Gastronomía molecular en clase de química

La gastronomía molecular es una nueva tendencia de la alta cocina en la que los chefs proporcionan nuevas experiencias gastronómicas mediante el uso de nitrógeno líquido, geles y espumas.  Una de las técnicas más conocida es la esferificación mediante alginato de zumos de fruta u otros sabores. Aunque no frecuentes restaurantes con estrellas Michelin, puedes encontrarte esferas en el té de burbujas o bubble tea.

El té de burbujas se inventó en Taiwán en los años 80 y se extendió desde el lejano oriente hacia los países occidentales sólo hace unos años. Consiste en una bebida basada en el té que tiene gelatina de frutas, esferas de tapioca o alginato, rellenas de zumos de fruta o de jarabes.

La fabricación y el análisis de las esferas de alginato puede ser fascinante y utilizarse para el aprendizaje basado en la investigación en el área de ciencias.

En este artículo proponemos el uso de las esferas de alginato para enseñar varios conceptos científicos que presentaremos de manera atractiva. Vamos a aprender a hacer esferas de alginato y a proponer tres experimentos diferentes que se pueden hacer cada uno en una hora de clase: una reacción ácido base, una de quimioluminiscencia con reacciones redox y una convección con efecto termocrómico.

Esferas de alginato

Las esferas de alginato se forma cuando una solución acuosa de alginato (figura 1) entra en contacto con una disolución con iones calcio, así se crea en la interfase entre las dos disoluciones una membrana de alginato de calcio (figura 2). El alginato es un polisacárido que crea enlaces entrecruzados en presencia de un catión divalente como el calcio, y crea un gel insoluble en agua.

Materiales

• 2 g de alginato de sodio (Na(C₆H₈0₆))
• 100 ml de agua destilada
• 10 ml de cloruro de calcio (CaCl₂) al 0.5% o de lactato de calcio al 1 % (Ca(C₃H₅O₃)₂ 
• Dos vasos de precipitados de 250 ml
• Pipeta o cucharilla
• Varilla de vidrio u otro agitador
• Colador o cuchara

Procedimiento

1. Añade el alginato al agua en uno de los vasos.
2. Espera unos 15 minutos a que se disuelva todo el alginato.
3. Vierte la disolución con el ión calcio en el otro vaso de precipitados.
4. Añade gotas de la solución de alginato sobre la de calcio con una pipeta o una cuchara. Agita la disolución de calcio para evitar que las esferas de alginato se peguen.
5. Las esferas son ahora estables y se pueden separar de la disolución de calcio con una cuchara o un colador.

Cuando los líquidos entran en contacto se forma el alginato de calcio que es gelationoso y encapsula la solución de alginato en esferas. Si añadimos otros compuestos a la disolución como saborizantes, colorantes o indicadores, también se quedarán encapsulados.

Burbujas ácido-base

Materiales

• 2 g de alginato de sodio
• 500 ml de agua destilada
• 10 ml de disolución de cloruro de calcio al 0.5% o de lactato al 1%
• Tres vasos de precipitados de 250 ml
• Pipeta o cucharilla
• Varilla de vidrio o cualquier tipo de agitador.
• Colador
• Solución indicadora
• Diferentes ácidos y bases

Procedimiento

1. Sigue las indicaciones anteriores para crear las burbujas de alginato y añade el indicador justo antes de verter la solución de alginato en la de calcio.
2. Retira las esferas y colócalas en un vaso de precipitados con agua destilada.
3. Ninguna esfera tiene color.
4. Añade ácidos o bases al agua y observa el color de las esferas.

Aunque la solución indicadora está en el interior de las esferas la membrana de alginato puede intercambiar iones hidronio (iones hidrógeno hidratados) o iones oxidrilo con el líquido. Los cambios de pH en el líquido que rodea a las esferas producidos por ácidos o bases  acaban afectando al pH del interior de las esferas y por eso cambian de color.

Usamos indicadores comerciales en clase pero en casa se pueden utilizar extractos naturales que cambian de color con el pH como la col lombarda o la piel de los rábanos.

Burbujas luminiscentes

También podemos utilizar las esferas de alginato para ilustrar el fenómeno de la luminiscencia. Basta con añadir un compuesto luminiscente a la solución de alginato antes de formar las esferas. Una manera sencilla es utilizar riboflavina (vitamina B2) que muestra fluorescencia con la luz ultravioleta. Puedes usar riboflavina pura o extraerla de algunos alimentos como los sobres de natillas instantáneas.

Materiales

Extracción de la riboflavina (opcional):

• Un sobre de natillas instantáneas que contenga riboflavina (en la etiqueta, E101)
• 200 ml de agua destilada
• Vaso de precipitados
• Agitador
• Embudo con papel de filtro

Fabricación de esferas luminiscentes:

• Dos puntas de espátula de riboflavina en polvo  (C₁₇H₂₀NaO₆)
• 2 g de alginato de sodio
• 100 ml de agua
• 10 ml de disolución de cloruro de calcio al 0.5% o de lactato al 1%
• Dos vasos de precipitados de 250 ml
• Pipeta o cuchara
• Varilla de vidrio o agitador
• Colador (opcional)
• Luz UV
• 15-20 ml de disolución de ditionito de sodio (Na₂S₂O₄)
• 15-20 ml de peróxido de hidrógeno (20%-35%)

Procedimiento

1. Para extraer la riboflavina de las natillas instantáneas en polvo, coloca unos 8 g  en 200 ml de agua. Agita bien durante unos 10 minutos y filtra.
2. Sique el procedimiento para hacer las esferas de alginato, pero añade la riboflavina a la disolución de alginato junto antes de la esferificación.
3. Ilumina con luz UV las esferas que se ha formado. Deben fluorecer emitiendo una luz verde-amarillenta.
4. Apaga la luz y verás que las burbujas dejan de fluorecer.
5. Vuelve a encender la luz.
6. Añade algo de ditionito de sodio a la disolución de esferas de alginato. Verás que desaparece la luminiscencia porque el ditionito de sodio atraviesa la membrana de alginato y reduce a la riboflavina.
7. Añade peróxido de hidrógeno para oxidar a la riboflavina y que reaparezca la luminiscencia.

Burbujas térmicas

Si añadimos tinta termocrómica a la solución de alginato podemos ilustrar el fenómeno de la convección. En Japón existe una tinta termosensible basada en cristales violetas de una lactona (no confundir con la tintas térmicas que se usan en impresoras térmicas) que sirve muy bien para ilustrar fenómenos térmicos.

Materiales

• 2 g de alginato de sodio
• 100 ml de agua destilada
• 10 ml de disolución de cloruro de calcio al 0.5% o de lactato al 1%
• Dos vasos de precipitados de 250 ml
• Pipeta o cuchara
• Varilla de vidrio o agitador
• Colador
• 3-5 ml de tinta termocrómica
• Vaso de precipitado con agua resistente al fuego
• Hornillo o estufa

Procedimiento

1. Sique el procedimiento para hacer las esferas de alginato, pero añade la tinta a la disolución de alginato junto antes de la esferificación.
2. Coloca las esferas en un vaso de precipitados resistente al calor.
3. Calienta el vaso hasta que comiencen a ascender las esferas.

Las esferas de alginato comenzarán a moverse por efecto de la convección. Comenzarán a ascender al calentarse y disminuir así su densidad y cuando lleguen arriba y se enfríen, volverán a hundirse al aumentar su densidad. Al mismo tiempo las esferas de alginato cambiarán de color mostrando que la convección está asociada a un cambio de temperatura.

Agradecimientos

Parte de este trabajo ha sido financiado por el proyecto Teaching Enquiry with Mysteries Incorporated (TEMI) (Peleg et al., 2015), perteneciente al 7º programa marco para financiación de la investigación sobre “Ciencia en sociedad” con cargo a la partida Nº 321403.