2.02 La condición de contorno de no deslizamiento

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¿Alguna vez ha notado que los ventiladores de techo pueden acumular polvo aunque sus aspas giran rápidamente? Pensaríamos que el polvo simplemente se iría volando. ¿Alguna vez ha pensado en la estela creada por un barco cuando acelera a través de un lago? Estas situaciones ilustran una ley de la física conocida como condición de contorno de no deslizamiento (NSBC), por eso se forma la estela detrás de un barco: las moléculas de agua que entran en contacto con el bote se mueven a la misma velocidad que el bote y las moléculas de agua se atraen fuertemente entre sí, esto tiene el efecto de remolcar parte del agua junto con el bote.

Si la velocidad del fluido en la superficie de la partícula es cero, entonces la única forma en la que las moléculas de sabor pueden escapar de la partícula es difundiéndose a través de esta capa límite. Debido a que la difusión es un proceso tan lento, la velocidad de extracción de la superficie es muy lenta. Si el fluido se mueve más lejos de la superficie de la partícula, las moléculas de sabor pueden ser arrastradas por el movimiento del líquido; a este proceso se le llama advección.

Sorprendentemente, el NSBC sigue siendo a veces un factor, incluso cuando parece haber una gran cantidad de agitación en una lechada, por ejemplo, cuando el chorro de agua fluye extremadamente rápido desde la tetera se abre paso en el lecho de café; este tipo de flujo de alta velocidad puede ser "laminar", en el que las moléculas se mueven en línea recta (ver gráfico a la izquierda, a continuación). En el flujo laminar, la capa límite puede ser relativamente grande, lo que significa que las moléculas tienen que difundirse a una distancia más larga para escapar de la superficie de molienda. Los flujos turbulentos forman remolinos o contracorrientes (gráfico a la derecha, abajo), que pueden penetrar la capa límite y arrastrar las moléculas de sabor, lo que aumenta la tasa de extracción. Por la misma razón, los remolinos, que discutimos en la Lección 1.05, no son efectivos para remover una suspensión de café; no producen los torbellinos necesarios para superar el NSBC.

Flujo laminar (izquierda). Flujo turbulento (derecha).

El profesor Steven Abbott explica: "La única forma de escapar de estas moléculas [grandes y más difíciles de disolver] es hacer que el flujo turbulento se acerque lo más posible al contorno de no deslizamiento".  

En este breve video, una gota de tinta se deposita en la pared de un recipiente de vidrio, con agua moviéndose en un remolino (es decir, un ambiente sin turbulencias). La tinta permanece en la pared hasta que alguien usa una paleta para crear suficiente turbulencia para disolverla.

Debido al efecto NSBC, todos los métodos de preparación por inmersión requieren algún tipo de agitación, sin esta las infusiones por inmersión simplemente tardan demasiado en prepararse y, por lo general, se subextraen. Sin un flujo turbulento causado por la agitación de la lechada, las moléculas de agua responsables de la extracción de los sabores del café no pueden superar la condición de contorno de no deslizamiento y las moléculas de sabor pueden escapar al agua solo a través de la difusión. Para algunas moléculas de sabor que son más grandes y menos solubles como los pseudotaninos de sabor amargo en el café, este es un proceso lento.

 

Solubilidad y sabor

Los compuestos altamente solubles en el café, como la cafeína, los azúcares y los ácidos orgánicos, se extraen prontamente después de que el agua se vierte sobre el café molido, con lo que alcanza más del 90 % en los primeros segundos de las extracciones de espresso, según Severini et al (2015). Las diferencias en la solubilidad de las sustancias que se encuentran en el café tostado explican por qué un café subextraído puede estar dominado por sabores asociados con un perfil dulce y altamente ácido (Mestdagh, Glabasnia, and Giuliano 2016).

Los compuestos menos solubles se extraen solo después de cierto tiempo (o de un cierto volumen de agua en el caso del café por goteo o el espresso). Entre estos compuestos menos solubles, varias sustancias de sabor amargo o astringente, como los fenilindanos, están asociadas con la sobreextracción, debido a que se extraen casi continuamente durante todo el proceso de preparación, y se cree que contribuyen más al perfil de sabor de extracciones muy largas (Mestdagh, Glabasnia, and Giuliano 2016). Los compuestos más solubles, como la cafeína o el ácido cítrico, se extraen casi por completo al principio del proceso de elaboración.

La sobreextracción favorece la extracción de compuestos amargos y astringentes menos solubles. Como consecuencia, la proporción entre los ácidos o azúcares extraídos temprano y las lactonas amargas y los indanos cambiará con el tiempo, lo que desequilibra el perfil sensorial; pasará de uno dulce y ácido a uno más amargo, áspero y astringente. (Mestdagh, Glabasnia y Giuliano 2016)

 

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