Quais são as aplicações do alginato no setor de alimentos?

O ácido algínico e os alginatos são polissacarídeos extraídos principalmente de algas marrons (Phaeophyceae) do gênero Lamiaria hyperborea, L. digitata e Ecklonia maxima, Macrocystis pyrifera, Ascophyllum nodosum, Fucus serratus e outras espécies de algas marinhas. Ascophyllum nodosum, Fucus serratus e outras espécies de algas marinhas. O ácido algínico e o alginato são os principais produtos do setor de algas marinhas na China. De acordo com sua natureza, ele pode ser dividido em duas categorias: goma solúvel em água e goma insolúvel. O alginato solúvel em água inclui sal monovalente de alginato (sódio, potássio, alginato de amônio, etc.), dois sais divalentes de alginato (alginato de magnésio e alginato de mercúrio) e derivados de alginato; a goma de algas insolúvel em água inclui alginato, sais divalentes de alginato (exceto sais de magnésio e mercúrio) e sais trivalentes de alginato (alginato de alumínio, ferro, cromo, etc.). Os mais usados são o alginato de sódio, o alginato de cálcio e o alginato de propilenoglicol.

 

Esse tipo de alginato é encontrado nas paredes celulares das algas marinhas e, em seu estado natural, é uma mistura de sais de alginato insolúveis (cálcio, magnésio, sódio e potássio). Quando extraído comercialmente, ele é primeiramente tratado com ácido para convertê-lo em alginato insolúvel, depois tratado com álcali para formar uma solução de alginato solúvel e, em seguida, por meio de vários processos, como purificação e filtragem, pode ser obtido com a adição de diferentes substâncias para obter diferentes gomas de alginato comerciais. O alginato é obtido por meio de tratamento ácido, o alginato de cálcio é obtido por meio de tratamento com CaCl2/CaCO3, o alginato de sódio é produzido por meio de tratamento com Na2CO3 e o alginato de amônio é produzido por meio de neutralização com ácido carbônico. O alginato é reagido com óxido de propileno para produzir outro importante derivado quimicamente modificado do alginato, o alginato de propilenoglicol (PGA). O alginato é amplamente utilizado nos setores alimentício e farmacêutico devido às suas propriedades exclusivas de gel e à sua capacidade de engrossar, estabilizar, emulsionar, dispersar e formar filmes.

 

Figura I. Composição química e estrutura do alginato

 

A goma ou alginato de algas marinhas é o principal componente estrutural polissacarídeo das algas marrons. O polímero de alginato consiste em dois monômeros: a unidade de ácido β(1→4)-D-manurônico e a unidade de ácido α(1→4)-L-gulurônico. Esses dois monômeros se combinam alternadamente para formar três segmentos de cadeia estrutural diferentes, que são os seguintes segmento de cadeia composto de ácido manurônico (-M-M-M-M-); segmento de cadeia composto de ácido gulurônico (-G-G-G-G-); e segmento de cadeia composto de dois monômeros alternadamente (M-G-M-M-G); um segmento de cadeia composto de ácido gulurônico (-G-G-G-G-); e um segmento de cadeia composto de dois monômeros alternados (M-G-M-G). A molécula de polímero da goma de algas marinhas é composta por esses três segmentos de cadeia. O peso molecular pode chegar a 200.000 moléculas. A proporção de monômeros para segmentos de cadeia varia e depende da matéria-prima do alginato. Diferentes fontes contêm diferentes proporções de ácido manurônico (M) e ácido gulurônico (G), resultando em diferentes usos e propriedades. Em uma molécula, ele pode conter um segmento de cadeia contínua composto por apenas um dos glioxilatos ou pode ser um copolímero em bloco composto por duas ligações de glioxilato. As variações nas proporções dos dois ácidos glucurônicos na molécula, bem como as diferenças em sua localização, podem levar diretamente a diferenças nas propriedades do alginato, como viscosidade, propriedades de gelificação e seletividade de íons.

 

Os segmentos da cadeia de ácido poligulurônico são mais rígidos do que os segmentos da cadeia de ácido polimanurônico e têm um volume nemático maior em solução, enquanto os segmentos da cadeia que consistem em diferentes tipos de ligações de ácido glicoaldeídico têm melhor flexibilidade e um volume nemático menor em solução do que aqueles que consistem apenas nos dois ácidos glicoaldeídicos mencionados acima. Se todas as outras coisas forem iguais, quanto maior a rigidez dos segmentos da cadeia da molécula de alginato, maior a viscosidade da solução preparada e maior a fragilidade do gel formado．

 

Cada tipo de alga marinha contém uma estrutura diferente de gel de algas marinhas. A estrutura especial do gel de algas marinhas tem grande influência em suas propriedades, especialmente na presença de íons de cálcio durante o efeito de gelificação. Os segmentos da cadeia de ácido poligulurônico se ligam muito fortemente aos íons de cálcio e formam uma estrutura reticular totalmente polimerizada. Os segmentos da cadeia do ácido polimanurônico, embora também se liguem ao cálcio, não são tão fortes. O íon cálcio se liga preferencialmente ao ácido gulurônico e também se liga bem aos resíduos de ácido gulurônico entre os dois segmentos de cadeia diferentes. A ligação complexa entre muitos segmentos de cadeia em diferentes moléculas forma uma estrutura de malha completa e forma um gel. O alto peso molecular, o baixo teor de cálcio ou a alta composição de ácido glucurônico dos segmentos da cadeia da goma de algas formaram um gel duro, com boas propriedades de gelificação, geralmente usado em alimentos como agente gelificante. Por outro lado, a goma de alginato com baixo peso molecular, alto teor de cálcio ou contendo segmentos de cadeia compostos de ácido manurônico alto é frequentemente usada como espessante em alimentos.

 

Derivados químicos do ácido algínico

 

O ácido algínico pode ser transformado em vários derivados por meio do processo de modificação química posterior. O alginato de propilenoglicol (PGA) é um dos derivados mais típicos, mas também já realizou a produção industrial e um grande número de derivados de alginato foi aplicado. O PGA tem estabilidade ácida e pode evitar a precipitação causada por cálcio e outros íons metálicos de alta valência, o que apresenta vantagens óbvias na aplicação de alguns alimentos ácidos.

 

Além disso, o alginato pode ser reagido com aminas orgânicas para produzir sais de alginato de amônio. As aminas orgânicas que podem ser usadas incluem: trietanolamina, triisopropilamina, butilamina, dibutilamina e dipentilamina. O alginato de amônio também pode ser produzido pela reação de PGA com aminas primárias, como amônia, etanolamina, etilenodiamina, etilamina, propilamina, isobutilamina e butilamina, mas não é fácil reagir com aminas secundárias. A produção industrial de alginato de amônio é geralmente produzida pela neutralização do ácido algínico com amônia ou carbonato de amônio. Atualmente, embora tenha sido possível sintetizar o acetato de alginato e o sulfato de alginato, ele ainda não foi aplicado na prática. O carboximetilalginato pode ser produzido pelo tratamento de alginato de sódio com ácido cloroacético e álcali, e uma série de ésteres diol de alginato à base de hidrocarbonetos também pode ser sintetizada. A reação de óxido de etileno e alginato pode gerar alginato de 2-hidroxietila.

 

Terceiro, as propriedades físicas do alginato

 

As algas marinhas solúveis em água comercialmente úteis incluem sais monovalentes de alginato (alginato de sódio, alginato de potássio, alginato de amônio), alginato de cálcio, sais mistos de alginato de amônio e cálcio, ácido algínico e éster de alginato de propilenoglicol.

 

O alginato, como uma substância polissacarídica hidrofílica, absorve prontamente a água da atmosfera e, portanto, o teor de umidade de equilíbrio está relacionado à umidade relativa. O alginato tem boa estabilidade de armazenamento a seco em temperatura ambiente ou inferior, portanto, os produtos de alginato devem ser armazenados em um local fresco e seco.

 

O alginato é um tipo de polímero hidrofílico que, quando colocado na água, se não for agitado, as partículas de gel podem se aglomerar, e sua parte central não é fácil de ser molhada pela água, resultando em uma dissolução lenta, o que traz problemas para o uso. Na produção do uso geral do método de dissolução de alto cisalhamento, ou seja, na agitação ininterrupta de alta velocidade, adicione lentamente o pó de cola à água e continue a mexer até que se torne uma cola espessa. O aquecimento adequado durante o processo de dissolução ou a adição de uma quantidade apropriada de açúcar e outros pós secos, misturando e dispersando antes de adicionar à água, também ajudará na dissolução do alginato.

 

(i) Alginato

 

Alginato, fórmula molecular (C6H7O6H)n, pó branco ou amarelo claro, insolúvel em água fria, solúvel em solução alcalina, insolúvel em solventes orgânicos. É inodoro e insípido ou tem um leve odor especial. O valor do pH da suspensão aquosa de 3% é de 2,0 a 3,4 e é precipitado por sal de cálcio. O ácido algínico é um tipo de ácido poliglucurônico extraído de algas marinhas (por exemplo, algas, macroalgas, etc.), que pode ser usado como estabilizador, espessante, emulsificante e agente formador de gel na indústria alimentícia, e pode ser usado como estabilizador de espessamento para sorvete, molho, geleia, pão, macarrão, creme de leite, sopa, etc.; agente de ajuste de descongelamento para sorvete, molho, geleia, pão, macarrão, creme de leite, sopa, etc.É usado como agente de ajuste de descongelamento para alimentos congelados, agente de suspensão para refrigerantes, agente de revestimento para alimentos assados, emulsificante para pudim e pó de creme seco em spray. Emulsificante para pudim e creme em pó seco em spray. O ácido algínico também pode ser usado no setor farmacêutico e de cuidados com a saúde, como agente antiobesidade e tratamento de doenças gástricas de novos agentes com maior valor médico. Ao mesmo tempo, também é a produção de éster de propilenoglicol de alginato, trietilamina de alginato, sódio dibásico de alginato (PSS) e outras matérias-primas importantes.

 

(B) alginato de sódio

 

O alginato de sódio, também conhecido como fucoidan de sódio, goma de algas, goma de algas marrons, alginato, pó ou partículas brancas ou amarelas claras, inodoro, insípido, solúvel em água, sua solução aquosa é um coloide viscoso, insolúvel em álcool e outros solventes orgânicos. A fórmula molecular é C5H7O4COONa)n. É amplamente utilizado em alimentos, medicamentos, têxteis, impressão e tingimento, fabricação de papel, indústria química de uso diário, etc. É usada principalmente na indústria alimentícia como estabilizador, espessante, emulsificante, agente dispersante e coagulante no processamento de bebidas frias, doces, balas, bebidas instantâneas e gêneros alimentícios, etc. Especialmente desde a década de 1980, as algas marinhas têm sido usadas no processamento de alimentos. Especialmente desde a década de 1980, o alginato de sódio tem sido continuamente expandido em aplicações alimentícias. O alginato de sódio não é apenas um aditivo alimentar seguro, mas também pode ser usado como material de base de alimentos biônicos ou alimentos terapêuticos. Por ser, na verdade, uma fibra alimentar natural, foi relatado que ele retarda a absorção de ácidos graxos e sais biliares e tem o efeito de reduzir o colesterol sérico, os triglicérides e a glicose no sangue, o que pode prevenir doenças modernas, como hipertensão, diabetes e obesidade. Ele pode inibir o acúmulo de metais nocivos, como estrôncio, cádmio e chumbo, no trato intestinal do corpo. É por causa dessas importantes funções do fucoidan de sódio que ele tem sido cada vez mais enfatizado no país e no exterior.

 

(III) Alginato de potássio

 

Fórmula molecular do alginato de potássio: (C6H7O6K)n, propriedades: pó irregular branco a amarelo-claro, inodoro, insípido, facilmente solúvel em água para formar uma solução viscosa, insolúvel em etanol ou com teor de etanol superior a 30% (wt) da solução de hidroálcool, insolúvel em clorofórmio, éter e ácido com pH inferior a 3. O alginato de potássio geralmente pode ser obtido pela reação do alginato com carbonato de potássio ou hidróxido de potássio.

 

Pode ser usado como estabilizador e espessante em alimentos enlatados, sorvetes, macarrão e outros alimentos de acordo com a norma GB2760 da China. Usos: Usado principalmente na medicina e na indústria alimentícia. O alginato de potássio é um tipo de carboidrato polissacarídeo natural extraído de algas marinhas, que tem o efeito de reduzir a gordura no sangue, o açúcar no sangue, o colesterol, etc. Ele é usado principalmente em produtos farmacêuticos e alimentos saudáveis.

 

(IV) Alginato de amônio

 

O alginato de amônio é um pó fibroso branco a amarelo-claro ou pó grosso, quase inodoro e insípido, dissolvido lentamente em água para formar uma solução coloidal viscosa, insolúvel em etanol e com teor de etanol superior a 30% (wt) da solução de hidroálcool, insolúvel em clorofórmio, éter e valor de pH inferior a 3 da solução ácida. Seu método de produção industrial é geralmente obtido pela neutralização do alginato com amônia ou carbonato de amônio.

 

(E) Alginato de cálcio

 

Alginato de cálcio, fórmula molecular: [(C6H7O6)2Ca]n, pó branco a pó amarelo claro indefinido, inodoro, insípido, insolúvel em água e em solventes orgânicos, insolúvel em etanol. Lentamente solúvel em polifosfato de sódio, soluções de carbonato de sódio e soluções de compostos de cálcio. Seu sistema industrial é geralmente obtido pela reação entre o alginato e o hidróxido de cálcio ou o carbonato de cálcio.

 

Quarto, as propriedades reológicas do alginato e os fatores de influência

 

Não há correlação entre a viscosidade do alginato e a capacidade de formar gel. Na prática, não há um limite claro entre espessamento e gel fraco, a presença de uma pequena quantidade de íons de cálcio pode aumentar a viscosidade, enquanto um grande número de íons de cálcio transforma a solução em um gel. O alginato puro dissolvido em água destilada produz uma solução homogênea com alta fluidez. Os fatores físicos que afetam as propriedades fluidas das soluções de alginato incluem temperatura, taxa de cisalhamento, tamanho da partícula do polímero, concentração e solventes miscíveis com água destilada. Os fatores químicos que afetam as soluções de alginato são: pH, quelatos, vários cátions e compostos de amina quaternária.

 

(i) Propriedades reológicas das soluções de alginato

 

A concentração da solução de alginato é um fator importante que afeta as propriedades reológicas da solução de alginato. Por exemplo, a viscosidade média da solução de alginato de sódio, quando a concentração de 0,5%, na faixa de baixa taxa de cisalhamento para as características de fluido newtoniano, na alta taxa de cisalhamento sobre o desempenho de características de fluido não newtoniano; mas quando a concentração de 2,5%, tanto na baixa quanto na alta taxa de cisalhamento são mostradas como características de fluido não newtoniano. Da mesma forma, uma solução de 3% de alginato de propilenoglicol apresenta afinamento por cisalhamento em uma ampla faixa de taxas de cisalhamento, ao passo que, em uma concentração de l% ou menos, a solução tem uma viscosidade quase estável e não apresenta afinamento por cisalhamento em taxas de cisalhamento abaixo de lOO s-1.

 

O alginato de sódio tem alto peso molecular e rigidez molecular, e soluções de alta viscosidade aparente podem ser obtidas mesmo em baixas concentrações.

 

As curvas de viscosidade e cisalhamento do alginato de sódio de média viscosidade e do alginato de potássio são consistentes em toda a faixa de taxas de cisalhamento. As curvas de viscosidade e cisalhamento do PGA de baixa viscosidade e do alginato de sódio se sobrepõem essencialmente à faixa de taxas de cisalhamento superiores a 10.000 s-1 e se bifurcam somente em taxas de cisalhamento mais baixas.

 

(II) Fatores que afetam as propriedades reológicas da solução de alginato

 

1. Temperatura

 

Quando a temperatura aumenta, a viscosidade da solução de alginato diminui, e a viscosidade diminui em cerca de 12% para cada aumento de 5,6°C na temperatura. Se não estiver sob alta temperatura por um longo período, a viscosidade poderá ser recuperada quando a temperatura for reduzida. O aquecimento causa a degradação térmica do alginato, cujo grau depende da temperatura e do tempo. Embora a redução da temperatura da solução de alginato aumente a viscosidade, mas não gere um gel, a solução de alginato será congelada e, depois, descongelada e descongelada novamente, sua viscosidade não mudará.

 

2. solvente

 

A adição de pequenas quantidades de solventes não aquosos que são miscíveis com a água, como etanol, etilenoglicol ou acetona, aumentará a viscosidade das soluções de alginato e, por fim, levará à precipitação do alginato. Os limites permitidos das soluções de alginato para esses solventes são influenciados pela fonte do alginato, pelo grau de polimerização, pelo tipo de cátion presente e pela concentração da solução.

 

3. Concentração

 

Semelhante à maioria dos outros géis alimentícios, a viscosidade dos alginatos, como alginato de sódio, alginato de amônio, alginato de potássio e PGA, aumenta com sua concentração em soluções aquosas. Obviamente, há grandes diferenças no aumento da viscosidade para vários graus de viscosidade dos alginatos.

 

4.pH

 

De modo geral, o alginato é mais estável em condições ácidas, especialmente para o PGA. O valor do pH deve ser reduzido para 3,0 quando o PGA pode formar um gel; acima de 7,0 haverá saponificação e decomposição, enquanto o valor do pH de 3,0 a 7,0 é bastante estável, portanto, o PGA é muito adequado para a aplicação de alimentos ácidos.

 

5.Gelificação

 

O alginato pode reagir com muitos cátions de alta valência (exceto o magnésio) para produzir ligações cruzadas. Quando o conteúdo de cátions multivalentes aumenta, a solução de alginato fica mais espessa e forma um gel, que acaba precipitando.

 

Todos os géis de alginato são o resultado de interações entre as moléculas de alginato e são termicamente irreversíveis. A estrutura e a força do gel podem ser ajustadas com a escolha do agente gelificante apropriado.

 

Íons metálicos multivalentes, como zinco, alumínio e cobre, na presença de excesso de amônia, podem gerar complexos com alginato. Quando a amônia é removida desse sistema, o alginato insolúvel é produzido. O cálcio é mais comumente usado para alterar as propriedades fluidas das soluções de alginato e as propriedades de gelificação de cátions polivalentes. O cálcio também pode ser usado para preparar fibras e filmes de alginato insolúveis.

 

A adição de cálcio a um sistema de alginato pode alterar significativamente suas propriedades de gelificação. No entanto, deve-se observar que, se o cálcio for adicionado muito rapidamente, ele poderá levar a uma reação local muito rápida, afetando a uniformidade de todo o sistema e gerando um gel descontínuo. Portanto, tente usar uma dissolução lenta de sais de cálcio ou adicione tripolifosfato de sódio ou hexametafosfato de sódio, como integradores, para controlar a taxa de cálcio.

 

Vários princípios usados para controlar a força do gel ou o tempo de gel são:

 

(1) a adição de um agente quelante enfraquecerá o efeito de geração de gel, mas uma adição muito baixa de agente quelante pode produzir um gel descontínuo; (2) a redução do teor de cálcio resulta em um gel mais macio, e o aumento do teor de cálcio resulta em um gel mais duro. No entanto, cortes excessivos de cálcio podem levar à geração de géis descontínuos ou precipitados; (3) em um sistema ácido, a adição de ácidos lentamente dissolvíveis pode acelerar a formação de géis; (4) quanto maior a viscosidade do alginato, mais quebradiço será o gel formado; (5) quanto mais próximo o teor de cálcio estiver da quantidade de cálculos químicos necessários para a reação com o alginato, maior será a probabilidade de produzir contração por desidratação.

 

6. Agente quelante

 

A adição de um agente quelante a uma solução de alginato serve para quelá-lo com cátions polivalentes residuais e para evitar que o alginato reaja com esses cátions polivalentes. As soluções de alginato de sódio com baixo teor de cálcio apresentam pouquíssima alteração na viscosidade quando são adicionados agentes quelantes. Por outro lado, quando uma solução de alginato de cálcio e alginato de sódio é adicionada a um agente quelante, a viscosidade muda significativamente. A adição de um agente quelante pode tornar o fluido da solução de alginato mais próximo do fluido newtoniano.

 

7. Sais monovalentes

 

A adição de sais monovalentes reduzirá a viscosidade da solução diluída de alginato. A concentração de sais monovalentes na solução atinge 0,1 mol/L, o maior efeito sobre a viscosidade. Na solução concentrada, esse efeito é menos significativo. Os principais fatores que afetam o papel dos sais monovalentes na solução de alginato são: o tipo de sal, a fonte de alginato, o grau de polimerização e a concentração.

 

1. Características de gelificação e métodos de alginato

 

(I) Mecanismo de gelificação

 

Na indústria alimentícia, o alginato é usado principalmente como agente gelificante e espessante. Na aplicação do alginato, a gelificação é amplamente utilizada. O alginato solúvel em água reage com íons de cálcio e pode formar gel muito rapidamente. No entanto, o mecanismo de formação de gel e seus fatores de influência são mais complexos.

 

A formação do gel de alginato pertence à gelificação química. As macromoléculas iônicas (como o alginato) na presença de íons metálicos de alta valência podem formar géis, e não há relação com a temperatura. Tanto o alginato de sódio quanto a pectina de baixo teor de éster obtêm um tipo especial de gel por meio de uma reação química com íons de cálcio, formando ligações cruzadas. Em geral, acredita-se que essa ligação cruzada se deve à interação de dois grupos carboxila em cadeias de polímero vizinhas com íons de cálcio para formar pontes iônicas ou quelação com íons de cálcio por meio de grupos hidroxila e carboxila em cada par de cadeias de polímero.

 

As propriedades do alginato (sal) dependem principalmente de sua viscosidade e da relação entre o ácido manurônico e o ácido gulurônico (M/G); quanto maior o peso molecular, maior a viscosidade e, ao controlar o grau de degradação do peso molecular por meio das condições do processo, é possível obter diferentes graus de viscosidade do alginato; no entanto, a relação M/G, que determina o tamanho de sua capacidade de formação de gel, depende da fonte das diferentes espécies.

 

Normalmente, o tipo M alto é comumente usado como espessante, enquanto o tipo G alto é usado como agente gelificante, porque na interpretação do modelo "caixa de ovos" da teoria de gelificação do alginato, os fragmentos ligados ao ácido gulurônico têm uma configuração espacial que aceita íons de cálcio, enquanto os fragmentos de ácido manurônico tendem a ser em forma de fita e têm menos probabilidade de aceitar íons de cálcio. Os íons de cálcio formam um gel frágil de alta resistência com alginato de alto tipo G com boa estabilidade térmica, que pode se tornar um gel termicamente irreversível; Por outro lado, a força do gel do tipo M alto é maior do que a do tipo G alto quando a concentração de íons de cálcio é baixa e, à medida que a concentração de íons de cálcio aumenta, a força do gel do tipo G alto aumenta rapidamente e excede significativamente a força do gel do tipo M alto. Com o aumento da concentração de íons de cálcio, a força do gel do tipo G alto aumentou rapidamente e excedeu em muito a do tipo M alto, enquanto o aumento do tipo M alto foi lento; Quando o aumento da concentração de íons de cálcio excedia a quantidade máxima necessária para a formação do gel, isso levava a uma diminuição da resistência do gel.

 

A concentração de íons de cálcio no sistema tem uma grande influência no uso prático do alginato. A adição de diferentes quantidades de íons de cálcio à concentração 0,5% da solução de alginato de sódio de alto M mostrou que: a solução era pseudoplástica no nível de 0-50 ppm, tixotrópica no nível de 50-350 ppm e começou a formar um gel no nível de 350 ppm ou mais. Na aplicação de diferentes sais de cálcio ou agentes quelantes para controlar a velocidade e o tempo de formação do gel, os sais de cálcio comumente usados têm diferentes solubilidades: Como o CaCL2, no pH neutro, todos se dissociam em íons de cálcio e podem reagir rapidamente com o alginato para formar um gel; o sulfato de cálcio di-hidratado, apenas uma pequena quantidade de íons de cálcio se dissocia em íons de cálcio no pH neutro, mas no pH ácido pode ser dissociado em todo o controle das condições específicas de pH, para manter apenas uma certa quantidade de íons de cálcio com alginato no sistema e para manter uma certa quantidade de íons de cálcio com o gel. Com o controle das condições específicas de pH para manter apenas uma determinada quantidade de íons de cálcio no sistema e a reação do alginato, a reação dos íons de cálcio será consumida a partir da dissociação adicional do equilíbrio do sulfato de cálcio, que será reabastecido para manter a mesma concentração de íons de cálcio; fosfato dicálcico, sua solubilidade em pH neutro é zero, com o aumento da acidez do sistema, o número de íons de cálcio livres aumenta; o uso de agentes quelantes, como pirofosfato de sódio, citrato de sódio, etc., pode ser usado para manter a mesma concentração de íons de cálcio., e sua capacidade de quelação de íons de cálcio pelo pH; o uso de agentes acidificantes, como ácido glucônico - citrato de sódio etc., e a capacidade de quelação de íons de cálcio pelo pH; o uso de agentes acidificantes, como glucono-δ-lactona, cujo grau de acidificação é controlado pela temperatura do sistema; portanto, o uso hábil desses fatores pode ser usado para controlar a velocidade, o tempo e a força do gel.

 

A quantidade de íons de cálcio necessária para a preparação do gel depende inteiramente das condições de preparação do gel. Por exemplo, em um pH de 4,0, um gel pode ser produzido a partir de uma determinada quantidade de alginato com uma quantidade quimicamente calculada de íons de cálcio que varia de l0% a 15%. No entanto, em um pH de 7,0, é necessário o dobro da quantidade de íons de cálcio (cerca de 2% de cálcio por dosagem de alginato de sódio). Em condições ácidas, alguns dos grupos carboxila são protonados, reduzindo a repulsão entre as cadeias e, portanto, diminuindo a quantidade total de cálcio necessária para formar o gel.

 

A maneira de aumentar a resistência do gel de alginato é aumentar a concentração de alginato ou íons de cálcio, bem como diminuir a temperatura do sistema (congelamento). Para enfraquecer a resistência do gel de alginato, os seguintes métodos podem ser usados: diminuir a concentração de alginato ou de íons de cálcio, aumentar a temperatura do sistema, aumentar o conteúdo de componentes solúveis no sistema, adicionar polímeros de alta massa molecular relativa e adicionar agentes quelantes.

 

(ii) Métodos de formação de goma

 

Quase todos os alginatos solúveis são capazes de formar géis, e há três métodos diferentes pelos quais os alginatos podem ser feitos para formar géis.

 

1. Gelificação dispersiva

 

A coagulação dispersiva é a técnica mais simples, ou seja, um gel é formado quando os íons de cálcio se difundem no alginato hidratado. Como o processo de difusão é lento, ele só pode ser usado para tiras finas, como tiras de pimentão, ou para revestir a superfície de anéis de cebola com uma fina camada de gel. Se a concentração de íons de cálcio no gel for aumentada, a taxa de dispersão poderá ser aumentada. Entretanto, há um limite para isso, pois a fonte de íons de cálcio mais comumente usada é o cloreto de cálcio e, quando sua concentração é muito alta, pode afetar o sabor do alimento. Outro auxiliar coagulante comumente usado é o lactato de cálcio, que tem a desvantagem da solubilidade muito baixa em água (cerca de 5%).

 

2. Coagulação interna

 

A coagulação interna geralmente ocorre em temperatura ambiente com uma liberação controlada de cálcio do ingrediente. Isso é comumente usado na preparação de frutas, carnes e muitas sobremesas preparadas a frio. O sulfato de cálcio (normalmente contendo duas moléculas de água) e o hidrogenofosfato de cálcio são as fontes de cálcio mais comumente usadas. A proporção de cálcio exigida pela molécula de alginato depende muito do pH, do peso molecular, do tamanho do ponto de plasma e da solubilidade do próprio sal de cálcio. Quanto menor o tamanho da partícula e mais baixo o pH, mais rapidamente o cálcio é liberado. O cálcio precisa ser incorporado na produção para controlar a taxa de liberação, de modo que o gel de algas marinhas possa ser dissolvido antes do início da reação entre o gel de algas marinhas e o cálcio.

 

Uma vez determinada a quantidade de goma de algas marinhas e sal de cálcio, o aumento da quantidade de integrador reduz a taxa de gelificação. O gel resultante é mais fraco porque a distribuição final dos íons de cálcio entre o alginato e o integrador é mais favorável ao último. Portanto, o uso de um agente integrador para controlar a reação de gelificação só é necessário se a gelificação prematura e a ruptura irreversível da estrutura do gel precisarem ser evitadas durante a mistura. Obviamente, se for usado um equipamento eficiente de mistura rápida, será necessária apenas uma pequena quantidade de integrador e apenas uma pequena quantidade de sal de cálcio será dissolvida durante a mistura. Nesse caso, a coagulação rápida resulta em um gel firme. Os integradores típicos para gêneros alimentícios são o hexametafosfato de sódio, o pirofosfato tetrassódico e o citrato de sódio.

 

3. Gelificação por resfriamento

 

O terceiro método de preparação de um gel de alginato é dissolver os ingredientes do gel, incluindo o alginato, os sais de cálcio, os ácidos e os integradores, em água quente e, em seguida, deixar a solução esfriar para permitir a coagulação. Embora os íons de cálcio necessários para a reação de coagulação já estejam em solução com o alginato, eles não podem coagular em altas temperaturas porque as cadeias de alginato são lineares quando há muito calor. Somente quando essa solução é resfriada é que a associação interna das cadeias causada pelo cálcio pode ser realizada. Diferentemente do gel de gelatina, o gel de alginato é irreversível quando aquecido, portanto, pode ser usado para doces em algumas áreas onde as temperaturas ambientes mais altas são suficientes para derreter o gel feito de gelatina. O papel dos sais de cálcio e dos integradores nesses sistemas é o mesmo que na gelificação interna descrita acima.

 

O efeito de encolhimento por desidratação ou a perda de água nesses géis é mínimo. Isso se deve à estabilidade causada pelo cálcio necessário para formar o gel, permitindo que todas as moléculas de alginato formem uma rede termodinamicamente estável durante a formação do gel.

 

Na coagulação difusa, as primeiras a agir são as moléculas de alginato que estão próximas aos íons de cálcio no coagulante, enquanto na coagulação interna, as primeiras a agir são as moléculas de alginato próximas aos minúsculos plasmas dos sais de cálcio dissolvidos. Assim, tanto na condensação difusa quanto na interna, as moléculas de alginato não têm chance de se alinhar em linha reta durante todo o processo e, portanto, sua rede de gel é construída em uma base instável. Essa instabilidade, em geral, exacerba o encolhimento do gel e a contração por desidratação.

 

De acordo com os três métodos acima, em aplicações específicas de processamento de alimentos, o método de formação de gel também pode ser dividido em (1) método de infiltração: por meio dos íons de cálcio que penetram constantemente na solução de alginato e se tornam um gel, como para a preservação de frutas (a fruta será primeiramente passada pela solução de alginato de sódio e depois pelos íons que contêm cálcio na solução, a superfície da fruta que é a formação de um gel, secando para se tornar uma película fina e, assim, impedir a respiração da fruta). (2) Método de mistura: adicione alginato de sódio do tipo G e sais de cálcio levemente solúveis (em sistema de pH neutro) ou sais de cálcio insolúveis (em sistema de pH ácido) no sistema e controle as características do gel alterando a temperatura, a acidez, a concentração efetiva de cálcio e o tempo de reação; por exemplo, para a reorganização da carne moída (94% de carne moída, 0.9% de alginato de sódio tipo G alto, 0,09% de pirofosfato de sódio, 0,9% de sulfato de cálcio di-hidratado e 4% de água. A dissociação do sulfato de cálcio é interrompida pela formação de um gel a partir de íons de cálcio e alginato de sódio, sendo necessário dissociar cada vez mais íons de cálcio, e a mistura é colocada em um recipiente de determinado formato e, após o tempo necessário, obtém-se um pedaço inteiro de carne bem estruturado.) Outro método de usar uma mistura de duas fases, A e B, em um sistema ácido para produzir um produto de filamento de vidro de frutas também é útil para entender a aplicação específica.

 

O fosfato dicálcico na fase A não reage com o alginato de sódio para formar um gel em condições neutras e, quando as duas fases são misturadas por agitação de alta velocidade e, em seguida, extrudadas por meio de um bocal poroso de tubo longo, um gel filamentoso vítreo é formado porque a mistura de duas fases transforma o sistema em um sistema ácido, e o fosfato dicálcico começa a liberar íons de cálcio para reagir com o alginato de sódio para formar um gel, e a força do gel aumenta com a migração do tempo de transporte na correia transportadora. (3) método de resfriamento: devido à alta temperatura, o intenso movimento intermolecular de Brang não pode fazer com que os íons de cálcio e o alginato de sódio formem um arranjo de estrutura de gel, portanto, todos os componentes necessários podem ser adicionados ao sistema de solução de alta temperatura, para que a temperatura da solução caia até o ponto de gel, ou seja, a formação de calor não derreterá mesmo se o gel for aquecido de forma termicamente irreversível.

 

Além disso, o alginato e outros géis alimentícios têm compatibilidade com a pectina de alto éster que pode ser formada no sistema que não contém íons de cálcio na formação de gel termicamente irreversível, para a produção de geleia de baixa caloria; e a pectina de alto éster sozinha pode estar no sistema que contém alto teor de açúcar para formar um gel.

 

Em sexto lugar, o papel do alginato e da proteína entre os

 

O alginato, semelhante a outros géis solúveis em água, pode atuar com proteínas. O principal uso dessa ação pode ser usado para a recuperação de proteínas por precipitação. Em geral, acredita-se que, na ação controlada do alginato e da proteína, a ligação de hidrogênio e as forças de van der Waals são fatores importantes que levam a essa ação. Isso também depende da carga carregada pela macromolécula, com a interação máxima ocorrendo no menor ponto de carga. As medições da viscosidade dos sistemas de alginato-proteína em diferentes pHs mostram que, quando o pH é reduzido próximo ao ponto de iso da proteína, a viscosidade do sistema aumenta devido à formação de complexos solúveis. Se o pH for reduzido ainda mais, ocorre a precipitação do complexo devido à perda de toda a carga transportada. Além de ser usado para precipitar proteínas, o alginato também pode ser usado para inibir a precipitação de proteínas em condições adequadas. Sob o ponto isoelétrico das proteínas, a adição de uma quantidade adequada de alginato pode diminuir o ponto isoelétrico e inibir a precipitação das proteínas para mantê-las em solução. Em pH mais baixo (pH 3,5 a 4,0), o alginato tem maior capacidade de precipitar proteínas do que a pectina e a carboximetilcelulose, o que se deve principalmente ao fato de que, na cadeia da molécula de alginato, a carga carregada pelo grupo final de cada unidade é maior do que a da pectina e da carboximetilcelulose. Além disso, a configuração espacial também é um fator importante.

 

Sete, alginato nas aplicações do setor de alimentos

 

As principais variedades de alginato usadas no setor alimentício são: alginato de sódio, alginato de potássio, alginato de cálcio e alginato de propilenoglicol. A função mais importante do alginato no processamento de alimentos é a gelificação, ou seja, a formação de géis comestíveis. Em segundo lugar, as propriedades de espessamento e formação de filme dos alginatos também são amplamente usadas no setor alimentício. Na indústria alimentícia, o alginato de sódio é frequentemente usado como espessante (molhos, molhos para salada, espessamento de bebidas de frutas etc.), estabilizadores (em sorvetes), agente formador de filme (usado em sanduíches, peixes congelados, carnes etc. para evitar a infiltração de água, embalagens antiaderentes de doces, preservação de frutas) e agente de retenção de água (usado em produtos congelados e doces congelados de laticínios) e assim por diante.

 

(I) A principal função do alginato nos alimentos

 

1. Estabilização

 

O alginato de sódio, em vez de amido e gelatina para estabilizador de sorvete, pode controlar a formação de cristais de gelo, melhorar a textura do sorvete, mas também estabilizar o sorvete de açúcar e água, gelo e orvalho de frutas, leite congelado e outras bebidas mistas. Muitos produtos lácteos, como queijo refinado, creme de leite, queijo, etc., podem ser estabilizados. O efeito estabilizador do alginato de sódio pode evitar a adesão de alimentos e embalagens, pode ser usado como cobertura de joias de laticínios, o que pode torná-las estáveis e evitar rachaduras na massa de glacê.

 

2. espessamento

 

O alginato de sódio pode ser usado em saladas (um tipo de salada de repolho), molhos, pudins (um tipo de salgadinhos doces), geleias, ketchup e produtos enlatados como agente espessante, a fim de melhorar a estabilidade das propriedades do produto e reduzir a infiltração de líquidos.

 

3. hidratação

 

A adição de alginato de sódio na produção de macarrão, aletria e farinha de arroz pode melhorar a adesão da organização do produto, de modo que seja forte, flexível e reduza a taxa de quebra, especialmente para o teor de glúten da farinha mais baixa, o efeito é mais óbvio. A adição de alginato de sódio em pães, bolos e outros produtos pode melhorar a organização interna da uniformidade do produto e o efeito de retenção de água, prolongando o tempo de armazenamento. A adição de alginato de sódio em produtos de confeitaria congelados pode proporcionar uma camada protetora de fusão térmica, melhorar o escape do sabor e o ponto de fusão do desempenho.

 

4. Gelificação

 

O alginato de sódio pode ser transformado em uma variedade de alimentos em gel, mantendo uma boa forma coloidal, sem escorrimento ou encolhimento, adequado para alimentos congelados e imitações artificiais de alimentos. Ele também pode ser usado para cobrir frutas, carnes, aves e produtos aquáticos como uma camada protetora, sem contato direto com o ar para aumentar o tempo de armazenamento. Também pode ser usado como agente formador de auto-coagulação para cobertura de pão, enchimento de recheio, camada de revestimento de confeitos, alimentos enlatados, etc. Em alta temperatura, o congelamento e o meio ácido ainda podem manter a forma original. Também pode ser feito em vez de ágar com elasticidade, dentes antiaderentes, doces de cristal transparente.

 

(B) a aplicação específica do alginato em alimentos

 

1. Aplicação em sorvetes

 

O uso de alginato de sódio em vez de gelatina, amido e outros estabilizadores de alimentos para bebidas frias pode fazer com que os ingredientes sejam misturados uniformemente, fáceis de misturar e dissolver, no congelamento pode ser ajustado para fluir, de modo que os produtos de sorvete tenham uma aparência suave e características de derretimento, mas também sem tempo de envelhecimento, a taxa de expansão também é maior, a textura do produto é suave, delicada, de bom gosto, a dosagem também é menor do que a de outros estabilizadores comumente usados.

 

2. Aplicação em produtos de panificação

 

A adição de alginato de sódio a alimentos assados pode melhorar muito sua qualidade. O resultado do teste é que a taxa de esmagamento pode ser reduzida de 70% a 80%, a aparência do produto é suave e a resistência à umidade é melhorada; quando aplicado à produção de pães e bolos, pode fazer com que eles se expandam ainda mais, aumentem o volume, soltem a textura, reduzam as fatias quando as partículas caem, mas também previne o envelhecimento, prolongando o período de preservação.

 

3. Aplicação em produtos lácteos e bebidas

 

Atualmente, o iogurte, como um leite de vaca de alto valor nutricional, é muito popular entre os consumidores, e o iogurte também é uma das fontes importantes de bactérias benéficas do ácido láctico. O iogurte é feito com leite por fermentação microbiana (geralmente bactérias do ácido láctico), de modo que produz um sabor especial de produtos lácteos. Às vezes, adiciona-se suco de frutas para aumentar o valor nutricional e o sabor. O alginato pode desempenhar um efeito estabilizador em produtos de iogurte em uma ampla faixa de pH, na faixa de pH 3,9 a 4,9, podendo desempenhar esse papel. O leitelho congelado estabilizado com alginato tem uma boa textura, sem pegajosidade ou rigidez, e é pegajoso e lento quando agitado. O alginato também pode evitar o fenômeno da perda de viscosidade no processo de esterilização de produtos de iogurte. Adicione 0,25% a 2% de alginato ao leite e seus produtos acabados serão armazenados em alta temperatura por 30 dias, e seu sabor não mudará. Além dos produtos de iogurte, outras bebidas também podem usar alginato. Por exemplo, um xarope crocante e frutado pode ser feito com alginato de sódio e sacarina, complementado com ingredientes. Esses xaropes têm um sabor suave, homogêneo e bom, além de serem estáveis e não se estragarem facilmente.

 

4. Aplicação em alimentos frios e lanches

 

O alginato tem a capacidade de formar gel facilmente, por isso pode ser amplamente utilizado na produção de lanches doces, especificamente para a fabricação de pudim de leite frio, pasta de torta, doces congelados. Alginato de sódio e açúcar misturados com água para dissolver, adicionar frutas esmagadas com corantes, especiarias e outros aditivos e, em seguida, adicionar solução de sal de ácido orgânico de cálcio comestível, a formação de gel, em 70 ~ 100 ℃ sob o calor por 2 minutos, pode ser feita de deliciosos doces de frutas.

 

5. Aplicação em produtos de massa

 

Como o alginato de sódio tem forte hidrofilicidade e aderência, ele pode ser adicionado ao macarrão, ao miojo e a outros produtos de macarrão para melhorar a resistência dos produtos, reduzir a taxa de quebra, não ficar pegajoso após o cozimento, não apodrecer a sopa, ter resistência ao armazenamento e bom gosto. Especialmente para a farinha com baixa taxa de glúten, o efeito é melhor.

 

6. Aplicação em cerveja e outras bebidas alcoólicas

 

A adição de alginato de sódio na cerveja pode ter um efeito estabilizador na espuma da cerveja, e a transparência também aumenta, o período de preservação é estendido, em outras bebidas alcoólicas, como saquê, vinhos de frutas e champanhe e outras bebidas alcoólicas, muitas vezes devido à presença de mais ácido e pigmentação e turbidez, se você adicionar uma quantidade adequada de alginato de sódio, pode ser muito bom para desempenhar um papel na clarificação. Além disso, o alginato também pode remover taninos e substâncias nitrogenadas do vinho.

 

7. Aplicação em alimentos artificiais

 

A aplicação do alginato também pode produzir geleia artificial, margarina, revestimento intestinal artificial, frutas artificiais e outros alimentos artificiais. Contanto que o adoçante e o corante alimentar necessários, temperos na solução de alginato de sódio, misture bem, adicione cálcio, em um curto período de tempo pode formar uma boa geleia artificial; o alginato pode ser usado como espessante ou emulsificante para margarina, geralmente usando alginato de propilenoglicol e, às vezes, também usando alginato de sódio.