¿Por qué la pasta se hierve realmente?

Question

Estaba haciendo pasta y me di cuenta de que la pasta estaba hirviendo. Lo pensé un poco más y me di cuenta de que no tenía ni idea de por qué ocurría esto. Cuando la tapa está puesta, la espuma sube. Cuando se quita la tapa, la espuma desaparece. Está claro que hay algún tensioactivo que permite que se formen burbujas, y las burbujas están en su mayoría llenas de vapor. Si se quita la tapa, se enfrían y se condensan hasta un tamaño minúsculo. Este artículo sinceramente no es lo suficientemente específico. ¿Por qué es importante el almidón? (También ocurre con las patatas) ¿Cómo se convierte un polisacárido, una molécula hidrofílica, en un surfactante (si es que lo hace)? ¿Son los fosfolípidos de las células los que se convierten en pasta? ¿Las moléculas de almidón forman un polímero y atrapan el vapor debajo como un globo? ¿Es algún tipo de híbrido en el que las burbujas se estabilizan por la viscosidad? ¿Qué ocurre aquí?

Este la pregunta sobre el consejo experimentado trata de abordarlo pero se equivoca en la tensión superficial(creo) así que eso me hace desconfiar un poco. Tensioactivos como el jabón reducir la tensión superficial, permitiendo que se formen burbujas al dejar que las moléculas de agua se extiendan en finas películas. También evitan que los alvéolos de los pulmones se colapsen. Si los almidones aumentaran la tensión superficial, ¿no se reduciría la probabilidad de formar burbujas al aumentar la penalización energética? Los materiales de alta tensión superficial actúan como el mercurio.

Esta respuesta está por todo internet pero no tiene ningún sentido para mí. Es necesario menos la tensión superficial de las burbujas, seguramente.

Si sólo se trata de fosfolípidos que actúan como detergente, ¿podría "hervir" la pasta en agua fría con un batidor? (Lo he intentado, no se puede).

Consideré poner esto en el consejo experimentado, pero no estoy interesado en cómo prevenir la ebullición (o realmente cualquier resultado práctico), y la respuesta suministrada allí carece de rigor científico.

Answer 1

El almidón forma una red poco unida que atrapa el vapor de agua y el aire en una masa espumosa, que se expande rápidamente al calentarse.

Almidón está formado por polímeros de glucosa (la amilopectina es uno de ellos, mostrado aquí):

Algunas de las cadenas son ramificadas, otras son lineales, pero todas tienen $\ce{-OH}$ grupos que pueden formar enlaces de hidrógeno entre sí.

Sigamos algunas moléculas de almidón a través del proceso y veamos qué ocurre. Al principio, el almidón está deshidratado y fuertemente compactado: las cadenas están alineadas en bonitas estructuras ordenadas sin agua ni aire entre ellas, lo que maximiza los enlaces de hidrógeno entre los polímeros del almidón:

A medida que el agua se calienta (o mientras se deja la pasta en remojo), las moléculas de agua comienzan a "invadir" las cadenas de polímeros fuertemente empaquetadas, formando sus propios enlaces de hidrógeno con el almidón:

Pronto, las cadenas de polímeros están completamente rodeadas de agua, y son libres de moverse en la solución (se han disuelto):

Sin embargo, la solución de agua/almidón no es completamente uniforme. En el centro de la olla de agua, la concentración de almidón es baja en comparación con el agua. Hay muchísimas moléculas de agua disponibles para rodear las cadenas de almidón y mantenerlas separadas. Cerca de la superficie, cuando el agua hierve, las moléculas de agua escapan en forma de vapor. Esto significa que, cerca de la superficie, el concentración local del almidón aumenta. Aumenta tanto a medida que el agua sigue hirviendo, que el almidón puede volver a colapsar sobre sí mismo y enlazarse por hidrógeno con otras moléculas de almidón. Sin embargo, esta vez la estructura ordenada se rompe y hay demasiado movimiento térmico para alinearse. En su lugar, forman una red de moléculas poco compactas, conectadas por enlaces de hidrógeno y rodeando pequeñas bolsas de agua y aire (burbujas):

Esta red es muy débil, pero lo suficientemente fuerte como para atrapar temporalmente el aire cuando se expande debido al calentamiento; así, las burbujas se hinchan y se forma una espuma que crece rápidamente. Como son muy débiles, no hace falta mucho para interrumpirlas. Un poco de aceite en el agua impedirá que las burbujas rompan la superficie con tanta facilidad, y una cuchara de madera en la parte superior romperá la red mecánicamente en cuanto la toque.

Muchas biomoléculas formarán este tipo de redes en diferentes condiciones. Por ejemplo, gelatina es una proteína (polímero de aminoácidos) que formará redes elásticas de enlaces de hidrógeno en agua caliente. Cuando la mezcla de gelatina y agua se enfría, el gel se solidifica, atrapando el agua en su interior para formar lo que se denomina un sol-gel o, más concretamente, un hidrogel .

El gluten del trigo es otro ejemplo, aunque en este caso los enlaces son disulfuro enlaces. Las redes de gluten son más fuertes que las redes de polisacáridos con enlaces de hidrógeno, y son responsables de la elasticidad del pan (y de la pasta).

DESCARGO DE RESPONSABILIDAD:

• Las imágenes no están ni remotamente a escala, el almidón suele tener varios cientos de monómeros de glucosa y no se muestra el tamaño relativo de las moléculas y los átomos.
• no hay suficientes moléculas de agua - en realidad habría demasiadas para poder ver el polímero (1.000's).
• las moléculas de almidón no son lo suficientemente "retorcidas" ni muestran cosas como la ramificación - la estructura real de la red y las conformaciones en solución serían mucho más complicadas.

Pero, ¡espero que te hagas una idea!

Answer 2

Esto no es realmente una pregunta de biología, creo...

Como químico te puedo decir que la superficie rugosa de la pasta sí que tiende a producirse la ebullición. Lo mismo puede producirse con piedras o madera o casi cualquier superficie rugosa. Los químicos utilizan pequeños trozos de alúmina o algún otro mineral para evitar el exceso de ebullición, de hecho.

Si observas una botella de refresco sellada puedes ver el mismo efecto. Es el mismo escenario - en este caso el CO2 en lugar de vapor está listo para salir del líquido sobresaturado, pero no lo hará a menos que haya un Las burbujas se forman en la superficie de plástico en el interior cuando se abre la tapa. Si ves que se forma una corriente de burbujas dentro del líquido, siempre se están nucleando a partir de una mota de polvo o algún otro pedacito de sólido que flota alrededor.

El la superficie de los caramelos mentos es particularmente buena en conseguir que se formen burbujas. Apuesto a que si echas mentos en agua hirviendo, al menos hasta que los mentos se disuelvan, verás un poco más de burbujas que la pasta. No te aconsejo que lo hagas, es sólo un experimento.

Pero hay algo que se puede hacer para evitar que la pasta se hierva ¡! Perdona por incluir esto, pero los cocineros siempre utilizan demasiada energía cuando cocinan y es un despilfarro. Cuando el agua empiece a hervir puedes bajar el fuego y poner una tapa en la olla. Por lo general, basta con poner el quemador en la posición más baja. Esto reduce la cantidad de vapor supercrítico en el agua y se formarán menos burbujas de vapor. También se ahorra energía, ya que aunque la temperatura del agua es la misma (el agua hirviendo está siempre a unos 100 grados C), se reduce la cantidad de vapor supercrítico en el agua.

Answer 3

Puedes considerar las partículas de almidón en el agua hirviendo como una especie de impureza, de suciedad. La suciedad siempre se acumula en los límites de las fases, porque así se ahorra energía superficial. Si ya hay una superficie, también se puede poner la suciedad allí, pues sólo se necesita la mitad de superficie adicional en las fases principales. (De ahí el uso de tensioactivos como detergentes: La tensión/energía superficial se reduce tanto que la suciedad puede salir de las superficies).

Así que las interfaces de las burbujas están llenas de almidón, lo que las estabiliza (véase la otra respuesta, enlaces H, etc.). No les importa la superficie de acero o de cristal de la olla y la tapa, porque también están húmedas y llenas de almidón. Lo que mata las burbujas es el aire frío y seco, que no ven antes de haber levantado la tapa y derramado todo.