Propiedades de alginato y aplicaciones en alimentos

Propiedades de alginato y aplicaciones en alimentos

Introducción

En los últimos años ha surgido un interés sobre las propiedades del alginato en la industria alimentaria, se ha resaltando algunos aspectos del mismo como son: los beneficios de la ingesta como fibra para reducción de niveles de azúcar y colesterol en sangre y la capacidad de prolongar la vida útil de los productos.  Estas ventajas se relacionan con las nuevas tecnologías, para desarrollar alternativas empleando al alginato en minimizar los efectos que afectan a las frutas, recubriéndolas por películas formadas del mismo, ya que las usadas actualmente generalmente no son biodegradables y provocan altos niveles de contaminación.  El ácido algínico es un compuesto químico que se encuentra en la pared celular de las algas marinas pardas. Los alginatos son sales del ácido algínico que pueden ser formadas con Na, K, Mg, Ca, entre otros, formando sales de cationes (Na2+, Mg2+, Ca2+) con diferentes grados de solubilidad en agua, lo cual confiere diversos grados de viscosidad.

Principales características

El ácido algínico en su forma salina es un polímero biodegradable y biocompatible que forma geles con facilidad en presencia de iones calcio. Se ha utilizado como estabilizador, aglutinante, espesante, gelificante y formador de películas delgadas sobre superficie. Son los polisacáridos más abundantes en algas marinas, cuya función principal es brindar rigidez, elasticidad, flexibilidad y capacidad de enlazar agua.

Presenta un carácter polianiónico (muchos aniones o iones negativos) que se le confiere a los grupos carboxilo que aparecen a lo largo de la cadena. Las cadenas se agrupan o distribuyen en secciones constituyendo homopolímeros tipos bloque G (-GGG-), bloques M (-MMM-), o heteropolímeros en los que los bloques G y M se alternan (-MGMG-). Si en la estructura se presentan mayormente bloques G el gel es duro, frágil y poseen alta porosidad, mientras que en mayor presencia de bloques M el gel formado se presenta suave, elástico y con poros más pequeños.

[pic 1]

Debido a la forma de bucle (o rizo) en estas cadenas existen cavidades entre ellas que tienen el tamaño adecuado para acomodar el ion calcio y además revestidas con grupos carboxílicos y otros átomos de oxígeno electronegativos.

[pic 2]

Obtención del alginato

[pic 3]

Una vez recolectada el alga, esta puede usarse húmeda o seca. El alga húmeda se corta en pequeños pedazos, se trata con solución diluida de formol y puede almacenarse en tanques de concreto por varios meses. El alga seca generalmente se tritura y se puede almacenar por meses. Cuando va a ser usada, se la hidrata remojándola por varias horas. No obstante, algunos productores emplean el alga intacta. En general, la trituración es más ventajosa pues permite un manejo más sencillo a nivel de planta, e incrementa la superficie de reacción en los tratamientos posteriores.2

El alginato en el alga se encuentra principalmente como la sal de calcio, la cual es insoluble en agua, y en mucha menor medida como sales de sodio, potasio, magnesio, estroncio y bario. En un pre-tratamiento (Figura 3a), se trata el alga con una solución de formol para remover los compuestos fenólicos que dan un color oscuro indeseable, y se remoja en HCl diluido por periodos cortos de tiempo para convertir el alginato de calcio a ácido algínico, según la reacción (1):

Ca(Alg)2 + 2H+ → 2HAlg + Ca2+ (1)

La conversión no es total, pero busca remover la mayor cantidad de calcio sin degradar el alginato.2 El resultado del pre-tratamiento es un lodo de alga que se separa por medio de un filtro de tambor rotatorio. La extracción del alginato como su sal de sodio se realiza con un tratamiento alcalino con una solución de carbonato de sodio Na2CO3, los detalles se muestran en la Figura 3b. En este paso compiten procesos de intercambio iónico y neutralización ácido-base:2

Ca(Alg)2 + 2 Na+ → 2 NaAlg + Ca2+ (2)

HAlg + Na+ → NaAlg + H+ (3)

Las condiciones de reacción afectan la viscosidad final del alginato. El alginato de sodio se disuelve formando una solución muy viscosa, mientras que la celulosa y otros compuestos del alga quedan en suspensión. Para separar los residuos insolubles primero es necesario diluir el extracto entre 4-6 veces su volumen con agua. Luego, se puede emplear la flotación, con ayuda de un floculante, o la filtración, con perlita o tierra diatomea.2

Una vez que se tiene la solución de alginato de sodio, se pueden emplear dos métodos de purificación, como se muestra en la Figura 3c: i) el proceso del alginato de calcio y ii) el proceso del ácido algínico. En el primer método, la solución de alginato de sodio se añade a una solución de cloruro de calcio CaCl2, lo que da lugar a la obtención de fibras.

Gelificación del alginato.

Conocido también como ¨caja de huevo¨ (figura 1), la gelificación se basa en la dimerización de la cadena y, finalmente, en la mayor agregación de los dímeros. La fuerza de los geles depende del número de enlaces cruzados formados, del tipo de reticulación iónica y de la longitud y rigidez de los bloques entre los enlaces. Entre mayor sea la longitud de las cadenas más alta es su viscosidad, al disolverse en agua. En un medio ácido, la viscosidad se va incrementando por la disminución de la solubilidad del ácido algínico libre precipitando en forma de gel a un pH en el intervalo de 3 a 4.

...