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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Las burbujas de las bebidas alcohólicas.

Burbujas - Quilo de Ciencia - Cienciaes.com

No hay celebración que se precie sin una botella de cava, champán, sidra, o una cerveza, nos encantan sus burbujas, contrariamente nos desagradan las burbujas inmobiliarias. Las burbujas son esferas en cuyo interior se aloja un gas. En algunas bebidas, como la cerveza, las burbujas de gas permanecen formado una gruesa capa superior que denominamos espuma, en cambio en el cava y champán las burbujas tienden a eclosionar antes y la espuma es menos persistente. La espuma se forma cuando hay muchas burbujas que suben a la superficie a la vez. Si no desaparecen inmediatamente decimos que la espuma aguanta. Las burbujas y la espuma son de nuestro agrado porque, como veremos a continuación, aparte de cumplir una función estética ayudan a que se liberen sabores y aromas que hacen que la bebida resulte más apetitosa.

La estabilidad de la espuma, o lo que podríamos llamar camaradería de las burbujas, depende de diversos factores como es la transferencia de gas desde las burbujas de menor tamaño a las mayores, fenómeno conocido como maduración de Ostwald. Este fenómeno se produce porque las burbujas pequeñas tienen a una mayor presión que las grandes, por lo que el gas tiende a ser transferido hacia las grandes. Por otra parte, esta estabilidad se ve reforzada por componentes del líquido denominados tensoactivos o surfactantes, que son compuestos que proporcionan viscosidad y textura creando una membrana alrededor de las burbujas que evita que exploten y permite que se adhieran a las burbujas cercanas. Estos compuestos tensoactivos, que favorecen que se forme espuma, son fundamentalmente compuestos que contiene el líquido (antocianinas, aminoácidos, polisacáridos, flavonoides y ácido cumárico). En cambio, otros compuestos, como el alcohol, afectan negativamente a la estabilidad de la espuma. El alcohol es una de las causas por las que los cavas y champanes, que tienen mayor graduación alcohólica que la cerveza y la sidra, cuentan con espumas menos persistentes.

El gas que contienen estas bebidas espumosas es el anhídrido carbónico (o dióxido de carbono), el cual se añade, o se forma a partir de los hidratos de carbono mediante la fermentación alcohólica llevada a cabo por levaduras que producen alcohol y gas carbónico. Este es un gas inodoro, incoloro, inerte y no inflamable. Su solubilidad en el agua es bastante alta, y al disolverse en un medio acuoso forma ácido carbónico.

Cualquier bebida carbónica que se acondiciona dentro de un recipiente cerrado, ya sea una botella, barril o una lata metálica, forma un sistema líquido-gas. Según una ley formulada en 1803 por el químico inglés William Henry, la Ley de Henry, la cantidad de gas que se disuelve en un líquido es proporcional a la presión que ejerce ese gas particular sobre el líquido. Consecuentemente, cuanto mayor sea la presión que ejerce el anhídrido carbónico sobre el líquido mayor será su concentración en ese líquido. Sin embargo, en determinadas condiciones de transporte, agitación, apertura del contenedor, cambio de temperatura, etc., el equilibrio de Henry se perturba. Así, por ejemplo, antes de abrir el contenedor de una bebida carbonatada, la presión en su interior es más alta que la atmosférica y el líquido contiene mucho gas disuelto, pero cuando lo abrimos, el gas escapa, disminuyendo la presión del gas encima del líquido y produciendo una pérdida de gas disuelto en el líquido.

La presión del gas dentro de la botella depende del tipo de bebida, pudiendo ser de algo más de media atmósfera (a 20ºC) si es de sidra natural, hasta una presión de 5-6 atmósferas en los cavas o champanes, presión similar a la del interior de una rueda de camión. Por esta razón, las botellas de estos vinos espumosos tienen las paredes gruesas con una picada (culo de la botella) muy pronunciada (para aumentar la superficie sobre la que se ejerce la presión), y el tapón de corcho en forma de champiñón y sujeto por un morrión (jaula metálica), destinado todo ello a resistir la alta presión.

Cuando abrimos la botella y vertemos el contenido en una copa o vaso, podremos observar que se forman rosarios de burbujas que se inician en la parte inferior del recipiente, que van aumentando de volumen y se rompen en contacto con el aire. Curiosamente las burbujas se forman en los mismos puntos, y las de pequeño tamaño suben en línea recta, pero las que alcanzan un tamaño considerable lo hacen en forma de zigzag. La sobresaturación de la fase líquida con el gas carbónico provoca la formación de burbujas en determinados puntos del vaso o la copa que son los que pueden contener cristales de sales, rasguños en el vidrio o pequeños trozos de fibras de celulosa, fenómeno denominado nucleación. Lo más habitual es que la superficie del vidrio esté salpicada de fibras de celulosa provenientes del medio ambiente. Estas fibras o imperfecciones de la copa contienen minúsculas bolsas de aire, que quedaron atrapadas. Estos núcleos actúan de catalizador del paso de ácido carbónico a gas carbónico. Las bolsas de gas van creciendo debido al aporte adicional de carbónico y cuando la burbuja alcanza un radio crítico, ¾que suele ser de unas 2 décimas de micra¾, abandona el punto de nucleación, se acelera a través de la flotabilidad (pesan menos que el líquido que las rodea), capta más anhídrido carbónico aumentando de volumen, sube a la superficie a gran velocidad y eclosiona como el hongo de una explosión. Cuanto mayor sea la cantidad de carbónico, de impurezas en la copa o vaso, o las imperfecciones en vidrio, mayor será la cantidad de centros de nucleación, y se formarán más burbujas. Con el tiempo disminuirá el contenido de ácido carbónico del líquido, y los puntos de nucleación se irán vaciando de aire, lo que producirá una desaparición de las burbujas de forma gradual. Aunque siga escapándose gas del líquido, este lo hará ya sin burbujear.

¿Por qué las burbujas de pequeño tamaño ascienden en trayectoria recta y las más grandes lo hacen en espiral o zigzag?

Durante el Renacimiento, Leonardo da Vinci realizó la intrigante observación de que una burbuja que se eleva en el agua va creciendo y una vez que supera un tamaño crítico, se desvía de su camino recto para realizar un movimiento periódico en zigzag o en espiral. Sin embargo, la explicación científica de este fenómeno se ha resistido a la descripción del mecanismo físico responsable, y ha estado en disputa, hasta que recientemente un investigador de la Universidad de Sevilla, Miguel A. Herrada, y otro de la Universidad de Bristol, Jens G. Eggers, publicaron un artículo en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) en el que demuestran, por primera vez, que la trayectoria recta de una burbuja en el agua cambia a zigzag cuando alcanza un radio esférico crítico de 0,926 milímetros, y que esto es consecuencia de la interacción entre el fluido y la deformación de la burbuja. A medida que las burbujas suben se mueven más deprisa y la presión del fluido desciende alrededor de la superficie de la burbuja. Si su radio es superior al señalado, se produce una deformación de la burbuja que afecta a la velocidad de ascenso y modifica su trayectoria, provocando un bamboleo periódico que causa un ascenso de la burbuja en zigzag.

¿Cuál es el efecto del gas sobre las sensaciones que nos produce?

Estas bebidas nos provocan una sensación de agradable frescor y un glamuroso cosquilleo en nuestra boca. Estas sensaciones, que se asemejan a un hormigueo, ligero ardor y pequeños pinchazos en la boca, sensación que se denomina “pungencia” (nombre que proviene de pungir, que significa punzar o herir algo o a alguien con un objeto puntiagudo). Esta sensación no es de tipo mecánico, consecuencia del estallido de las burbujas de gas carbónico, sino que se debe a que el anhídrido carbónico interactúa con el agua en la boca a través una reacción promovida por una enzima, denominada anhidrasa carbónica, que se encuentra presente en la saliva, y que forma ácido carbónico a partir de la combinación de anhídrido carbónico y agua. Este ácido excita los receptores sensoriales denominados nociceptores (terminaciones nerviosas del dolor) que se encuentran en las papilas gustativas de la boca. Este estímulo a través del nervio trigémino llega al cerebro, el cual registra esa sensación entre irritante y agradable, característica de las bebidas carbonatadas. Estos mismos receptores del dolor son los que responden al picante, y a una excesiva temperatura. Por esta razón, tanto el picante como el gas carbónico no tienen nada que ver con el sentido del gusto, sino que son percepciones del nervio trigémino que se procesan en nuestro cerebro. Esto provoca la emisión de serotonina (la cual nos genera sensaciones de bienestar) y endorfinas (que nos producen placer, sensación de bienestar, tranquilidad). Cabe señalar que es necesario que reconozcamos las señales percibidas y las comparemos con otras sensaciones grabadas previamente en nuestra memoria sensorial, siendo, por tanto, en última instancia, un proceso comparativo que se facilita mediante la educación y el entrenamiento sensorial. El placer que nos produce el gas carbónico, al igual que lo hace el picante, se aprende a través de la exposición repetida a estos estímulos, exposición que dependerá de los hábitos gastronómicos y culturales de cada país, zona o región, es decir, la primera vez que tomamos una bebida carbonatada lo más probable es que no sea de nuestro agrado. Sin embargo, a medida que nos vayamos habituando y cuanto más habituados estemos a su consumo más favorable será nuestra evaluación.

En resumen, el gas carbónico de una bebida es de suma importancia tanto para su valoración en la fase visual (espumosidad, rosarios, aguante,…), como en el pungir en la boca y la sensación refrescante que induce. Además, las burbujas acentúan los aromas de la bebida debido a que, aparte de contener gas carbónico, al eclosionar transmiten los aromas que arrastran a nuestro olfato. Téngase en cuenta que nuestro olfato solo detecta sustancias en estado gaseoso, por lo que las burbujas son el medio más apropiado para el transporte de las moléculas aromáticas hasta este sentido.

(Miguel Pocoví, 22/07/2023)

Referencia:
Miguel A. Herrada and Jens G. Eggers (2023). Path instability of an air bubble rising in water https://doi.org/10.1073/pnas.221683012

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