Quali sono le applicazioni dell'alginato nell'industria alimentare?

L'acido alginico e gli alginati sono polisaccaridi estratti principalmente da alghe brune (Phaeophyceae) del genere Lamiaria hyperborea, L. digitata, Ecklonia maxima, Macrocystis pyrifera, Ascophyllum nodosum, Fucus serratus e altre specie di alghe. Ascophyllum nodosum, Fucus serratus e altre specie di alghe. L'acido alginico e l'alginato sono i principali prodotti dell'industria delle alghe in Cina. In base alla sua natura, può essere suddiviso principalmente in due categorie: gomma idrosolubile e gomma insolubile. L'alginato solubile in acqua comprende i sali monovalenti dell'alginato (sodio, potassio, ammonio, ecc.), due sali divalenti dell'alginato (magnesio e mercurio) e i derivati dell'alginato; la gomma d'alga insolubile in acqua comprende l'alginato, i sali divalenti dell'alginato (eccetto i sali di magnesio e mercurio) e i sali trivalenti dell'alginato (alluminio, ferro, cromo, ecc.). I più utilizzati sono l'alginato di sodio, l'alginato di calcio e l'alginato di glicole propilenico.

 

Questo tipo di alginato si trova nelle pareti cellulari delle alghe marine e allo stato naturale è una miscela di sali insolubili di alginato (calcio, magnesio, sodio e potassio). Quando viene estratto a livello commerciale, viene prima trattato con acido per convertirlo in alginato insolubile, poi trattato con alcali per formare una soluzione di alginato solubile e quindi, attraverso una serie di processi come la purificazione e la filtrazione, può essere ottenuto con l'aggiunta di diverse sostanze per ottenere diverse gomme alginate commerciali. L'alginato si ottiene attraverso un trattamento acido, l'alginato di calcio attraverso il trattamento CaCl2/CaCO3, l'alginato di sodio attraverso il trattamento Na2CO3 e l'alginato di ammonio attraverso la neutralizzazione con acido carbonico. L'alginato viene fatto reagire con l'ossido di propilene per produrre un altro importante derivato chimicamente modificato dell'alginato, l'alginato di glicole propilenico (PGA). L'alginato è ampiamente utilizzato nell'industria alimentare e farmaceutica per le sue proprietà uniche di gel e per la sua capacità di addensare, stabilizzare, emulsionare, disperdere e formare film.

 

Figura I. Composizione chimica e struttura dell'alginato

 

La gomma d'alga o alginato è il principale componente strutturale polisaccaridico delle alghe brune. Il polimero alginato è costituito da due monomeri: l'unità di acido β(1→4)-D-mannuronico e l'unità di acido α(1→4)-L-guluronico; questi due monomeri si combinano alternativamente tra loro per formare tre diversi segmenti di catena strutturale, che sono i seguenti: segmento di catena composto da acido mannuronico (-M-M-M-); segmento di catena composto da acido guluronico (-G-G-G-); e segmento di catena composto da due monomeri alternativamente (M-G-M-M-G); un segmento di catena composto da acido guluronico (-G-G-G-G-); e un segmento di catena composto da due monomeri alternativamente (M-G-M-G). La molecola polimerica della gomma d'alga è costituita da questi tre segmenti di catena. Il peso molecolare può raggiungere le 200.000 molecole. Il rapporto tra monomeri e segmenti di catena varia e dipende dalla materia prima dell'alginato. Fonti diverse contengono rapporti diversi di acido mannuronico (M) e acido guluronico (G), con conseguenti usi e proprietà diversi. In una molecola, può contenere un segmento di catena continua costituito da uno solo dei gliossilati, oppure può essere un copolimero a blocchi costituito da due legami di gliossilati. Le variazioni nelle proporzioni dei due acidi glucuronici nella molecola, così come le differenze nella loro posizione, possono portare direttamente a differenze nelle proprietà dell'alginato, come la viscosità, le proprietà gelificanti e la selettività ionica.

 

I segmenti di catena dell'acido poliguluronico sono più rigidi di quelli dell'acido polimannuronico e hanno un volume nematico maggiore in soluzione, mentre i segmenti di catena costituiti da diversi tipi di legami di acido glicoaldeidico hanno una migliore flessibilità e un volume nematico minore in soluzione rispetto a quelli costituiti dai due acidi glicoaldeidici sopra citati da soli. A parità di altre condizioni, maggiore è la rigidità dei segmenti di catena della molecola di alginato, maggiore è la viscosità della soluzione preparata e maggiore è la fragilità del gel formato．.

 

Ogni tipo di alga contiene una struttura diversa di gel d'alga; la particolare struttura del gel d'alga ha una grande influenza sulle sue proprietà, in particolare sulla presenza di ioni calcio quando l'effetto gelificante. I segmenti della catena dell'acido poliguluronico si legano molto fortemente agli ioni calcio e formano una struttura reticolare completamente polimerizzata. I segmenti di catena dell'acido polimannuronico, pur legandosi anch'essi al calcio, non sono altrettanto forti. Lo ione calcio si lega preferenzialmente all'acido guluronico e si lega bene anche ai residui di acido guluronico tra i due diversi segmenti di catena. I legami complessi tra molti segmenti di catena su molecole diverse formano insieme una struttura a rete completa e formano un gel. L'alto peso molecolare, il basso contenuto di calcio o l'alta composizione di acido glucuronico dei segmenti di catena della gomma d'alga formano un gel duro, con buone proprietà gelificanti, generalmente utilizzato negli alimenti come agente gelificante. Al contrario, la gomma alginato con basso peso molecolare, alto contenuto di calcio o contenente segmenti di catena composti da acido mannuronico è spesso utilizzata come addensante negli alimenti.

 

Derivati chimici dell'acido alginico

 

L'acido alginico può essere trasformato in una serie di derivati attraverso un successivo processo di modifica chimica. L'alginato di glicole propilenico (PGA) è uno dei derivati più tipici, ma ha anche realizzato la produzione industriale e un gran numero di derivati dell'alginato sono stati applicati. Il PGA ha stabilità agli acidi e può prevenire la precipitazione causata dal calcio e da altri ioni metallici ad alta valenza, con evidenti vantaggi nell'applicazione di alcuni alimenti acidi.

 

Inoltre, l'alginato può essere fatto reagire con ammine organiche per produrre sali di alginato di ammonio. Le ammine organiche utilizzabili sono: trietanolamina, triisopropilamina, butilamina, dibutilamina e dipentilamina. L'alginato di ammonio può essere prodotto anche facendo reagire la PGA con ammine primarie come l'ammoniaca, l'etanolammina, l'etilendiammina, l'etilammina, la propilammina, l'isobutilammina e la butilammina, ma non è facile reagire con ammine secondarie. La produzione industriale di alginato di ammonio avviene generalmente neutralizzando l'acido alginico con ammoniaca o carbonato di ammonio. Attualmente, sebbene sia stato in grado di sintetizzare acetato di alginato e solfato di alginato, non ha ancora trovato applicazione pratica. L'alginato carbossimetilico può essere prodotto trattando l'alginato di sodio con acido cloroacetico e alcali; inoltre, è possibile sintetizzare una serie di esteri di dioli dell'alginato a base di idrocarburi. La reazione tra ossido di etilene e alginato può generare 2-idrossietil alginato.

 

In terzo luogo, le proprietà fisiche dell'alginato

 

Le alghe idrosolubili utili in commercio comprendono i sali monovalenti dell'alginato (alginato di sodio, alginato di potassio, alginato di ammonio), l'alginato di calcio, i sali misti ammonio-calcio dell'alginato, l'acido alginico e l'estere di glicole propilenico dell'alginato.

 

L'alginato, in quanto sostanza polisaccaridica idrofila, assorbe facilmente l'acqua dall'atmosfera e quindi il contenuto di umidità di equilibrio è legato all'umidità relativa. L'alginato ha una buona stabilità alla conservazione a secco a temperatura ambiente o inferiore, quindi i prodotti a base di alginato devono essere conservati in un luogo fresco e asciutto.

 

L'alginato è un tipo di polimero idrofilo; quando viene messo in acqua, se non viene agitato, le particelle di gel possono agglomerarsi, e la sua parte centrale non è facile da bagnare dall'acqua, con conseguente dissoluzione lenta, che porta problemi all'uso. Nella produzione del gel si utilizza in generale il metodo di dissoluzione ad alta velocità, ovvero si aggiunge lentamente la polvere di colla all'acqua, continuando a mescolare fino a ottenere una colla densa. Un adeguato riscaldamento durante il processo di dissoluzione o l'aggiunta di una quantità appropriata di zucchero e di altre polveri secche da mescolare e disperdere prima di aggiungerle all'acqua favoriscono la dissoluzione dell'alginato.

 

(i) Alginato

 

Alginato, formula molecolare (C6H7O6H)n, polvere bianca o giallo chiaro, insolubile in acqua fredda, solubile in soluzione alcalina, insolubile in solventi organici. Il valore del pH della sospensione acquosa di 3% è di 2,0-3,4 ed è precipitato dal sale di calcio. L'acido alginico è un tipo di acido poliglucuronico estratto dalle alghe marine (ad es. kelp, macroalghe, ecc.), che può essere utilizzato come stabilizzatore, addensante, emulsionante e agente gelificante nell'industria alimentare; può essere utilizzato come stabilizzatore addensante per gelati, salse, marmellate, pane, noodles, panna da montare, zuppe, ecc.agente di regolazione dello scongelamento per alimenti surgelati; agente di sospensione per bevande analcoliche; agente di rivestimento per alimenti cotti al forno; emulsionante per budini e panna essiccata in polvere. Emulsionante per budini e panna essiccata in polvere. L'acido alginico può essere utilizzato anche nell'industria farmaceutica e sanitaria, come agente anti-obesità e per il trattamento della malattia gastrica di nuovi agenti che hanno un maggiore valore medico, allo stesso tempo, è anche la produzione di alginato estere di glicole propilenico, alginato trietilammina, alginato di sodio bibasico (PSS) e altre importanti materie prime.

 

(B) alginato di sodio

 

L'alginato di sodio, noto anche come fucoidano di sodio, gomma di kelp, gomma di alghe brune, alginato, polvere o particelle di colore bianco o giallo chiaro, inodore, insapore, solubile in acqua, la sua soluzione acquosa è un colloide viscoso, insolubile in alcol e altri solventi organici. La formula molecolare è C5H7O4COONa)n. È ampiamente utilizzato nei settori alimentare, medico, tessile, della stampa e della tintura, della produzione di carta, dell'industria chimica di uso quotidiano, ecc. Nell'industria alimentare viene utilizzata principalmente come stabilizzante, addensante, emulsionante, agente disperdente e coagulante nella lavorazione di bevande fredde, dolci, caramelle, bevande istantanee e prodotti alimentari, ecc. Soprattutto a partire dagli anni '80, le alghe marine sono state utilizzate nella lavorazione dei prodotti alimentari. Soprattutto a partire dagli anni '80, l'alginato di sodio è stato continuamente ampliato nelle applicazioni alimentari. L'alginato di sodio non è solo un additivo alimentare sicuro, ma può anche essere utilizzato come materiale di base di alimenti bionici o terapeutici. Trattandosi di una fibra alimentare naturale, è stato riferito che rallenta l'assorbimento degli acidi grassi e dei sali biliari e ha l'effetto di abbassare il colesterolo sierico, i trigliceridi nel sangue e il glucosio nel sangue, prevenendo così malattie moderne come l'ipertensione, il diabete e l'obesità. Può inibire l'accumulo nell'organismo di metalli nocivi come lo stronzio, il cadmio e il piombo nel tratto intestinale. È per questi importanti ruoli del fucoidano sodico che è stato sempre più valorizzato in patria e all'estero.

 

(III) Alginato di potassio

 

Formula molecolare dell'alginato di potassio: (C6H7O6K)n, proprietà: polvere irregolare di colore da bianco a giallo chiaro, inodore, insapore, facilmente solubile in acqua per formare una soluzione viscosa, insolubile in etanolo o con un contenuto di etanolo superiore a 30% (wt) della soluzione idroalcolica, insolubile in cloroformio, etere e con pH inferiore a 3 acido. L'alginato di potassio può essere generalmente ottenuto facendo reagire l'alginato con carbonato di potassio o idrossido di potassio.

 

Può essere utilizzato come stabilizzatore e addensante in conserve, gelati, pasta e altri alimenti secondo la norma GB2760 della Cina. Usi: Utilizzato principalmente in medicina e nell'industria alimentare. L'alginato di potassio è un tipo di carboidrati polisaccaridi naturali estratti dalle alghe marine, che hanno l'effetto di abbassare i grassi nel sangue, la glicemia, il colesterolo, ecc. Viene utilizzato principalmente nei prodotti farmaceutici e negli alimenti salutari.

 

(IV) Alginato di ammonio

 

L'alginato di ammonio è una polvere fibrosa di colore bianco o giallo chiaro o una polvere grossolana, quasi inodore e insapore, che si scioglie lentamente in acqua formando una soluzione colloidale viscosa, insolubile in etanolo e con un contenuto di etanolo superiore a 30% (in peso) della soluzione idroalcolica, insolubile in cloroformio, etere e con un valore di pH inferiore a 3 in soluzione acida. Il suo metodo di produzione industriale è generalmente ottenuto neutralizzando l'alginato con ammoniaca o carbonato di ammonio.

 

(E) Alginato di calcio

 

Alginato di calcio, formula molecolare: [(C6H7O6)2Ca]n, polvere da bianca a giallo chiaro indefinito, inodore, insapore, insolubile in acqua e nei solventi organici, insolubile in etanolo. Lentamente solubile in polifosfato di sodio, soluzioni di carbonato di sodio e soluzioni di composti del calcio. Il suo sistema industriale è generalmente ottenuto dalla reazione tra alginato e idrossido di calcio o carbonato di calcio.

 

Quarto, le proprietà reologiche dell'alginato e i fattori che lo influenzano

 

Non esiste una correlazione tra la viscosità dell'alginato e la capacità di gelificare; in pratica, non esiste un confine netto tra addensamento e gel debole, la presenza di una piccola quantità di ioni calcio può far aumentare la viscosità, mentre un numero elevato di ioni calcio trasforma la soluzione in un gel. L'alginato puro disciolto in acqua distillata produce una soluzione omogenea con elevata fluidità. I fattori fisici che influenzano le proprietà fluide delle soluzioni di alginato sono la temperatura, la velocità di taglio, la dimensione delle particelle di polimero, la concentrazione e i solventi miscibili con l'acqua distillata. I fattori chimici che influenzano le soluzioni di alginato sono: pH, chelati, vari cationi e composti amminici quaternari.

 

(i) Proprietà reologiche delle soluzioni di alginato

 

La concentrazione della soluzione di alginato è un fattore importante che influenza le proprietà reologiche della soluzione di alginato. Ad esempio, la media viscosità della soluzione di alginato di sodio, quando la concentrazione di 0,5%, nell'intervallo di bassa velocità di taglio per le caratteristiche del fluido newtoniano, nell'alta velocità di taglio sulle prestazioni delle caratteristiche del fluido non newtoniano; ma quando la concentrazione di 2,5%, sia nella bassa che nell'alta velocità di taglio sono mostrate come caratteristiche del fluido non newtoniano. Analogamente, una soluzione di 3% di glicole propilenico alginato mostra un assottigliamento al taglio in un'ampia gamma di velocità di taglio; mentre con una concentrazione di l% o inferiore, la soluzione ha una viscosità quasi stabile e non mostra assottigliamento al taglio a velocità inferiori a lOO s-1 .

 

L'alginato di sodio ha un peso molecolare e una rigidità molecolare elevati e si possono ottenere soluzioni ad alta viscosità apparente anche a basse concentrazioni.

 

Le curve viscosità-taglio dell'alginato di sodio di media viscosità e dell'alginato di potassio sono coerenti per l'intero intervallo di velocità di taglio. Le curve viscosità-taglio del PGA a bassa viscosità e dell'alginato di sodio si sovrappongono essenzialmente nell'intervallo di velocità di taglio superiori a 10.000 s-1 e si biforcano solo a velocità di taglio inferiori.

 

(II) Fattori che influenzano le proprietà reologiche della soluzione di alginato

 

1. Temperatura

 

Quando la temperatura aumenta, la viscosità della soluzione di alginato diminuisce e la viscosità diminuisce di circa 12% per ogni aumento di 5,6℃ della temperatura. Se non viene sottoposta a temperature elevate per lungo tempo, la viscosità può essere recuperata quando la temperatura viene abbassata. Il riscaldamento provoca la degradazione termica dell'alginato, il cui grado dipende dalla temperatura e dal tempo. Sebbene l'abbassamento della temperatura della soluzione di alginato aumenti la viscosità, ma non generi un gel, la soluzione di alginato viene congelata e poi scongelata e scongelata di nuovo, la sua viscosità non cambia.

 

2.Solvente

 

L'aggiunta di piccole quantità di solventi non acquosi miscibili con l'acqua, come etanolo, glicole etilenico o acetone, aumenterà la viscosità delle soluzioni di alginato e porterà alla precipitazione dell'alginato. I limiti ammissibili delle soluzioni di alginato per questi solventi sono influenzati dalla fonte dell'alginato, dal grado di polimerizzazione, dal tipo di catione presente e dalla concentrazione della soluzione.

 

3. Concentrazione

 

Come per la maggior parte degli altri gel alimentari, la viscosità degli alginati come l'alginato di sodio, l'alginato di ammonio, l'alginato di potassio e la PGA aumenta con la loro concentrazione in soluzioni acquose. Naturalmente, l'aumento di viscosità è molto diverso per i vari gradi di viscosità degli alginati.

 

4.pH

 

In generale, l'alginato è più stabile in condizioni acide, soprattutto per quanto riguarda il PGA. Il valore del pH deve essere abbassato a 3,0 quando il PGA può gelificare, mentre a un valore superiore a 7,0 si verifica la saponificazione e la decomposizione, mentre il valore del pH compreso tra 3,0 e 7,0 è abbastanza stabile, quindi il PGA è molto adatto per l'applicazione di alimenti acidi.

 

5.Gelificazione

 

L'alginato può reagire con molti cationi ad alto valore (tranne il magnesio) per produrre reticolazione. Quando il contenuto di cationi multivalenti aumenta, la soluzione di alginato si addensa e forma un gel, che alla fine precipita.

 

Tutti i gel di alginato sono il risultato di interazioni tra molecole di alginato e sono termicamente irreversibili. La struttura e la forza del gel possono essere regolate scegliendo l'agente gelificante appropriato.

 

Gli ioni metallici multivalenti, come zinco, alluminio e rame, in presenza di un eccesso di ammoniaca, possono generare complessi con l'alginato. Quando l'ammoniaca viene rimossa da questo sistema, si produce alginato insolubile. Il calcio è più comunemente usato per modificare le proprietà fluide delle soluzioni di alginato e le proprietà gelificanti dei cationi polivalenti; il calcio può anche essere usato per preparare fibre e film di alginato insolubile.

 

L'aggiunta di calcio a un sistema di alginato può modificarne significativamente le proprietà gelificanti. Tuttavia, va notato che se il calcio viene aggiunto troppo velocemente, può portare a una reazione locale troppo rapida, compromettendo l'uniformità dell'intero sistema e generando un gel discontinuo. Pertanto, si deve cercare di utilizzare una dissoluzione lenta dei sali di calcio, o aggiungere come integratori il tripolifosfato di sodio o l'esametafosfato di sodio, al fine di controllare il tasso di calcio.

 

I principi utilizzati per controllare la forza del gel o il tempo di gelificazione sono diversi:

 

(1) l'aggiunta di un agente chelante indebolisce l'effetto di generazione del gel, ma un'aggiunta troppo bassa di agente chelante può produrre un gel discontinuo; (2) la riduzione del contenuto di calcio determina un gel più morbido, mentre l'aumento del contenuto di calcio determina un gel più duro. Tuttavia, tagli eccessivi di calcio possono portare alla generazione di gel discontinui o precipitati; (3) in un sistema acido, l'aggiunta di acidi lentamente dissolvibili può accelerare la formazione di gel; (4) maggiore è la viscosità dell'alginato, più fragile è il gel che si forma; (5) più il contenuto di calcio si avvicina alla quantità di calcoli chimici necessari per la reazione con l'alginato, maggiore è la probabilità di produrre una contrazione da disidratazione.

 

6. Agente chelante

 

L'aggiunta di un agente chelante a una soluzione di alginato serve a chelarlo con i cationi polivalenti residui e a impedire che l'alginato reagisca con questi cationi polivalenti. Le soluzioni di alginato di sodio a basso contenuto di calcio mostrano una variazione minima della viscosità quando vengono aggiunti agenti chelanti. Al contrario, quando una soluzione di alginato di calcio e alginato di sodio viene aggiunta a un agente chelante, la viscosità cambia in modo significativo. L'aggiunta di un agente chelante può rendere il fluido della soluzione di alginato più vicino al fluido newtoniano.

 

7. Sali monovalenti

 

L'aggiunta di sali monovalenti riduce la viscosità della soluzione diluita di alginato. La concentrazione di sali monovalenti nella soluzione raggiunge 0,1 mol/l, l'effetto maggiore sulla viscosità. Nella soluzione concentrata, questo effetto è meno significativo. I principali fattori che influenzano il ruolo dei sali monovalenti sulla soluzione di alginato sono: il tipo di sale, la fonte di alginato, il grado di polimerizzazione e la concentrazione.

 

1. Caratteristiche e metodi di gelificazione dell'alginato

 

(I) Meccanismo di gelificazione

 

Nell'industria alimentare l'alginato viene utilizzato principalmente come gelificante e addensante. Nell'applicazione dell'alginato, la gelificazione è ampiamente utilizzata. L'alginato solubile in acqua reagisce con gli ioni calcio e può formare gel molto rapidamente. Tuttavia, il meccanismo di formazione del gel e i fattori che lo influenzano sono più complessi.

 

La formazione di gel di alginato appartiene alla gelificazione chimica. Le macromolecole ioniche (come l'alginato) in presenza di ioni metallici ad alta valenza possono formare gel, senza alcuna relazione con la temperatura. Sia l'alginato di sodio che la pectina a basso contenuto di esteri ottengono uno speciale tipo di gel attraverso una reazione chimica con gli ioni calcio, formando legami incrociati. Si ritiene generalmente che questa reticolazione sia dovuta all'interazione di due gruppi carbossilici su catene polimeriche vicine con gli ioni calcio per formare ponti ionici o chelazione con gli ioni calcio attraverso i gruppi idrossilici e carbossilici su ogni coppia di catene polimeriche.

 

Le proprietà dell'alginato (sale) dipendono principalmente dalla sua viscosità e dal rapporto tra acido mannuronico e acido guluronico (M/G); maggiore è il peso molecolare, maggiore è la viscosità e, controllando il grado di degradazione del peso molecolare attraverso le condizioni di processo, è possibile ottenere diversi gradi di viscosità dell'alginato; tuttavia, il rapporto M/G, che determina la dimensione della sua capacità di formare gel, dipende dalla fonte delle diverse specie.

 

Di solito, il tipo M è comunemente usato come addensante, mentre il tipo G è usato come agente gelificante, perché nell'interpretazione del modello "a cartone d'uovo" della teoria della gelificazione dell'alginato, i frammenti legati all'acido guluronico hanno una configurazione spaziale che accetta gli ioni calcio, mentre i frammenti di acido mannuronico tendono ad avere una forma a nastro e hanno meno probabilità di accettare ioni calcio. Gli ioni calcio formano un gel fragile ad alta resistenza con alginato di tipo G con buona stabilità termica, che può diventare un gel termicamente irreversibile; mentre con l'alginato di tipo M genera un gel elastico debolmente forte, più adatto ai trattamenti di scongelamento o congelamento. D'altra parte, la forza del gel dell'alginato di tipo M è superiore a quella dell'alginato di tipo G quando la concentrazione di ioni calcio è bassa; con l'aumento della concentrazione di ioni calcio, la forza del gel dell'alginato di tipo G aumenta rapidamente e supera in modo significativo la forza del gel dell'alginato di tipo M. Con l'aumento della concentrazione di ioni calcio, la forza del gel dell'alginato di tipo G aumenta rapidamente e supera di gran lunga quella dell'alginato di tipo M, mentre l'aumento dell'alginato di tipo M è lento; quando l'aumento della concentrazione di ioni calcio superava la quantità massima necessaria per la formazione del gel, portava invece a una diminuzione della resistenza del gel.

 

La concentrazione di ioni calcio nel sistema ha una grande influenza sull'uso pratico dell'alginato. L'aggiunta di diverse quantità di ioni calcio alla soluzione di alginato di sodio 0,5% ad alta concentrazione M ha mostrato che: la soluzione era pseudoplastica al livello di 0-50 ppm, tixotropica al livello di 50-350 ppm e iniziava a formare un gel al livello di 350 ppm o più. Nell'applicazione di diversi sali di calcio o agenti chelanti per controllare la velocità e il tempo di formazione del gel, sono stati comunemente utilizzati sali di calcio con diversa solubilità: come il CaCL2, a pH neutro si dissociano tutti in ioni calcio e possono reagire rapidamente con l'alginato per formare un gel; il solfato di calcio diidrato, solo una piccola quantità di ioni calcio si dissocia in ioni calcio a pH neutro, ma a pH acido può essere dissociato in tutte le condizioni di controllo del pH specifico, per mantenere solo una certa quantità di ioni calcio con l'alginato nel sistema e per mantenere una certa quantità di ioni calcio con il gel. Il controllo delle condizioni specifiche di pH per mantenere solo una certa quantità di ioni calcio nel sistema e la reazione con l'alginato, la reazione degli ioni calcio sarà consumata dall'ulteriore dissociazione del solfato di calcio, l'equilibrio sarà ripristinato al fine di mantenere la stessa concentrazione di ioni calcio; il fosfato dicalcico, la cui solubilità a pH neutro è pari a zero, con l'aumento dell'acidità del sistema, il numero di ioni calcio liberi aumenta; l'uso di agenti chelanti, come il pirofosfato di sodio, il citrato di sodio, ecc., e la loro capacità di chelare gli ioni calcio in base al pH; l'uso di agenti acidificanti come l'acido gluconico - citrato di sodio, ecc. e la capacità di chelare gli ioni calcio in base al pH; l'uso di agenti acidificanti come il glucono-δ-lattone, il cui grado di acidificazione è controllato dalla temperatura del sistema; pertanto, l'uso sapiente di questi fattori può essere utilizzato per controllare la velocità, il tempo e la forza del gel.

 

La quantità di ioni calcio necessaria per la preparazione del gel dipende interamente dalle condizioni di preparazione del gel. Ad esempio, a un pH di 4,0, è possibile produrre un gel da una data quantità di alginato con una quantità di ioni calcio calcolata chimicamente che va da l0% a 15%. Tuttavia, a un pH di 7,0 è necessaria una quantità doppia di ioni calcio (circa 2% di calcio per dose di alginato di sodio). In condizioni acide, alcuni dei gruppi carbossilici vengono protonati, riducendo la repulsione tra le catene e diminuendo così la quantità totale di calcio necessaria per formare il gel.

 

Il modo per aumentare la resistenza del gel di alginato consiste nell'aumentare la concentrazione di alginato o di ioni calcio e nell'abbassare la temperatura del sistema (congelamento). Per indebolire la resistenza del gel di alginato, si possono utilizzare i seguenti metodi: diminuire la concentrazione di alginato o ioni calcio, aumentare la temperatura del sistema, aumentare il contenuto di componenti solubili nel sistema, aggiungere polimeri ad alta massa molecolare relativa e aggiungere agenti chelanti.

 

(ii) Metodi di formazione della gomma

 

Quasi tutti gli alginati solubili sono in grado di formare gel, e ci sono tre diversi metodi con cui gli alginati possono essere trasformati in gel.

 

1. Gelificazione dispersiva

 

La coagulazione dispersiva è la tecnica più semplice: si forma un gel quando gli ioni di calcio si diffondono nell'alginato idratato. Poiché il processo di diffusione è lento, può essere utilizzato solo per strisce sottili come quelle di peperone o per rivestire la superficie degli anelli di cipolla con un sottile strato di gel. Se si aumenta la concentrazione di ioni calcio nel gel, è possibile aumentare la velocità di dispersione. Tuttavia, ciò ha un limite, poiché la fonte di ioni calcio più comunemente utilizzata è il cloruro di calcio, la cui concentrazione troppo elevata può alterare il sapore dell'alimento. Un altro coagulante comunemente usato è il lattato di calcio, che ha lo svantaggio di avere una solubilità molto bassa in acqua (circa 5%).

 

2. Coagulazione interna

 

La coagulazione interna avviene generalmente a temperatura ambiente con un rilascio controllato di calcio dall'ingrediente. Questa tecnica è comunemente utilizzata nella preparazione di frutta, carne e molti dessert preparati a freddo. Il solfato di calcio (tipicamente contenente due molecole d'acqua) e l'idrogenofosfato di calcio sono le fonti di calcio più comunemente utilizzate. La proporzione di calcio richiesta dalla molecola di alginato dipende in larga misura dal pH, dal peso molecolare, dalle dimensioni del punto di plasma e dalla solubilità del sale di calcio stesso. Più piccole sono le dimensioni delle particelle e più basso è il pH, più velocemente viene rilasciato il calcio. Il calcio deve essere incorporato nella produzione per controllare la velocità di rilascio, in modo che il gel d'alga possa essere sciolto prima che inizi la reazione tra il gel d'alga e il calcio.

 

Una volta determinata la quantità di gomma d'alga e di sale di calcio, l'aumento della quantità di integratore riduce la velocità di gelificazione. Il gel risultante è più debole perché la distribuzione finale degli ioni calcio tra l'alginato e l'integratore è più a favore di quest'ultimo. Pertanto, l'uso di un agente integratore per controllare la reazione di gelificazione è necessario solo se si vuole evitare una gelificazione prematura e la rottura irreversibile della struttura del gel durante la miscelazione. Ovviamente, se si utilizza un'efficiente apparecchiatura di miscelazione rapida, è necessaria solo una piccola quantità di integratore e solo una piccola quantità di sale di calcio viene disciolta durante la miscelazione. In questo caso, la coagulazione rapida produce un gel solido. Gli integratori tipici per gli alimenti sono l'esametafosfato di sodio, il pirofosfato tetrasodico e il citrato di sodio.

 

3. Gelificazione per raffreddamento

 

Il terzo metodo per preparare un gel di alginato consiste nello sciogliere gli ingredienti del gel, tra cui l'alginato, i sali di calcio, gli acidi e gli integratori, in acqua calda e poi lasciare raffreddare la soluzione per consentire la coagulazione. Sebbene gli ioni di calcio necessari per la reazione di coagulazione siano già in soluzione con l'alginato, non possono coagulare ad alte temperature perché le catene dell'alginato sono lineari quando c'è troppo calore. Solo quando la soluzione viene raffreddata è possibile realizzare l'associazione interna delle catene causata dal calcio. A differenza del gel di gelatina, il gel di alginato è irreversibile quando viene riscaldato, quindi può essere utilizzato per i dolci in alcune aree in cui le temperature ambientali più elevate sono sufficienti a sciogliere il gel di gelatina. Il ruolo dei sali di calcio e degli integratori in questi sistemi è lo stesso della gelificazione interna descritta sopra.

 

L'effetto di contrazione disidratante o la perdita di acqua in questi gel è minima. Ciò è dovuto alla stabilità causata dal calcio necessario per formare il gel, che consente a tutte le molecole di alginato di formare una rete termodinamicamente stabile durante la formazione del gel.

 

Nella coagulazione diffusa, le prime ad agire sono le molecole di alginato che si trovano in prossimità degli ioni di calcio presenti nel coagulante, mentre nella coagulazione interna le prime ad agire sono le molecole di alginato in prossimità dei piccoli plasmi dei sali di calcio disciolti. Pertanto, sia nella condensazione diffusa che in quella interna, le molecole di alginato non hanno la possibilità di allinearsi in linea retta durante l'intero processo e quindi la loro rete di gel è costruita su una base instabile. Questa instabilità, in generale, aggrava la contrazione del gel e la disidratazione.

 

In base ai tre metodi sopra descritti, nelle specifiche applicazioni di trasformazione alimentare, il metodo di formazione del gel può essere suddiviso in (1) metodo di infiltrazione: gli ioni di calcio penetrano costantemente nella soluzione di alginato e si trasformano in un gel, ad esempio per la conservazione della frutta (la frutta passa prima attraverso la soluzione di alginato di sodio e poi nella soluzione di ioni contenenti calcio, la superficie della frutta forma un gel, l'essiccazione diventa un film sottile e impedisce la respirazione della frutta). (2) Metodo di miscelazione: aggiungere alginato di sodio di tipo G e sali di calcio leggermente solubili (in un sistema a pH neutro) o sali di calcio insolubili (in un sistema a pH acido) nel sistema, e controllare le caratteristiche del gel modificando la temperatura, l'acidità, la concentrazione effettiva di calcio e il tempo di reazione; ad esempio, per la riorganizzazione della carne macinata (94% di carne macinata, 0.9% di alginato di sodio di tipo G, 0,09% di pirofosfato di sodio, 0,9% di solfato di calcio diidrato e 4% di acqua. La dissociazione del solfato di calcio è interrotta dalla formazione di un gel di ioni di calcio e alginato di sodio ed è necessario dissociare sempre più ioni di calcio; la miscela viene posta in un contenitore di una certa forma e, dopo il tempo necessario, si ottiene un pezzo di carne intero ben strutturato). Un altro metodo che prevede l'utilizzo di una miscela di due fasi, A e B, in un sistema acido per produrre un prodotto in filamenti di vetro di frutta è utile per comprendere l'applicazione specifica.

 

Il fosfato dicalcico in fase A non reagisce con l'alginato di sodio per formare un gel in condizioni neutre; quando le due fasi vengono miscelate mediante agitazione ad alta velocità e poi estruse attraverso un ugello poroso a tubo lungo, si forma un gel vetroso filamentoso perché la miscelazione delle due fasi trasforma il sistema in un sistema acido, e il fosfato dicalcico inizia a rilasciare ioni calcio per reagire con l'alginato di sodio per formare un gel, e la forza del gel aumenta con la migrazione del tempo di trasporto sul nastro trasportatore. (3) metodo di raffreddamento: a causa dell'alta temperatura, l'intenso movimento intermolecolare di Brang non può far sì che gli ioni calcio e l'alginato di sodio formino una struttura gel, per cui tutti i componenti necessari possono essere aggiunti al sistema di soluzione ad alta temperatura, per far sì che la temperatura della soluzione scenda al punto di gel, cioè che la formazione di calore non si sciolga anche se riscaldata termicamente in modo irreversibile.

 

Inoltre, l'alginato e altri gel alimentari sono compatibili con la pectina ad alto tenore di esteri e possono essere formati nel sistema che non contiene ioni calcio nella formazione di gel termicamente irreversibile, per la produzione di marmellata a basso contenuto calorico; e la pectina ad alto tenore di esteri da sola può essere nel sistema ad alto contenuto di zuccheri al fine di formare un gel.

 

In sesto luogo, il ruolo dell'alginato e delle proteine tra le

 

L'alginato, come altri gel idrosolubili, può agire con le proteine. L'uso principale di questa azione può essere utilizzato per il recupero per precipitazione delle proteine. Si ritiene generalmente che nell'azione controllata di alginato e proteine, il legame idrogeno e le forze di van der Waals siano fattori importanti che portano a questa azione. Dipende anche dalla carica trasportata dalla macromolecola, con la massima interazione che si verifica nel punto di carica più piccolo. Le misure della viscosità di sistemi alginato-proteina a diversi pH mostrano che quando il pH viene abbassato vicino al punto iso della proteina, la viscosità del sistema aumenta a causa della formazione di complessi solubili. Se il pH viene ulteriormente ridotto, si verifica la precipitazione del complesso a causa della perdita di tutta la carica trasportata. Oltre a essere utilizzato per far precipitare le proteine, l'alginato può anche essere usato per inibire la precipitazione delle proteine in condizioni appropriate. Al di sotto del punto isoelettrico delle proteine, l'aggiunta di una quantità adeguata di alginato può abbassare il punto isoelettrico e inibire la precipitazione delle proteine per mantenerle in soluzione. A pH più bassi (da 3,5 a 4,0), l'alginato ha una maggiore capacità di precipitare le proteine rispetto alla pectina e alla carbossimetilcellulosa, il che è dovuto principalmente al fatto che nella catena della molecola di alginato, la carica trasportata dal gruppo terminale di ogni unità è superiore a quella della pectina e della carbossimetilcellulosa. Inoltre, anche la configurazione spaziale è un fattore importante.

 

Sette, l'alginato nelle applicazioni dell'industria alimentare

 

Le principali varietà di alginato utilizzate nell'industria alimentare sono: alginato di sodio, alginato di potassio, alginato di calcio e alginato di glicole propilenico. Il ruolo più importante dell'alginato nella lavorazione degli alimenti è la gelificazione, cioè la formazione di gel commestibili. In secondo luogo, le proprietà addensanti e filmogene degli alginati sono ampiamente utilizzate nell'industria alimentare. L'alginato di sodio nell'industria alimentare è spesso utilizzato come addensante (salse, condimenti per insalate, addensamento di bevande a base di frutta, ecc.), stabilizzante (nei gelati), agente filmogeno (utilizzato nei panini, nel pesce surgelato, nella carne, ecc. per prevenire l'infiltrazione di acqua, nel confezionamento di caramelle antiaderenti, nella conservazione della frutta) e agente di ritenzione idrica (utilizzato nei prodotti surgelati e nei dolci surgelati a base di prodotti caseari) e così via.

 

(I) Il ruolo principale dell'alginato negli alimenti

 

1. Stabilizzazione

 

L'alginato di sodio al posto dell'amido, la gelatina per lo stabilizzatore del gelato, può controllare la formazione di cristalli di ghiaccio, migliorare la consistenza del gelato, ma anche stabilizzare il sorbetto di acqua e zucchero, il ghiaccio e la rugiada di frutta, il latte congelato e altre bevande miste. Molti prodotti lattiero-caseari, come il formaggio raffinato, la crema di guandan, il formaggio, ecc. L'effetto stabilizzante dell'alginato di sodio può impedire l'adesione di alimenti e imballaggi, può essere utilizzato come copertura di gioielli lattiero-caseari, in grado di renderli stabili e di prevenire le crepe della pasta glassata.

 

2.Addensamento

 

L'alginato di sodio può essere utilizzato in insalate (una sorta di insalata di cavolo), budini (una sorta di snack dolci), marmellate, ketchup e prodotti in scatola come agente addensante, al fine di migliorare la stabilità delle proprietà del prodotto, ridurre l'infiltrazione di liquidi.

 

3.Idratazione

 

L'aggiunta di alginato di sodio nella produzione di tagliatelle, vermicelli, farina di riso può migliorare l'adesione dell'organizzazione del prodotto, in modo che sia forte, pieghevole, ridurre il tasso di rottura, soprattutto per il contenuto di glutine della farina inferiore, l'effetto è più evidente. L'aggiunta di alginato di sodio nel pane, nei dolci e in altri prodotti può migliorare l'organizzazione interna dell'uniformità del prodotto e l'effetto di tenuta dell'acqua, prolungando il tempo di conservazione. Aggiunto nei prodotti dolciari surgelati può fornire uno strato protettivo di fusione termica, migliorare la fuoriuscita del sapore, migliorare il punto di fusione delle prestazioni.

 

4.Gelificazione

 

L'alginato di sodio può essere trasformato in una varietà di gel alimentari, mantiene una buona forma colloidale, non trasuda e non si restringe, è adatto per gli alimenti congelati e per le imitazioni artificiali. Può essere utilizzato anche per coprire frutta, carne, pollame e prodotti acquatici come strato protettivo, senza contatto diretto con l'aria per prolungare il tempo di conservazione. Può anche essere utilizzato come agente formatore autocoagulante per la glassatura del pane, per il riempimento del ripieno, per lo strato di rivestimento dei dolciumi, per le conserve, ecc. In presenza di temperature elevate, congelamento e mezzi acidi può ancora mantenere la forma originale. Può anche essere realizzato al posto dell'agar con elasticità, denti antiaderenti, caramelle di cristallo trasparenti.

 

(B) l'applicazione specifica dell'alginato negli alimenti

 

1. Applicazione nel gelato

 

Utilizzare l'alginato di sodio al posto della gelatina, dell'amido e di altri stabilizzatori alimentari per bevande fredde, può rendere gli ingredienti mescolati uniformemente, facili da miscelare e da sciogliere, nel congelamento può essere regolato per fluire, in modo che i prodotti gelati abbiano un aspetto omogeneo e caratteristiche di fusione, ma anche senza tempi di invecchiamento, il tasso di espansione è anche maggiore, la consistenza del prodotto è liscia, delicata, di buon gusto, il dosaggio è anche inferiore rispetto agli altri stabilizzatori comunemente utilizzati.

 

2. Applicazione nei prodotti da forno

 

L'aggiunta di alginato di sodio ai prodotti da forno può migliorarne notevolmente la qualità. Utilizzato nella produzione di biscotti, involtini primavera può ridurre il tasso di frantumazione; il risultato del test è che il tasso di frantumazione può essere ridotto da 70% a 80%, l'aspetto del prodotto è liscio, la resistenza all'umidità è migliorata; applicato alla produzione di pane, torte può farli espandere ulteriormente, aumentare il volume, la consistenza sciolta, ridurre le fette quando cadono i detriti di particelle, ma anche prevenire l'invecchiamento, prolungando il periodo di conservazione.

 

3. Applicazione nei prodotti lattiero-caseari e nelle bevande

 

Attualmente, lo yogurt, in quanto alto valore nutrizionale del latte vaccino, è molto popolare tra i consumatori, e lo yogurt è anche una delle fonti importanti di batteri lattici benefici. Si tratta di una fermentazione microbica (generalmente batteri lattici) del latte, che produce un sapore speciale dei prodotti lattiero-caseari. A volte vi si aggiunge del succo di frutta per aumentarne il valore nutrizionale e il sapore. L'alginato può svolgere un effetto stabilizzante sui prodotti a base di yogurt in un ampio intervallo di pH, nell'intervallo di pH 3,9-4,9, può svolgere questo ruolo. Il latticello congelato stabilizzato con alginato ha una buona consistenza senza appiccicosità o rigidità, ed è appiccicoso e lento quando viene mescolato. L'alginato può anche prevenire il fenomeno della perdita di viscosità nel processo di sterilizzazione dei prodotti a base di yogurt． Aggiungendo da 0,25% a 2% di alginato nel latte, i prodotti finiti vengono conservati ad alta temperatura per 30 giorni e il loro sapore non cambia. Oltre ai prodotti a base di yogurt, anche altre bevande possono utilizzare l'alginato. Ad esempio, uno sciroppo croccante e fruttato può essere prodotto con alginato di sodio e saccarina, integrati con ingredienti. Questi sciroppi hanno un gusto morbido, uniforme e buono e sono stabili e non facilmente stratificabili.

 

4. Applicazione in alimenti freddi e snack

 

L'alginato ha la capacità di formare facilmente gel, per cui può essere ampiamente utilizzato nella produzione di snack dolci, in particolare per la produzione di budino al latte freddo, cartella di torta, dolci congelati. L'alginato di sodio e lo zucchero mescolati con acqua per sciogliere, aggiungere frutta schiacciata con colore, spezie e altri additivi, e poi aggiungere commestibile calcio soluzione salina di acido organico, la formazione di gel, in 70 ~ 100 ℃ sotto il calore per 2 minuti, può essere fatto di deliziosi dolci di frutta.

 

5. Applicazione nei prodotti a base di pasta

 

Poiché l'alginato di sodio ha una forte idrofilia e adesione, può essere aggiunto a noodles, tagliatelle e altri prodotti a base di noodles per migliorare la tenacità dei prodotti, ridurre il tasso di rottura, non essere appiccicoso dopo la cottura, non marcire la zuppa, resistenza alla conservazione e buon gusto. Soprattutto per le farine a basso tasso di glutine, l'effetto è migliore.

 

6. Applicazione nella birra e in altre bevande alcoliche

 

L'aggiunta di alginato di sodio nella birra può svolgere un effetto stabilizzante sulla schiuma della birra, e anche la trasparenza è aumentata, il periodo di conservazione è esteso, in altre bevande alcoliche come il sakè, i vini di frutta e lo champagne e altre bevande alcoliche spesso a causa della presenza di più acido e pigmentazione e torbidità, se si aggiunge una quantità appropriata di alginato di sodio, può essere molto buono per svolgere un ruolo nella chiarificazione. Inoltre, l'alginato può anche rimuovere i tannini e le sostanze azotate presenti nel vino.

 

7. Applicazione negli alimenti artificiali

 

L'applicazione dell'alginato può anche produrre marmellata artificiale, margarina, rivestimento intestinale artificiale, frutta artificiale e altri alimenti artificiali. Finché il dolcificante e il colorante alimentare richiesti, le spezie nella soluzione di alginato di sodio, mescolano bene, aggiungono calcio, in un breve periodo di tempo possono formare una buona marmellata artificiale; l'alginato può essere utilizzato come addensante o emulsionante per la margarina, di solito utilizzando l'alginato di glicole propilenico e talvolta anche l'alginato di sodio.