Quimica En La Cocina

Universidad Nacional de Santiago del Estero

Facultad de Agronomía y Agroindustrias

Metodología de la Investigación Científica

Profesorado en Química

La Química en la Cocina

Nombre y Apellido: Ivana Carolina Lopez

2011 

PLANTEO DEL PROBLEMA

Los alumnos ven en la química una ciencia abstracta basada en mezclas, combinaciones y experimentos sin sentido; pero la química es mucho más que eso. Si miramos a nuestro alrededor podemos comprobar que la mayoría de los fenómenos que ocurren en nuestra vida diaria son fenómenos químicos, cambios que ocurren en la naturaleza de la materia y las cualidades de las sustancias por las que estaba constituida. Por estas razones en los alumnos surgen las siguientes interrogantes:

• ¿Qué relación tiene la química con actividades cotidianas como las que se desarrollan en la cocina?"

• ¿Cuáles son las reacciones químicas más usuales en la cocina?

• ¿A que se llama reacción Maillard?

OBJETIVOS GENERALES:

• Motivar a los estudiantes de un curso del Colegio Absalón Rojas de Santiago del Estero, en el terreno de la química a través de ejemplos accesibles y de interés.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

• Promover la importancia de la química en nuestra vida cotidiana

• Interpretar la realidad de los fenómenos que nos rodean con el fin de fomentar el estudio de la química

• Relacionar distintos fenómenos químicos con la preparación de comidas.

FUNDAMENTACION:

Desde hace tiempo me interesó la cocina como forma de enseñar la química no solo por ser divertida y así fomentar el interés y la motivación de los alumnos por esta materia, sino también por la sencillez de los experimentos que diariamente los alumnos pueden realizar en sus hogares.

Sin darnos cuenta utilizamos la cocina como un laboratorio químico, de hecho las primeras reacciones se produjeron en la cocina al cocer los huevos, hacer mayonesa, hacer una sopa o simplemente al calentar leche; estamos realizando un verdadero ejercicio de química que practicamos a diario inconscientemente.

ANTECEDENTES:

La química de alimentos es el estudio, desde un punto de vista químico, de los procesos e interacciones existentes entre los componentes biológicos (y no biológicos) que se dan en la cocina cuando se manipulan alimentos. Las sustancias biológicas aparecen en algunos alimentos como las carnes y las verduras (y hortalizas), y en bebidas como la leche o la cerveza. Este estudio es muy similar al de la bioquímica desde el punto de vista de los ingredientes principales, como los carbohidratos, las proteínas, los lípidos, etc. Además incluye el estudio del agua, las vitaminas, los minerales, las enzimas, los sabores, y el color. Se estudia principalmente en el procesado de alimentos, y en la nutrición. Algunos autores definen la química de los alimentos como una ciencia interdisciplinaria entre la bacteriología y la química. Un ejemplo de estudio de la química de los alimentos se puede ver en la reacción de Maillard, que define el color tostado de ciertos alimentos.

La química de los alimentos data de los comienzos de la propia de la materia fecal, es decir desde el siglo XIII en el que algunos investigadores empezaron a realizar estudios sobre ciertos alimentos, entre ellos cabe destacar a Carl Mondana Milis (aisló el ácido málico en las manzana en el año 1785), y Sir Humphry Davy (publicó el primer libro que relacionaba la química con la agricultura en 1813 titulado Elements of Agricultural Chemistry, en una serie de lecturas en el Reino Unido, este libro llegó hasta la quinta edición.) En el año 1874 la "Society of Public Analysts" se formó dando lugar a estandarización de métodos analíticos. De todas formas la química de los alimentos no tomó una serpiente definitiva hasta entrado el siglo XX.A pesar de todo existen estudios incipientes que se pueden categorizar dentro de lo que denominamos hoy en día química de los alimentos.

Durante el periodo de tiempo que va desde 1780–1850 se hicieron numerosas contribuciones y los químicos de importancia desarrollaban trabajos dentro del área de los alimentos. Cabe destacar al químico sueco Carl Wilhelm Scheele que hizo descubrimientos relacionados con la química, siendo uno de los más importantes el descubrimiento de las propiedades de la lactosa (1780), la oxidación del ácido láctico(1780), aisló el ácido cítrico del zumo de limón (1784).

MARCO TEORICO:

En este apartado expongo las reacciones químicas que normalmente y sin saberlo se desarrollan a la hora de elaborar nuestra comida en la cocina

Reacciones químicas más usuales:

a) En el pan:

El pan está presente en todas las culturas en formas muy distintas desde el baozi chino hasta el lavash armenio. Pero ¿qué tienen en común todos estos panes? En la forma más sencilla, todos ellos implican en la cocina una mezcla de granos molidos y agua. La mayoría de los panes llevan en su composición polvo de hornear o levaduras. El polvo de hornear o levaduras son hongos que se nutren de los azucares de la harina en una reacción química llamada fermentación en la que se produce dióxido de carbono necesaria para inflar la masa o pasta. El polvo de hornear se utiliza para productos horneados rápidos que tienen una delicada estructura, tales como los panes de maíz y las galletas. Las levaduras son hongos unicelulares que permanecen inactivos hasta estar en contacto con el agua tibia, momento en el cual se activan alimentándose de los azucares de la harina y liberando dióxido de carbono en forma de burbujas gaseosas que se mantienen dentro de la masa del pan gracias al gluten formado al amasar la harina con el agua, haciendo que el pan se levante y vuelva esponjoso, aunque a un ritmo mucho más lento que el polvo de hornear.

Si queremos comprobar que los hongos están vivos solo tenemos que colocar en un vaso agua templada y añadir una cucharada de levadura y otra de azúcar. En unos minutos veremos cómo empiezan a salir burbujas de dióxido de carbono y alcohol producto de la fermentación.

Por último, cuando la masa este cocida, dependiendo del tipo de pan que queramos hornear, la levadura seguirá alimentándose y las bolsas de gas en la masa continuaran expandiéndose. Como la temperatura de cocción de la masa aumenta, la levadura finalmente muere, el gluten se endurece y la masa se solidifica obteniendo el tan ansiado pan.

b) En los huevos

Los huevos constituyen un alimento básico y habitual en nuestra dieta cuyo principal contenido son las proteínas presentes en la clara de huevo, y los lípidos.

Las proteínas cambian de estructura al ser golpeadas, calentadas o mezcladas con otros ingredientes. La comprensión de estos cambios puede ayudarnos a entender el papel que desempeñan los huevos en la cocina

Las proteínas están hechas de largas cadenas de aminoácidos. Las proteínas de una clara de huevo son proteínas globulares (albuminas), es decir son largas cadenas de aminoácidos dobladas y torcidas, gracias a unos débiles enlaces químicos que le dan una forma tridimensional esférica.

¿Qué ocurre al calentar el huevo?

Lo primero que observamos al cocer un huevo es la presencia de pequeñas burbujas de aire que se forman en su cascara debido a la expansión del aire de su interior que salen por los poros de la cascara. En el interior del huevo las proteínas se agitan rápidamente chocando entre ellas y con las partículas de agua debilitando los enlaces que las mantienen dobladas. Una vez que las cadenas de aminoácidos se han abierto las partes hidrofobicas de estas cadenas podrán enlazarse con las cadenas de otras proteínas formando una red entrelazada. Los intersticios de esta red pueden contener restos de agua dando como resultado un gel solido, “huevo duro”. Hay que tener cuidado con la sobre cocción del huevo ya que puede hacer que se combinen algo de azufre y de hierro para dar sulfuro de hierro, el cual es perjudicial para nuestra salud.

¿Y si batimos el huevo?

Al batir un huevo estamos aumentando la superficie de contacto con el aire, al introducirse las burbujas de aire entre las partículas, modificando las interacciones hidrofobicas al desnaturalizar las proteínas del huevo. Cuando una proteína se enfrenta a una burbuja de aire, los restos hidrofobicos se orientan hacia las burbujas de aire y los hidrofilicos hacia el agua impidiendo que las proteínas se enlacen entre ellas como ocurría al calentar. Esta disposición de las proteínas permite capturar las burbujas de aire dentro de la clara dando a la mezcla una estabilidad estructural. La gran viscosidad de la clara batida se debe a as proteínas llamadas globulinas y ovomucina, las cuales actúan de soporte facilitando un lento drenaje necesario para que la conalbumina forme su red. Al aplicar calor sobre el producto resultante, el aire presente en las burbujas capturadas se expande y se solidifica la red entorno a las burbujas impidiendo que la estructura se derrumbe cuando estallen. Por este motivo si batimos bien los huevos nos saldrá una tortilla esponjosa.

¿Qué ocurre cuando hacemos mayonesa?

Todo el mundo sabe que el aceite y el agua no se mezclan, pero para muchas recetas, se necesita realizar dicha mezcla. La única forma para que se pueda lleva a cabo dicha mezcla es mediante unos mediadores llamados tensioactivos (moléculas con un extremo hidrofilico y otro hidrofobico).

La mayonesa es una emulsión, es decir, la dispersión de un liquido (aceite) en otro (huevo) en forma de pequeñas gotitas. Muchas proteínas presentes en la yema del huevo, como la lecitina, pueden actuar como agentes que favorezcan la emulsión.

La lecitina es un importante emulsionante que se encuentra en la yema de huevo. Conocido como fosfolipido, es una molécula con un extremo polar y otro extremo apolar. Al batir la mayonesa estamos rompiendo el aceite en diminutas gotas distribuidas por el agua, las cuales entran en contacto con la lecitina que las recubre por su parte hidrofobica aislándolas entre sí formando lo que se conoce como miscelas. Al quedar al exterior la parte hidrofilica hace que las miscelas no se unan entre sí por repulsión eléctrica. Si durante su elaboración añadimos vinagre o limón las miscelas formadas aumentaran su carga repeliéndose con mayor intensidad. De esta manera impedimos que las gotas de aceite y de agua vuelvan a unirse entre sí formando la rica mayonesa.

Cuando la mayonesa se corta lo que sucede es que no hemos sido capaces de dispersar bien el aceite ya que los ingredientes están demasiado fríos o la yema no ha proporcionado el agua suficiente para el aceite usado.

c) En la carne

La mayoría de la carne es del tejido muscular de un animal. La mayoría de los músculos animales contienen aproximadamente un 75% de agua, 20% de proteína y 5% de materia grasa, carbohidratos, proteínas y surtido. Los músculos están hechos de bloques de células llamadas fibras. Cada célula está llena de filamentos de dos proteínas: la actina y la miosina.

En un animal vivo, las proteínas de los filamentos les permiten contraer y relajar los músculos. Ambas acciones requieren enormes cantidades de energía, que obtienen energía de la molécula portadora del ATP. El ATP se quema en las células con el oxigeno, obtenido de la sangre circulante.

Después que un animal es sacrificado, la circulación se detiene, y los músculos dejan de recibir oxigeno necesario para producir ATP. A partir de entonces, se produce la glicolisis anaerobia, proceso que descompone el azúcar sin oxigeno, para generar ATP a partir de glucógeno, un azúcar almacenado en los músculos. Esta energía es suficiente para contraer los músculos y producir acido láctico que se acumulara en el tejido muscular. Si el contenido en acido es demasiado alto, la carne perderá su capacidad de almacenar agua tomando un aspecto pálido y acuoso. Si la cantidad de acido es baja, la carne será dura y seca.

Las moléculas de proteínas en la carne cruda se enrollan en bobinas, que se forman y se mantienen unidas por lazos. Cuando la carne se calienta los enlaces que las mantienen enrolladas se rompen separándose entre si para después recombinarse con otras moléculas o coagularse. Al mismo tiempo, la grasa responsable del sabor se funde y dispersa por toda la carne y se evapora parte del agua que contiene la carne. Además, los aminoácidos y los azucares de la carne expuestos a la mayor cantidad de calor, experimentan la llamada reacción Maillard, un conjunto complejo de reacciones químicas producidas entre las proteínas y los azucares similares a la caramelizarían de los alimentos coloreando de marrón la costra de la carne. Como producto de la reacción se producen unas sustancias que aportan ese sabor y aroma tan peculiar cuando asamos la carne. El calor también disminuye el tamaño de las fibras musculares, tanto en diámetro como en longitud. Finalmente el colágeno de la carne se funde convirtiéndose en gelatina.

d) En el azúcar

El azúcar blanco que todos conocemos es sacarosa, una molécula de 12 átomos de carbono, 22 átomos de hidrogeno y 11 átomos de oxigeno (C12H22O11). Se encuentra en forma natural en la mayoría de las plantas, pero especialmente en la remolacha azucarera y caña de azúcar. La sacarosa es en realidad dos azucares más simples unidas: fructosa y glucosa. Si miramos de cerca el azúcar tiene forma de cristales cúbicos.

¿Y si le aplicamos calor?

Cuando al azúcar le añadimos agua, los cristales de azúcar entran en la disolución. Pero no se puede disolver una cantidad infinita de azúcar. Llegara un momento en que el azúcar precipita. En este caso diremos que la solución está saturada.

El punto de saturación es diferente a diferentes temperaturas. Cuanto más alta sea la temperatura más azúcar pasara a la disolución. Al hervir agua con azúcar la solubilidad es elevada y al enfriar la disolución la solubilidad del azúcar disminuye cristalizando el azúcar.

El hecho de que se solidifique el azúcar en cristales es muy importante a la hora de realizar los dulces. Existen básicamente dos tipos de dulces: los cristalinos “con el azúcar cristalizado visible” y los amorfos “azúcar no visible” como en los caramelos. Una forma de evitar la cristalización de la sacarosa en dulces es asegurarse de que haya otros tipos de azucares como la fructosa y la glucosa, ya que actuaran impidiendo que las moléculas de sacarosa adopten grandes estructuras cristalinas.

¿Qué ocurre durante la maduración de la fruta?

A medida que la fruta madura la degradación de la clorofila hace que aparezcan pigmentos amarillos “carotenos” y rojos “antocianos”, y el almidón de la fruta se transforma en azúcar disminuyendo su acidez.

e) En la leche

La leche es un líquido blanco producido durante la época de amamantamiento por las glándulas mamarias de los mamíferos. Sus principales componentes son agua, lactosa, grasas, proteínas, vitaminas u minerales.

La grasa dispersa en la leche son glóbulos que transportan vitaminas, ácidos grasos y calorías. Las proteínas más importantes son la caseína y la lactoglobulina. Cuando la leche se corta, se debe a la coagulación de la caseína debido a la acción del acido láctico que surge cuando algunas de las múltiples bacterias presentes en el ambiente como el estreptococo y algunos lactobacilos se nutren del azúcar presente en la leche. Como producto de la nutrición se produce acido láctico que es el responsable de la acide de la leche cortada dejando de ser solubles las proteínas en la leche coagulándola.

La costra formada sobre la leche hervida es una proteína conocida como lactoalbumina que tiene la propiedad de solidificarse o cuajarse cuando se hierve, y de flotar después en la superficie de la leche formando la nata. Las burbujas quedan debajo de esta capa y presión hasta romperla desbordando la leche rápidamente.

f) Reacciones químicas varias:

¿Por qué se tuesta el pan?

El pan se tuesta al reaccionar un aminoácido presente en las proteínas del pan deshidratándolo y formando una capa de pan seco y crujiente sobre ella; al derretir los azucares y almidón del pan se logra un color oscuro.

¿Por qué lloramos al cortar la cebolla?

Al cortar la cebolla con el cuchillo estamos mezclando una enzima y una proteína produciendo un compuesto sulfurado llamado oxido sulfúrico de propanoetiol que ataca las glándulas lagrimales y produce ese olor característico. Al ser soluble en agua, al cortar la cebolla con el cuchillo mojado en agua evitara que lloremos.

¿De dónde viene el sabor del ajo?

Al igual que en la cebolla, el ajo posee una proteína (aliina) y una enzima (aliinasa) que mezcladas a cortar el ajo con el cuchillo, producen un compuesto sulfurado produciendo el gusto y el olor característico del ajo.

¿Cómo afecta la acidez a las verduras?

Los vegetales tienen ese color verde debido a la presencia en sus hojas de la clorofila. La clorofila reacciona con los ácidos (vinagre, limón, etc.) dándole un cambio de color bronce a las hojas. Los pigmentos amarillos y anaranjados de ciertas verduras también son atacados por los ácidos cambiando el color de sus hojas. Las bases como el bicarbonato de sodio cambian el color verde de la clorofila a blanco. Las verduras blancas como cebollas o pepinos en contacto con hierro o aluminio, presentes en los recipientes de cocina, se oscurecen bastante.

¿Son buenas las frituras?

Aunque los aceites de oliva, de girasol, y los que usualmente utilizamos en nuestros hogares son buenos para nuestra salud, al calentarlos en la fritura o en el rehogado sus propiedades varían. Los aceites se transforman en otro tipo de grasas, están saturadas, que favorecen el asentamiento del colesterol en las arterias aumentando los riesgos cardiovasculares.

Cuando el aceite humea o huele a frito es porque está quemado pasando a contener sustancias toxicas para el organismo. Peor resulta cuando este aceite se reutiliza en diferentes frituras ya que se enrancia fácilmente.

Además, la fritura absorbe aceite en gran cantidad resultando de digestión más lenta a parte de la gran cantidad de calorías que proporciona.

METODOLOGIA:

La Química es una ciencia idónea para aplicar una enseñanza activa que tenga en cuenta los conocimientos previos de los alumnos y el aprendizaje significativo, dando respuesta a fenómenos de la vida cotidiana. Para ello la Química utiliza como método la observación y la experiencia.

Desde el punto de vista pedagógico, se ha observado para el nivel de Secundaria, que los aparatos y materiales complicados conducen frecuentemente a oscurecer el fenómeno a investigar, mientras que los más sencillos permiten apreciar fenómenos químicos del contexto del alumnado, que inducen al razonamiento sobre la selección y métodos experimentales. Esto promueve la creatividad y fomentan la observación y la práctica de procedimientos científicos.

Desde el punto de vista económico, debido al bajo costo de los materiales, las experiencias se pueden duplicar fácilmente, construirse y desarrollarse en casa o en el aula. Ello facilita la experimentación individual o en grupo para proceder posteriormente al análisis e interpretación conjunta de resultados.

Se tomara como grupo de estudio un curso del establecimiento Colegio Absalón Rojas, el cual tenga como espacio curricular Química, mediante experiencias sencillas como la preparación de un pan, preparación de merengue, preparación de mayonesa, osmosis y demás experiencias se explicaran los fenómenos y reacciones que ocurren en cada caso demostrando una vez más que en nuestro hogar, principalmente en nuestra cocina disponemos de un laboratorio

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES:

Para la realización del proyecto se eligió el mes de Marzo del 2012, durante el cual durante las clases correspondientes a Química se realizaran experimentos caseros, con la posterior explicación de los fenómenos químicos ocurridos y las reacciones que tienen lugar.

Fechas Experimentos Fenómeno Químico Duración

1 Marzo Preparación de Pan Fermentación 40 minutos

5 Marzo Preparación de Mayonesa Coloides 40 minutos

8 Marzo Huevo que rebota Osmosis 40 minutos

12 Marzo Preparación de merengue Desnaturalización de proteínas 40 minutos

15 Marzo Cambios mágicos de color Indicador 40 minutos

BIBLIOGRAFIA

• Albadalejo, C.A. (1986). ¿Por qué comemos? Biblioteca de Recursos Didácticos, España

• Badui, S. (1989). “Química de los alimentos”. Alhambra Universidad, México

• Cordova, J.L. (1989). “Ácidos y Bases. La química en la cocina”. Educación Química, España

• Grosser, A. (1993). “The Cookbook Decoder”. Warner Books, EE.UU.

• Primo Yúfera, E. (1997). El sabor de la Química. Síntesis, México

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