Palomitas y otras explosiones

03/09/2016 1 comentario
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El mecanismo por el que se forman las palomitas es un delicado equilibrio entre resistencia de materiales (la presión que aguanta el pericarpio), la formación de un gel de almidón al aumentar la temperatura y el aumento de viscosidad del gel de almidón al explotar la palomita. Algunos de estos fenomenos se pueden relacionar con las explosiones de huevos duros en los hornos de microondas, las explosiones en ollas a presión o catástrofes en camiones cisterna de líquidos a presión y con carga excesiva.

Stephen Hawking escribió un libro titulado El universo en una cáscara de nuez. Es una traducción de nutshell, palabra que en inglés usan como sinónimo de "en pocas palabras". También nosotros podríamos decir que "Toda la química está en una palomita". Pero hay una diferencia entre las dos afirmaciones: la primera es falsa, y la segunda, no tanto.

En castellano aparece el término palomita en el diccionario de la RAE como americanismo desde 1925. Y más adelante lo hacen sinónimo de roseta, término que ya aparecía desde 1901. En inglés crisp quiere decir, entre otras muchas cosas, frágil y fácil de romper, y realmente una palomita lo es, pero en inglés las llaman popcorn. Me abruma la Wikipedia con los nombres que en español reciben las palomitas en los distintos países y regiones. Sólo en España palomitas, cotufas, roscas, tostones, rosas, rosetas, flores, palomas, y pajaretas. Y veinte nombres más en catalán, gallego o euskera. En países hispanohablantes, rositas, pochoclo, pururú, ancua, pororó, poporocho, pipoca, cabritas, crispetas, canguil, alborotos, poporopo, canchita, cancha perlita, cancha blanca, poscon, cocalecas, gallitos... Es en Colombia donde los arqueólogos han encontrado las palomitas más antiguas, de más de 7000 años.

He probado a hacer palomitas de diferentes semillas secas, sabiendo que no me saldrían bien: garbanzos, lentejas, judías blancas, judías pintas, habas secas, guisantes secos y maíz. También se pueden hacer palomitas de amaranto y de quinoa, que son dos pseudocereales muy apreciados ahora entre las personas que buscan productos "naturales", superalimentos y productos indígenas que no se cultiven en el país. El amaranto es una planta con muchas variedades, que en España se considera una mala hierba. Algunas variedades son cultivadas en América Latina de las que se comen las hojas, y ahora es apreciada especialmente por sus semillas. Son unos granitos muy pequeños, especialmente apreciados porque contienen mucho manganeso, hierro y fósforo. Un pseudocereal es una planta de la que se comen las semillas, pero que no es una gramínea —que desarrollan espigas— y no tiene gluten. El alforfón (o trigo sarraceno) es un ejemplo de pseudocereal local.

La quinoa es también un pseudocereal, emparentada con las espinacas o las remolachas. Se aprovechan también sus semillas. Tiene origen en los Andes, como la patata o el maíz, y ahora se cultiva en regiones con clima seco y a una cierta altura. Es un producto caro. La semilla tiene una cáscara con mucha saponina, compuesto tóxico y amargo que se le quita en origen para hacerla comestible. Es un buen producto desde el punto de vista nutricional, pero no permite tampoco preparar pan, porque tampoco tiene gluten.Y, sin la cáscara, tampoco palomitas.

Desde hace unos cuantos años se conoce y se ha divulgado el mecanismo de formación de las palomitas, pero vale la pena volver a darle un repaso, ligándolo a otros procesos similares. En la formación de palomitas se dan tres fenómenos diferentes: por un lado el calentamiento de la semilla. En segundo lugar, la resistencia de la membrana o pericarpio, y finalmente el comportamiento de la masa caliente del interior al ponerse en contacto con la atmósfera.

Bolsa de palomitas para microondas

Empecemos por el interior del grano. Todos los granos y semillas tienen más o menos la misma estructura: suelen tener forma ovalada o esférica. En un extremo tienen el germen, con proteínas vegetales. El resto del grano, que puede ser el 80 % o más, es el endosperma, donde hay los hidratos de carbono, básicamente almidón, que son el alimento del embrión. La piel o pericarpio tiene una función protectora, y se presenta en toda una variedad de resistencias, permeabilidades y durezas, según el grano del que se trate. El interior del endosperma contiene una cierta proporción de humedad. Un grano de maíz suele tener de un 61 a un 67 % de almidón, 13 a 16 % de agua, 8 a 10 % de proteínas, y 3,3 a 4,5 % de grasas. Una castaña, que se escapa del concepto de grano, llega a tener hasta un 50 % de humedad. En cambio el pistacho sólo un 3 %.

El almidón del maíz, como en otras especies, está en forma de gránulos, de polígonos irregulares de unos 0,01 mm de medida característica, que tienen en su interior una pequeña cavidad del orden de 0,0005 mm de diámetro. El almidón no es una única sustancia química, sino diversas, especialmente amilosa y amilopectina. Son polisacáridos de cadena larga o muy larga, sin ramificar o con ramificaciones respectivamente, que están enroscadas entre ellas. No son solubles en agua porque son moléculas muy grandes, pero tienen moléculas de agua adsorbidas a lo largo de su estructura. La temperatura genera cambios en el interior del grano. A temperaturas algo altas (66 ºC) las cadenas se separan y el agua facilita el ablandamiento global. Se suele denominar a esta operación gelatinización, a pesar de que no tiene nada que ver con la gelatina, que es una proteína animal. El gránulo harinoso toma una consistencia de gel, pero no se nota desde el exterior porque está cubierto por el pericarpio, que es muy denso en fibras de celulosa, lo que lo hace resistente e impermeable a la humedad y al vapor de agua. Un grano de maíz es un recinto totalmente cerrado: de él no entra ni sale agua, ni vapor, ni gases. Es mucho más hermético que un huevo. Y, en cambio, todos los otros granos y semillas tienen la piel mucho más fina y fácil de pelar.

A 100 ºC el agua del grano no hierve, porque no es agua líquida, pero los enlaces débiles que la unen a las moléculas del almidón se hacen más débiles todavía, y las moléculas de agua pueden empezar a movilizarse y a liberarse al mismo tiempo que el almidón se va gelatinizando. El agua pasa a estar en parte en forma de vapor, pero la mayor parte es agua líquida sobrecalentada en equilibrio con el vapor, a la presión correspondiente a la temperatura que tenga el grano, y a medida que se calienta, su presión va aumentando hasta que sea lo bastante grande como para que el grano reviente. Ello ocurre a unos 180 ºC, y la presión interior a esta temperatura sería de unos 9000 hPa, que son unas 9 atmósferas de presión.

Este fenómeno está relacionado con lo que se había visto ya en este blog en la entrada "Huevo duro con cáscara en microondas. El método científico". Allí un huevo duro se recalentaba tanto por dentro que al cortarlo  reventaba, ya que la clara coagulada actuaba de membrana impermeable y resistía la alta presión del interior de la yema.

Huevo duro al microondas reventado

Todo el tema de explosiones en recintos cerrados tiene mucha importancia en la industria, e incluso en la cocina. Alguna vez he explicado que en mi casa, una de las primeras ollas a presión —la primera "olla del pito", comprada en Andorra en los años 60— le explotó a mi abuela. De hecho la olla no explotó en el sentido de que reventara, sino que se desprendió la tapa porque estaba mal apretada. Había dentro verdura hirviendo, e iba soltando vapor por la válvula. No sé qué causa, un golpe quizás o la dilatación por el calor, provocó que la pestaña de sujeción resbalara, y al quedar la tapa libre, voló hasta el techo.

La olla a presión sólo está a 1,2 o 1,4 atmósferas, que no es mucha presión: un mechero de butano o una botella de champán o cava están a mucha más presión. Pero lo que ocurrió fue un fenómeno algo similar al de las palomitas. Cuando está a presión, tenemos dentro de la olla agua recalentada, a unos 120 ºC. Y al sacar la tapa, el agua busca las nuevas condiciones de equilibrio, es decir 100 ºC a la presión atmosférica. Para ello se pone a hervir bruscamente con lo que se vaporiza mucha cantidad, y vaporizándose la masa se enfría. Se generan unos cuantos litros de vapor de agua, pero el problema es que se generan en toda la masa en ebullición, y las burbujas generadas lanzan la masa hacia arriba y fuera del recipiente. La masa caliente y pastosa de acelgas a 100 ºC o más puede ir a la cara de quien esté por allí, y ello, una quemadura notable, es el principal riesgo, aparte del golpe de la tapa. Por suerte, no pasó nada, pero las acelgas se esparcieron por toda la cocina.

Y también se podrían relacionar las palomitas, el huevo explosivo y la olla a presión con este accidente, todo esto con la catástrofe de los Alfaques de 1978, donde un camión de propileno sobrecargado y recalentado se rompió por la dilatación del líquido interior, y al romperse la cisterna se expandió bruscamente todo el contenido. Hice un artículo de ello ya hace años [+].

¿Por qué no se esparce todo el almidón por las paredes del recipiente? Las moléculas de amilosa y amilopectina no se descomponen, pero con la alta temperatura del interior, pueden "resbalar" unas sobre otras dando una masa pastosa. En el momento en que estalla la piel, baja bruscamente la presión, y el agua recalentada del interior pasa a vapor, se expande y deforma la masa pastosa de almidón. Esta es lo bastante fluida como para deformarse e hincharse, pero suficientemente consistente y viscosa como para que no salte en forma de gotitas independientes. Además, al expandirse el vapor de agua, como en toda expansión de gases, la masa se enfría un poco, y aumenta su viscosidad. El resultado es la forma esponjosa típica de la palomita.

Todo ello se puede calcular a partir de principios de la física y la química, y hay quien lo ha hecho (Hunt 1991 [+]; Quinn et al [+] 2004). La cantidad de agua del grano de maíz es crucial: poca agua haría que no hubiera bastante presión interna para estallar; y demasiada agua haría que la masa del almidón fuera muy fluida y no saliera una buena palomita. Parece que el valor óptimo está entre 13 y 14 % de humedad, y ello se consigue sólo con algunas variedades de maíz.

Granos y palomitas de maíz y de amaranto

Para hacer cuatro números, tomo 100 granos -granos, no gramos- de maíz crudos, de la variedad adecuada para hacer palomitas. Pesaban 15,4 g y tenían un volumen aparente de 22 mL, que es el volumen que realmente ocupan, no los volúmenes de cada uno de los granos sumados. Pongo una cucharada de aceite (4,4 g) en la sartén, y al cabo de un rato a fuego vivo se empiezan a formar palomitas. De ellas, 87 buenas, hinchadas, 12 malas, y ha desaparecido una, desmenuzada. Ocupan 200 mL (volumen aparente, también) , es decir que se han hinchado casi diez veces. En algunos estudios se llega a incrementar el volumen hasta 30 veces.

Las palomitas finales pesan 16,7 g. Es decir que en el proceso de "palomitización" se han perdido 2,1 g, en parte por el aceite que moja la sartén, pero también por el vapor de agua que se ha escapado de las palomitas. Las palomitas tenían un 13 % (es decir 2 g de agua), y podemos suponer que se ha perdido mucho más de la mitad de agua en forma de vapor. De hecho algunos análisis muestran que las palomitas tienen sólo un 2 a 4 % de humedad. Hay dispositivos comerciales para hacer palomitas más grandes, que se basan en hacer que se hinchen al vacío. Así el vapor de agua puede expandirse más, y las palomitas tienen más valor comercial.

Las palomitas de amaranto son menos vistosas. En la foto adjunta se pueden ver algunas. Los granitos de amaranto son muy pequeños, menos de 1 mm de diámetro, y las palomitas que forman son también muy pequeñitas y no todas revientan. Quizás hay que usar un amaranto especial para palomitas, como se usa un maíz especial. Mis resultados en el caso del amaranto son muy mediocres.

Las palomitas que he hecho tienen una densidad aparente de unos 0,08 g/mL, que es un valor muy bajo, pero todavía se pueden hacer de menos densidad. Hay empresas que se dedican a hacer palomitas para embalar objetos frágiles. Las propiedades mecánicas de la palomita son, desde este punto de vista, mejores que las del poliestireno expandido o porexpán: son más elásticas, menos densas, biodegradables y se pueden fabricar in situ, cosa que el porexpán no permite.

Cuando vayas al cine, puedes pedir tus palomitas, saladas o dulces, en raciones de 150 g, 225 g o un cubo entero, donde no debe de haber menos de 500 g. Con una bebida dulce de litro, la merienda ideal... para los propietarios del cine, que ganan más con los menús que con las entradas. Una ración de palomitas saladas de 150 g aporta 750 kcal, más de un tercio del total del día. Y con una cola de medio litro 200 kcal más... Y hay quien se extraña de que haya obesidad infantil y juvenil.

Menú de tarde de cine