Processos fisicoquímics a la cuinaPhysicochemical processes in the kitchen

Pere Castells Esqué / Fundació Centre Internacional de Cultura de l’Alimentació i Recerca Gastronòmica de Sant Benet de Bages

resum

En aquest article es presenta un dels tallers de ciència i cuina adreçat als alumnes de secundària i realitzat per la

Fundació Alícia, el taller «Descobrim fenòmens culinaris», en el qual s’experimenten processos d’osmosi i de cocció.

La cuina i els aliments constitueixen, sens dubte, un bon context per promoure l’aprenentatge de les ciències i, en

concret, de conceptes relacionats amb la química i amb la ciència en general. L’article aporta el material per a l’a-

lumne, informació complementària per al professorat i les reflexions sobre el desenvolupament del taller. En núme-

ros anteriors s’han presentat un taller sobre les emulsions i un altre sobre els processos de gelificació.

paraules clauOsmosi, Maillard, caramel·lització, oxidació.

abstract

This article presents a science and cooking workshop aimed at secondary students conducted by the Foundation

and Alice, the workshop «Discovering culinary phenomena» where experienced processes of osmosis and cooking.

The kitchen and food is certainly a good context for promoting the learning of science and specific concepts related

to chemistry and science in general. The article provides the material for students, information for teachers and

reflections on the development of the workshop. In previous issues they have been presented a workshop about the

emulsions and another about the gelling processes.

keywordsOsmosis, Maillard, candy crystallization, oxidation.

37

ISSN

201

3-17

55, S

CQ

-IEC

E

du

caci

ó Q

uím

ica

Edu

Qn

úm

ero

7 (2

010)

, p. 3

7-45

DO

I: 1

0.24

36/2

0.20

03.0

2.54

http

://s

cq.ie

c.ca

t/sc

q/in

dex.

htm

l

IntroduccióLa Fundació Alícia ofereix als

alumnes de secundària la possibi-litat de dur a terme tallers deciència i cuina, entre els quals estroba el taller «Descobrim fenò-mens culinaris» que es presentaen aquest article. Quan els alum-nes realitzen tallers de ciència icuina, realitzen processos culina-ris en els quals tenen lloc canvisfísics i químics. Aprendre a inter-pretar-los i a relacionar-los ambels conceptes treballats a l’aulaesdevé una manera d’aprendre

ciències a partir d’un context quo-tidià que, generalment, despertainterès en l’alumnat (figura 1).

Entre els conceptes i modelsque es treballen a les classes deciències amb els alumnes del’ESO, hi ha el canvi químic i laseva comparació i diferenciaciórespecte de canvis físics com, perexemple, els canvis d’estat.Considerem que ha tingut llocuna transformació química quan,a partir d’unes substàncies ano-menades reactius, s’obtenen unesaltres substàncies químicament

diferents que anomenem produc-tes. Quan els canvis no produei-xen substàncies diferents de lessubstàncies de partida, diem quees tracta d’un canvi físic. Aquestaseria una manera vàlida per dife-renciar aquests tipus de canvisamb els alumnes de l’ESO, tot ique en algunes transformacionses fa difícil d’establir el límitentre un tipus de canvi i un altre,ja que tot depèn de les interac-cions i de les reordenacions quetenen lloc.

_ _q _ Q_ q g

Edu

caci

ó Q

uím

ica

Edu

Qn

úm

ero

7

38

A la cuina trobem nombrososprocessos que es poden fer sevircom a punt de partida per estu-diar tant canvis químics comfísics. La major part de les coc-cions són reaccions químiquescomplexes entre els componentsdels aliments. Un exemple sónles anomenades reaccions deMaillard. Processos com l’osmosi,d’una gran importància en laconservació dels aliments, sónprocessos físics mitjançant elsquals es produeixen canvis en lesconcentracions de solucions.

L’osmosi a la cuinaAquesta part del taller es pre-

senta a manera de petita investi-gació; cal que els grups d’alumnesdescobreixin la manera de dur aterme i controlar el procés d’os-mosi. Els objectius específics deltaller són els següents: conèixer elprocés d’osmosi, investigar enaplicacions de l’osmosi a la cuina ireflexionar sobre processos culi-naris en els quals intervé l’osmosi.

Per què els pernils es conservenposant-hi sal?

El procés d’osmosi és un procésen el qual l’aigua passa, a travésd’una membrana semipermeable,d’una solució més diluïda a unaaltra de més concentrada, demanera que tendeixen a igualar-se les concentracions als dos cos-tats de la membrana.

Aquest procés es pot utilitzarper conservar un aliment o bé percanviar-ne el gust o la textura.Un exemple de conservació és elcas dels pernils. Per osmosi, l’ai-gua de dins el pernil migra cap afora i fa possible una certa deshi-dratació que en possibilita la con-servació.

Abans de començar el taller, sesubministra als alumnes unafitxa d’informació sobre l’osmosique poden consultar a mesura queho necessiten o en el momentque els ho indica la persona res-ponsable del taller. Es pretén que

Figura 1. Alumnes realitzant el taller.

Fitxa informativa «L’osmosi»

Què és? El procés d’osmosi és un procés en el qual l’aigua passa, a través d’una

membrana semipermeable, d’una solució més diluïda a una altra de més con-centrada, de manera que tendeixen a igualar-se les concentracions als doscostats de la membrana:- De manera natural, les membranes de les cèl·lules que constitueixen els tei-xits animals i vegetals són permeables. Això permet la contínua absorció o l’e-liminació de substàncies a través de la membrana.- En cuinar, moltes vegades es produeixen fenòmens osmòtics.

Explicació dels dos processos de cocció i d’un exemple de conservació d’aliments mitjançant el procés d’osmosi- Exemple 1. Quan cuinem una carn, un peix o altres aliments en un mediaquós (un brou, per exemple): a) Si no hi posem sal (clorur de sodi) abans de la cocció, les sals i les substàn-

cies aromàtiques que hi ha a l’aliment passen al medi aquós per tal d’equi-librar la concentració de sals dins i fora. El resultat és que el brou serà moltgustós, però l’aliment serà més insípid.

b) Si hi posem sal abans de la cocció, les sals minerals i les substàncies aro-màtiques que hi ha a l’aliment no passen al brou o a la salsa perquè ja hiha un equilibri entre dins i fora de l’aliment a cuinar i el medi aquós. Elresultat és que l’aliment és gustós i que el brou és insípid.

- Exemple 2. En coure carn de vedella a la planxa, si hi afegim sal abans de lacocció, l’aigua de l’interior va cap a l’exterior per equilibrar la concentraciósalina i queda una carn sense gaire líquid interior i, per tant, dura. Si, en canvi,no hi posem sal, l’aigua interior queda dins i la carn és més tova; afegirem lasal després de la cocció. Evidentment, tot va lligat amb el temps de cocció. Siestem molt de temps cuinant, l’aliment també acabarà perdent els líquidsinteriors per la destrucció de les membranes i per simple evaporació.- Exemple 3. L’efecte osmòtic ens ha permès de conservar tradicionalmentalguns aliments. Afegir molta sal o molt sucre a un aliment provoca la sortidade l’aigua interior dels microbis a través de la seva delicada membrana; enconseqüència, el microbi es col·lapsa i mor. El bacallà, les anxoves i el pernilcurat són exemples de l’efecte de la sal. Una melmelada amb més d’un 50 %de sucre ja no necessita cap altra protecció contra els microbis.

_ _q _ Q_ q g

cada grup d’alumnes es familia-ritzi amb el procés d’osmosi i quepugui experimentar i controlarfactors que influeixen en aquestfenomen.

A la part inicial del taller espregunta als alumnes si coneixenfenòmens osmòtics que haginvist a la cuina de casa seva. En laconversa, sorgeixen intervencionscom ara salar la carn o el peix i eldubte de si és millor salar-losabans o després de la cocció.També es demana si han vist ferbrou a casa i si saben en quinmoment s’hi afegeix la sal i perquè. I els peixos marinats?Mencionen que, a vegades, escobreixen els peixos o la carnamb sal i també que algunes con-serves es fan amb molt de sucre.

Abans de començar a experi-mentar, els alumnes construei-xen maquetes per modelitzar elprocés d’osmosi. La construccióde maquetes ajuda molt elsalumnes a visualitzar o a fer-seuna representació del que passaen un procés osmòtic. L’objectiués que els nois i les noies cons-trueixin amb peces de Lego unasimulació de com passa el dissol-vent d’una zona més diluïda auna altra de major concentracióa través d’una membrana semi-permeable. Per construir lesmaquetes, es proporciona alsalumnes peces de Lego de colorsdiversos i es proposa que escullincolors diferents per a l’aigua, perals aliments i per a les substàn-cies que s’afegeixen, com ara lasal o el sucre. Les maquetes hande simular el procés d’osmosi.

El procés d’osmosi es pot mode-litzar mitjançant les representa-cions de la figura 2, que represen-ten el flux d’aigua a través d’unamembrana semipermeable des dela solució menys concentrada capa la solució més concentrada.

A les cèl·lules dels éssers vius,el procés d’osmosi a través de lamembrana cel·lular té un paperclau:

– Quan la concentració de sals,proteïnes, carbohidrats o altrescomponents és més gran a l’exte-rior d’una cèl·lula que a l’interior,l’aigua tendeix a anar cap a foraa través de la membrana semi-permeable per igualar les con-centracions.

– Quan la concentració és mésgran a l’interior de la cèl·lula quea l’exterior, l’aigua tendeix a anarcap a dins per igualar les concen-tracions.

A continuació, els alumnes hande reproduir processos d’osmosimitjançant dos experiments, ano-menats «Maduixes amb sucre» i«Papas arrugás».

«Maduixes amb sucre»Es proposa als alumnes d’esbri-

nar què passa en afegir sucre atrossos de maduixa i se’ls dema-na de predir què passarà.

S’observa que al recipient on hiha trossos de fruita no s’esdevécap fet especial, excepte les oxi-dacions corresponents. Al reci-pient que té fruita i sucre, s’esde-vé el fenomen osmòtic i l’aiguamigra cap a fora, de manera quequedarà la fruita envoltada dellíquid (figura 3).

El fenomen es pot explicar de lamanera següent: si posem fruitaen aigua, aquesta entrarà perosmosi a l’interior de les cèl·lulesde la fruita per igualar les concen-tracions de sucre, de manera queles cèl·lules acumulen aigua irebenten; si posem massa sucre al’aigua, l’efecte serà invers i lafruita quedarà arrugada. Cal bus-car, doncs, la concentració òptimaper preparar la fruita en almívar.

Qu

ímic

a i

soci

etat

Edu

caci

ó Q

uím

ica

Edu

Qn

úm

ero

7

39Figura 2. El procés d’osmosi a través

d’una membrana semipermeable.

a) Medi intern menor concentració que

el medi extern.

b) Medi intern major concentració que

el medi extern.

A

B

Figura 3. Fruites del bosc amb sucre: fenomen de l’osmosi.

Material per a l’alumne

L’osmosi- Col·loqueu 100 g de fruites trossejades dins d’un bol.

- Col·loqueu 100 g de fruites trossejades dins un altre bol i afegiu-hi 50 g de sucre.

- Què s’observa en cadascun dels bols amb el pas del temps? (uns minuts).

- S’ha produït algun canvi? I, en el cas que s’hagi produït, a què es pot deure?

_ _q _ Q_ q g

Edu

caci

ó Q

uím

ica

Edu

Qn

úm

ero

7

40

«Papas arrugás» Podríem observar diferències en

coure patates amb molta sal oamb poca o gens de sal? Com lescoeu a casa vostra?

Els alumnes prediuen les possi-bles diferències i experimentenper poder observar i contrastarles seves prediccions.

A les Canàries són famoses lespatates conreades en terra volcà-nica i cuinades aprofitant l’efecteosmòtic. Es couen amb unaquantitat d’aigua que cobreix justles patates i amb molta sal.L’aigua interior de las patatessurt cap a l’exterior per igualar laconcentració de sal. El resultat ésque les patates s’arruguen i, almateix temps, en evaporar-se l’ai-gua superficial, queda una micade sal cristal·lina sobre la pell(figura 4).

En acabar aquesta part deltaller, s’anima els alumnes a con-tinuar experimentant a casa.Se’ls proposa que realitzin elsexemples 1 i 2 de la fitxa d’infor-mació de l’osmosi i que observinquè passa, tot provant en quincas el brou i/o l’aliment quedenmés saborosos. Podran contrastarels resultats de cuinar peix o carnamb un brou (medi aquós) ambsal o sense sal amb les explica-cions contingudes a l’exemple 1de la fitxa. També podran contrastarels resultats de coure una carn ala planxa amb sal des de l’inici o

bé coure-la afegint la sal al finalamb els resultats i les explica-cions de l’exemple 2 de la fitxainformativa.

També es proposa als alumnesde predir, observar i explicaraltres processos osmòtics culina-ris a casa seva amb la intenció dedonar resposta a preguntes comara la següent: per què posem lesalbergínies i els cogombres en saluna hora aproximadament abansde cuinar-los? El percentatge enmassa de sodi a la sal és del 39,2 %. En principi, tots ells des-coneixen que les albergínies sesalen per treure’n l’amargor.

El repte és relacionar això ambel procés d’osmosi i trobar l’expli-cació osmòtica del procés decuració dels pernils, de maneraque se’ls pregunta si seria possi-ble que el pernil curat tinguésmenys sal.

Finalment, es comenta que nonomés s’empra el clorur de sodi,sinó que hi ha altres sals que s’u-tilitzen en alimentació, com arales sals de calci, de potassi, elsfosfats, etc.

Ampliació teòrica sobre l’osmosi.Propietats col·ligatives de lessolucions. Pressió osmòtica

Per estudiar el concepte pressióosmòtica, cal saber que una mem-brana semipermeable és un teixito una pel·lícula amb porus quedeixen passar les partícules delsolvent, però que no són prougrans per deixar passar les partí-cules del solut. D’aquesta mane-ra, si separem, mitjançant unamembrana semipermeable, unsolvent i una solució d’un soluten aquest solvent, podem com-provar que les partícules del sol-vent passen d’un cantó a l’altreen tots dos sentits, però que hofan més ràpidament del solventcap a la solució. Quan el sistemaaconsegueix l’equilibri, podem dirque el procés global implica queles partícules del solvent, quehan passat a través de la mem-

brana cap al cantó de la solució,s’hi han difós. Aquest procés esconeix amb el nom d’osmosi.

Com a resultat de l’osmosi,podem comprovar que hi hahagut un descens de l’altura delnivell del solvent i un augmentde l’altura del nivell de la soluciói, per tant, un augment de lapressió hidrostàtica de la soluciód’acord amb l’expressió següent:

π = cRTOn π és la pressió hidrostàtica

o pressió osmòtica; c és la con-centració en mol·dm-3; R, la cons-tant dels gasos ideals, i T, la tem-peratura absoluta.

En aquesta expressió, com mésgran és la concentració de lasolució, més gran és també lapressió hidrostàtica, és a dir, mésgran és la pressió osmòtica.

Cal esmentar que el fenomende l’osmosi és molt important enorganismes vius, ja que lescèl·lules intercanvien nutrientsamb el medi aquós per osmosi através de les membranescel·lulars. Si la pressió osmòticadel medi és superior a la de lacèl·lula (solució hipertònica), ladifusió es produeix des de dins dela cèl·lula cap al medi i la cèl·lulas’encongeix. En canvi, si la pres-sió osmòtica del medi és inferiora la de la cèl·lula (solució hipotò-nica), la difusió es produeix desdel medi cap a l’interior de lacèl·lula i aquesta s’infla. Quan lapressió osmòtica del medi ésigual a la cel·lular (solució isotò-nica), no es produeix cap difusióneta (figura 5).

Figura 4. Papas arrugás. Font:

http://upload.wikimedia.org/wikipe-

dia/commons/a/af/Mojo_verde_y_

papas_arrug%C3%A1s.jpg.

L’osmosi és un procésmolt important enorganismes vius, ja queles cèl·lules intercanviennutrients amb el mediaquós per osmosi através de lesmembranes cel·lulars

_ _q _ Q_ q g

Cocció de glúcids i de proteïnes:la caramel·lització i les reaccions de Maillard

En aquesta part del taller, s’in-tenten reproduir les dues reac-cions químiques més característi-ques que tenen lloc a la cuina: lareacció de Maillard i la caramel·lit-zació. Es planteja com un repte enel qual els alumnes hauran de sercapaços de realitzar reaccions deMaillard i d’investigar la manerade controlar el procés. Els objec-tius específics del taller són elssegüents: conèixer les reaccions ala cuina, practicar les reaccions deMaillard i de caramel·lització ireflexionar sobre les reaccions quí-miques que tenen lloc a la cuina.

Què podem fer per tenir el colorcaramel?

La caramel·lització que propor-ciona el color caramel caracterís-tic dels aliments té lloc per lareacció dels sucres en ser escal-fats. Un color similar s’obté quanels sucres reaccionen amb elsaminoàcids mitjançant un con-junt de reaccions complexes ano-menades reaccions de Maillard.

Per tal que els alumnes es fami-liaritzin amb aquests tipus de reac-cions, les experimentin i les puguincontrolar, al començament deltaller se subministra als alumnesfitxes informatives sobre les reac-cions de Maillard i la caramel·litza-ció que podran consultar durant eldesenvolupament del taller.

Qu

ímic

a i

soci

etat

Edu

caci

ó Q

uím

ica

Edu

Qn

úm

ero

7

41Figura 5. Pressió osmòtica. Font: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/32/Osmosis-ca.svg/1000px-

Osmosis-ca.svg.png; http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turgor_pressure_on_plant_cells_diagram-ca.svg.

Fitxa informativa. Reaccions de Maillard

Què són?Conjunt molt complex de reaccions químiques entre aminoàcids i glúcidscom a conseqüència d’aplicar una alta temperatura (planxa, forn, brasa, etc.)a alguns aliments, tot donant-los una coloració marró i un gust característic.

Com es produeixen?En escalfar un aliment, reaccionen un aminoàcid (component de les proteïnes)i un glúcid (glucosa, fructosa, etc.).

Informacions addicionals- Malgrat que es comencen a produir a temperatures baixes (30-40 ºC), fins a

partir dels 130 ºC no són apreciables.

- Aquestes reaccions poden donar lloc a coloracions fosques (terroses) i asabors característics. Al mateix temps, es formen petites quantitats de subs-tàncies cancerígenes i algunes altres de sabors desagradables, sobretot aaltes temperatures.

- Les coloracions a vegades són desitjables (crosta del pa, galetes, cervesa) ialtres vegades, indesitjables (llet, sucs de fruita concentrats). Els saborspoden estar molt ben definits (bou rostit, sardina a la brasa, mantega, xoco-lata, etc.), per la qual cosa la indústria alimentària els utilitza sovint.

- La intensitat de les reaccions depèn de la temperatura, de la quantitat desucres reductors (monosacàrids i disacàrids, bàsicament) i de la quantitatde proteïnes, però també d’altres factors (pressions, humitats, altres com-ponents, etc.).

- El nom prové de Louis Camille Maillard, que va descobrir i definir aquestesreaccions l’any 1912.

Fitxa informativa. Caramel·lització

- S’anomena caramel·lització el procés que té lloc en els sucres quan se’ls apli-quen temperatures a partir dels 165 ºC. S’acoloreixen d’un color marró, elcolor caramel.

- Algunes de les molècules formades tenen un gust amarg i donen una colo-ració marró a partir d’uns 170 ºC.

- Si els sucres s’escalfen en excés, es van desprenent vapor d’aigua, diòxid decarboni i altres productes, l’olor es torna desagradable i, finalment, donenun color negre (és carbó).

_ _q _ Q_ q g

Edu

caci

ó Q

uím

ica

Edu

Qn

úm

ero

7

42

Abans d’experimentar, esdemana als alumnes que, utilit-zant peces de Lego de diferentscolors per simbolitzar la carn i elsucre, intentin de construir unaestructura que simuli i diferenciïles dues reaccions (caramel·litza-ció i Maillard). Els alumnes discu-teixen entre ells i la construccióde les maquetes els ajuda en elprocés d’aprenentatge.

Tot seguit, els alumnes realitzendos experiments: «La cuina deMaillard» i «La caramel·lització».

«La cuina de Maillard»S’afegeix sucre a una barreja

d’aminoàcids i s’escalfa la barrejaen una paella. Aquí es pot veure elcanvi de color que es dóna quan aun aminoàcid se li aplica unatemperatura superior als 120 ºC:agafa un color marró.

S’experimenta a continuacióamb la cocció de dos trossos decarn a diferents temperatures.Per a això, es col·loca un tros decarn en una paella a una tempe-ratura poc elevada i se’n col·locaun altre de característiques simi-lars en una altra paella a unatemperatura elevada. Es preguntaals alumnes què s’observa en elcolor de la carn i quines diferèn-cies de gust esperen. En una part,s’arriba a la carbonització delproducte i a l’aparició de compo-nents amargants (figura 6).

«La reacció de caramel·lització»Es col·loquen 100 g de sucre en

un cassó i s’escalfa lentament. Espregunta als alumes què s’obser-va i quina diferència hi ha entreaquesta reacció i les reaccions deMaillard. Hi ha trossos de cara-mel que, com que tenen mésquantitat d’aigua, fan que aquests’enganxi més a la boca; el gust atorrat no s’obté fins que no téaquell color marró de caramel. Sies van traient porcions de cara-mel abans d’arribar als 165 ºC,s’hi observen diferències de colori també gustatives.

A continuació, es repeteix elprocés de caramel·lització afegintsuc de llimona. D’aquesta mane-ra, hi ha una hidròlisi parcial dela sacarosa i s’obtenen glucosa ifructosa, alhora que es pot con-trolar millor la caramel·lització idifícilment es cremarà el sucre(figura 7).

En acabar el taller, es convidaels alumnes a continuar experi-mentant a casa amb l’objectiu deposar en pràctica la multitud de

reaccions que tenen lloc a lacuina. Es proposa que reflexionini que busquin resposta a les pre-guntes següents:

– Per què la crosta del pa ésmés gustosa que la molla?

– Per què s’ha d’untar amb oliuna pota de xai abans de posar-ladins del forn?

– Per què la cervesa té aquellcolor daurat?

– Per què el cafè torrat té tanbon sabor?

Caramel·lització(més de 165 ºC).

Involucra àtoms de C H O

Reaccions de Maillard(a qualsevol temperatura, més ràpida a

partir dels 120 ºC).Involucra àtoms de C H O N S

Dolç (sacarosa, lactosa, fructosa, glucosa i altres sucres).

Potenciadors del gust (pèptids, peptones i aminoàcids).

Àcid (àcid acètic). Florals (oxazoles).

Amargs (molècules complexes). De carn i cebes (compostos sulfurosos).

Afruitats (èsters). De nous (furans). De vegetals verds (piridines i pirazines).

De cirera (acetaldehid) De xocolata (pirazines).

De mantega (diacetil). De papas, terrosos (pirazines).

De caramel (maltol). Els gustos propis de la caramel·lització.

Taula 1. Característiques dels sabors de les caramel·litzacions i de les reaccions de

Maillard

Figura 6. a) Col·locació de la carn en contacte amb altes temperatures.

b) Temperatura exterior alta. Inici de les reaccions de Maillard.

c) Observació de l'evolució de les reaccions en ambdues cares de la carn.

d) Final. Comprovació del procés.

_ _q _ Q_ q g

Totes aquestes preguntes i altresde similars troben la resposta enles reaccions de Maillard.

Quan se salteja un aliment ambuna mica de greix per tal d’aconse-guir el característic color torradet,tenen lloc reaccions de Maillard,que es produeixen a les altes tem-peratures que caracteritzen la coc-ció amb greix i que pràcticament noes produeixen en bullir els aliments.

A la cuina, per l’acció de lacalor, els compostos que perta-nyen a la mateixa família que elsucre de taula i els aminoàcidsreaccionen entre si donant lloc ala formació de diversos aromes icolors. Es produeixen simultània-ment sobre molts compostos; lescombinacions són innumerables.

També es proposa com a tascaper fer a casa l’observació i l’expe-

rimentació de diverses reaccionsde Maillard i de caramel·lització:

– Observació del canvi de colorque experimenta la carn en con-tacte amb una font de calor ele-vada, sigui la planxa, el forn, labrasa, etc. Es pot comprovar queno es produeix aquest efecte almicroones, excepte en casos moltexcepcionals.

– Observació del canvi de colorque es produeix en coure patatesfregides.

– Observació i/o elaboració delcaramel típic dels flams. Es potexperimentar que si s’hi afegeixuna mica d’àcid (suc de llimona),trenquem part de la sacarosa iaquesta es caramel·litza, junta-ment amb la glucosa i la fructosa.

Qu

ímic

a i

soci

etat

Edu

caci

ó Q

uím

ica

Edu

Qn

úm

ero

7

43

Material per a l’alumne

Reaccions de MaillardReacció entre sucre i una barreja d’aminoàcids- Afegiu 50 g de sucre a una barreja de 50 g d’aminoàcids i escalfeu-ho en una

paella. - Què s’observa en el color dels ingredients? Per què?

Cocció de dos trossos de carn- Poseu un tros de la carn en una paella a una temperatura baixa.- Poseu un altre tros de carn en una altra paella a una temperatura alta.- Què s’observa en el color de la carn i quines diferències de gust cal esperar?

Per què?

La caramel·litzacióObservar com es va caramel·litzant un sucre- Col·loqueu 100 g de sucre en un cassó i escalfeu-lo lentament. - Què s’observa? Quina diferència hi ha entre aquesta reacció i les reaccions

de Maillard? - Aneu traient porcions de caramel abans d’arribar als 165 ºC i identifiqueu-

ne les diferències gustatives i de color. A què es deuen?

Observar com es va caramel·litzant un sucre després d’afegir-hi unes gotes de sucde llimona- Repetiu l’experiència anterior, però aquest cop afegint al sucre unes gotes de

suc de llimona.- Què s’observa? Quina diferència hi ha en les dues experiències de cara-

mel·lització? Per què?

Figura 7.

a) Col·locació del sucre (sacarosa).

b) Inici de les reaccions de caramel·lit-

zació (temperatures elevades).

c) Finalització del procés. Comprovació

del color i la textura.

Figura 8. Els alumnes preparant els trossos de carn durant el taller.

_ _q _ Q_ q g

Edu

caci

ó Q

uím

ica

Edu

Qn

úm

ero

7

44

Ampliació teòrica sobre les reaccions de Maillard i la reaccióde la caramel·lització: Adaptacióa alumnes de batxillerat

Dins dels processos fisicoquí-mics que tenen lloc en els ali-ments, podem destacar l’enfos-quiment no enzimàtic, del qual hiha dos tipus:

– Les reaccions de Maillard.– La caramel·lització.

Les reaccions de MaillardLes reaccions de Maillard, que

són l’altre tipus d’enfosquimentno enzimàtic, requereixen pocaenergia d’activació i influeixen engran manera sobre la qualitatproteica dels aliments i sobre ladisponibilitat d’aminoàcidsessencials. En aliments amb unaalta concentració de sucresreductors i de lisina és on té unmajor efecte. Les reaccions deMaillard donen melanoïdinesacolorides. En ocasions, els seusefectes poden ser indesitjables enalguns aliments, ja que no nomésprodueixen colors i olors, sinóque també poden produir com-postos tòxics.

En condicions molt àcides, elmecanisme es veu inhibit. Lesaltes temperatures també accele-ren la reacció, encara que a tem-peratures de refrigeració es potdonar. Els aliments d’activitataquosa mitjana són més propen-sos a patir les reaccions deMaillard. A més a més, el tipusd’aminoàcid present en la prote-ïna de l’aliment també té unagran influència, ja que, si no hiha grups «amino» lliures, no espoden portar a terme les reac-cions. La lisina, el triptòfan, l’ar-ginina i la histidina poden sofriraquestes reaccions. Existeix ungrup de metalls que poden actuarcom a catalitzadors de les reac-cions: el coure i el ferro. La pre-sència d’oxigen i de reaccionselectromagnètiques també té unefecte catalitzador.

La manera de controlar la reac-ció fins a un determinat puntrequereix del control dels factorsmencionats anteriorment, com,per exemple, la reducció de pH,de la temperatura i de l’activitatd’aigua. Una altra manera decontrolar la reacció és afegintsulfits, metabisulfits, bisulfits oanhídrid sulfurós.

El mecanisme de les reaccionsde Maillard és complex i es potdividir en quatre etapes princi-pals: condensació del sucre ambel grup «amino», transposició delsproductes de la condensació, reac-ció dels productes de transposició,polimerització i formació de subs-tàncies acolorides (Badui, 1999).

Tot i així, el principi de les reac-cions de Maillard és molt simple.Quan les molècules que contenenel grup químic «amino», compostper un àtom de nitrogen unit ados d’hidrogen (tal com passaamb els aminoàcids), s’escalfenen presència de sucre, es produ-eix l’eliminació d’una molèculad’aigua i ambdós componentss’uneixen formant el que s’ano-mena base de Schiff. Aquest com-post deriva, amb major o menorrapidesa, en un altre anomenatcompost d’Amadori. Aquest noucompost reaccionarà amb d’al-tres formant molècules amb

forma d’anella o cícliques, queanomenem aromàtiques perquèconfereixen les propietats «oloro-ses» a les substàncies que lescontenen.

Les reaccions de Maillard sónmolt desitjades als forns de pa;aquestes reaccions no nomésafecten l’olor i el color dels ali-ments, sinó que, en canviar l’es-tructura de la proteïna, també encanvia totes les propietats.

Hi ha productes, com els làc-tics, en els quals els efectes de lesreaccions de Maillard són indesit-jables.

La caramel·litzacióLa caramel·lització té lloc quan

s’escalfen sucres sobre un puntde fusió. Els productes de la cara-mel·lització són furans, furano-ses, lactones, pirones, aldehids,cetones, àcids, èsters i pirazinesde baix pes molecular o de doblesenllaços conjugats, que absorbei-xen llum i donen color. La cara-mel·lització dels sucres es produ-eix per mecanismes complexosque no es coneixen gaire bé, però,d’altra banda, també tenen lloc laisomerització i la deshidrataciódels glúcids. Es pot accelerar lacaramel·lització afegint sals iaugmentant la temperatura(Badui, 1999).

Figura 9. Les reaccions de Maillard.

_ _q _ Q_ q g

Informació addicional sobre els caramels

Les solucions de sucre en aiguatenen temperatures d’ebullició idonen caramels de textures dife-rents en funció de la seva con-centració (taula 2).

Si es prepara una solució d’unaconcentració determinada, amesura que l’anem escalfant (eli-minant aigua), es passarà d’untipus de textura a un altre. Perexemple: si estem bullint a 123 ºC,tot obtenint caramel tou, i el se-guim escalfant, podem arribar als150 ºC per obtenir caramel dur.

Industrialment, s’ha associat elnom caramel a una mescla desucre i de xarop de glucosa. Esprepara amb una cocció demanera que s’obté una massadolça sense sabor de característi-ques plàstiques, sempre que esmantingui per sobre dels 60 ºC.

Si no conté hidrocol·loides,esdevindrà un producte dur:caramel dur.

Si s’hi incorporen hidrocol·loides,pot esdevenir un caramel tou.

Els caramels contenen ingre-dients addicionals; per exemple,hi ha caramels durs que conte-nen àcid cítric, maleic, producteslàctics, aromes, color, edulcorantsintensius com la sacarina o l’as-partame, etc. Endinsar-se en l’es-tudi de la seva composició i de laseva preparació constitueix unaltre bon context per aprendre’nels processos químics i fisicoquí-mics implicats.

ConclusionsLa valoració del taller per part

dels alumes i dels professors quehi assisteixen és molt positiva. Elsalumnes treballen en equip i, através de fenòmens culinaris,construeixen el coneixementcientífic bàsic per poder predir iinterpretar processos d’osmosi,alhora que adquireixen una ideabàsica de les reaccions químiquesque tenen lloc en escalfar a altestemperatures els glúcids i els

aminoàcids en presència de glú-cids, tot reproduint processoshabituals a la cuina de casa.

La interacció entre els alumesde cada grup i entre els grups i lapersona que condueix el taller ésun aspecte clau per assolir elsresultats positius, així com latasca realitzada a l’aula abans idesprés de la realització del taller.

BibliografiaALÍCIA; ELBULLITALLER (2006). Lèxic

científic gastronòmic. Barcelona:Planeta.

BADUI, Nom (1999). Títol. Ciutat:Editorial.

BARHAM, P. (2001). La cocina y laciencia. Saragossa: Acribia.

BECKETT, S. T. (any). La ciencia delchocolate. Ciutat: Editorial.

CASSI, D.; BOCCHIA, E. (2005). La cien-cia y los fogones de la cocina mole-cular italiana. Gijón: Trea DL.

FLANDRIN, J.-L.; MONTANARI, M.(1996). Histoire de l’alimentation.París: Fayard.

MANS, C. (2010). Sferificaciones ymacarrones. Barcelona: Ariel.

MCGEE, H. (2007). La cocina y los ali-mentos. Barcelona: RandomHouse Mondadori.

PÉREZ CONESA, J. (1998). Cocinar conuna pizca de ciencia. Múrcia: IJK.

— (1993). Les secrets de la casserole.París: Editorial Belin.

— (1997). Los secretos de los puche-ros. Saragossa: Acribia.

THIS, H. (2002). Tratado elemental decocina. Saragossa: Acribia.

WOLKE, R. L. (2005). Lo que Einsteinle contó a su cocinero. Barcelona:Robinbook.

Pere Castells Esquéés llicenciat en química. Va ser pro-

fessor de Física i química a l’IES Molí

de la Vila (1980-2005). És coordinador

i autor dels llibres de text de Química

del batxillerat en català de l’editorial

McGraw-Hill. L’any 2003 comença a

col·laborar amb l’equip de recerca

d’elBullitaller. L’any 2004 es fa res-

ponsable del Departament de Recerca

Gastronòmica i Científica de la

Fundació Alícia. És membre de la

Junta de l’ACCA. Col·labora amb la

revista Investigación y Ciencia. En

aquests darrers anys, les seves actua-

cions en l’àmbit de la ciència i de la

cuina han estat encaminades a crear

un nou corrent de treball entre cientí-

fics i cuiners per avançar conjunta-

ment en la investigació gastronòmica

i científica. És comissari de l’exposició

«Matèria condensada. Cuinar ciència»

(Arts Santa Mònica). Col·labora en el

curs «Science and cooking» amb la

Universitat de Harvard.

A. e.: pere@alicia.cat

Qu

ímic

a i

soci

etat

Edu

caci

ó Q

uím

ica

Edu

Qn

úm

ero

7

45

P ebullició Textura

70 % de sucre (70 g de sucre i 30 g d’aigua) 105 Fil fi

75 % de sucre (75 g de sucre i 25 g d’aigua) 108 Fil gruixut

80 % de sucre (80 g de sucre i 20 g d’aigua) 110 Bola petita

82 % de sucre (82 g de sucre i 18 g d’aigua) 111 Bola forta

84 % de sucre (84 g de sucre i 16 g d’aigua) 113 Bufat

87 % de sucre (70 g de sucre i 30 g d’aigua) 116 Bufat fort

91 % de sucre (91 g de sucre i 9 g d’aigua) 123 Caramel tou

93-94 % de sucre 131 Trencat

96-97 % de sucre 150 Caramel fort

Taula 2. Temperatures d’ebullició i textures de caramels formats amb diverses pro-

porcions d’aigua

_ _q _ Q_ q g