Carragena

O que é CARRAGENA?

A carragena é um hidrocolóide extraído de algas marinhas vermelhas das espécies the Eucheuma (kappaphycus), Chondrus, Gigartina e Hypnea. É utilizada em diversas aplicações na indústria alimentícia como espessante, gelificante, agente de suspensão e estabilizante, tanto em sistemas aquosos quanto em sistemas lácteos. A carragena é um ingrediente multifuncional e comporta-se diferentemente em água e em leite. Na água, apresenta-se tipicamente como hidrocolóide com propriedades espessantes e gelificantes. No leite, tem ainda a propriedade de reagir com as proteínas e fornecer funções estabilizantes.

A carragena possui uma capacidade única de formar uma ampla variedade de texturas de gel à temperatura ambiente: gel firme ou elástico; transparente ou turvo; duro ou mole; termo-reversível ou estável ao calor; alta ou baixa temperatura de fusão/gelificação. Pode também ser utilizado em diversas outras aplicações industriais como agente de suspensão, retenção de água, gelificação, emulsificação e estabilização.

Tipos de CARRAGENA

A carragena pode ser classificada de acordo com sua estrutura e propriedades físico-químicas ou segundo seu processo de produção:

Quanto à estrutura e propriedades

KAPPA – gel rígido, quebradiço, termo-reversível, alta força de gel, apresenta sinérese.
IOTA – gel elástico, termo-reversível, não apresenta sinérese, propriedade tixotrópica.
LAMBDA – solúvel a frio, não gelificante, produz altas viscosidades.

Quanto ao processo de produção

SEMI-REFINADA – gel opaco, com muita celulose e fibra, baixo grau de pureza.
REFINADA – gel claro, transparente, alto grau de pureza.

Diferentes termos podem ser utilizados para se referir a carragena semi-refinada, como PES (Processed Eucheuma Seaweed – Alga Eucheuma Processada), PNG (Philippine Natural Grade – Grau Natural das Filipinas) ou SRC (Semi-refined Carrageenan – Carragena Semi-Refinada)

Matéria-prima

A carragena é obtida de diversos gêneros e espécies de algas marinhas da classe Rodophyta. O teor de carragena nas algas varia de 30% a 60% do peso seco, dependendo da espécie da alga e das condições marinhas tais como luminosidade, nutrientes, temperatura e oxigenação da água. Algas de diferentes espécies e fontes produzem carragenas de diferentes tipos: kappa, iota e lambda. Algumas espécies de algas podem produzir carragenas de composição mista como kappa/iota, kappa/lambda ou iota/lambda. As espécies produtoras de carragena tipo kappa são a Kappaphycus Alvarezii (antiga Eucheuma Cottonii) e a Hypnea Musciformis. A espécie produtora de carragena tipo iota é a Eucheuma Denticulatum (antiga Eucheuma Spinosum). As espécies produtoras de carragena tipo lambda são em geral do gênero Gigartina. Algumas espécies como Chondrus Crispus e Gigartina skottsbergii produzem carragenas de tipo misto kappa/lambda ou kappa/iota.

As algas são em geral coletadas manualmente por pescadores em zonas intermareais ou por mergulho através do uso de equipamentos adequados. Após a coleta, as algas são colocadas ao sol para secagem até atingirem um nível de umidade ideal para seu processamento.

As algas marinhas Kappaphycus Alvarezii (Cottonii) e Eucheuma Denticulatum(Spinosum) são cultivadas com sucesso em escala comercial nas Filipinas, Indonésia e Tanzania. As algas Chondrus e Gigartina skottsbergii são obtidas respectivamente de bancos naturais de algas marinhas no Atlântico Norte e no Chile.

Materia Prima Carragena Gelialgas

Estrutura química

A carragena localiza-se na parede das células e na matriz intercelular do tecido das algas. É um polissacarídeo de alto peso molecular com conteúdo de éster sulfato de 15% a 40% formado por unidades alternadas de D-galactose e 3,6-anidro-galactose (3,6-AG) unidas por ligações α-1,3 e β-1,4-glicosídica. A posição e o número de grupos de éster sulfato bem como o conteúdo de 3,6-AG determinam as diferenças primárias entre os tipos de carragena kappa, iota e lambda. Maiores níveis de éster sulfato implicam em menor força de gelificação e baixa temperatura de solubilização. A carragena tipo kappa contém de 25% a 30% de éster sulfato e de 28% a 35% de 3,6-AG. A carragena tipo iota contém de 28% a 35% de éster sulfato e de 25% a 30% de 3,6-AG. A carragena tipo lambda contém de 32% a 39% de éster sulfato e não contém 3,6-AG.

Estrutura química Carragena tipo Kappa

Carragena tipo Kappa

Estrutura química Carragena tipo Iota

Carragena tipo Iota

Estrutura química Carragena tipo Lambda

Carragena tipo Lambda

Processo de produção

Quanto ao sistema de produção, as carragenas podem ser refinadas ou semi-refinadas. Para carragenas semi-refinadas, o processo de produção é sempre o mesmo. Para carragenas refinadas existem três métodos atualmente empregados: Drum Drying, Precipitação por Álcool e Gel Press.

Semi-Refinada – Método Padrão

Processo de produção Método Padrão

Refinada por Drum Drying

Processo de produção Drum Drying

Refinada por Precipitação por Álcool

Processo de produção Precipitação por Álcool

Refinada por Gel Press

Processo de produção Gel Press

Propriedades

Água Quente

Todos os tipos de carragena são solúveis em água quente a temperaturas acima da temperatura de fusão do gel. A amplitude normal de temperaturas é de 40º a 70º C, dependendo da concentração e da presença de cátions.

Água Fria

Em água fria, somente a carragena tipo lambda e os sais de sódio dos tipos kappa e iota são solúveis. Os sais de potássio e cálcio das carragenas kappa e iota não são solúveis em água fria, porém exibem expansão por hidratação considerável em função da concentração, tipos de cátions presentes, temperatura da água e condições de dispersão.

Leite Quente

Todos os tipos de carragena são solúveis em leite quente, porém alguns tipos são intensamente afetados por íons de cálcio. O resfriamento tende a gelificar a solução. A força de gel e a consistência dependem da concentração da solução e da sensibilidade da carragena aos íons de cálcio.

Leite Frio

A carragena tipo lambda é solúvel em leite frio devido à sua insensibilidade à presença de íons de potássio e cálcio. As carragenas tipo kappa e iota são insolúveis em leite frio, porém podem ser utilizadas eficazmente para espessar ou gelificar soluções de leite frio quando usadas em conjunto com um fosfato tal como o tetra-sódio pirofosfato (TSPP).

Solução de Açúcar

Todos os tipos de carragena são relativamente insolúveis em soluções concentradas de açúcar à temperatura ambiente. Entretanto, as carragenas tipo kappa e lambda são solúveis em soluções com até 65% de açúcar a temperaturas superiores a 70º C. A carragena tipo iota é de difícil dissolução em soluções concentradas de açúcar a qualquer temperatura.

Solução de Sal (Salmoura)

As carragenas iota e lambda são solúveis em soluções concentradas de sal a altas temperaturas (20% a 25% de cloreto de sódio). A carragena kappa é insolúvel.

Mecanismo

Soluções quentes de carragenas kappa e iota possuem a capacidade de formar géis termo-reversíveis através do seu resfriamento. Este fenômeno ocorre devido à formação de uma estrutura de dupla hélice pelos polímeros da carragena. Em temperaturas acima da temperatura de fusão do gel, os polímeros da carragena existem na solução como espirais aleatórias. Durante o resfriamento da solução, uma rede de polímeros tridimensional é formada onde as hélices duplas constituem os pontos de junção das cadeias de polímero. O resfriamento adicional causa a agregação dos pontos de junção para formar a estrutura de gel tridimensional. A presença de alças na cadeia bem como o número, tipo e posição dos grupos de éster sulfato têm efeitos importantes nas propriedades de gelificação. Esse mecanismo de gelificação é básico para soluções de carragenas tipo kappa e iota. Sais de potássio ou cálcio são necessários para a obtenção do gel em água, porém não são necessários em leite.

Textura

As carragenas kappa e iota formam gel em água somente na presença de certos cátions. A kappa carragena é sensível ao íon potássio e produz géis rígidos e quebradiços em soluções aquosas com sais de potássio. O gel de kappa carragena apresenta sinérese (extrusão espontânea de água através da superfície do gel em repouso) e quanto maior a concentração de potássio na solução maior será a sinérise. A iota carragena é sensível ao íon cálcio e produz géis macios e elásticos em soluções aquosas com sais de cálcio. A iota carragena não apresenta sinérise. A força de gel é diretamente proporcional à concentração de carragena e sais. A concentração de cátions superior a um certo limite implicará na diminuição da força de gel. O gel formado é termo-reversível e pode ser submetido a ciclos de aquecimento e resfriamento sem considerável alteração na estrutura do gel (pH neutro). As temperaturas de gelificação e fusão do sol/gel dependem da concentração de cátions. O aumento da concentração de sais de potássio ou cálcio em soluções aquosas resultará no aumento da temperatura de gelificação.

A viscosidade de soluções de carragena deve ser determinada em condições onde não exista nenhuma tendência de gelificação da solução. Quando uma solução quente de carragena é resfriada, a viscosidade aumenta gradualmente até que seja atingida a temperatura de gelificação. À medida que se inicia a formação do gel, há um aumento repentino e intenso da viscosidade. Portanto, a medida de viscosidade de soluções de carragena deve ser determinada a temperaturas suficientemente altas (75º C) para evitar o efeito da gelificação. A concentração de carragena na solução é em geral de 1,5% em peso do volume de água. As carragenas disponíveis comercialmente apresentam em geral viscosidades variando de 5 a 800 cps medidas a 75º C em soluções de 1,5% de carragena. A viscosidade de soluções de carragena depende da concentração, temperatura, presença de outros solventes, tipo de carragena e peso molecular. Maior peso molecular, maior concentração ou diminuição da temperatura da solução aumentam consideravelmente a viscosidade.

A solução de carragena é bastante estável em pHs neutros ou alcalinos. Entretanto, pHs baixos afetam a sua estabilidade, especialmente a altas temperaturas. A diminuição do pH causa a hidrólise do polímero da carragena resultando na diminuição da viscosidade e da força de gelificação. Entretanto, uma vez formado o gel, mesmo a pHs baixos (3,5 a 4,0) não há mais ocorrência da hidrólise e o gel permanece estável. Para aplicações práticas, é importante estar atento às limitações da carragena em meios ácidos (solução e gel). O processamento de soluções de carragena com pH baixo a altas temperaturas por um tempo prolongado deve ser evitado.

Uma das propriedades que diferenciam a carragena de outros hidrocolóides é a sua habilidade de interagir com as proteínas do leite. A alta reatividade da carragena no leite deve-se à forte interação eletrostática entre os grupos de éster sulfato negativamente carregados da molécula da carragena com a micela de caseína do leite que possui regiões de forte carga positiva. Outra forma de interação é através de pontes entre grupos de éster sulfato da carragena com resíduos carboxílicos dos aminoácidos que compõem a proteína. A reatividade com proteínas depende de muitos fatores como concentração de carragena, tipo de proteína, temperatura, pH e ponto isoelétrico da proteína. Este fenômeno de interação e reatividade da carragena com as proteínas do leite em combinação com sua habilidade de formar gel e reter água torna-o um ingrediente eficaz para a estabilização e gelificação de produtos lácteos.

A kappa carragena apresenta uma sinergia incomum com a goma de alfarroba (LBG) em sistemas aquosos. O gel obtido da mistura de carragena com LBG apresenta um considerável aumento de força de gel, melhora na capacidade de retenção de água, redução de sinérise e uma alteração da textura do gel de quebradiça para elástica.

A iota carragena apresenta sinergia com os amidos. Um sistema que contenha uma mistura de iota carragena e amido apresenta um aumento de viscosidade até 10 vezes superior à viscosidade de um sistema que contenha somente o amido. Desta forma, a carragena iota torna-se muito útil para a alteração de textura, palatabilidade e propriedades de processo de sistemas baseados em amido.

A baixas concentrações, os géis aquosos de iota carragena possuem propriedades reológicas tixotrópicas. Esses géis podem ser fluidizados por agitação ou corte e voltam a recuperar sua forma de gel elástico uma vez parados os esforços de agitação ou corte. Esta propriedade tixotrópica é especialmente útil para suspender partículas insolúveis como especiarias em molhos para salada. O gel de kappa carragena não apresenta a propriedade tixotrópica. Uma vez quebrado o gel, o mesmo não volta a recuperar sua forma original a menos que o gel seja aquecido e resfriado novamente.

Tabela de Propriedades da Carragena

Tipo Kappa Iota Lambda
ESTRUTURA
Ester sulfato 25 a 30 % 28 a 35 % 32 a 39 %
3,6-anidro-D-galactose 28 a 35 % 25 a 30 % 0 %
SOLUBILIDADE
Água à 85ºC Solúvel Solúvel Solúvel
Água à 25ºC Sal de Na + solúvel Sal de Na + solúvel Solúvel
Leite à 80ºC Solúvel Solúvel Solúvel
Leite à 25ºC Insolúvel Insolúvel Solúvel
Solução concentrada de açúcar Solúvel à quente Parcialmente solúvel Solúvel à quente
Solução conentrada de sais Insolúvel Solúvel à quente Solúvel à quente
Solventes Orgânicos Insolúvel Insolúvel Insolúvel
GELIFICAÇÃO
Efeito de Cátions na Força do Gel Aumenta com sais de K + Aumenta com sais de Ca + Sem gelificação
Tipo e Textura do Gel Quebradiço com sinérise Elástico sem sinérise Sem gelificação
Sinergia com Goma Alfarroba Sim Não Não
Sinergia com Amido Não Sim Não
Estável a congelamento/descongelamento Não Estável Não
ESTABILIDADE do pH
pH neutro / alcalino (solução / gel) Estável Estável Estável
pH ácido (solução) Hidrólise da solução acelerada pelo calor Hidrólise da solução acelerada pelo calor Hidrólise da solução
pH ácido (gel) Estável Estável Não Aplicável

Funcionalidade e aplicações

As aplicações de carragena estão concentradas na indústria alimentícia. As aplicações podem ser divididas em sistemas lácteos, aquosos e bebidas. Entretanto, diversas outras aplicações de carragena já existem atualmente para uma grande variedade de aplicações industriais. A carragena possui diversas funções de acordo com a sua aplicação: gelificação, espessamento, estabilização de emulsões, estabilização de proteínas, suspensão de partículas, controle de fluidez e retenção de água.

Indústria alimentícia

Produtos Lácteos

Carragena para Produtos Lácteos

Sorvetes, Achocolatados, Flans, Pudins, Creme de leite, Iogurtes, Sobremesas cremosas, Queijos, Sobremesas em pó, Leite de coco

Doces e Confeitaria

Carragena para Doces e Confeitaria

Sobremesas tipo gelatina, Geléias, Doces em massa, Marshmallow, Balas de goma, Confeitos, Merengues

Produtos Cárneos

Carragena para Produtos Cárneos

Presunto, Apresuntado, Mortadela, Fiambre de Carne, Hamburger, Patês, Aves, Carnes processadas, Kanikama

Bebidas

Carragena para Bebidas

Clarificação de sucos, cervejas, vinhos e vinagres; Xaropes, Sucos de fruta em pó, Diet shakes

Panificação

Carragena para Panificação

Cobertura açucarada, Recheio de tortas, Massas de pão, Cobertura de bolo

Molhos e Sopas

Carragena para Molhos e Sopas

Molhos de salada em pó, Sopas em pó, Mostarda, Molho branco, Molhos prontos para massas

Outras aplicações industriais

Outra Aplicação Carragena
Outra Aplicação Carragena
Outra Aplicação Carragena
Outra Aplicação Carragena

Pasta dental, Odorizador de ar, Pet food , Cosméticos, Tintas, Emulsões, Cápsulas veganas

Especificações

Propriedades físico-químicas

Aparência Pó amarelado
Granulometria Mesh 200
Umidade Máx. 18 %
Absorção de água Máx. 75 c.c.
Cinzas Bruta Máx. 15 %
Materiais orgânicos estranhos Máx. 1,0 %
Materiais insolúveis estranhos Máx 1,0 %
PH 7,0 a 10,0
Força de gel (água, sol 1,5%, 0,2% KCL, 20 ºC) 500 a 1200 g/cm2
Força de gel (água,  sol 1,5 % a 20 º C) 100 a 350  g/cm2
Força de gel (leite, sol  0,5 %,  a 20 º C) 500 a 2000 g/cm2
Viscosidade (água, sol 1,5 % a 75º C) 30 a 300 cps
Ponto de fusão 50 a 70º C
Ponto de gelificação 30 a 50º C
Solubilidade Água a 85ºC

Propriedades microbiológicas

Contagem de Aeróbios Totais < 5.000 UFC / g
E.Coli Ausente
Salmonella Ausente