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jueves, 15 de julio de 2010

Palomitas de maíz y física


Conocidas a lo largo de América Latina por diferentes nombres: rosetas, maíz pira, canchita, cangulles, pochoclos, cotufas, poporopos entre otros, las palomitas de maíz, aquellas que compramos cuando vamos al cine o que hacemos en casa para ver una peli, han estado presente en nuestra vida cotidiana tal vez más tiempo del que creemos. Diferentes hallazgos arqueológicos demuestran que el maíz tostado era conocido por diversos grupos que poblaron la América Pre-Colombina, tanto en el Norte como en el Sur del Continente. Se habla por ejemplo de palomitas de maíz encontradas en cavernas en Nuevo México  datadas en el año 3600 a.C, restos de maíz reventado en el Antiguo Perú con más de mil años de antigüedad para mencionar algunos de ellos (lea más aquí). Las rosetas obtenidas al exponer los granos de maíz al calor se usaban no solo como alimento, sino  como decoración y para crear amuletos. En este enlace puede leer un poco más sobre la historia de las palomitas de maíz.
Sin embargo, no son todas las variedades de maíz las que se pueden usar para estos fines. La que se acostumbra usar es la Zea mays everata Sturt, conocida como maíz reventón. Incluso usando el maíz adecuado, como muchas veces lo habrás notado, no todos los granos logran convertirse en rosetas, por más calor que le pongamos!
Veamos primero las características de los granos de maíz usados para las palomitas. En la figura de la izquierda (tomada de este enlace) vemos un esquema de sus partes: el pericarpio o piel, el germen (permite que germine, contiene la información genética) y el endosperma. Este último está hecho de almidón, como el que se usa para cocinar. No olvidemos tampoco que un buen porcentaje del grano de maíz está constituido por agua. Al calentar el grano, el agua en su interior se evapora. Como el pericarpio es resistente al agua, el gas no puede salir. El vapor de agua se mezcla con el almidón, produciendo un gel que tiende a expandirse. Sin embargo, el pericarpio en estas variedades  es también muy resistente, y la mezcla vapor - almidón no puede expandirse. La presión y la temperatura dentro del grano pueden llegar a alcanzar valores de 9 veces la presión atmosférica y aproximadamente 175°C. Este es el mismo principio que usan las ollas de presión. En este punto,  el pericarpio no resiste más y se revienta. El gel de  almidón  sale en forma de burbujas que se enfrían y solidifican rápidamente, dando origen a la forma de la palomita de maíz.  Ahora sí estamos list@s para entender porqué algunos granos no revientan: si el grano no contiene suficiente agua, la presión del vapor en el interior de la misma no llega a ser la necesaria  para reventar el grano a menos que se eleve mucho más la temperatura. Es decir, el grano se quema antes de explotar. Valores óptimos de contenido de agua oscilan entre el 11% y el 14 % de la masa del grano. Otra hipótesis al respecto sería considerar la posibilidad de que el pericarpio tuviera un agujero, y por este motivo no se podría elevar la presión en su exterior.
Pero la física no acaba ahí. Hay también mucha física en la manera de preparar las palomitas de maíz. El método tradicional implica colocar los granos en una sartén u olla con aceite. El aceite actúa como medio conductor de calor y el calentamiento se da por contacto directo de los granos con la superficie caliente. Este proceso se llama conducción.  En las ollas especiales para hacer palomitas de maíz, la transferencia de calor se da por medio de la circulación de aire caliente. Este proceso se conoce como convección y es característico de fluidos (gases y líquidos). Por último, y probablemente el más popular hoy en día, es usar el horno de microondas. Como expliqué en una publicación anterior, al usar microondas estamos incitando el movimiento de las moléculas de agua dentro de los alimentos, y como consecuencia se eleva la temperatura. En principio no es necesario nada muy sofisticado  para lograr hacer palomitas de maíz en el microondas. Sin embargo, los paquetes que disponibles comercialmente tienen la peculiaridad de poseer una fina capa de metal en su envoltura. Ayuda a mantener una temperatura uniforme dentro de la bolsa y facilita su calentamiento (NOTA: en general, introducir metales dentro del microondas es PELIGROSO por la forma en que estos interactuan con las ondas, NO LO HAGA en casa; estas envolturas están especialmente diseñadas para no causar daños).
¡Y todavía hay más física! Quienes se dedican a comercializar palomitas de maíz se benefician de factores como el tamaño de la roseta: entre más grande, mayor volumen ocupa, lo que significa que se necesitan menos granos para llenar por ejemplo del cubo que compramos al ir al cine. Y justamente el problema de como obtener optimizar la producción de palomitas de maíz ha mantenido ocupados a algunos científicos, quienes proponen métodos que van desde encontrar la mezcla ideal de aceite, mantequilla y sal hasta implementar sistemas de vacío en los hornos. Este último tópico es abordado por P. Quinn, D. Hong, y. J.A. Both . Ellos  utilizaron la termodinámica, que es la rama física que se encarga de estudiar procesos relacionados a transferencia de energía, e hicieron un modelo simplificado de como el interior de la palomita se expande, rápidamente. Obtuvieron un resultado que podemos entender intuitivamente sin saber de los detalles de su modelo: el tamaño final de la palomita va a depender de que tan rápido puede expandirse antes de enfriarse y solidificarse, y esto a su vez depende de la diferencia de presiones entre el interior del grano y su exterior. De esta manera, al aumentar esta  diferencia de presión el gel de almidón logra expandirse más rápidamente antes de enfriarse. Para aquellas personas interesadas en más detalles, pueden leer el trabajo completo aquí (en inglés) ¡Al implementar un sistema de vacío en los hornos que se usan para reventar granos de maíz para disminuir la presión dentro de los mismos, se puede lograr duplicar el tamaño de las palomitas!
En lo personal, la próxima vez que disfrute de  este bocadillo ¡pensaré en algo más que su sabor!

8 comentarios:

  1. Yo disfruté particularmente escribiendo este post: ¡de algo tan sencillo se puede apender mucho!

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  2. Está muy padre, sobretodo la pasión con que escribes. En el diagrama no se alcanza a ver, ¿cuál es el germen y cual el endosperma?
    ¿qué sucede con el germen durante la explosión?

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  3. Hola Gabriel. Gracias por tu comentario. El diagrama no es el mejor, pero fue el único que conseguí en español. Lo agrandé un poco, pero no mejora mucho :p . El germen inicia cerca de la base, es el núcleo mismo del grano, se compone principalmente por aceite y proteínas. El endosperma sería el resto del cuerpo del grano. En este enlace lo podés ver un poco mejor, http://newenergyandfuel.com/http:/newenergyandfuel/com/2009/12/31/a-20-more-ethanol-production-process/corn-kernel-components/

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  4. Enlazada tu entrada en nuestro blog http://generacionbic.blogspot.com/2011/02/palomitas-de-maiz.html
    Enhorabuena por tu divulgación de la ciencia.
    Saludos

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  5. Muchas gracias! Estaré pendiente del blog de uds!

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  6. Yo estuve hace como un par de años cuando doña Marcela expuso este tema en las 24 horas y ahora que leo este material, definitivamente considero que es mi favorito. Este es un ejemplo de lo poderosa que es la Física. Claro en otra ocasión, ahora que lo he entendido un poco mejor y otro espacio me encantaría ponerle ecuaciones a todo esto y jugar un rato... Los felicito y espero que sigan adelante!!!

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  7. Me sirvio de mucho leerlo. La forma que escribes lo hace muy interesante.

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