José Miguel Aguilera - Ingeniería gastronómica

Las cadenas de polímeros que poseen cargas eléctricas localizadas, como algunos polisacáridos, pueden ser unidas por un ión de signo contrario y así formar macroestructuras estables como los geles de carragenina o alginato. Pero la carencia de carga eléctrica también es una oportunidad para que las moléculas se asocien, especialmente si están en un ambiente altamente “cargado” como es el medio acuoso. Los grupos o zonas sin carga se “atraen” entre sí, se juntan y esconden al sentirse rechazados por el medio, dando lugar a las atracciones hidrofóbicas (odian estar en contacto con agua) que agrupan a las moléculas y las segregan del resto. Algunos geles proteicos se estabilizan en buena medida a través de este mecanismo. Las personas que se sienten discriminadas suelen también juntarse entre sí y apartarse. No es exagerado decir que estos y otros tipos de interacciones débiles, en forma individual o simultánea, son fundamentales en las estructuras que se obtienen en la cocina y en aquellas que darán origen a los alimentos del futuro.

El rompimiento de una relación es un acontecimiento doloroso. Las enzimas hidrolíticas son las mayores disociadoras y sirven para romper moléculas grandes como las proteínas, carbohidratos y lípidos, para dar lugar a moléculas más pequeñas. Pero bajo ciertas condiciones las enzimas pueden actuar como una casamentera y crear nuevos vínculos. En química muchas reacciones son reversibles y algunas enzimas pueden formar polímeros a partir de los monómeros (por ejemplo, sintetizar proteínas a partir de aminoácidos). Ciertas lipasas permiten pegar ácidos grasos específicos y formar triglicéridos con propiedades especiales, que se denominan lípidos estructurados . Es posible construir enzimáticamente anillos de 6 a 9 unidades de glucosa conocidos como ciclodextrinas con una región interna hidrofóbica donde se pueden albergar moléculas de aromas, pigmentos, vitaminas o compuestos “funcionales” poco solubles en agua, y cuyo exterior hidrofílico permite la dispersión en un medio acuoso.

El concepto de autoensamblaje ( self-assembly ) de moléculas se refiere a una asociación espontánea y reversible de grupos de moléculas para formar estructuras de acuerdo a cierta “información química” contenida en las moléculas mismas. Esta asociación produce un salto desde la escala molecular a la de decenas o centenas de nanómetros. Ejemplos de estas asociaciones de autoensamblaje que existen en los alimentos son las micelas de caseína en la leche que miden unos 200-400 nm (sección 2.9) y las membranas biológicas en células animales y vegetales. Los monoglicéridos y los fosfolípidos (moléculas de lípidos que tienen una cabeza polar y una cola apolar) pueden autoensamblarse espontáneamente, dependiendo de las condiciones del medio en que se encuentran, en una multitud de nanoestructuras con formas de láminas extendidas o lamelas (como las membranas biológicas), micelas (esferas compactas), vesículas (esferas con un centro hueco) e incluso fases ordenadas que se extienden en tres dimensiones.

Desde hace algún tiempo se sabe que las moléculas de ciertas proteínas forman agregados semi-esféricos de diversos tipos, algunos de los cuales prosiguen asociándose hasta formar las redes de los geles como el tofu o el yogurt. Otras proteínas como la beta-lactoglobulina del suero de queso se juntan para formar fibrillas del tamaño de varios nanómetros, que pueden ser transformadas en estructuras fibrosas. Resumiendo, tanto las moléculas de azúcares como de lípidos y proteínas que ya consumimos en los alimentos, bajo ciertas condiciones pueden formar estructuras supramoleculares a través de variados mecanismos que recién se comienzan a entender. Las posibles aplicaciones tecnológicas que permitan construir alimentos desde abajo hacia arriba están siendo investigadas con gran interés.

Las atracciones y repulsiones entre macromoléculas dan lugar a otros mecanismos de asociatividad supramoleculares que abarcan a una porción más extensa de materia llamada fase (ver sección 2.3). El equivalente sociológico de una fase podría ser los grandes conglomerados que forman los partidos políticos de izquierda y derecha, o los hinchas del Real Madrid y del Barcelona. Cuando moléculas de dos tipos distintos de polímeros se encuentran en solución en forma concentrada ocurre que en vez de mezclarse, se separan en dos fases inmiscibles enriquecidas cada una con un tipo de polímero (como las barras de fútbol en un estadio). Lo diferente a la separación en fases entre el aceite y el agua, es que en este caso el agua es el solvente común de ambas fases poliméricas luego de la separación. Ocurre que cuando hay pocas moléculas de cada polímero el solvente (agua) alcanza para rodearlas a todas, pero bajo condiciones de hacinamiento cada cadena polimérica se siente más cómoda rodeada por las de su clase (lo que es una experiencia frecuente entre los humanos). Por ejemplo, una mezcla de caseína y alginato en agua se separa en dos fases cuando la concentración total de los polímeros excede un 3%. Es común que durante el tiempo para alcanzar la separación final (o el equilibrio) entre las fases se produzcan “bolsones” de una fase dispersos en el continuo de la otra fase y por tanto microestructuras en la escala de micrones. Es posible “congelar” estas estructuras en cualquier etapa de la separación haciéndolas gelificar (formar geles, un proceso que se verá más adelante), y generar de esta manera texturas jamás saboreadas anteriormente. Otra forma de separación sucede cuando las moléculas de los polímeros tienen cargas de signo contrario lo que les permite asociarse y formar complejos poliméricos que se segregan del solvente (agua), como ocurre cuando se mezcla goma arábiga con proteínas del suero de leche. Estos dos fenómenos de asociación entre polímeros (la separación en fases y la formación de complejos) explican la creación de varias estructuras en varios alimentos procesados. 48Sobre formación de redes poliméricas que dan lugar a estructuras macroscópicas como los geles se hablará en la sección 2.7. 49

Una analogía con el comportamiento de las personas explica por qué los polímeros en solución tienen propiedades que no se dan en el caso de soluciones de moléculas pequeñas. Si se acepta que un polímero puede ser una molécula muy larga que gira velozmente en todas direcciones cuando está sumergida en un solvente, acontece que el volumen de solvente “barrido” en este loco movimiento no está disponible para que entre otra cadena polimérica (que a su vez hace lo mismo). Entonces, las otras moléculas de polímero “ven” menos solvente donde ubicarse, lo que no ocurre con moléculas pequeñas que no ocupan mucho espacio. En la nieve, ¿alguien se atrevería a invadir la zona alrededor de una persona que se mueve erráticamente con sus esquís al hombro? Este esquiador abusivamente ocupa un volumen mucho mayor que alguien sin esquís y reduce sustancialmente el territorio disponible para el resto.

Las moléculas en fase gaseosa son algo especial. Como están muy distantes unas de otras, son las más independientes de todas y sólo les interesa estar esparcidas uniformemente en el espacio. Cuando se juntan muchas en una zona, tienden a diseminarse espontáneamente por todo el volumen. No ocurre lo mismo cuando se topan con una superficie de alta energía y se sienten atraídas. Las personas también son atraídas por superficies tentadoras. En un coctel, la gente se abalanza hacia las mesas que contienen las bandejas con sándwiches y pastelillos más exquisitos (o más caros) y permanece adherida a esos lugares. En términos químicos se diría que el contorno de las mesas se “satura” rápidamente con los más rápidos y golosos. Una segunda capa de individuos logra conseguir algo estirando los brazos pero su alcance es menor y, por último, una gran masa circula errática por entre las mesas como si estuviera en un paseo normal.