viernes, 20 de noviembre de 2020

Cocina y ósmosis

Una lectora del Blog del Búho, profesora de cocina, me escribía esta semana sobre las dudas que asaltan a ella y a algunos colegas a la hora de explicar bien a sus alumnos el efecto de la ósmosis en algunas preparaciones culinarias. Y no me extraña. Desde que tengo relación con el mundo gastronómico, he visto en muchas ocasiones el alegre uso que se hace de este término por parte de algunos cocineros, con platos que algunas cartas "adornan" con el adjetivo osmotizado. Y he visto, también, algunas afirmaciones poco ajustadas a la verdad en libros de texto o relacionados con Ciencia y Cocina. Con el email de mi amiga la cocinera tengo un buen tema para una entrada, tema sobre el que creo tener las ideas muy claras, pero que puede resultar algo complicado de explicar. Voy a intentarlo y a ver qué sale. Que estas cosas siempre se pueden mejorar y tratar de hacerlo de la forma más sencilla posible. Pero no más, que diría Einstein.

El fenómeno de la ósmosis, en su estado mas simplificado, se puede ver bien en la figura que ilustra la entrada. Un disolvente (por ejemplo agua) y una disolución acuosa de un soluto (por ejemplo sal común) se colocan a a uno y otro lado de una membrana que denominamos semipermeable, lo que quiere decir que el disolvente (agua) es capaz de atravesarla pero el soluto no. Las moléculas de agua son pequeñas y pueden colarse por los entresijos de la membrana pero las del soluto, bastante más grandes, no caben en esos huecos. Hervé This, uno de las padres de la llamada Gastronomía Molecular, ha usado muchas veces (por ejemplo aquí) un experimento muy relacionado con la cocina para explicar el fenómeno osmótico. Cogemos un huevo y lo metemos en vinagre y lo dejamos allí hasta que la cáscara (carbonato cálcico) se disuelve en el ácido acético del vinagre. Se nos quedará un huevo sin cáscara, con una membrana que rodea al conjunto de la clara y la yema. Con mucho cuidado, cojamos ese huevo indefenso y pongámoslo en agua destilada (agua que no contienen sales) o, en su defecto, en una de esas aguas comerciales que su propaganda llama "aguas ligeras" por su bajo contenido en sales disueltas. Observaremos que el huevo se hincha. Si, por el contrario, ponemos ese huevo sin cáscara en agua con bastante sal el huevo se contraerá ("marchitará" en la terminología de This).

Expliquemos con ese ejemplo lo que ocurre. Cuando a un lado de la membrana tenemos agua pura (o casi) y al otro lado disoluciones de agua (el huevo es muy complejo pero tiene cosas solubilizadas en agua), la Termodinámica dice (y la experiencia enseña) que lo mismo que en la figura de arriba, el agua atravesará la membrana en el sentido que va del agua pura al interior del huevo. Algunos textos de Secundaria y también de Ciencia y Cocina dicen, erróneamente, que el proceso seguirá hasta que las concentraciones se igualen a ambos lados de la membrana, algo absolutamente incorrecto. Porque, si eso fuera cierto y empleamos agua destilada en uno de los lados, el fenómeno resultaría eterno en el tiempo porque nunca llegaremos a tener solo agua en los dos lados. Entonces ¿cuándo se detiene el proceso?. Los termodinámicos decimos que cuando el potencial químico del agua a un lado y otro de la membrana se igualan 😂. Pero hay otra forma de explicarlo algo más entendible para que no dejéis de leerme en este punto. A medida que pasa agua al interior del huevo, la presión en ese lado sobre la membrana es mayor, hasta que alcanzamos un valor (llamado presión osmótica) que hace que se contrarreste la tendencia del agua a pasar al interior del huevo. En esa situación se alcanza el equilibrio y el huevo deja de hincharse. Volviendo a la explicación más estricta, esa presión extra es la causante de que el potencial químico del agua a uno y otro lado de la membrana sea el mismo.

En el caso de que el agua fuera del huevo tenga una concentración de sal (u otros solutos) superior a la del interior del huevo, el agua pasa del interior al exterior y el huevo va perdiendo volumen y quedándose un tanto pachucho. En este caso, la presión osmótica se genera sobre el exterior de la membrana y tiene su origen en el hecho de que el agua en el recipiente irá aumentando su volumen y ejercitando una mayor presión sobre el huevo.

Cuando pasamos a otros ejemplos culinarios la cosa puede no ser siempre tan simple. Tanto en los tejidos animales como vegetales existen membranas que podríamos considerar semipermeables, que envuelven fibras musculares o vegetales, las cuales contienen agua y otras sustancias en su interior. Pero en las manipulaciones que hacemos con esos alimentos podemos romper físicamente o degradar (por ejemplo, por acción del calor) esas membranas, con lo que pierden el carácter que pudieran tener cuando están intactas y dejan que pasen a su través diferentes sustancias por otros mecanismos, el mas pertinente aquí sería el de difusión. En el caso del huevo, imaginemos una "degradación" consistente en dar uno o varios pinchazos a la membrana con un alfiler. Los huecos generados dejarían pasar todo tipo de sustancias a uno y otro lado de la membrana de forma libre, tratando de ocupar todo el espacio que se les ofrece dentro y fuera del huevo, hasta que las concentraciones se igualaran en el conjunto agua/huevo. Como veis, alcanzar el equilibrio por ósmosis o difusión no es lo mismo. Estas sencillas ideas pueden usarse para explicar los dos ejemplos que me ponía nuestra cocinera en su email. El primero tiene que ver con el clásico proceso de poner a remojo unos garbanzos y el segundo con la preparación de un caldo a partir de verduras o carne.

El caso de los garbanzos está muy próximo a una membrana semipermeable intacta, porque su cubierta exterior se altera poco durante el tiempo que está en contacto con agua (fría). Es además un proceso que está muy estudiado en la literatura. Por ejemplo, el Prof. Gabriel Pinto, de la Politécnica de Madrid, un genio en la preparación de experimentos atractivos de Química para los estudiantes, publicó en 2004 un interesante artículo en el que estudiaba la velocidad de hidratación de los garbanzos a diferentes temperaturas y diferentes concentraciones de sal en el agua de remojo. Sin entrar en muchos detalles técnicos, os contaré que la conclusión que aquí mas interesa es que los garbanzos ganaban más peso (o sea agua) cuando estaban en agua pura que cuando se les ponía a remojo en distintas disoluciones de sal en agua. A la concentración de sal más alta que ellos estudiaron, 175 gramos de sal por litro de agua (casi seis veces más salada que el agua de mar), los garbanzos cogían prácticamente la mitad de agua que en agua pura. Y además, aunque esto es otro asunto, a velocidades más lentas. Si la membrana (piel) del garbanzo se rompiera (cosa rara en el remojo), el fenómeno deja de ser puramente osmótico y algunas sales del interior del garbanzo podrían pasar al agua por el simple fenómeno de difusión arriba mencionado. Sobre el deterioro de las membranas que cubren a otra legumbre, las alubias de Tolosa, escribí una de las primeras entradas de este Blog, que os recomiendo encarecidamente leer. Para terminar este párrafo, mencionaré que un caso similar al de los garbanzos en remojo se da en las papas canarias, que se cuecen en agua con mucha sal, provocando la salida del agua de éstas y dejándolas "arrugás".

El caso de la obtención de un caldo de verduras o carne es más controvertido y nos permite atisbar las razones por las que algunos cocineros andan liados con este asunto. El ya mencionado Hervé This parece tenerlo bastante claro. En una recopilación de artículos publicados por él en la revista francesa Pour la Science y recogidos en un libro titulado Casseroles et éprouvettes, dedica un capítulo a este problema y desmonta lo que, según él, es un mito: el que sea importante adicionar sal antes o después de preparar un caldo de carne o verduras. Y lo hace experimentando con dos trozos de carne idénticos que coloca en dos cacerolas idénticas, una con agua pura y otra con una disolución saturada de sal (la friolera de 360 gramos de sal por litro de agua). Cuece ambos trozos durante cinco horas y, de acuerdo con sus medidas, el peso de ambos trozos de carne al final es igual, gramo arriba gramo abajo. Según él, aunque al principio de la cocción podríamos considerar que las membranas animales están intactas y pueda tener lugar un fenómeno puramente osmótico, a lo largo de la cocción se van deteriorando y van perdiendo su condición de semipermeables, con lo que el agua, las sales, las sustancias aromáticas y lo que mi amiga la cocinera que me escribe llama "jugos" acabarían incorporándose al caldo mediante un simple fenómeno de difusión libre, por aquellos sitios o huecos en los que la membrana semipermeable ya no es tal. En palabras del propio Hervé This, "el alimento se comporta como una esponja llena de canales: la sal no tiene ahí ningún papel especial".

Un clásico en la integración de Ciencia y Gastronomía, el libro titulado Léxico científico gastronómico, publicado en 2006 por la Fundación Alícia y elBullitaller de Ferrán Adriá, dedica sus páginas 162-164 al asunto de la ósmosis y, creo yo, que de forma no muy clara. Para empezar, define ósmosis como "el proceso por el que el agua pasa a través de una membrana permeable, desde una disolución más diluida a una más concentrada, tendiendo a equilibrar las concentraciones a ambos lados de la membrana" (todos los subrayados son míos). En esa definición me parece erróneo que se hable de membranas permeables y no de membranas semipermeables, el corazón de un proceso osmótico, cuando en esas páginas se pretende enseñar sobre el mecanismo de ese proceso. Y la cosa se marea más cuando, en la página siguiente, aparece una figura en la que, por dos veces, se bautiza a una membrana que separa dos medios como semipermeable. Y se vuelve a complicar todavía más cuando, debajo de la definición de ósmosis, se informa de que "de forma natural, las membranas de las células que constituyen los tejidos animales y vegetales son permeables. Ello permite la continua absorción y eliminación de sustancias a través de la membrana". La palabra permeable vuelve a aparecer y parece deducirse, también, que cualquier sustancia puede atravesar esas membranas. Y eso, como ha quedado explicado, no es lo que corresponde a un fenómeno osmótico puro, en el que lo único que atraviesa la membrana es el disolvente (agua en nuestro caso) y no otras sustancias de la carne.

En realidad, si la carne fuera un conjunto de fibras perfectamente protegidas por membranas que funcionaran como semipermeables (condición sine qua non para un fenómeno osmótico), cocer carne con agua pura implicaría que la carne se hinchara (como los garbanzos), mientras que al cocer la carne con agua con abundante sal, la carne se arrugaría (como las papas). En uno y otro caso, fuera de la carne solo habría agua (o agua y sal). Si eso no ocurre y obtenemos un caldo es porque, como decía Hervé This, en algún momento de la cocción las membranas se deterioran, pierden su condición de membranas semipermeables y la difusión de todas esas sustancias a un lado y otro es lo suficientemente libre como para que la concentración de cada una de ellas se iguale a lo largo y ancho de todo el contenido de la cacerola.

Y os dejo, que esto ya es demasiado largo y, además, me tengo que poner a hacer unos garbancitos que dejé ayer "osmotizando"...

9 comentarios:

aurora ruiz galán dijo...

El exceso de presión -o presión osmótica- en uno de los lados de la membrana semipermeable lo veo más claro en el caso del huevo en agua sin sal, porque la propia membrana es elástica y ejerce esa presión sobre el líquido interior que va aumentando de volumen (lo mismo que aumenta la presión en un globo o un neumático de bicicleta cuando se van hinchando). Pero, en el caso inverso de la papá en salmuera, no me parece tan evidente cuál es el mecanismo de aumento de presión fuera de la piel de la papa. Será que una/uno ya no está para estas cavilaciones

Yanko Iruin dijo...

Lo explico también en el caso del huevo. En un fenómeno osmótico idealizado, cuando pasa agua del lado del agua pura al lado de la disolución (o del lado más diluido al más concentrado), el nivel en el lado de la disolución aumenta y eso ejecuta una presión hidrostática adicional en el lado de la membrana en el que el nivel ha subido.

Mira, por ejemplo, la segunda figura de esta entrada, cogida un poco rápido en Google para enseñártela. Aquí no puedo pegar figuras.

https://microbiiologia.wordpress.com/2013/05/24/presion-osmotica/

Anónimo dijo...

Encuentro muy interesante el tema.
Además de si es para un fin de placer o salud, quizás tiene relación con ecosistema o recursos, por el transporte de calor al cocinar.
El transporte de calor varía en agua dulce o salada. Quizás entonces influiría en contaminar menos, al usar más o menos energía para cocinar.
A veces puede ser importante, si se puede tener poco combustible al cocinar en circunstancias limitadas. Entonces iría bien saber el momento mejor para poner sal. O no ponerla, hasta consumir...
No sé si por ejemplo serviría para pautar cómo preparar arroces o sopas con el mínimo de combustible en una embarcación, travesía de montaña, viaje... O por ecosostenibilidad, reducir gastos, o una botella menos al año para subir a un quinto sin ascensor ;-)
Saludos,
anónimos a la fuerza por saludar desde fuera de gmail,
Toni M. des de Mallorca

aurora ruiz galán dijo...

Gracias, Búho, pero no me convence la figura que citas (aparte de que lleva una errata al decir que la membrana es 'permeable' a las proteínas y polisacáridos).
Volvamos a las papas arrugadas y supongamos que hay muy, muy pocas papas y que el volumen de salmuera es muy, muy grande, pero de poco espesor, tal que el nivel de líquido queda justo al ras de las papas. Yo diría que, en este caso, las papas se cocinarán arrugándose, aunque no se genere una sobrepresión hidróstática apreciable, ya que el nivel de líquido apenas cambia.

Yanko Iruin dijo...

Touché en lo que te he mandado. Las prisas.
Pero las papas no se hacen con grandes volúmenes de agua salada. Más bien lo contrario.

Yanko Iruin dijo...

Y, en cualquier caso, da igual.

Yanko Iruin dijo...

Este Búho, amigo tuyo, ha medido presiones osmóticas generadas al enfrentar, con una membrana semipermeable por medio, disoluciones diluidas de polímeros con el disolvente puro. Tanto por lo diluido de las concentraciones como por el peso molecular de los polímeros, las presiones generadas eran muy bajas. Como las medíamos por diferencia de altura, necesitábamos un catetómetro para ello, un instrumento que nos permitía apreciar la centésima del milímetro. Eso ya no se hace hace tiempo y hay osmómetros comerciales que miden presiones osmóticas muy pequeñas electrónicamente.

gabriela dijo...

¿Y como quedaron esos garbancitos?
Leyendo este post, veo que mi abuela tenía razón cuando insistía en que hay que remojar las legumbres "en agua pura". Ella era práctica y sabía que así quedaban mejores.

Enrique dijo...

Interesante los ejemplos caseros, otra situación de difusión y posterior osmosis se da al poner remojar pallares y frijoles, en el primero la cáscara sale con más facilidad, tendrá que ver con la porosidad de la piel y la debilidad de las fuerzas intermoleculraes a diferencia del frijol que por su rigidez requiere más tiempo de contacto con agua pues su difusión es más lenta debido a la compcaticidad de la cáscara.