Ricardo Pérez
Muchos considerarán que hacer ciencia es difícil, aburrido y probablemente tengan un desdén por esta actividad. Pero gracias a la ciencia existe el alcohol en todas sus modalidades. El alcohol tiene usos médicos, industriales y algunos también recreativos. Al leer este texto verán que el estudio de esta sustancia ha cautivado a grandes mentes, incluso alguien ganó un premio Nobel por dedicarse a estudiar la química de la producción de alcohol.
De la prehistoria al jaibol
Se argumenta que la fermentación alcohólica se descubrió observando la fermentación natural de alimentos como los frutos y la miel ricos en los azúcares necesarios para que se lleve a cabo este proceso. También se ha propuesto que la fermentación se reprodujo a partir de la manipulación y del almacenamiento de granos un poco más tarde, entre los años 10 000 al 4000 antes de nuestra era. De este periodo datan los primeros registros de producción intencional de bebidas fermentadas en los asentamientos humanos en Mesopotamia, región también conocida como la creciente fértil en referencia al Nilo.
La fermentación (ver en Cienciorama “Agua de las verdes matas”) es un proceso biológico en el que intervienen las levaduras, microorganismos del reino Fungi, con el que se produce alcohol y dióxido de carbono. Este proceso cautivó a Antoine Lavoisier (1743-1749), un químico francés, que junto a su esposa Marie-Anne Pierrette Paulze se les considera los padres de la química moderna. A Lavoisier le fascinaba la fermentación y en 1789 reportó que en su proceso la glucosa presente en frutas, cereales, y vegetales se transforma en alcohol y también se genera dióxido de carbono.
Con el correr del tiempo otros científicos continuaron estudiando la fermentación, entre ellos Joseph Louis Gay-Lussac (1788-1850), físico y químico francés más conocido por su trabajo sobre el comportamiento de los gases, quien refinó los trabajos de Lavoisier. Años después el químico alemán Eduard Buchner (1860-1917) descubrió que la fermentación alcohólica también puede llevarse a cabo sin células vivas –levaduras–, pues logró extraer las enzimas segregadas por las levaduras que catalizan la fermentación alcohólica, y por este trabajo recibió el premio Nobel de Química en 1907. El descubrimiento de Bucher sin duda sirvió para desarrollar el estudio de las enzimas y dio lugar al nacimiento de la bioquímica moderna, ya que permitió también estudiar las funciones celulares.
Aunque algunos no sientan mucha química por la química, debemos reconocer que gracias a esta ciencia pudimos entender la fermentación, y además se abrieron nuevos campos de investigación. Así que en la siguiente ocasión que tengan un jaibol en la mano brinden por aquellos químicos inquietos que estudiaron el alcohol.
Y separó las aguas
A pesar de que la producción de bebidas alcohólicas mediante fermentación es tan vieja como la humanidad, tuvo que pasar mucho tiempo para que el agua y el alcohol pudieran separarse. Cuando se lleva a cabo un proceso de fermentación, como en el caso del vino, se utiliza un medio con agua para soportar la reacción, ya que las levaduras necesitan que su alimento, la glucosa, esté disuelto en ella para poderlo asimilar.
En ocasiones se desea separar el agua del alcohol para obtener concentraciones más altas de este último. A este proceso se le denomina destilación, y los comienzos de este procedimiento datan del siglo I de nuestra era. El desarrollo y perfeccionamiento llevó mucho más tiempo debido a varios factores, uno de ellos fue el lento avance tecnológico de la industria del vidrio que finalmente se logró desarrollar en Venecia, y que tuvo su mejor momento en el siglo XV.
Para entender qué es la destilación debemos recordar que líquidos como el agua y el alcohol pueden pasar al estado gaseoso cuando se calientan, en él las moléculas superficiales del líquido adquieren energía para vencer la tensión que las mantiene cohesionadas. La separación del agua y el alcohol en el fermentado es posible gracias a que existe una diferencia entre el punto de ebullición del agua y del alcohol: el agua se evapora a los 100 °C, mientras que el alcohol a los 78 °C más o menos. En el proceso de destilación se aprovecha que los componentes con menor punto de ebullición se evaporan primero, por lo que al calentar la solución de agua y alcohol se obtiene una mayor proporción de vapor de alcohol, que puede ser colectada y separada del agua.
Para colectar el alcohol se debe canalizar el vapor obtenido en la primera etapa de calentamiento, a otro recipiente donde pueda enfriarse y condensarse, es decir cambiar de vapor a líquido por la disminución de temperatura. Es mediante esta serie de procesos físicos que es posible obtener concentraciones más altas de alcohol.
María llena eres de gracia
Se dice que el dispositivo para destilar alcohol conocido actualmente como alambique (kerotakis), fue el primer instrumento químico. Su invención se atribuye a María la Judía, alquimista del siglo I que vivió en Alejandría, y se le acredita también la invención del procedimiento conocido como baño maría.
Los vestigios de los primeros alambiques sugieren que estaban hechos de arcilla y cobre. El vidrio se utilizaba sólo para recolectar el alcohol destilado, ya que el vidrio fabricado en aquellos años se quebraba al calentarlo. Posteriormente con el mejoramiento en la producción de vidrio, también se pudieron hacer los tres componentes del alambique de este material.
Entre los siglos VII y VIII los árabes conocieron el alambique, y fue a partir de dicho periodo que este instrumento tomó su nombre actual. Ellos recomendaban el uso de vidrio para construirlo, ya que este no es poroso y además resiste al uso de sustancias químicas. Se cree que los árabes estudiaron la destilación del vino, pero no desarrollaron mucho este proceso.
El conocimiento de los árabes se difundió por el sur de Europa, en parte gracias a las rutas de los comerciantes venecianos, lo cual propició que la destilación se desarrollara y propagara por Europa debido al avance de la técnica de fabricación de vidrio en Murano, y al desarrollo de la medicina en Salerno durante los siglos X y XIII. Actualmente sabemos que el alcohol se puede utilizar para esterilizar y desinfectar, pero en los inicios de sus aplicaciones médicas se tenía mucho desconocimiento de ello y los usos que se le daban hoy nos parecerían sin sentido.
Por lo anterior se cree que la destilación con menores concentraciones de agua sólo fue posible hasta el siglo XII, porque antes se necesitaba mejorar los componentes de los alambiques para que resistieran mayores temperaturas sin romperse. Además de estos componentes, también se comenzaron a utilizar sales como el cloruro de sodio (NaCl) y el carbonato de potasio (K2CO3) para absorber porciones de agua de los fermentados y con ello lograr mayores concentraciones de alcohol durante la destilación. Con esta última técnica fue posible obtener destilados con un 35% de alcohol.
Entre los primeros manuales para la destilación del alcohol se encuentra el de Bartolomeo de Salermo, médico de la universidad italiana de esa ciudad, que vivió entre los años 1150 y 1180. En los manuales se refieren al alcohol como aqua ardens –agua ardient–. Por otro lado los monjes de la iglesia católica diestros en la producción de vino con fines sacramentales, llegaron a pensar que esta sustancia era el quinto elemento, también llamado quintaesencia o sustancia de máxima pureza. También con el alcohol se hacía la analogía entre la separación del alma y el cuerpo y por esta razón se pensaba que era el espíritu del vino, por ello a los destilados se les conoce como bebidas espirituosas.
Otro de los nombres usados para designar al alcohol proviene de la denominación de los residuos de la destilación a los que se les llamaba “cuerpo muerto”; mientras que los destilados con altas concentraciones de alcohol se denominaban como “agua de vida”, nombre que permaneció en varias lenguas. Por ejemplo en escandinavo se le conoce como aquavit, en francés como eau-de-vie, en escocés como whiskey y en eslavo como vodka.
El alcohol y la ciencia
Entre las primeras aplicaciones químicas que se le dio al alcohol fue como solvente de materiales orgánicos como grasas, resinas y aceites esenciales. Esto hizo posible utilizarlo para extraer los sabores de frutas, hierbas y especias mediante su maceración; además se utilizó para extraer colorantes de hierbas y flores.
El alcohol se utilizó como medicina a partir del siglo XIII. Entre los pioneros de su uso para fines médicos se encuentra el médico Alderoti quien lo prescribía para combatir la melancolía y quien hizo también más eficiente el proceso de destilación. También se utilizó el alcohol para aliviar el dolor, mejorar el estado de ánimo, relajar a los pacientes, y durante la peste negra entre 1347 y 1351, se utilizó para aminorar los síntomas de la enfermedad. Hoy en día sabemos que el alcohol no cura ni alivia enfermedad alguna, pero en ese entonces la medicina aún no estaba muy desarrollada.
A partir de la invención de la imprenta y de la producción de libros a finales del siglo XV se hizo posible la difusión del conocimiento por escrito. Con esto se facilitó la comunicación de métodos, dispositivos y procedimientos en un lenguaje distinto del latín, lo cual sirvió de base para la sistematización del trabajo en los laboratorios científicos. Posteriormente, con la revolución industrial llegó la producción en masa y con ello se tuvieron que buscar nuevas formas de producción y nuevas materias primas para mejorar y multiplicar los rendimientos en industrias como la de las bebidas alcohólicas.
Para terminar con este tema tan fascinante mencionaré un dato muy curioso que involucra a un químico muy famoso que ni más ni menos ideó la forma de organizar a los elementos químicos en una tabla que ahora conocemos como tabla periódica. Se trata de Dimitri Mendeléyev, que vivió en Rusia entre 1834 y 1907. Por ahí circula el rumor de que él es responsable de que la mayor parte de las bebidas alcohólicas tengan una proporción de 40% de alcohol y el resto de agua. Esta proporción supuestamente la propuso para el vodka, y quedó como decreto en Rusia desde 1894.
La tesis doctoral de Mendeléyev se titula “De las combinaciones de agua con alcohol”, misma que traté de conseguir sin éxito; pero en otros sitios encontré que Mendeléyev no dejó indicado en su tesis ni en su defensa doctoral la propuesta de la concentración “óptima” del 40% de alcohol para el vodka, en la cual se tienen tres moléculas de agua por cada molécula de alcohol.
Como ya vieron la producción del alcohol tiene mucha historia, y en este proceso hay sin duda mucha física y también química, que hacen un mix muy interesante. Así que en tu siguiente festejo verás el vodka con ojos diferentes y podrás “cuentear” a alguien con lo que aquí leíste.
Referencias
- Rasmussen, S. C., The Quest for Aqua Vitae: The History and Chemistry of Alcohol from Antiquity to the Middle Ages, Springer Science & Business, New York, 2014.
- Ermochkine, N., y Iglikowski, P., (40). Degrees East: An Anatomy of Vodka New York, 2003.
- Russell, I y Stewart, G. (eds.), Whisky: technology, production and marketing., Elsevier, United States of America, 2014.
- Krell, E. Handbook of laboratory distillation (vol. 2), Elsevier, German Democratic Republic, 1982.
- Glick, T. F., Livesey, S y Wallis, F., Medieval science, technology, and medicine: an encyclopedia, Routledge, New York 2005.
- Dmitriev, I. D. (2009), “DI Mendeleev: Life and creative work”, Russian Journal of Physical Chemistry A, 83(10), 1634-1636.
Fuente: Cienciorama