EL AGUA: matices del lienzo que posibilita la vida

Esta publicación forma parte de una serie de pequeños textos relacionados con una de nuestras pasiones: la fermentación. En mi caso (RJ),  tras haber realizado un TFG sobre esta temática en la universidad con una calificación de 9,7/10, he pasado por restaurantes como Koy Shunka y Mugaritz (donde ambos de nosotros coincidimos) para nutrir más mis conocimientos sobre el tema. Lleno de humildad y gran curiosidad, siempre persigo el conocimiento, compaginándolo con mi trabajo eminentemente práctico de cocinero. 

Val, por su parte, posee un origen fascinante en un país hermoso y que muchos de los occidentales desconocemos, y que si la vida nos lo permite daremos a conocer poco a poco en algunas de nuestras publicaciones. Es una apasionada de la sostenibilidad y la cocina plant-based, habiendo trabajado en restaurantes como EMP (Eleven Madison Park) en USA.

Somos, ante todo, entusiastas de la cocina intentando hacernos un hueco como profesionales, con ganas de compartir lo que hemos ido y vamos aprendiendo.

Así pues y tras esta breve presentación, ¡Comenzamos!

El agua es un elemento indispensable para la vida y que forma parte del día a día de toda persona y por supuesto de una cocina, pero que sin embargo se lleva poca atención por parte de todos nosotros, más pendientes de otros ingredientes que, si no fuera por ella, ni siquiera podrían existir.

Como cocineros, transformamos por inercia, extraemos del entorno en un ejercicio de memoria, prefrontal y mecánica. Olvidamos, muchas veces, la regla atómica que la describe. En esta publicación describimos ciertos conocimientos teóricos sobre el agua que puedan ayudar a muchos compañeros de profesión a comprender mejor sus elaboraciones.

Comenzando por algunas reflexiones básicas: cuando calentamos agua, extraemos del sustrato su fracción soluble, cuando calentamos aceite, la liposoluble. Cuando la proteína se expone a la desnaturalización del calor, y el aceite se adhiere a su superficie, la fracción acuosa en la red de sustrato que la compone queda atrapada en su interior por comportamiento anfipático de la grasa (el ácido graso posee una cara polar y otra apolar, que lo hacen afín y a la vez antagónico a la presencia de agua lo que explica hechos bioquímicos como las micelas, que hacen posible elaboraciones tan populares como la mahonesa).

Arriba: micelas.

Fuente: ¿Qué es el agua micelar y para qué sirve? - Mejor con Salud (as.com)

Cuando ciertos cocineros utilizan infusiones en frío, esto se debe a que ciertas moléculas presentan comportamientos diversos en entornos térmicos variados. Algunas, además, sólo presentan su estructura espacial o composicional en una franja de temperatura muy determinada, destruyendo sus características por fuera de esas líneas (huevo, filete de ternera, pescado, etc).  Ésto ocurre de forma menos evidente con algunos polifenoles presentes en los tés como el Sencha, el cual necesita 72 grados como máximo de agua para extraerlos.  Por otro lado, es característico en la extracción de aromas herbáceos, ya que la mayoría de los elementos que los componen (que pueden ser cientos o incluso miles) se pierden tras la aplicación de calor volviéndose increíblemente volátiles o perdiendo su isomería original alterando su funcionalidad (por eso muchos aceites de hierbas se calientan un breve período de tiempo o incluso se infusionan directamente en frío). En esta y otras publicaciones posteriores comprenderás mejor qué es la isomería.

Además, existe el caso de que queramos extraer las diferentes sustancias que presenta un sustrato, sobre todo en fondos. Para ello, empezamos de frío hasta hervir, porque algunas sustancias se liberarán de sus estructuras biológicas en menores temperaturas y otras al contrario.

Otras veces, conociendo las características de las sustancias solubles en medios altamente térmicos, optamos por infusiones a baja temperatura precisamente para obtener sólo aquellas moléculas que aporten positivamente a la matriz organoléptica del producto final. Es el caso, por ejemplo,  del café:  un cold-brew presenta un nivel de cafeína muy superior a una extracción en caliente tradicional, por dos motivos. En primer lugar, el agua no se satura de las sustancias que aportan el amargor, en su mayoría grasas y fibras vegetales, por lo que hay más “espacio” en el agua para adquirir la cafeína. Y en segundo lugar y mucho más obvio, porque a mayor tiempo de exposición al agua, mayor es el flujo de cafeína del grano al disolvente.

Arriba: cold brew.

Fuente: Cold Brew Coffee: qué es | OCU

Sin embargo, después de este resumen general de las interacciones del agua con diversos sustratos comunes en la cocina, seguimos olvidando que probablemente todo esto podría ser resumido en una oración: 

el agua es una molécula de tres átomos, unidos por enlaces que significan energía, y dada la mayor electronegatividad del oxígeno respecto a los dos hidrógenos que la componen la convierten en un súmmum de microimanes, con energías de enlace tan lábiles que conforman una constante fractura y reagrupamiento de sus moléculas individuales (fliquering clusters phenomenon), cuya media de energía de enlace termina siendo alta, por ende estable, y permitiendo a las moléculas grandes que interaccionen en ellas ser capaces de ejercer influencia mutua sin establecer contacto físico a varios nanómetros de distancia.

Debido a la mayor electonegatividad del oxígeno, la estructura del agua no es un tetraedro perfecto, por lo que a temperatura ambiental siendo líquida nunca llega a interaccionar con otras cuatro moléculas de agua. Sin embargo, en la congelación, el grado tan bajo de excitación permite una mayor ordenación y la malla se vuelve tetraédrica por completo.

Estas características del agua le otorgan la capacidad de ser el mejor lienzo para que el universo dibuje sus reacciones físico-químicas, y la vuelve extremadamente indispensable para la vida, tal como la conocemos. Podríamos afirmar que somos como somos por el agua, y a raíz de ella podríamos explicar la evolución genómica por completo (muy elementalmente como es evidente, pero no deja de ser fascinante).

Arriba: el agua es la llave para comprender la vida tal y como la conocemos.

Fuente: (34) Pinterest

El agua, además, forma enlaces de hidrógeno con solutos polares, ya sean: azúcares (efecto estabilizador del oxígeno carbonílico y los grupos hidroxilo con las moléculas polares del agua), alcoholes, aldehídos y cetonas (que contienen enlaces N-H)...

Otra característica vital, y que define las estructuras tridimensionales de proteínas y ácidos nucleicos, es que los enlaces de hidrógeno son altamente dependientes de la isomería de las moléculas, ésto es, que su fuerza viene determinada por la disposición espacial de los agentes enlazantes. Éstas disposiciones vienen, a su vez, determinadas por la temperatura, porque como hemos dicho anteriormente las moléculas están hechas de átomos, y los átomos están unidos por enlaces que son a su vez energía. Teniendo en cuenta que lo que conocemos como temperatura es energía libre, cuando aplicamos energía libre a un sistema, estamos aportando entropía al mismo, ya que todo enlace presenta una temperatura de fractura. Cuando un sistema recibe suficiente energía para desestabilizarlo, se producen en ese momento los famosos cambios físicos de estado (sólido, acuoso, gaseoso y sus dinámicas peculiares como la sublimación y la sublimación inversa).

Arriba: los cambios de estado del agua son más complejos de lo que parece y están directamente relacionado con sus características como molécula.

Fuente: ¿Qué es la sublimación en camisetas? (positivos.com)

El motivo por el que analizamos los enlaces de hidrógeno en este capítulo del agua se explica debido a que son enlaces débiles, los cuales son sumamente representativos en las reacciones biológicas y que explican la estructura de macromoléculas y las reacciones que catalizan o de las que forman parte. Otro tipo de interacción débil son las Fuerzas de Van der Waals (definidas por el radio de VDW)  que explica la interacción de las nubes electrónicas entre dos moléculas no cargadas. 

Las interacciones débiles que forman parte de los procesos de generación y funcionamiento del ADN, ARN, hormonas o neurotransmisores en el cerebro y las enzimas en general son las que posibilitan la vida por su capacidad de aportar dinamismo a las estructuras biológicas y a su vez por su capacidad de funcionamiento conjunto que les permite ser sumamente débiles en sí mismas pero a su vez significativamente poderosas de forma coordinada.

Por ende, la disposición espacial (isomería) de una molécula depende por supuesto (obviando muchos otros parámetros) de la temperatura del sistema, y en consecuencia cada molécula o conjunto de moléculas se dispone en “posturas” distintas (en las proteínas, los 4 estados basales de plegamiento) que pueden facilitar o dificultar las interacciones, así como transformarse en otras moléculas distintas (en las proteínas, por ejemplo, se da la desnaturalización, que en la mayoría de casos es irreversible; véase la clara de huevo).

Arriba: el cómo se distribuyen los átomos en una molécula determina sus propiedades, hasta el punto en que pueden ser consideradas diferentes.

Fuente: Estructuras e isómeros de hidrocarburos (artículo) | Khan Academy

Para finalizar, mencionar brevemente tres conceptos: 

1-Los cristales se disuelven fácilmente en el agua porque aumentan la entropía del sistema, y eso aumenta la excitación de las moléculas de agua que incrementan el número de interacciones entre el sustrato y el disolvente.

2-Las moléculas apolares se disuelven mal en el agua, precisamente porque no estimulan la energía cinética del sistema y se dan muchas menos interacciones tanto por superficie como por unidad de tiempo.

3-Las grasas se mezclan, que no disuelven, en el agua alcanzando un punto intermedio entre los dos procesos anteriores porque presentan un dipolo apolar-polar que da como resultado el comportamiento anfipático de los ácidos grasos, y el cual explica a partir de la formación de micelas procesos culinarios como las emulsiones.