La Química de la Navidad
La química de la Navidad
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Al leer estas líneas se preguntarán: ¿existe algún tipo de relación entre estas fiestas, la física y la química? Aunque a simple vista parezca que no, intentaremos crear relaciones entre estas materias. Empezaremos intentando aportarle una explicación científica a la Navidad y para ello nos ayudaremos de una de las obras más leídas del periodista Roger Highfield titulada "La física de la Navidad - De la aerodinámica del reno a la termodinámica del pavo".
¿Qué es de Papá Noel?
Hace algún tiempo, el científico británico Richard Dawkins concluyó en su libro "Destejiendo el arcoíris" que el mito de Papá Noel era falso porque para visitar a todos los niños del mundo en una sola noche, su trineo tendría que viajar a una velocidad varias veces superior a la del sonido, la cual generaría una espectacular onda sónica y una gigantesca explosión.
"Dado que no escuchamos esta explosión, Papá Noel no existe", concluyó Dawkins.
Pero Highfield defiende la ya extendida tradición:
Hay en el mundo 2100 millones de niños menores de 18 años, según Unicef. Si se considera un promedio de 2,5 niños por hogar, Papá Noel debería hacer 842 millones de paradas en un solo día para entregar un regalo a cada niño. "Afortunadamente, Santa Claus tiene más de 24 horas para realizar su tarea", concluye Highfield. Si su trineo viaja en dirección opuesta a la rotación de la Tierra, tendrá otras 24 horas extra para entregar sus regalos sin salirse del 24 de diciembre. Para cubrir una extensión calculada en 335,6 millones de kilómetros, su trineo deberá viajar a una velocidad de 2058 kilómetros por segundo.
Para explicar la ausencia de la espectacular explosión, Highfield recurre a la física cuántica y a la investigación de varios científicos que demuestran cómo el famoso trineo está naturalmente equipado para generar mecanismos antisónicos.
Hablemos de el arbolito de Navidad
Navidad, tiempo de celebración, la buena comida, bebidas y de reencontrarse con la familia. Unas de los aspectos más divertidos para mi es la decoración navideña, específicamente del árbol o pino de Navidad.
En algunos países es común utilizar un pino de plástico para decorar pero en muchos otros, es tradición usar pinos naturales. Aunque no es algo en lo cual esté del todo de acuerdo, a modo de referencia para el post, explicaremos la química del pino de navidad.
El pino forma parte de la familia de las coníferas y ostenta un olor único. Las moléculas garantes de dicho olor son el alfa-pineno, el beta pineno y el acetato de bornilo.
Las dos primeras moléculas son isómeros entre sí y pertenecen a la familia de los terpenos.
PERO, ¿QUÉ SIGNIFICA QUE DOS MOLÉCULAS SEA ISÓMEROS?
Los compuestos se consideran isómeros cuando muestran fielmente el mismo número y tipo de átomos; químicamente se dice que poseen igual fórmula molecular. Ahora bien, pueden tener diferente posición de algunos grupos dentro de la molécula y diferente fórmula estructural.
El alfa-pineno y beta-pineno presentan un doble enlace en diferente posición. Los terpenos son una extensa familia de compuestos orgánicos, cuya base es el 2-metilbuta-1,3-dieno, o isopreno.
Los terpenos componente primordial de los aceites esenciales y resinas de algunas plantas y árboles. Se producen por polimerización de dos o más unidades de isopreno, enlazadas y alteradas de manera diferentes. Dichos compuestos, poseen como característica en común, su acentuada propiedad aromática.
El alfa-pineno se halla en los aceites volátiles de varios tipos de pino; mostrando un olor parecido a la resina (aceite de trementina) y tiene dos enantiómeros, uno muy frecuente en los pinos europeos y el otro en los pinos americanos.
Por su parte, el beta-pineno, se halla en mayor cantidad que el alfa-pineno y colabora en gran medida en el olor que presenta los árboles en el bosque. Su olor a madera es muy fresco y aromático, gozando como base el olor a trementina.
El acetato de bornilo es una molécula que pertenece a la familia química de los ésteres, compuestos muy aromáticos y volátiles; se encuentra en los aceites de las coníferas como pinos y abetos, es el que suministra el olor claro a pino y asimismo despliega propiedades antibacteriales.
ANATOMÍA DE LA VIÑA Y LA UVA
VIÑA
La viña (Vitis vinifera) es una liana trepadora que se coge a cualquier soporte. El tronco es el apoyo de la estructura vegetativa (hojas y tallos) y reproductiva (flores y frutos). Las ramificaciones se llaman brotes o pámpanos cuando son herbáceas y sarmientos cuando son leñosas.
UVA
El racimo de uva está compuesto por la estructura leñosa, denominada raspón o escobajo, y los granos, que se unen al raspón por el pedúnculo y los pedicelos y están formados por semillas (3%), pulpa (90%) y piel u hollejo (7%).
CICLO DE CRECIMIENTO
Consta de seis etapas.
1.- BROTACIÓN
Al inicio de la primavera aparecen los brotes o yemas, brotan sobre los sarmientos los pámpanos, que crecerán hasta convertirse en hojas.
2.- FOLIACIÓN
En abril o mayo tiene lugar la aparición de las hojas. En ellas la planta transpira, respira y hace la fotosíntesis. Se forman los ácidos y azúcares que se acumularán en el grano condicionando su sabor.
3.- FLORACIÓN
A finales de mayo o principios de junio aparecen los embriones de las flores. La floración se produce en pleno mes de junio. Las flores son blancas y muy pequeñas.
4.- FECUNDACIÓN Y FRUCTIFICACIÓN
Las flores dan pequeños frutos a finales de junio o en julio. Éstos surgen muy verdes debido a la alta cantidad de clorofila.
5.- ENVERO
Tiene lugar a lo largo del verano. Durante el envero la uva cambia de color (Verde a amarillo si la uva es blanca, del verde a rojo claro, que se irá oscureciendo, si es tinta).
6.- MADURACIÓN
Se produce entre los meses de agosto y octubre hasta la llegada de la vendimia. A lo largo de la maduración la cantidad de ácidos va decreciendo a favor de los azúcares. Los troncos de las cepas también acumulan azúcares.
COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA UVA
Se trata de una fruta bastante compleja químicamente. A continuación pasaremos a describir sus principales componentes.
AZÚCARES
Son las sustancias que se encuentran en mayor cantidad, después del agua (en una proporción de entre el 15 y el 30 %). Entorno entre el 65 y el 85% de ellas están en la pulpa.
Al principio de su desarrollo los granos contienen clorofila con el fin de realizar la fotosíntesis. Conforme se va desarrollando, la sacarosa es transportada desde las hojas a los granos y se divide en glucosa y fructosa.
ANTOCIANINAS ASOCIADAS A GLUCOSA
Le dan color a la uva tinta. Están ausentes en las uvas blancas.
COMPUESTOS TERPÉNICOS
Los terpenos principales que se encuentran en el hollejo son el geraniol, el nerol y el linalool. Son responsables del aroma de la uva. Se encuentran en forma libre, es decir, sin asociarse a ninguna otra molécula.
Los terpenos de la pulpa (fundamentalmente linalool) están combinados con glucosa, lo que los hace inodoros.
Los terpenos combinados pueden transformarse en terpenos libres durante la maduración de la uva por hidrólisis ácida o por acción de las enzimas glicosidasas. A mayor temperatura hay mayor actividad enzimática, por lo que los terpenos libres aumentan su proporción.
Sobre el pavo navideño
Después del árbol no puede haber navidad sin una cena, que en general lleva pavo horneado. La reacción química responsable del sabor horneado y el color marrón característico de este proceso es la denominada reacción de Maillard. Este llamativo nombre se debe a Louis-Camille Maillard, un médico y químico francés, quien logró describir y detallar la nombrada reacción. Gastronómicamente hablando la reacción tiene implicaciones muy variadas en nuestros alimentos; por nombrar algunas, la reacción de Maillard es la responsable del color tostado de las galletas y de la corteza del pan, así como del color característico de la cerveza, en donde influye en el proceso de malteado de los granos de cebada (el tostado de los granos), también está presente en el sabor de los asados.
Si entramos en materia, esta reacción ocurre entre los aminoácidos y azúcares de la carne en el proceso de cocción. Es un proceso no enzimático que se produce durante la cocción a temperaturas entre 145 y 165 grados centígrados. Se inicia cuando una molécula de azúcar interacciona con un aminoácido, sea libre o parte de una cadena proteínica. El resultado es una nueva estructura cuya inestabilidad experimenta nuevos cambios y que deriva en cientos de compuestos diferentes. Lo increíble es que como consecuencia de la reacción se produce un cóctel de nuevas moléculas y nuevos aromas; cada alimento tiene su particular reacción de Maillard con resultados que varían según los diferentes métodos de cocción, temperaturas o interacción con otros alimentos.
Entre los compuestos que se encuentran en el pavo navideño tenemos a los furanos, furanonas, pirazinas, tiofenos y melanoidinas. Los furanos son los responsables del sabor tostado y carnoso del pavo, las furanonas se encargan de dar un sabor ligeramente dulce y acaramelado, las pirazinas, por su lado, dan el sabor asado y cocido; los tiofenos entregan una mezcla de sabores entre carnoso y asado. Finalmente, las metioninas son las encargadas de dar el característico color dorado a nuestro querido manjar.
Brindemos todos, ¡Salud!
Hay mucho más en la navidad, pero no quiero dejar de nombrar al vino, divino brebaje que permite que nuestra cena sea mucho más grata y sensorial. El vino por supuesto tiene alcohol etílico, que se obtiene como resultado de la transformación de los azúcares presentes en las uvas en alcohol, en el proceso conocido como fermentación. Como diría un experto “el alcohol otorga al vino aroma y buqué, le transmite fuerza, calor y suavidad”.
El vino presenta básicamente dos tipos de ácido. El ácido específico de la uva y el vino es el ácido tartárico, la acidez del vino depende mucho de su riqueza en ácido tartárico y supone aproximadamente el 30% de los ácidos totales del vino. En mucha menor proporción se encuentra el ácido láctico (que también se encuentra en la leche) que se forma en la denominada fermentación secundaria en donde la acción de bacterias transforma el ácido málico, que se encuentra originariamente en las uvas, en ácido láctico. Por otro lado los vinos de alta calidad, tintos específicamente, presentan notas sensoriales como producto de la acción de muchas moléculas, muy semejante a lo que ocurre con los perfumes complejos. Por ejemplo, las notas frutales de estos vinos se deben a la acción concertada de ésteres cíclicos, γ-lactonas, furaneol, maltol, sotolón, entre otros, que brindan aromas a baya, melocotón, frambuesa, guinda, maple, chocolate y caramelo.
Sobre borracheras y resacas
METABOLISMO DEL ETANOL
Se denomina alcohol a aquellos hidrocarburos saturados que contienen un grupo hidroxilo (-OH).
El etanol es soluble en agua, esto hace que acceda fácilmente al interior de las células del organismo y altere sus funciones. El etanol entra en la sangre a través de las paredes del intestino delgado, llevándolo luego a todas partes del cuerpo.
Como mecanismo de defensa, el cuerpo intenta deshacerse del etanol oxidándolo y obteniendo dióxido de carbono y agua
PRIMERA ETAPA
La oxidación origina en un primer paso otra sustancia tóxica, el acetaldehído, CH₃CHO, todo ello con la intervención de la enzima alcohol deshidrogenasa (ADH).
El NADH que se produce participa en la síntesis de ATP.
El alcohol que queda sin reaccionar dificulta la transmisión del impulso nervioso, lo que explica que nos cueste más pensar cuando hemos bebido.
SEGUNDA ETAPA
El acetaldehído es oxidado a acetato mediante la enzima acetaldehído deshidrogenasa dependiente de NAD+.
El acetaldehído disminuye los niveles de neurotransmisores, justificando que los movimientos sean más torpes.
TERCERA ETAPA
El acetato resultante de la oxidación el acetato pasa a ser acetil-CoA gracias a la reacción con la coenzima A mostrada a continuación:
Acetato + CoASH + ATP → Acetil-CoA + AMP (1) + PPi (2)
(1): Adenosín monofosfato.
(2): Fósforo inorgánico.
El acetato inhibe la oxidación de ácidos grasos, acumulando grasas en el hígado.
El acetil-CoA resultante se utiliza principalmente en la síntesis de ácidos grasos y colesterol cuando el etanol se toma con carbohidratos. Cuando se consume sin carbohidratos, el acetil Co-A generado es oxidado a CO2 y agua.
El alcohol se metaboliza más lentamente de lo que se absorbe, ya que el hígado sólo puede metabolizar cierta cantidad de alcohol por hora. Esta velocidad depende en parte de la cantidad de enzima ADH, que varía entre individuos, de hecho, las mujeres y las personas de raza asiática tienen un nivel menor de enzima ADH, lo que explica su menor tolerancia al alcohol. Existen otros factores que influyen, como la presencia y el tipo de alimento que haya en el tracto digestivo, por ejemplo, a mayor cantidad de grasas, más lenta será la digestión y, por tanto, también la absorción de alcohol.
LA RESACA
La deshidratación se debe a la inhibición de la vasopresina, hormona que regula la retención de agua en el riñón con el fin de concentrar la orina.
Debido a la oxidación del acetaldehído vista anteriormente, no hay suficiente NAD para obtener energía a partir de la glucosa. Se empleará una ruta metabólica alternativa para la producción de energía que generará ácido láctico. La subida de acido láctico en el cuerpo produce una bajada de pH también llamada acidosis. Uno de los síntomas de la acidosis es el dolor de cabeza.
Pero, aparte del etanol, las bebidas alcohólicas contienen unas sustancias llamadas “congéneres”, éstos se originan durante el proceso de producción de la bebida. Principalmente son el metanol, la histamina, el acetaldehído y algunos polifenoles y contribuyen fuertemente a la resaca. De todos ellos, el metanol es el que más influye.
El metanol se oxida a formaldehído, que es mucho más tóxico que el acetaldehído proveniente de la oxidación del etanol. Al mezclar bebidas aumenta el número de “congéneres”, lo que nos hace tener una peor resaca. Las bebidas destiladas tienen muchos menos “congéneres” que las que no lo son, de ahí que la resaca de bebidas blancas (como el vodka) sea más benévola. El etanol inhibe el metabolismo del metanol, de ahí eso de que un poco de alcohol ayude en la recuperación de la resaca.
La ingestión de alcohol aumenta la producción de ácidos gástricos, dando lugar a irritación e inflamación en las paredes del estómago por lo que, a largo plazo, pueden aparecer úlceras, ¡así que cuidado!.
