¿Cuáles son las aplicaciones del alginato en la industria alimentaria?

El ácido algínico y los alginatos son polisacáridos que se extraen principalmente de algas pardas (Phaeophyceae) del género Lamiaria hyperborea, L. digitata y Ecklonia maxima, Macrocystis pyrifera, Ascophyllum nodosum, Fucus serratus y otras especies de algas marinas. Ascophyllum nodosum, Fucus serratus y otras especies de algas marinas. El ácido algínico y el alginato son productos principales de la industria de las algas marinas en China. Según su naturaleza, se pueden dividir principalmente en dos categorías: goma soluble en agua y goma insoluble. El alginato soluble en agua incluye la sal monovalente de alginato (alginato de sodio, potasio, amonio, etc.), dos sales divalentes de alginato (alginato de magnesio y alginato de mercurio) y derivados del alginato; la goma de algas marinas insoluble en agua incluye alginato, sales divalentes de alginato (excepto sales de magnesio y mercurio) y sales trivalentes de alginato (alginato de aluminio, hierro, cromo, etc.). Los más utilizados son el alginato de sodio, el alginato de calcio y el alginato de propilenglicol.

Este tipo de alginato se encuentra en las paredes celulares de las algas marinas y, en su estado natural, es una mezcla de sales de alginato insoluble (calcio, magnesio, sodio, potasio). Cuando se extrae comercialmente, primero se trata con ácido para convertirlo en alginato insoluble, luego se trata con álcali para formar una solución de alginato soluble, y luego, a través de una serie de procesos como la purificación y la filtración, se puede obtener mediante la adición de diferentes sustancias para obtener diferentes gomas de alginato comerciales. El alginato se obtiene mediante tratamiento ácido, el alginato cálcico se obtiene mediante tratamiento con CaCl2/CaCO3, el alginato sódico se produce mediante tratamiento con Na2CO3 y el alginato amónico se produce mediante neutralización con ácido carbónico. El alginato se hace reaccionar con óxido de propileno para producir otro importante derivado químicamente modificado del alginato, el alginato de propilenglicol (PGA). El alginato se utiliza ampliamente en las industrias alimentaria y farmacéutica debido a sus propiedades gelificantes únicas y a su capacidad para espesar, estabilizar, emulsionar, dispersar y formar películas.

Imagen I. Composición química y estructura del alginato

La goma de algas marinas o alginato es el principal componente estructural polisacárido de las algas pardas. El polímero de alginato consta de dos monómeros: la unidad de ácido β(1→4)-D-manurónico y la unidad de ácido α(1→4)-L-gulurónico, estos dos monómeros se combinan alternativamente entre sí para convertirse en tres segmentos de cadena estructural diferentes, que son los siguientes: segmento de cadena compuesto por ácido manurónico (-M-M-M-M-); segmento de cadena compuesto por ácido gulurónico (-G-G-G-G-); y segmento de cadena compuesto por dos monómeros alternados (M-G-M-M-G); un segmento de cadena compuesto por ácido gulurónico (-G-G-G-G-); y un segmento de cadena compuesto por dos monómeros alternados (M-G-M-G). La molécula de polímero de la goma de algas marinas consta de estos tres segmentos de cadena. El peso molecular puede llegar a ser de 200 000 moléculas. La proporción de monómeros con respecto a los segmentos de cadena varía y depende de la materia prima del alginato. Las diferentes fuentes contienen diferentes proporciones de ácido mannurónico (M) con respecto al ácido gulurónico (G), lo que da lugar a diferentes usos y propiedades. En una molécula, puede contener un segmento de cadena continua formado por uno solo de los glioxilatos, o puede ser un copolímero en bloque formado por dos enlaces de glioxilato. Las variaciones en las proporciones de los dos ácidos glucurónicos en la molécula, así como las diferencias en su ubicación, pueden conducir directamente a diferencias en las propiedades del alginato, como la viscosidad, las propiedades gelificantes y la selectividad iónica.

Los segmentos de la cadena de ácido poligulurónico son más rígidos que los segmentos de la cadena de ácido polimannurónico y tienen un mayor volumen nematico en solución, mientras que los segmentos de la cadena que consisten en diferentes tipos de enlaces de ácido glicoaldehídico tienen mejor flexibilidad y un menor volumen nematico en solución que los que consisten únicamente en los dos ácidos glicoaldehídicos mencionados anteriormente. En igualdad de condiciones, cuanto mayor sea la rigidez de los segmentos de cadena de la molécula de alginato, mayor será la viscosidad de la solución preparada y mayor la fragilidad del gel formado.

Cada tipo de alga marina contiene su propia estructura de gel de algas, y la estructura especial del gel de algas tiene una gran influencia en sus propiedades, especialmente en la presencia de iones de calcio cuando se produce el efecto gelificante. Los segmentos de la cadena de ácido poligulurónico se unen con mucha fuerza a los iones de calcio y forman una estructura reticular totalmente polimerizada. Los segmentos de la cadena de ácido poligulurónico, aunque también se unen al calcio, no son tan fuertes. El ion de calcio se une preferentemente al ácido gulurónico y también se une bien a los residuos de ácido gulurónico entre los dos segmentos de cadena diferentes. La unión compleja entre muchos segmentos de cadena en diferentes moléculas forma una estructura de malla completa y un gel. El alto peso molecular, el bajo contenido en calcio o la alta composición de ácido glucurónico de los segmentos de cadena de la goma de algas marinas forman un gel duro, tiene buenas propiedades gelificantes y se utiliza generalmente en alimentos como agente gelificante. Por el contrario, la goma de alginato con bajo peso molecular, alto contenido en calcio o que contiene segmentos de cadena compuestos por alto ácido manurónico se utiliza a menudo como espesante en alimentos.

Derivados químicos del ácido algínico

El ácido algínico puede convertirse en varios derivados a través del posterior proceso de modificación química. El alginato de propilenglicol (PGA) es uno de los derivados más típicos, pero también se ha realizado la producción industrial y se han aplicado un gran número de derivados del alginato. El PGA tiene estabilidad ácida y puede prevenir la precipitación causada por el calcio y otros iones metálicos de alto valor, lo que tiene ventajas obvias en la aplicación de algunos alimentos ácidos.

Además, el alginato puede reaccionar con aminas orgánicas para producir sales de alginato de amonio. Las aminas orgánicas que pueden utilizarse son: trietanolamina, triisopropilamina, butilamina, dibutilamina y dipentilamina. El alginato de amonio también puede producirse haciendo reaccionar PGA con aminas primarias como amoníaco, etanolamina, etilendiamina, etilamina, propilamina, isobutilamina y butilamina, pero no es fácil reaccionar con aminas secundarias. La producción industrial de alginato de amonio se produce generalmente neutralizando el ácido algínico con amoníaco o carbonato de amonio. En la actualidad, aunque se ha podido sintetizar acetato de alginato y sulfato de alginato, todavía no se ha aplicado en la práctica. El carboximetilalginato puede fabricarse tratando el alginato de sodio con ácido cloroacético y álcali, y también se pueden sintetizar una serie de ésteres de diol de alginato a base de hidrocarburos. La reacción del óxido de etileno y el alginato puede generar alginato de 2-hidroxietilo.

En tercer lugar, las propiedades físicas del alginato

Las algas marinas solubles en agua de utilidad comercial incluyen sales monovalentes de alginato (alginato de sodio, alginato de potasio, alginato de amonio), alginato de calcio, sales mixtas de alginato de amonio y calcio, ácido algínico y éster de propilenglicol de alginato.

El alginato, como sustancia polisacárida hidrófila, absorbe fácilmente el agua de la atmósfera y, por lo tanto, el contenido de humedad en equilibrio está relacionado con la humedad relativa. El alginato tiene una buena estabilidad de almacenamiento en seco a temperatura ambiente o inferior, por lo que los productos de alginato deben almacenarse en un lugar fresco y seco.

El alginato es un tipo de polímero hidrófilo que, cuando se introduce en el agua, si no se agita, las partículas de gel pueden aglomerarse y su parte central no es fácil de mojar con el agua, lo que provoca una disolución lenta, lo que dificulta su uso. En la producción de uso general del método de disolución de alto cizallamiento, es decir, en la agitación continua a alta velocidad, añadir lentamente el polvo de cola al agua, seguir removiendo hasta que se convierta en una cola espesa. Calentar adecuadamente durante el proceso de disolución, o añadir la cantidad adecuada de azúcar y otros polvos secos mezclando y dispersando antes de añadir al agua también ayudará a la disolución del alginato.

(i) Alginato

Alginato, fórmula molecular (C6H7O6H)n, polvo blanco o amarillo claro, insoluble en agua fría, soluble en solución alcalina, insoluble en disolventes orgánicos. Es inodoro e insípido, o tiene un ligero olor especial. El valor de pH de una suspensión acuosa al 3 % es de 2,0-3,4, y se precipita con sal de calcio. El ácido algínico es un tipo de ácido poliglucurónico extraído de las algas marinas (por ejemplo, algas marinas, macroalgas, etc.), que puede utilizarse como estabilizador, espesante, emulsionante y agente gelificante en la industria alimentaria, y puede utilizarse como estabilizador espesante para helados, salsas, mermeladas, pan, fideos, nata montada, sopas, etc.; agente regulador de descongelación para alimentos congelados; agente de suspensión para refrescos; agente de recubrimiento para alimentos horneados; emulsionante para pudín y nata en polvo atomizada. Emulsionante para pudín y nata en polvo atomizada. El ácido algínico también se puede utilizar en la industria farmacéutica y sanitaria, como agente contra la obesidad y para el tratamiento de enfermedades gástricas. Los nuevos agentes tienen un mayor valor médico, al mismo tiempo, también es la producción de éster de propilenglicol de alginato, alginato de trietilamina, alginato de sodio dibásico (PSS) y otras materias primas importantes.

(B) alginato de sodio

El alginato de sodio, también conocido como fucoidan de sodio, goma de algas marinas, goma de algas pardas, alginato, polvo o partículas blancas o amarillo claro, inodoro, insípido, soluble en agua, su solución acuosa es un coloide viscoso, insoluble en alcohol y otros disolventes orgánicos. La fórmula molecular es C5H7O4COONa)n. Se utiliza ampliamente en alimentos, medicina, textiles, impresión y teñido, fabricación de papel, industria química de uso diario, etc. Se utiliza principalmente en la industria alimentaria como estabilizador, espesante, emulsionante, agente dispersante y coagulante en el procesamiento de bebidas frías, pasteles, caramelos, bebidas instantáneas y productos alimenticios, etc. Especialmente desde la década de 1980, las algas marinas se han utilizado en el procesamiento de productos alimenticios. Especialmente desde la década de 1980, el alginato de sodio se ha expandido continuamente en aplicaciones alimentarias. El alginato de sodio no solo es un aditivo alimentario seguro, sino que también puede utilizarse como material base de alimentos biónicos o terapéuticos. Dado que en realidad es una fibra dietética natural, se ha informado de que ralentiza la absorción de ácidos grasos y sales biliares, y tiene el efecto de reducir el colesterol sérico, los triglicéridos en sangre y la glucosa en sangre, lo que puede prevenir enfermedades modernas como la hipertensión, la diabetes y la obesidad. Puede inhibir la acumulación de metales nocivos como el estroncio, el cadmio y el plomo en el cuerpo en el tracto intestinal. Es debido a estas importantes funciones del fucoidan de sodio que se ha enfatizado cada vez más en el país y en el extranjero.

(III) Alginato de potasio

Fórmula molecular del alginato de potasio: (C6H7O6K)n, propiedades: polvo irregular de color blanco a amarillo claro, inodoro, insípido, fácilmente soluble en agua para formar una solución viscosa, insoluble en etanol o con un contenido de etanol superior al 30 % (p/p) de la solución hidroalcohólica, insoluble en cloroformo, éter y ácido con un pH inferior a 3. El alginato de potasio se puede obtener generalmente haciendo reaccionar alginato con carbonato de potasio o hidróxido de potasio.

Puede utilizarse como estabilizador y espesante en alimentos enlatados, helados, fideos y otros alimentos de acuerdo con GB2760 de China. Usos: Se utiliza principalmente en la medicina y la industria alimentaria. El alginato de potasio es un tipo de carbohidrato polisacárido natural extraído de las algas marinas, que, según se informa, tiene el efecto de reducir la grasa en sangre, el azúcar en sangre, el colesterol, etc. Se utiliza principalmente en productos farmacéuticos y alimentos saludables.

(IV) Alginato de amonio

El alginato de amonio es un polvo fibroso o grueso de color blanco a amarillo claro, casi inodoro e insípido, que se disuelve lentamente en agua para formar una solución coloidal viscosa, insoluble en etanol y con un contenido de etanol superior al 30 % (p/p) de la solución hidroalcohólica, insoluble en cloroformo, éter y con un valor de pH inferior a 3 de la solución ácida. Su método de producción industrial se obtiene generalmente neutralizando el alginato con amoníaco o carbonato de amonio.

(E) Alginato de calcio

Alginato de calcio, fórmula molecular: [(C6H7O6)2Ca]n, polvo blanco a polvo indefinido amarillo claro, inodoro, insípido, insoluble en agua y disolventes orgánicos, insoluble en etanol. Lenta solubilidad en polifosfato de sodio, soluciones de carbonato de sodio y soluciones de compuestos de calcio. Su sistema industrial se obtiene generalmente por la reacción entre el alginato y el hidróxido de calcio o el carbonato de calcio.

Cuarto, las propiedades reológicas del alginato y los factores que influyen en ellas

No existe correlación entre la viscosidad del alginato y la capacidad de gelificación; en la práctica, no hay un límite claro entre el espesamiento y el gel débil; la presencia de una pequeña cantidad de iones de calcio puede hacer que aumente la viscosidad, mientras que una gran cantidad de iones de calcio convierte la solución en un gel. El alginato puro disuelto en agua destilada forma una solución homogénea con alta fluidez. Los factores físicos que afectan a las propiedades fluidas de las soluciones de alginato incluyen la temperatura, la velocidad de cizallamiento, el tamaño de las partículas de polímero, la concentración y los disolventes miscibles con agua destilada. Los factores químicos que afectan a las soluciones de alginato son: el pH, los quelatos, diversos cationes y compuestos de aminas cuaternarias.

(i) Propiedades reológicas de las soluciones de alginato

La concentración de la solución de alginato es un factor importante que afecta a las propiedades reológicas de la solución de alginato. Por ejemplo, la viscosidad media de la solución de alginato de sodio, cuando la concentración es del 0,5 %, en el rango de baja velocidad de cizallamiento para las características del fluido newtoniano, en la alta velocidad de cizallamiento en el rendimiento de las características del fluido no newtoniano; pero cuando la concentración es del 2,5 %, tanto en la velocidad de cizallamiento baja como alta se muestran como características del fluido no newtoniano. De manera similar, una solución al 3 % de alginato de propilenglicol presenta un comportamiento pseudoplástico en un amplio rango de velocidades de cizallamiento; mientras que a una concentración del 1 % o menos, la solución tiene una viscosidad casi estable y no presenta pseudoplasticidad a velocidades de cizallamiento inferiores a 100 s-1.

El alginato de sodio tiene un alto peso molecular y rigidez molecular, y se pueden obtener soluciones de alta viscosidad aparente incluso a bajas concentraciones.

Las curvas de viscosidad-cizallamiento del alginato de sodio y el alginato de potasio de viscosidad media son consistentes en todo el rango de velocidades de cizallamiento. Las curvas de viscosidad-cizallamiento del PGA de baja viscosidad y el alginato de sodio se superponen esencialmente en el rango de velocidades de cizallamiento superiores a 10 000 s-1, y se bifurcan solo a velocidades de cizallamiento más bajas.

(II) Factores que afectan a las propiedades reológicas de la solución de alginato

1. Temperatura

Cuando la temperatura aumenta, la viscosidad de la solución de alginato disminuye, y la viscosidad disminuye en aproximadamente un 12 % por cada aumento de 5,6 ℃ en la temperatura. Si no se somete a altas temperaturas durante mucho tiempo, la viscosidad puede recuperarse cuando se baja la temperatura. El calentamiento provoca la degradación térmica del alginato, cuyo grado depende de la temperatura y el tiempo. Aunque bajar la temperatura de la solución de alginato aumentará la viscosidad, pero no generará un gel, la solución de alginato se congelará, y luego se descongelará y descongelará de nuevo, su viscosidad no cambiará.

2. Disolvente

La adición de pequeñas cantidades de disolventes no acuosos que son miscibles con agua, como el etanol, el etilenglicol o la acetona, aumentará la viscosidad de las soluciones de alginato y, en última instancia, dará lugar a la precipitación del alginato. Los límites permisibles de las soluciones de alginato para estos disolventes están influenciados por la fuente del alginato, el grado de polimerización, el tipo de catión presente y la concentración de la solución.

1. Concentración

Al igual que la mayoría de los demás geles alimentarios, la viscosidad de los alginatos como el alginato de sodio, el alginato de amonio, el alginato de potasio y el PGA aumenta con su concentración en soluciones acuosas. Por supuesto, existen grandes diferencias en el aumento de la viscosidad para los distintos grados de viscosidad de los alginatos.

4. pH

En términos generales, el alginato es más estable en condiciones ácidas, especialmente el PGA. El valor del pH debe reducirse a 3,0 cuando el PGA pueda gelificarse, por encima de 7,0 se producirá saponificación y descomposición, mientras que el valor del pH de 3,0-7,0 es bastante estable, por lo que el PGA es muy adecuado para la aplicación de alimentos ácidos.

5. Gelificación

El alginato puede reaccionar con muchos cationes de alto valor (excepto el magnesio) para producir reticulación. Cuando aumenta el contenido de cationes multivalentes, la solución de alginato se espesa y forma un gel, que finalmente precipita.

Todos los geles de alginato son el resultado de interacciones entre moléculas de alginato y son térmicamente irreversibles. La estructura y la fuerza del gel pueden ajustarse eligiendo el agente gelificante adecuado.

Los iones metálicos multivalentes, como el zinc, el aluminio y el cobre, en presencia de un exceso de amoníaco, pueden generar complejos con el alginato. Cuando se elimina el amoníaco de este sistema, se produce alginato insoluble. El calcio se utiliza con mayor frecuencia para modificar las propiedades fluidas de las soluciones de alginato y las propiedades gelificantes de los cationes polivalentes. El calcio también puede utilizarse para preparar fibras y películas de alginato insoluble.

La adición de calcio a un sistema de alginato puede cambiar significativamente sus propiedades gelificantes. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que si el calcio se añade demasiado rápido, puede provocar una reacción local demasiado rápida, afectando a la uniformidad de todo el sistema y generando un gel discontinuo. Por lo tanto, intente utilizar una disolución lenta de sales de calcio, o añadir como integradores tripolifosfato de sodio o hexametafosfato de sodio, con el fin de controlar la velocidad de calcio.

Varios principios utilizados para controlar la fuerza del gel o el tiempo de gelificación son:

(1) la adición de un agente quelante debilitará el efecto de generación de gel, pero una adición demasiado baja de agente quelante puede producir un gel discontinuo; (2) la reducción del contenido de calcio da como resultado un gel más blando, y el aumento del contenido de calcio da como resultado un gel más duro. Sin embargo, los cortes excesivos de calcio pueden conducir a la generación de geles discontinuos o precipitados; (3) en un sistema ácido, la adición de ácidos de disolución lenta puede acelerar la formación de geles; (4) cuanto mayor sea la viscosidad del alginato, más quebradizo será el gel formado; (5) cuanto más se acerque el contenido de calcio a la cantidad de cálculos químicos necesarios para la reacción con el alginato, mayor será la probabilidad de producir una contracción por deshidratación.

1. Agente quelante

La adición de un agente quelante a una solución de alginato sirve para quelarlo con cationes polivalentes residuales y para evitar que el alginato reaccione con estos cationes polivalentes. Las soluciones de alginato de sodio con bajo contenido en calcio muestran muy pocos cambios en la viscosidad cuando se añaden agentes quelantes. Por el contrario, cuando se añade una solución de alginato de calcio-alginato de sodio a un agente quelante, la viscosidad cambia significativamente. La adición de agente quelante puede hacer que el fluido de la solución de alginato se acerque al fluido newtoniano.

1. Sales monovalentes

La adición de sales monovalentes reducirá la viscosidad de la solución de alginato diluida. La concentración de sales monovalentes en la solución alcanza 0,1 mol/L, el mayor efecto sobre la viscosidad. En la solución concentrada, este efecto es menos significativo. Los principales factores que afectan al papel de las sales monovalentes en la solución de alginato son: el tipo de sal, la fuente de alginato, el grado de polimerización y la concentración.

1. Características de gelificación y métodos de alginato

(I) Mecanismo de gelificación

En la industria alimentaria, el alginato se utiliza principalmente como agente gelificante y espesante. En la aplicación del alginato, la gelificación es muy utilizada. El alginato soluble en agua reacciona con los iones de calcio y puede formar gel muy rápidamente. Sin embargo, el mecanismo de formación del gel y sus factores de influencia son más complejos.

La formación de gel de alginato pertenece a la gelificación química. Las macromoléculas iónicas (como el alginato) en presencia de iones metálicos de alto valor pueden formar geles, y no existe relación con la temperatura. Tanto el alginato de sodio como la pectina de bajo éster obtienen un tipo especial de gel mediante una reacción química con iones de calcio mientras forman enlaces cruzados. En general, se cree que este entrecruzamiento se debe a la interacción de dos grupos carboxilo en cadenas poliméricas vecinas con iones de calcio para formar puentes iónicos o quelación con iones de calcio a través de grupos hidroxilo y carboxilo en cada par de cadenas poliméricas.

Las propiedades del alginato (sal) dependen principalmente de su viscosidad y de la proporción de ácido mannurónico y ácido gulurónico (M/G); cuanto mayor es el peso molecular, mayor es la viscosidad, y controlando el grado de degradación del peso molecular a través de las condiciones del proceso, es posible obtener diferentes grados de viscosidad del alginato; sin embargo, la proporción M/G, que determina el tamaño de su capacidad de formación de gel, depende de la fuente de las diferentes especies.

Por lo general, el tipo M alto se utiliza comúnmente como espesante, mientras que el tipo G alto se utiliza como agente gelificante, porque en la interpretación del modelo de «cartón de huevos» de la teoría de la gelificación del alginato, los fragmentos unidos al ácido gulurónico tienen una configuración espacial que acepta iones de calcio, mientras que los fragmentos de ácido manurónico tienden a tener forma de cinta y son menos propensos a aceptar iones de calcio. Los iones de calcio forman un gel quebradizo de alta resistencia con alginato de tipo G con buena estabilidad térmica, que puede convertirse en un gel térmicamente irreversible; mientras que con el tipo M alto, genera un gel elástico débilmente fuerte, que es más adecuado para tratamientos de descongelación o congelación, por otro lado, la fuerza del gel del tipo M alto es mayor que la del tipo G alto cuando la concentración de iones de calcio es baja, y a medida que aumenta la concentración de iones de calcio, la fuerza del gel del tipo G alto aumenta rápidamente y supera significativamente la fuerza del gel del tipo M alto. Con el aumento de la concentración de iones de calcio, la fuerza del gel del tipo G alto aumentó rápidamente y superó en gran medida la del tipo M alto, mientras que el aumento del tipo M alto fue lento; cuando el aumento de la concentración de iones de calcio superó la cantidad máxima necesaria para la formación de gel, provocó una disminución de la fuerza del gel.

La concentración de iones de calcio en el sistema tiene una gran influencia en el uso práctico del alginato. La adición de diferentes cantidades de iones de calcio a la solución de alginato de sodio de alta M al 0,5 % mostró que: la solución era pseudoplástica a un nivel de 0-50 ppm, tixotrópica a un nivel de 50-350 ppm, y comenzaba a formar un gel a un nivel de 350 ppm o más. En la aplicación de diferentes sales de calcio o agentes quelantes para controlar la velocidad y el tiempo de formación del gel, se utilizan comúnmente sales de calcio con diferente solubilidad: como el CaCL2, en el pH neutro todos se disocian en iones de calcio y pueden reaccionar rápidamente con el alginato para formar un gel; sulfato de calcio dihidratado, solo una pequeña cantidad de iones de calcio se disocian en iones de calcio en el pH neutro, pero en el pH ácido pueden disociarse en todo el control de las condiciones específicas de pH, para mantener solo una cierta cantidad de iones de calcio con alginato en el sistema, y para mantener una cierta cantidad de iones de calcio con el gel. Control de condiciones específicas de pH para mantener solo una cierta cantidad de iones de calcio en el sistema y reacción de alginato, la reacción de los iones de calcio se consumirá a partir de la disociación adicional del sulfato de calcio el equilibrio se repondrá para mantener la misma concentración de iones de calcio; fosfato dicálcico, su solubilidad a pH neutro es cero, con el aumento de la acidez del sistema, el número de iones de calcio libres aumenta; el uso de agentes quelantes, como el pirofosfato de sodio, el citrato de sodio, etc., y su capacidad quelante de iones de calcio por el pH; el uso de agentes acidificantes como el ácido glucónico, el citrato de sodio, etc., y la capacidad de quelar iones de calcio por el pH; el uso de agentes acidificantes como la glucono-δ-lactona, cuyo grado de acidificación está controlado por la temperatura del sistema; por lo tanto, el uso hábil de estos factores puede utilizarse para controlar la velocidad, el tiempo y la fuerza del gel.

La cantidad de iones de calcio necesarios para la preparación del gel depende totalmente de las condiciones de preparación del gel. Por ejemplo, a un pH de 4,0, se puede producir un gel a partir de una cantidad determinada de alginato con una cantidad calculada químicamente de iones de calcio que oscila entre el 10 % y el 15 %. Sin embargo, a un pH de 7,0, se requiere el doble de iones de calcio (alrededor del 2 % de calcio por dosis de alginato de sodio). En condiciones ácidas, algunos de los grupos carboxilo se protonan, lo que reduce la repulsión entre cadenas y, por lo tanto, disminuye la cantidad total de calcio necesaria para formar el gel.

La forma de aumentar la resistencia del gel de alginato es aumentar la concentración de alginato o de iones de calcio, así como reducir la temperatura del sistema (congelación). Para debilitar la fuerza del gel de alginato, se pueden utilizar los siguientes métodos: disminuir la concentración de alginato o iones de calcio, aumentar la temperatura del sistema, aumentar el contenido de componentes solubles en el sistema, añadir polímeros de masa molecular relativa alta y añadir agentes quelantes.

(ii) Métodos de formación de goma

Casi todos los alginatos solubles son capaces de formar geles, y existen tres métodos diferentes mediante los cuales se pueden hacer alginatos para formar geles.

1. Gelificación dispersiva

La coagulación dispersiva es la técnica más simple, es decir, se forma un gel cuando los iones de calcio se difunden en el alginato hidratado. Debido a que el proceso de difusión es lento, solo se puede utilizar para tiras finas, como las tiras de pimiento, o para recubrir la superficie de aros de cebolla con una fina capa de gel. Si se aumenta la concentración de iones de calcio en el gel, se puede aumentar la velocidad de dispersión. Sin embargo, existe un límite para esto, porque la fuente de iones de calcio más utilizada es el cloruro de calcio, y cuando su concentración es demasiado alta puede afectar al sabor de los alimentos. Otro coagulante de uso común es el lactato de calcio, que tiene la desventaja de una solubilidad muy baja en agua (alrededor del 5%).

1. Coagulación interna

La coagulación interna suele tener lugar a temperatura ambiente con una liberación controlada de calcio del ingrediente. Se utiliza habitualmente en la preparación de frutas, carnes y muchos postres fríos preparados. El sulfato de calcio (que suele contener dos moléculas de agua) y el hidrogenofosfato de calcio son las fuentes de calcio más utilizadas. La proporción de calcio que necesita la molécula de alginato depende en gran medida del pH, el peso molecular, el tamaño del punto de plasma y la solubilidad de la propia sal de calcio. Cuanto menor sea el tamaño de las partículas y más bajo el pH, más rápido se liberará el calcio. El calcio debe incorporarse en la producción para controlar la velocidad de liberación, de modo que el gel de algas se pueda disolver antes de que comience la reacción entre el gel de algas y el calcio.

Una vez determinada la cantidad de goma de algas y sal de calcio, el aumento de la cantidad de integrador reduce la velocidad de gelificación. El gel resultante es más débil porque la distribución final de iones de calcio entre el alginato y el integrador favorece más a este último. Por lo tanto, el uso de un agente integrador para controlar la reacción de gelificación solo es necesario si se quiere evitar la gelificación prematura y la ruptura irreversible de la estructura del gel durante la mezcla. Obviamente, si se utiliza un equipo de mezcla rápida eficiente, solo se necesita una pequeña cantidad de integrador y solo se disuelve una pequeña cantidad de sal de calcio durante la mezcla. En este caso, la coagulación rápida da como resultado un gel firme. Los integradores típicos para productos alimenticios son el hexametafosfato de sodio, el pirofosfato tetrasódico y el citrato de sodio.

1. Gelificación por enfriamiento

El tercer método para preparar un gel de alginato consiste en disolver los ingredientes del gel, incluidos el alginato, las sales de calcio, los ácidos y los integradores, en agua caliente y dejar que la solución se enfríe para permitir la coagulación. Aunque los iones de calcio necesarios para la reacción de coagulación ya están en solución con el alginato, no pueden coagularse a altas temperaturas porque las cadenas de alginato son lineales cuando hay demasiado calor. Solo cuando la solución se enfría puede realizarse la asociación interna de las cadenas causada por el calcio. A diferencia del gel de gelatina, el gel de alginato es irreversible cuando se calienta, por lo que puede utilizarse para dulces en algunas zonas donde las temperaturas ambiente más altas son suficientes para derretir el gel hecho de gelatina. El papel de las sales de calcio y los integradores en tales sistemas es el mismo que en la gelificación interna descrita anteriormente.

El efecto de contracción por deshidratación o pérdida de agua en estos geles es mínimo. Esto se debe a la estabilidad que proporciona el calcio necesario para formar el gel, que permite que todas las moléculas de alginato formen una red termodinámicamente estable al mismo tiempo que se forma el gel.

En la coagulación difusa, las primeras en actuar son las moléculas de alginato que están muy cerca de los iones de calcio en el coagulante, mientras que en la coagulación interna, las primeras en actuar son las moléculas de alginato que están muy cerca de los diminutos plasmas de las sales de calcio disueltas. Por lo tanto, tanto en la condensación difusa como en la interna, las moléculas de alginato no tienen oportunidad de alinearse en línea recta durante todo el proceso, y por lo tanto su red de gel se construye sobre una base inestable. Esta inestabilidad, en general, exacerba la contracción del gel y la contracción por deshidratación.

En correspondencia con los tres métodos anteriores, en aplicaciones específicas de procesamiento de alimentos, el método de formación de gel también puede dividirse en (1) método de infiltración: a través de los iones de calcio que penetran constantemente en la solución de alginato y se convierten en gel, como para la conservación de la fruta (primero la fruta a través de la solución de alginato de sodio y luego los iones que contienen calcio en la solución, la superficie de la fruta que es la formación de un gel, secándose para convertirse en una película fina y así evitar que la fruta respire). (2) Método de mezcla: añadir alginato de sodio de tipo G alto y sales de calcio ligeramente solubles (en sistema de pH neutro) o sales de calcio insolubles (en sistema de pH ácido) en el sistema, y controlar las características del gel cambiando la temperatura, la acidez, la concentración efectiva de calcio y el tiempo de reacción; como para la reorganización de la carne picada (94 % de carne picada, 0,9 % de alginato de sodio de tipo G alto, 0, 09 % de pirofosfato de sodio, 0,9 % de sulfato de calcio dihidratado y 4 % de agua. La disociación del sulfato de calcio se rompe por la formación de un gel a partir de iones de calcio y alginato de sodio y es necesario disociar cada vez más iones de calcio, y la mezcla se coloca en un recipiente de cierta forma, y después del tiempo necesario se obtiene una pieza entera de carne bien estructurada). Otro método de utilizar una mezcla de dos fases, A y B, en un sistema ácido para producir un producto de filamento de vidrio de frutas también es útil para comprender la aplicación específica.

El fosfato dicálcico en la fase A no reacciona con el alginato de sodio para formar un gel en condiciones neutras, y cuando las dos fases se mezclan mediante agitación a alta velocidad y luego se extruyen a través de una boquilla porosa de tubo largo, se ha formado un gel filamentoso vítreo porque la mezcla de dos fases convierte el sistema en un sistema ácido, y el fosfato dicálcico comienza a liberar iones de calcio para reaccionar con el alginato de sodio y formar un gel, y la fuerza del gel aumenta con el tiempo de transporte en la cinta transportadora. (3) Método de enfriamiento: debido a la alta temperatura, el intenso movimiento intermolecular Brang no puede hacer que los iones de calcio y el alginato de sodio formen una estructura de gel, por lo que todos los componentes necesarios se pueden añadir al sistema de solución de alta temperatura, para que la temperatura de la solución baje hasta el punto de gelificación, es decir, la formación de calor no derretirá el gel incluso si se calienta térmicamente de forma irreversible.

Además, el alginato y otros geles alimentarios tienen compatibilidad con la pectina de alto contenido en éster que puede formarse en el sistema que no contiene iones de calcio en la formación de gel térmicamente irreversible, para la producción de mermelada baja en calorías; y la pectina de alto contenido en éster por sí sola puede estar en el sistema que contiene alto contenido en azúcar para formar un gel.

Sexto, el papel del alginato y la proteína entre el

El alginato, al igual que otros geles solubles en agua, puede actuar con las proteínas. El principal uso de esta acción puede ser la recuperación de proteínas por precipitación. En general, se cree que en la acción controlada del alginato y la proteína, los enlaces de hidrógeno y las fuerzas de Van der Waals son factores importantes que conducen a esta acción. También depende de la carga transportada por la macromolécula, y la máxima interacción se produce en el punto de carga más pequeño. Las mediciones de la viscosidad de los sistemas de proteína-alginato a diferentes pH muestran que cuando el pH se reduce cerca del iso-punto de la proteína, la viscosidad del sistema aumenta debido a la formación de complejos solubles. Si el pH se reduce aún más, se produce la precipitación del complejo debido a la pérdida de toda la carga transportada. Además de utilizarse para precipitar proteínas, el alginato también puede utilizarse para inhibir la precipitación de proteínas en condiciones adecuadas. Por debajo del punto isoeléctrico de las proteínas, la adición de una cantidad adecuada de alginato puede reducir el punto isoeléctrico e inhibir la precipitación de proteínas para mantenerlas en solución. A un pH más bajo (pH 3,5 a 4,0), el alginato tiene una mayor capacidad de precipitar proteínas que la pectina y la carboximetilcelulosa, lo que se debe principalmente al hecho de que en la cadena de la molécula de alginato, la carga transportada por el grupo terminal de cada unidad es mayor que la de la pectina y la carboximetilcelulosa. Además, la configuración del espacio también es un factor importante.

Siete, el alginato en las aplicaciones de la industria alimentaria

Las principales variedades de alginato utilizadas en la industria alimentaria son: alginato de sodio, alginato de potasio, alginato de calcio y alginato de propilenglicol. La función más importante del alginato en el procesamiento de alimentos es la gelificación, es decir, la formación de geles comestibles. En segundo lugar, las propiedades espesantes y filmógenas de los alginatos también se utilizan ampliamente en la industria alimentaria. El alginato de sodio en la industria alimentaria se utiliza a menudo como espesante (salsas, aderezos para ensaladas, espesante de bebidas de frutas, etc.), estabilizador (en helados), agente formador de película (utilizado en pasteles para sándwiches, pescado congelado, carne, etc. para evitar la infiltración de agua, envoltorios antiadherentes para caramelos, conservación de frutas) y agente de retención de agua (utilizado en productos congelados y dulces congelados de productos lácteos), etc.

(I) El papel principal del alginato en los alimentos

1. Estabilización

El alginato de sodio, en lugar del almidón, gelatina para estabilizador de helado, puede controlar la formación de cristales de hielo, mejorar la textura del helado, pero también estabilizar el sorbete de agua azucarada, el rocío de hielo y frutas, la leche congelada y otras bebidas mezcladas. Muchos productos lácteos, como el queso refinado, la crema de guandán, el queso, etc. El efecto estabilizador del alginato de sodio puede evitar la adhesión de los alimentos y el embalaje, puede utilizarse como cubierta de joyería láctea, lo que puede hacerla estable y evitar que la masa de glaseado se agriete.

2. Espesante

El alginato de sodio se puede utilizar en la salsa de ensalada (una especie de ensalada de col), pudín (una especie de aperitivo dulce), mermelada, ketchup y productos enlatados del agente espesante, con el fin de mejorar la estabilidad de las propiedades del producto y reducir la filtración de líquidos.

3. Hidratación

Añadir alginato de sodio en la producción de fideos, vermicelli, harina de arroz puede mejorar la adhesión de la organización del producto, de modo que sea fuerte, flexible, reducir la tasa de rotura, especialmente para el contenido de gluten de la harina inferior, el efecto es más evidente. Añadir alginato de sodio en pan, pasteles y otros productos, puede mejorar la organización interna de la uniformidad del producto y el efecto de retención de agua, prolongar el tiempo de almacenamiento. Añadido en los productos de confitería congelados puede proporcionar una capa protectora de fusión térmica, mejorar la fuga de sabor, mejorar el punto de fusión del rendimiento.

4. Gelificación

El alginato de sodio puede transformarse en una variedad de alimentos en gel, mantener una buena forma coloidal, sin exudación ni contracción, adecuado para alimentos congelados y alimentos de imitación artificial. También puede utilizarse para cubrir frutas, carne, aves y productos acuáticos como capa protectora, sin contacto directo con el aire para prolongar el tiempo de almacenamiento. También se puede utilizar como agente formador auto-coagulante para glasear pan, relleno, capa de recubrimiento de confitería, alimentos enlatados, etc. A altas temperaturas, la congelación y el medio ácido pueden mantener la forma original. También se puede hacer en lugar de agar con elasticidad, dientes antiadherentes, caramelo cristalino transparente.

(B) la aplicación específica del alginato en los alimentos

1. Aplicación en helados

El uso de alginato de sodio en lugar de gelatina, almidón y otros estabilizadores de bebidas frías, puede hacer que los ingredientes se mezclen uniformemente, sean fáciles de mezclar y disolver, en la congelación se puede ajustar el flujo, de modo que los productos de heladería tengan un aspecto suave y características de fusión, pero también sin tiempo de envejecimiento, la tasa de expansión también es mayor, la textura del producto es suave, delicada, de buen sabor, la dosis también es menor que la de otros estabilizadores de uso común.

1. Aplicación en productos de panadería

Añadir alginato de sodio a los alimentos horneados puede mejorar enormemente su calidad. Utilizado en la producción de galletas, los rollitos de huevo pueden reducir su tasa de aplastamiento, el resultado de la prueba es que la tasa de aplastamiento puede reducirse entre un 70 % y un 80 %, el aspecto del producto es suave, a prueba de humedad para mejorar; cuando se aplica a la producción de pan, la torta puede hacer que se expanda más, aumente de volumen, se afloje la textura, se reduzcan las rebanadas cuando caen los restos de partículas, pero también para prevenir el envejecimiento, prolongando el período de conservación.

1. Aplicación en productos lácteos y bebidas

En la actualidad, el yogur, como alimento de alto valor nutricional elaborado a partir de la leche de vaca, es muy popular entre los consumidores, y el yogur es también una de las fuentes importantes de bacterias beneficiosas del ácido láctico. Se obtiene de la leche mediante fermentación microbiana (generalmente bacterias del ácido láctico), de modo que produce un sabor especial en los productos lácteos. A veces se le añade zumo de frutas para aumentar su valor nutricional y su sabor. El alginato puede desempeñar un efecto estabilizador en los productos de yogur en un amplio rango de pH, en el rango de pH 3,9 a 4,9, puede desempeñar este papel. La mantequilla de leche congelada estabilizada con alginato tiene una buena textura sin ser pegajosa ni rígida, y es pegajosa y lenta cuando se remueve. El alginato también puede prevenir el fenómeno de pérdida de viscosidad en el proceso de esterilización de los productos de yogur. Añada entre un 0,25 % y un 2 % de alginato a la leche, y sus productos terminados se almacenarán a alta temperatura durante 30 días, y su sabor no cambiará. Además de los productos de yogur, otras bebidas también pueden utilizar alginato. Por ejemplo, se puede hacer un jarabe crujiente y afrutado a partir de alginato de sodio y sacarina, complementado con ingredientes. Estos jarabes tienen un sabor suave, uniforme y agradable, son estables y no se estratifican fácilmente.

1. Aplicación en alimentos fríos y aperitivos

El alginato tiene la capacidad de formar gel fácilmente, por lo que puede utilizarse ampliamente en la producción de aperitivos dulces, específicamente para la fabricación de pudín de leche frío, pasteles y dulces congelados. El alginato de sodio y el azúcar se mezclan con agua para disolverlos, se añade fruta triturada con color, especias y otros aditivos, y luego se añade una solución de sal de ácido orgánico de calcio comestible, la formación de gel, en 70 ~ 100 ℃ bajo el calor durante 2 minutos, se pueden hacer deliciosos dulces de frutas.

1. Aplicación en productos de pasta

Como el alginato de sodio tiene una fuerte hidrofilia y adhesión, se puede añadir a los fideos, tallarines y otros productos de pasta para mejorar la dureza de los productos, reducir la tasa de rotura, que no se peguen después de la cocción, que no se pudran en la sopa, que tengan resistencia al almacenamiento y buen sabor. Especialmente para la harina con bajo índice de gluten, el efecto es mejor.

1. Aplicación en cerveza y otras bebidas alcohólicas

Añadir alginato de sodio en la cerveza puede tener un efecto estabilizador sobre la espuma de la cerveza, y también aumenta la transparencia, se prolonga el período de conservación, en otras bebidas alcohólicas como el sake, los vinos de frutas y el champán y otras bebidas alcohólicas a menudo debido a la presencia de más ácido y pigmentación y turbidez, si se añade una cantidad adecuada de alginato de sodio, puede ser muy bueno para desempeñar un papel en la clarificación. Además, el alginato también puede eliminar los taninos y las sustancias nitrogenadas del vino.

1. Aplicación en alimentos artificiales

La aplicación de alginato también puede producir mermelada artificial, margarina, recubrimiento intestinal artificial y fruta artificial, así como otros alimentos artificiales. Siempre que el edulcorante y el colorante alimentario necesarios, las especias en la solución de alginato de sodio, se mezclen bien, se añada calcio, en un corto período de tiempo se puede formar una buena mermelada artificial; el alginato puede utilizarse como espesante o emulsionante para la margarina, normalmente utilizando alginato de propilenglicol, y a veces también utilizando alginato de sodio.