La química de la cocina

En una fría mañana de enero de 1912, en un laboratorio del Collège de France de París, un médico y químico llamado Louis-Camille Maillard estaba sentado en su mesa de trabajo observando cómo unos tubos de vidrio sellados se calentaban sobre un baño de arena. Dentro de cada tubo había una disolución transparente de glucosa y un aminoácido llamado glicina. A medida que subía el calor, las disoluciones empezaron a cambiar de color, oscureciéndose desde la transparencia del agua hasta una miel pálida, luego un tono ámbar y, finalmente, algo cercano al color de un café cargado. Maillard no estaba cocinando nada en el sentido corriente y, sin embargo, acababa de reproducir, en miniatura, el proceso de formación de sabor más importante de la dieta humana.

Unas semanas después llevó sus resultados a la Académie des Sciences y presentó un artículo con el denso título Action des acides aminés sur les sucres: formation des mélanoïdines par voie méthodique. La reacción que describía, una humilde combinación de azúcar y proteína bajo el calor, resultó ser la química dominante de cada comida asada, horneada, frita y sellada de la Tierra. Este artículo plantea una pregunta sencilla con una respuesta sorprendentemente profunda: ¿qué ocurre realmente, a nivel químico, cuando cocinamos, fermentamos y conservamos nuestros alimentos?

Cómo el azúcar y la proteína conspiran para crear sabor

La reacción que descubrió Maillard lleva ahora su nombre, y vale la pena ser preciso sobre lo que es. La reacción de Maillard comienza cuando un grupo amino libre, el extremo de un aminoácido que contiene nitrógeno, ataca el carbono carbonílico de un azúcar reductor como la glucosa o la fructosa. Ese primer encuentro produce un compuesto inestable llamado glicosilamina, que enseguida se reordena en un intermedio más estable conocido como compuesto de Amadori. A partir de ahí, la química deja de ser ordenada. El intermedio de Amadori se fragmenta y se deshidrata por muchas vías que compiten entre sí a la vez, liberando un enjambre de pequeñas moléculas volátiles y formando grandes polímeros pardos que contienen nitrógeno, a los que Maillard llamó melanoidinas.

Este es el punto crucial que distingue el dorado de Maillard de una simple ecuación química: no es un único paso, sino una cascada. No existe un solo producto de Maillard. Según el azúcar que intervenga, el aminoácido, la cantidad de agua presente y la temperatura que alcance la superficie, la reacción genera varios cientos de compuestos aromáticos volátiles distintos. Esos compuestos volátiles son la razón por la que la costra de una carne sellada, una rebanada de pan tostado, el café tostado y la cebolla dorada huelan todos diferentes y, a la vez, compartan una profundidad sabrosa común. Las melanoidinas, por su parte, son el propio color pardo, y siguen formándose mientras la reacción continúa.

La reacción de Maillard se desarrolla de forma eficiente por encima de unos 140 grados Celsius, razón por la cual solo ocurre en la superficie seca y caliente de los alimentos y nunca en el interior acuoso, donde la temperatura no puede superar el punto de ebullición del agua. Por eso también el cocer al vapor y el hervir producen alimentos pálidos, mientras que asar y freír producen una costra dorada. La reacción necesita calor, un azúcar reductor y un grupo amino libre, todos en el mismo lugar, y solo una superficie seca aporta los tres.

Por qué caramelizar una cebolla no es lo mismo que dorar un filete

Resulta tentador agrupar todo el dorado de la cocina en una sola cosa, pero por lo general hay dos químicas genuinamente distintas funcionando una al lado de la otra, y conviene separarlas. La reacción de Maillard, como se ha descrito antes, requiere tanto un azúcar reductor como un grupo amino libre, y produce melanoidinas nitrogenadas más esa enorme biblioteca de compuestos aromáticos. La caramelización es algo completamente distinto. Es la pirólisis y la deshidratación de los azúcares por sí solos, sin que intervenga aminoácido alguno.

Los dos procesos difieren incluso en sus temperaturas. La caramelización se inicia hacia los 160 grados Celsius, algo más alta que el umbral de Maillard, y sus productos son caramelos y una clase de compuestos llamados furanos, no melanoidinas. Cuando cocinas lentamente las cebollas hasta que se vuelven de un pardo intenso y dulce, estás viendo ambas reacciones a la vez: los azúcares de la cebolla caramelizándose y los aminoácidos de la cebolla reaccionando con esos mismos azúcares a través de la vía de Maillard. Cuando hierves un caramelo duro a partir de azúcar de mesa pura, en cambio, obtienes caramelización prácticamente sin química de Maillard, porque no hay proteína en la olla que aporte los grupos amino. Reconocer la diferencia explica por qué un caramelo sabe dulce y unidimensional, mientras que una costra de Maillard sabe sabrosa y compleja.

Los microbios que construyen sabor antes de aplicar calor alguno

No toda la química de los alimentos ocurre a alta temperatura. Buena parte de ella ocurre a temperatura corporal o por debajo, impulsada por microbios vivos, y la persona que primero lo entendió como es debido fue Louis Pasteur. En un par de artículos fundacionales, uno sobre la fermentación láctica en 1857 y otro sobre la fermentación alcohólica en 1860, Pasteur estableció que la fermentación no es una descomposición espontánea, sino la enzimología anaerobia de microorganismos vivos. Las levaduras y las bacterias, trabajando sin oxígeno, convierten los azúcares en ácidos, alcohol y dióxido de carbono y, al hacerlo, transforman la leche en yogur y queso, la col en chucrut, el zumo de uva en vino y la masa en pan.

Pasteur no se detuvo en explicar la fermentación. En 1864 patentó la pasteurización, un calentamiento breve y moderado que mata los microbios responsables del deterioro sin cocinar el alimento. La distinción importa: la pasteurización es deliberadamente suave, lo bastante caliente para destruir los microbios que avinagran el vino o estropean la leche, pero no tanto como para cambiar el carácter del alimento. La fermentación y la pasteurización son dos caras de una misma idea, que el destino de los alimentos lo gobiernan poblaciones de microbios cuya actividad puede aprovecharse o detenerse. Esa idea se convirtió en la química fundacional de la microbiología industrial, y la misma enzimología que Pasteur estudió en un barril de vino impulsa hoy la biotecnología moderna, desde la producción microbiana de insulina hasta la ingeniería de carne de origen vegetal.

El andamio de proteínas que permite que el pan suba

El pan merece una mirada más atenta, porque depende de una pieza de química de proteínas tan elegante como cualquier cosa de la cocina. La harina de trigo es aproximadamente mitad gliadina y mitad glutenina, dos familias de proteínas de reserva con personalidades muy distintas. La gliadina es un monómero pequeño, de forma más o menos globular, y aporta extensibilidad, la disposición de la masa a estirarse. La glutenina es un polímero grande, entrecruzado mediante enlaces disulfuro en agregados extensos, y aporta elasticidad, la tendencia de la masa a recuperar su forma.

Por sí solas, en la harina seca, estas proteínas no hacen nada extraordinario. Pero cuando la harina se hidrata y se amasa, la gliadina y la glutenina se enlazan entre sí formando una matriz viscoelástica continua conocida como red de gluten. Esa red es el andamio del pan. A medida que la levadura fermenta los azúcares de la masa, libera dióxido de carbono, y la red de gluten atrapa ese gas en incontables bolsas diminutas, estirándose alrededor de cada burbuja sin romperse. Eso es lo que hace que la masa suba y lo que da a un pan terminado su miga abierta y esponjosa. Si amasas demasiado poco, la red es demasiado débil para retener el gas y el pan queda denso. Toda la estructura aireada del pan es, en el fondo, un equilibrio entre el estiramiento de la gliadina y el rebote de la glutenina, inflado desde dentro por los microbios fermentadores de Pasteur.

Cuatro formas antiguas de evitar que los alimentos se echen a perder

Mucho antes de los frigoríficos, la gente mantenía los alimentos comestibles mediante la química, y los métodos clásicos se ordenan limpiamente en cuatro vías, cada una con un mecanismo distinto. La primera es el curado, en el que la sal y el nitrito reducen la actividad de agua del alimento, privando a los microbios del agua libre que necesitan, mientras que el nitrito inhibe específicamente al Clostridium botulinum, la bacteria responsable del botulismo. La segunda es el ahumado, que recubre el alimento de compuestos fenólicos y aldehídos transportados en el humo de la madera; estas moléculas son antimicrobianos genuinos y también aportan el característico sabor ahumado. La tercera es la refrigeración, la más familiar hoy en día, que funciona según la regla de Arrhenius: las reacciones químicas y enzimáticas se ralentizan al bajar la temperatura, de modo que enfriar el alimento simplemente frena el metabolismo de los microbios que de otro modo lo estropearían.

La cuarta vía es el enlatado, y tiene un origen preciso. En 1809, un confitero francés llamado Nicolas Appert descubrió que los alimentos sellados en recipientes herméticos y luego calentados se conservaban durante largos periodos, una técnica que equivale a una esterilización térmica dentro de un recipiente cerrado. Appert lo logró décadas antes de que nadie entendiera por qué funcionaba, ya que la teoría de los gérmenes que lo explicaría aún estaba en el futuro de Pasteur, pero su método era sólido y se convirtió en la tecnología fundacional de la conservación industrial de alimentos. Juntas, estas cuatro vías, el curado, el ahumado, la refrigeración y el enlatado, cubren todo el panorama químico de mantener los alimentos seguros para comer.

Las moléculas pungentes de las especias y un mito tenaz

Las especias son química de los alimentos de un sabor distinto, en sentido literal. Las plantas producen pequeñas bibliotecas de metabolitos secundarios pungentes, y muchos de ellos cumplen una doble función como saborizantes y como defensa antimicrobiana. La capsaicina, de fórmula C18H27NO3, es el compuesto ardiente de los chiles, y no daña el tejido en absoluto; en cambio se une al receptor TRPV1, el mismo receptor nervioso que detecta el calor real, razón por la cual un chile pica como si quemara. La pimienta negra ofrece su mordida a través de una molécula diferente, la piperina, y el ajo produce alicina, un compuesto que solo se genera cuando se machacan los dientes y una enzima encuentra a su sustrato. La faceta antimicrobiana de estos compuestos no es incidental. Ayuda a explicar por qué las cocinas muy especiadas tienden a concentrarse en climas cálidos, donde las mismas moléculas que vuelven pungente la comida también ayudan a evitar que se eche a perder.

Esto nos lleva a una de las afirmaciones más persistentes de cualquier cocina, la idea de que sellar la carne retiene los jugos. Es una historia satisfactoria, y es falsa. La costra dorada de un filete sellado es producto de la reacción de Maillard, una capa de sabrosas melanoidinas y compuestos aromáticos, y no es en absoluto una barrera impermeable. Estudios cuidadosos de pesaje han demostrado, una y otra vez, que un asado sellado pierde esencialmente la misma fracción de agua que uno sin sellar. Vale la pena sellar, pero por el sabor y el color, no por la humedad. La costra es química; el jugo retenido es un mito.

Conclusiones clave

Cocinar es química aplicada, y la mayor parte de su sabor se remonta a una única cascada que Louis-Camille Maillard describió en París en 1912, en la que un grupo amino libre ataca el carbonilo de un azúcar reductor por encima de unos 140 grados Celsius, se reordena a través de un intermedio de Amadori y se fragmenta en cientos de compuestos aromáticos volátiles y melanoidinas pardas; esto es distinto de la caramelización, la pirólisis de los azúcares por sí solos, sin aminoácidos, que se inicia cerca de los 160 grados Celsius. Louis Pasteur estableció la fermentación como la enzimología anaerobia de los microbios (1857 y 1860) y patentó la suave pasteurización en 1864, mientras que el pan sube porque las proteínas gliadina y glutenina del trigo forman una red de gluten viscoelástica que atrapa el dióxido de carbono generado por la levadura. Las cuatro vías clásicas de conservación, el curado, el ahumado, la refrigeración y el enlatado (esta última fundada por Nicolas Appert en 1809), funcionan cada una mediante un mecanismo distinto, especias como la capsaicina actúan a través de receptores como el TRPV1 a la vez que ejercen de antimicrobianos, y la creencia familiar de que sellar la carne retiene los jugos es, a la luz de repetidos estudios de pesaje, sencillamente falsa.