sábado, 18 de marzo de 2006

El chocolate visto a los RX, SAXS, AFM, DSC......

Esta entrada va dedicada a mi amigo Xabi Gutiérrez, apodado Chocolates por razones obvias, insigne “fontanero” del éxito del Restaurante Arzak y curioso hasta las entretelas. Y a su Lola. ¡Va por Uds, colegas!. Y no quiero que se rajen ante los acrónimos técnicos que aparecen en el título. Como soy un buen divulgador van a entender muy fácil todo lo que podemos hacer en un laboratorio de caracterización fisicoquímica por el buen estado de nuestro amado chocolate.

Si no fuera porque soy poseedor de un estómago delicado como el cristal, probablemente una cuestión puramente genética debida a mi padre, yo sería un chocolate adicto. Nada como la sensación de la fusión del chocolate en la boca y su extensión por toda ella con ayuda de la lengua apoyándose en el paladar. Un sencillo placer, debido a un alimento aparentemente sencillo, dada su implantación en nuestros usos y costumbres. Y, sin embargo, nada más alejado de la realidad. La fabricación del chocolate requiere una tecnología complicada y precisa que, a la vez, puede ser muy versátil, dada la complejidad de los componentes químicos que dan su aroma y su sabor a un determinado tipo de chocolate en función del lugar de origen del cacao del que provenga. Se han enumerado casi 300 moléculas diferentes como constituyentes de los diferentes tipos de cacao.

Pero yo me voy a centrar hoy en un problema que la industria chocolatera está últimamente considerando en mucho detalle. Se trata de ese fenómeno que ocurre cuando el chocolate se ha conservado en unas circunstancias en las que ha sufrido continuos cambios de temperatura (como cuando ha estado en el interior de un vehículo, expuesto al sol de día y enfriado de noche). Ese fenómeno genera una superficie blanquecina sobre nuestra tableta (blooming en inglés) que está siendo estudiado hoy en día con las más modernas técnicas tanto por laboratorios universitarios como por los de las grandes empresas de alimentación.

Como consecuencia de los procesos de fermentación y tostado de las almendras de cacao, su posterior molienda y calentamiento, se genera una dispersión de cristales de azúcar (que se suele añadir expresamente) y de polvo de cacao (que ha surgido de la molienda de los sólidos constituyentes de las almendras) en la llamada manteca de cacao. Esta última, que es un líquido a temperaturas ligeramente superiores al ambiente, actúa como una especie de cemento de los dos sólidos arriba mencionados. La cohesión de la mezcla no es fácil porque los cristales de azúcar son hidrofílicos mientras que la manteca de cacao es hidrófoba. Por eso, los maestros chocolateros adicionan lecitina que hace su papel de emulsificante o de cohesión entre ambas fases de distinto signo. En el proceso conocido como concheado, la mezcla se calienta entre 55 y 75º y se mantiene en constante agitación para conseguir una emulsión estable gracias a la lecitina. El proceso también implica la eliminación progresiva de parte de la humedad contenida, así como de ácidos volátiles, probablemente el más importe de los cuales sea el ácido acético (vinagre).

Finalmente, la mezcla se deja que se enfríe de forma y manera que la manteca de cacao cristalice. Pero la cosa no es tan sencilla como enfriar agua para que nos de hielo a 0ºC. La manteca de cacao es una compleja mezcla de triglicéridos, ésteres de ácidos grasos y glicerina. Los ácidos de los que provienen esos triglicéridos pueden ser saturados (sin dobles enlaces) o insaturados (con dobles enlaces). Pues bien, la temperatura de cristalización de un triglicérido disminuye con el número de doble enlaces. Adicionando leche a la mezcla, el contenido en insaturados crece y la temperatura de fusión disminuye. Por eso el chocolate negro es mucho más resistente a la temperatura que el chocolate con leche.

Como consecuencia de esa complejidad, el enfriamiento de la manteca de caco puede producirse hasta en seis formas cristalinas diferentes (lo que los químico-físicos llamamos polimorfismo de un sólido). Sólo una elección adecuada de calentamientos y enfriamientos hace que la forma adecuada (la llamada forma V) se produzca, cuyos cristales funden (y cristalizan) a 33ºC. La formación específica de esos cristales hace que la superficie del chocolate tenga esa apariencia satinada que lo hace apetecible y el agradable chasquido al partirlo.

Pero el equilibrio así conseguido es muy inestable y puede evolucionar hacia el blooming como consecuencia de cambios en la temperatura. Estudios de Rayos X (RX) y Calorimetría diferencial de barrido (DSC) habían concluido en el pasado que ese fenómeno era la consecuencia de un proceso en el que tras llevar el chocolate a altas temperaturas y enfriarlo, inducía la aparición de cristales en la forma cristalina VI, más estable que la V (tiene una temperatura un par de grados superior), con una estructura mas compacta y que migraban a la superficie del chocolate.

Recientes estudios del Food Science Department de la Universidad de Wisconsin parecen indicar, sin embargo, que esta idea no está tan clara. Los investigadores trabajaban con una especie de chocolate modelo, en el que habían usado sacarosa amorfa (que no cristaliza) en lugar de azúcar corriente para ver así mejor por RX la transición entre las formas V y VI. El grupo llegaba a la conclusión de que la transición ocurría entre ambas formas pero el blooming no aparecía. Observando la superficie con un microscopio, los investigadores se dieron cuenta de que los cristales que se formaban en la superficie tras el cambio de forma cristalina en presencia de sacarosa eran lisos y redondeados, en lugar de los formados en presencia de azúcar que tenían la clásica forma de agujas cristalinas. Uno podría inducir de estos estudios que la sacarosa podría usarse como inhibidora del proceso de blooming pero, dicen los expertos, la sacarosa cogería mucha más agua del ambiente y daría al chocolate una inusual textura gomosa. Los mismos investigadores han mostrado también que la adición de fracciones de alto punto de fusión de grasa de leche pueden inhibir el proceso de blooming aunque el por qué de esta acción es por ahora un misterio, probablemente ligado a la disminución de la velocidad de cristalización de la forma VI.

El proceso normal de calentamiento y enfriamiento bajo agitación, llevado usualmente a cabo para obtener la forma cristalina V (llamado templado o tempering) ha sido estudiado por investigadores de Cadbury y la Universidad de Leeds en Inglaterra, en un intento de reducir la cantidad de dinero y tiempo que se emplean en calentar y agitar inmensas cantidades de chocolate. Se han estudiado las diferentes formas cristalinas generadas bajo la aplicación de diversas velocidades de cizalla o agitación. Para ello han utilizado una forma más refinada de los rayos X, una técnica denominada SAXS (difracción de Rayos X a bajos ángulos). Sin agitación, los cristales de la manteca de cacao forman preferentemente cristales en la forma IV, mientras que con agitación adecuada es la forma V la que puede inducirse. Los investigadores creen que ayudarán así a Cadbury a optimizar las temperaturas y velocidades de agitación del tempering.

Finalmente, en Estocolmo, investigadores del Institute for Surface Technology están usando una sofisticada tecnología ligada a la nanotecnología, el microscopio de fuerza atómica (AFM), para estudiar los cambios de estructura que se producen en la superficie como consecuencia de la transición entre las dos formas polimórficas V y VI.

Así que, por ejemplo, todos aquellos químicos y físicos poliméricos que me lean y que habitualmente hayan presumido de la complejidad de los polímeros o plasticos semicristalinos a la hora de fundir y cristalizar, pueden bajar el nivel de andar en temas complejos. Ahí tenemos otro buen ejemplo de “material” con el que jugar en un DSC, en un AFM o en un RX: una simple tableta de chocolate. Ah, y mas vale dejar el chocolate en un sitio fresco y donde no haya grandes variaciones de temperatura. Ya lo fundiremos en la boca a 37ºC. En caso contrario, el blooming nos acecha.

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