La Gastrofisica ovvero i rapporti tra i vari sapori e le possibili combinazioni nella preparazione delle ricette utilizzando le reti complesse

Il titolo è un po' lungo ma dovevo cercare di rendere bene il significato di questo neologismo: gastrofisica. Insomma, non è proprio un neologismo perchè in rete ce n'è qualche accenno, e poi gli autori di questo lavoro nemmeno lo nominano mai questo neologismo  però, siccome dovevo scrivere un pezzo per il Carnevale della Fisica e mi occorreva un appiglio nel titolo, ecco spuntare fuori gastrofisica. Inoltre, il titolo l'avevo visto su New Scientist  e così l'ho spudoratamente copiato: Gastrophysics: Some said 'more', others said 'meh'.

La ricerca è venuta in mente, tra gli altri, a un fisico teorico esperto di reti complesse, Albert-László Barabási, nato e cresciuto in Transilvania, come recita il risvolto della terza di copertina del primo libro da lui pubblicato (molto interessante) Link, per i tipi della Einaudi, e riguarda il mondo della gastronomia. Sentite cosa dice nell'abstract del suo articolo Flavor network and the principles of food pairing [Ahn et al. 2011]:

The cultural diversity of culinary practice, as illustrated by the variety of regional cuisines, raises the question of whether there are any general patterns that determine the ingredient combinations used in food today or principles that transcend individual tastes and recipes. We introduce a flavor network that captures the flavor compounds shared by culinary ingredients. Western cuisines show a tendency to use ingredient pairs that share many flavor compounds, supporting the so-called food pairing hypothesis. By contrast, East Asian cuisines tend to avoid compound sharing ingredients. Given the increasing availability of information on food preparation, our data-driven investigation opens new avenues towards a systematic understanding of culinary practice.

 La diversità culturale della pratica culinaria, come dimostra la varietà di cucine regionali, solleva la questione se ci siano  modelli generali che determinano le combinazioni degli ingredienti utilizzati oggi nei prodotti alimentari o principi che trascendano i gusti e le ricette individuali. Introduciamo una rete di sapori che cattura i composti aromatici condivisi dai vari ingredienti culinari. Le cucine occidentali mostrano una tendenza a utilizzare coppie di ingredienti che condividono molti composti aromatici, sostenendo la cosiddetta ipotesi di abbinamento del cibo. Per contro, la cucina orientale tende ad evitare gli ingredienti che condividono i composti. Data la crescente disponibilità di informazioni sulla preparazione del cibo, la nostra indagine basata sui dati apre nuove strade verso una comprensione sistematica della pratica culinaria.

Lo scopo della ricerca. Prima cosa si osserva che tra tutte le ricette possibili, frutto della combinazione di tutti gli ingredienti commestibili, qualcosa più di 1015, cioè un milione di miliardi o un biliardo di ricette, ne vengono usate circa 106, appena un milione.

In seguito a questa osservazione parte la ricerca delle cause di questo sottoutilizzo o di questa scelta così circoscritta rispetto all'universo di ricette possibili, accompagnata da questa domanda:  are there any quantifiable and reproducible principles behind our choice of certain ingredient combinations and avoidance of others? Ovvero, c'è qualche principio quantificabile e riproducibile dietro la scelta di utilizzare solo certe combinazioni di ingredienti e di evitarne altre?

E la risposta è: sebbene vi siano svariati fattori che contribuiscono ad accrescere o diminuire il piacere del cibo, come colore, aspetto, temperatura e così via, l'appetibilità di un piatto è determinata dal sapore, che è quell'insieme di caratteristiche che vanno sotto il nome di odore, gusto, freschezza e piccantezza ecc. Queste caratteristiche che formano il sapore sono dovute a composti chimici, ed è appunto da questa considerazione che parte lo studio, per identificare i fattori che determinano l'accettabilità delle ricette.

Una delle ipotesi, sul campo già da tempo, è che gli ingredienti che condividono alcuni composti chimici stanno meglio insieme. Questa ipotesi è detta del food pairing, l'accoppiamento di cibo, e qui gli autori citano qualche esempio: caviale e cioccolato bianco andrebbero bene insieme perchè condividono, tra gli altri, la trimetilammina; oppure il cioccolato e il blue cheese, un formaggio tipo gorgonzola, perchè condividono circa 73 composti chimici.

La rete dei sapori. Osservato, empiricamente,  che i fattori che influiscono nella creazione delle ricette non sono unicamente quelli del sapore, per esempio l'uovo è spesso usato per le sue capacità leganti, altri ingredienti per quelle coloranti e così via, e che anche la preparazione ha la sua importanza, il gruppo di autori ha creato una rete costituita di 381 ingredienti e dei relativi 1.021 composti chimici, dalla quale ha tratto poi la rete dei sapori.

In questa rete dei sapori due nodi, cioè due ingredienti, sono collegati tra loro solo se condividono almeno un composto chimico. Se ne condividono più di uno lo spessore di questo collegamento aumenta. Il risultato è una cosa del genere.

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Questa rete dei sapori consentirebbe di verificare da un punto di vista topologico il cosiddetto accoppiamento dei cibi, osservando se gli accoppiamenti nella pratica culinaria sono gli stessi della rete dei sapori che, ricordo, collega tra di loro gli ingredienti che condividono composti chimici.

Hanno così raccolto 56.498 ricette, distinte geograficamente in cinque gruppi: Nord America, Europa Occidentale, Sud Europa, America Latina e Asia Orientale. Il numero medio di ingredienti per ogni ricetta era 8.

I risultati mostrano due opposte tendenze: nella cucina del Nord America e dell'Europa Occidentale vi è una  tendenza significativa verso ricette che usano  ingredienti che condividono i loro composti chimici;  l'inverso accade in Asia orientale e Sud Europa, in cui c'è una tendenza a evitare ricette con ingredienti che condividono i loro composti chimici. Questa tendenza della cucina del Nord America  è ulteriormente dimostrata dal fatto che più composti condividono due ingredienti qualsiasi, più è facile trovarli insieme in una ricetta. L'esatto opposto accade nella cucina dell'Asia Orientale. Il grafico qui sotto riassume i risultati.

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Per comprendere l'origine di questa differenza tra la cucina del Nord America e quella dell'Asia Orientale hanno analizzato il contributo di ciascun ingrediente alla condivisione di composti chimici presenti nelle ricette di ognuno dei due gruppi. Risultava, come può vedersi nel grafico qui sopra in IJ, che la maggior parte dei composti chimici non contribuiva alla differenza fondamentale tra cucina del Nord America e quella dell'Asia Orientale. Si osservavano però dei valori erratici ai quali assegnare la responsabilità della differenza tra le due cucine, che sono in regione positiva per la cucina del Nord America (come latte, burro, cacao, vaniglia, panna e uova) e in regione negativa per la cucina dell'Asia Orientale (come carni bovine, carni di maiale, pepe di Cayenna, zenzero, pollo e cipolla). La conferma del loro ruolo fondamentale si ha nei grafici KL in cui, rimossi i valori erratici, cioè gli ingredienti (13 per la cucina del Nord America e 5 per quella dell'Asia Orientale) l'effetto della condivisione dei composti chimici nelle ricette svanisce. Si consideri, infine, che nonostante rappresentino una piccola minoranza, i 13 ingredienti eliminati dalla cucina del Nord America appaiono nel 74,4% di tutte le ricette.

Siamo alla fine. Cosa si dimostra con questo lavoro? La cosa che più preme ai ricercatori è aver fornito un metodo, l'analisi della rete basata sui dati, per fare nuove scoperte anche in settori del tutto nuovi, come la scienza dell'alimentazione o la gastronomia, dopo averlo fatto in biologia e nelle scienze sociali:

More generally this work provides an example of how the data-driven network analysis methods that have transformed biology and the social sciences in recent years can yield new insights in other areas, such as food science.

 Hanno mostrato che l'ipotesi dell'accoppiamento dei cibi, sorta per spiegare perchè tra tutte le possibili ricette solo alcune vengono adoperate, è valida per alcune aree circoscritte del globo, come Nord America e d Europa Occidentale, ma non per altre, come l'Asia Orientale. 

In summary, our network-based investigation identifies a series of statistically significant patterns that characterize the way humans choose the ingredients they combine in their food. These patterns manifest themselves to varying degree in different geographic regions: while North American and Western European dishes tend to combine ingredients that share flavor compounds, East Asian cuisine avoids them.

Il contributo di altri fattori alla scelta di utilizzare solo una parte di tutte le ricette possibili è dunque reale, oltre che osservabile. L'aspetto essenziale è che tutti questi fattori inducono a una serie di scelte che escludono la maggior parte delle combinazioni per utilizzarne solo una parte (ricordo, un milione di ricette circa su un milione di miliardi). Una recente teoria [Kinouchi et al. 2008] afferma l'emergere di un valore adattativo in questa scelta. Inoltre, le differenze riscontrate tra le varie aree geografiche, seppure apparentemente importanti, sono generalmente dovute a poche ingredienti chiave [si veda nel testo originale la piramide dei sapori e le sovrapposizioni tra aree geografiche].

Infine, per dimostrare in pieno la validità delle scoperte di Barabási e dei suoi colleghi, vi invito a provare un abbinamento piuttosto insolito: i cavoli a merenda,   e poi registrare le sensazioni.

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Yong-Yeol Ahn, Sebastian E. Ahnert, James P. Bagrow & Albert-László Barabási, Flavor network and the principles of food pairing, Scientific Reports 1, Article number: 196 - 2011

Kinouchi, O., Diez-Garcia, R. W., Holanda, A. J., Zambianchi, P. & Roque, A. C. The non-equilibrium nature of culinary evolution. New Journal Of Physics 10, 073020 (2008).

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