Quién me iba a decir, 25 años después de que me pillaran junto a 35 compañeros universitarios copiando en clase de matemáticas, que un día iba a participar en un programa de TV hablando de cocina…y de matemáticas. Queridos lectores, hoy les traigo el cuarto capítulo de “Ciencia en la cocina”, la sección científico-culinaria del programa de TVE 2 “Órbita Laika”.

Antes de empezar quiero contarles un secreto: el post de hoy lo he elaborado junto a un genio de la química y de la cocina: mi amigo y maestro Yanko Iruín (‪@elbuhodelblog‪) responsable de una de mis bitácoras de referencia: El blog del Búho. En el post de hoy  Xabi Gutiérrez (@xabiergutierrez), responsable de innovación del restaurante Arzak, Yanko y un servidor les vamos a hablar de diversos procesos matemáticos, químicos, físicos y bioquímicos que se esconden detrás de la elaboración de un plato espectacular: el fractal de hidromiel. Pasen y vean.

Un fractal es un objeto geométrico cuya estructura básica, fragmentada o irregular, se repite a diferentes escalas. El término fue propuesto por el matemático Benoît Mandelbrot en 1975 y deriva del latín fractus, que significa quebrado o fracturado. En realidad más que de “objeto fractal” deberíamos hablar de “dimensión fractal” por lo que me quedo con esta definición de mi admirado Enrique Borja (‪@Cuent_Cuanticos‪ ) en su fabuloso blog Cuentos Cuánticos: “Se puede definir un fractal como un objeto geométrico que consiste en un conjunto de puntos que tienen asociada una dimensión que por regla general no tiene porqué ser un número entero.  Además tiene una particularidad denominada autosimilitud que implica que el objeto presenta la misma estructura en cualquier escala a la que lo observemos.”

Para que os hagáis una idea aquí os dejo varias imágenes de fractales (o pre-fractales (como dice mi amigo Francis Villatoro (‪@emulenews‪ )) existentes en la naturaleza.

Fuente: la cocina alternativa

Vayamos al plato. Como se puede leer en la receta que publica Xabi Gutiérrez en su blog, el fractal se forma con una base de hidromiel sobre la que se vierte un reactivo muy especial. Si la base esta muy fría y el reactivo caliente el fractal aparecerá más rápido. Analicemos la composición y función de los compuestos menos conocidos de ambas fases.

El reactivo que se adiciona sobre la base de hidromiel está formado por vodka, agua, azúcar y cochinilla. De entre todos ellos los tres primeros les sonarán un poco más que la cochinilla… así que les hablaré de esta última. En realidad estamos hablando del colorante alimentario E-120 (ácido carmínico), una sustancia extraída de la cochinilla (Dactylopius coccus) u otros insectos que le proporciona un color rojizo a los alimentos a los que se añade. Entre ellos destacan yogures, gelatinas, bebidas lácteas, golosinas, snack e incluso productos cárnicos como mortadelas, salchichas, etc.

La estructura química del ácido carmínico consiste de un núcleo de antraquinona enlazado a una unidad de glucosa.

Los insectos que producen esta sustancia habitualmente son muy pequeños, hasta tal punto que hacen falta unos 100.000 para obtener 1 kg de producto. Sin embargo estos insectos, que crecen como huéspedes de la Tuna (un tipo de cactus), son muy ricos en este colorante y lo emplean como medio de defensa natural contra sus depredadores.

Además de la industria alimentaria otros sectores como la cosmética emplean la cochinilla en lápices de labios, polvos faciales, contorno para los ojos, etc. Incluso la industria farmacéutica utiliza el ácido carmínico en preparación de grageas y tabletas. En solución alcalina se emplea en pastas dentífricas, enjuagues bucales, etc.

Pero la clave del plato que hoy les traigo a «Ciencia y cocina» se encuentra en la base de hidromiel sobre la que vertimos el reactivo rico en cochinilla. Esta base se compone de agua, miel, anís estrellado, xilitol y goma xantana. De todos estos ingredientes destacan los dos últimos.

Xilitol

El xilitol es un polialcohol que se obtiene comercialmente de la madera de abedul. Químicamente los polialcoholes o azúcares alcoholes son carbohidratos hidrogenados cuyo grupo carbonilo ha sido reducido a un grupo hidroxilo (es decir, a un alcohol).Una de sus principales características es que presentan contenidos calóricos muy bajos debido a que los polioles son parcialmente absorbidos en el intestino delgado. Así, una gran parte del poliol alcanza el intestino grueso, donde es biológicamente degradado a ácidos grasos, metano y anhídrido carbónico, entre otros productos. Además, su poca fermentabilidad hace que no contribuyan al desarrollo de la caries dental por lo que la mismísima Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria ha concedido varias alegaciones saludables al xilitol en este sentido. Por último, el xilitol posee aproximadamente el mismo poder edulcorante que la sacarosa. Por todas estas razones el xilitol se emplea para la elaboración de chicles, pastas dentífricas, etc.

Pero si el xilitol es, junto a la miel, el responsable de la mayor parte del sabor de nuestro plato de hoy, el componente fundamental para conseguir el efecto fractal es otro componente de la base de hidromiel: la goma xantana. Adentrémonos en el fascinante mundo de los gelificantes y espesantes.

Gelatinas

La formación de geles a base de hojas de gelatina y otros productos es una práctica bien conocida en cocina. También se han utilizado almidones de diversa procedencia y otras sustancias como espesantes de cremas, sopas y similares. Al contrario de la gelatina tradicional que es una compleja mezcla de proteínas, muchos de los gelificantes y espesantes ahora empleados en cocina son polisacáridos, polímeros o largas cadenas de átomos en las que una unidad sencilla se repite muchas veces. El clásico ejemplo de polisacárido es el propio almidón que es una larga cadena de unidades de glucosa.

Entre los polisacáridos tenidos por espesantes podemos citar a la goma xantana, la goma guar o diversos tipos de almidón. Entre los tenidos por gelificantes podemos hablar de los carragenatos (Iota y Kappa), los alginatos, la pectina, etc.

En términos generales, podemos definir las diferencias entre espesantes y gelificantes. Los espesantes deben su carácter de tales a que en tanto que polímeros o largas cadenas, cuando se disuelven en agua u otros líquidos hacen que la viscosidad de la disolución resultante aumente mucho incluso a concentraciones muy bajas del mismo (alrededor del 0,5 % es corriente). Los gelificantes también son polímeros pero tienen la característica de que sus largas cadenas pueden unirse entre si a través de fuerzas físicas o interacciones, lo que hace que formen una especie de redes que conlleva viscosidades tan altas que la disolución se comporte en algún sentido como un sólido (mantiene su forma en el tiempo, se puede cortar, etc. ).

Del párrafo anterior parece derivarse que gelificantes y espesantes son dos tipos de aditivos bien diferenciados en cuanto a propiedades y usos. Sin embargo, la barrera que separa a una y otra familia es un tanto difusa y la goma xantana es un buen ejemplo.

La xantana o goma xantana es un exopolisacárido producido por Xanthomonas camprestris, un patógeno de las coles.En los libros de cocina creativa la xantana se define generalmente como espesante y como no formadora de geles. Sin embargo, estudios realizados por grupos japoneses a finales de los noventa revelaron que, si se manejan adecuadamente, las disoluciones de xantana pueden formar estructuras que, sin ser geles en el sentido estricto arriba mencionado, tienen, desde un punto de vista científico, características de tales. Y en ese carácter está el origen del efecto óptico conseguido en el plato de los fractales protagonista de este post.

La principal diferencia entre una mezcla polisacárido/agua que forma geles o que se mantiene como un líquido convencional (sirviendo como espesante) es que la primera mezcla tiene un cierto carácter elástico. Es una especie de sólido que si lo desplazamos de su posición con el dedo vuelve a ella cuando quitamos la fuerza aplicada. Pues bien, las disoluciones de xantana adecuadamente manejadas pueden comportarse al menos ligeramente con un carácter elástico.

Para conseguir que las mezclas xantana/agua tengan ese carácter de geles elásticos, al menos parcialmente, hay que disolver bien la xantana en agua, ya sea por calentamiento y agitación suave o, alternativamente, por agitación violenta (como hace Xabi en el Restaurante Arzak) que también sube la temperatura del conjunto. Con ello destruimos su estructura original en la que las largas cadenas están enroscadas sobre si misma en formas de hélices y formando agregados entre ellas (ver el gráfico superior de la siguiente figura). Si no calentamos o no agitamos, sólo llegamos a una situación como la del gráfico inferior a la izquierda, donde el carácter de gel es muy débil.

Por el contrario, si calentamos o agitamos suficientemente, las cadenas se sueltan dando lugar a una disolución homogénea más o menos transparente. Cuando se enfría en torno a 8ºC, las cadenas empiezan a estar más quietas, interaccionan entre ellas, se unen físicamente en redes que atrapan parte de agua (gráfico inferior a la derecha) y el conjunto empieza a gelificar de forma moderada.

Cuando sobre ese gel adicionamos una mezcla de agua con rojo cochinilla, ésta se va expandiendo por el plato, formando la figura geométrica que se ve en la siguiente  fotografía.

Postre fractal

El fenómeno está descrito en la literatura científica. Un grupo holandés especializado en fractales, publicó datos experimentales [G. Daccord, J. Nittmann and H.E. Stanley, Phys. Rev. Lett. 56, 336 (1986)] sobre la generación de los mismos a partir de disoluciones de otro polisacárido (el escleroglucano) y dispersiones de tinta china en agua. Las similitudes entre el diseño del plato realizado en Órbita Laika y la siguiente figura publicada por los investigadores holandeses son evidentes.

Fuente: Phys. Rev. Lett. 56, 336

Resumiendo los resultados de ese artículo podemos decir que los autores establecen que dicho comportamiento es «sólo posible si uno de los dos sistemas en contacto es una disolución con cierto carácter elástico o de gel (lo que hemos llamado base) y el otro es un líquido convencional (nuestra agua coloreada de rojo de cochinilla)».

La pregunta final es por qué ocurre el fenómeno que observamos en el plato. La respuesta no es sencilla pero podemos pensar que la base, con ese ligero carácter elástico, funciona como un sólido sobre cuya “superficie” puede circular el líquido convencional que es nuestro reactivo. Eso crea una serie de canales, cada vez más finos, como cuando el agua de lluvia se mueve en un terreno. Cuando son muy pequeños, y por un fenómeno parecido al que ocurre en un azucarillo en contacto con un líquido (ascenso capilar), el reactivo puede incluso ascender por los bordes del plato.

¿Qué les ha parecido? ¿Les gustaría probar? Pues siento decirles que repelé el plato hasta que no quedó nada… privilegios que tiene uno por trabajar con Xabi Gutiérrez y Yanko Iruín.

Xabi Gutiérrez, Yanko Iruin y un servidor discutiendo sobre el fractal de hidromiel.

Jose

Nota: Una vez más me gustaría recordar que los videos de “Ciencia en la cocina” han sido realizados por K2000 para la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.