Os alginatos são aceites como aditivos alimentares e reconhecidos como seguros (GRAS) pelo FDA (Food and Drug Administration) e pela Comunidade Europeia. Além
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disso, encontram-se listados no Codex Alimentarius das Nações Unidas (FAO/OMS). Estão inscritos no Anexo I da Diretiva 95/2 de 1995, podendo ser aplicados em todos os géneros alimentícios sob o princípio Quantum Satis na UE, com exceção dos citados no Anexo II e os descritos na Parte II da Diretiva[5].
O consumo mundial de alginato encontra-se em contínuo crescimento e a demanda futura para uma melhor utilização dos recursos alimentares mundiais contribuirá, certamente, para um aumento da quantidade de alginato aplicado em fins alimentares[21]. No mercado alimentar, a encapsulação tem sido um foco de relevante atuação na última década, com um nível crescente de publicações e de propriedade intelectual criados, assim como um crescimento significativo de oportunidades de negócio[35]. Casos como probióticos, aromas e óleos alimentares funcionais podem ser encapsulados sem sofrerem deterioração[21].
A encapsulação pode ser definida como um processo de retenção de uma substância dentro de outra substância, produzindo partículas com diâmetros que variam entre os nanómetros e os milímetros. A substância que é encapsulada pode ser denominada de material central, agente ativo, preenchimento ou fase interna, enquanto que a substância que está a encapsular pode ser chamada de membrana, revestimento, fase externa ou matriz [36].
Os materiais, com capacidade de encapsulação, aplicados em produtos e processos alimentares devem ser comestíveis e capazes de formar uma barreira entre o agente ativo e os seus arredores[36].
Existem diversas técnicas de encapsulamento por alginato que podem ser utilizadas na indústria alimentar [21]. Segundo Helgerud et al. (2010), a encapsulação de agentes aromatizantes, como óleos de aroma, pode ser realizada por extrusão ou gotejamento de uma mistura de alginato e óleo numa solução contendo sais de cálcio. Outra possível técnica consiste na utilização de um bucal de duplo tubo, onde o material a ser encapsulado é repelido pelo tubo interior, enquanto que a solução de alginato é repelida através do tubo exterior (Figura 11)[21].
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Figura 11. Equipamento para encapsulação de um liquido ou suspensão com o alginato[21].
O tamanho das esferas pode ser controlado pela forma do dispositivo de extrusão, pela viscosidade da mistura de alginato e pela aplicação de diferentes equipamentos para a formação das esferas[5].
A utilização de alginato na gastronomia molecular constitui um mercado pequeno mas que se encontra em crescimento. Produtos naturais como caviar e ovos de peixe podem ser imitados por cápsulas de alginato. As esferas de alginato podem ser utilizadas como adorno nos pratos de restaurantes e na preparação de novos pratos[21].
Na cozinha molecular, a associação de alginato de sódio com sais de cálcio para produzir esferas de alginato denomina-se de esferificação. Esta técnica consiste na utilização de alginato misturado com um alimento que não possui cálcio livre no mesmo (obtido com um agente sequestrante). A mistura contendo alginato é submersa num banho de solução de cálcio (normalmente cloreto de cálcio ou lactato de cálcio), formando esferas com uma fina membrana. As esferas devem estar pouco tempo no banho de cálcio, pois a permanência destas na solução promove a continuação da gelificação para o interior da esfera. Um aquecimento das esferas a 85 °C durante 10 minutos ou mais, impede o processo de gelificação e mantém o centro da esfera líquido[37]. Um problema desta técnica reside no facto de a gelificação não ocorrer para
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líquidos com acidez elevada (pH <5), contudo isso pode ser corrigido pela adição de citrato de sódio ao liquido, por forma a reduzir o nível de acidez antes do processo de gelificação[38].
Para além do tipo de esferificação anteriormente descrita, as esferas de alginato podem ser conseguidas por esferificação inversa que consiste na submersão de um líquido com a mistura de gluconato de cálcio e lactato de cálcio 2 em um banho contendo alginato de sódio. Estas esferas apresentam uma membrana mais espessa, são de longa duração e o processo de gelificação é interrompido quando as esferas são removidas do banho e lavadas com água[39]. A esferificação inversa pode ainda ser realizada por congelamento do líquido com iões cálcio em moldes de silicone hemisféricos (Figura 12). Esta técnica permite um maior controlo no tamanho e na forma das esferas resultantes[40].
Figura 12. Produção de esferas utilizando moldes de silicone hemisféricos[37].
Estudos têm sido realizados sobre a produção de esferas para aplicação alimentar. As chamadas cápsulas sem costura ou cápsulas “seamless” (Figura 13) podem ser conseguidas pela utilização de alginato. Estas cápsulas são ideais para conter líquidos ou uma suspensão de sólidos num líquido. Diversas aplicações têm sido documentadas na literatura de patentes, como a inclusão de sabores, mentol e óleo de eucalipto, e de bebidas alcoólicas e não alcoólicas concentradas[41].
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A esferificação inversa não utiliza o cloreto de cálcio porque tem um sabor salgado, por isso utiliza-se gluconato de cálcio e lactato de cálcio. Estes não têm sabores percetíveis e dissolvem-se em líquidos[39].
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Figura 13. Secção transversal de uma cápsula “seamless” mostrando uma casca sólida e um centro líquido[41].
As cápsulas “seamless” são fabricadas com máquinas especializadas com bocais múltiplos coaxiais, como o sistema “Spherex” (disponível na Freund Industrial Co., Japão). A camada externa é formada pela extrusão de uma solução do agente gelificante quente (60 °C) pelo bocal externo e o núcleo líquido (imiscível em água) pelo bocal interno, de forma a formar um jato concêntrico (Figura 14). Este último é imerso num banho de arrefecimento de óleo vegetal (12 °C) para endurecer a película. As cápsulas “seamless”, na forma de esferas, são formadas devido à tensão superficial e pretendem possuir um diâmetro de 4-8 mm com uma parede fina de 300-600 micrómetros[41].
Figura 14. Esquema exemplificativo de produção de esferas com um bocal multitubular e um banho de arrefecimento[36].
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Uma patente descreve a produção de “roe-like” multicamada, estrutura esférica composta por mais de duas camadas. Este método envolve a extrusão de dois materiais comestíveis através de um bocal multitubular para formar dois materiais “sol3” que possuem propriedades distintas e com o material que constitui a camada interna a converter-se para um gel aquoso, mais macio que a camada do material exterior[42].
Outro estudo patenteado pela Unilever, em 1979, menciona a produção de novos gelados contendo pequenas esferas solidas ou ocas com um centro líquido. A aplicação de cápsulas com um centro líquido dentro de um alimento permite, assim, a introdução de uma mistura de texturas e sabores aquando da ingestão[42].
A encapsulação de ingredientes pode ser conseguida por processos físicos, físico-químicos ou químicos. As diversas tecnologias de encapsulação permitirão que os formuladores de produtos consigam fazer dispositivos de extrusão com menos de um micrómetro a vários milhares de micrómetros de tamanho. Cada tecnologia proporciona propriedades específicas como altas taxas de produção, altos volumes de produção, elevado rendimento de produção e diferentes custos de capital e de operação. A sua seleção é governada pelas propriedades físicas e químicas do núcleo da esferas, pelos materiais de encapsulação e pela aplicação a que se destinam como ingredientes alimentares[43].
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3.1. Estratégia de Desenvolvimento Experimental
A produção de esferas com o tamanho e forma desejados está muitas vezes associada a experiências de “tentativa e erro” na formulação das soluções utilizadas e no procedimento experimental.
Inicialmente para tentar produzir esferas de alginato com centro líquido recorreu-se ao método de gelificação por difusão, em que se misturou o alginato de sódio com as restantes matérias-primas, seguido do seu gotejamento numa solução contendo a fonte de cálcio. Porém, verificou-se que depois de um determinado tempo, as esferas apresentavam-se completamente gelificadas.
Como não se conseguiu obter resultados promissores na gelificação por difusão, recorreu-se a uma gelificação inversa. Neste tipo de gelificação procedeu-se ao gotejamento da fonte de cálcio com as demais matérias-primas na solução de alginato de sódio (em agitação). Para a realização deste procedimento experimental utilizou-se um suporte metálico ajustável em altura, onde se coloca um recipiente cilíndrico com pontas de plástico/metal na extremidade, utilizado para colocar o preparado que irá gotejar na solução de alginato.
No início do projeto foram testadas várias formulações para a produção de esferas de alginato, mas para a caracterização das mesmas foi utilizada como base a formulação descrita na Tabela 3.
Tabela 3. Formulação base utilizada em alguns dos ensaios realizados
Matéria-Prima % (m/m)
FONTE DE CÁLCIO 1,50
AÇÚCAR 15,00
HIDROCOLÓIDE 1 0,57
HIDROCOLÓIDE 2 0,43
CORANTE CARMIM MICROENCAPSULADO 0,18
CONC. SUMO MAÇÃ 10,00
AROMA LIMÃO 0,15
SORBATO POTÁSSIO GRANULADO 0,10
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O estudo das diferentes etapas de caracterização das esferas de alginato com centro líquido, por gelificação inversa, foi realizado segundo o procedimento experimental apresentado na Figura 15.
Figura 15. Esquema geral do procedimento experimental.
Para garantir melhores resultados neste processo de gelificação, foi necessário definir algumas práticas a seguir na preparação da solução de alginato e no preparado que contém a fonte de cálcio.
No que respeita à mistura das matérias-primas, onde está presente a fonte de cálcio, efetuou-se uma pré-dissolução da fonte de cálcio, assim como do sorbato de potássio e adicionou-se, previamente, o açúcar ao(s) hidrocolóides(s) para ajudar na mistura com as restantes matérias-primas.
Pesagem das matérias-primas (como
indicado na formulação) Preparação da solução de alginato
Mistura das matérias-primas com um Homogeneizador
Pasteurização do preparado (90 °C durante 3 minutos)
Pingamento do preparado (Distância: 25-30 cm)
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Quanto à preparação da solução de alginato acrescentou-se uma percentagem de açúcar (5 %) para ajudar na dissolução do alginato em água quente (numa placa de aquecimento).
Como durante o gotejamento das esferas na solução de alginato estas depositavam na base do recipiente, agregando, optou-se por utilizar uma placa de agitação magnética durante o processo.
Ao longo do projeto foram realizados estudos onde não foi possível manter constante a temperatura da solução de alginato e do preparado com a fonte de cálcio. As grandes amplitudes de temperatura associadas a estas misturas estão relacionados com a utilização de um recipiente de plástico para colocar a solução de alginato e onde não era possível a utilização de aquecimento. Relativamente ao preparado contendo a fonte de cálcio existiu uma grande variação de temperatura pois a quantidade de preparado definida não era colocada de uma vez só no recipiente cilíndrico com pontas (para não ocorrer entupimento das mesmas), e como tal era necessário voltar a aquecer o preparado para possuir uma temperatura próxima à anterior.
3.2. Análise das propriedades físico-químicas das esferas
3.2.1. Textura (Resistência mecânica)
Um dos parâmetros que se mostrou de extrema importância para compreender melhor o comportamento das esferas de alginato com centro líquido é a textura. Segundo Szczesniak (1990), a textura pode ser definida como a manifestação sensorial da estrutura dos alimentos e a forma como esta reage a forças aplicadas.
Neste trabalho foram realizados estudos de firmeza/compressão para compreender o comportamento das esferas em função da mudança dos valores das variáveis (concentração de alginato, p.e.). Para tal utilizou-se o texturómetro TA. XTplus (Stable Micro Systems) juntamente com o software Exponent. A firmeza consiste numa propriedade mecânica relacionada com a força necessária para conseguir uma determinada deformação ou penetração. Na boca é compreendida pela compressão do produto entre os dentes (sólidos) ou entre a língua[45][46].
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O método de análise da firmeza/compressão consistiu na pesagem de 5 g de esferas, que foram colocadas no suporte do texturómetro, procedendo-se então ao ensaio. Utilizou-se uma célula de carga de 5 kg e uma placa de compressão de 75 mm de diâmetro. A distância de compressão foi de 5 mm com uma velocidade de ensaio de 1,5 mm/s. Efectuaram-se 6 réplicas de cada amostra.
A maioria dos estudos que necessitavam da análise da textura das esferas (à exceção dos estudos relacionados com a pasteurização) foi realizada 24 horas após cada gotejamento. As esferas eram colocadas numa calda de conservação com as mesmas características das esferas de alginato (pH, Brix) e acondicionadas no frigorífico.
3.2.2. Viscosidade
A viscosidade consiste numa medida de resistência ao fluxo de uma substância quando sujeito a uma força de corte[2].
O valor de viscosidade de cada formulação, expresso em centipoise (cp), foi determinado usando um viscosímetro rotacional Brookfield DV-II + Pro (Brookfield Engineering Laboratories, Inc., EUA), a uma temperatura próxima à da temperatura de gotejamento do preparado. Este equipamento determina viscosidades exatas e é composto por uma agulha que ao girar vai exercer uma força no produto a analisar. Existem diversas agulhas (spindle) com tamanho e forma distintas, assinaladas por números que as distinguem. A sua utilização vai depender do tipo de produto a analisar, ou seja, a agulha com o disco de maior diâmetro (número mais baixo) é utilizada em produtos mais fluidos, enquanto que a agulha com o disco de menor diâmetro (número mais elevado) aplica-se a produtos mais viscosos[47]. As medições das viscosidades foram realizadas durante 1minuto, a 50 rotações por minuto (RPM) utilizando o spindle número 3.
Em algumas formulações determinou-se, também, a viscosidade através do viscosímetro Bostwick. Este tipo de equipamento determina viscosidades aparentes, sendo bastante utilizado para leituras de viscosidade dos produtos alimentares quando estão a ser produzidos industrialmente. Utilizou-se o intervalo de tempo de 1 minuto, para medir a distância (cm) que o preparado demorou a percorrer.
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3.2.3. Teor de sólidos solúveis e pH
Foram ainda avaliados parâmetros como o teor em sólidos solúveis (TSS), medido na escala °Brix, e o pH. O Brix é uma escala numérica do índice de refração que permite determinar a quantidade de compostos solúveis num alimento. Esta escala é bastante utilizada na indústria alimentar para medir a quantidade aproximada de açúcares presentes num determinado produto. As leituras do preparado que contêm a fonte de cálcio foram efetuadas com recurso a um refratómetro de marca RFM732, B+S (Bellingham+Stanley Ltd, Reino Unido).
Para a medição do pH utilizou-se o potenciómetro Consort C860 (Consort bvba, Bélgica).