El investigador español Miguel Pocoví Mieras explica en este artículo de divulgación científica, publicado originalmente por revistaenologos.es, cómo es el fenómeno químico y físico por el que el gas carbónico generado por las levaduras reacciona con las moléculas de agua formando ácido carbónico en el líquido de la botella. Con precisos cálculos, fórmulas y ecuaciones, el estudioso nos enseña la vigencia del primer principio de la termodinámica: «La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”.
Para elaborar vinos espumosos existen diferentes métodos, desde añadir anhídrido carbónico a un vino, hasta el más popular método tradicional, conocido también como método “champenoise”, que consiste en adicionar azúcar y levaduras a un vino base. Las levaduras metabolizarán el azúcar, generando gas carbónico y alcohol. Al estar en botella cerrada, el carbónico no escapa y se ve obligado a reaccionar con las moléculas de agua formando ácido carbónico en el líquido de la botella, quedando también gas, anhídrido carbónico, que aumenta la presión en el espacio entre el líquido y el cierre de la botella.
CO2+ H2O ⇔ H2CO3
Esta presión del gas puede llegar a alcanzar, en algunos casos, hasta 6 atmósferas, bastante más alta que la de los neumáticos de un coche.
¿Qué ocurre cuando descorchamos una botella?
Cuando abrimos la botella, el gas atrapado debajo del tapón sale de forma violenta, provocando el típico ruido, similar al de una pequeña explosión, consecuencia de la caída brusca de presión, que provoca la formación de ondas sonoras. Este ruido va acompañado de una nube en el cuello de la botella que permanecerá durante unos segundos.
Pero, ¿por qué se produce esa nube de condensación? Veamos cuál es la explicación más plausible.
Inicialmente bajo presión en el cuello de botella, la mezcla de gases compuesta principalmente de carbónico en fase gaseosa y vapor de agua, se expande frente a la presión atmosférica durante el descorche. Al ser el proceso tan rápido no le da tiempo de intercambiar calor con su entorno. En termodinámica, un proceso que no intercambia calor se denomina adiabático. El enfriamiento adiabático es un proceso de reducción del calor a través de un cambio en la presión del aire causado por la expansión del volumen. Cuando el aire contiene humedad y se enfría mucho cruza el denominado punto de rocío y la humedad en el aire se acumula en forma de nube. Pero, ¿Por qué la expansión de volumen produce el enfriamiento del gas?
Según el Primer Principio de Termodinámica, o Principio de Conservación de la Energía, “La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”, por lo que la ecuación general de la conservación de la energía en este caso será la siguiente:
Eentra-Esale = DEsistema
Siendo Eentra la energía que entraría en el sistema y Esale la energía saliente del sistema, y DEsistema el incremento de energía del sistema.
Esta ecuación aplicada a la termodinámica, queda de la siguiente forma:
DU= Q-W
donde DU es la variación de energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor intercambiado por el sistema y W es el trabajo realizado por el sistema. Al ser el proceso adiabático (Q=0) por lo que:
DU= -W
Si consideramos el gas que está en el interior del cilindro (cuello de la botella) como un gas ideal, tendríamos que DU= n cvDT. Siendo n el número de moles de gas, cv el calor molar yDT la variación de temperatura del sistema.Por otra parte, si el proceso de expansión es muy rápido, lo podemos considerar irreversible, en cuyo caso W= pex.DV. Donde pext es la presión ejercida exteriormente sobre el sistema y DV la variación de su volumen. Por tanto, de la ecuación anterior obtenemos:
ncvDT = -pextDV
ncv (Tfinal-Tinical)= -pext (Vfinal-Vinical)
(Vfinal-Vinical) =n cv/pext (Tinicial-Tfinal)
Si la pext , n y cv son constantes, como es el caso que nos ocupa. Teniendo en cuenta que el volumen final del gas, Vfinal, es mayor que volumen inicialque ocupaba el gas dentro de la botella, Vinicial, entonces obligatoriamente la temperatura inicial del gas antes de la expansión, Tinicial, tiene que ser más alta que la temperatura después de la expansión, Tfinal,
En otras palabras, un aumento importante del volumen lleva a un descenso apreciable de la temperatura del sistema. Lo que conduce a la formación de ese vistoso fogonazo consecuencia de la condensación del vapor de agua arrastrado por el gas. Aunque, conviene no olvidar que esta bajada de temperatura en el cuello de la botella resultará insignificante para que llegue a enfriar el vino.
En resumen, al descorchar la botella de espumoso la mezcla de gas que brota del cuello de la botella experimenta una expansión adiabática y, consecuentemente se enfrían los paquetes de aire adyacentes, lo que provoca la condensación del vapor de agua arrastrado, que se encuentra en el aire ambiente en forma de una nube de niebla gris-blanca característica.
Curiosamente, el color de esta nube cambia si la temperatura de la botella y su contenido es cercana a los 20ºC. Es decir, en las botellas almacenadas a temperatura ambiente, de unos 20ºC, la niebla de color blanco grisáceo que se observa al abrirla sobre los cuellos de botella de las botellas almacenadas a temperaturas más bajas desaparece por completo,y es reemplazado por un penacho más evanescente, sorprendentemente azul, que parte del interior del cuello de botella.
Gérard Liger-Belair y sus colaboradores, tras una serie de experimentos realmente complejos, demostraron que esta neblina azul es consecuencia de una congelación heterogénea parcial y transitoria del anhídrido carbónico en fase gaseosa en agrupaciones nucleadas de agua helada en los cuellos de botella, que confiere este extraño color azul. A esta nube azulada no solemos observarla casi nunca, porque pocas veces se abre una botella de espumoso a temperatura de 20ºC.
Paralelamente a la nube comentada, se produce una explosión de burbujas que salen del líquido a gran velocidad, que será mucho mayor si hemos agitado previamente la botella entes de abrirla, porque más anhídrido carbónico habrá pasado a la fase gaseosa. Esta gran cantidad de burbujas que se producen al abrir la botella se debe a que el descenso de la presión provoca la descomposición el ácido carbónico, que al ser altamente inestable, forma de nuevo anhídrido carbónico y agua.
H2CO3<-> CO2 + H2O
¿Qué ocurre en la copa?
Una vez que tenemos la botella abierta, y vertemos el espumoso en la copa, si es de vidrio transparente, veremos que se forman rosarios de burbujas de la parte inferior, que van aumentando de tamaño y se rompen en contacto con el aire. Curiosamente las burbujas se forman en los mismos puntos, y las de pequeño tamaño suben en línea recta, pero las que alcanzan un tamaño considerable lo hacen en forma de zigzag.
La sobresaturación de la fase líquida con moléculas de anhídrido carbónico provoca la formación de burbujas en determinados puntos que contiene cristales de sales, rasguños de vidrio o pequeños trozos de fibras de celulosa, fenómeno denominado nucleación. Lo más habitual es que la superficie del vidrio este salpicada de fibras de celulosa provenientes del medio ambiente, o en el proceso de limpieza de la copa. Estas fibras o imperfecciones de la copa contienen minúsculas bolsas de aire, que quedaron atrapadas dentro del hueco de la fibra de celulosa hidratada, a la vez estos núcleos actúan de catalizador del paso de ácido carbónico a anhídrido carbónico.
Estas bolsas de gas van creciendo debido a la difusión de moléculas de gas carbónico a través de la pared de la fibra de celulosa formando una burbuja en el borde de la fibra. El aporte adicional de carbónico hace que la burbuja crezca, y cuando esta alcanza un radio crítico,-que suele ser de unas 2 décimas de micra-, abandona el punto de nucleación, se acelera a través de la flotabilidad, capta más anhídrido carbónico aumentando de volumen y sube a la superficie del líquido.
Por lo tanto, la difusión de anhídrido carbónico es el principal proceso físico de la formación y el crecimiento de burbujas en los vinos de espumosos y así como de todas las bebidas gaseosas. Cuanto mayor la cantidad de impurezas en la copa o las imperfecciones en el cristal, mayor será la cantidad de centros de nucleación y se formarán más burbujas -de hecho algunos fabricantes de copas de champagne crean imperfecciones en su interior para promover la formación de burbujas-, y con el tiempo disminuirá el contenido de ácido carbónico del líquido, y consecuentemente las burbujas serán más pequeñas transcurridos unos minutos tras haber vertido el cava en la copa.
Al cabo del tiempo, los puntos de nucleación se van vaciando de aire y se producirá una desaparición de las burbujas de forma gradual, aunque siga escapándose gas del líquido, este lo hará sin burbujear. Por otra parte, las proteínas presentes en las lías y en el vino, estabilizan las burbujas y permiten que se forme la deseada espuma en la parte superior de la copa. Para disfrutar plenamente de un vino espumoso es fundamental que se forme espuma en la parte superior de la copa; sin embargo, un exceso de anhídrido carbónico puede llegar arritar la nariz.
En consecuencia, es falso que el tamaño de las burbujas sea un reflejo de la calidad de un champagne o cava. Por lo que hemos visto, solo es un reflejo del contenido de gas carbónico, de las impurezas de celulosa que contenga y/o de las imperfecciones de la copa. Lo que si es cierto, es que es un reflejo del tiempo transcurrido desde el degüelle del espumoso, porque si se ha dejado reposar mucho tiempo a través del tapón se habrá disipado una parte delgas y las burbujas serán más finas.
Durante el Renacimiento, Leonardo da Vinci realizó la intrigante observación de que una burbuja de aire que se eleva en el agua, una vez que supera un tamaño crítico, se desvía de su camino recto para realizar un movimiento periódico en zigzag o en espiral.
Sin embargo, la explicación científica de este fenómeno se ha resistido a la descripción del mecanismo físico responsable, y ha estado en disputa, hasta que recientemente un investigador de la Universidad de Sevilla, Miguel A. Herrada, y otro de la Universidad de Bristol, Jens G. Eggers, han descubierto, por primera vez, que la trayectoria recta de una burbuja de aire en el agua se vuelve en zigzag cuando alcanza un radio esférico crítico de 0,926 mm, y que esto es consecuencia de la interacción entre el flujo y la deformación de la burbuja.
A medida que las burbujas suben se mueven más deprisa y la presión del fluido desciende alrededor de la superficie de la burbuja, si su radio es superior al señalado, se produce una deformación de la burbuja, lo que afecta a la velocidad de ascenso y modifica su trayectoria, provocando un bamboleo periódico que causa un ascenso de la burbuja en zigzag.
La percepción en boca
Las bebidas carbonatadas provocan una sensación de agradable frescor y un glamuroso cosquilleo en nuestra boca. Estas sensaciones que se asemejan a un hormigueo, ligero ardor y pequeños pinchazos en la boca, sensación que se denomina “pungencia” (nombre que proviene de pungir, que significa punzar o herir algo o a alguien con un objeto puntiagudo). Estas sensaciones no son de tipo mecánico, consecuencia del estallido de las burbujas de carbónico, sino que se deben a que el anhídrido carbónico interactúa con el agua en la boca a través una reacción catalizada por la enzima anhidrasa carbónica, presente en la saliva,y forma ácido carbónico. La reacción que cataliza la anhidrasa carbónica es:
CO2+ H2O ⇔ H2CO3
Este ácido excita los receptores sensoriales denominados nociceptores (terminaciones nerviosas del dolor) que se encuentran en las papilas gustativas de la boca.
Este estímulo a través del nervio trigémino llega al cerebro, el cual registra esa sensación entre irritante y agradable, característica de las bebidas carbonatadas. Estos mismos receptores del dolor son los que responden al picante. Por lo que, tanto el picante como el gas carbónico no tienen nada que ver con los gustos, sino que son percepciones trigeminales que se procesan en nuestro cerebro. Esto provoca la emisión de serotonina (la cual nos genera sensaciones de bienestar) y endorfinas (que nos producen placer, sensación de bienestar, tranquilidad).
Cabe señalar que es necesario que reconozcamos las señales percibidas y compararlas con otras sensaciones grabadas previamente en nuestra memoria sensorial, siendo por tanto, en última instancia, un proceso comparativo que se facilita mediante la educación y el entrenamiento sensorial.
El placer que nos produce el gas carbónico, al igual que lo hace el picante, se aprende a través de la exposición repetida. Exposición que dependerá de los hábitos gastronómicos y culturales de cada país, zona o región. Es decir, la primera vez que tomamos una bebida carbonatada lo más probable es que no sea de nuestro agrado, sin embargo cuanto más habituados estemos a su consumo más favorable será nuestra evaluación.
Fuente: revistaenologos.es, por Miguel Pocoví Mieras, doctor en Ciencias y catedrático de Bioquímica y Biología Molecular
Referencias
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