Ciència i gastronomia: avenços recents en gastronomia molecular

Science and gastronomy: molecular gastronomy recent progress. Molecular gastronomy is the scientific discipline that explores the culinary world. It improves culinary teaching, discovers new chemical and physical phenomena, and leads naturally to the invention of a wealth of new dishes. Finally it contributes to a better appreciation of science by the general audience.

Com aconseguir que puge el suflé? Com coure la carn perquè siga tendra? Com evitar de malmetre la maionesa i, si s’ha triat, tornar a lligar-la? Cal posar rovell d’ou en l’allioli? I per què a vegades es diu que la salsa necessita un additiu, siga patata bullida, siga molla de pa arremullada en llet? És cert que les clares d’ou batudes a punt de neu munten millor si es baten sempre en el mateix sentit?

El 1988, amb el físic d’Oxford Nicholas Kurti, vam comprendre que el desenvolupament tan remarcable que ha experimentat la ciència dels aliments en els dos darrers segles no s’ha estès encara a la cuina domèstica o de restaurant, i les cuineres i cuiners fan servir materials inadequats, propaguen idees manifestament falses o si més no dubtoses sobre les operacions culinàries, en què l’empirisme s’aplica tant a idees científiques superades com a les encertades.

Exemples? Per batre la clara d’ou es fan servir batedores, a l’edat mitjana de vímet i ara d’acer inoxidable, però ni la seua estructura ni forma ha canviat gaire i, pitjor encara, no s’ha qüestionat mai. Es malgasta fins al 80% de l’energia quan es posa la cassola sobre certes plaques elèctriques escalfadores, alhora que els nostres estats es preocupen de la conservació del medi ambient. A França diuen que les dones amb la regla fan que es trie la maionesa, o que la lluna plena té aquest efecte… Hi ha qui afirma que el brou s’ha de fer immergint la carn en aigua freda, perquè, expliquen, si la carn es posa en aigua calenta, l’“albúmina” es quallaria en la superfície i impediria que n’isquera la substància.

«Tan sols una disciplina científica específica, dedicada a aquesta cuina casolana o de restaurant, permetria transformar una “art química” en activitat racionalitzada»

Aquest estat ancestral de la cuina tan curiós té una explicació –més avant examinarem una hipòtesi–, però, sobretot, ens ha fet pensar que tan sols una disciplina científica específica, dedicada a aquesta cuina casolana o de restaurant, permetria transformar una “art química” en activitat racionalitzada, gràcies a la qual el ciutadà-contribuent podria, al capdavall, beneficiar-se dels avenços de les ciències. Hem anomenat aquesta disciplina “gastronomia molecular”; una disciplina considerablement desenvolupada, fins al punt que avui contribueix a forjar l’ensenyament de les tècniques culinàries (a França i en altres països). Dins el món culinari també es va imposant, i de fet ha estat representada als congressos mundials de cuina celebrats a Madrid als geners de 2003 i 2004.

Objectius intel·ligents

Durant uns quants anys, la gastronomia molecular ha buscat d’introduir la física i la química a la cuina; a poc a poc, però, s’ha vist que aquesta disciplina no aconseguiria “que menjàrem de la química”, ni de la física, si no buscava uns objectius més astuts. Com a prova, l’humiliant fracàs del químic Marcelin Berthelot, que, el 1894, va pronunciar, davant la Unió d’Indústries Químiques, un discurs titulat “En l’any 2000” en què anunciava “un futur radiant” en què la química de síntesi, gràcies a les “pastilles nutritives”, supliria l’agricultura i la cuina. L’error de Berthelot mereix ser analitzat. De primer, s’imposa un càlcul molt simple: els aliments amb la densitat energètica més elevada són els greixos, que aporten 9 kilocalories per gram; i, com que les condicions de vida actuals ens imposen obtenir, per a la nostra alimentació, entre 2.000 i 2.500 calories per dia, per satisfer les nostres necessitats hauríem, doncs, de consumir entre 200 i 280 grams de píndoles de lípids. A més del fet que no ens puguem nodrir exclusivament de lípids, es farien de mal menjar, tantes píndoles! En segon lloc, l’evolució biològica que progressivament ha forjat l’espècie humana, l’ha dotada d’un aparell gustatiu complex, en què cada tipus de receptor (olfactius, tàctils, gustatius, tèrmics, mecànics, proprioceptius, trigeminals…) té la seua funció, que al seu torn genera una “recompensa” quan és activada segons un sentit igualment determinat per l’evolució. El gastrònom francès Brillat-Savarin ho digué més simplement en la Physiologie du goût: “El creador obliga l’home a menjar per viure, l’hi convida per apetit i l’en recompensa pel plaer.” Una pastilla nutritiva no podria, evidentment, estimular els receptors com ho fan els aliments.

No cal ser un gran savi per a observar que, si la cuina ha canviat tan poc en segles, és perque hi deu haver algun fre al canvi alimentari. Aquests frens, efectivament, hi són.

Per exemple, els primats (micos i humans) presenten un comportament de neofòbia alimentària que els prevé contra el consum de vegetals o animals potencialment tòxics. Dit d’una altra manera, nosaltres solament mengem allò que coneixem, i això explica que l’alimentació dels pobles estiga tan fortament tenyida de cultura: als alsacians els agrada el Munster (un formatge de fortor terrible), els xinesos es deleixen pel dúrio (una fruita d’olor també terrible, però d’una manera diferent).

«Els cuiners saben des de fa molt que la cuina és una activitat de naturalesa química»

D’altra banda, els cuiners saben des de fa molt que la cuina és una activitat de naturalesa química: per exemple, el 1742, Marin escriu en els Dons de Comus: “La ciència del cuiner consisteix a descompondre, a fer digerible i a quintaessenciar la carn, a extraure els sucs alimentaris i lleugers. Aquesta mena d’anàlisi química és, de fet, l’objecte bàsic del nostre art.” Què pot deduir el cuiner del fet que ell posa en pràctica reaccions químiques, potencialment perilloses, amb productes potencialment tòxics? Que ell evitarà d’enverinar els seus hostes si repeteix procediments coneguts, reputats per la seua innocuïtat.

Si els cuiners i cuineres no volen fer córrer riscos inesperats a les persones que alimenten, i així mateix els químics, en raó de la seua naturalesa de primat, refusen de consumir química i física, com es pot modificar l’activitat culinària? El 1980 (abans de la creació de la gastronomia molecular, doncs), vam establir una estratègia que consisteix a recollir les sentències culinàries, siga de llibres de cuina (essencialment francesos, antics i moderns), siga apreses de cuineres i cuiners. Inicialment, volíem principalment provar experimentalment aquestes sentències, pràctiques, habilitats manuals…

   Sentències, trucs, habilitats: com distingir les unes de les altres? La distinció, difícil de fer, probablement no és ni pertinent ni útil. Fa poc hem identificat que les receptes de cuina es componen, d’una banda, de “definició”, i, d’una altra, de “trucs”. Per exemple, un brou s’obté per escalfament de carn en aigua: aquesta és la definició. Les cuineres, oralment o per escrit, indiquen així que la marmita s’ha de cobrir, però que la tapa no ha de cobrir completament l’olla, que l’escalfament ha de ser lent i regular, que l’ebullició no ha de parar mai, que s’ha d’escumar dues vegades, etc. Dues parts en les receptes, dos tipus de treballs que cal efectuar: una modelització ha d’explorar les definicions, i les proves experimentals han d’estudiar els trucs.

Modelització i ensenyament

Examinem l’activitat de modelització basant-nos en un exemple que valora les relacions entre la gastronomia molecular i l’ensenyament culinari.

«La transmissió dels sabers culinaris es basa en les receptes, protocols imprecisos que no expliquen els fenòmens, sinó que deixen l’executant en el desconcert quan els fenòmens observats difereixen dels escrits o suposats»

La transmissió dels sabers culinaris, en efecte, es basa en les receptes, és a dir, protocols imprecisos que no expliquen els fenòmens, sinó que deixen l’executant en el desconcert quan els fenòmens observats difereixen dels descrits o suposats (observeu que no s’hi expliquen ni la part tècnica ni l’artística). Per tant, la modelització de les receptes clássiques, almenys en el primer ordre, facilita alhora la transmissió i la innovació, com examinarem ara basant-nos en la massa de fer pastissos.

   Els cuiners, empíricament, distingeixen moltes classes de pastes: fullada, brisa, sablée, ensucrades. Les més simples, en la cuina francesa, són les que avui anomenem pasta brisa i pasta sablée. Quina és la diferència? En primer lloc, observeu que aquestes denominacions tan sols s’han estès des del 1950: anteriorment es distingia entre pastes per a bases i les ensucrades. Evidentment els cuiners i els pastissers sabien que podia haver-hi estructures diverses (no parlem aquí de la seua textura, perquè es tracta d’una sensació que es desprèn alhora de l’estructura de la menja i de la manera de consumir-la; per exemple, una estructura fixa de xocolata es pot presentar per xuclar o per mastegar). El recull i la comparança de diverses receptes de pasta brisa o sablée mostra que el món de la cuina no en fa una distinció clara: certs autors defensen que la diferència es basa en els ingredients, i d’altres indiquen que és el mètode que les fa diferents.

Tanmateix, les definicions aplegades demostren que la pasta sablée deu ser més friable que la brisa, i l’examen de diverses receptes demostra que, pel que fa a les pastes més simples (compostes solament de farina, sagí i aigua), dos protocols extrems són possibles. El primer consisteix en una pastada de farina amb aigua, que, com sabem gràcies als estudis que el químic Jacoppo Beccaria va fer el 1754, genera una xarxa de gluten, per reticulació de certes proteínes de la farina, en què es dispersen els grans de midó. El sagí després es dispersa per aquesta xarxa.

Les pastes sablées, per la seua banda, s’obtenen més aviat pastant farina amb sagí, de manera que l’afegiment d’aigua, i un pastat posterior reduït, no forma aquesta xarxa de gluten: els grans de midó es dispersen llavors en una fase grassa, que es fon en la cocció i després se solidifica (parcialment) en sortir del forn, cosa que contribueix a formar una pasta friable o engrunadissa (vegeu la figura 1).

Figura 1: La pasta brisa (a) s’obté per dispersió de sagí en un sistema format d’una xarxa de gluten que empresona grans de midó (b). La pasta sablée s’obté per dispersió de farina en sagí: els grans de midó no són atrapats per la xarxa de gluten.

Aquesta modelització resulta insuficient, perquè no és quantitativa. Plantegem ara la qüestió: com determinar les quantitats respectives de matèria grassa, de farina i d’aigua en una pasta sablée? Suposem en primer lloc que la farina es compon de grans completament esfèrics, de radi igual a r. Comencem calculant la proporció de farina i de sagí suposant que els grans són amuntegats en la mantega, i, per simplificar el càlcul, suposarem que aquest apilament és cúbic. S’obtenen llavors les proporcions considerant el volum d’una esfera i el volum a l’exterior de l’esfera en el cub circumscrit, és a dir 4πr³/3 i 8r³–4πr³/3. D’aquest càlcul elemental resulta una proporció propera a una part de farina per una part de sagí (s’hi observa prenent el valor aproximat de 3 per a π), que és justament la que diu la recepta clàssica (vegeu la figura 2).

Figura 2: Càlcul d’una pasta sablée en dues dimensions (a) i en tres dimensions (b).

Es podrien amuntegar més grans de farina en el sagí? Se sap, en primer lloc, que l’apilament cúbic no és el més compacte, però, en aquest cas, és preferible referir-se al problema real, és a dir, que s’han d’apilar grans de totes les mesures. La qüestió ha estat estudiada des del segle iii abans de la nostra era per Apol·loni de Perga, i finalment la van resoldre l’any 1934 els matemàtics americans E. Kasher i F. Supnick, que van demostrar (en dues dimensions) que la superfície de la part d’un triangle curvilini inicial no recoberta pels cercles era nul·la. És a dir, si els grans de farina tenen totes les mesures, fins a zero, es podria fer una pasta de pastís sablée sense sagí (amb una proporció de 30 parts de farina per una part de sagí, s’obté, però, una mena de pasta chapati). És a dir, que totes les proporcions són possibles entre el sagí pur i la farina pura. Que cadascú trie.

Aquesta modelització simple té el mèrit de mostrar que, contràriament a la recepta, la modelització obre el camp de possibilitats tècniques. Efectuat seguint un disseny purament científic (la ciència vol comprendre el món, en aquest cas el culinari), l’estudi científic condueix amb tota naturalitat a la tecnologia.

Trucs anodins, i apostes econòmiques

El tercer dijous de cada mes, llevat de juliol i agost, se celebra a París un “seminari de gastronomia molecular”, en què s’apleguen científics, cuiners, professors, empresaris… per examinar principalment els trucs culinaris. La qüestió de la sal sobre la carn torrada va ser l’objecte del seminari del 14 de desembre del 2002. La qüestió és anodina, com moltes d’aquestes sentències, pràctiques o habilitats manuals, però és la clau de l’èxit culinari.

La qüestió tractada va ser la següent: quan s’ha de salar un filet torrat? Al seminari en què es va debatre la qüestió, els cuiners no es van posar d’acord. Els uns deien que calia afegir la sal abans de la cocció, de manera que la carn se salara fins al cor; altres proposaven salar-la a mitja cocció, a fi d’obtenir la coloració adequada; i finalment els altres aconsellaven salar al final de la cocció, per tal d’evitar que la carn es faça eixuta i s’enduresca. L’examen d’aquestes pràctiques permet obtenir protocols per provar els diversos mètodes.

En primer lloc, l’estudi de l’eixugament de la carn amb sal ha mostrat que les diverses peces de carn presenten comportaments molt diferents. Per exemple, si els entrecots amb fibres paral·leles al pla de tall principal perden ràpidament molta substància; altres peces també amb fibres paral·leles al pla de tall (tall rodó; onglet) perden molt lentament el suc, encara que siguen colgades en sal. Dit d’una altra manera, les sentències i els costums presenten una imprecisió que hauria de ser corregida.

D’altra banda, amb Marie-Paule Pardo i Rolande Ollitrault, hem examinat la possible penetració de sal en la carn torrada amb un microscopi electrònic amb anàlisi de raigs X: en les condicions habituals de les torrades, la sal no penetra a més de 3 mm dins de la carn.

Aquesta mena de prova és necessària si es pretén alliberar la cuina de les escòries del seu desenvolupament empíric. Noteu que moltes de les sentències populars poden ser examinades amb l’ajuda d’instruments simples: balança, cronòmetre, microscopi òptic, pHmetre… de manera que els alumnes de les acadèmies de cuina, comandats pel seu professorat, podrien fer neteja als llibres de cuina potser en menys d’un segle.

Una renovació necessària de bateries i d’eines

La cuina ix guanyant si es limita a propagar idees (precisions) certes, i també si utilitza modelitzacions de les definicions i investiga els trucs per concebre estris culinaris apropiats i per determinar els elements que facilitarien el treball a la cuina.

Per exemple, la ciència dels aliments sap des de fa molt que l’ennegriment o rovell que apareix en certs teixits vegetals quan els tallem és degut a l’acció d’enzims polifenoloxidases sobre els polifenols també presents. Aquests enzims formen quinones reactives que engendren després els productes melanoídics responsables del tint fosc, poc abellidor, que apareix en pocs minuts (segons la temperatura). Com evitar aquest fenomen? Els cuiners fan servir tradicionalment suc de llima, perquè l’àcid ascòrbic prevé l’acció enzimàtica, però, per què no utilitzar simplement àcid ascòrbic? Aquesta proposta, feta al juny de 1995, ha estat atesa: el cuiner Alain Ducasse, en un llibre publicat recentment, preconitza l’ús d’àcid ascòrbic per prevenir l’ennegriment de les carxofes.

Igualment, els estris guanyarien si foren modificats. Hem assenyalat el malbaratament energètic que provoca l’ús de plaques elèctriques clàssiques, però moltes altres operacions serien més fàcils amb l’ús de materials derivats d’aquells que es fan servir als laboratoris. Per exemple, a la Fira Europea d’Estrasburg, el 1997, vam mostrar que els filtres de vidre sinteritzats proporcionen solucions culinàries més netes que els xinesos, encara que estiguen recoberts amb una tela filtrant doblada en quatre.

D’exemples, n’hi ha incomptables: pots amb ultrasons per a fer emulsions, sistemes de bombolleig per a fer mousses, trompes de buit per a accelerar el filtratge, etc.

La invenció de nous plats, un problema tecnològic més que no científic

Aquests darrers vint anys, la gastronomia molecular ha obtingut infinitat de resultats que permeten preparar plats nous. Ho podem comprovar amb una observació trivial: nosaltres no mengem més que “sistemes dispersos”, fins fa poc anomenats “sistemes col·loïdals”.

Efectivament, els teixits animals són dispersions de proteïnes i d’aigua en fibres cel·lulars, que al seu torn es reagrupen en feixos pel teixit col·lagènic; els teixits vegetals són dispersions de gels (citoplasma) que contenen els orgànuls, i les mateixes mescles culinàries es formen de dispersions d’aquests teixits. Des del punt de vista fisicoquímic, els sistemes dispersos més simples es classifiquen en dues fases, una contínua i l’altra dispersa:

Fase dispersa
Fase contínua
Gas Líquid Sòlid
Gas
Gas Aerosol líquid Aerosol sòlid
Líquid
Mousse Emulsió Suspensió
Sòlid
Mousse sòlida Gel Suspensió sòlida

Moltes de les 351 salses identificades per Auguste Escoffier (i ensenyades avui dia) són sistemes ben descrits pels termes clàssics presents en aquesta taula, però n’hi ha d’altres que escapen a la classificació.

Per exemple, la maionesa és una emulsió, però la salsa bearnesa, amb agregats microscòpics d’ou coagulat i gotetes de sagí fos (allò que els fisicoquímics anomenen “oli”) deixatades en una fase aquosa, és un sistema dispers complex.

Figura 3: Una emulsió per dispersió d’oli en una solució aquosa amb l’afegit d’una fulla de gelatina. Aquest sistema fisicoquímic es pot designar amb la fórmula simple: H/E.

La fisicoquímica no tracta més que rarament sistemes complexos, se centra en les interfícies, bandeja la descripció global en favor d’una descripció local. Al desembre del 2002, al setzè congrés de l’European Colloid and Interface Society, vam proposar adoptar una convenció que reprèn la visió global dels sistemes dispersos complexos. Aquesta convenció resulta de la introducció de lletres (si s’escau amb subíndexs), per denominar les fases (G per a gas, E per a les solucions aquoses, H per a les olioses, S per a les sòlides), i de connectors per descriure l’estat d’aquestes fases: / per a “dispersat dins”, + per a “mesclat amb”, … per a “inclòs dins”… Aquests símbols condueixen a les fórmules simples, que descriuen els sistemes dispersos més corrents.

Amb dues lletres i el connector /, per exemple, es retroben els sistemes dispersos simples. H/E, per exemple, designa les emulsions (vegeu la figura 3). Una patata crua, en què, en primer lloc, els grans de midó s’han dispersat en el citoplasma de les cèl·lules, les quals, al seu torn, es troben disperses dins els tubercles, serà descrita per una fórmula com ara: (S1/(E/S2))/S3, en què S1 designa el midó; E/S2, el gel que constitueix un citoplasma cel·lular; i S3, la xarxa formada per les parets vegetals unides (vegeu la figura que obri el article).

Figura 4: Una salsa untosa: els grans de midó que han absorbit l’aigua i les gotetes de matèria grassa s’han dispersat en una solució aquosa.

Amb l’ajuda d’aquestes convencions es descriu més simplement les salses clàssiques. Per exemple, una salsa de tipus untós, obtinguda lligant un brou amb l’ajuda de roux (sagí i farina cuits fins agafar color) serà designada per ((E/S)+H)/E: els grans de midó S s’alliberen de l’amilosa i capten l’aigua (E/S) mentre es dispersen en la salsa, mentre que la matèria grassa s’emulsiona (vegeu la figura 4).

Observem que les operacions culinàries poden ser designades llavors per equacions que s’assemblen en tot a les equacions químiques. Per exemple, si deixem de banda la presència de micel·les en la crema, la confecció de nata batuda podrà ser designada per:

(H/E) + G → (H+G)/E

Figura 5: S’obté una emulsió de xocolata escalfant xocolata en aigua (a la dreta). Quan es bat aquesta emulsió en la refredadora s’obté una mouse lleugera com la nata batuda i que hem anomenat “xocolata batuda”. El mateix principi condueix al “formatge batut” o al “foie gras batut”.

Cal advertir que aquesta mena de formulació, que no estipula la naturalesa exacta de les diverses fases, permet fer generalitzacions útils. Per exemple, aquesta mateixa equació de “reacció fisicoquímica” porta a la xocolata batuda quan s’escalfa la xocolata dins aigua (i se n’obté una emulsió), i després, quan es bat en la refredadora l’emulsió obtinguda en escalfar la xocolata dins aigua (vegeu la figura 5).

Aquesta mena de formulació permet obtenir plats nous: com que els sistemes dispersos són descrits per fórmules, es pot remuntar inversament de la fórmula al plat? Això és el que vam fer, com a exemple, al gener del 2003 amb el cuiner Pierre Gagnaire: partint de la fórmula ((G+H+S1)/E)/S2, vam preparar un plat que anomenàrem “Faraday de Saint-Jacques”, en honor del fisicoquímic britànic Michael Faraday.

Més recentment, amb Volker Hesser i Christian Hofmann, de l’Institut für Micromechanik Mainz, hem elaborat el prototipus d’un aparell, compost d’una bomba i de microreactors col·locats en sèrie i en paral·lel, que produeix automàticament plats nous compostos a partir de fórmules (vegeu la figura 6).

Figura 6: Prototip posat en pràctica a Mainz amb V. Hessel i C. Hofmann: compost d’una bomba (al centre) i de microreactors (a l’esquerra), materialitza les fórmules que descriuen sistemes fisicoquímics, engendrant automàticament nous plats.

Visca la química

Els estudis científics (exploració del món culinari) i tecnològics (perfeccionament de tècniques culinàries, invenció de plats nous) no ens fan oblidar un paper important de la gastronomia molecular: aprofitant l’atractiu que presenta la cuina per al públic (almenys a França), busquem presentar les ciències al públic a fi de contribuir a donar-ne una imatge més positiva. L’exploració de trucs culinaris, especialment, és la millor manera de demostrar que l’activitat culinària és la posada en pràctica de fenòmens químics i físics, i que el públic, que practica quotidianament aquestes transformacions quan cuina (cada dia, doncs), ha d’admetre que, en lloc d’acusar la ciència dels drames tecnològics (l’explosió de la fàbrica d’AZN a Tolosa, el 2001), hauríem d’agrair-li les aplicacions pràctiques dels avenços que obté.

Tornant a l’alimentació, la gastronomia molecular és, al capdavall, la baula que manca en aquest procés. El públic no pot apreciar la qualitat de fruites, llegums, carns o peixos més que si els sap cuinar. Una carn, en principi perfecta, no produirà més que un brou pèssim si ha bullit en aigua durant massa hores.

   Potser és trist, però la gastronomia molecular, que es veia de primer com una ciència que explorava el món, és jutjada per l’opinió pública d’acord amb els seus resultats tecnològics. A nosaltres, però, ens pertoca d’aprofitar el crèdit que així s’ha atribuït a la nostra disciplina per mostrar al públic que la química i la física són ciències meravelloses, que poden contribuir a l’art culinari.

© Mètode 2013 - 40. El que mengem - Hivern 2003/04

Grup INRA de Gastronomia Molecular. Laboratori de Química d’Interaccions Moleculars, Collège de France, París.