¿Qué tiene que ver la nanotecnología con el chocolate?

Originalmente publicado en inglés por Liz Laudadio
Publicado el 09 de febrero del 2017
Traducido por Elix M. Hernández Figueroa y Cecilia G. García Morales, Editado por Mariah Dooley

Dentro de unos pocos días es el Día de San Valentín, un día para tomarse el tiempo de apreciar lo que más importa en la vida … ¡El chocolate!

Estoy seguro de que has visto las diminutas cajas de chocolates de marcas genéricas en forma de corazón en distintas tiendas durante esta temporada. Tal vez incluso hayas recibido este regalo antes. ¿Cómo crees que se compara con otras marcas de chocolate? Si vas a comprar el chocolate del Día de San Valentín para ti o para alguien especial este año, en lugar de gastar unos cuantos dólares en una gran variedad de chocolates baratos, te animo a gastar ese dinero en una buena selección de chocolate. Quizás tengas la mentalidad de que todo el chocolate es el mismo, ¡Pero estoy aquí para decirte que no lo es! ¡Y la ciencia puede probarlo!

¿Qué hace que algunos tipos de chocolate sean mejores que otros? (Imagen de Pixabay)

Resulta que el proceso de formación de un chocolate delicioso y de alta calidad es, en gran parte, un problema químico. Se trata de conceptos como la formación de cristales y el punto de fusión, que son consideraciones integrales, mayormente, de nuestro trabajo en el Centro de Nanotecnología Sostenible (CSN, por sus siglas en inglés).

El chocolate es una mezcla de una grasa hecha de granos de cacao llamada manteca de cacao, y un azúcar conocido como masa de cacao. La manteca de cacao es polimórfica, lo que significa que puede existir en múltiples formas cristalinas diferentes (¡En este caso, seis!). Estos seis polimorfos diferentes se designan de I (uno) a VI (seis), de acuerdo con su estabilidad y características físicas. La composición química es exactamente la misma, la única diferencia es que varían en la disposición de sus moléculas de grasa (lípidos).

Un ejemplo de manteca de cacao: ¡no se parece mucho a la mantequilla ni al chocolate en este momento! (imagen por Veganbaking.net)

El polimorfo V (cinco) se considera el mejor tipo de manteca de cacao. Se derrite a la temperatura corporal, pero no por debajo de ella; ¡Significa que se derrite en tu boca, pero no en tus manos! Es brillante, firme y tiene un buen crujido cuando se rompe. El proceso de formación de este polimorfo, cuando se hace chocolate, requiere que los ingredientes fundidos se enfríen muy lentamente. Este proceso sofisticado de control de temperatura se conoce como templado. El enfriamiento lento les da a los lípidos el tiempo para organizarse de la manera más energéticamente favorable. Esto le da fuerza, pero también suavidad.

Esa textura suave es el resultado de un empaquetamiento ordenado y cerrado de las moléculas en la mantequilla. La forma en que las moléculas se empaquetan se llama cristalinidad. La cristalinidad bien ordenada del polimorfo V en la manteca de cacao es increíblemente regular y requiere tiempo para formarse, por eso es importante que la manteca de cacao derretida se enfríe lentamente, para que las moléculas tengan tiempo de empaquetarse cercanamente.

Para poner en perspectiva el proceso de cristalización, imagina que estás en una habitación con otras 99 personas. Si os pidieran formar un arreglo de diez por diez con todas las personas en la sala en solo unos segundos, todos espaciados de manera uniforme, ¡Eso sería muy difícil de hacer! Terminarías con grupos de personas en algunas áreas y espacios abiertos en otras áreas. Sin embargo, si os dieran unos minutos, podríais formar la estructura ordenada.

Imagínese tratando de organizar a todas estas personas en una matriz ordenada. ¿Cuánto tiempo crees que llevaría? (imagen por James Cridland)

Además de ser lisos, los cristales bien ordenados también son muy estables, por lo que no se derriten fácilmente. Las moléculas requieren una gran cantidad de energía para liberarse de sus asociaciones con las moléculas adyacentes. Durante el proceso de templado del chocolate, a medida que la temperatura aumenta, los polimorfos menos ordenados de la manteca de cacao se funden. Sin embargo, el polimorfo V, el cristal bien ordenado que desea conservar, no se funde. Cuando la mezcla vuelve a enfriarse, las moléculas de manteca de cacao derretidas pueden ordenarse sobre los cristales existentes de polimorfo V. Con suficiente tiempo para enfriarse, todas las moléculas de grasa pueden organizarse de acuerdo a la plantilla bien ordenada para formar una exquisita estructura cristalina de polimorfo V.

El azúcar en el chocolate se llama masa de cacao y es hidrofílico, lo que significa que le gusta estar cerca del agua. Esto es lo opuesto a la manteca de cacao, que es hidrofóbica, lo que significa que no le gusta estar cerca del agua. El resultado es que los dos son como el aceite y el agua, no mezclan. La clave para formar chocolate de calidad es permitir que el chocolate líquido se solidifique de una manera que permita que las moléculas de grasa de la manteca de cacao se acomoden con las moléculas de masa de cacao en una estructura cristalina fuerte, energéticamente favorable, en oposición a una estructura débil y amorfa (¡aleatoria!).

Masa de cacao (imagen de norikunny)

¿Alguna vez tuviste un buen trozo de chocolate que se derritió en el auto o en una bolsa? Lo más probable es que, si luego lo solidificas en el refrigerador o congelador, encuentras que no fue tan agradable cuando se volvió a endurecer. ¡Eso demuestra la importancia del proceso de templado para crear cristales de chocolate de alta calidad! La composición química de la manteca de cacao en chocolate “barato” y “gourmet” no es diferente, es la forma en la que las moléculas se arreglan y acomodan. La velocidad a la que se calienta y enfría el chocolate controla estos arreglos moleculares.

La clave para crear buenos cristales de chocolate es derretir cuidadosamente los cristales de baja calidad y enfriar lentamente la mezcla para formar cristales de alta calidad. (imagen de Roozitaa)

Entonces, ¿qué tiene que ver el chocolate con el Centro de Nanotecnología Sostenible (CSN)? La manteca de cacao, la principal grasa del chocolate es una molécula lipídica. Si has visto nuestro blog anteriormente, podrás recordar que estudiamos los lípidos con un propósito diferente. Muchos de nuestros investigadores estudian las bicapas de fosfolípidos que utilizamos para imitar las membranas de las bacterias o células animales. De manera similar a cómo la disposición de las moléculas de manteca de cacao dentro del chocolate puede afectar sus propiedades, la disposición de los fosfolípidos en una bicapa lipídica también puede cambiar sus propiedades. El CSN ha analizado cómo la disposición de los fosfolípidos puede dictar o ser cambiada por las interacciones entre la membrana de la célula modelo y los nanomateriales. Para obtener más información al respecto, echa un vistazo a estos excelentes artículos de Lisa Jacob y Eric Melby.

Además, muchos de los nanomateriales estudiados por los científicos de CSN son cristalinos. Esto significa que los átomos dentro de los nanomateriales tienen un orden específico entre ellos, y no están dispuestos al azar. Para algunos de nuestros materiales, lograr la estructura cristalina correcta se basa en realizar la síntesis a una temperatura muy específica, de manera muy similar a cómo el polimorfo ideal del chocolate depende del proceso de revenido. El grado de cristalinidad del chocolate afecta a sus propiedades; específicamente su textura, punto de fusión, y lo más importante, ¡el sabor! De manera similar, el grado de cristalinidad de nuestros nanomateriales afecta a sus propiedades, por lo que es muy importante para nosotros mantener las mismas estructuras de cristal cada vez que hacemos diferentes lotes de nanomateriales. (Lamentablemente, ninguno de nuestros nanomateriales se usa en alimentos, por lo que nunca podremos juzgarlos por su sabor). Para obtener más información sobre la estructura del cristal y los nanomateriales, puedes leer estas publicaciones anteriores de Alex Bryant y Cathy Murphy.

Así que, este día de San Valentín, ¡muéstrales a tus seres más queridos, o a ti mismo, que la ciencia puede probar que es la calidad, y no la cantidad, lo que realmente importa cuando se trata de chocolate!


RECURSOS EDUCATIVOS (en inglés)

Para más información sobre el proceso de revenido


Traducido por

Elix M. Hernández Figueroa y Cecilia G. García Morales (CIRE2N Environmental Sciences Department University of Puerto Rico, Rio Piedras Campus)

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