Química en la cocina. Derivada de hidratos de carbono, proteínas y lípidos, reacciones químicas y biotecnología

Autores: Silvia Cerdeira, Helena Ceretti y Eduardo Reciulschi Responsable disciplinar: Silvia Blaustein Área disciplinar: Química Temática: Aplicación de conceptos de reacciones químicas y cambios físicos a una actividad cotidiana: cocina. Nivel: Secundario, ciclo básico Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar

Propósitos generales

Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.

Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.

Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.

Introducción a la actividad

¿Todos los cocineros son químicos y todos los químicos son cocineros? En realidad, la cocina es un lugar donde la gente –aunque no lo sepa– está aplicando la mayor parte de los conceptos químicos y físicos aprendidos en la escuela. En la cocina, horneamos o asamos los alimentos, hacemos mezclas, emulsiones, sazonamos nuestras comidas, espesamos salsas. Todas estas operaciones involucran cambios físicos y químicos aunque no pensemos en ellos cuando los realizamos. Al preparar pan o masa de pizza estamos aplicando principios de biotecnología tradicional con la ayuda de las levaduras.

Los primeros aparatos y operaciones de los alquimistas se tomaron prestados de la cocina. Las ollas, los alambiques, los morteros, los hornos y las grandes cucharas para revolver las mezclas fueron los instrumentos con los que se comenzó a trabajar con el mercurio, el azufre, el carbón y toda clase de mezclas buscando producir oro, la piedra filosofal y la eterna juventud.

Estos aparatos y procedimientos se fueron modificando poco a poco, y en algunos casos se mejoraron notablemente. Por ejemplo, la olla a presión, que permite cocinar a temperaturas más altas que con el agua o el aceite. El bañomaría, que todo cocinero conoce que se debe a la alquimista “María la Judía”, así llamada porque el gran alquimista Zoísmo se refería a ella diciendo que era hermana de Moisés, pues podía calentar a 100 grados los alimentos sin que se mezclasen con el agua.

En una cocina bien equipada podemos encontrar una gran variedad de ingredientes e instrumental suficiente para procesarlos. Los invitamos a la cocina… así que pónganse el delantal, el gorro y lávense las manos.

Objetivo de la actividad

Que los alumnos:

Reconozcan los cambios físicos y químicos que ocurren al procesar los alimentos.

Encuentren las mejores condiciones para realizar algunas operaciones cotidianas en la cocina.

Apliquen los conceptos aprendidos en las disciplinas científicas a una actividad diaria.

Actividad 1.

¿Qué tenemos en la cocina?

Busquen por lo menos 20 ingredientes en su cocina, por ejemplo: leche, tomate (envasado y fresco), lata de arvejas, harina, huevos, endulcorante y otros. De cada uno de ellos busquen su composición química: contenido de proteínas, hidratos de carbono y grasas (ver secuencias de ProteínasHidratos de carbono y Lípidos). En los siguientes sitios pueden encontrar información al respecto:

Propiedades de los alimentos

Tablas de calorías, hidratos de carbono, lípidos y proteínas

Alimentación sana

Utilizando sus equipos portátiles hagan una tabla con los ingredientes y los datos de su composición química. Además confeccionen una lista del “instrumental” disponible en la cocina, por ejemplo: cacerolas, balanzas, cucharas, etc., con sus posibles funciones.


¿Balanza, cuchara o taza?

Utilizando una balanza, de laboratorio o de cocina, determinen la masa de una cucharada sopera al ras de cada uno de los ingredientes que están incluidos en su lista. Siempre van a utilizar la misma cuchara de sopa. ¿Por qué es importante esta aclaración?

Elaboren un método para pesar los ingredientes líquidos. ¿Conviene usar la cuchara u otro instrumento de medida casero?

Utilizando sus equipos portátiles elaboren una tabla que incluya las equivalencias de masa en gramos y cucharadas soperas u otro instrumental que hayan decidido utilizar (no siempre se dispone de una balanza en la cocina y de esta forma podemos preparar nuestras recetas en cualquier parte). Comparen las masas de una cucharada sopera al ras de harina, de azúcar y de almidón de maíz. ¿Son iguales? Utilizando una taza de café con leche comparen las masas de una taza de leche y una de agua. ¿Pesan lo mismo? ¿Es exacto este método de medición? ¿Pueden proponer alguna mejora al método utilizado?


¿Cómo podemos ordenar los ingredientes?

Formen equipos de 3 o 4 integrantes. Cada equipo debe encontrar 3 o más criterios para la clasificación de los ingredientes, por ejemplo color, estado de agregación, origen (por ejemplo derivados lácteos, de la carne o productos vegetales), necesidad de refrigeración, etc.

Cada grupo elaborará una tabla con tantas columnas como criterios ha encontrado, y ubicará los ingredientes en cada uno de ellas. Utilicen el programa Calc para realizar estas operaciones.

Utilizando la plataforma Squeak, compartan todas las tablas elaboradas por los diferentes grupos y unifiquen todos los datos en una única tabla con todas las columnas que sean necesarias.


Recetas

Busquen en libros e internet el procedimiento y los ingredientes para preparar alguna de las recetas que les proponemos:

Mayonesa

Tortilla

Huevo duro

Huevo pasado por agua

Huevo frito

Arroz

Carne al horno

Flan

Caramelo

Gelatina

Tengan en cuenta los ingredientes e instrumentos que figuran en sus tablas. Calculen el tiempo necesario para realizarlas.

Utilizando sus equipos portátiles (y el programa Impress por ejemplo) y las tablas anteriores, elaboren presentaciones de:

a) los ingredientes necesarios para la receta, expresando las cantidades encontradas en número de cucharadas soperas u otro recipiente elegido de acuerdo a la tabla elaborada anteriormente (por ejemplo número de cucharadas soperas= masa/masa de una cucharada sopera),

b) una lista de los instrumentos necesarios para realizar cada una de las operaciones y

c) el procedimiento a seguir.

Elaboren una ficha para cada ingrediente donde figure su composición química. Preparen la cámara de su equipo ya que cada grupo filmará la elaboración de la receta de forma tal que luego podrán presentarla como un programa televisivo/video para la feria de ciencias.

Ahora intenten explicar los principios físicos y químicos involucrados en cada uno de los pasos realizados. Les proponemos los siguientes sitios y un video para buscar algunas respuestas:

Revista Techtraining

Química y cocina

La química y la cocina



A continuación les presentamos un ejemplo con explicaciones de cada paso de una receta de panqueques:

Ingredientes:

3 huevos  

250 grs. de harina (aproximadamente 13 cucharadas soperas)

2 tazas o ½ litro de leche

Procedimiento:

1. La forma más rápida para preparar los panqueques es utilizando una batidora eléctrica (puede ser manual o con la de vaso); si no utilicen un tenedor o un batidor metálico. Primero se agregan los huevos con un poco de leche, se bate hasta que la mezcla quede homogénea.

Mezclar es un cambio físico, se forma una mezcla de sustancias que tienen un cierto contenido acuoso y de grasa, por lo tanto se forma una emulsión (ver secuencia de Sistemas coloidales). Una de las propiedades más apreciadas del huevo es su capacidad para formar espumas. El secreto de toda espuma consiste en encontrar una sustancia que logre retener el aire en la preparación. Las sustancias que logran esto en los huevos son las proteínas de la clara y las proteínas y los fosfolípidos de la yema. Dos de las proteínas presentes en el huevo: la ovotransferrina y el ovomucoide son las proteínas que se desnaturalizan por efecto mecánico.

2. Incorporar sin dejar de batir en forma de lluvia la mitad de la harina, intercalar con la leche hasta terminar los ingredientes. Quedará una preparación líquida pero algo espesa, con consistencia.

La harina se utiliza como espesante y en general requiere la presencia de una materia grasa. La grasa inactiva las alfa amilasas (enzimas) presentes en la harina que degradan el almidón (esto disminuiría su poder espesante). Los gránulos de almidón de la harina comienzan a hidratarse en la mezcla fría.

3. Se calienta una panquequera o una sartén con un trozo de manteca y se coloca un cucharón de la preparación, se hace correr el líquido por la sartén hasta cubrir el fondo. Dejar unos minutos y con la ayuda de un cuchillo plano o una espátula se gira el panqueque para cocerlo del otro lado. Dorar y retirar. Así hasta acabar con toda la preparación.

Con la cocción se producen distintos cambios químicos:

Al subir la temperatura las proteínas presentes en el huevo aumentan su capacidad para atrapar agua y en consecuencia las preparaciones con huevo se van espesando.

Al calentar la mezcla, los almidones presentes en la preparación logran asociarse con más moléculas de agua ya que pierden su estructura cristalina y modifican su textura.

Cuando el panqueque se dora,se produce “browning” o reacción de Maillard (reacción de maillard).

4. Ir colocando los panqueques listos en un plato, uno encima de otro. Tomar un panqueque untar con dulce de leche, enrollar y espolvorear con azúcar impalpable. Y a comer, quedan buenísimos. En este caso los cambios químicos se producirán dentro de nuestro organismo utilizando diferentes enzimas como catalizadores (digestión).

Pueden buscar más recetas en sitios como:

Panqueques, además de la receta tiene diccionario de términos, los que aparecen en azul en la receta anterior.

Actividad 2. Todo lo que quisiste saber acerca del pan y no te atreviste a preguntar

Comemos pan todos los días pero en general no nos detenemos a pensar en las reacciones químicas que tienen que ocurrir para que los granos de trigo se conviertan en unas crocantes tostadas.

Desde la Antigüedad el hombre se dio cuenta del valor nutricional de los granos de trigo, centeno y avena. El problema era que los granos como tales no tenían buen sabor y que no eran digeribles. Sin embargo, enseguida los hombres se dieron cuenta de que si molían estos granos entre dos piedras, el polvo obtenido se podía mezclar con agua y al cocinar esta mezcla se convertía en un pan comestible (sin volumen ya que aún no se sabía nada de las levaduras). Este fue el comienzo de la elaboración de pan tal como lo conocemos.


Ingredientes

El pan contiene 4 ingredientes básicos: harina, agua tibia, levaduras y sal. Cada ingrediente cumple una función química específica en la elaboración del pan, salvo la sal, que se agrega para darle sabor.

Hagan una búsqueda de la composición química y función de cada uno de los componentes; les sugerimos algunos sitios:

1. Harina: se puede elaborar pan con diferentes tipos de harina pero la de trigo es la más utilizada. Pueden obtener información en sitios como este. ¿Qué diferencia hay entre el pan blanco y el pan negro o integral? ¿Qué es el gluten?

2. Levaduras: contienen enzimas que convierten glucosa en etanol y dióxido de carbono (ver secuencia de Biotecnología). ¿Qué función cumplen los productos de esta reacción en la elaboración del pan? Busquen información sobre las reacciones involucradas y las propiedades de las levaduras; les proponemos este sitio.

3. Agua: la composición química del agua empleada afecta las cualidades del pan. ¿Qué función cumple el agua? ¿Cómo interacciona este componente con los granos de almidón y el gluten? (ver secuencias de Hidratos de carbono, Proteínas y Fuerzas intermoleculares). Pueden obtener más información acerca de este ingrediente en Wikipedia.


Amasado y levado

Luego de mezclar los ingredientes es necesario amasar, pero ¿qué pasaría si no lo hiciésemos? Cuando se realizan todas estas maniobras se rompen puentes de hidrógeno de las proteínas de la harina, y cuando se deja descansar la masa vuelven a formarse en otro lugar. ¿Qué propiedad física le otorgará a la masa este tratamiento?

¿Qué ocurre cuando el pan se deja levar? ¿Por qué se debe dejar levar la masa de pan en un ambiente a 30-40 ºC? ¿A qué se debe el aumento de volumen de la masa? Pueden investigar el proceso de fermentación en la elaboración de pan en diferentes sitios, por ejemplo:

Fermentación con levaduras en distintos procesos.

Detalles de diferentes procesos de fermentación.

Obtención de pan amasado, paso a paso y con imágenes.

O aprender varias recetas mirando alguno de estos videos;

Video1, pan casero, video 2.53 minutos, paso a paso.

Video 2, pan de campo, 1.17 minutos


Horneado

¿Para que cocinamos el pan? La respuesta es obvia: para poder comerlo, ya que crudo es muy feo. Pero además cuando horneamos el pan ocurren otros cambios físicos y químicos interesantes:

1. Las levaduras no soportan las elevadas temperaturas del horno. ¿Qué ocurriría con el pan si no las destruimos?

2. El gluten forma burbujas resistentes que no colapsan, ¿qué cambio sufrirá esta proteína a la temperatura del horno?

3. La parte crocante del pan se forma ya que ocurre una compleja reacción química, conocida como reacción de Maillard. Para que ocurra dicha reacción se requiere la presencia de azúcar y aminoácidos (ver secuencia de  Hidratos de carbonoProteínas). Busquen las ecuaciones de la reacción de Maillard y su explicación, por ejemplo en el siguiente sitio:

Gastronomía & Cía.


Manos a la obra

Formen grupos de 3 o 4 alumnos, preparen la cámara para filmar su programa de televisión para hacer pan y guarden todo el material para su feria de ciencias. Sigan los siguientes pasos:

1. Busquen una receta sencilla de pan.

2. Preparen presentaciones para los ingredientes, utensilios y procedimiento.

3. Expliquen los cambios físicos y químicos en cada paso guiándose con las respuestas a las actividades anteriormente propuestas.

4. Filmen mientras hacen cada paso, y

5. Coman el pan casero (pueden combinar esta actividad con la elaboración de manteca y dulce de leche. Pueden consultar el siguiente sitio que también tiene imágenes para cada uno de los pasos.)

Actividad 3. Mucho para aprender

Son muchas las preguntas que podemos hacernos mientras comemos o cocinamos: ¿Por qué se endurece un huevo duro? ¿Cómo se hace la mejor mayonesa? ¿Por qué cambia el color de la carne al cocinarla? ¿Cómo hervir las verduras para que conserven mejor sus nutrientes? De esta forma la ciencia logró meterse en la cocina y todo el mundo habla de la gastronomía molecular sin saber muy bien a qué se refiere este término. La gastronomía molecular es la aplicación de la ciencia a la práctica culinaria, y más concretamente al fenómeno gastronómico. El término fue acuñado por el científico francés Hervé This y por el físico húngaro Nicholas Kurti. Ambos investigadores trabajaron sobre la preparación científica de algunos alimentos.

Les proponemos las siguientes actividades:

1. Miren  los siguiente videos de Canal Encuentro:

La cocina. Entornos invisibles. Duración: 30 minutos

Sinopsis:

¿La tecnología facilita los quehaceres humanos? Para responder esta pregunta los conductores se centran en la cocina, como ambiente en el que se encuentran enseres y artefactos que han permitido o facilitado a lo largo de la historia la elaboración, conservación y almacenaje de alimentos.

El restaurante. Entornos invisibles. Duración: 30 minutos

Sinopsis:

Los conductores analizan y hacen experimentos con diferentes sustancias alimentarias para conocer sus reacciones químicas cuando se ponen en contacto con el aire, el calor y las bajas temperaturas, entre otros elementos. Temática: La química de los alimentos. Contenido molecular de las comidas. Los grandes grupos de nutrientes. Modificaciones moleculares durante la cocción. Desnaturalización de proteínas. Los colores de los vegetales. Pigmentos y modificaciones. La reacción de Maillard (el color de la carne y de las tostadas). Reacciones de efecto de la vitamina C. Formas de transmisión de calor en las diferentes cocciones (horno, sartén, fritura, microondas, marinada). Concepto de mezclas: soluciones, emulsiones. Percepción sensorial de la comida: influencia del gusto y el olfato. Tecnologías culinarias: recubrimientos antiadherentes. Panes, tortas y levaduras, reacciones asociadas.

2. Hagan una búsqueda de información acerca de la gastronomía molecular y las ideas fundamentales de los dos científicos mencionados. Algunos sitios y videos que pueden consultar son:

La revolución culinaria. Gastronomía molecular. Nota en el Diario La Nación.

Gastronomía molecular en Wikipedia

Video 1, video de la historia de la gastronomía molecular. Duración: 5,04 minutos.

Video 2, video un científico en la cocina, cocinando un huevo. Duración: 3,05 minutos

En grupos de 3 o 4 alumnos elaboren presentaciones con algunos de los aspectos de la química de la cocina que más les hayan llamado la atención. Luego debatan en conjunto sus presentaciones ya sea en la clase o utilizando la plataforma Squeak.

Enlaces de interés y utilidad para el trabajo en el aula

Actividad: Reacciones químicas

Actividad: Proteínas

Actividad: Hidratos de carbono

Actividad: Lípidos

Actividad:  Biotecnología

Actividad:Fuerzas intermoleculares I y Fuerzas intermoleculares y propiedades físicas de las sustancias

Bibliografía / Webgrafía recomendada

Química y cocina, Libro de química y cocina.

Mairan Koppmann, Manual de gastronomía molecular, el encuentro entre la ciencia y la cocina, colección La ciencia que ladra… serie mayor, Siglo XXI. 2009.

Diego Golombek y Pablo Schwarzbaum, El cocinero científico. Cuando la ciencia se mete en la cocina. Apuntes de alquimia culinaria, Siglo XXI, colección La ciencia que ladra…, 2006.