Emulsioncamp

Introducción y programa

Primero la teoría, corta. Después cuatro emulsiones con las manos. Cada una enseña una cosa distinta, y la última, el mortero de ajos, es la más difícil y la que más teoría necesita.

El curso está organizado como una secuencia de dificultad creciente. La mayonesa de vaso muestra el papel de la energía y del tamaño de gota, y sale casi siempre. La mayonesa picante añade una variable de sabor y enseña cómo un soluto se reparte entre las dos fases. La nata montada es una emulsión que ya viene hecha: allí no se crea, se estabiliza una espuma sobre ella y, si se insiste, se invierte. El mortero cierra el programa porque exige aplicar todo lo anterior sin red: sin huevo, sin prisa y sin cambiar de sentido.

La regla de la casa, que reaparece en cada protocolo, se enuncia así: emulsionante primero, aceite después, y despacio. La batidora de vaso parece romperla; en realidad es la física del vórtice la que impone el orden por nosotros (ver Mayonesa de vaso).

Fundamentos

Definición y fases

Una emulsión es un sistema formado por dos líquidos inmiscibles en el que uno de ellos está disperso en el otro en forma de gotas pequeñas^[1]. Se distinguen tres componentes:

• Fase dispersa: el líquido que está en forma de gotas.
• Fase continua: el líquido que rodea a las gotas.
• Emulsionante: la sustancia que se coloca en la interfaz e impide que las gotas se vuelvan a juntar.

Si las gotas se quedan donde están durante el tiempo que nos interesa (minutos en una vinagreta, semanas en una mayonesa industrial), hablamos de emulsión. La palabra clave es metaestable: toda emulsión tiende a separarse; el emulsionante y la viscosidad solo deciden cuánto tarda.

Por qué no se mezclan: polaridad y tensión interfacial

Las moléculas de agua tienen la carga eléctrica repartida de forma desigual: son polares y se atraen entre sí con fuerza mediante puentes de hidrógeno. Las moléculas de aceite son cadenas largas de carbono e hidrógeno (triglicéridos) que no tienen carga neta que ofrecer: son apolares. Una molécula de agua en contacto con aceite pierde parte de las interacciones favorables que tendría rodeada de otras moléculas de agua.

Ese coste se manifiesta macroscópicamente como tensión interfacial (γ): la energía necesaria para crear una unidad de superficie de contacto entre los dos líquidos. Para el sistema aceite vegetal y agua, γ está en torno a 20–30 mN·m^−1[1]. El sistema minimiza esa energía reduciendo la superficie de contacto: las gotas se juntan, crecen y acaban formando dos capas. La emulsión es, por tanto, un estado de alta energía interfacial que solo persiste si algo impide el camino de vuelta.

Dividir un volumen de aceite en gotas pequeñas multiplica la superficie interfacial. Un solo mililitro de aceite en una gota tiene unos 5 cm² de superficie; el mismo mililitro dividido en gotas de 5 µm de diámetro tiene unos 1,2 m². Toda esa superficie hay que crearla (energía mecánica) y hay que cubrirla (emulsionante).

El emulsionante: una molécula con dos caras

Un emulsionante es anfifílico: tiene una región que prefiere el agua (cabeza hidrófila, a menudo cargada o muy polar) y otra que prefiere el aceite (cola hidrófoba, hidrocarbonada). La posición de menor energía para esa molécula es la interfaz: la cola dentro de la gota de aceite, la cabeza fuera, en el agua. Al adsorberse allí hace dos cosas^[2]:

• Reduce la tensión interfacial, de modo que crear superficie nueva cuesta menos y las gotas se rompen con más facilidad.
• Forma una capa alrededor de la gota que impide, por repulsión electrostática o estérica, que dos gotas que se tocan se fundan en una.

En la cocina el emulsionante casi nunca es una molécula pura sino una mezcla de fosfolípidos, proteínas y partículas. La tabla 2 resume los que intervienen en el curso.

Dos familias: aceite en agua y agua en aceite

Según qué líquido forme las gotas, se distinguen emulsiones aceite en agua (O/W, del inglés oil in water) y agua en aceite (W/O). El tipo lo decide sobre todo el emulsionante: los emulsionantes más solubles en agua favorecen O/W y los más solubles en aceite favorecen W/O (regla de Bancroft^[3]). También influye la proporción de fases, y por eso una emulsión puede invertirse si una fase dispersa llega a ser muy mayoritaria.

Las cuatro preparaciones de hoy son aceite en agua. La nata, si te pasas batiendo, se invierte y pasa a ser mantequilla: es la única inversión de fase que veremos con las manos (ver Nata montada y mantequilla).

Cómo se forma: energía, emulsionante y orden

La formación de una emulsión requiere tres condiciones simultáneas:

1. Energía. Batir, agitar o girar la maza aporta esfuerzo de cizalla que rompe la fase dispersa en gotas cada vez más pequeñas. Cuanto mayor es el gradiente de velocidad, menor es el tamaño de gota alcanzable. Una batidora de brazo (miles de revoluciones por minuto en un volumen pequeño) produce gotas mucho más finas que unas varillas manuales.
2. Emulsionante disponible. Debe estar ya disuelto en la fase continua antes de que llegue la primera gota, de modo que cada superficie nueva se cubra en cuanto se crea.
3. Orden. La fase dispersa entra poco a poco. Un chorro genera de golpe más superficie de la que el emulsionante presente puede cubrir; las gotas desnudas se tocan y se fusionan.

El tamaño de gota es la variable que gobierna la estabilidad. Para una gota aislada en un fluido viscoso, la velocidad a la que asciende (si es menos densa que el medio, como el aceite en agua) viene dada por la ley de Stokes^[4]:

donde v es la velocidad de ascenso, r el radio de la gota, ρ_c y ρ_d las densidades de la fase continua y dispersa, g la gravedad y η la viscosidad de la fase continua.

Lo importante es la dependencia v ∝ r²: gotas la mitad de grandes se separan cuatro veces más despacio. Batir más da una emulsión más estable y, porque las gotas pequeñas se empaquetan y rozan más, también más espesa. Aumentar la viscosidad de la fase continua (almidón, mostaza, azúcar) actúa sobre el denominador con el mismo resultado.

Cuando falla: cuatro mecanismos de desestabilización

Toda emulsión quiere separarse; solo se trata de cuánto tarda y por qué camino. Se distinguen cuatro mecanismos^{[1], [2]}, que en la cocina tienen nombre propio:

Las dos primeras son reversibles y en general poco preocupantes. La tercera es la que llamamos "cortarse". La cuarta es lo que pasa cuando bates nata de más: acabas de hacer mantequilla. En el curso provocamos la tercera a propósito en el mortero (ver Cuando se corta) y la cuarta con la nata (ver Nata montada y mantequilla).

Caso de estudio: la carbonara es una emulsión

Una salsa cremosa sin nata: gotas de grasa de guanciale dispersas en agua de cocción. Todo lo visto en esta sección está en el plato.

• La yema aporta lecitina: el emulsionante.
• El pecorino aporta caseína, que también emulsiona, y sal.
• El agua de cocción es la fase continua, y su almidón la espesa: las gotas ya no pueden subir ni chocar (numerador y denominador de la ecuación 1 trabajando a favor).
• La energía la pone la sartén al sacudirla.

Y falla como todas. Por encima de unos 70 °C las proteínas de la yema y del queso coagulan: huevo revuelto, queso en hilos y grasa suelta y brillante. La coagulación destruye la capa interfacial y la emulsión coalesce de golpe. Por eso se manteca fuera del fuego, con el agua de cocción tibia.

Hoy no la cocinamos. Pero cuando la hagas en casa, ya sabrás por qué se corta. Gracias, María.

Protocolos experimentales

Cuatro preparaciones, en orden de dificultad creciente. Cada protocolo indica materiales, tiempos, qué observar y cómo rescatar el fallo. Las cantidades son para cuatro personas salvo que se indique otra cosa.

Mayonesa de vaso

Objetivo: observar el efecto de la energía y del tamaño de gota. Tiempo: 20 min. Herramienta: batidora de brazo.

Todo junto en el vaso, la batidora al fondo y subir despacio. El procedimiento parece romper la regla del orden, y funciona. La razón: el cabezal en el fondo solo toca el huevo y el vinagre; el vórtice que genera va tragando aceite de arriba poco a poco. El orden lo pone la física, no la mano.

Además, la batidora gira tan rápido que produce gotas mucho más pequeñas que las varillas. Por la ecuación (1), la emulsión resultante es más espesa y más estable, y por eso casi nunca se corta.

1. Todo al vaso 1 min

   • Huevo, vinagre, sal y mostaza en el vaso. El aceite encima, todo de golpe.
   • El vaso debe ajustar al cabezal: si es ancho, el vórtice no se forma.

2. Al fondo, sin mover 10–15 s · aquí se decide

   • Batidora hasta el fondo, tocando el huevo. Enciende y no la muevas.
   • Mira el fondo: se vuelve pálido y espeso. Ya hay emulsión abajo.

   Qué mirar: el aceite de arriba empieza a bajar en remolino.

3. Subir despacio 20–30 s

   • Sube el cabezal muy despacio, un centímetro cada pocos segundos, hasta arriba.
   • Dos bajadas y subidas más para igualar. Prueba y corrige sal y ácido.

   Si subes pronto, queda líquida por arriba: vuelve al fondo y espera.

4. Si no liga rescate

   • Vaso nuevo con una yema y una cucharada de agua. Batidora al fondo.
   • Añade la fallida en hilo mientras subes. Liga siempre.

Mayonesa picante: reparto de solutos entre fases

Objetivo: observar cómo un compuesto de sabor se reparte entre la fase acuosa y la grasa. Tiempo: 20 min. Dos variantes.

Es la misma emulsión con un sabor que se reparte entre las dos fases según su solubilidad. La capsaicina del piripiri (en el guion original, sriracha) es liposoluble: se disuelve en las gotas de aceite y el picor se libera de forma redonda y lenta al masticar. El isotiocianato de alilo del wasabi es hidrosoluble y volátil: se queda en la fase acuosa, pica en la nariz y se apaga en minutos. De ahí que una variante se construya con el picante en la base y la otra con el picante añadido al final.

Variante A · Wasabi y lima hidrosoluble

El picor que sube. Va en la base, antes del aceite.

1. Pasta de wasabi

   • Mezcla el wasabi con el zumo de lima hasta pasta lisa.

2. La base

   • Yema, sal y la pasta de wasabi en el bol. Bate diez segundos. El picante ya está en la fase continua.

3. El aceite

   • Aceite encima. Batidora al fondo, subir despacio, como la de vaso.

4. Acabado y observación

   • Ralladura al final. Prueba a los 2 minutos y a los 15: el picor baja, porque el compuesto es volátil.

Variante B · Sriracha Piripiri y miel liposoluble

El picor que dura. Va al final, con la mayonesa ya montada.

Nota de sustitución: no había sriracha y se usa salsa piripiri (guindilla, aceite, vinagre, ajo y limón). Es un sustituto adecuado y, para esta variante, incluso más limpio: aporta la misma capsaicina pero en base oleosa, con menos agua y sin azúcar. Consecuencias prácticas: la miel compensa el dulzor que falta, el riesgo de aflojar la emulsión es menor porque entra menos fase acuosa, y suele picar bastante más, así que se empieza por la mitad de cantidad y se prueba.

1. Base

   • Parte de la mayonesa de vaso ya montada.

2. Piripiri, poco a poco

   • Cucharada a cucharada, batiendo. Su aceite se incorpora a la fase dispersa y el vinagre a la continua; con poca agua afloja menos que la sriracha, pero pica más: probar antes de la segunda cucharada.

3. Miel y ajo

   • Miel y ajo rallado. Reposa 10 minutos para que la capsaicina migre a las gotas de aceite.

4. Si afloja

   • 20 ml de aceite en hilo la recuperan: más fase dispersa, más empaquetamiento, más viscosidad.

Comparar: las dos sobre pan tostado. ¿Dónde pica cada una? ¿Cuánto dura? El pigmento del piripiri (capsantina, liposoluble) teñirá las gotas de aceite: la mayonesa toma un naranja uniforme, al revés que con sriracha, cuyo color quedaba en la fase acuosa.

Nata montada a mano e inversión a mantequilla

Objetivo: trabajar una emulsión preexistente, estabilizar una espuma sobre ella y provocar una inversión de fase. Tiempo: 20 min.

La nata es una emulsión que ya viene hecha: glóbulos de grasa (fase dispersa, 35 % en masa) envueltos en su membrana natural de fosfolípidos y proteínas, en suero (fase continua). Al batir no se crea la emulsión: se incorpora aire.

Las varillas rompen parcialmente la membrana de algunos glóbulos. La grasa, semisólida a baja temperatura, asoma y se adhiere a la del glóbulo vecino. Esa red de glóbulos parcialmente coalescidos es la que sujeta las burbujas de aire^[5]. Por eso hace falta frío: con la grasa completamente líquida no hay red, solo espuma que se cae.

1. Espuma blanda 2–3 min · varillas a mano

   • Nata fría en el bol frío. Bate en círculos amplios y rápidos, metiendo aire.
   • Primero burbujas grandes, luego finas. La nata dobla de volumen y deja rastro.

2. Separar, y picos 1–2 min más

   • Antes de endulzar, pasa la mitad de la espuma a otro bol frío. Esa mitad, sin nada, es para la mantequilla.
   • A la mitad que queda: azúcar y vainilla. Sigue batiendo.
   • Levanta las varillas: pico que se dobla es blando; pico que aguanta es firme. Para aquí.

   Qué mirar: el brillo. Cuando deja de brillar, estás al límite.

3. Pasarse a propósito: mantequilla 5–8 min · inversión de fase

   • Con la mitad sin azúcar ni vainilla: sigue batiendo pasado el punto de picos firmes.
   • Primero se vuelve granulosa y pierde brillo. Después amarillea y se apelmaza.
   • De golpe suelta un líquido blanco, el suero de mantequilla. La grasa se junta en un bloque.
   • Escurre. Aprieta y lava el bloque bajo agua fría hasta que el agua salga clara.
   • Sal al gusto. Sobre pan tostado, con la mayonesa al lado: dos emulsiones, dos sentidos.

Si se sigue batiendo, los glóbulos de grasa se fusionan unos con otros hasta que la grasa deja de ser gotas y pasa a ser el medio. El agua queda atrapada dentro. Es la inversión de fase de la tabla 4 vista con las manos.

El suero no se tira: sirve para bizcochos o para la mayonesa de vaso en lugar del vinagre. Si alguien bate la mitad dulce, que pruebe el suero: el azúcar se ha ido con el agua y la vainilla se ha quedado en la grasa. Otro reparto de solutos, como en Mayonesa picante.

Mortero de ajos

Objetivo: aplicar toda la teoría sin emulsionante añadido. Tiempo: 60 min. Por parejas.

Sin huevo. Sin prisa. Sin cambiar de sentido.

No lleva huevo ni nada que "ayude". El emulsionante es el propio ajo. Por eso es difícil, y por eso es la última preparación del curso.

Materiales

El emulsionante escondido: dentro del ajo

Un diente de ajo pesa unos 4 g. Casi dos terceras partes son agua. El resto: azúcares largos (fructanos), proteínas, fibra de pared celular y los compuestos de azufre responsables del olor (la alicina se forma solo al romper las células, cuando la aliinasa encuentra a la aliína).

Al machacarlo las células se rompen y el agua sale con todo suelto dentro. Esa pasta emulsiona por dos vías:

• Las proteínas y los fructanos se adsorben en la interfaz, como haría la lecitina, aunque con menor eficacia.
• Los fragmentos sólidos de pared celular se pegan a la superficie de las gotas y las blindan mecánicamente. Es una emulsión de Pickering, estabilizada por partículas^{[6], [7]}.

Cuanto más fina es la pasta, más superficie de partícula y más emulsionante disponible. Un ajo a medio machacar es la primera causa de un mortero cortado.

Primera parte: la pasta

Aquí se decide si liga o no. La pasta tiene que ser lisa, sin ningún trozo, y brillante. Golpe corto hacia abajo, y la maza gira contra la pared rugosa. La sal raspa las fibras. Quita el germen (el brote del centro): amarga, repite, y en ajos viejos hace la pasta verde.

1. Pelar y abrir 3 min

   • Pela, corta por la mitad y saca el germen.

2. Ajo y sal al mortero 1 min

   • Los dientes y una cucharadita de sal gruesa. Nada más.

3. Machacar 5–8 min

   • Golpes cortos, luego círculos contra la pared. Hasta que no quede ni un trozo.

4. Comprobar punto de no retorno

   • Lisa, pegajosa, brillante. Pica fuerte: la alicina ya está fuera.

Segunda parte: el aceite

Gota a gota, sin parar, sin cambiar de sentido. Cada gota debe romperse en gotas diminutas y quedar envuelta antes de que llegue la siguiente. Eso lo hace la maza girando contra la pasta. La mano manda: si la pasta sigue a la maza, acelera; si brilla de aceite suelto, para de añadir y gira.

1. Gota a gota primeros 30–50 ml · 5 min

   • Una gota. Gira. Que desaparezca antes de la siguiente.

2. Hilo fino hasta 150 ml · 5 min

   • Ya es crema y sigue a la maza. Un hilo como un cabello.

3. Hilo grueso hasta 200–250 ml · 5 min

   • Espesa y aguanta. Más rápido, nunca a chorro.

4. La maza se aguanta sola señal de final

   • Clávala en el centro y suéltala. Si se queda de pie, está hecho.

¿Por qué siempre en el mismo sentido?

La regla es antigua y la física la respalda a medias. Lo que importa no es el sentido: es no parar. Para cambiar de sentido, la maza tiene que frenar hasta cero y arrancar otra vez. En ese instante no hay cizallamiento. Las gotas de aceite que todavía no tienen su capa de pasta dejan de romperse, dejan de cubrirse y se quedan quietas unas junto a otras. Dos gotas desnudas que se tocan sin nada que las separe se funden (coalescencia, tabla 4). Cada cambio de sentido es un pequeño alto en el que el mortero se puede cortar.

Hay una segunda razón, más práctica. Girando siempre igual, toda la masa sigue a la maza como un bloque y la pasta rodea al aceite de forma uniforme. Al invertir, la masa que venía en un sentido choca con la que empieza a ir en el otro: se forman bolsas de aceite suelto y entra aire.

Cuando se corta: causas y rescate

Cortamos. No eres tú, soy yo.

• Prisa. El aceite entra más rápido de lo que la pasta lo cubre. La causa más común.
• Pasta gruesa. Trozos en vez de pasta: menos emulsionante libre y menos agua disponible.
• Demasiado aceite. Diez mililitros de agua no rodean trescientos de aceite. Las gotas se tocan tanto que la emulsión invierte la fase: se afloja de golpe y brilla.

Práctica por parejas

Una persona sujeta el mortero y echa el aceite. La otra gira. A mitad del aceite, cambiad de papel sin parar de girar.

1. La pasta 10 min · ni un trozo

   • Pela, abre y quita el germen a los 5 dientes.
   • Ajo y sal al mortero. Golpes cortos, luego círculos.
   • Comprobad los dos: lisa, brillante, pegajosa.

2. Los primeros 50 ml 8 min · sin prisa

   • Gota a gota. Cuenta hasta tres entre gotas.
   • Mismo sentido. No levantes la maza.
   • Anota cuándo la pasta empieza a seguir a la maza.

3. Hasta el final 12 min · la maza de pie

   • Hilo fino. Cambiad de papel sin parar.
   • Hilo grueso cuando espese.
   • Para cuando la maza se sostenga sola. Mide el aceite que ha entrado.

   Esperado: entre 180 y 250 ml según los ajos.

4. Cortarlo y rescatarlo 15 min · perder el miedo

   • Separa la mitad. Con la otra: 40 ml de golpe y gira. Se corta.
   • Rescate rápido: gotas de agua tibia, girar un minuto. ¿Vuelve?
   • Si no: ajo nuevo con sal, y el cortado gota a gota.

   Comparad las dos mitades: textura, brillo, picor.

Discusión y conclusiones

Ocho ideas para llevarse a casa. Cada una se ha visto en la teoría y se ha tocado en al menos una práctica.

1. Una emulsión son gotas de un líquido dentro de otro con el que no se mezcla (ver Definición y fases).
2. Se separan porque cada contacto agua-aceite cuesta energía: la tensión interfacial (ver Polaridad y tensión interfacial).
3. El emulsionante tiene una cara para cada líquido. Se coloca en la interfaz y envuelve las gotas (ver El emulsionante).
4. Formar una emulsión exige energía para romper, emulsionante para cubrir y orden para no saturar. El tamaño de gota gobierna la estabilidad: v ∝ r² (ver Cómo se forma).
5. El sabor se reparte: lo graso a las gotas, lo acuoso a la fase continua. Por eso la capsaicina dura y el wasabi se apaga (ver Mayonesa picante).
6. La nata ya es una emulsión: batir mete aire y la grasa fría sostiene la espuma. Pasarse la invierte en mantequilla (ver Nata montada y mantequilla).
7. La carbonara es una emulsión: yema y queso emulsionan, el almidón estabiliza y el calor de más la corta (ver Caso de estudio: la carbonara).
8. En el mortero el emulsionante es el ajo. Pasta fina, gota a gota, mismo sentido. Se corta por prisa, pasta gruesa o exceso de aceite. Se salva con ajo nuevo o con agua (ver Mortero de ajos).

El hilo común es que "cortarse" no es un accidente sino un mecanismo con causa identificable, y que casi siempre se resuelve reponiendo lo que faltaba: emulsionante, fase continua u orden. Perderle el miedo a la emulsión cortada, provocándola a propósito y rescatándola, es el objetivo final del curso. ligado

Glosario

Anfifílico

Molécula con una región hidrófila y otra hidrófoba; se adsorbe en la interfaz agua-aceite.

Cizalla (esfuerzo de)

Fuerza tangencial por unidad de superficie que deforma un fluido; es lo que rompe una gota grande en gotas pequeñas.

Coalescencia

Fusión irreversible de dos gotas en contacto. En la cocina, "cortarse".

Cremado

Ascenso de las gotas menos densas hacia la superficie sin fusionarse. Reversible.

Emulsión

Dispersión de gotas de un líquido en otro inmiscible, estabilizada por un emulsionante.

Emulsión de Pickering

Emulsión estabilizada por partículas sólidas adheridas a la interfaz en lugar de moléculas anfifílicas.

Fase continua / fase dispersa

El líquido que rodea a las gotas / el líquido que forma las gotas.

Floculación

Agrupación de gotas en racimos sin fusionarse. Reversible.

Inversión de fase

Cambio de una emulsión O/W a W/O o viceversa; la fase dispersa pasa a ser continua.

Lecitina

Mezcla de fosfolípidos de la yema de huevo; el emulsionante de la mayonesa.

Liposoluble / hidrosoluble

Soluble en grasa / soluble en agua. Determina en qué fase se reparte un compuesto de sabor.

O/W, W/O

Aceite en agua, agua en aceite (del inglés oil, water).

Tensión interfacial (γ)

Energía por unidad de superficie de contacto entre dos fases inmiscibles.

Viscosidad (η)

Resistencia de un fluido a fluir; aumentar la de la fase continua frena el cremado y la coalescencia.

Bibliografía

1. McClements, D. J. Food Emulsions: Principles, Practices, and Techniques, 3.ª ed. CRC Press, 2015.
2. Dickinson, E. An Introduction to Food Colloids. Oxford University Press, 1992.
3. Bancroft, W. D. «The Theory of Emulsification, V». Journal of Physical Chemistry 17 (6), 1913, 501–519.
4. Stokes, G. G. «On the Effect of the Internal Friction of Fluids on the Motion of Pendulums». Transactions of the Cambridge Philosophical Society 9, 1851, 8–106.
5. McGee, H. On Food and Cooking: The Science and Lore of the Kitchen, ed. revisada. Scribner, 2004. Capítulos sobre leche y nata, huevos y salsas.
6. Pickering, S. U. «Emulsions». Journal of the Chemical Society, Transactions 91, 1907, 2001–2021.
7. Ramsden, W. «Separation of Solids in the Surface-Layers of Solutions and “Suspensions”». Proceedings of the Royal Society of London 72, 1903, 156–164.
8. This, H. Molecular Gastronomy: Exploring the Science of Flavor. Columbia University Press, 2006.

Las cantidades, tiempos y observaciones de los protocolos proceden de la práctica propia del autor y son orientativas: dependen de los ajos, de la temperatura del aceite y de la mano.