Nueva entrada en Mujeres con Ciencia

Este martes de agosto he publicado una nueva entrada en el Blog Mujeres con Ciencia, coordinado por la profesora del Departamento de Matemáticas de la UPV/EHU Marta Macho Stadler. Un blog que divulga el importante (aunque a veces oscuro o, más bien, oscurecido) papel de las mujeres en el progreso científico. En este caso, mi contribución se ha centrado en la figura de Uma Chowdhry quien, emigrando muy joven desde Bombay a EEUU, llegó a las más altas instancias de poder de DuPont, uno de los gigante de la Química. Tras contribuir, previamente, al desarrollo de una serie de productos que siempre han interesado a este vuestro Búho. Aquí tenéis el enlace para poder leer la entrada con tranquilidad y, ya metidos en gastos, podéis surfear un poco en otras páginas de ese Blog, siempre interesantes.

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Microorganismos y plásticos

El acolchado (mulching, en inglés) es un procedimiento habitual en agricultura y jardinería que implica la colocación de filmes de plástico sobre los plantones de muchas especies (fresas en la foto que ilustra en la entrada). Cuando van creciendo las plantas pueden salir al exterior a través de ciertos agujeros practicados en el filme, pero este sigue protegiendo el suelo que las sustenta. Ello permite no solo mejorar el proceso de crecimiento de las plantas, sino también reducir el consumo de agua, herbicidas y fertilizantes, previniendo, así mismo, la erosión del suelo de las posibles acciones meteorológicas. La implantación del acolchado ha ido creciendo en las últimas décadas y el mercado global de plásticos destinados a estos fines se estima en unos dos millones de toneladas anuales (que, dado lo ligeros que son estos filmes, es mucho plástico).

Pero cualquier procedimiento ventajoso en cualquier ámbito tiene, irremediablemente, sus inconvenientes. En el caso del acolchado, el plástico empleado tradicionalmente ha sido polietileno (el mismo que el de las denostadas bolsas de basura). Por acción del calor y de la radiación UV del sol, ese polietileno se va degradando, se vuelve menos flexible y más quebradizo, lo que hace que se vaya rompiendo mecánicamente, generando trozos muy pequeños del material (los hoy ya también impopulares microplásticos) que van poblando el suelo, lo que tiene impactos negativos en la productividad del mismo, acarreando, así mismo, otros problemas de tipo ecológico. La solución, aunque por ahora más cara, es el uso de acolchados a base de materiales plásticos que se biodegraden en el suelo. Lo que quiere decir, como ya expliqué en otro sitio, que los microorganismos existentes en el suelo utilicen y consuman ese material rico en carbono que son los plásticos. Todo ello a través de un complejo proceso en el que, tras colonizar superficialmente el material, segregan enzimas que rompen los enlaces de las largas cadenas de átomos que son los plásticos y, finalmente, utilizan esos trozos más pequeños para dos objetivos: incorporar carbono a su estructura biológica y obtener energía, en este caso a base de oxidar ese carbono a CO2 (para lo que, obviamente, necesitan oxígeno, que toman del aire).

En una entrada anterior ya os hablé de un material plástico muy interesante que BASF lleva tratando de introducir en el mercado bajo el nombre comercial de Ecoflex desde hace un cuarto de siglo y de los muchos problemas que se ha encontrado en la implantación del mismo, merced a diversos problemas más o menos técnicos. En Gipuzkoa (y en otros lugares), y aunque la gente no lo sepa, su uso está relativamente extendido por cuanto que las bolsas que se suministran a los ciudadanos comprometidos en la recogida de basura orgánica, la que va al quinto contenedor, están confeccionadas con ese material. Técnicamente es un copoliéster al azar, en el que se combinan unidades de butilen adipato y butilen tereftalato. Cuando a veces he contado cosas de este plástico a los amigos, se suelen sorprender de que se trate de un material obtenido a partir de materias primas derivadas exclusivamente del petróleo, algo que no le impide, sin embargo, el ser absolutamente compostable, y por tanto biodegradable, en una escala de tiempos que otros, vendidos como plásticos "bio", no cumplen.

Uno de los ámbitos en los que este material plástico se va haciendo poco a poco un lugar es, precisamente, en el del acolchado en agricultura y jardinería. Y, por ello, BASF sigue investigando en las condiciones ideales para su biodegradación, en el estudio de los mecanismos de la misma y en la demostración de que su material es realmente consumido (comido) por los microorganismos del suelo. La cosa no es obvia porque, por el momento , no era fácil distinguir en un suelo, el carbono proveniente de un plástico degradado por la acción de microorganismos del carbono que, naturalmente, se encuentra en el citado suelo. Hasta ahora, las argucias para demostrar que el plástico estaba siendo consumido por los microorganismos eran procedimientos indirectos y se basaban, fundamentalmente, en seguir la pérdida de peso del filme y comprobar la degradación química del mismo mediante procedimientos analíticos convencionales (aparición de nuevos grupos funcionales, disminución del peso molecular, etc.).

Pero este lunes, gracias a un artículo de mi admirada Carmen Drahl en la sección Science Concentrates del Chemical Engineering News, me he enterado de que un grupo de investigadores suizos y austriacos (*) han conseguido demostrar que los microorganismos del suelo se comen, literalmente, al Ecoflex de BASF. Para ello, la empresa les ha suministrado un Ecoflex un tanto peculiar, en el que algunos de los átomos de carbono que constituyen las cadenas del plástico han sido marcadas con el isótopo carbono-13 en diversas posiciones. Utilizando sofisticadas técnicas como la denominada NanoSIMS (Nano Secondary Ion Mass Spectrometry), en cuyos detalles no entraré, han sido capaces de demostrar que el carbono-13 originalmente contenido en los filmes sujetos a las condiciones del suelo ha sido, por un lado, incorporado a la biomasa de los microorganismos y, por otro, utilizado por ellos para oxidarlo a CO2 y obtener energía. Y que, a la hora de hacer esto último, los microorganismos prefieren algunos carbonos de la cadena más que otros, aunque eso depende mucho de las condiciones en las que se lleven a cabo los procesos de incubación (preparación previa de los suelos antes de someter los filmes a ellos). Una exquisitez fascinante la de estos bichos (con perdón), sobre la que los investigadores han realizado algunas hipótesis pero que, por el momento, no pasan de eso.

(*) M.T. Zumstein y otros, Science Advances  25 Jul 2018: Vol. 4, no. 7, eaas9024. DOI: 10.1126/sciadv.aas9024.

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Shellac: Microsurcos a 78 rpm

Mis lectores más jóvenes, los que solo escuchan sus canciones favoritas en dispositivos digitales, son poco o nada conscientes de la larga historia que está detrás de la reproducción de la música que, ejecutada por alguien en un estudio y grabada en ciertos materiales usados como soporte, permiten almacenarla para siempre (o casi). Historia en la que los materiales poliméricos han jugado un papel fundamental desde finales del siglo XIX. En esta entrada me voy a centrar en uno de los soportes que monopolizó, casi de forma absoluta, el periodo que va desde la segunda decena del pasado siglo XX hasta prácticamente los años de mi niñez (los cincuenta). Se trata de los entonces populares discos de 78 rpm, como el que se ve en la foto de arriba (que se puede ampliar clicando en ella), fabricados con un material conocido como Shellac, laca Shellac o goma laca. Ese disco sigue almacenando, aún hoy, una Fuga del Clave bien temperado de J.S. Bach.

La laca Shellac es una compleja mezcla de cadenas poliméricas tipo poliéster, que se obtiene a partir de las secreciones de un pequeño insecto (Kerria Lacca), parásito de varios árboles habituales en India, Tailandia y el Sudeste de Asia, sobre los que deposita tales secreciones. El material puro se suele vender, tras una serie de operaciones de separación y preparación, como un sólido coloreado (generalmente naranja) en forma de escamas, a partir de las cuales se pueden preparar disoluciones líquidas (lacas) en alcohol o en disoluciones acuosas amoniacales. La Shellac no es tóxica, como lo demuestra el hecho de que se conceptúe por la Food and Drug Administration (FDA) americana como GRAS (General Recognized As Safe o, lo que es lo mismo, que se tiene por seguro). Esto permite que pueda usarse en alimentos como, por ejemplo, recubriendo algunas frutas y otras chuches y que tenga la categoría de aditivo alimentario, certificada en Europa por el código E904. Ello también permite el que se use en el recubrimiento de ciertos preparados farmacéuticos. En esta aplicación, su principal característica es que el recubrimiento aguanta bien la acidez del estómago, implicando que el medicamento llegue en buen estado hasta el intestino, donde un medio más básico deshace el recubrimiento y permite la liberación del fármaco y su mejor absorción. La Shellac también se emplea en barnices, lacas de uñas y cosas relacionadas, algo en lo que no profundizaré mucho, porque aquí veníamos a hablar de otra cosa.

El origen de la música registrada arranca, como muchos inventos de los siglos XIX y XX, de la genialidad de Thomas Alva Edison y su famoso fonógrafo (1877), que permitía registrar la voz humana, y luego reproducirla, en unos cilindros envueltos en papel de estaño. Edison abandonó el tema durante algún tiempo, porque anduvo muy entretenido con la bombilla de filamento incandescente, pero volvió al tema después de que Alexander Graham Bell introdujera unos cilindros de cera para sustituir a los cilindros originales del fonógrafo. Eso debió picar al siempre inquieto Edison quien, enseguida, consiguió mejorar las prestaciones del mismo mediante una cera especial (brown wax, cera marrón), que nunca patentó. Algo que si hizo, aprovechando el descuido, la American Gramophon en 1898. Pero Edison volvió a la carga con una nueva cera que, esta vez si, patentó como cera negra o black wax. Y ahí empezó un largo litigio sobre la legalidad de una y otra patente, otro más de los numerosos pleitos que Edison afrontó en el final de su vida para preservar muchos de sus inventos.

Antes, alrededor de 1890, Emile Berliner, introdujo los primeros discos, tal y como hoy los entendemos, fabricados con celuloide y caucho vulcanizado, prensados convenientemente hasta dar la forma plana deseada. Al dispositivo que conseguía reproducir los sonidos en él grabados, lo llamo gramófono. Solo cinco años más tarde, el mismo Berliner introdujo el Shellac como material base de sus discos que, además, llevaban en su composición arcilla y fibras de algodón. Como decía en la introducción, los discos a base de Shellac reinaron más de cuarenta años en el panorama de la reproducción musical del siglo XX, dando vueltas en el gramófomo o tocadiscos a una velocidad, más o menos, de 78 revoluciones por minuto, bajo el peso de la aguja o pickup y reproduciendo el sonido en ellos grabado. Edison respondió en 1912 introduciendo discos a base de un material de síntesis con el que trataba de emular las propiedades de la Shellac y que llamó condensite, una resina muy parecida a la bakelita que los más viejos hemos conocido en interruptores de luz o en los viejos teléfonos negros. Pero la condensite no pudo competir con la Shellac debido a su elevado coste.

En otro avance más en este campo, la Columbia Records empezó a fabricar en 1948 y a base de mezclas de policloruro de vinilo (PVC) y poliacetato de vinilo (PVAc), los bautizados como discos de Larga Duración (Long Play o LP), que giraban a 33 rpm y almacenaban mucha más música. Esos materiales poliméricos, completamente sintéticos, eran flexibles, fácilmente moldeables y daban lugar a discos menos frágiles que los de Shellac (que se partían con relativa facilidad). A partir de entonces, la muerte de esos primitivos discos estaba anunciada. Los llamados discos de vinilo, o simplemente vinilos, los fueron sustituyendo poco a poco, aunque aún aguantaron unos años más.

Y a los vinilos también les llegó su Sanmartín, a principios de los ochenta, cuando Philips y Sony empezaron a vender sus afamados CDs, que se leían con tecnología láser y se fabricaban exclusivamente a base de otro polímero, el policarbonato de bisfenol A (un buen amigo del que os escribe). Pero esa es otra historia para una ulterior entrada.

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El CO2 escasea

Lo que son las paradojas de la vida. Nos están bombardeando cada día con el asunto de que la concentración del CO2 en la atmósfera está creciendo continuamente como consecuencia, sobre todo, de la quema de combustibles fósiles y ahora resulta que, desde un poco antes del verano, hemos entrado en un período de absoluta escasez de dicho gas para muchos procesos industriales donde su concurso es absolutamente necesario, procesos que están en el origen de cosas que se han vuelto tan cotidianas como beber cerveza o comprar carne u otros productos, envasados en atmósferas modificadas ricas en ese gas para preservar su color  o prestancia a los ojos del consumidor. En otros usos un poco menos conocidos, el CO2 se usa para aturdir animales antes de su sacrificio o para llenar extintores que lo expulsarán en forma de polvo a -80 ºC.

Y la culpa de esta situación, la peor en décadas según algunas fuentes conocedoras del tema, la tiene otro gas: el amoniaco o NH3, obtenido a partir de sus componentes, hidrógeno y nitrógeno, por medio de la famosa síntesis de Haber-Bosch, de la que he dado muchos detalles en otra entrada de este Blog. Mientras el nitrógeno es accesible en tanto que componente mayoritario del aire de nuestra atmósfera, del que puede extraerse, las modernos plantas de producción de amoniaco obtienen el hidrógeno necesario para dicha síntesis de hidrocarburos como el metano (CH4), contenido en el gas natural. En el proceso de "separar" el carbono y el hidrógeno del metano, se obtiene como subproducto CO2, que esas industrias comercializan para los variados usos del gas, algunos de los cuales he mencionado arriba.

Como también puede leerse en la entrada arriba mencionada, el amoniaco se usa fundamentalmente para fabricar fertilizantes, proporcionando a través de ellos el nitrógeno que las plantas necesitan para crecer, junto con aportes sustanciales de fósforo y potasio. Pero la agricultura extensiva en el Hemisferio Norte no fertiliza durante los meses de verano, así que la venta de fertilizantes cae, la producción de amoniaco lo hace al unísono y nuestras espitas de cerveza pueden llegar a verse privadas del necesario CO2.

Y vosotros diréis, ¿pero eso pasará todos los años y habrá previsiones al respecto, no?. Pues si y no. Dicen algunos medios británicos que, al menos en ese país, la culpa la tiene el disparado consumo de cerveza que se ha producido en tierras del Brexit como consecuencia de los mundiales de fútbol y la pertinaz sequía que les asola y que ha dejado los campos de golf de Escocia (hoy he visto como está el de Carnoustie, sede del Open 2018) cual campos de trigo castellano en pleno agosto.

Alguno de mis lectores, generalmente bien informados, habrá pensado que este es un buen nicho de negocio para el asunto de la captura y almacenamiento de CO2 (CCS, Carbon Capture and Storage), un conjunto de tecnologías que se pregonan como solución para devolver la concentración de este gas en la atmósfera a los valores del periodo preindustrial, eliminando así lo que, para muchos, es el botón principal a la hora de regular el llamado cambio climático.

Ciertamente hay mucho CO2 en el aire de nuestra atmósfera, dada su vasta extensión, pero el problema es que esa concentración que preocupa tanto a los climatólogos es, desde el punto de vista cuantitativo, casi ridícula. Las famosas 400 ppm (411 para ser exactos a finales de junio de 2018) suponen, una vez transformadas en tanto por ciento, que el aire que nos rodea solo contiene un 0,04% de CO2, lo que hace inviable económicamente el obtenerlo a partir de esa vía. Algo más práctico, en principio, es dedicarse a capturar el CO2 que emiten las plantas que queman carbón o hidrocarburos para producir electricidad.

Pero incluso la viabilidad de esta segunda opción es más que discutible, aunque prefiero dejarlo para otra ocasión. Mientras tanto esperemos que la crisis no vaya a mayores y la situación se normalice. Basta con esperar a que los agricultores vuelvan a comprar fertilizantes.

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Cocina radical

La primera semana de julio participé en un Curso de Verano de la UPV/EHU organizado por la Cátedra de Cultura Científica de la propia UPV/EHU y por Ikerbasque, un Curso sobre el que ya hice publicidad en una breve entrada. No sé lo que dirán los organizadores pero creo que todo el mundo se lo ha pasado bastante bien durante el mismo. También yo, que tuve así la oportunidad de estar en mi pueblo con buenos amigos, a los que leo casi cada día pero que no tengo muchas ocasiones para tomarme algo con ellos. Mi charla se tituló Gastronomía Molecular y voy a tratar de dar aquí unas breves pinceladas de ella para, finalmente, centrarme en una propuesta radical sobre la forma de cocinar que no soy capaz de predecir qué recorrido tendrá finalmente, pero a la que ya llevo un tiempo siguiendo la pista.

El término Gastronomía Molecular tiene su origen en una serie de reuniones celebradas a partir de 1992 en la localidad de Erice, en Sicilia, entre personas ligadas a la ciencia, algunos cocineros y gentes de otro pelaje, todas ellas interesadas en los fundamentos de los procesos subyacentes a esa forma de transformar los alimentos que llamamos cocinar, procesos que se han ido sofisticando a lo largo de los últimos decenios. Pero al mismo tiempo que esas reuniones tenían lugar en Erice, algunos cocineros que no llegaron a saber lo que se cocía en Erice hasta principios del siglo XXI, habían comenzado en las cocinas de sus restaurantes su propio proceso innovador. La figura representativa de ese colectivo y que casi todo el mundo conoce es Ferrán Adriá, del ya cerrado (en 2011) Restaurante El Bulli. Adriá, y otros cocineros, adaptaron al día a día de los restaurantes una serie de técnicas experimentales habituales en los laboratorios, como los baños termostáticos, los dispositivos de vacío, las centrífugas o los liofilizadores, introduciendo además una serie de ingredientes, hasta entonces solo manejados por la industria alimentaria, destinados a generar nuevas texturas en forma de espumas, geles o esferificaciones.

Para finales de 2006 era obvio que ambas aproximaciones a la cocina de vanguardia no estaban muy por la labor de aparecer revueltas. A casi nadie le gustaba el término Gastronomía Molecular, excepto a Hervé This, uno de los organizadores de las reuniones de Erice, que ya apareció en este blog hace tiempo y que fue el que lo acuñó. Hervé This siempre ha tenido claro lo que el controvertido término significa para él: "La ciencia que estudia los fenómenos que se dan en los componentes de los alimentos cuando se cocinan". Para This, "los chefs no hacen Gastronomía Molecular, no son científicos. Son cocineros y, tal vez, artistas. En todo caso, utilizan métodos habituales en la Física y en la Química para elaborar sus platos, hacen lo que podríamos llamar cocina molecular".

Pero a muchos de los cocineros que estaban experimentando nuevas herramientas e ingredientes no les gustaba que se justificara su creatividad como la mera interacción con unos científicos. Así que gentes que estuvieron y no estuvieron en Erice, se juntaron para declarar solemnemente, en un artículo publicado en The Guardian en diciembre de 2006, que lo que This entendía por Gastronomía Molecular no describía en absoluto su filosofía a la hora de cocinar. Y para que no quedara duda, y al hilo de esa proclama, Adriá introdujo enseguida el término Cocina tecno-emocional que, en mi opinión, pretendía erradicar por completo todo lo que el adjetivo molecular implicara en este contexto.

Pero This no es de los que se deja avasallar así como así. Y en años recientes ha manifestado por todo el mundo que lo que él entiende por Cocina Molecular (lo que ha hecho Adriá hasta que cerró El Bulli y muchos otros siguen haciendo) "se ha acabado, hay que hacer sitio a la cocina note-à-note", una denominación que, en traducción un tanto libre, podríamos bautizar como cocina molécula a molécula o componente a componente. Y si seguimos a This en lo que él entiende por tal, "En ese tipo de cocina son los compuestos, los componentes, los que mandan. Si aisláramos los que son determinantes en un plato o en un alimento, podríamos conseguir el mismo resultado mezclándolos en la proporción adecuada".

Y para entenderlo mejor, nada como un ejemplo. Desde hace años, Hervé This organiza en Paris una especie de concurso (International Contest for note-by-note cooking), en el que generalmente participan cocineros jóvenes, donde se premia a los mejores platos que se presenten concebidos y ejecutados de acuerdo con esa filosofía del note-à-note. Entre los presentados en las seis convocatorias ya transcurridas (la última es de este junio), he elegido un poco al azar un plato presentado en la edición 2014 para aclarar ideas. Se llamaba puré de patata al limón y sus ingredientes eran los siguientes: 2 gramos de ácido cítrico, 120 mililitros de una disolución muy diluida de metional en aceite, 80 gramos de maltodextrina, un poco de sal y unas gotas de un colorante alimentario amarillo. El ácido cítrico, presente ciertamente en el limón, se vende puro, como aditivo alimentario y en forma de polvo con la etiqueta E-330 y se produce industrialmente de varias formas. El metional es un compuesto químico puro, un líquido incoloro con intenso olor a patatas y ciertos toques de bacon frito.

Así que los sabores de patata y limón ya los tenemos. Ahora nos queda cómo solucionar lo de proveernos con algo que proporcione consistencia de puré a lo que nos vamos a llevar a la boca. Y eso lo consiguen los 80 gramos de maltodextrina, un producto derivado de almidones tales como el de maíz, trigo o, generalmente, tapioca, que se fragmentan adecuadamente hasta transformar sus largas cadenas de glucosa en cadenas mucho más cortas del orden de entre 5 y 20 unidades de glucosa. La maltodextrina tiene muchos usos en la industria alimentaria por su intrínseca característica de disolverse en agua pero no en grasas. Así que podemos impregnar la maltodextrina con nuestro aceite de metional y obtener un producto con consistencia y apariencia similar a la de un puré que, cuando la metemos en la boca, se deshace al disolverse la maltodextrina en la saliva, liberando el metional y su sabor a patata.

Como decía al principio, no sé yo qué recorrido tendrá esto. Me recuerda a otra propuesta radical de otro francés, el químico Marcelin Berthelot, que ya en 1894 predijo que en el año 2000 la alimentación del futuro se basaría en la química de síntesis, permitiendo crear pastillas con todos los nutrientes necesarios como para suplir a la agricultura y la cocina. No parece que Berthelot haya acertado por el momento en sus predicciones y no sé si las de Hervé This para una alimentación de 2050, basada en su note-á-note, se cumplirán. Lo más probable es que ya no tenga necesidad de comer (porque haya desaparecido) o puede que solo pueda comer cosas con texturas blanditas y sabores seleccionados para viejos y acabe sumamente agradecido al triunfo de esta propuesta radical.

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