A los ingenieros les gusta tener referentes simples cuyo comportamiento sea fácil de explicar y de modelar, pero que posiblemente sólo existan en su imaginación. Por eso, definen un sólido ideal y un líquido ideal, ambos en las antípodas del espectro del comportamiento mecánico de todas las formas reales de materia condensada que conocemos (ver sección 5.2). Total, las conductas físicas de los materiales reales, como la mayoría de los líquidos y sólidos alimentarios, se pueden explicar “complicando” estos comportamientos ideales.
Los líquidos no tienen forma fija y adoptan aquella del recipiente que los contiene. Fluyen en forma instantánea ante la aplicación de cualquier fuerza con una propiedad característica que se denomina viscosidad, equivalente a la consistencia o fluidez. Cuando un líquido fluye, las moléculas deben deslizarse unas respecto a otras y por ende los líquidos formados por moléculas pequeñas tienen una viscosidad menor que aquellos que contienen moléculas grandes (como los polímeros) o partículas irregulares. La viscosidad del agua es 100 y 1000 veces menor que la del aceite y un jarabe, respectivamente.
Para algunos líquidos que contienen polímeros la viscosidad no es constante y si se deforman en forma rápida (como cuando se agitan en una batidora o dentro de un frasco) aparentan ser menos espesos. Estos líquidos se denominan fluidos pseudoplásticos. En estos casos la estructura del líquido cambia y las moléculas de polímero se alinean en la dirección de la deformación oponiendo menos resistencia a fluir, y por ende exhiben una viscosidad menor que cuando están quietos. Al remover la agitación, el líquido vuelve a ser tan espeso como originalmente. Si se revuelve una solución del 1% de carragenina con una batidora que gira a cincuenta revoluciones por segundo la viscosidad aparente es casi un quinto de la que tiene si se la deja fluir lentamente. Otra evidencia de que los líquidos complejos tienen estructura es el extraño comportamiento del ketchup. Para que el ketchup fluya desde una botella es necesario vencer una fuerza que se opone al flujo y que es producida por el entrecruzamiento de las moléculas del concentrado de tomate. Al agitar la botella se generan fuerzas de corte sobre el material, el que entra en fluencia y continúa chorreando hasta vaciarse completamente si fuera necesario. También se puede vencer esta condición de taponamiento apretando una botella plástica, lo que impulsa al fluido por la boquilla. Otros productos que exhiben este comportamiento extraño son algunas mayonesas y mostazas, así como también la pasta de dientes.
La idea intuitiva de un sólido es algo que resiste la aplicación de una fuerza sin deformarse mayormente. Es lo que se espera de los parachoques de los autos y las vigas de los edificios, no así de un trozo de carne, una manzana o una jalea. Se comportan casi como sólidos ideales los caramelos y las nueces enteras que resisten altas fuerzas y no se deforman antes de quebrarse o fracturarse en forma repentina. Otros alimentos que nos parecen sólidos, como los quesos, presentan una deformación plástica antes de partirse, es decir, se deforman apreciablemente. Una gran proporción de los alimentos exhiben un comportamiento que no es exactamente el que se puede esperar de un sólido, en buena medida porque contienen bastante agua, pero tampoco fluyen fácilmente. Por lo tanto, se dice que son viscoelásticos: en parte muestran viscosidad y cierta tendencia a fluir, y en parte se recuperan como un sólido elástico, pero oponen resistencia a una fuerza. Todas estas sutilezas en el comportamiento de los materiales son percibidas en mayor o menor grado en la boca y constituyen parte de las propiedades sensoriales de los alimentos.
2.5. Odios que dan amores
El agua y el aceite no se mezclan espontáneamente y se separan en dos fases. Si se agitan juntos, se logra dispersar uno dentro del otro en forma de gotas, pero a la larga estas gotas se juntan y las fases se separan. Una emulsión es una dispersión de dos líquidos que son inmiscibles, uno de los cuales pasa a formar la fase dispersa (gotitas) mientras el medio que las rodea constituye la fase continua. La emulsiones más comunes en alimentos tienen dos componentes: agua (W) y aceite (O). Consecuentemente, se tienen emulsiones en que gotas de aceite están suspendidas en agua (O/W), típicas de las mayonesas y salsas, y viceversa (W/O), como ocurre en la mantequilla. En general, en una emulsión los tamaños medios de las gotas de la fase dispersa varían entre 1 y 50 μm (ver figura 2.8 D). Las cremas y muchas salsas son emulsiones de una consistencia suave y cremosa agradable al paladar con la ventaja que permiten albergar colores, sabores y aromas solubles en una o ambas fases.
Para formar una emulsión O/W primero hay que suministrar energía que disperse al aceite en forma de gotas (por ejemplo, en una juguera) y luego estabilizar las gotas de modo que no se vuelvan a juntar, lo que se logra posicionando moléculas especiales en la interfase entre el aceite y el agua. Los agentes químicos que hacen este último trabajo se denominan emulsificantes o surfactantes y actúan reduciendo la tensión superficial (o energía superficial) que atrae a las moléculas de líquido en la interfase hacia el interior de las gotas. Al bajar la energía interfasial disminuye también la cantidad de energía necesaria para formar la emulsión. Los surfactantes comerciales son moléculas que tienen cabezas polares (que apuntan al agua) y colas apolares (que se sumergen en el aceite). La relación entre el efecto polar y el apolar se conoce en la jerga técnica como valor HLB (hydrophile-lipophile balance), varía entre 1 y 20 y sirve para seleccionar un surfactante, pues el tipo de emulsión depende bastante del tipo de emulsificante y de su solubilidad en la fase continua. Los emulsificantes solubles en aceite tienen un HLB bajo (3 a 6) y los solubles en agua uno alto (10 a 18). La otra regla general para formar una emulsión estable es que la fase continua tiende a ser aquella que está en mayor proporción, pero esto no es siempre así. Con estos criterios técnicos estamos en condiciones de buscar el emulsificante de grado alimentario para hacer nuestra propia emulsión.
Pero no sólo las moléculas de surfactantes pueden estabilizar emulsiones; también lo pueden hacer los polímeros y las partículas finas. Algunos polisacáridos, pero fundamentalmente las proteínas que se encuentran desplegadas (denaturadas), se posicionan en las interfases con sus partes hidrofílicas e hidrofóbicas apuntando hacia las fases acuosa y oleosa, respectivamente. Por su gran tamaño evitan que las gotas lleguen a tocarse y la presencia de una carga eléctrica neta (positiva o negativa) provoca la repulsión. Finas partículas que logran ubicarse en la interfase de las gotas ayudan a mantenerlas separadas, como en el caso de los granos de mostaza molidos finamente que se agregan a la mayonesa y estabilizan la emulsión.
Un desarrollo reciente con posibilidades insospechadas en alimentos son las emulsiones dobles. Una mayonesa espesa está compuesta en un 80 a 90% por gotitas de aceite con un tamaño medio de 20 μm, empacadas apretadamente en una fase acuosa. ¿Qué pasaría si dentro de cada gotita de aceite se ubicara una gotita más pequeña de agua? En primer lugar sería una emulsión doble: las gotitas de agua dentro de la gota de aceite constituirían una emulsión de agua en aceite (W/O), y las gotas de aceite rellenas por estar dispersas en una fase acuosa, corresponderían a una emulsión O/W. En la terminología anterior esta emulsión doble es una emulsión W/O/W. Lo importante de una emulsión doble como la anterior, nunca antes vista en los alimentos, pues requieren de cierta tecnología, es que las calorías aportadas por las gotas de aceite de una emulsión convencional podrían ser reducidas drásticamente al tener un centro acuoso, y la naturaleza del producto seguiría siendo la misma, es decir, una emulsión de “gotas de aceite hipocalóricas” en agua. La tecnología tiene ahora la palabra para este nuevo diseño de salsas emulsificadas con menos calorías.
2.6. Aprisionando el aire
El aire es un componente barato en los alimentos y que no se declara en la etiqueta. Las espumas son una categoría de materiales en los cuales hay una gran cantidad de gas (generalmente aire) dispersa en forma de burbujas en un medio continuo que puede ser líquido, sólido o semi-sólido. Existe la espuma de la cerveza, en que pequeñas burbujas de dióxido de carbono (o nitrógeno) se distribuyen en el líquido, y la miga del pan que es una espuma sólida, donde las celdas de aire están rodeadas por paredes de almidón y proteína. En las “sustancias” (marshmallows) la matriz es elástica y por tanto son más parecidas a una esponja. Las burbujas de gas hacen que los alimentos sean más suaves y livianos, sólo basta pensar lo que sería el pan sin ellas, y está de moda