Ciencia en la cocina a lo Ferrán Adriá: las espumas y aires comestibles.

Corría el año 2015 cuando servidora que escribe, repasaba en este espacio una de las preparaciones culinarias más codiciadas por un buen degustador/consumidor o foodie (por decirlo más cool o moderno); sí, hablo de las emulsiones. En aquel momento, junto con toda la información bibliográfica que encontré sobre el concepto gastronómico también encontré muchas referencias a un subtipo de emulsiones: las espumas. Dado que considero que las espumas reúnen un montón de conceptos científicos en su elaboración, preparación y/o presentación, son unas buenas candidatas a protagonizar en solitario una entrada en este (su) espacio dedicado a toda la ciencia que esconde el laboratorio más visitado del mundo: la cocina. Cómo decimos por el noroeste español… Pasa, pasa..hasta la cocina!

Las espumas son (y citando textualmente la entrada mencionada más arriba) un “tipo de emulsiones donde la fase dispersa es un gas, mientras que la fase continua es el líquido (zumo, aceite, concentrado, etc) del producto que dará nombre a la espuma“. Aunque en realidad, no comemos más que aire (el gas presente en las espumas hace que se reduzca la cantidad de mateira prima que se necesita para realizar el preparado culinario), para los cocineros y paladares más exquisitos es una de las presentaciones alimentarias con mayor interés puesto que, con las espumas, se mejora la textura en boca de masas densas y además, se favorece su percepción olfativa (el aire de las burbujas de la espuma permite una mayor apreciación de las moléculas odorantes de las diferentes materias primas utilizadas en la elaboración). El concepto de espuma no debería ser extraño, puesto que todos alguna vez hemos comido una  mousse (espuma sólida basada en la capacidad emulsionante de la lecitina de los huevos y/o de la caseína de la leche que suelen usarse en su preparación), un merengue (espuma sólida basada en la capacidad emulsionante y estabilizante de los ovomucoides, globulinas, lisozimas y el azúcar de las claras del huevo), los helados, la nata montada, el pan o los bizcochos (todos ellos espumas sólidas). Sin embargo, no sería hasta la llegada de Ferrán Adriá quien allá por el 1994 en su restaurante “El Bulli“, pondría de moda las espumas como una técnica de la cocina molecular a través del uso del sifón y de gelatinas (hasta entonces sólo se utilizaban grasas y/o otros espumantes y estabilizantes) que le permitieron crear diferentes alternativas presentación de espumas: las espumas calientes y frías, en sus formas más espesas, fluídas o líquidas  

La facilidad del uso del sifón hizo que realmente este técnica culinaria alcanzara rápidamente todo su esplendor como técnica de la “nouvelle cousine”. El sifón no es más que un recipiente hermético presurizado, debido a la presencia de un gas introducido en su interior por medio de ampollas o cargas de ese gas (generalmente, CO2 o NO2)Al liberar la carga del gas en el interior del sifón, provocamos una descomprensión del gas y su expansión a lo largo del recipiente, provocando un equilibro entre el gas retenido y el gas que origina la aparición de la dispersión coloide que da lugar a la espuma (favorecido también por la agitación manual previa del sifón). En algunos casos, se pueden alcanzar hasta los 5,5 bares de presión en el interior del sifón.

– NOTA AL LECTOR –  Esto es lo que hace que manipular este artilujio de cocina sea necesario hacerlo con precaución (cerrarlo bien, no abrirlo sin haber descargado anteriormente todo el gas primero, forzar su apertura, asegurarse de oír como se descarga todo el gas de la ampolla, obstruir la salida del preparado, etc). Existen pocos sucesos de explosiones (al igual que con el uso de las ollas a presión) provocadas por un mal uso o defecto del sifón, pero haberlas hailas, como el caso de la bloguera francesa o el caso de una trabajadora de un restaurante madrileño.

Para explicar cómo funciona un sifón para crear una espuma, tenemos que partir de varios conceptos y leyes de la física, la química y de forma colateral, de las matemáticas. La principal ley físico-química que rige el funcionamiento de un sifón es la ley de Boyle-Mariotte que forma parte de la Ley General de los Gases;  a una temperatura constante, si aumentamos la cantidad de gas retenido en un volumen constante, aumentamos su presión. Esto es lo que ocurre cuando se añaden las cargas de gas al sifón. Al mismo tiempo, se produce otro efecto termodinámico, el efecto Joule-Thomson, también llamado efecto Joule-Kelvin, que explica porque, una vez descargada la carga de gas en el sifón, notamos las paredes del mismo más frías. Este enfriamiento ocurre porque al expandirse libremente el gas por todo el interior del sifón, se reduce la temperatura del sistema para favorecer con ello que la entalpía del sistema, se mantenga constante. Una vez cerrado correctamente el sifón y dispuesta la carga, con el siguiente paso, el agitado enérgico del sifón lo que conseguimos es facilitar la dispersión del gas sobre el preparado dispuesto en el interior del sifón. A continuación, colocando el sifón “cara abajo” facilitamos la expulsión de la espuma; una caída de presión provocada por la expansión del gas de la solución o preparado hacia el exterior (aplicación gráfica de la ley de Boyle-Mariotte), por activación de la válvula de salida del sifón al presionarla con los dedosprovocan la aparición de burbujas en la espuma. En esto también intervienen las fuerzas de cizalla que se originan al regular el flujo del preparado por una válvula de precisión y que además, favorecen la formación de una bicapa entre las partes hidrófilas (interior) y las partes hidrofóbas (en contacto con el gas) típica de las espumas. Esto es, con un simple accionado de la válvula, se reduce la tensión superficial, aumentando el área de la interfase líquido-gas y con ello, el volumen de las burbujas en el preparado. La definición final de la misma y direccionamiento hacia el exterior, será regulado por una boquilla. 

En este vídeo explican muy bien cómo usar los sifones para hacer espumas.

Los sifones más conocidos (y antiguos) son los que utilizan como gas de carga el dióxido de oxígenoCO2, que suele ser más apropiado para “carbonatar o burbujear” líquidos o preparados con una elevada presencia de agua en su composición, mientras que los “más modernos” utilizan como gas de carga el óxido nitroso, N2O (también conocido como “gas de la risa“), que además de evitar la oxidación de los preparados a espumar y frenar el crecimiento de bacterias, se suele usar para crear una espumas hechas a partir de preparados ricos en grasas, por el carácter liposoluble del óxido nitroso en forma gaseosa. Por regla general, para un sifón de 1 litro de capacidad, serían necesarios 16 gramos de N2O (dos ampollas); en otros casos, este valor dependerá del volumen del sifón, del contenido graso y proteico del preparado y/o de la temperatura del mismo. 

Para hacer una espuma debemos tener en cuenta el contenido de tensioactivos (proteínas, grasas o espesantes) que reducen la tensión superficial y aumentan el área de interfase líquido-gas. Por regla general, las proteínas son los mejores tensioactivos para crear espumas; cuando las concentraciones de proteína se incrementan hasta su valor máximo, se incrementa generalmente la capacidad de la solución para transformarse en espumas. La estabilidad de las espumas dependerá de la capacidad de las proteínas para vencer las fuerzas de superficie (medido en el tiempo requerido para reducción del 50% del volumen de la espuma) y la viscosidad y elasticidad del preparado a espumar. Otros grandes surfactantes o agentes tensioactivos son las grasas; además de su facilidad para formar las bicapas presentes en la interfase gas-líquido, proporcionan una mayor viscosidad al preparado lo que facilita una mayor estabilidad de las espumas y además, en el caso del uso del sifón, son esenciales para favorecer la solución del óxido nitroso en el preparado. La estabilidad de la espuma disminuye con el aumento de grasa alcanzando un mínimo de aproximadamente el 5% y luego, aumenta rápidamente a medida que la grasa se incrementa hasta el 10% (este incremento favorece que al alcanzar una temperatura de ebullición en leches con elevado contenido graso, se forme una espuma característica). En este punto se forman espumas de tipo crema altamente estables. En el caso de los espesantes, como la xantana (polisacárido extracelular producido por la bacteria Xanthomonas campestris B-1459 que produciendo soluciones de viscosidad relativamente alta a concentraciones bajas), goma guar (polisacárido de reserva nutricional de las semillas de la leguminosa Cyamopsis tetragonolob, que aumenta la viscosidad de la solución), la proteína de soja modificada conocida como Versawship (presenta la misma capacidad emulsionante que la lecitina y alguna capacidad gelificante lo que la hace óptima para espumas para veganos) o la metilcelulosa (derivado metilado de la celulosa, en frío es un espesante y emulsionante; en caliente, es gelificante), disminuyen la velocidad a la que se disipan las espumas, participando en la estabilidad de las mismas. Dentro de los agentes emulsionantes propiamente dichos, destacar la lecitina (tensioactivo anfótero que puede reaccionar con un ácido o una base, siendo ideal para convertir zumos y líquidos acuosos en aires y espumas en concentraciones del 6%), agar-agar (gelatina de origen vegetal presente en la pared celular de varias especies de algas de los géneros Gelidium, Euchema y Gracilaria, entre otros) y la gelatina (diferentes gelatinas tienen diferentes propiedades de estabilización de la espuma). Esta última es la que utilizó Ferrán Adriá para la realización de espumas frías y espumas de diferentes preparados culinarios que antes no podrían ser presentados en forma de espuma (frutos secos, legumbres, hortalizas, mermeladas, quesos, embutidos, conservas, etc) y que además son las que permiten que se aprecie más el sabor y la intensidad del color de dichas preparaciones (cuyas recetas puedes leer aquí).  

Y de las espumas, podemos pasar a explicar lo que son los aires. Surgidos en 2003 de nuevo por obra y gracia del ingenio de Ferrán Adriá, quien imaginaba crear espumas con una mayor proporción de aire, similares a las que observamos cuando nos enjabonamos al ducharnos. Su preparación es mucho más fácil que la de las espumas con sifón pero comparten muchos conceptos científicos en común. Aplicando únicamente la acción de un brazo triturador, conseguimos que las cuchillas y/o alambres del aparato pasen aire a través de la interfase y dejen una estela de burbujas tras ella; esto es, se forme la espuma aireda o aire. Curiosamente, estas burbujas cumplen una regla matemática, las reglas de Plateau, desarrollada en 1873 por el físico belga, Joseph Plateau y que desarrolló en 1976 la matemática americana Jean Taylor. Según ambos, cuando las películas que componen el material de la espuma coinciden a lo largo de una línea, siempre lo hacen en grupos de tres siguiendo un ángulo, cualesquiera que sean las uniones de dos películas, de 120 grados. Si forman una intersección, se unieran en grupos de cuatro y siempre siguiendo un ángulo dos a dos, igual a 109,5 grados; es decir, la geometría que ocupan las burbujas tiende a minimizar la superficie total que ocupan. Sin embargo, aún no se ha llegado a predecir matemáticamente cómo será la forma global que ha de adoptar cada burbuja en el aire. A su vez, toda esta disposición tiene relación con la viscosidad de las espumas; cuanto más delgadas sean la películas que separan las burbujas y cuanto más pequeñas sean estas, más viscosa será la espuma. Si en un aire, sus burbujas no cumplen las reglas de Plateau se rompen o explotan; por eso el recipiente donde se hacen los aires comestibles debe ser muy amplio para evitar que se destruya la espuma a medida que se forma y es necesario partir siempre de preparados con emulsionantes (ej: lecitina o sucroésteres (válidos para bebidas alcohólicas) o las novedosas hidrofobinas), pues una solución muy líquida con burbujas muy pequeñas y una larga exposición a la acción del tiempo, provoca que al tensión superficial aumente la presión interior de la burbuja más allá del punto de ruptura y en consecuencia, estas exploten. Se trata sin duda de una preparación altamente cuidadosa. 

Y hasta aquí con el repaso a las espumas y aires comestibles. Espero que si tenéis la oportunidad de degustarlas en un restaurante u os animáis ha hacerlas en casa, os acordéis de toda la ciencia que hay detrás de lo que os presentan/presentáis en el plato.

¡Nos “leemos” en la próxima entrada!                                                                                 TatianaDC

Fuentes                                                                                                                          VV.AA. “Ciencia y gastronomía. Diálogo, tradición e innovación”: Temas Investigación y Ciencia nº89 (2017)    ;    Green, A.J. et. al. “Formation and stability of food foams and aerated emulsions: Hydrophobins as novel functional ingredients”   Current Opinion in Colloid & Interface Science (2013)       Marinova, G. K. et. al. ” Physico-chemical factors controlling the foamability and foam stability of milk proteins: Sodium caseinate and whey protein concentrates”  Food Hydrocolloids (2009)                                          http://modernistcuisine.com/2013/02/how-whipping-siphons-work/ http://www.molecularrecipes.com/culinary-foams-class/ingredients-foams/ http://www.scienceofcooking.com/foams/culinary_foams.htm   http://www.scientificamerican.com/article/the-incredible-edible-foam/  http://cienciaconbuengusto.es/Teoria/ESPUMAS/ESPUMAS_COCINA.htm         http://www.lecuine.com/blog/sifon-isi/    http://es.slideshare.net/claudioosmansotosepulveda/espumas-el-bulli-ebook-spanish?next_slideshow=1                                                      http://en.wikipedia.org/wiki/Foam_(culinary) http://ilustracionmedica.wordpress.com/2017/05/16/las-leyes-de-los-gases-para-cocineros/                                                  http://www.amazingfoodmadeeasy.com/info/modernist-techniques/more/culinary-foams-technique                                                 http://www.heraldo.es/noticias/suplementos/tercer-milenio/divulgacion/2017/05/26/asi-funciona-sifon-cocina-1177733-2121028.html http://blog.gadgetscuina.com/es/blogs/cmo-utilizar-el-sifn-para-espumas/

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