Cualquiera que tenga un interés profesional en tostar café u hornear pan ha oído hablar de la reacción de Maillard, sin embargo, la reacción relacionada denominada degradación de Strecker es mucho menos conocida y desempeña un papel crucial en el tueste del café. En esta publicación, vamos a explorar a profundidad esta reacción subvalorada, así que asegúrate de tener tu bata de laboratorio y gafas de seguridad a mano.
Hace un tiempo publicamos una introducción a las reacciones de Maillard y su papel en el tueste; hablamos en plural porque son una red compleja de reacciones químicas que resultan cuando el azúcar y la proteína se calientan juntos. Las reacciones de Maillard contribuyen mucho al delicioso aroma y color de muchos alimentos y bebidas que “se vuelven marrones” cuando se cocinan o se secan. La degradación de Strecker a menudo se considera un subconjunto de las reacciones de Maillard, pero con el café en particular desempeña un papel muy específico e importante: contribuye a gran parte del aroma característico del café recién hecho y crea casi todo el CO2 atrapado en sus granos, lo que significa que es la causa principal del segundo crack —te pedimos encarecidamente no tostar hasta ese punto—, lo más intrigante de todo es que la cantidad de compuestos de Strecker en tu café puede verse afectada al cambiar cómo se tuesta, cómo se elabora y cómo se almacena.
La química de Degradación de Strecker
La degradación de Strecker fue identificada por primera vez por el químico alemán Adolph Strecker en 1862, esta convierte los aminoácidos, componentes básicos de las proteínas, en compuestos aromáticos volátiles llamados aldehídos que suelen tener olores distintivos y muchos de ellos pueden percibirse incluso en concentraciones muy bajas, lo que los convierte en una parte importante del complejo aroma del café recién hecho.
La degradación de Strecker es una reacción de dos pasos: el aminoácido se oxida con la ayuda de otro compuesto (el oxidante) y la molécula resultante se descompone en un aldehído, liberando amoníaco y dióxido de carbono en el proceso.
Degradación de Strecker. Un aminoácido se convierte en un aldehído con la ayuda de una molécula oxidante. Cualquier cadena lateral (R) que tenga el aminoácido formará la base del aldehído.
El oxidante suele ser un compuesto de dicarbonilo, una molécula con dos átomos de oxígeno unidos por dobles enlaces a los átomos de carbono vecinos. Las reacciones de Maillard son una fuente potente de este tipo de molécula, por lo que la degradación de Strecker está estrechamente relacionada con ellas.
Una molécula de dicarbonilo tiene dos grupos carbonilo uno al lado del otro. El grupo carbonilo (encerrado en un círculo rojo) consiste en un oxígeno unido a la cadena de carbono con un doble enlace.
El aldehído resultante puede formar muchos otros compuestos, incluidas las melanoidinas y algunos de los compuestos aromáticos más importantes del café.
¿A qué huelen los aldehídos Strecker?
Los aldehídos en general son muy aromáticos y muy utilizados en perfumes o aromatizantes por sus aromas florales o afrutados, pueden cubrir todo el espectro de aromas del café desde florales, herbáceos y afrutados hasta a nueces, maltosos, tostados y terrosos. Los aldehídos formados en la degradación de Strecker son una parte crucial del aroma del café recién hecho y pueden usarse como un indicador de la frescura del mismo (Buffo y Cardelli-Freire 2004).
Dentro de los aldehídos de Strecker que se encuentran en el café están el fenilacetaldehído, que tiene un aroma floral o similar a la miel, y el metilbutanal, que generalmente se percibe como maltoso o chocolatoso (Poisson et al 2020). Por lo general, tienen umbrales de sabor bajos, lo que significa que solo se necesita una pequeña cantidad del aldehído para poder olerlos, de allí su importancia en el aroma de la bebida.
La degradación de Strecker también juega un papel vital en las reacciones de Maillard, creando precursores para todo tipo de aromas clave, incluidas las pirazinas que le dan al café recién tostado gran parte de sus aromas característicos a tierra, nueces y tostado (Toledo et al 2016). Dado que participa en la formación de tantos compuestos aromáticos importantes, la degradación de Strecker ayuda a "dirigir" las reacciones de Maillard hacia la creación de compuestos que aportan aroma, no solo color, al café (Yaylayan 2003), por eso es tan importante el sabor del café tostado.
Degradación de Strecker Causa la segunda grieta
Cada aminoácido que se degrada también libera una sola molécula de dióxido de carbono, sorprendentemente, esto es suficiente para representar la gran mayoría (80 % o más) del CO2 formado dentro del grano de café durante el tueste (Wang and Lim 2017); durante el proceso, parte del dióxido de carbono que se forma queda atrapado en las células, aumentando gradualmente la presión en el interior.
El efecto de la primera y segunda grieta (crack) en la estructura de un grano de café. Estas imágenes, tomadas con un microscopio electrónico muestran cómo las células se hinchan y se rompen durante la segunda grieta. Tomado de ( Wang (2012).
La primera grieta (crack) es causada por la evaporación del agua, lo que acumula presión dentro del grano hasta que rompe la estructura del mismo. La segunda grieta (crack) es un proceso similar que ocurre cuando la presión del dióxido de carbono dentro de las células individuales de un café se vuelve lo suficientemente alta como para abrirlas. Dado que la degradación de Strecker crea la mayor parte del CO2 en el café tostado, también es la principal impulsora de la aparición de la segunda grieta (Lyman et al 2003).
¿Cómo afecta el tostado? Degradación de Strecker?
Dado que depende de los compuestos de Maillard que actúan como oxidantes, a menudo se asume que la degradación sucede posteriormente en el tueste, después de que la temperatura del grano alcanza los 160 °C (Lyman et al 2003), sin embargo, los aldehídos de Strecker también tienden a descomponerse o evaporarse a altas temperaturas, por lo que, si bien pueden formarse a un ritmo más rápido en dichas condiciones, se pierden del grano con la misma rapidez.
Formación de aldehídos de Strecker durante el tueste. La concentración de los compuestos alcanza su punto máximo a los 100 segundos en el tueste y luego se estabiliza. REF es el café de referencia y RB es un modelo de sistema de tueste. Tomado de Poisson et al (2020).
Los experimentos que rastrean los productos químicos formados durante el tueste en tiempo real han encontrado principalmente que la concentración de aldehídos de Strecker aumenta rápidamente y alcanza un pico temprano durante el proceso, generalmente en algún momento dentro de los primeros dos minutos (Poisson et al 2020), después de este punto, la cantidad tiende a estabilizarse o comienza a disminuir a medida que la tasa de pérdida alcanza la tasa de formación. Debido a que se descomponen a temperaturas más altas, la cantidad de aldehídos de Strecker en el café es más alta en tuestes ligeros o medios (Kim et al 2018).
El tueste con una temperatura de carga alta aumenta su formación al inicio, para un color de tueste determinado, tostar más rápido y a una temperatura más alta da como resultado una mayor concentración de aldehídos en el café (Baggenstoss et al 2008).
Otro experimento de tueste excesivamente rápido reveló que había algunos compuestos de tueste, incluidos los aldehídos, presentes en el café tostado rápidamente que no se encontraban en el tueste estándar. Los autores especulan que estos compuestos podrían ser responsables del aroma picante y herbáceo del café resultante (Lyman et al 2003) y podría implicar que algunos de los aromas "verdes" y herbáceos del café subdesarrollado se forman durante el tueste y no serían restos del aroma de los granos verdes.
Además del tueste, la elección de los granos verdes e incluso el método de preparación utilizado afecta la cantidad de compuestos de Strecker que se encuentran en el café preparado; los aldehídos y pirazinas de Strecker se encuentran en concentraciones más altas en el café elaborado con robusta y la proporción relativa de estos compuestos en el aroma es mayor en el café espresso que en el café filtrado (Maetzu et al 2001).
Degradación de Strecker y antioxidantes
Aunque se cree que la reacción de Maillard y la degradación de Strecker ocurren a altas temperaturas, ambas suceden también a temperatura ambiente pero muy lentamente. La degradación de Strecker tiene lugar en el café verde durante el almacenamiento (Holscher and Steinhart 1995) y también contribuye a la pérdida de sabor con el tiempo en el café enlatado listo para beber;
Dado que esta depende de un oxidante para desencadenar el primer paso en la reacción, los antioxidantes en el café, como el ácido clorogénico, pueden reducir su velocidad ayudando a preservar el sabor del café enlatado (Zheng et al 2015).
El ácido clorogénico y otros antioxidantes también pueden inhibir la degradación de Strecker durante el tueste. En un experimento diseñado para modelar reacciones específicas en condiciones de tueste, los investigadores asaron un solo aminoácido purificado junto con glucosa (Wang and Ho 2013) y descubrieron que la adición de antioxidantes disminuía considerablemente la cantidad de degradación, queda por ver si esto tiene algún efecto en el tueste real del café.
La química del tueste es enormemente compleja y la comunidad de tostadores aún no tiene una idea clara de cómo controlar las reacciones químicas específicas que tienen lugar durante el proceso. La degradación de Strecker, sin embargo, tiene algunos asideros interesantes, particularmente ajustando la temperatura de carga y el tiempo de tostado. Esta degradación a menudo se ha agrupado con las reacciones de Maillard, pero investigaciones recientes muestran que lo que sucede al comienzo del tueste puede afectar cómo se desarrollan los compuestos de Strecker, lo que a su vez afecta los compuestos de sabor que se crean en la fase Maillard; resulta que esta reacción menos conocida tiene el potencial de dirigir las reacciones, en lugar de simplemente seguirlas.
Gracias a Cinco elefantes por la foto en el encabezado de este artículo.
Sería interesante entender cuál es la mejor manera de mantener los niveles más altos de aldehídos de Strecker sin destruirlos o limitarlos con el tueste continuo para desarrollar aún más los sabores. obviamente, saber qué controlar significa elegir entre activos de sabor y aromáticos para la taza terminada.