigazo, y expulsa líquido hacia arriba, directo al nalgatorio del ente cagante.

Capilaridad, cohesión y adherencia

Son tres conceptos relacionados con la tensión superficial. La cohesión ya la hemos visto, es producto de las fuerzas que ejercen las moléculas de agua entre sí. La adhesión es la afinidad de las moléculas del líquido hacia la superficie de un sólido con el que contacta, debido también a fuerzas de Van der Waals e interacciones electrostáticas. Esta adhesión es la que hace que un objeto se moje al sumergirse en agua. Una cuchara de palo se moja más que una de acero porque las grietas y poros de la madera aumentan muchísimo su superficie y favorecen la adhesión del agua —además de las propias interacciones con las moléculas de celulosa y lignina.

La capilaridad es un fenómeno importante en la naturaleza, por ejemplo para el flujo de agua a través de formaciones geológicas o para la circulación de savia por los tallos vegetales. Si introducimos un tubo fino en un líquido observamos cómo asciende una columna líquida dentro del tubo. Mientras más fino sea el tubo más alta será la columna de líquido absorbido.

capilaridad

El tejido alveolar de los bizcochos ejerce capilaridad al ser sumergido en un líquido, el cual asciende por el interior de la masa.

El fenómeno de capilaridad ocurre cuando las fuerzas de adhesión de la superficie del líquido superan a las de cohesión. Por ello en un tubo de gran diámetro predomina la cohesión agua-agua, mientras en un tubo fino gana la adhesión del agua sobre las paredes y el líquido va trepando por el interior del cilindro.

¿Importa la capilaridad en la cocina? Dímelo cuando mojes galletas en leche. Las masas cocidas de fino alveolado, como los bizcochos, pueden absorber líquido gracias a la capilaridad que se produce en sus pequeñas cavidades. Un bizcocho retiene mejor el líquido que un pan de alvéolos grandes por el mismo motivo. También la capacidad de absorción del papel de cocina y las bayetas es producto de la capilaridad del tejido.

Entonces, ¿por qué se hacen los grumos del cacao?

Primero por insolubilidad. Las harinas, incluyendo el cacao en polvo, no son solubles en agua; lo más que puede aspirarse es a dispersar sus gránulos en forma de suspensión. La interacción agua-agua es superior, pero mucho, a agua-harina o agua-cacao. Cuando cae un grumo en el líquido de inmediato queda rodeado por agua que se adhiere a la superficie del grumo, pero no penetra en el mismo para disgregarlo. Se moja el grumo pero se mantiene su estructura, a diferencia de lo que ocurre en un terrón de azúcar, donde el agua sí es absorbida por la capilaridad de su estructura y la afinidad entre agua y sacarosa separa las dulces moléculas.

También con el café soluble se observa algo similar: el café instantáneo muy finamente molido es más difícil de dispersar en el líquido que el café normal de gránulo tosco, pues el agua puede pasar entre los gránulos gordos del café y separarlos, pero en el café fino la propia tensión superficial del líquido frena su penetración entre los diminutos espacios y se hacen grumos.

tension superficial

Los grumos de féculas o cacao en polvo se mantienen agrupados por la tensión superficial del disolvente. Si se aplica una fuerza de agitación o cizallamiento suficiente para vencer la tensión, las partículas del grumo se dispersan en suspensión. La tendencia de las partículas suspendidas es a sedimentar.

Para vencer la tensión superficial y dispersar el cacao o la fécula hace falta una fuerza de cizallamiento, sea mediante una cucharilla o, mejor aún, un túrmix. Aunque el calor reduce la tensión superficial, la dispersión de féculas en líquido empeora si el polvo se añade en un volumen grande de líquido caliente, pues la superficie del grumo se gelatiniza.

Entonces, si se desean evitar los grumos lo correcto es diluir el polvo en un volumen pequeño de líquido, donde se pueda ejercer el cizallamiento con efectividad. Una vez disperso ya se puede añadir más líquido.

Como buena suspensión inestable, el «colocao» va sedimentando por efecto gravitatorio, así que lo que no flota en forma de grumo queda hundido como poso.

Catástrofe nutricional

Sépase que estos preparados de cacao en polvo contienen al menos un 70% de azúcar, ¡horror! Lo mismo que las cremas de cacao y trazas de avellana, con más de 50% de sacarosa pura y dura. Ello convierte a tales preparados en deliciosas catástrofes nutricionales. Lo malo es que son productos orientados al desayuno y la merienda diarios, y más en niños. Mal negocio.

Pero con tanto azúcar hidrosoluble, ¿cómo no se deshacen los grumos del «colocao» tradicional? En cambio, el «nescuí» y el «colacado-turbo» se dispersan con más facilidad. En la tabla de información nutricional se observa la diferencia: estos últimos tienen aún más azúcar. Mientras el «colocao» estándar tiene 70% de azúcar y 7,8 % de fibra alimentaria, las otras dos marcas tienen 77% de azúcar y 6,7% de fibra. Estamos en el filo de la curva de equilibrio.

Da repelús ver la página de información nutricional de estos polvitos, cómo la maquillan para que no parezcan un atentado al páncreas. En la página de FAQs (¿o se escribe fucks?) la cosa empeora con cosas como «¿Por qué debo incluir kuklux kao en el desayuno?», o la explicación de los grumos, pues podían decir que se deben a su alto contenido en fibra, pero prefieren esto: «hace grumitos porque está elaborado con cacao 100% natural, es decir, sin ser sometido a ningún proceso químico»…madre mía, ¿no había una legislación para estas cosas?

Más tensión superficial en la cocina

Derramar líquidos al servir. Cuando se toma un café helado ¿a quién no se le ha derramado el café cuando lo trasiega desde la taza al vaso con hielos? O el típico chorrillo directo al mantel cuando se sirve el vino. Esta puñetera circunstancia se debe a la adhesión del líquido a las paredes del recipiente y el cambio de trayectoria del flujo cuando el líquido pasa por el borde. Se da más en recipientes muy llenos, con el borde grueso y redondeado y cuando se vierte el líquido despacio. Para reducir el riesgo de derrame basta, como se muestra aquí, poner una vara (mango de cuchara, de espátula o las maravillosas cucharillas helicoidales de los gintonis) apoyada en el borde del recipiente, de modo que ésta dirija el flujo del líquido. En este video se muestra cómo una pequeña modificación del borde de una botella previene el derrame de la sangre de Cristo.

Impregnación. Ya comentamos cómo la capilaridad permite la impregnación de bizcochos, babás o torrijas. La porosidad influye, pues una masa poco aireada tendrá menos efecto capilar; también influye la viscosidad del líquido de impregnación, pues embeber una torrija con leche es más fácil que hacerlo con crema inglesa. La aplicación de vacío ayuda a acelerar la impregnación (pero vacío hecho en recipiente, no en bolsas, que aplastáis el bizcocho, leñe).

Pompas, aires, espumas. Son cosas muy de cocina moderna, los aires a la lecitina y las espumas de don Ferrán, o las pompas con leche y hielo seco que hacía Arzak en un postre. La lecitina es un tensioactivo que facilita el espumado, mientras las grasas y proteínas lácteas ayudan a atrapar el COque se escapa del hielo seco en forma de pompas. Recordemos que las espumas no son solo las de sifón, sino cualquier sistema coloidal donde se estabilicen burbujas de gas en un líquido, como en claras o nata montadas, cualquier mousse o soufflé de los de toda vida.

Cerveza. La tensión superficial hace varias cosas en una caña bien tirada. Primero la propia espuma, claro está; segundo, cuando se llena hasta arriba un vaso hay un punto donde el líquido protruye de forma convexa, pero aguanta sin derramarse, gracias a la tensión superficial que retiene el líquido en el borde, hasta que cae la gota que colma el vaso; y tercero, la espuma evita el derrame por la oscilación del líquido durante el transporte de las jarras servidas, pues como la espuma es más viscosa que la cerveza atenúa las ondas de desplazamiento del líquido subyacente.

Emulsiones. En todo momento hemos hablado de tensión superficial, considerando que al otro lado de la superficie del líquido había aire, pero si al otro lado hay aceite pasamos a hablar de tensión interfacial, es decir, la que ocurre en la interfase agua/aceite. Para emulsionar dos líquidos inmiscibles hay que reducir la tensión de la interfase, eso es lo que hace la lecitina de la yema de huevo en mayonesas y holandesas, o los aditivos Sucro® y Glice® de la alta cocina.

efecto cheerios

La tensión superficial empuja los «crispis» para que formen conglomerados y se desplacen hacia el borde del recipiente. A esto lo llaman «efecto Cheerios». Vía www.iceinthemicrowave.com.

Efecto Cheerios. El nombre no se debe al científico que lo describió, sino a la famosa marca de cereales Cheerios®, pero el efecto se da con cualquier partícula que flote. Habréis observado que los cereales tienden a juntarse unos con otros y a desplazarse hacia el borde del plato, y ello se debe a que la tensión superficial empuja los cuerpos flotantes. Esto también ocurre con la espuma en la superficie del café, que se va hacia los bordes de la taza, o con las finas hierbas que flotan en un consomé. Las gotas de grasa en la superficie de un caldo tienden a coalescer, a juntarse unas con otras en gotas más grandes, debido al empuje de la tensión del agua.

Efecto Leidenfrost. Si se calienta mucho una sartén limpia y se salpican gotas de agua éstas quedan como esferas chirriantes que bailan y rebotan sobre la superficie caliente (como en el video de abajo). Es un comportamiento diferente a cuando se añade primero el líquido y después se calienta el recipiente. El efecto Leidenfrost (descrito en 1756), se debe a que el contacto repentino del líquido con el sólido caliente produce la evaporación de la zona superficial de la gota y se crea una capa de vapor sobre la que levita la gota manteniendo su forma esferoidal. Si se coloca un cubito de hielo seco sobre una superficie a temperatura ambiente ocurre el mismo efecto y el cubito baila y vibra sobre la mesa.

Efecto Marangoni. Es el responsable de la formación de las lágrimas del vino en las paredes de la copa. Las lágrimas no son simples gotas que quedan en la pared de cristal y van cayendo, en realidad se van formando continuamente. Las gotas que quedan tras agitar el vino dejan evaporar el alcohol (de menor tensión superficial) y queda el componente acuoso (de mayor tensión superficial); ocurre entonces una transferencia de masades de la zona con menor tensión a la de mayor tensión, es decir, las gotas adheridas a la pared tiran hacia sí más vino, la gota crece y acaba derramando en forma de lágrima. Abajo tenéis un buen vídeo que explica la lágrima del vino y aquí otro donde se hace patente la transferencia de masa. Este efecto lo describió James Thomson, el hermano del gran Lord Kelvin, y después Carlo Marangoni lo estudió detalladamente.

Decoraciones con isomalt. Si se toca con un aro la superficie del isomalt fundido se forma una película sobre el aro, mantenida por tensión superficial, por supuesto. Esa película puede soplarse para formar pompas enormes que sirven como decoración o meter cosas dentro para encapsular, como frutos secos o aceites (ver video). Nuevamente, también concurren aquí las propiedades viscosas del azúcar fluido y el juego de temperaturas de fusión y cristalización.

Limpieza. Lo más trivial pero lo más importante en una cocina, el detergente y el agua caliente para reducir entre ambos la tensión superficial y capturar las mugres en micelas.

Volviendo a los globos de líquido en el espacio exterior, la microgravedad favorece que adquieran una forma esférica pues la esfera es la forma con menor relación superficie/volumen y es el estado de menor energía. La tensión superficial se encarga de mantener delimitada la esfera. Para que la escafandra de los astronautas no se empañe con la respiración durante los paseos espaciales, el vidrio está tratado con agentes anti-vaho, que no son sino surfactantes que, al reducir la tensión superficial del agua, limitan la condensación de las gotas de vapor del aliento (en los sistemas de endoscopia quirúrgica también se usa detergente antiempañante). El astronauta canadiense Chris Hadfield cuenta la terrorífica aventura que sufrió cuando una pizca de jabón anti-vaho le entró en un ojo, irritándolo intensamente, y cómo la lágrima se le acumuló sobre la córnea al no poder derramarse debido a la microgravedad y la zorra tensión superficial; para empeorar, al mover la cabeza corrió el lagrimón hacia el otro ojo y quedó medio ciego flotando en la nada espacial…

«Ceterum censeo Podemus esse delenda»

 

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