Las leyes de los gases para cocineros

Eso de que «la cocina es un laboratorio» es una frase demasiado repetida, pero siempre insisto en que los profesionales de la cocina no llegan a ver hasta qué punto es cierto que trabajan dentro de un laboratorio. La química y la física son la auténtica base del oficio de cocinar, pero de cocinar normalito y del día a día, no solo de esa etiqueta mercadotécnica de «cocina molecular» que tanto usaron los chefs de vanguardia en la década de los 2000 y que tanto sesgó la relación ciencia-gastronomía.

Las propiedades físicas de los gases tienen un insospechado papel dentro de las cocinas y de eso hablaremos hoy. Pero ¿es que cocinamos con gases? Sí, se usan líquidos a diferentes temperaturas que mantienen equilibrio con su fase gaseosa, se usan recipientes herméticos, se usan gasificantes, se usan refrigeradores, sifones, máquinas de vacío, nitrógeno líquido, etc.

Son tres las propiedades más importantes de un gas: volumen, presión y temperatura. La relación entre éstas se expresa como las leyes de los gases.

A mayor presión, menor volumen

Primera ley, conocida como ley de Boyle-Mariotte, fue enunciada por Robert Boyle y Edme Mariotte, cada uno por su cuenta, en la segunda mitad de s.XVII. Dice que la presión y el volumen de un gas son inversamente proporcionales, es decir, que si aplica una mayor presión a un gas su volumen disminuye y si baja la presión el volumen aumenta. O dicho en fórmula:

P1V1 = P2V2

Donde el subíndice 1 indica las condiciones iniciales y el subíndice 2 las finales. Esto es fácil de ver si tiene una jeringa con aire y la punta ocluida: si se empuja el émbolo se reduce el volumen de aire dentro de la jeringa y aumenta la presión interna. Las botellas de bebidas gaseosas no muestran burbujas cuando están cerradas, pero al aflojar la tapa y escuchar el fffffshhhhhh se forman de inmediato muchas burbujas finas; ello se debe a la reducción súbita de la presión dentro de la botella que permite la expansión del gas disuelto en el líquido.

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La ley de Boyle indica que el volumen de un gas se reduce en relación con la presión que se ejerce sobre él, como cuando se usa un pistón (A). Sin embargo, la presión puede elevarse manteniendo el volumen constante (B) o aumentándolo (C) si se introduce más gas en el sistema.

A mayor temperatura, mayor volumen

Se conoce como ley de Charles y fue publicada a principios del s.XIX. En este caso la relación entre volumen y temperatura es directamente proporcional, de modo que al calentar un gas éste se expande y al enfriarlo se contrae, lo que en fórmula se expresa:

V1/T1 = V2/T2

o bien

V1T2 = V2T1

Si inflamos un globo y lo metemos en el congelador, al cabo de un rato veremos que el globo aparece menos inflado por la contracción del volumen debido a la baja temperatura.

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La ley de Charles indica la dilatación de un gas en función de la temperatura aplicada. Este fenómeno ocurre en las masas levadas sometidas a cocción.

Ley combinada de los gases

La ley de Boyle considera cambios de presión a una temperatura constante, mientras la ley de Charles alude a cambios de temperatura a una presión constante. Pero en la vida real, y por supuesto en las cocinas, ocurren simultáneamente cambios en la temperatura, la presión y el volumen de los gases. Así, las dos leyes anteriores pueden unirse y expresarse mediante una fórmula combinada:

VPT2 = VPT1

De aquí en adelante los ejemplos culinarios que mostraremos se basarán especialmente en la ley combinada.

Olla express y Gastrovac

Quizás el ejemplo más obvio de la aplicación de las leyes de los gases en cocina sea la olla a presión o express. El agua ebulle a 100 ºC y esa es la máxima temperatura que alcanza el vapor de agua… a la presión atmosférica a nivel del mar. El único modo de hacer que una cocción en agua supere los 100 ºC y, por tanto, cueza más rápido el producto es aumentar la presión dentro del compartimiento. La olla a presión —lo mismo que un autoclave de esterilización— está sellado herméticamente, la presión aumenta al acumularse vapor en su interior y alcanza entre 120 y 130 ºC. La válvula de seguridad evita que la presión exceda un límite peligroso.

Para abrir la olla se debe esperar a que bajen la temperatura y la presión en su interior. Si se va con prisa, colocar la olla bajo el grifo de agua fría acelera la bajada de presión. Los accidentes con la olla express suelen venir por un cierre defectuoso o por abrirla antes de tiempo.

La olla Gastrovac es el opuesto a la express. Es un invento de la Universidad Politécnica de Valencia que ha tenido poco recorrido fuera de la alta gastronomía. Se trata de un recipiente sometido a baja presión en su interior, por lo que se logra la ebullición del agua a temperaturas muy bajas, es decir, es un sistema de cocción a baja temperatura. Simula lo que ocurre cuando se intenta cocinar en las cumbres de los Andes o del Himalaya, donde el agua jamás llegará a 100 ºC y los tiempos de cocción se prolongan sensiblemente. Otro cacharro de alta cocina de funcionamiento similar es el Rotaval, un destilador con bomba de vacío que logra destilar a temperatura inferiores.

Panes y bizcochos

Sin el concurso de las leyes de los gases no disfrutaríamos de esponjosas masas horneadas. Las burbujas de gas atrapadas en la masa, generadas bien por fermentación, bien por gasificantes químicos (impulsor) o bien por batido, se dilatan por efecto de la temperatura de cocción, ejercen presión desde dentro de la masa y la expanden: así crecen los cakes y los panes en el horno. Cuando la cocción solidifica la masa por coagulación/gelatinización de sus componentes se mantiene la estructura alveolada de las burbujas gaseosas.

La pâte à choux o masa de lionesas con la que se hacen los profiteroles es un auténtico milagro donde se junta el manejo de las propiedades viscoelásticas y de los gases para obtener un bollo aéreo perfecto que mil científicos no habrían logrado, ¡viva el empirismo culinario! La masa de profiteroles no lleva impulsor ni fermentación, solamente algo de aire por batido y, sobre todo, mucha agua. La trasformación en vapor de esta agua durante la cocción expande las porciones de masa, la cual tiene una viscosidad y elasticidad suficientes para resistir la presión del vapor en su interior y que se formen unos alveolos grandes. El resultado es un bollito de corteza fina y dorada y casi completamente vacío, perfecto para rellenarlo con la crema pastelera más calórica que la gula nos aconseje.

Otro caso de asombroso equilibrismo es el de los soufflés y su etérea textura, producto del empuje de las burbujas de aire en las claras montadas. Pero en este caso las paredes de las burbujas son muy delicadas y cualquier cambio brusco de temperatura o presión hará colapsar el soufflé. La mezcla se extruye del ramequín conservando su forma cilíndrica, eso sí, si el calor tiene una distribución uniforme dentro del horno; si la temperatura es desigual o si la masa se adhiere a un segmento de un molde mal engrasado, la extrusión es asimétrica y en vez de un cilindro como gorra de gendarme se obtiene una boina de ertxaina.

Los botes de conservas

El procedimiento clásico de embotar conservas consiste en verter la mezcla caliente en los envases calientes, o bien cocerlos dentro de los envases con la tapa no totalmente cerrada y posteriormente cerrarlos herméticamente aún en caliente. Cuando el bote se enfría se contrae la pequeña bolsa de aire que quedaba dentro y se genera un vacío relativo.

Cocina al vacío

Lo de meter comida en sobres plásticos, cerrarlos al vacío y meterlos en baños termostatizados es ya una técnica habitual en cocinas grandes y pequeñas. Las empacadoras de vacío extraen el aire contenido dentro de la bolsa plástica y la sellan para crear un compartimiento estanco con una presión interior por debajo de la atmosférica. En los paquetes envasados al vacío el plástico está pegadito al contorno del alimento como una licra al culamen de la Kardashian. Lo que mantiene ese plástico tan pegado es la presión de la atmósfera exterior, es decir, el peso de esa columna de aire de más de 100 km que tenemos sobre nosotros.

El vacío dentro de bolsa evita que haya compartimientos de aire que la hagan flotar dentro del baño y causen una cocción desigual; además es una herramienta de seguridad microbiológica. Para un buen repaso sobre el tema recomiendo una vieja entrada del blog lamargaritaseagita.com.

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El sifón

Los clásicos sifones de gaseosa se basan en la ley de Boyle-Mariotte: al abrir la espita se produce una descompresión dentro de la botella y el CO2 contenido se expande, empujando el líquido a través del tubo. Los modernos sifones de cocina para espumas trabajan con el mismo principio pero usan ampollas de N2O (óxido nitroso, el famoso «gas hilarante» con efecto anestésico y, además, efecto invernadero). Este gas no es inflamable y el mayor peligro del uso del sifón está en la presión acumulada, por intentar abrirlo indebidamente o cuando se obstruye su salida.

Quien haya cargado un sifón habrá notado que al vaciarse la carga de gas en el sifón tanto éste como la cápsula se enfrían. Eso es debido a una cosita llamada efecto Joule-Thomson, que es, digamos, un derivado de la ley combinada centrado en la relación presión-temperatura. Cuando se somete a presión un gas sus moléculas se compactan, eso aumenta la fricción entre ellas y sube la temperatura. Por el contrario, la reducción de presión reduce la temperatura del sistema. Ello acontece al descomprimir la ampolla de N2O dentro del sifón: hay una busca reducción de presión que enfría el gas.

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El enfriamiento que se nota en las paredes del sifón cuando se carga con gas se debe a la descompresión del contenido de la cápsula. Es el mismo principio que usan los frigoríficos.

Refrigeradores

Lo explicado anteriormente es la base de los sistemas de enfriamiento de uso cotidiano: neveras, congeladores, abatidores o aire acondicionado. El alma de estos aparatos es el compresor, un motor que comprime y descomprime secuencialmente el gas que circula por los conductos. Existen diversos gases refrigerantes y se siguen investigando otros, pues los que se han usado o bien se meriendan el ozono de la atmósfera o tienen un efecto invernadero del carajo.

Acuérdese usted de James Joule y de William Thomson, alias lord Kelvin, cada vez que saque una cervecita bien fría del frigo.

Nitrógeno líquido

El nitrógeno molecular (N2) ocupa el 78% del aire de la atmósfera inferior, por tanto estamos nadando en nitrógeno y lo respiramos continuamente, no es ningún potingue raro, ni nocivo, ni inflamable, ni «química peligrosa» u otras bobadas que sugieren algunos retrasaditos anti cocina moderna.

El mayor peligro del N2 líquido es que está a −196 ºC y su contacto causa lesiones graves en los tejidos. Cuando me tocaba manipular N2 líquido en el laboratorio me ponía gafas protectoras, guantes aislantes y demás parafernalia. Ahora veo a los cocineros escanciando y manipulando el gélido fluido alegremente, como si fuera ginebra. ¡Hay que tenerle respeto!

El segundo peligro del N2 líquido justifica por sí solo que todo cocinero conozca las leyes de los gases: jamás debe guardarse ni transportarse en un recipiente herméticamente cerrado ni de uso no específico para contenerlo. Los botellones Dewar donde habitualmente se almacena el N2 líquido no tienen tapa de rosca sino un pistón que encaja suavemente en la boca del recipiente y un capuchón que hace de segunda tapa, ninguna hermética, para permitir que se libere controladamente la presión del nitrógeno evaporado.

El peligro surge cuando un inconsciente y/o iletrado quiere «llevarse un poquito de nitrógeno» y no se le ocurre mejor recipiente que un termo vulgar de los de llevar café o un sifón. Y cierra el inadecuado envase a conciencia para que no se le escape el N2. Ese iletrado está transportando una bomba, pues el N2 líquido se transformará en gas y dilatará su volumen hasta cerca de 700 veces. Imagina tú la presión que se acumula dentro del ridículo termo y el terrible estallido en que acaba todo. Estos casos han ocurrido y hay gente que lo ha tenido que lamentar.

Saber estas cositas no solo va bien para cocinar, sino por seguridad, para evitar percances con ollas express, sifones, bombonas de butano, pistolas de pintura de chocolate y demás equipos con altas presiones.

“Ceterum censeo Podemus esse delenda”

¡Acontecimiento! Nace la Editorial Científica Kekulé

Hoy publico tres anuncios que me resultan de sumo agrado. El primero, más bien banal, es que la presente entrada es la número 100 de este blog y también su tercer aniversario de trayectoria, desde su aparición el 29 de abril de 2013 con un escueto post. No es importante pero al ego bloguero le gusta conmemorar este tipo de efemérides personales.

El segundo anuncio es el inicio de actividad de un nuevo sello editorial dedicado a la publicación científica en formato digital, y del cual soy uno de sus orgullosos fundadores. ¡Olé!

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Isologotipo de Kekulé Editorial, imitando una fórmula, elemento común a todas las ciencias duras.

La editorial científica Kekulé

Nos hemos confabulado mi colega oftalmóloga Estrella Fernández, la arquitecta/diseñadora Marga Montoya y este minúsculo médico ilustrador para montar tan novedosa empresa.

¿Por qué nos metemos a publicar libros científicos? En este país contamos con excelentes profesionales, gente de primer nivel que estudia, investiga y se parte el lomo trabajando y adquiriendo una considerable experiencia. Estos especialistas no suelen tener demasiadas oportunidades de publicar buenos libros a través de las grandes editoriales y deben conformarse con pequeñas monografías autoeditadas o morir en publicaciones de sociedades y congresos, no siempre con la mejor pulcritud editorial. La mayoría de estas obras no vuelven a ver una segunda edición…

En este nuevo sello queremos ofrecer a nuestro expertos locales una vía para difundir sus obras con un respaldo editorial adecuado, serio, cuidado y además abocado al inmenso potencial didáctico de las nuevas tecnologías soportadas en el formato de libro electrónico. La cantidad de contenidos enriquecidos que se pueden incluir en un moderno ebook y su fácil acceso en cualquier dispositivo lo convierten en el medio ideal para el aprendizaje científico.

La otra desventaja de los libros impresos o electrónicos de las grandes casas editoriales es su precio abultado, sin duda justificado pero que sobrepasa el dintel de gasto de muchas personas en formación. En la medida de lo posible intentaremos ajustar los precios de nuestras publicaciones, aprovechando el ahorro de gastos de un libro que no requiere impresión, distribución y venta física.

Hay más información disponible en nuestra web de presentación: kekulebooks.com.

August Kekulé, el auténtico “señor de los anillos”

¿Por qué se llama así la Editorial? A nuestros lectores científicos, en especial químicos, no hace falta darles mayores explicaciones. Pero como muchos asiduos de este blog son de formación médica (siempre me lamento de que Medicina sea un grado técnico superior hipertrófico más que una carrera científica) y muchos no habrá oído o no recordarán al profesor Kekulé, prefiero hacer una breve reseña sobre él.

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Retrato de August Kekulé. Óleo de Heinrich von Angeli de 1890, Alte Nationalgalerie, Berlin (vía Wikimedia)

Friedrich August Kekulé von Stradonitz (Darmstadt, 1829 – Bonn, 1896) fue un importante químico alemán que tiene el honor de ser el padre fundador de la química orgánica. En su juventud parecía destinado a hacer carrera artística pues tenía gran dominio del dibujo y de hecho comenzó a estudiar Arquitectura, pero se cruzó en su camino Justus von Liebig, otro titán de la química del s.XIX, y arrastró a Kekulé a cambiar de carrera. Se movió por diversas universidades como estudiante y profesor: Giessen, Heidelberg, París, Chur, Londres, Gante y finalmente Bonn, donde hizo la etapa más larga de su trayectoria.

¿Qué importancia tienen los trabajos de Kekulé? Para mediados del s.XIX se conocía la fórmula empírica de numerosos compuestos, es decir, cuántos átomos de cada elemento había (p. ej. propano es C3H8 o glucosa C6H12O6) pero se desconocía si había algún orden en los átomos dentro de la molécula o ésta era un amasijo atómico sin estructura. Kekulé reunió la evidencia acumulada y sacó a relucir su vena arquitectónica: propuso un sistema de construcción molecular donde los átomos se unían unos con otros a través de enlaces y donde un átomo de cada elemento podía hacer un número específico de enlaces. He aquí los conceptos de valencia, enlace covalente y el esquema de átomos unidos por palitos que todos tenemos en la cabeza actualmente. Kekulé fue el principal abanderado de esta nueva teoría de la estructura química, pero a ella contribuyeron muchos, como Couper, Odling, Wurtz o Erlenmayer (sí, el del matraz).

Don August no se detuvo aquí, sino que en 1857 publicó que el carbono tenía una valencia de 4 y también la capacidad de unirse a otros átomos de carbono formando cadenas. Ello significó la fundación de la Química Orgánica como rama por derecho propio.

En 1865 descubrió el enigma del benceno, cuya fórmula empírica C6H6 indicaba la presencia de insaturaciones a pesar de lo cual el benceno era un compuesto muy estable. La solución certera de Kekulé fue disponer los carbonos en forma de anillo hexagonal con enlaces simples y dobles alternantes. Otro melón abierto, el de la química de los anillos aromáticos y posteriormente de los anillos heterocíclicos tan ubicuos en la química de la vida.

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Versión cómica del anillo de benceno del prof. Kekulé publicada por sus alumnos, donde los carbonos son monos haciendo un rondo. Esta parodia guarda relación con el famoso “sueño de Kekulé”.

En 1890 don August fue agasajado por los 25 años de su descubrimiento sobre el benceno y allí el anciano profesor de barba bífida contó la famosa anécdota de los sueños que le inspiraron sus teorías: tras quedarse traspuesto soñó que los carbonos se cogían unos a otros en cadenas y giraban formando un círculo, como una serpiente que muerde su cola. En relación con esta revelación onírica hay una preciosa cita de Kekulé sobre la creatividad y la Ciencia, la cual podéis leer en la web de la Editorial Kekulé.

Queda claro que adoptamos el nombre de este científico como un homenaje, ya que sus aportes permitieron el progreso de la química orgánica y, por extensión, de la bioquímica, la biología molecular y la farmacología.

¿Qué hacemos en la Editorial Kekulé?

Volviendo al tema principal, nuestro objetivo es seleccionar originales de calidad (es decir, no incluiremos libros “por encargo” bajo nuestro sello editorial) y proporcionarles una maquetación digital cuidada, aderezada con contenidos enriquecidos como videos, animaciones, diapositivas, voz, cuestionarios o interactividad. La idea es que estas publicaciones puedan actualizarse y tener ediciones sucesivas. Así, si la cosa progresa, ser un autor publicado por Kekulé será para fardar de ello…

Nos interesan libros técnicos, libros para estudiantes universitarios y para formación postgradual. Nos interesan libros de actualidad, sobre avances en los que aún no hay demasiada literatura, pero también libros docentes, muy pedagógicos y bien escritos. También nos interesa, ¡cómo no!, la divulgación científica. Avisados estáis, potenciales autores.

Para más información sobre nuestra línea editorial y los servicios que ofrecemos podéis consultar el apartado correspondiente en la web: Información para los autores.

Tercer anuncio, primer libro

Lo siguiente tampoco es moco de pavo: el primer ebook que vamos a publicar es el manual “Cómo preparar presentaciones en Ciencia y Medicina”, escrito por mí mismo, ¡chúpate esa mandarina!

Conocido es que una de mis cruzadas es ayudar a mejorar el estilo y el contenido a la hora de hablar en público para optimizar la transmisión de conocimientos y, muy especialmente, para que el público no desee morir por culpa del conferenciante. Esto queda más que reflejado en numerosos artículos de este blog.

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Tiempo tendré de comentar más sobre este manual, pero adelanto que es un producto de la experiencia personal, primero como asistente a congresos, después como orador y por último como asesor de colegas. Está eminentemente orientado hacia la actividad científica a diferencia de la ingente bibliografía dedicada al mundo empresarial y al business, pues no da igual exponer una tesis doctoral que un proyecto para mejorar las ventas de electrodomésticos.

En su momento anunciaremos cuando esté disponible. Paciencia.

NOTA: lo cierto es que cuatro años antes de la publicación de Kekulé sobre el benceno, que tanta fama y prestigio le otorgó, otro químico ya había resuelto el enigma por su cuenta. Johann Josef Loschmidt, austro-checo contemporáneo de Kekulé y también de espesa barba hendida, escribió un manual de química donde aparecía una estructura molecular para el benceno muy parecida a la de Kekulé. También calculó el número de partículas en un mol de una sustancia, constante mejor conocida como número de Avogadro.

Lo que pasó es que Loschmidt publicó sus estudios en una monografía casera de escaso recorrido mientras los otros publicaron en mejores sitios. Así lo que debieron ser sus méritos pasaron a ser epónimos de otros.

He ahí la importancia de publicar en serio, con el respaldo de un sello editorial como dios manda, leñe.

Ligando salsas con Ciencia (III): proteínas y grasas

Para finalizar este trío de entradas dedicadas a la viscosidad culinaria hablaremos de lípidos y proteínas, sabrosas moléculas que suelen trabajar en equipo para texturizar una salsa.

Proteínas

Las ligazones proteicas son las más caras en cuanto a coste, pero también dan una calidad al producto final muy superior a los espesantes baratos. Es la diferencia entre una crema pastelera con muchas yemas respecto a una abusiva en maicena, o una glasa de carne ligada por su propia gelatina versus un guisote marujiento engrosado con harina.

Las proteínas afectan la viscosidad por tres mecanismos: coagulación, agente de carga y estabilizante de emulsión (este último lo trataremos más adelante).

Coagulación

El calentamiento o la acidificación del medio hace que las proteínas cambien su conformación y abran sus cadenas: esto es la desnaturalización proteica. Esas cadenas peptídicas desplegadas tienden a “enredarse” entre sí y aumentan la viscosidad del líquido. El peligro de usar ligazones por coagulación es que un exceso de desnaturalización lleva a precipitación de las proteínas, es decir, a un fluido cortado con grumos vomitoides. Todo el que haya hecho crema inglesa sabe que descuidarse en ese rango crítico de 80-85ºC significa la diferencia entre una crema untuosa y unos huevos revueltos flotando en leche.

La yema de huevo es la ligazón coagulativa por excelencia. Mucho menos útil es el huevo entero o la clara, pues son mejores para gelificación que para espesamiento. La sangre de un civet o los corales de marisco actúan de manera similar. Conviene conocer la temperatura de coagulación para cada producto.

Agente de carga

Me refiero a la proteína empleada como agente inerte para atrapamiento de agua y aumento del residuo sólido de un preparado. Aquí destacan los lácteos: leche evaporada, leche en polvo o yogur. La leche en polvo entra en la fórmula de los helados, mientras la leche evaporada es una alternativa a la nata con menos grasa (así la venden, al menos). El yogur aporta untuosidad a salsas frías, pero en calor hay que cuidar su sinéresis; recordemos también que el yogur es un fluido tixotrópico, es decir, reduce su viscosidad con la agitación.

Hay un caso especial y maravilloso de espesamiento proteico “por carga”, es la gelatina, y merece capítulo propio.

Gelatina y demi-glace

La gelatina forma geles más o menos sólidos al enfriar mientras en caliente es totalmente líquida (claro ejemplo de transformación sol-gel), pero cuando se evapora una buena cantidad del agua la gelatina forma, aún en caliente, un fluido viscoso que en cocina se llama demi-glace y que es una de las marcas de calidad de un auténtico chef. Esa salsa oscura, hipersabrosa, brillante y puesta a punto con su cachito de mantequilla de remate, da una golosa adherencia labio-palatal.

La gelatina proviene del colágeno y el colágeno es la principal proteína estructural del tejido conectivo, es decir, del tejido que hace de estructura y sostén al resto de células y órganos del cuerpo. El colágeno alcanza hasta el 25% del contenido proteico de un mamífero y es abundante en dermis, tendones, fascias, aponeurosis, ligamentos, cartílago, hueso o submucosa del tubo digestivo.

De allí que las piezas animales donde abunde el colágeno sean adecuadas para preparar salsas ricas en gelatina: cortes de carne dura y fibrosa como el morcillo, alas de pollo, carcasas, raspas de pescado, etc. El colágeno es el responsable de la textura y pegajosidad de los callos, los pies de cerdo, las cocochas, la tripa de bacalao y similares joyas que aprecia todo sincero yonki del yantar. No en vano la palabra colágeno viene del griego κόλλαγεν, “de donde viene la cola o pegamento”.

colágeno y gelatina

Transformación del colágeno en gelatina y en salsa demi-glace. Al preparar un fondo de carne se extrae el colágeno desmontando sus unidades de tropocolágeno. Si se enfría un fondo bien preparado éste se solidifica por la gelificación del tropocolágeno en forma de gelatina. La reducción prolongada de un fondo da lugar a una salsa espesa y adherente por concentración de la gelatina, conocida como demi-glace. (Clic para ver en tamaño completo)

Las fibras de colágeno están formadas por unidades apiladas y solapadas como los ladrillos de una pared. Tal ladrillo es el tropocolágeno, que a su vez está constituido por tres cadenas proteicas retorcidas en forma de hélice.

La cocción del colágeno hace que se desmonten los bloques de tropocolágeno y también que sus subunidades se desenrosquen. Esto es lo que se obtiene en un fondo de carne tras cocción prolongada –un caldo corto, de preparación breve, solo sirve para sopitas pues no se ha extraído suficiente colágeno­. Al enfriarse el líquido las unidades de tropocolageno intentan entrelazarse pero no ya en la forma ordenada que tenían originalmente, sino como una red irregular a la que llamamos gelatina.

La evaporación de un fondo a menos de la mitad de su volumen original produce una concentración de la gelatina y demás residuo sólido: es la ansiada demi-glace. Nota: cuando un caldo se va a destinar a hacer demi-glace no conviene añadirle sal, pues la reducción de la salsa suele ser suficiente para alcanzar la salinidad justa. La demi-glace puede evaporarse un poco más aún y convertirse en glace, óptima para napar o glasear piezas de carne. Algunos profesionales terminan de espesar la demi-glace mediante un poco de roux o de maicena, pero me reservo mi opinión ante tal acto.

Salsas lipídicas

La primera condición para que una grasa forme parte de una salsa es que esté estabilizada en forma de emulsión, a menos que se desee una salsa cortada como en algunas vinagretas. La emulsión de una grasa en agua requiere del concurso de un agente tensioactivo o surfactante, es decir, de un compuesto que reduzca la tensión superficial entre las fases agua y aceite. Este efecto es precisamente el que hacen los detergentes y que permite el lavado.

Los tensioactivos más frecuentes son fosfolípidos como la famosa lecitina, carbohidratos tipo gomas y proteínas de la fase acuosa. Así se estabilizan las gotas de grasa en la nata gracias a fosfolípidos y a las proteínas lácteas. La mayonesa y la holandesa se estabilizan por la lecitina y las lipoproteínas de la yema.

Lípidos en emulsión

Una emulsión con gotas grandes es menos viscosa que otra con gotas pequeñas, pues esta última tiene más superficie de interfaz agua-aceite. La mayor superficie de rozamiento hace que la salsa con gotas pequeñas sea más viscosa.

La segunda condición para que la grasa emulsionada aumente la viscosidad de la salsa es que el diámetro de gota sea pequeño (según vimos en el post sobre mecánica de fluido para cocineros). Las gotas grandes son menos estables, tienden más a coalescer y tienen menos superficie de roce que cuando las gotas son pequeñas. Es decir, para un mismo volumen de aceite la superficie de rozamiento entre gotas será mayor si las gotas son pequeñas que si son grandes, según la ley del cuadrado-cubo enunciada por Galileo, y a mayor rozamiento entre gotas mayor viscosidad.

Ligazones mixtas

La verdad es que en la mayoría de las preparaciones concurre más de un tipo de sustancia espesante. Así en un pilpil actúa la gelatina del bacalao con la emulsión del aceite; en la crema pastelera las lipoproteínas de la yema y el almidón de maíz; salmorejos y ajoblancos espesan por efecto del pan, la fibra vegetal y el aceite de oliva; en un risotto el almidón del arroz y la mantecatura de parmesano y mantequilla; en la mayoría de los guisos participan la gelatina y la grasa de la carne junto al auxilio de la maicena o la harina; casi todas las cremas y salsas se benefician del añadido de nata o mantequilla para aportarle untuosidad y brillo.

Con esto acabo la serie de artículos de ciencia aplicada en las ligazones, cocina molecular de la buena y no la del postureo. Si aún no habéis leído las partes anteriores, corred ¡malditos! a leerlas de inmediato: Parte 1 y Parte 2.

Ligando salsas con Ciencia (II): carbohidratos

Toda la cocina es cocina molecular, señores. No entiendo la cara de oír blasfemia de algunos profesionales de la gastronomía cuando escuchan jerga científica aplicada al oficio de dar de comer.

En la primera parte de este artículo sobre la ciencia de las ligazones culinarias repasamos los principios generales del manejo de la viscosidad en esos suculentos fluidos llamados salsas y cremas. Hoy veremos ejemplos específicos de los espesantes tipo carbohidrato.

Los polisacáridos son los espesantes más extensamente empleados en alimentación por ser muy eficientes y económicos. Por practicidad los dividiremos en estos grupos: azúcares sencillos, almidones y carbohidratos complejos “especiales”.

Azúcares sencillos

Me refiero a mono y disacáridos, como glucosa, fructosa, sacarosa o maltosa. Habíamos comentado que la mayoría de los espesantes son moléculas largas y ramificadas que atrapan agua, pero las pequeñas moléculas de estos azúcares tienen gran capacidad de fijar agua y de aumentar la viscosidad, como lo demuestran la miel, los almíbares y los jarabes de glucosa o de azúcar invertido. Pero para funcionar tienen que estar en una proporción elevada propia de postres (coulis, jaleas). La miel aporta consistencia a la pegajosa glasa de alitas de pollo o costillas lacadas; otro ejemplo, el espesor de la salsa teriyaki se debe al azúcar añadido y al proveniente del mirin.

Almidón

Es el carbohidrato complejo por excelencia. Está formado por amilosa (polisacárido lineal) y amilopectina (polisacárido ramificado), ambos a partir del encadenamiento de glucosas. El almidón es usado por los vegetales como almacenamiento energético –igual que nosotros acumulamos lorzas– y se encuentra en forma de gránulos de almidón, muy compactos y sin humedad, cuasi-cristalinos. En las harinas los gránulos de almidón están mezclados con otros componentes del grano de origen, por ejemplo fibra alimentaria y proteínas como el gluten. En las féculas y almidones procesados se eliminan esos componentes.

Se acostumbra llamar almidones al producto extraído de granos de cereal (trigo, maíz, arroz) y féculas a los extraídos de tubérculos (patata, yuca, arrurruz –alias kuzu–), pero son términos perfectamente intercambiables. Las propiedades de cada tipo de almidón dependen de su origen: poder espesante, temperatura de gelificación, estabilidad y transparencia del gel…

Para que el almidón sirva como espesante debe hidratarse el gránulo de modo que se desplieguen las cadenas compactadas en su interior. La amilosa y la amilopectina extendidas se solvatan y forman un sol o un gel según las circunstancias.

Aunque el cocinero no sepa de gránulos de amilopectina ni de coloides, sí que aplica técnicas adecuadas para que funcione la ligazón: la primera regla, separar los gránulos, y la segunda regla, aplicar calor y agitación.

Si se añade una cucharada de harina a un litro de líquido y se agita sólo se obtienen grumos, pues la tensión superficial del agua hace de barrera para la dispersión de la harina. Si además el líquido está caliente se gelatiniza la zona superficial de los grumos y cuesta aún más separar los gránulos. Por ello la regla es no añadir directamente el almidón a la salsa, sino primero dispersarlo (que no disolverlo) en una pequeña proporción de agua donde la fuerza de agitación manual venza a la tensión superficial, y que además sea agua fría. Una vez separados los gránulos en suspensión sí se puede añadir al líquido de cocción.

Otra forma de dispersar los gránulos es mezclándolos con grasa. El amasado harina-mantequilla separa los gránulos en la matriz lipídica, de modo que al añadir un líquido caliente el riesgo de grumos se reduce. Esto es la clásica beurre manié o el aún más clásico roux, base de bechamel y veloutés.

Una tercera manera de dispersar los gránulos es espolvoreando la harina sobre el producto a cocinar, como se hace con trozos de carne antes de dorarlos o bien sobre el sofrito (singer en léxico de escuela francesa). Posteriormente, cuando se añade el líquido, esa harina se desprende de la carne y liga el guiso.

efecto_almidon

¿Qué ocurre con el almidón cuando se cuece? El almidón está en forma de gránulos compactos con capas concéntricas como microcebollas. A: los gránulos se dispersan en agua no caliente y comienzan a hidratarse. B: a medida que aumenta la temperatura los gránulos se hinchan por la absorción de agua y a partir de los 60-70ºC se completa su gelatinización y se nota un aumento de la viscopsidad del medio. C: a mayor temperatura los gránulos se rompen y liberan las cadenas de amilosa y amilopectina que forman una red coloidal que aumenta muy significativamente la viscosidad. Con el enfriamiento se estabiliza el coloide y aumenta un poco más la viscosidad del sistema. D: según las condiciones físicas y la estabilidad del gel puede ocurrir retrogradación del almidón y separación de fases (sinéresis).

La segunda fase, calor + agitación, es necesaria para hidratación de los gránulos (gelatinización) y posterior salida del almidón hacia el medio líquido, donde las cadenas se solvatan y aportan viscosidad. Al reducir la temperatura las hebras de polisacárido van formando una red viscosa coloidal (gelificación).

La gelificación del almidón se reduce en medio ácido, en parte porque el exceso de ion H+ interfiere en la formación de puentes de hidrógeno y en parte porque el ácido fragmenta las cadenas hidrocarbonadas.

La retrogradación de almidón ocurre cuando la temperatura y/o humedad bajan del punto óptimo para la estabilidad del gel. Así, cuando se enfría el gel o se evapora su agua las moléculas del almidón tienden a agregarse como pseudo-gránulos de textura más sólida y de tamaño suficiente para precipitar. La retrogradación es la responsable del endurecimiento del pan viejo, de la textura quebradiza desagradable de una patata cocida dejada en la nevera y de la sinéresis y sedimento amorfo en la salsa de un guiso refrigerado.

Carbohidratos complejos especiales

Obviamente éste no es un grupo formal de clasificación química, sino una apelación didáctica donde quiero meter un montón de espesantes-gelificantes de uso frecuente en alimentación como gomas, alginatos y pectinas.

A diferencia de la monótona repetición de glucosa del almidón, la estructura química de estos carbohidratos es muy variable y compleja. Participan diferentes tipos de azúcares y tienen diversos patrones de ramificación.

A este grupo heterogéneo pertenecen casi todos esos “nuevos” texturizantes de la cocina moderna. Aunque son productos naturales provenientes de vegetales y algas son mirados con más recelo por los quimiofóbicos culinarios, quizás porque suelen llevar un número E asignado.

Gomas

Son sustancias resinosas y pegajosas extraídas de tallos leñosos o semillas de algunas plantas. En industria alimentaria, repostería, heladería y cocina se emplean, por ejemplo, goma garrofín, goma guar, goma arábiga, goma tragacanto o konjac. Su alto poder espesante permite usar cantidades pequeñas de estas sustancias para obtener el efecto deseado. Otro tipo de gomas no alimentarias son las extraídas del látex vegetal: caucho y gutapercha, de donde proviene la asimilación habitual de “goma” como producto plástico.

Pectinas

Son polisacáridos presentes en la pared celular vegetal, es decir, participan en la argamasa que ensambla la estructura de las plantas. La manzana y el membrillo son fuentes muy conocidas de pectina; también el ajo es rico en pectinas, de allí el rastro pegajoso que deja en los dedos al cortarlo y su efecto emulsionante cuando se prepara un alioli.

La pectina requiere la adición de ácido al medio para que ocurra entrelazamiento de sus cadenas y se note el efecto gelificante. Es la maniobra típica del chorrito de limón al preparar una mermelada.

Algas

Son numerosos los texturizantes extraídos de diversos tipos de algas, por ejemplo el agar-agar (mejor gelificante que espesante), los alginatos y carragenanos. El alginato requiere presencia de ion Ca+2 para formar enlaces cruzados entre sus cadenas y trabar una red de fibras.

Sintéticos

Hay almidones modificados por tratamientos físicos o fermentación bacteriana, de donde se obtienen productos como las gomas xantana y gelano. También hay pectinas modificadas químicamente para obtener nuevas propiedades, como gelificar sin ácido. A partir de la celulosa vegetal se obtienen derivados como la metilcelulosa.

Esta variedad de texturizantes provenientes de carbohidratos complejos aportan diversas prestaciones: actuar en frío o en calor, formar geles termorreversibles o termorresistentes, resistencia a la congelación o al ácido y aportar diferentes texturas, lo que da al cocinero un repertorio amplio de dónde escoger.

¿Hay carbohidratos animales?

Todos los carbohidratos mencionados y útiles en alimentación provienen de plantas. También los animales contienen carbohidratos complejos aunque no tengan demasiada relevancia en cocina.

Como carbohidrato de almacenamiento está el glucógeno, equivalente animal del almidón y reserva energética para el hígado y el músculo. El glucógeno es una reserva limitada pues la célula animal no sabe concentrarlo en gránulos deshidratados y su acumulación inflaría excesivamente el volumen celular. De hecho el metabolismo erróneo del glucógeno origina un grupo de enfermedades llamado glucogenosis. Por esta limitación de volumen nuestro principal almacén energético es el tejido adiposo.

Como polisacáridos estructurales destaca la quitina que forma el exoesqueleto de crustáceos y otros artrópodos y los glucosaminoglucanos de la matriz extracelular. Entre estos últimos está el famoso ácido hialurónico; los glucosaminoglucanos son abundantes en tejido conectivo, cartílago y hueso. Cuando se prepara un fondo animal se extraen hacia el caldo y en algo contribuyen a su viscosidad, igual que a la textura de pies y oreja de cerdo, callos o crestas de gallo, entre otros manjares de casquería.

La tercera y última entrega de esta serie tratará de salsas con ligazones proteicas y lipídicas.

NOTA TELEVISIVA. A continuación os muestro un perfecto ejemplo de esa cara de espanto que ponen algunos cocineros cuando alguien osa hablar de ciencia en su presencia:

masterchef

Proviene del inicio de la 4ª temporada de Masterchef España. El concursante es ingeniero y comentó que a fin de cuentas la cocina está gobernada por los mismos principios de química y física que usa en su oficio. Nótese el rictus de indignada sorpresa del famoso juez. Posteriormente al concursante se le ocurrió mencionar “hidrocoloide” y el mismo juez le contestó que no le replicara con palabrejas y “alcaloides”.

Quizás la limitada visión del jurado no les permite entender que para quienes estamos formados en ciencias tales “palabrejas” son nuestro modo natural de hablar. Esto queda muy claro en artículos como los de este blog. No es la primera vez que un concursante de formación científica es hostigado por los jueces.

Pocos minutos después apareció otra concursante remedando a Odile Fernández y hablando de “cocina de regeneración celular”, con la que logró curarse dejando las medicinas. Ni un atisbo de crítica ante tal proposición.

Ligando salsas con Ciencia (I)

Entre una salsa rala y otra untuosa se diferencia un plato infame de otro apetecible. Entre una salsa ligada como engrudo y una napante demi-glace se nota la diferencia entre una olla de presidio y un auténtico cocinero de restaurante. Dar la textura apropiada a salsas, cremas y sopas es un capítulo básico de la técnica de cocina: las ligazones.

Encadeno este tema con mi anterior entrada sobre mecánica de fluidos para cocineros pues, como allí se comentaba, el manejo de la viscosidad es elemental cuando se cocina y espesar salsas es esencialmente una cuestión de viscosidad. Ligar una salsa incluye dos conceptos: evitar la separación de fases (“salsa cortada”) y aumentar su viscosidad (“engordar”).

Repaso: viscosidad

En aquel post explicábamos que la viscosidad es la resistencia al flujo o a la deformación que presenta un fluido. Es esa resistencia notada cuando se menea una cuchara dentro de un líquido o cuando se vierte de un recipiente a otro. Por ejemplo, hay una viscosidad creciente entre leche, crema inglesa y crema pastelera.

El objetivo es atrapar el agua

Aquí radica el santo secreto para espesar una salsa: reducir la movilidad del agua. El modo de hacerlo ha originado las numerosas técnicas y ligazones disponibles en una cocina, sea añadiendo macromoléculas que fijen el agua, emulsionando el líquido o evaporando parte del agua.

Las moléculas de agua tienen gran facilidad de flujo y, por tanto, baja viscosidad, pero si se adhieren y ordenan alrededor de otras moléculas largas/ramificadas pierden capacidad de movimiento. Esta capa de solvatación se debe a la formación de puentes de hidrógeno y a las interacciones electrostáticas.

También influye en la viscosidad la fricción que haya entre las propias cadenas de estas grandes moléculas y cuánto tiendan a “enredarse”, es decir, su poder gelificante. Aquí nos asomamos a las transformaciones sol-gel en el fascinante mundo de los coloides.

aguasolvatacion

Las moléculas hidrofílicas fijan a su alrededor una capa de agua a través de puentes de hidrógeno e interacciones iónicas. Ese agua solvatada tiene menor capacidad de fluir y, por tanto, mayor viscosidad. En cambio el agua libre fluye libremente.

De sol a gel y de gel a sol

Una clara de huevo contiene proteínas dispersas en agua, pero al cocinarse las proteínas gelifican en forma de una red sólida que contiene gotas de agua atrapadas. Tal inversión de las fases (proteínas solubles → red proteica, agua fluente → agua dispersa y fijada en la red) es un ejemplo de transformaciones sol-gel.

Un sol es un coloide donde partículas sólidas flotan en una fase líquida, mientras un gel es un coloide donde un sólido contiene gotas de líquido dispersas. Muchos sistemas pueden pasar de sol a gel y viceversa según las condiciones de temperatura y agitación. Así un buen consomé se gelatiniza al guardarlo en nevera y vuelve a licuarse al calentarlo. Manejar el equilibrio sol-gel permite ajustar la textura de una crema/salsa para no terminar con una bechamel arrojadiza o unas natillas de goma.

sol-gel

Un sol está constituido por partículas sólidas flotando en líquido, mientras un gel es una red sólida que contiene agua. Algunas sustancias pueden pasar de sol a gel de acuerdo a las condiciones de temperatura, concentración o pH.

El gradiente de consistencias entre sol y gel depende de la concentración del texturizante y de la temperatura, pero también de las propiedades intrínsecas del compuesto empleado, ya que algunos actúan mejor como espesantes y otros como gelificantes.

Cosas que sirven para espesar

Casi todos los espesantes son moléculas poliméricas, largas y ramificadas capaces de fijar una buena capa de agua en su entorno y de tener fricción entre sí mismas. Por lo común son carbohidratos (almidón, pectinas, gomas) o proteínas (colágeno, albúmina, huevo, sangre). Un caso aparte es la ligazón con grasas (nata, yema, mantequilla).

Los espesantes tipo proteína o carbohidrato suelen someterse a dos fases para obtener su efecto: la primera de extracción/dispersión y la segunda de gelificación.

  • Extracción/dispersión: el colágeno debe extraerse de los tejidos animales durante la cocción y el almidón del arroz o la patata igualmente se extrae hacia el líquido donde hierven. El almidón de harina o maicena y la gelatina de hojas debe primero dispersarse antes de actuar en el medio líquido.
  • Gelificación: el calentamiento produce la formación de redes viscosas de carbohidratos o proteínas desnaturalizadas. Según el grado de gelificación se obtiene un sol más o menos viscoso o un gel más sólido.

Esto es un esquema general, pues hay espesantes que actúan en frío (goma arábiga, goma xantana) y otros cuyo efecto gelificante aparece a medida que baja la temperatura (gelatina, agar).

En el próximo post veremos detalles de cómo funcionan las ligazones mediante polisacáridos, proteínas y grasas, pero veamos un método general para poner a punto una salsa: la reducción.

Evaporación

La reducción es el recurso del cocinero para concentrar un líquido. En ciencia se diría simplemente evaporación (pues reducción es un proceso electroquímico en el que un átomo recibe electrones de otro reactante).

La evaporación progresiva y controlada del agua concentra los solutos y ello se traduce en aumento de sabor, salinidad y viscosidad. La reducción para espesar un líquido funciona si éste contiene sustancias con poder de fijar agua; es decir, si se hierve agua salada nunca se obtendrá un líquido viscoso, solo agua más salada y finalmente solo sal, en cambio si se calienta leche prolongadamente se concentran sus proteínas y gotas de grasa, y se obtiene ese fluido espeso que es la leche evaporada.

La evaporación es una técnica costosa pues consume más tiempo del personal y se obtiene menor volumen del preparado, pero a cambio se concentran sabor y aromas y la textura final no es comparable a la obtenida por espesantes añadidos.

Salsas cortadas

Otro dolor de cabeza cotidiano son las salsas con separación de fases. Son tres las capas que pueden separarse: la grasa, una fase líquida y otra de residuo sólido. El afloramiento de grasa en una salsa se debe en primer lugar a un exceso de fase lipídica, y en segundo término a una insuficiente estabilización de las gotas grasas mediante un agente surfactante.

La separación de líquido y sólidos es común en cremas de verduras y en guisos no del todo óptimos. El sedimento sólido puede deberse a exceso de celulosa insoluble –como cuando se trituran vegetales– o por retrogradación del almidón. El escurrimiento de aguachirri desde una salsa indica que o bien le sobra agua y debe someterse a evaporación, o bien requiere la adición de un agente que atrape el agua.

mermelada_cortada

Esta mermelada deja escapar fluido por alguno de estos motivos: evaporación insuficiente de agua, proporción menor de azúcar, falta de pectina o de acidez para activarla.

El nombre elegante para el escape de agua desde un coloide es sinéresis. Además de ocurrir en cremas/salsas, la sinéresis acontece en algunos geles (como los de agar-agar) y en espumas (como las claras montadas y merengues mal estabilizados). De hecho, esta propiedad permite clarificar caldos mediante gelificación, pues la malla de gel actúa como un microfiltro que retiene partículas y deja gotear el líquido sinerético. Aquí un ejemplo del amigo Enrique de Dorarnosella y otro del gran Orges en La margarita se agita.

Así, amigo cocinero, cuando el jefe de partida te venga a crujir por una crema cortada le puedes responder que no está cortada, sino que ha hecho sinéresis, a ver si te libras del mamporro o te lo da más fuerte.

Lo dicho, en el próximo capítulo seguimos con ejemplos concretos de cómo ligar salsas con ciencia.

Adenda:

Sumo aquí el comentario del profesor Orges con un par de apuntes sobre separación de fases:

  • Otra razón (que no suele darse en la cocina) por la que se puede desestabilizar una emulsión es por un exceso de batido: al hacer gotas de grasa más pequeñas, el volumen de grasa es el mismo, pero la superficie aumenta cada vez más, hasta que no hay emulsionante suficiente.
  • Otros sólidos que pueden aparecer afeando una salsa son agregados de proteínas coaguladas cuando se han sometido a un calentamiento excesivo y prolongado

 

 

masa viscoelástica

Mecánica de Fluidos para Cocineros

Lo primero, infinitas gracias a los cocineros y cocinillas que han sido tan receptivos con el pasado post sobre la ósmosis, visitado y difundido (más de 850 1000 menciones en Facebook) como ningún otro de este ignoto y discreto blog. Atendiendo las peticiones de artículos relacionados con gastronomía hoy decido meterme en un berenjenal fisicoquimicoculinario relacionado con algo que suena tan serio como es la mecánica de fluidos, y de lo cual puedo salir mal parado.

¿Por qué oso meter el hocico en este tema en el que soy un chancletas dominguero? Resulta que en cocina se hace cuasi-ingeniería en muchos aspectos, y uno de mucho peso es el manejo de fluidos. Consideremos la cantidad de preparaciones líquidas, semilíquidas, pastas o masas que ejecuta un chef. Todas éstas son fluidos y responden a las leyes de los mismos. Consideremos la importancia de las texturas, de los texturizantes, espesante o las ligazones en cualquier cocina. Todo ello depende de la mecánica de fluidos.

Sobre todo en la industria alimentaria este tema reviste gran importancia, pues hay que bombear preparados en las líneas de producción y ajustar densidades y viscosidades para que el sistema funcione.

¿Qué son fluidos?

Comenzando por el principio, cualquiera entiende como fluido a algo más o menos líquido que puede verterse de un recipiente a otro. Eso es cierto. Pero hablando con más propiedad, llamamos fluido a aquellas sustancias que se deforman al aplicar sobre ellas fuerzas de corte o presión, y que tienden a tomar la forma del recipiente que las contiene. Este concepto incluye a los líquidos y también a los gases. Los sólidos, en cambio, no tienen capacidad de fluir, aunque sólidos finamente divididos como el azúcar tienen algunos comportamientos similares a un fluido, pero ahí no me meto. Así que fluido es igual a líquido o a gas. De aquí en adelante me centraré en los primeros.

Los fluidos tienen diversas características: densidad, peso específico, viscosidad, capilaridad, elasticidad, relación con cambios de presión, temperatura y volumen, flujo laminar o turbulento, etc. De todo ello me quedaré con la viscosidad, pues es el más relevante en cocina.

viscosidad

La viscosidad es la resistencia de un fluido a moverse. Al mover con una cuchara un líquido sentimos esta resistencia.

Denso no es viscoso

Grabaos esta máxima en la sesera. Aunque en lenguaje coloquial se confunda espeso, viscoso y denso, en ciencia viscosidad y densidad son cosas diferentes. Si recordáis las primeras nociones de química de secundaria, densidad es la relación entre masa y volumen. Es decir, para una determinada masa habrá menos densidad mientras mayor sea el volumen que ocupe el cuerpo. Así, un kilo de algodón de azúcar es mucho menos denso que un kilo de solomillo, pues el primero ocupa mucho más volumen.

En cambio viscoso sí que podemos asimilarlo a espeso, es decir, la viscosidad se refiere a la resistencia a la deformación que presenta un fluido. Resistencia a la deformación se refiere a la fuerza que hay que hacer para removerlo, o el tiempo que tarda en trasvasar de un recipiente a otro. Por fuerza de cizallamiento o de corte entendamos la que se aplica al meter una cuchara en un potingue; esa resistencia al mover la cuchara lo llamamos viscosidad. Una bechamel de croquetas es más viscosa (o espesa) que un caldo, por ejemplo.

Para aclarar que denso y viscoso no es lo mismo pensemos en el aceite y el agua. El aceite es notoriamente más viscoso que el agua, pero es menos denso y por ello flota sobre ésta. Así que no confundamos estos dos términos, aunque muchas veces vayan de la mano.

Las unidades de medida de la viscosidad son un lío, comenzando porque hay diversos tipos de viscosidad, dinámica absoluta y cinemática, además de otros parámetros relacionados, como fuerza de corte, velocidad de flujo, índice de viscosidad, viscosidad aparente, etc. La viscosidad suele medirse en Pa.s (pascal por segundo), Poise o Stoke. Para darnos una idea, la viscosidad del agua a 20 ºC es de 1 cP (centipoise), mientras que la del aceite de oliva supera los 80 cP.

Cosas que afectan la viscosidad

Lo primero, la temperatura: siempre que se mide la viscosidad de un fluido se especifica a qué temperatura fue medida. En los líquidos lo normal es que a mayor temperatura haya menor viscosidad, como ocurre con la miel, el jarabe de glucosa o el aceite. Una llamativa excepción es el gel de metilcelulosa.

La agitación o la presión también pueden afectar la viscosidad, aumentándola o reduciéndola, pero de eso hablaremos más adelante, en los fluidos no newtonianos (no os caguéis).

En las emulsiones y en las espumas un parámetro importante es el diámetro de gota. Nota: espuma es un tipo de coloide que no se limita a la “ejcuma” de don Ferrán, sino se refiere a cualquier sistema donde un líquido contenga burbujitas de gas estabilizadas en su interior, como mousses, merengues, nata montada, sabayón o “aires”; las emulsiones contienen gotitas de un líquido dispersas en otro líquido con el que no se mezcla, como la leche, la mantequilla o la mayonesa.

El diámetro de gota se refiere al tamaño de las gotas de aire o líquido dispersas en la fase continua de la mezcla. Mientras más pequeñas sean las gotas más fricción habrá entre ellas y más espeso será el coloide. Así, cuando deseamos espesar una mayonesa lo que se hace es añadir más aceite y agitar, de modo que el diámetro de las gotas oleosas sea más fino y mientras más aceite esté estabilizado más roce habrá entre las gotas y más viscosa será la salsa. También una nata montada es más viscosa que una semimontada porque las burbujas de aire son más pequeñas (aunque si se monta de más ocurre una inversión de fases que acaba en nata mantequillosa granulosa asquerosa).

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Sopitas: fluidos newtonianos

Según su comportamiento viscoso los fluidos se clasifican en newtonianos y no newtonianos. La ley de Newton de los fluidos indica que a mayor fuerza aplicada al fluido mayor será su deformación o velocidad de flujo, de una forma lineal y sin modificar la propia viscosidad.

Esto ocurre con el agua, los zumos, los fondos, el aceite y cualquier líquido donde no haya un sistema coloidal predominante.

Cremas y salsas: fluidos no newtonianos

Mucho más interesantes son los fluidos no newtonianos, donde la deformabilidad no es lineal respecto a la fuerza aplicada. Aquí tenemos dos casos: que la viscosidad aumente al aplicar fuerza o que disminuya.

En los fluidos reoespesantes (o dilatantes o reopécticos, –no son exactamente lo mismo, pero nos vale–) la viscosidad aumenta al agitarlos. Pensemos en la agitación que le metemos a una bechamel, natilla o crema pastelera con las varillas para que espese. O cuando amasamos una pegostosa masa de brioche, amorfa, pegajosa, la cual toma forma milagrosamente al darle caña, pero vuelve a hacerse un pringue cuando se deja en reposo. Esto pasa porque al agitar el fluido su viscosidad aumenta y se compacta. Las cremas y masas ricas en almidón tienen este comportamiento; también la clara de huevo y la nata, cuyas viscosidades aumentan al montarlas. A tal punto llega a espesar un fluido dilatante que hasta se puede caminar sobre él sin hundirse.

Por el contrario, en los fluidos pseudoplásticos la agitación reduce su viscosidad. Así, agitamos el kétchup para salga más fácil del envase. Los mejunjes espesados con goma xantana también tienen este comportamiento, ello hace que su apariencia viscosa no sea paralela a la fluencia que muestran en el paladar. Tal liquidez inducida por la agitación desaparece al dejar el fluido en reposo: esto se llama efecto tixotrópico, ahí es ná. Otro ejemplo es el yogur, que se fluidifica al batirlo; si dejamos tiempo en reposo este yogur batido se vuelve más espeso de nuevo.

bannerpresentacionesMasas: fluidos viscoelásticos

Para terminar, los viscoelásticos (como los colchones caros), los fluidos más interesantes y complejos, aquellos que aparte de su espesor muestran un comportamiento elástico que hace que la deformación vuelva atrás al cesar la fuerza de cizallamiento. El ejemplo clásico en cocina son las masas, repletas de almidón y gluten.

Bien sabemos que al amasar o estirar masas de pan o pasta éstas muestran una resistencia (viscosidad) y que tienden a retraerse y encoger (elasticidad). En mecánica de fluidos se identifican los viscoelásticos como elementos de Maxwell, representados mediante un muelle (componente elástico) y un pistón (elemento resistente-viscoso) colocados en serie. Al aplicar poca fuerza sobre una masa viscoelástica ésta se deforma un poco y vuelva a su forma, y al aplicar más fuerza se vence la resistencia y se elonga la masa. ¡Quién diría que al estirar una pizza estamos manipulando un sistema de elementos de Maxwell!

Habréis observado que cuando amasamos en la Kitchenaid la masa progresivamente se va subiendo por el gancho hasta arriba. Esto es debido a una característica propia de los viscoelásticos llamada efecto Weissenberg.

masa viscoelástica

Los viscoelásticos se representan mediante resortes y pistones puestos en serie (Maxwell) o en paralelo (Kelvin-Voigt). En el amasado se trabaja sobre elementos viscosos (almidón) y elásticos (gluten).

¿Esto para qué sirve?

Tener en mente estas sencillísimas nociones sobre viscosidad y tipos de fluido resulta útil a quien cocina, al menos intelectualmente, para saber el comportamiento de sus preparaciones, el efecto que la temperatura, la agitación y el tipo de espesante tendrán en sus recetas. Por qué se deja o no se deja reposar durante el amasado, el tipo de amasado que exige una masa, por qué menear un risotto ayuda a espesarlo. En pastelería y confitería se usan densímetros y viscosímetros en la preparación de jarabes y jaleas. La formulación de helados es un gran ejemplo de la aplicación culinaria de mecánica de fluidos.

Prometo un artículo dedicado a la ciencia para ligar salsas, cosa que da para bastante y donde la mecánica de fluidos tiene mucho que ver. (Al final han sido tres artículos: parte 1, parte 2 y parte 3)

En fin, señores cocineros, que sepáis que cotidianamente estáis aplicando en vuestro oficio las investigaciones de genios como Arquímedes, Newton, Hooke, Toricelli, Pascal, Poiseiulle, Maxwell, Kelvin, Venturi, Bernoulli, Euler, Reynolds, Laplace…

Disculpas anticipadas a los expertos en la materia, que observarán descalabros conceptuales. Indulgencia.

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La ósmosis explicada a cocineros

Parece tarea imposible lograr que un grueso segmento de los profesionales culinarios comprendan y apliquen adecuadamente ciertos conceptos de ciencias básicas, aunque se trate de conceptos enseñados en la educación secundaria, o antes.

¿Por qué esa confusión constante entre ósmosis, infusión, difusión, impregnación, absorción, etc.? ¿Por qué esa resistencia a asimilar unos procesos tan elementales? ¿Por qué ese empeño en maltratar nuestro idioma con una jerga tan errónea como innecesaria?

En la amplia oferta televisiva de programas de cocina, incluyendo los inefables concursos, es habitual oír a algún cocinerazo decir cosas como “ensalada de frutas osmotizadas” o “dejar infusionar el caldo para que ocurra la ósmosis”, expresiones que inmediatamente me hinchan el varicocele. Tales desaciertos aparecen también en cartas de restaurante, libros y sobre todo en internet. Prácticamente no hay un blog culinario o web de recetas que dé pie con bola cuando emplea “ósmosis”, mientras las páginas de orientación científica sí suelen dar ejemplos correctos de su aplicación en la cocina.

difusión, impregnación y ósmosis

Explicación de los más frecuentes procesos fisicoquímicos que ocurren en todas las cocinas del mundo. Infografía original de Ilustración Médica (pulsar para ver en tamaño original).

De donde hay más a donde hay menos: difusión

Empecemos por lo más sencillito. Si se confina a un montón de gente, apretados dentro de una habitación, cuando se abra la puerta la reacción inmediata será que las personas saldrán a donde tienen más espacio. Eso mismo pasa con las partículas en una solución o dispersión: tienden a alejarse entre ellas para ocupar el máximo volumen. Así, una gota de leche en un vaso de agua difunde hasta enturbiar todo el agua. Los olores difunden desde su fuente y se esparcen por el ambiente.

La velocidad de difusión aumenta con la elevación de la temperatura y con la agitación mecánica, cosas extensamente empleadas en la cocina. El término infusión se aplica cuando los sabores y aromas de un alimento difunden al líquido donde se cuece, sea la infusión de una bolsita de manzanilla en agua caliente o sea la extracción de múltiples sustancias de carnes y vegetales en un fondo o caldo. Es decir, un fondo se obtiene básicamente por difusión facilitada por calor de los solutos concentrados en la carne al agua sin solutos. De donde hay mayor concentración a donde hay menor concentración. No hay ósmosis por ningún lado (ni “cocción por expansión”).

Por cierto, no existe el verbo infusionar, tan del gusto de los cocineros. Siendo infusión la acción y el efecto de infundir, cuando se hace una infusión no se infusiona, sino que se infunde. Jerga innecesaria.

Cuando se pega el sabor u olor a algo: impregnación

Pongo un ejemplo sucio pero común: los olores del cuerpo difunden hacia la ropa y las moléculas odoríferas se fijan al tejido, por tanto, la ropa se impregna del olor a sobaco y zonas pudendas. Si se añade azafrán al agua donde se cuecen patatas, éstas se impregnan del color y el aroma de la especia y los mantiene una vez sacadas del medio de cocción. Esto tampoco es ósmosis, es impregnación. Al ahumar un alimento, éste se impregna del humo. Si se guardan huevos en un tarro con una trufa, aquéllos se impregnan de sus aromas. Nada de ósmosis.

La impregnación aumenta con la temperatura, pues aumenta la difusión del aroma. En los alimentos porosos, con microscópicas cavidades aéreas en su estructura (frutas y vegetales, mayormente), la impregnación se acelera una barbaridad con la aplicación de vacío. La presión negativa desaloja el aire del interior del producto y su espacio es ocupado por el líquido en el que se ha sumergido. Así pueden impregnarse trozos de melón con una infusión de menta o trozos de manzana verde con ginebra (quedan muy ricos ambos casos). Tal procedimiento funciona peor con la carne pues no es un tejido poroso (por ello dorar un filete no “cierra sus poros” ni sella un carajo).

Es precisamente este sistema de impregnación mediante vacío lo que en jerigonza cocineril se ha venido a llamar catastróficamente “ósmosis”. De modo que cuando el burdégano con delantal de turno os invite a probar sus “fresas osmotizadas en un almíbar ligero infusionado con flor de saúco”, podríais contundir (o contusionar) su región malar con la mano bien abierta.

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Ósmosis: lo que se mueve es el agua

Entonces, ¿qué es la ósmosis? Hasta ahora hemos descrito procesos en donde se mueven los solutos de un lugar a otro. En la ósmosis lo que se mueve es el agua (bueno, el solvente, pero dejémoslo en agua). El movimiento del agua durante la ósmosis ocurre a través de una membrana que separa compartimientos con diferente concentración de solutos. Dicha membrana tiene poros que permiten pasar a las moléculas de agua, pero no a solutos de mayor tamaño, es decir, es una membrana semipermeable. El flujo de agua va en dirección a donde hay mayor concentración de soluto.

La ósmosis no es un proceso químico, en cuanto a que no hay reacciones ni cambios moleculares, sino se trata de un proceso físico (aunque es cierto que ha sido más estudiada por los químicos). El término se acuñó a principios del s.XIX y proviene del griego ὠσμός, empujar (no confundir con la raíz ὀσμή, olor, de donde proceden osmio, anosmia, cacosmia o parosmia).

mecanismo de la ósmosis

Proceso de la ósmosis: parte del agua en una solución está fijada alrededor de las moléculas del soluto (esfera de solvatación) y el resto del agua se mueve libremente (agua libre). Mientras más concentrada está una solución menos agua libre tiene. Si se ponen en contacto dos soluciones de diferente concentración a través de una membrana que sólo deja pasar el agua, ésta fluirá desde donde hay más agua libre a donde hay menos, es decir, de la solución más diluida a la más concentrada. (Dibujo original de Ilustración Médica)

Cuando se disuelve una sustancia en agua, las moléculas disueltas se separan unas de otras y se rodean de moléculas de agua que quedan fijadas a su alrededor como una esfera de solvatación. El agua de solvatación no tiene la misma facilidad de movimiento que el agua libre, es decir, la que no está adherida en torno a un soluto. En una solución concentrada hay menos agua libre que en una solución diluida, por ello en un sistema osmótico el agua fluirá de donde hay más agua libre a donde hay menos agua libre, mientras el soluto no se mueve de su compartimiento.

Un ejemplo común: la salmuera. Al introducir un alimento en agua muy salada, el agua del interior del producto fluye hacia la salmuera y se deshidrata. Lo mismo ocurre con las salazones, o cuando se sala la berenjena para que “suelte su agua”.

A medida que fluye agua hacia el compartimiento más concentrado el volumen de éste aumenta y por tanto su presión hacia las paredes del compartimiento. De hecho puede detenerse el flujo de agua hacia la zona concentrada si se aplica una presión suficiente para igualar a la del agua entrante: es lo que se llama presión osmótica (se simboliza con la letra π). Un paso más, si se aplica una presión superior a la presión osmótica entonces se invierte el flujo del agua y ésta pasa hacia el compartimiento diluido: es la ósmosis inversa, tan utilizada para purificación de agua y para concentración de zumos y otros alimentos líquidos.

Ósmosis, presión osmótica y ósmosis inversa

En un tubo en forma de ‘U’ dividido por una membrana semipermeable se colocan dos soluciones, una diluida y otra concentrada. El soluto no puede traspasar la membrana, pero el agua sí, y lo hace atraída por la alta concentración de soluto. Así, con el tiempo el volumen del compartimiento concentrado va aumentando y las concentraciones a ambos lados tienden a equilibrarse. La presión osmótica equivale a la que hay que ejercer para evitar el flujo de agua a través de la membrana. Si aumenta la presión por encima del valor de π la dirección del flujo acuoso cambia y se produce ósmosis inversa. (Dibujo original de Ilustración Médica)

La ósmosis en los seres vivos

Partiendo del concepto de que la ósmosis requiere la existencia de compartimientos separados por membranas semipermeables, se puede intuir la importancia de este proceso en los organismos vivos, pues cada célula es un compartimiento limitado por una membrana celular que regula el paso de agua y solutos. El total del agua del cuerpo humano está repartida entre un compartimiento intracelular, sumatoria del agua contenida dentro de todas las células del body, y que corresponde a dos tercios del agua total, y el tercio restante que corresponde al compartimiento extracelular. El agua extracelular a su vez se divide entre el compartimiento plasmático, es decir, la fracción líquida de la sangre, y el líquido intersticial que rellena los espacios intercelulares en los tejidos.

Véase lo importante del tema, que si ocurre un cambio intenso de la osmolaridad en los compartimientos corporales las consecuencias pueden ser de cuidado. Por ejemplo, una bajada brusca del sodio (hiponatremia) hace que el agua se dirija del espacio extra hacia el intracelular, lo que hincha las células; si las células hinchadas son las del cerebro, que está en un contenedor rígido, las consecuencias de tal edema cerebral pueden ser nefastas.

ósmosis en erotrocitos

Efecto de la osmolaridad del medio sobre los eritrocitos. A: en medio isotónico los glóbulos rojos muestran su forma normal de disco bicóncavo arrosquillado. B: en medio hipertónico sale agua desde los eritrocitos hacia el medio y éstos adquieren una forma arrugada y con espículas. C: por el contrario, en medio hipotónico entra agua a las células y los eritrocitos se convierten en globos a tensión que terminan por reventar (hemólisis). Capturas de vídeos del Chaffey College, que pueden verse en Youtube, vídeo 1 (iso), vídeo 2 (hiper) y vídeo 3 (hipo).

La ósmosis en la cocina

Volviendo a los amigos chefs, supongo que ya ha quedado claro cómo se aplica la difusión y la impregnación en infinitos momentos del arte de cocinar. La ósmosis tiene un ámbito de aplicación menos amplio pero muy útil. Ya mencionamos el ejemplo de la salazón: el alimento deshidratado por efecto de la sal que “le chupa” el agua, ¡eso sí es ósmosis!

Un breve salado previo extrae parte del agua del alimento y concentra su sabor, además de darle una textura más compacta. Esta técnica es bastante efectiva con filetes de pescado o algunas verduras. Además de la sal también tienen efecto osmótico otras sustancias, por ejemplo los azúcares y las proteínas disueltas, como la albúmina.

Los alimentos deshidratados mediante ósmosis o simple desecación concentran los solutos en su interior, y cuando estos productos deshidratados se introducen en agua se establece un flujo osmótico del líquido hacia el interior del alimento y ocurre la rehidratación.

El ejemplo del bacalao es el más ilustrativo (hace años que lo pongo como comentario en algunos blogs donde se abusa de la “ósmosis”). Cuando se sumerge la penca de bacalao salado ocurren simultáneamente dos procesos: la difusión de la sal desde el bacalao al agua y la ósmosis del agua de remojo hacia el interior del bacalao. A medida que el agua de remojo se va saturando de sal se reduce la velocidad de la ósmosis, por ello se cambia el agua varias veces para asegurar la mejor rehidratación de la pieza. ¿Qué ocurre si se coloca un peso importante sobre ese lomo de bacalao puesto a remojar? Podéis hacer la prueba, pero seguro responderéis que el bacalao tarda mucho más en hincharse: eso es por la presión osmótica contrarrestada por el peso.

En conclusión, que si os ofrecen “fresas osmotizadas” podéis decir que hay dos modos correctos de hacerlas: o pasando las fresas por jarabe hipertónico para suelten todo su jugo y no valgan nada, o meterlas en agua pura hasta que se hinchen y se pongan blandurrias y sepan a agua, vaya asco. Porque meter comida en bolsas de vacío no es osmotizar, porque ni siquiera existe la maldita palabrita, no existe el verbo para indicar la acción de la ósmosis, lo mismo que no existe infusionar sino infundir, ni mixar sino triturar, licuar o batir (falta que se inventen thermomixar). Lo mismo que no se emulsiona aire en un líquido, ni la carne se sella en la sartén ni se carameliza, ni existen cocciones por expansión y concentración.

Muchas de estas erróneas concepciones son antiguos empirismos de la escuela culinaria francesa, pero otros son perversiones lingüísticas y conceptuales modernas, a partir de la distorsión de términos científicos desde la óptica de la cocina profesional. En la pasada década la explosión de la gastronomía española se acompañó de un acercamiento fructífero entre científicos y cocineros, modelo difundido y mejorado en otras latitudes. Actualmente se ha vuelto al temor a los “polvos químicos” y la negación de la presencia de la ciencia en la cocina, cosa que duele ver reflejada en la actitud de importantes cocineros, críticos y blogueros. De aquel morreo ciencia-cocina parece que sólo sobrevive lo peor: el mal uso de palabros technofashion para adornar la vacua arrogancia de algunos chefs. La ciencia está para cocinar mejor.

Recomiendo pasearse por algunos de los valiosos blogs donde se tratan temas de la cocina científica, como La Margarita se Agita, El Blog del Búho, Khymos, Curious Cook, Claudi Mans en Investigación y Ciencia o Dorar no sella, y más que hay.

Si aún así mis respetados chefs siguen sin asimilar el concepto de ósmosis, pediría al menos que no lo usen y dejen de “osmotizarlo” todo, aunque sea por respeto a la memoria de Dutrochet, Nollet, Fick, Graham, Raoult, Maxwell y Van’t Hoff (Nobel por describir la presión osmótica), entre otros científicos brillantes a quienes debemos estos conocimientos.

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