BIOQUIMICA DE LOS ALIMENTOS
Miguel Calvo
ALGINATO

ALGINATO

Introduccion

El alginato es un polisacárido que se obtiene de algunas "algas marrones", algas de gran tamaño, entre las que se encuentran fundamentalmente Laminaria hyperborea, que prolifera en las costas de Noruega, donde incluoso se recoge en forma mecanizada en aguas poco profundas, y que existe también en el Cantábrico, Laminaria digitata , presente en el Cantábrico, Laminaria japonica, que se cultiva en China y Japón, Macrocystis pyrifera, de aguas del Pacífico, y algunas especies de los géneros Lessonia, Ecklonia, Durvillaea y Ascophyllum. Todas estas algas contienen entre el 20% y el 30% de alginato sobre su peso seco.

El alginato fue extraído de las algas, por tratamiento en medio alcalino, y estudiado por primera vez, a finales del siglo XIX, por el químico E.C. Stanford, que lo llamó "algin". Este término todavía se utiliza en algunos casos en el comercio para designar al alginato sódico. La produción comercial de alginato se inició en los Estados Unidos en la década de 1920, por la empresa "Kelco", aún activa. El alginato se utiliza extensamente en la industria alimentaria desde mediados del siglo XX.


Macrocystis pyrifera. Puerto del Hambre, XII Region, Chile,
4 Sep 2004. Fotógrafo: Dirk Schories © Dirk Schories.
Fotografía reproducida por cortesía de M.D. Guiry, AlgaeBase .
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Macrocystis pyrifera. Seal Rock, Oregon, USA; 14 Jun 2003.
Fotógrafo: M.D. Guiry © M.D. Guiry
Fotografía reproducida por cortesía de M.D. Guiry, AlgaeBase.
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Estructura

El alginato está formado por dos tipos de monosacáridos, los dos con un grupo ácido, el ácido gulurónico y el ácido manurónico. Sorprendentemente, hasta 1955 no se descubrió la presencia del ácido gulurónico en el alginato. Anteriormente se consideraba que estaba compuesto exclusivamente por ácido manurónico.



Acido gulurónico y ácido manurónico
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Las algas sintetizan el alginato incialmente como un polímero de ácido manurónico, que posteriormente modifican transformando unidades de manurónico en gulurónico mediante una epimerización enzimática. El producto final contiene zonas formadas por gulurónico, zonas formadas por manurónico y zonas con gulurónico y manurónico alternados. Las zonas de ácido manurónioc son casi planas, con una estructura semejante a una cinta, minetras que las de ácido gulurónico presnten una estructura con entrantes y salientes.

El contenido relativo de cada uno de estos bloques de depende del tipo de alga y , en menor medida, de las condiciones de su crecimiento. Mientras que el bloque formado por gulurónico y manurónico alternos representa siempre alrededor de 1/3, el de poligulurónico y polimanurónico cambia mucho, pudiendo considerarse como casos extremos:

GGGG.... GMGM... MMMM...
Macrocystis pirifera 16 % 36 % 48 %
Laminaria hyperborea 57 % 38 % 17 %
Pueden encontrarse datos sobre composición de alginato de distintas algas en FMC BioPolymer.

La composición del alginato depende también del grado de desarrollo del alga. Las algas más jóvenes tienen menor contenido de alginato, y con menor viscosidad y capacidad gelificante, que las algas maduras. El alginato puede tener un peso molecular de hasta 100.000, dependiendo del tipo de alga, siendo los más largos los de Laminaria japonica. A veces se hidroliza también para su comercialización a distintos tamaños, dependiendo de la aplicación a la que se destine.

Durante el almacenamiento de las algas secas antes de su procesado, o incluso del producto en polvo, el alginato se degrada con facilidad en presencia de oxígeno, disminuyendo su viscosidad. La forma ácida es la menos estable, y la sal sódica la más estable. En disolución, es estable entre pH 5,5 y pH 10.

Bloques constituyentes del alginato
Poligulurónico Aproximarse Polimanurónico Aproximarse Alternados Aproximarse


Propiedades del alginato.

El alginato, en forma de sal sódica, potásica o magnésica, es soluble en soluciones acuosas a pH por encima de 3,5. También es soluble en mezclas de agua y solventes orgánicos miscibles con ella, como el alcohol, pero es insoluble en leche, por la presencia de calcio. La viscosidad de las soluciones de alginato depende de la concentración, elevándose mucho a partir del 2%, y de la temperatura, disminuyendo al aumentar ésta. Las soluciones de alginato tienen un comportamiento no newtoniano, con una viscosidad que disminuye mucho al aumentar la velocidad del movimiento. En ausencia de calcio, el alginato se pliega formando cada uno de los bloque constituyentes hélices mantenidas por puentes de hidrógeno.

En presencia de calcio, el alginato puede formar una estructura conocida como "caja de huevos". En esta estructura, los iones de calcio se sitúan como puentes entre los grupos con carga negativa del ácido gulurónico.


En esta representación, los cartones superior e inferior representan las cadenas de polisacárido, mientras que los huevos representan a los átomos de calcio.

La estructura que forman dos cadenas de alginato con los iones calcio no es plana, sino que realmente tiene forma helicolidal, con el calcio situados en el eje.


A la izquierda se muestra inicialmente esa hélice en una vista axial



Girar la molécula, alejándose, y mostrar la posición de los iones calcio



Vuelta a la posición inicial




Las zonas con gulurónico pueden considerarse preferentemente como zonas de unión entre cadenas, mientras que las de manurónico son las de interacción preferente con el agua. Consecuentemente, Los alginatos ricos en galacturónico forman geles mucho más resistentes, pero presentan problemas de sinéresis al descongelar alimentos congelados. Los alginatos ricos en manurónico forman geles menos firmes, pero no presentan sinéresis.
Las cadenas de alginato pueden asociarse en forma múltiple, dependiendo de la cantidad de calcio presente, dando más rigidez al gel. Para la formación de estas estructuras de forma ordenada es importante que el calcio se incorpore en ellas lentamente, bien en la masa del alimento o bien controlando la difusión del calcio desde el exterior. En la masa del alimento puede situarse a partir de un compuesto poco soluble, como el sulfato o algunos fosfatos, o liberándolo de un complejo o de una sal insoluble, como el carbonato cálcico, acidificando lentamente (por ejemplo, con gluconodelta lactona). Estos sistemas se utilizan, por ejemplo, en la elaboración de rellenos para aceitunas, en los que se inyecta el material de relleno (anchoa o pimiento triturado) en forma líquida y se permite que gelifique en el interior.

La difusión de iones de calcio desde el exterior del alimento funciona bien especialmente en materiales de pequeño tamaño, o cuando la velocidad no es importante, o cuando se pretende obtener una película adherente especialmente en la parte exterior.



Formación de esferilas de gel haciendo caer gotas de disolución de alginato en una disolución diluida de cloruro de calcio. Así puede obtenerse "caviar de...", según el líquido en el que se disuelva el carragenano, con el interior líquido si se sacan con rapidez o sólido si se dejan en contacto con el cloruro de calcio


Los geles de alginato con calcio son irreversibles térmicamente, por lo que se utilizan mucho en materiales reestructurados que van a ser calentados posteriormente, para su conservación o procesado posterior. Permite obtener piezas de "fruta" para su uso en repostería, o incluso piezas con forma definida como "aros de cebolla" o "guindas".


Irreversibilidad térmica de los geles de alginato, comparada en este experimento con la de los geles de agar.


La fluidez antes de que se produzca la gelificación, combinada con la irreversibilidad térmica, se utiliza en la fabricación de aceitunas rellenas "de anchoa" o "de pimiento". El rellerno consiste en una pasta formada por el comoponente básico triturado, los saborizantes que procedan, alginato, y un compuesto que aporte calcio para la formación del gel. Después de la solidificación, las aceitunas pueden procesarse térmicammente al ponerlas en conserva, sin que el relleno se licúe y salga al exterior.


Sección de una aceituna rellena "de anchoa". Es evidente que el contenido es una pieza de gel que rellena totalmente el hueco, lo que indica que se introdujo en forma líquida.
También puede utilizarse en derivados cárnicos, como albóndigas destinadas para la elaboración posterior de platos precocinados.

Otras aplicaciones del alginato

El alginato actúa de forma sinérgica con las pectinas de alto metoxilo, formando un gel mixto que no requiere cantidades elevadas de azúcar y que, en ausencia de calcio, es reversible a pH por debajo de 3,8. También se utiliza como estabilizante de supensiones, asociado al carragenano, y para frenar el crecimiento de cristales de hielo en helados.

El alginato puede modificarse químicamente por reacción con óxido de propileno para formar el ester del polipropilenglicol. Este producto se utiliza desde la década de 1940 como estabilizante en alimentos ácidos, no para obtener geles. Se comporta particularmente bien como estabilizante de la espuma de la cerveza.



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