La química y la cocina
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La química y la cocina - José Luis Córdova Frunz
cocina.
I. De compras
UNA buena parte de este libro hace referencia a las reacciones químicas que acompañan a la preparación de los alimentos. De forma que, a pesar del mal sabor de boca que produzca al lector, debemos tratar algunos aspectos de la química de comestibles y bebestibles.
Comenzaremos con los constituyentes de los alimentos.
LOS COMPONENTES
DE LOS ALIMENTOS
Hay tres grandes grupos: 1) carbohidratos, 2) proteínas y 3) grasas.
Además se tienen componentes minerales inorgánicos y sustancias orgánicas en proporciones muy pequeñas: vitaminas, enzimas, emulsificantes, ácidos, oxidantes y antioxidantes, pigmentos y sabores. Un ubicuo componente de los alimentos es el agua.[1]
Los carbohidratos
En este grupo se encuentran los azúcares, dextrinas, almidones, celulosas, hemicelulosas, pectinas y ciertas gomas. Algunos alimentos que contienen carbohidratos son el azúcar, las frutas, el pan, el espagueti, los fideos, el arroz, el centeno, etcétera.
Figura I.1. Diferentes tipos de glucosa.
Químicamente los carbohidratos[2] sólo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno. Uno de los carbohidratos más sencillos es el azúcar de seis carbonos llamado glucosa,[3] que no es un azúcar sino varios azúcares con estructura anular como se indica en la figura I.1. Las diferencias en la posición del oxígeno e hidrógeno en el anillo dan lugar a diferencias en la solubilidad, dulzura, velocidad de fermentación y otras propiedades de los azúcares.
Si se eliminan moléculas de agua de estas unidades de glucosa (tomando –OH de una y —H de otra) se forma una nueva molécula llamada disacárido,[4] figura I.2; si se encadenan más unidades de glucosa se forma, obvio, un polisacárido, uno de éstos es la amilosa,[5] figura I.3, también conocida como almidón; igual que en el caso de la glucosa no hay un almidón sino varios tipos de almidón. Cabe mencionar que el azúcar de mesa, la sacarosa, es un disacárido.
Figura I.2. Maltosa.
Figura I.3. Amilosa.
Figura I.4. Celulosa.
Encadenando las unidades de glucosa de una manera un poco diferente se forma la celulosa, figura I.4, la cual es un polisacárido. En el capítulo II se habla del nixtamal, las brevas y otros alimentos que se preparan con lejía o cenizas a fin de romper las cadenas de celulosa.
La importancia de los azúcares en los alimentos estriba en que son constituyentes de las dextrinas,[6] almidones, celulosas,[7] hemicelulosas, pectinas[8] y gomas. El rompimiento (o digestión)[9] de estas cadenas se logra con ácidos, enzimas o microorganismos. Y, como veremos más adelante, los azúcares intervienen en la fabricación de las bebidas alcohólicas, consuelo de la humanidad doliente.
Las plantas verdes producen los carbohidratos en la reacción de fotosíntesis, que sirven como componentes estructurales (p. ej. la celulosa), reservas de alimento (p. ej. el almidón que abunda en las papas) o componentes de los ácidos nucleicos, claves de la herencia.
En los animales se halla un polisacárido, el glicógeno, semejante al almidón; está presente en los músculos y especialmente en el hígado; sirve como reserva de carbohidratos al organismo y proporciona la energía necesaria para el movimiento muscular; cuando hay glicógeno en exceso se convierte en grasa. Saquen sus conclusiones, gorditas.
Las proteínas
Las proteínas[10] están compuestas principalmente de carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno, en ocasiones con trazas de azufre, fósforo y otros elementos. Se encuentran en plantas y animales; en éstos ayudan a formar estructuras tales como cartílagos, piel, uñas, pelo y músculos.
Las proteínas forman parte de las enzimas, los anticuerpos, la sangre, la leche, la clara de huevo, etc., son moléculas extraordinariamente complejas, la más pequeña de las conocidas tiene una masa molecular de 5 000; las más grandes tienen masas moleculares del orden de los diez millones. Ejemplo de una proteína sencilla
es la llamada lactoglobulina (presente en la leche) que tiene una masa molecular de sólo 42 000 y una fórmula aproximada de C1864H3012O576N468S21.
A semejanza de los carbohidratos, las proteínas están formadas de unidades más pequeñas (en este caso los llamados aminoácidos), las cuales se unen para formar cadenas más largas.
Tan sólo en las plantas se cuentan más de 100 aminoácidos identificados, sin embargo hasta la fecha sólo unos 22 han sido identificados como constituyentes de las proteínas. Los aminoácidos se emplean en la digestión para construir nueva proteínas y tienen, como podía suponerse, un grupo ácido (llamado carboxil) –COOH y un grupo amino –NH2 o imino = NH. Ambos grupos están unidos, junto con un átomo de hidrógeno, al mismo átomo de carbono (llamado carbono α). La diferencia entre los aminoácidos radia en la cadena R de átomos unida al grupo antes descrito (Figura I.5)
La complejidad del encadenamiento de los aminoácidos es extraordinaria: se puede tener cadenas rectas, enrolladas, dobladas; en la figura I.6 se representa esquemáticamente la hemoglobina,[11] proteína contenida en la sangre. Al parecer los encadenamientos se logran entre los carbonos α de los aminoácidos, eliminando agua. Las cadenas de proteínas pueden estar acomodadas paralelamente, como en la lana, el pelo o el tejido fibroso de la pechuga de pollo, o bien estar enredadas semejando una bola de estambre, como en la clara de huevo. Pueden desempeñar funciones muy diversas en el organismo; la miosina, por ejemplo, es una proteína contráctil presente en los músculos y también una enzima que hidroliza al ATP.
Figura I.5. Aminoácido.
Figura I.6. Hemoglobina.
La compleja configuración de una proteína es muy delicada; puede modificarse por agentes químicos o por medios físicos, a este cambio se le llama desnaturalización
. Así, al añadir alcohol[12] a la clara de huevo ésta se coagula igual que al calentarla. La caseína, proteína contenida en la leche, se coagula en un medio ácido, por lo que bastan unas gotas de jugo de limón para cortar la leche, o bien esperar a que se produzca suficiente ácido en la misma leche para que se corte. Las pezuñas y huesos animales (formados principalmente por la proteína llamada colágeno)[13] se disuelven por calentamiento con álcalis para formar la cola. La leche, además de coagularse por medio de un ácido, también lo hace por calor (flanes y natillas) y la carne, por su parte, encoge al cocerla por el colapso de la estructura del colágeno. Los fenómenos anteriores resultan de cambios en la configuración de las proteínas constituyentes.
Las soluciones de proteínas pueden formar películas y esto explica por qué la clara de huevo puede ser batida. La película formada retiene el aire, pero si uno la bate excesivamente la proteína se desnaturaliza
y se rompe la película.
La carne, junto con muchas otras proteínas contiene colágeno, el cual con la temperatura se transforma en otra proteína más suave, soluble en agua caliente, la gelatina.[14] Nuevamente, como en el caso del azúcar hay muchos tipos de gelatinas; éstas tienen masas moleculares de 100 000, en contraste con los valores de 300 000 a 700 000 del colágeno. La desnaturalización de las proteínas de la carne se logra también con un ácido (jugo de limón, vinagre, salsa de tomate) como se comprueba al marinar
las carnes o el cebiche[15] de pescado. Escabechar[16] es, al menos químicamente, lo mismo que marinar: una desnaturalización ácida de proteínas que ablanda la carne y además la sazona.
Al igual que los carbohidratos las proteínas pueden descomponerse; dan lugar a peptonas, polipéptidos, aminoácidos, amoniaco, nitrógeno y unos compuestos muy olorosos como los mercaptanos,[17] el 3 meti-indol, también conocido como escatol,[18] la putrescina[19] y el ácido sulfhídrico.
El lector ya sospechará que el añejamiento del queso implica una degradación proteica controlada, aunque con el Port Salut o el Ementhal uno lo dude.
Las grasas
La principal diferencia entre las grasas y las proteínas estriba en que aquéllas no están constituidas por estructuras que se repiten. No son cadenas como las celulosas o proteínas en tanto que no hay una unidad básica que se presenta sucesivamente. En general son sustancias suaves y aceitosas insolubles en agua.
Figura I.7. La base de las grasas, la glicerina.
La molécula típica de grasa es la de glicerina,[20] figura 1.7. La molécula básica de grasa está formada por tres ácidos grasos y una molécula de glicerina; las grasas naturales resultan de desarrollos mucho más complejos de esta estructura básica. Sin embargo tan sólo hay unos 20 diferentes ácidos grasos que pueden ligarse a la glicerina; difieren en la longitud de sus cadenas de carbono y en el número de átomos de hidrógeno de las mismas. El ácido esteárico[21] es uno de los que tienen cadena más larga (CH3(CH2)16COOH). Si un ácido tiene el mayor número posible de átomos de hidrógeno se dice que está saturado
. El ácido oleico tiene cadenas de la misma longitud que el esteárico pero con dos hidrógenos menos (Figura I.8), es decir, es insaturado.[22] De la importancia de la saturación tratamos en la sección La margarina
de este mismo capítulo.
Figura I.8. Ácidos oleico y esteárico.
Las grasas naturales no están compuestas por un solo tipo de grasa sino que son mezclas. A medida que aumenta la longitud de la cadena de las grasas (o bien su insaturación) disminuye su suavidad. Un aceite no es sino grasa líquida a temperatura ambiente. En general las grasas se oxidan al estar expuestas al ambiente, esto es, se arrancian. En este proceso el hierro y el cobre de las ollas intervienen acelerando el arranciado, como lo veremos en el capítulo III.
Las grasas forman emulsiones con el agua (p. ej. leche, crema) y el aire (p. ej. betún para pasteles). Por sus propiedades lubricantes facilitan la ingestión de los alimentos.
MÁS COMPONENETES
DE LOS ALIMENTOS
Los ácidos orgánicos
Las frutas contienen ácidos naturales tales como el cítrico[23] (naranjas, limones, toronjas), el málico[24] (manzanas), el tartárico[25] (uvas) que disminuyen el ataque de las bacterias. En general un medio ácido alarga la vida de los alimentos, razón por la cual se fermentan intencionalmente el yogurt, el vinagre, el queso, etc. En el capítulo II hablamos de los ácidos y su naturaleza.
Los conservadores
Como mencionamos, las grasas son atacadas por el oxígeno del ambiente modificando su sabor. El cobre y el hierro son fuertes promotores (catalizadores) de la oxidación, ésta es una de las razones por la que se prefiere emplear recipientes de acero inoxidable o aluminio en las baterías de cocina. Un antioxidante, como el nombre lo indica, tiende a evitar la oxidación. Ejemplos de antioxidantes son las vitaminas C (contenida en los cítricos) y E (contenida en la leche, hígado de pescado, aceites vegetales), ciertos aminoácidos con azufre y la lecitina (contenida en la yema de huevo); cuando lleguemos a la sobremesa (capítulo IV) veremos algunos trucos para evitar la oxidación de las manzanas y plátanos, responsable del color pardo que aparece cuando se han pelado.
Las enzimas
Todo ser viviente emplea reacciones químicas para realizar sus funciones, muchas de las cuales son promovidas y dirigidas por las enzimas que, aunque se encuentran en muy pequeña cantidad, son indispensables para fomentar y orientar las miles de reacciones químicas que ocurren en los organismos. Por ejemplo, la digestión de los alimentos en el estómago y los intestinos depende de la actividad secuencial de enzimas como la pepsina.[26] De estas reacciones depende que el organismo pueda oxidar los compuestos ingeridos y obtener la energía química necesaria para el movimiento muscular y la regeneración de los tejidos, reacciones también controladas por enzimas.
Muchas reacciones biológicas pueden ocurrir en el laboratorio a temperaturas y concentraciones de ácido o base adecuadas. Así, por ejemplo, las proteínas del colágeno dan lugar a la gelatina cuando se hierven con cenizas, o bien el almidón puede convertirse en glucosa (véase el interesantísimo apartado La cerveza
). Sin embargo, todas estas reacciones ocurren en el organismo a menos de 38°C y con condiciones mucho menos severas gracias a la participación de las enzimas. Ninguna de las casi 100 000 000 000 000 de células del cuerpo humano es ajena a la intervención de las enzimas. Y lo mismo puede decirse de los alimentos. Este tema se tratará con más detalle en el capítulo II.
Los aditivos
Los productos químicos se añaden a los alimentos con dos finalidades principales: mejorar su aspecto y prolongar su vida útil.
Para ello el químico de los alimentos cuenta con: conservadores, antioxidantes, acidulantes, neutralizadores, ajustadores iónicos, agentes afirmadores, emulsificantes y estabilizadores, humectantes, agentes de maduración, agentes de blanqueo, revestimientos, saborizantes, edulcorantes, colorantes y demás sustancias que le abren el apetito a cualquiera (aunque no lo parezca).
Desde luego no trataremos de todos ellos en este libro, aunque la cocina sí trate con ellos. Comencemos con los conservadores. En su acepción más amplia son agentes químicos que sirven para retardar, impedir o disimular alteraciones en los alimentos. En rigor se trata de sustancias que impiden la proliferación de microorganismos, aunque no los destruyan.
El ácido benzoico (C6H5COOH) y sus sales de sodio y amonio figuran entre los agentes conservadores más usados. La acidez del medio, como se indica en el capítulo II, influye en las propiedades bactericidas y antisépticas. El papel morado con que se suelen envolver manzanas y peras se ha tratado con ácido benzoico a fin de conservarlas.
El óxido de etileno, el óxido de propileno y el bromuro de metilo