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• Fabian Eduardo

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La carragenina es un hidrocoloide extraído de algas marinas rojas de las especies Gigartina, Hypnea, Eucheuma, Chondrus y Iridaea. Es utilizada en diversas aplicaciones en la industria alimentaria como espesante, gelificante, agente de suspensión y estabilizante, tanto en sistemas acuosos como en sistemas lácticos. La carragenina es un ingrediente multifuncional y se comporta de manera diferente en agua y en leche. En el agua, se presenta, típicamente, como un hidrocoloide con propiedades espesantes y gelificantes. En la leche, tiene, además, la propiedad de reaccionar con las proteínas y proveer funciones estabilizantes. La carragenina posee una habilidad exclusiva de formar una amplia variedad de texturas de gel a temperatura ambiente: gel firme o elástico; transparente o turbio; fuerte o débil; termorreversible o estable al calor; alta o baja temperatura de fusión/gelificación. Puede ser utilizado, también, como agente de suspensión, retención de agua, gelificación, emulsificación y estabilización en otras diversas aplicaciones industriales. Es clasificada de acuerdo con su estructura y propiedades físico-químicas o según su proceso de producción: 1. CON RESPECTO A LA ESTRUCTURA Y PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS KAPPA - gel rígido, quebradizo, termorreversible, alta fuerza de gel, presenta sinérisis. IOTA - gel elástico, termorreversible, no presenta sinérisis, propiedad tixotrópica. LAMBDA - soluble en frío, no gelificante, produce altas viscosidades. 2. CON RESPECTO AL PROCESO DE PRODUCCIÓN SEMI-REFINADA - gel opaco, con mucha celulosa y fibra, bajo grado de pureza. REFINADA - gel claro, transparente, alto grado de pureza.

MATERIA PRIMA La carragenina es obtenida de diversos géneros y especies de algas marinas de la claseRodophyta. El contenido de carragenina en las algas varía de 30% a 60% del peso seco, dependiendo de la especie del alga y de las condiciones marinas tales como luminosidad, nutrientes, temperatura y oxigenación del agua. Algas de diferentes especies y fuentes producen carrageninas de diferentes tipos: kappa, iota y lambda. Algunas especies de algas pueden producir carrageninas de composición mixta como kappa/iota, kappa/lambda o iota/lambda. Las especies productoras de carragenina tipo kappa son la Hypnea Musciformis, la Gigartina Stellata, la Eucheuma Cottonii, la Chondrus Crispus y la Iridaea. Las especies productoras de carragenina tipo iota son la Gigartina Teedi y la Eucheuma Spinosum. Las especies productoras de

carragenina tipo lambda son, en general, del género Gigartina. Las algas son, de manera habitual, recolectadas manualmente por pescadores en zonas intermareas o por sumersión con auxilio de equipamientos adecuados. Después de la recolección, las algas son colocadas al sol para secarlas hasta que lleguen a un nivel de humedad ideal para su procesamiento.

FUNCIONALIDAD Y APLICACIONES Las aplicaciones de la carragenina están concentradas en la industria alimentaria. Las aplicaciones pueden ser divididas en sistemas lácticos, acuosos y bebidas. Sin embargo, ya existen actualmente otras diversas aplicaciones de carragenina para una gran variedad de aplicaciones industriales. La carragenina posee diversas funciones de acuerdo con su aplicación: gelificación, espesamiento, estabilización de emulsiones, estabilización de proteínas, suspensión de partículas, control de fluidez y retención de agua. 1. INDUSTRIA ALIMENTARIA

Productos Lácticos Helados, chocolateados, flanes, pudines, crema de leche, yogures, postres cremosos, quesos, postres en polvo, leche de coco Dulces y confituras Postres tipo gelatina, jaleas, dulces en pasta, marshmallow, caramelos de goma, confites, merengues Productos Cárnicos Jamón, "ajamonado", mortadela, hamburguesa, patés, aves y carnes procesadas Bebidas Clarificación y refinación de zumos, cervezas, vinos y vinagres, chocolateados, jarabes, zumos de fruta en polvo, diet shakes Panificación Coberturas de tartas, rellenos de tortas, masas de pan Salsas y sopas Salsas de ensalada, en polvo, sopas en polvo, mostaza, salsa blanca, salsas listas para pastas 2. OTRAS APLICACIONES INDUSTRIALES Pasta dentífrica, odoríficos para aire, pet food, cosméticos, pinturas, emulsiones

ESTRUCTURA La carragenina está ubicada en la pared de las células y en la matriz intercelular del tejido de las algas. Es un polisacárido de alto peso molecular con contenido de éster sulfato de 15% a 40% formado por unidades alternadas de D-galactosa y 3,6-anhidro-galactosa (3,6-AG) unidas por ligaduras α-1,3 y β-1,4-glucosídica. La posición y el número de grupos de éster sulfato así como el contenido de 3,6-AG determinan las diferencias primarias entre los tipos de carragenina kappa, iota y lambda. Los mayores niveles de éster sulfato implican en una menor fuerza de gelificación y baja temperatura de solubilización. La carragenina tipo kappa contiene de 25% a 30% de éster sulfato y de 28% a 35% de 3,6-AG. La carragenina tipo iota contiene de 28% a 35% de éster sulfato y de 25% a 30% de 3,6-AG. La carragenina tipo lambda contiene de 32% a 39% de éster sulfato y no contiene 3,6-AG.

Carragenina tipo Kappa

Carragenina tipo Iota

Carragenina tipo Lambda

PROCESO DE PRODUCCIÓN Con respecto al sistema de producción, las carrageninas pueden ser refinadas o semi-refinadas. Para las carrageninas semi-refinadas, el proceso de producción es siempre el mismo. Para las carrageninas refinadas existen tres métodos actualmente empleados: Drum Drying, Precipitación por alcohol y Gel Press.

PROPIEDADES 1. SOLUBILIDAD Agua caliente

Todos los tipos de carragenina son solubles en agua caliente a temperaturas superiores a la temperatura de fusión del gel. El intervalo normal de temperaturas es de 40º a 70ºC, dependiendo de la concentración y de la presencia de cationes. Agua fría En agua fría, solamente son solubles la carragenina tipo lambda y las sales de sodio de los tipos kappa e iota. Las sales de potasio y calcio de las carrageninas kappa e iota no son solubles en agua fría pero exhiben expansión por hidratación considerable en función de la concentración, tipos de cationes presentes, temperatura del agua y condiciones de dispersión. Leche caliente Todos los tipos de carragenina son solubles en leche caliente, pero algunos tipos son intensamente afectados por iones de calcio. El enfriamiento tiende a gelificar la solución. La fuerza de gel y la consistencia dependen de la concentración de la solución y de la sensibilidad de la carragenina a los iones de calcio. Leche fría La carragenina tipo lambda es soluble en leche fría debido a su insensibilidad a la presencia de iones de potasio y calcio. Las carrageninas kappa e iota son insolubles en leche fría, pero pueden ser utilizadas eficazmente para espesar o gelificar soluciones de leche fría cuando son usadas en conjunto con un fosfato tal como el pirofosfato tetrasódico (TSPP). Solución de Azúcar Todos los tipos de carragenina son relativamente insolubles en soluciones concentradas de azúcar a temperatura ambiente. Sin embargo, las carrageninas tipo kappa y lambda son solubles en soluciones con hasta 65% de azúcar a temperaturas superiores a 70º C. La carragenina tipo iota es de difícil disolución en soluciones concentradas de azúcar a cualquier temperatura. Solución de Sal (Salmuera) Las carrageninas iota y lambda son solubles en soluciones concentradas de sal a altas temperaturas (20% a 25% de cloruro de sodio). La carragenina kappa es insoluble. 2. GELIFICACIÓN Mecanismo Las soluciones calientes de carrageninas kappa e iota poseen la habilidad de formar geles termorreversibles a través de su enfriamiento. Este fenómeno ocurre debido a la formación de una estructura de doble hélice por los polímeros de la carragenina. A temperaturas superiores a la temperatura de fusión del gel, los polímeros de la carragenina existen en la solución como espirales aleatorios. Durante el enfriamiento de la solución, una red tridimensional de polímeros es formada, en la cual las hélices dobles constituyen los puntos de unión de las cadenas de polímero. El enfriamiento adicional causa la agregación de los puntos de unión para formar la estructura de gel tridimensional. La presencia de asas en la cadena, así como el número, tipo y posición de los grupos de éster sulfato tienen efectos importantes en las propiedades de gelificación. Ese mecanismo de gelificación es básico para las soluciones de carrageninas tipo kappa e iota. Las sales de potasio o calcio son necesarias para la obtención del gel en agua, pero no son necesarias en leche. Textura Las carrageninas kappa e iota forman gel en agua solamente en la presencia de ciertos cationes. La carragenina kappa es sensible al ion potasio y produce geles rígidos y quebradizos en soluciones acuosas con sales de potasio. El gel de carragenina kappa presenta sinérisis (extrusión espontánea de agua a través de la superfície del gel en reposo) y cuanto mayor la

concentración de potasio en la solución mayor será la sinérisis. La carragenina iota es sensible al ion calcio y produce geles blandos y elásticos en soluciones acuosas con sales de calcio. La carragenina iota no presenta sinérisis. La fuerza de gel es directamente proporcional a la concentración de carragenina y de sales. La concentración de cationes superior a un cierto límite implicará en la disminución de la fuerza de gel. El gel formado es termorreversible y puede ser sometido a ciclos de calentamiento y enfriamiento sin alteración considerable en la estructura del gel (pH neutro). Las temperaturas de gelificación y fusión del sol/gel dependen de la concentración de cationes. El aumento de la concentración de sales de potasio o calcio en soluciones acuosas resultará en el aumento de la temperatura de gelificación. 3. VISCOSIDAD La viscosidad de soluciones de carragenina debe ser determinada en condiciones donde no exista ninguna tendencia de gelificación de la solución. Cuando una solución caliente de carragenina es enfriada, la viscosidad aumenta gradualmente hasta que sea alcanzada la temperatura de gelificación. A medida que se inicia la formación del gel, hay un aumento repentino e intenso de la viscosidad. Por lo tanto, la medida de la viscosidad de las soluciones de carragenina debe ser determinada a temperaturas suficientemente altas (75º C) para evitar el efecto de la gelificación. La concentración de carragenina en la solución es en general de 1,5% en peso del volumen de agua. Las carrageninas disponibles comercialmente presentan en general viscosidades que varían de 5 a 800 cP medidas a 75º C en soluciones de 1,5% de carragenina. La viscosidad de soluciones de carragenina depende de la concentración, temperatura, presencia de otros solventes, tipo de carragenina y peso molecular. Mayor peso molecular, mayor concentración o disminución de la temperatura de la solución aumentan la viscosidad considerablemente. 4. ESTABILIDAD La solución de carragenina es bastante estable en los pH neutros o alcalinos. Pero, los pH bajos afectan su estabilidad, especialmente a altas temperaturas. La disminución del pH causa la hidrólisis del polímero de la carragenina, lo cual resulta en la disminución de la viscosidad y de la fuerza de gelificación. Sin embargo, una vez formado el gel, aun en los pH bajos (3,5 a 4,0) no hay más ocurrencia de hidrólisis y el gel permanece estable. Para las aplicaciones prácticas, es importante estar atento a las limitaciones de la carragenina en medios ácidos (solución y gel). El procesamiento de las soluciones de carragenina con pH bajo a altas temperaturas durante un tiempo prolongado debe ser evitado. 5. REACTIVIDAD CON PROTEÍNAS Una de las propiedades que diferencian la carragenina de otros hidrocoloides es su habilidad de interactuar con las proteínas de la leche. La alta reactividad de la carragenina en la leche se debe a la fuerte interacción electrostática entre los grupos de éster sulfato negativamente cargados de la molécula de carragenina con la micela de caseína de la leche que posee regiones de fuerte carga positiva. Otra forma de interacción es a través de puentes entre grupos de éster sulfato de la carragenina con residuos carboxílicos de los aminoácidos que componen la proteína. La reactividad con proteínas depende de muchos factores como concentración de carragenina, tipo de proteína, temperatura, pH y punto isoeléctrico de la proteína. Este fenómeno de interacción y reactividad de la carragenina con las proteínas de la leche en combinación con su habilidad de formar gel y retener agua la constituye en un ingrediente eficaz para la estabilización y gelificación de productos lácticos. 6. INTERACCIÓN CON OTRAS GOMAS

La carragenina kappa presenta una sinergia incomún con la goma de algarroba (LBG) en sistemas acuosos. El gel obtenido de la mixtura de carragenina con LBG presenta un considerable aumento de fuerza de gel, mejora en la capacidad de retención de agua, reducción de sinérisis y una alteración de la textura del gel de quebradiza para elástica. La carragenina iota presenta sinergia con los almidones. Un sistema que contenga una mixtura de carragenina iota y almidón presenta un aumento de viscosidad hasta 10 veces superior a la viscosidad de un sistema que contenga solamente el almidón. De esta forma, la carragenina iota se torna muy útil para la alteración de textura, paladar y propiedades de proceso de sistemas con base en almidón. 7. TIXOTROPÍA A bajas concentraciones, los geles acuosos de carragenina iota poseen propiedades reológicas tixotrópicas. Esos geles pueden ser fluidificados por agitación o corte y vuelven a recuperar su forma de gel elástico después que paran los esfuerzos de agitación o corte. Esta propiedad tixotrópica es especialmente útil para suspender partículas insolubles como especies en salsas para ensaladas. El gel de carragenina kappa no presenta la propiedad tixotrópica. Después de roto, el gel no vuelve a recuperar su forma original a menos que el gel sea calentado y enfriado nuevamente.

ESPECIFICACIONES

El agar-agar es un hidrocoloide extraído de algas marinas que es ampliamente utilizado en la industria alimentaria. Entre sus propiedades principales se destacan su alto poder gelificante, elevada fuerza de gel a bajas concentraciones, baja viscosidad en solución, alta transparencia, gel termorreversible y temperaturas de fusión/gelificación bien definidas. El agar-agar también es utilizado en menor escala en diversas aplicaciones de otros sectores industriales.

MATERIA PRIMA

El agar-agar es obtenido de diversos géneros y especies de algas marinas rojas de la clase Rodophyta. Tales algas son denominadas agarofitas y las principales especies de valor comercial son la Gracilaria, la Gelidium y la Pterocladia. El contenido de agaragar en ellas varía de acuerdo con las condiciones del mar: concentración de dióxido de carbono, presión de oxígeno, temperatura del agua e intensidad de la radiación solar. Las algas son, en general, recolectadas manualmente por pescadores en zonas de baja profundidad y marea baja o, también, por sumersión mediante el uso de equipos adecuados. Después de la recolección, las algas son colocadas al sol para su secado hasta que lleguen a un nivel de humedad ideal para su procesamiento.

FUNCIONALIDAD Y APLICACIONES INDUSTRIA ALIMENTARIA

Una solución de agar-agar en agua forma un gel característico con temperatura de fusión de 85º a 95º C y temperatura de gelificación de 32º a 45º C. Esta propiedad física lo hace considerablemente útil como ingrediente aditivo en diversas aplicaciones en la industria alimentaria.

Productos Lácteos

Helados, pudines, flanes, yogures, leche fermentada, sorbetes, leche gelificada

Dulces y Confitería Caramelos de goma, marron glacé, jalea de mocotó, jalea fantasía, bananada, dulces en pasta, confites, postre tipo gelatina, merengues

Productos Cárnicos Patés, productos enlatados de pescado, pollo y carne

Bebidas Clarificación y refinación de zumos, cervezas, vinos y vinagres

Panificación Cobertura de tartas, relleno de tortas, masas de pan

OTRAS APLICACIONES INDUSTRIALES El gel de agar-agar tiene la interesante propiedad de inhibir la licuación característica que ocurre en la acción enzimática de microorganismos. Esta propiedad encuentra una variedad de aplicaciones en las industrias médica y farmacéutica donde el agar-agar es utilizado como substrato en la preparación de medios de cultivo bacteriano en microbiología, como laxante y agente terapéutico en el tratamiento de disfunciones digestivas, como agente retardador y cargador en la administración de remedios, antibióticos y vitaminas, como agente de suspensión de sulfato de bario en radiología, como estabilizador de soluciones de colesterol y como agente de suspensión en diversos tipos de emulsiones. El agar-agar también encuentra otras varias aplicaciones industriales en las cuales se necesita un agente gelificante como en prótesis dentales, emulsiones fotográficas, diferenciación de proteínas por electroforesis, cromatografía por exclusión de tamaño, moldeo de materiales y medios de cultivo de tejido de plantas en biotecnología.

Industria Médica y Farmacéutica Microbiología, laxante, agente terapéutico, agente de suspensión de emulsiones, agente de estabilización de soluciones

Otras aplicaciones

Prótesis dental, electroforesis, cromatografía, moldeo de materiales, biotecnología

ESTRUCTURA En su estado natural, el agar-agar se presenta como un carbohidrato estructural de la pared celular de las algas agarofitas, donde existe en la forma de sales de calcio o de una mixtura de sales de calcio y magnesio. Es una mixtura compleja de polisacáridos compuesta por dos fracciones principales: la agarosa, un polímero neutro, y la agaropectina, un polímero con carga sulfatado. La agarosa, fracción gelificante, es una molécula lineal neutra, esencialmente libre de sulfatos, que consiste en cadenas repetidas de unidades alternadas β-1,3 D-galactosa y α-1,4 3,6anhidro-L-galactosa. La agaropectina, fracción no-gelificante, es un polisacárido sulfatado (3% a 10% de sulfato) compuesto de agarosa y porcentajes variados de éster sulfato, ácido Dglicurónico y pequeñas cantidades de ácido pirúvico. La proporción de estos dos polímeros varía de acuerdo con la especie del alga, y en la agarosa representa, normalmente, por lo menos dos tercios del agar-agar natural.

PROCESO DE PRODUCCIÓN El agar-agar puede presentarse en diversas formas: polvo, copos, barras e hilos. Para aplicaciones industriales el agar-agar en polvo es lo más utilizado. Las formas de copos, barras e hilos son más utilizadas para fines culinarios. La producción de agar-agar en polvo y en copos puede ser realizada por dos métodos: Gel Press o Precipitación en Solventes. No obstante, el método de Precipitación en Solventes no es muy utilizado actualmente por su alto costo y baja eficacia. El agar-agar en forma de barras e hilos es producido por un sistema tradicional más artesanal.

PROPIEDADES 1. SOLUBILIDAD El agar-agar es insoluble en agua fría pero se expande considerablemente y absorbe una cantidad de agua de hasta veinte veces su propio peso. La disolución en agua caliente es rápida y puede observarse la formación de un gel firme a concentraciones tan bajas como 0,50%. El agar-agar en polvo seco es soluble en agua y otros solventes a temperaturas de 95º a 100º C. El

agar-agar en polvo humedecido por inmersión en etanol, 2-propanol, acetona o salinizado por altas concentraciones de electrolito es soluble en una variedad de solventes a temperatura ambiente.

2. GELIFICACIÓN La fracción gelificante del agar-agar posee una estructura de doble hélice. Esta estructura se reúne para formar una estructura tridimensional que retiene las moléculas de agua en sus intersticios y forma, así, geles termorreversibles. La propiedad de gelificación del agar-agar es debida a los tres átomos de hidrógeno ecuatorial en los residuos de 3,6-anhidro-L-galactosa, que limitan la molécula para formar una hélice. La interacción de las hélices causa la formación del gel. En lo que se refiere al poder de gelificación, el agar-agar es notable entre los hidrocoloides. El gel de agar-agar puede ser obtenido en soluciones muy diluidas que contengan tan solamente una fracción de 0,5% a 1,0% de agar-agar. El gel es rígido, posee formas bien definidas y puntos de fusión y de gelificación precisos. Además, demuestra claramente los interesantes fenómenos de sinérisis (extrusión espontánea de agua a través de la superficie del gel en reposo) e histéresis (intervalo de temperatura entre las temperaturas de fusión y gelificación). La gelificación ocurre a temperaturas muy inferiores a la temperatura de fusión. Una solución de 1,5% de agar-agar forma un gel al ser enfriado para una temperatura de 32º a 45º C y la fusión de tal gel no ocurre a temperaturas inferiores a 85º C. Este intervalo de histéresis es una propiedad moderna del agar-agar que encuentra una variedad de usos en aplicaciones alimentarias. La fuerza de gel del agar-agar es influenciada por los factores concentración, tiempo, pH y contenido de azúcar. El pH afecta notablemente la fuerza de gel del agar-agar: la disminución del pH disminuye la fuerza de gel. El contenido de azúcar también tiene un efecto considerable sobre el gel de agar-agar, pues su aumento resulta en un gel con mayor dureza pero con menor cohesión.

3. VISCOSIDAD La viscosidad de una solución de agar-agar es influenciada y dependiente de la fuente de materia prima. La viscosidad a temperaturas superiores al punto de gelificación es relativamente constante entre los pH de 4,5 a 9,0 y no es muy afectada por edad o fuerza iónica dentro de la gama de pH de 6,0 a 8,0. Sin embargo, una vez iniciada la gelificación, a temperatura constante, la viscosidad aumenta con el tiempo.

4. ESTABILIDAD Una solución de agar-agar posee una carga levemente negativa. Su estabilidad depende de dos factores: hidratación y carga eléctrica. La eliminación de ambos factores resulta en la floculación del agar-agar. Las soluciones de agar-agar expuestas a altas temperaturas durante períodos prolongados pueden degradarse, lo cual resulta en la disminución de la fuerza de gel después de la disminución de la temperatura y de la formación de éste. Este efecto de disminución de la fuerza de gel es intensificado con la disminución del pH. Por lo tanto, debe evitarse la exposición de soluciones de agar-agar a altas temperaturas y pH menores de 6,0 durante períodos prolongados. El agar-agar en la forma seca no está sujeto a contaminación por microorganismos. Sin embargo, las soluciones y los geles de agar-agar son medios fértiles de

contaminación por bacterias y hongos, y deben tomarse las debidas precauciones para evitar el crecimiento de microorganismos.

ESPECIFICACIONES