martes, 25 de agosto de 2020

Viejas y nuevas espumas de café

No se puede decir que sea un adicto al café. Mi dosis se limita a uno (largo) por la mañana y otro (más corto) tras la comida. Pero soy un seguidor contumaz de todo lo que tenga que ver con la Química del café y de ello hay constancia en una serie de entradas que podéis obtener con solo escribir en el buscador de arriba a la izquierda la palabra café (importante el acento). En una taza de ese brebaje hay cientos, rondando los miles, de moléculas químicas distintas, provenientes tanto del grano original desarrollado en muchas plantas de café (o cafetos) como de los procesos relacionados con su consumo. Sobre todo del proceso de tostado a altas temperaturas (por encima de 200ºC) en el que, merced a una serie de complejas reacciones químicas, entre las que se encuentran las varias veces mencionadas reacciones de Maillard, se generan un gran número de las sustancias que acaban en una taza de café. Algunas, como la acrilamida, no son precisamente angelitos de la Virgen.

En la más antigua de las entradas sobre la Química del café en este Blog, se hacía referencia a un artículo publicado en Scientific American en 2002 y firmado por Ernesto Illy, Director General hasta su fallecimiento en 2008 de Illycaffé, una empresa muy conocida en el mundo cafetero, radicada en Trieste y fundada por su padre en 1933. Don Ernesto, como todo el mundo le conocía, era Doctor en Química y había completado sus estudios con temas de Biología Molecular.

Por una serie de razones que quedarán claras al final de la entrada, me he tenido que leer otro interesante artículo de Don Ernesto. Este, publicado en la revista Food Biophysics en 2011, es un artículo póstumo de nuestro autor que, como digo, falleció en 2008. El artículo en cuestión tiene que ver con la formación de la llamada crema de un espresso a la italiana, esa espuma que se forma cuando un buen barista prepara un café en una adecuada máquina. Con independencia de los muchos bulos que corren sobre la correcta preparación del mismo y de las disputas entre los negacionistas del papel de la crema en un buen espresso y de los que le conceden todo tipo de inherentes cualidades, nuestro Don Ernesto y Luciano Navarini (otro conocido experto de la Ciencia del Café) dedican su artículo a explicar la Química y la Física de la formación de una correcta crema o espuma de café.

Como ya explicábamos hace tiempo, la formación de una espuma en un líquido es el resultado de introducir un gas en ese líquido y conseguir que las burbujas derivadas del gas introducido se estabilicen al menos por algún tiempo. Y para conseguirlo necesitamos el concurso de una tercera sustancia, el surfactante o emulsificante, una molécula con capacidad para colocarse en la frontera entre el líquido y el gas, estabilizando así cada una de las burbujas de gas que hemos introducido en el líquido. Poca gente sabe, y el artículo mencionado lo cuenta muy bien, que el gas que da lugar a la crema del espresso proviene del anhídrido carbónico, o CO2, formado durante el tostado del café y atrapado en el interior de cada uno de los granos que vamos a moler para preparar un café de máquina. En esa molienda previa, una parte importante del CO2 atrapado se pierde, pero si el lapso de tiempo entre la molienda y la preparación del brebaje se minimiza, aún queda CO2 suficiente para que, a las temperaturas a las que hace pasar agua por el café molido, ese gas se incorpore al espresso y forme burbujas.

Para formar y estabilizar a estas, en lo que llamamos crema, necesitamos el concurso de un surfactante o emulsificante. Parece que, en la formación de la espuma, ese papel lo juegan las proteínas contenidas en el café que, aunque desaparecen en parte debido a las reacciones de Maillard que ocurren en el tostado, aún quedan en porcentajes en torno al 8% en el ulterior café tostado. La estabilidad en el tiempo de esas burbujas parece estar ligada a la existencia de polisacáridos de alto peso molecular como el galactomanano o el arabinogalactano. Proteínas y polisacáridos de este tipo pueden formar complejos con compuestos fenólicos que aparecen durante el tostado y que también juegan su papel en la estabilización de la espuma.

Hace unos días (y aquí viene el porqué de leerme el artículo de la crema), mis amigos del Restaurante Arzak me pidieron opinión sobre la Ciencia detrás de la preparación de una espuma con café que se estaba volviendo viral en internet desde el comienzo de la pandemia. La mejor manera para tener información sobre el asunto es poner Dalgona coffee en Google, lo que te devuelve más de siete millones de páginas relacionadas. El nombre Dalgona viene de una golosina coreana con similar sabor y color que la espuma de la que vamos a hablar ahora. La cosa no es nueva y similares preparaciones como el frappé de café griego o el café batido de los indios tienen décadas de historia.

La preparación es sencilla y basta con batir café instantáneo, agua y azúcar. En este caso, la espuma se forma gracias al aire que introducimos en la mezcla con ayuda de un agitador mecánico y no al CO2 que queda en los granos de café tostado y posteriormente molido del espresso. Pero también aquí, para que la espuma sea estable, necesitamos que las burbujas de aire no colapsen. Igual que ocurre en el espresso, la presencia de proteínas, polisacáridos y otros compuestos es la que asegura la formación y estabilidad de las burbujas constituyentes de la espuma.

Parece, según lo que he visto, que la razón por la que no se puede espumar un café preparado en máquina o mediante filtrado tipo Melitta radica en que ese café contiene una cantidad importante de lípidos, algunos de los cuales, como los ácidos grasos, desestabilizan la superficie de las burbujas al competir en ella con las proteínas emulsificantes, haciendo que sea difícil crear la espuma. Eso también lo cuentan con detalle Illy y Navarini en su artículo sobre la crema del espresso. Y en el contenido en esos lípidos parece estar también la razón por la que no todos los cafés instantáneos sean iguales a la hora preparar el Dalgona. Cuando los industriales preparan un café instantáneo tienen dos posibilidades. Partiendo del café en su forma de disolución acuosa (el café normal) hay que quitar el agua para obtener el polvo que llamamos café instantáneo. Para ese secado hay dos alternativas: el secado por pulverización de la disolución en una cámara a alta temperatura o el secado por liofilización en el que, con la ayuda de bajas temperaturas y vacío,  el agua congela y luego sublima. Este segundo procedimiento es más caro pero tiene la característica de eliminar menos volátiles del originario café (lo que intrínsecamente es bueno) pero elimina también menos lípidos, polisacáridos y compuestos fenólicos (algo malo para la confección del Dalgona ya que el espumado en su presencia es más complicado). Así que el café instantáneo más baratito es el que mejor va para el truco.

Se pueden preparar esas espumas sin azúcar pero colapsan mas rápidamente. Ello es debido a que la adición de azúcar produce dos efectos: por un lado aumenta la viscosidad de la mezcla a espumar, lo que retarda el proceso de colapso y, por otro lado, porque minúsculos granos de azúcar se colocan entre burbuja y burbuja de aire y retienen la estructura.

Me dicen los de Arzak que ellos han probado con diferentes concentraciones de café instantáneo y azúcar en agua. Y que, desde un punto de vista organoléptico, hay grandes diferencias. Aunque una mayor cantidad de café hace que haya más proteínas y otros surfactantes en el medio, lo que facilitaría el espumado, el resultado puede saber a rayos.

Estoy seguro de que ellos ya están cerca de la fórmula ideal para ofrecer algo espectacular. Pero no puedo dar más detalles porque eso entra dentro del secreto de sumario.

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jueves, 13 de agosto de 2020

Microfibras en el mar

Cuando en una entrada del pasado verano iniciaba aquí una serie de tres entradas sobre el problema de los microplásticos en el mar, os hablaba de una producción anual (a nivel global) de 400 millones de toneladas de materiales plásticos, pero advertía que a esa cifra había que sumarle unas 70 millones de toneladas más, provenientes del mercado de las fibras sintéticas conocidas como fibras de poliéster y poliamida, que también son plásticos en su sentido literal pero que, por una serie de razones, se suelen contabilizar aparte, junto con otras fibras de origen natural como el algodón, las fibras de celulosa modificadas, la lana, la seda, etc. En una entrada posterior, a la hora de explicar el origen de todos los microplásticos que acaban en el mar, mencioné de pasada que había una creciente sensación en la literatura científica de que las fibras constituían una parte muy importante de los microplásticos encontrados en el mar, en los seres vivos, en los suelos, etc. Y que había que estar pendiente de nuevos datos para sacar adecuadas conclusiones al respecto. Esta entrada es una puesta al día sobre la presencia de microfibras, tanto sintéticas como naturales, en el mar.

La gráfica que ilustra esta entrada (y que se amplia clicando en ella) es un poco antigua (2015), pero muy ilustrativa para lo que os quiero contar hoy. En el eje vertical de la izda se representan, desde 1960, los millones de toneladas de fibras producidas a nivel mundial, como suma de los cuatro tipos más importantes: fibras sintéticas de poliamida y poliéster (denominadas Man made, non-cellullosic en el gráfico, área verde), algodón (cotton, en azul), celulosas modificadas  como el rayón o la viscosa (Man made cellullosic, en morado) y lana (wool, en rojo). Puede observarse que mientras que los tres últimos tipos de fibras no han crecido mucho desde 1960 (el algodón algo más), el dato final de 2015 muestra que la lana, el rayón y la viscosa juntos andaban por 6 millones de toneladas anuales, mientras el algodón estaba cerca de los 25 millones de toneladas y las fibras sintéticas alcanzaban los 60 millones  de toneladas anuales y creciendo rápidamente.

Dado que, repito, lo que todo el mundo entiende por plásticos andan ya en los 400 millones de toneladas anuales, parece lógico pensar que los microplásticos encontrados en el mar  y los otros ámbitos arriba mencionados (incluidas las anchoas), tendrían que ser, sobre todo, de esos plásticos comerciales provenientes de recipientes de todo tipo,  de filmes y de la multitud de objetos que fabricamos en plástico. Pero, como decía arriba, la literatura reciente está acumulando artículos en los que se muestra que las micropartículas antropogénicas más habituales en casi todos los ámbitos investigados son precisamente las fibras (lo que también pasaba en las anchoas, en la entrada mencionada arriba), lo que no deja de ser sorprendente.

El asunto de las microfibras en el mar está muy bien revisado y explicado en un reciente artículo publicado en junio de este año en la revista Science Advances [DOI: 10.1126/sciadv.aay8493] por un grupo de investigadores australianos, sudafricanos e italianos. Sobre la base de casi 1000 muestras de agua de mar superficial, recogidas en más de 600 localizaciones situadas en cuencas oceánicas que cubren zonas del Mediterráneo, el Índico, el Atlántico Norte y Sur y diversas zonas del Océano Austral, llegan a unos resultados que me han parecido lo suficientemente relevantes (y, como digo, sorprendentes) que os voy a relatar.

De acuerdo con sus datos y tras el adecuado análisis de las muestras por Microespectrometría Infrarroja de Transformada de Fourier, la mayoría de las microfibras que ellos han encontrado en la superficie del mar no son precisamente fibras sintéticas como los poliésteres y las poliamidas, a día de hoy las que más se fabrican y que podrían conceptuarse claramente como microplásticos. Por el contrario, las fibras de origen celulósico suponían casi el 80% de todas las fibras recogidas, tanto en sus versiones naturales (algodón, lino, yute,..), como en las químicamente modificadas (rayón y viscosa), aunque casi la mitad de ellas eran de algodón. Un 12% de las fibras recogidas eran de origen animal (lana, seda) y solo el 8% restante eran de origen puramente sintético (poliésteres y poliamidas).

En un intento de buscar una explicación a ese resultado, los autores especulan sobre posibles diversas causas, como la mayor biodegradabilidad de las microfibras sintéticas, algo poco plausible, el hecho de que quizás en los lavados y diversos usos de prendas y materiales con esas fibras sean las de origen celulósico las que más fibras suelten (cosa que habría que verificar). Pero la que más me ha convencido, y no había pensado nunca en ella al considerar la contaminación por fibras en el medio ambiente, es que los humanos llevamos siglos usando materiales a base de algodón, lana, seda y similares. Y solo desde hace menos de un siglo empezamos a vestirnos con fibras sintéticas. Así que la acumulación de fibras naturales en el medio ambiente pudiera ser el producto de ese prolongado uso y, si no hemos reparado en el problema hasta ahora, es porque no teníamos con qué verlas, caracterizarlas y cuantificarlas adecuadamente. Es algo parecido a la contaminación de mercurio en la Tierra que solo hace pocos años hemos analizado en detalle, cuando ya los romanos (y otros pueblos aún antes) usaban mineral y derivados de mercurio para diversos usos de su vida normal. Una de mis más antiguas entradas (un poco larga, cierto, pero de las más visitadas) lo contaba al final.

Eso lleva a los autores a manifestar otro punto de vista igualmente interesante. Las cifras de los llamados genéricamente microplásticos presentes en el mar (ya sea en superficie o en el fondo), en el aire de las grandes ciudades, en lugares recónditos como el Ártico o montañas poco accesibles, están hinchadas por la inclusión en ese término de todo de tipo de fibras recogidas en los rastreos y en los que, como se ve, las fibras naturales de algodón o de lana aportan un componente importante. Todo ello dicho con las adecuadas prevenciones, lo que lleva a los autores, como suele ser habitual, a pedir que se investigue mucho mas en el tema.

Así que si ya teníamos problemas en ver dónde está todo el plástico corriente que se vierte a los océanos (algo que ya tratamos en la entrada antes mencionada) tendremos que seguir comprobando si estos datos recientes sobre la prevalencia de las fibras en el mar se siguen confirmando y, en su caso, buscar razones convincentes para esa masiva presencia o dar por hecho que el uso histórico de las fibras naturales es, en el fondo, el causante de lo que estamos viendo.

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