Agar

Saiba mais sobre este maravilhoso gelificante.

Contexto histórico

O ágar-ágar, mais comumente referido como, simplesmente, ágar, foi o primeiro ficocolóide a ser usado como aditivo alimentar. Ficocolóides, isto é, ágar, alginatos e carragena, são definidos como agentes gelificantes extraídos de algas marinhas, que são comercializados e utilizados de muitas maneiras exclusivamente por suas características coloidais. O ágar foi descoberto no Japão em meados do século 17; Tarozaemon Minoya é mais comumente creditado com essa descoberta, em 1658. Kanten, o termo japonês para ágar, significa “céu frio” e se relaciona às condições de clima frio nas montanhas onde foi produzido.

Do Japão, seu uso como alimento foi introduzido aos nativos do Extremo Oriente por colonizadores chineses (sacerdotes budistas). Nas áreas costeiras do Japão, o uso de uma variedade de extratos de algas semelhantes ao ágar-gel remonta quase sem dúvida aos tempos pré-históricos. O uso do ágar para a fabricação de geleias de frutas e vegetais foi introduzido na Europa pelos holandeses que viviam na Indonésia. Em 1882, Robert Koch iniciou o uso do ágar como meio de cultura e continua sendo o principal meio bacteriológico em uso hoje.

Coleta e processamento de algas marinhas para ágar

O Japão e a Espanha atualmente fabricam cerca de 70% do fornecimento mundial de ágar. Gelidium é uma das fontes de algas para a produção tradicional de ágar no Japão, com até 24 espécies locais. Outra fonte são algas do gênero Gracilaria. No Japão, as algas marinhas são recolhidas por mergulhadores equipados apenas com máscaras em profundidades de água de até ~ 9 m, ou a menos de 18 m por mergulhadores equipados com equipamento de mergulho. As algas marinhas são coletadas, armazenadas em banheiras ou jangadas e rebocadas para a costa, onde são secas e parcialmente branqueadas, sendo então levadas para o processamento final. As algas de águas profundas são consideradas como os melhores extratos de gelificação, e o período de colheita mais favorável é de abril a setembro.

A extração do ágar das algas marinhas baseou-se inicialmente na fervura direta para obter uma massa gelatinosa. O progresso nas técnicas de preparação e purificação, de acordo com a tradição, ocorreu sem querer: um estalajadeiro que preparou um prato de geleia de algas marinhas para convidados nobres jogou as sobras para fora, onde congelaram durante a noite e descongelaram no dia seguinte. Isso produziu um material seco e semitransparente que, quando reinicializado na água, produziu uma gelatina mais límpida com recursos aprimorados. Como consequência, a purificação do ágar usando o processo de congelamento e descongelamento de baixo custo tornou-se a prática preferida e ainda é usada hoje. Este método tradicional foi modificado posteriormente. A American Agar & Co. (San Diego, Califórnia) começou a fabricar ágar industrialmente em 1939. A tecnologia incluía o uso de recipientes para congelamento comparáveis ​​aos empregados na fabricação de picolés. Após a Segunda Guerra Mundial, a técnica foi aplicada no Japão, Espanha, Portugal e Marrocos. O extrato de alga marinha resultante é então concentrado dez vezes para conter 10 a 12% de ágar.

A extração do ágar das algas marinhas começa com a limpeza mecânica das algas vermelhas, seguida pela lavagem com água. Em seguida, é fervido em 15 a 20 vezes o seu volume de água. A adição de 0,01 a 0,05% de ácido sulfúrico ou 0,05% de ácido acético aumenta a extração. A alga é fervida por cerca de 2 horas e depois cozida novamente por 8 a 14 horas. O bissulfito de sódio (ou seja, o agente redutor comum de hidrogenossulfito de sódio, NaHSO3) ou o agente de branqueamento hipoclorito de cálcio [Ca (ClO) 2] pode ser introduzido para remover a cor do ágar, produzindo um produto do maior valor possível. O extrato quente é passado por um filtro e a alga restante pode ser extraída novamente. O filtrado é então resfriado, gelificado e cortado. Este passo é seguido por liofilização ou desidratação por pressão para produzir o produto seco. O ágar é comercializado na forma seca, moída, embalada (ágar em pó) ou em barras ou fios.

O ágar da melhor qualidade é fabricado com uma variedade de matérias-primas cuidadosamente escolhidas. Gelidium amansii (uma alga marinha rígida) deve ser um componente principal na mistura de extrato de alga marinha, junto com uma pequena quantidade de alga macia (por exemplo, Ceramium). Para algas do tipo rígido, a extração sob pressão (pressão manométrica de 1–2 kg / cm2 por 2–4 h) aumenta o rendimento e diminui o tempo de processamento. Condições precisas devem ser estabelecidas para prevenir a degradação do ágar extraído. O tratamento de Gracilaria com álcali resulta em maior conteúdo de agarose e redução de agaropectina e conteúdo de sulfato na fração de agarose. Experimentos de laboratório mostraram que o pré-tratamento de algas marinhas com enzimas ou irradiação gama, ou extração em meio de amônia, aumenta a extração; entretanto, nenhum desses pré-tratamentos é aplicado em sua fabricação.

A confirmação de um novo método de extração de ágar simplificado por "pré-tratamento ácido" de agarófitos (isto é, algas marinhas, tipicamente algas vermelhas, que produzem o ágar hidrocolóide em suas paredes celulares) pode ser localizada na literatura relevante. Após a extração, o sol quente deve ser filtrado e o gel desidratado. O gel é comumente congelado antes da desidratação, levando à eliminação de 48% da água por sublimação, 40% no processo de gotejamento e 12% por vaporização. A desidratação por congelamento pode ser mecânica ou natural e serve, por exemplo, para extratos de Gelidium, para os quais a desidratação por prensagem não é apropriada. Quando os extratos gelificados são embalados em tecido com uma malha fechada, a água pode ser expelida do gel por aplicação de pressão. Este processo, denominado sinérese, pode ser alcançado por métodos semiautomáticos. A pureza do ágar é aumentada na sinérese, uma vez que o processo elimina mais das impurezas solúveis. Portanto, esses ágares contêm menor teor de cinzas, o que é benéfico para o consumidor.

Estrutura do Agar

O ágar é extraído de várias espécies de algas vermelhas. Sua estrutura foi estudada por décadas, principalmente por cientistas japoneses. O extrato de ágar é composto por dois grupos de polissacarídeos: agarose, um polissacarídeo neutro (não iônico) que atua como componente de gelificação, e agaropectina, um polissacarídeo iônico não-gelificante (carregado).

A agaropectina não tem valor comercial e é, em princípio, descartada durante a produção comercial do ágar. Os conteúdos de agarose e agaropectina diferem em diferentes tipos de ágar comercial. A proporção de agarose em algas com ágar pode variar de 50 a 90%. Os dois constituintes do polímero podem ser fracionados comercialmente. A estrutura da agaropectina é mais complexa do que a da agarose e é menos compreendida. Mais detalhes sobre a estrutura química do ágar podem ser encontrados na literatura científica.

Propriedades do ágar-ágar

Dissolução e Viscosidade

As propriedades físicas das soluções e géis de ágar são importantes para o produtor, o cientista e o cozinheiro. Embora o ágar seja solúvel em água fervente, quando usado na forma de barra, flocos ou barbante, a imersão durante a noite em água fria ajuda a atingir a dissolução completa.

Mesmo o ágar do tipo solúvel pode se beneficiar de uma curta imersão (na ordem de minutos) para uma dissolução rápida e boa. O pH durante a imersão e fervura deve ser mantido neutro. As medições da viscosidade da solução de ágar devem ser realizadas em temperaturas superiores à temperatura de gelificação (> 40 ° C). Uma relação linear foi encontrada entre o logaritmo da viscosidade relativa (ou seja, a razão da viscosidade de uma solução relação à viscosidade do solvente) e concentração de ágar. Além disso, foi confirmada uma correlação entre o grau de viscosidade e firmeza dos géis de ágar. A presença de íons tende a reduzir a viscosidade das soluções de ágar.

Gelificação e derretimento

Uma das características mais importantes do ágar, que o torna único entre os agentes gelificantes, é que a gelificação ocorre a temperaturas muito abaixo da temperatura de fusão do gel. O ágar produz géis rígidos a uma concentração de ~ 1% (peso / peso). O produto torna-se gel a cerca de 30 a 40 ° C. Este gel é rígido e mantém a sua forma. Em geral, todos os géis são surpreendentes por serem formas autossustentáveis ​​que podem ser moldadas em baixas concentrações. Para gel de ágar, apenas 0,1% de ágar (sendo o restante água) às vezes é suficiente; no entanto, para usos práticos, concentrações mais altas são necessárias. Há muito tempo, a palavra frágil descreve melhor as propriedades de um gel de ágar. Hoje, elasticidade e rigidez podem ser alcançadas usando diferentes ágares. A gelificação do ágar depende totalmente de seu conteúdo de agarose. A agarose produz “géis físicos”, ou seja, uma estrutura na qual as moléculas de polímero são conectadas apenas por ligações de hidrogênio. O gel é derretido por aquecimento a ~ 85–95 ° C. Existe uma relação entre a força do gel e o ponto de fusão: ambos aumentam na mesma direção, embora algumas exceções possam ser encontradas. Verificou-se que as temperaturas fixas aumentam com a concentração do ágar, assim como as temperaturas de gelificação da agarose. A temperatura de gelificação da agarose aumenta com o aumento do conteúdo de metoxil (o grupo monovalente, -OCH3); além disso, quanto mais lenta for a taxa de resfriamento, maior será a temperatura de gelificação da agarose. Uma propriedade importante dos géis de ágar é sua alta histerese de gelificação, ou seja, a diferença entre as temperaturas de gelificação (~ 38 ° C) e de fusão (~ 85 ° C).

A definição da força do gel varia com a empresa, o país e o cientista individual. Isso pode ser devido a diferentes metodologias, instrumentos ou condições de teste. Detalhes sobre a força do gel, conforme definido pela Marine Colloids, a Meer Corporation e empresas japonesas, podem ser encontrados em outro lugar. Além disso, diferentes testadores de gel foram inventados para medir essa propriedade do gel. O comportamento mecânico dos géis de ágar, carragenina e alginato foi avaliado para uma ampla gama de concentrações de goma e agente de fixação, bem como para diferentes métodos de preparação de gel. Verificou-se que quanto maior o teor de goma, mais forte é o gel. Um aumento linear na força dos géis de ágar foi relatado quando a concentração de goma foi elevada de 1 para 2%. Deve-se notar que as condições de preparação podem influenciar as propriedades mecânicas medidas e, consequentemente, a textura percebida. Portanto, atenção especial deve ser dada a essas condições. É importante notar que a dissolução do ágar em soluções de ácido fervente causa degradação significativa. A estabilidade do gel é melhor alcançada em pHs ligeiramente acima de 7,0. A adição de 10 mg / l de carbonato de sódio ao ágar ligeiramente ácido melhora a resistência do gel.

Sinérese de Gel

Após a gelificação e solidificação, o gel de ágar encolhe e expele água, um fenômeno conhecido como sinérese (lacrimejamento). A quantidade de água sinerizada é inversamente proporcional ao quadrado da concentração do hidrocolóide para quase todas as concentrações úteis. A sinérese não é influenciada apenas pela concentração do gel, mas também por outros fatores, como tempo de espera, força aparente do gel, coeficiente de rigidez, pressurização e conteúdo total de sulfato. Enquanto o gel de ágar ou alimento à base de ágar está sendo mastigado, ocorre a sinérese induzida mecanicamente, resultando em uma sensação de “suculência” na boca. A extensão desta sinérese diminui com o aumento da concentração de goma.

Efeito da adição de outros materiais nas propriedades do ágar

O efeito da adição de sais inorgânicos no tempo necessário para solidificar os sóis de ágar foi estudado metodicamente. O sulfato de potássio é o melhor para acelerar a gelificação, enquanto o iodo é o menos eficaz. A transparência de um gel de ágar a 1% pode ser reduzida pela inclusão de sais ferrosos (a 1 ppm). A força do gel pode ser ligeiramente aumentada pela inclusão de sal de sódio (sal de cozinha). A adição de açúcar também contribui para a força do ágar. Os efeitos dos açúcares foram atribuídos às ligações de hidrogênio entre os grupos hidroxila nos polímeros e açúcares, e às mudanças estruturais na água solvente.

Aplicações Comerciais de Alimentos

Ágar em confeitaria

O ágar pode ser usado em concentrações de ~ 0,3 a 1,8% em confeitos. Outro uso do ágar na indústria de doces é como enchimento em barras de chocolate. O ágar em pó é amplamente utilizado em balas de geleia devido à sua solubilidade e à força que confere ao produto. Resultados de alta qualidade são alcançados se o ágar for imerso por 1 ou 2 h antes de ser cozido com açúcar, xarope de milho, açúcar invertido e citrato monossódico como acidulante, com adição de cor e sabor. Após a mistura, a geleia é depositada em placas revestidas com amido ou papel. Teores muito elevados de açúcar (cerca de 80%) são usados ​​na indústria de confeitaria. Nesses níveis, a estabilidade crescente é quebrada para agarose e k-carragenina, um resultado que também foi detalhado para gelano desacilado. Tem sido argumentado que uma crescente escassez de moléculas de água em altos níveis de açúcar e sua ligação de hidrogênio relativa com o açúcar privam gradualmente as hélices de polissacarídeo da camada de hidratação necessária para a estabilidade termodinâmica. Esse efeito não é visto em amostras de gelatina, que não demonstram uma queda na resistência da rede em altas concentrações de açúcar. Outros doces à base de ágar e metilcelulose (MC) ou açúcar invertido e soluções aquecidas com açúcar foram sugeridos. Depois de combinadas, as duas soluções são fervidas e resfriadas.

Ágar em produtos de frutas estruturados úmidos e secos

Novos produtos de frutas estruturados feitos de polpa, uma ampla gama de hidrocolóides e outros aditivos têm sido o foco de inúmeras patentes e aplicações comerciais. Esses produtos são geralmente materiais compostos nos quais as partículas são incorporadas em uma matriz de gel polimérico. Numerosas patentes discutem a opção de usar uma mistura de alginatos com hidrocolóides suplementares, por exemplo ágar ou carragenina, junto com polpa de fruta e outros aditivos alimentares tradicionais, para criar produtos de frutas simulados. As informações tecnológicas acessíveis sobre esses produtos se concentram principalmente nos processos de produção de diferentes sistemas de gel contendo polpa, açúcar e ácido. Pesquisa ampla sobre a dependência do composto produtos de frutas texturizados nas propriedades da polpa. Além de estudar o efeito combinado de polpa de fruta, açúcar e goma em produtos de frutas texturizados, a capacidade de conter altas proporções de polpa de fruta altamente ácida e o suco contido nela para fabricar produtos de frutas texturizados, suculentos, à base de hidrocolóide e frutas texturizadas multicamadas também foram discutidas. A secagem de géis ou produtos de frutas hidrocolóides texturizados produz um material celular com uma estrutura porosa típica. Os géis de frutas texturizados com ágar seco não são comuns. No entanto, sua fabricação por géis desidratantes por congelamento constituídos por concentrado de frutas ou purê poderia servir de base para novas barras de frutas ou lanches alimentícios. Esses itens são secos e crocantes com alto teor de ingredientes de frutas. Um produto de fruta texturizado seco é caracterizado por sua porosidade e distribuição de tamanho de poro, entre outros parâmetros. Esses produtos podem ser produtos naturais de base celular de baixo teor calórico ou produtos naturais de frutas de alto teor calórico com a inclusão de substâncias gordurosas em sua estrutura por infusão ou metodologia de processamento adicional.

Carne, Leite, Peixe e Outros Produtos

Carne gelatinizada e produtos de peixe podem ser preparados com ágar em níveis de 0,5 a 2,0%. Este método de “embalagem” diminui os danos de trânsito para tecidos quebradiços e, portanto, reduz a perda de textura. Para tais objetivos, o ágar é preferível à carragenina ou à gelatina devido à sua maior força de gel e temperatura de fusão. Um exemplo de tal metodologia é a produção (para fins de exportação) de grandes pedaços de atum enlatado preservados em geléia de ágar para a Europa Ocidental pelos japoneses na década de 1960.

A carne enlatada em lata contém gelatina e alguns outros agentes espessantes naturais. O ágar e a carragenina também são usados ​​para criar filmes (revestimentos) que incluem antibióticos solúveis em água para prolongar a vida útil de aves revestidas.

O ágar também tem sido usado na fabricação de extrato de peixe em pó desidratado, que normalmente é encontrado em sopas e preparações aromatizantes. Outro uso não especificamente limitado ao ágar é sua adição a queijos e cream cheese em níveis de 0,05 a 0,85% para melhorar a estabilidade e as propriedades sensoriais. Um uso interessante do ágar foi para a gelificação de creme ou leite para formar um material sólido que pode ser dissolvido em café ou chá quente. O uso especial de ágar em níveis de ~ 0,05 a 0,15% para colagem de vinhos, e vários outros usos de ágar em produtos vegetarianos ou de saúde, podem ser localizados na literatura, por exemplo, como um agente de volume em cereais matinais, na preparação de sobremesas sem amido, em saladas de gelatina e em pudins, manteiga de frutas, geleias e conservas.

Nos últimos anos, o uso de micropartículas preparadas a partir de hidrocolóides, por exemplo, agarose, tem sido explorado para uma variedade de aplicações na indústria de alimentos. Caracteristicamente, as micropartículas são estruturadas por uma rota de emulsão de água em óleo, e esses grânulos esféricos de hidrogel têm atraído muito interesse como matrizes de encapsulamento para uma extensa variedade de suplementos alimentares, como probióticos e antioxidantes. Apesar dessas funções promissoras, as microesferas têm se mostrado difíceis e caras de fabricar devido à quantidade de óleo necessária. Muito recentemente, algumas patentes descreveram o uso de micropartículas hidrocolóides trituradas ou cortadas em alimentos e bebidas semissólidos, por exemplo: agarose triturada, formando micropartículas, foi usada em sucos de frutas para dispersar a polpa da fruta, e agarose triturada foi usada como gel - condimento à base que não escorre da superfície de produtos alimentícios semissólidos. Outra fonte retrata o encapsulamento de aditivos em um gel de ágar triturado como parte de uma bebida de gel fluido.

Referências

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