Carragenina

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Polisacáridos sulfativos naturales

Carrageninas o carrageninas (KARR-ə-GHEE-nənz; del irlandés carraigín 'little rock') son una familia de polisacáridos sulfatados lineales naturales que se extraen de las algas rojas comestibles. Las carrageninas son ampliamente utilizadas en la industria alimentaria, por sus propiedades gelificantes, espesantes y estabilizantes. Su principal aplicación es en productos lácteos y cárnicos, debido a su fuerte unión a las proteínas de los alimentos. En los últimos años, las carrageninas han surgido como un candidato prometedor en aplicaciones de ingeniería de tejidos y medicina regenerativa, ya que se asemejan a los glicosaminoglicanos nativos (GAG). Se han utilizado principalmente para la ingeniería de tejidos, la cobertura de heridas y la administración de fármacos.

Los carragenanos contienen entre un 15 % y un 40 % de éster de sulfato, lo que los convierte en polisacáridos aniónicos. Se pueden clasificar principalmente en tres clases diferentes según su contenido de sulfato. La carragenina kappa tiene un grupo sulfato por disacárido, la carragenina iota tiene dos y la carragenina lambda tiene tres.

El alga roja más conocida e importante utilizada para fabricar los coloides hidrofílicos para producir carragenina es Chondrus crispus (musgo irlandés), que es un alga de color rojo oscuro parecida al perejil que crece adherida a rocas Los extractos gelatinosos del alga Chondrus crispus se utilizan como aditivos alimentarios desde aproximadamente el siglo XV. La carragenina es una alternativa vegetariana y vegana a la gelatina en algunas aplicaciones, por lo que puede usarse para reemplazar la gelatina en productos de confitería y otros alimentos. No hay evidencia clínica de que la carragenina sea un ingrediente alimentario inseguro, principalmente porque su destino después de la digestión no se determina adecuadamente.

El primer cultivo comercial a escala industrial de Eucheuma y Kappaphycus spp. para la carragenina se desarrolló en Filipinas. Los principales productores mundiales de carragenina son Filipinas e Indonesia. La carragenina, junto con el agar, se utilizan para producir postres de gelatina tradicionales en Filipinas llamados gulaman.

Propiedades

Las estructuras moleculares de diferentes tipos de carrageenan

Los carragenanos son moléculas grandes y muy flexibles que forman estructuras helicoidales rizadas. Esto les da la capacidad de formar una variedad de geles diferentes a temperatura ambiente. Son ampliamente utilizados en la industria alimentaria y otras como agentes espesantes y estabilizantes.

Todas las carrageninas son polisacáridos de alto peso molecular y se componen principalmente de alternancia de b-D-galactopiranosa de 3 enlaces (unidades G) y a-D-galactopiranosa de 4 enlaces (unidades D) o 4 enlaces 3,6-anhidro -a-D-galactopiranosa (unidades DA), que forman la unidad repetitiva de disacárido de carragenanos.

Hay tres clases comerciales principales de carragenina:

Las principales diferencias que influyen en las propiedades de las carrageninas kappa, iota y lambda son el número y la posición de los grupos éster sulfato en las unidades repetidas de galactosa. Los niveles más altos de éster sulfato reducen la temperatura de solubilidad de la carragenina y producen geles de menor resistencia, o contribuyen a la inhibición de gel (carragenina lambda).

Muchas especies de algas rojas producen diferentes tipos de carrageninas durante su historia de desarrollo. Por ejemplo, el género Gigartina produce principalmente carrageninas kappa durante su etapa gametofítica y carrageninas lambda durante su etapa esporofítica.

Todos son solubles en agua caliente, pero en agua fría, solo la forma lambda (y las sales de sodio de los otros dos) son solubles.

Cuando se usa en productos alimenticios, la carragenina tiene los números E de aditivos E de la UE E407 o E407a cuando está presente como "alga eucheuma procesada". Técnicamente, la carragenina se considera una fibra dietética.

En partes de Escocia e Irlanda, donde se le conoce por una variedad de nombres locales y nativos, Chondrus crispus se hierve en leche y se cuela, antes del azúcar y otros condimentos como vainilla, canela, se añaden brandy o whisky. El producto final es una especie de gelatina similar a la panna cotta, la tapioca o el manjar blanco.

Producción

Eucheuma denticulatum ser cultivada para el yota-carrageenano en un cultivo fuera del fondo en Tanzania

Aunque las carrageninas se introdujeron a escala industrial en la década de 1930, se sabía que se usaban en China desde alrededor del año 600 a. C. (donde se usaba Gigartina) y en Irlanda alrededor del año 400 d.;gelatina' se puede preparar hirviendo 140 g (5 oz) de musgo irlandés enjuagado en 9 L (8 imp qt) de agua durante 10 minutos, revolviendo la mezcla mientras hierve. Se añaden rápidamente 2,5 L (2 imp qt) de agua fría a la infusión caliente y, una vez que la mezcla se ha enfriado, se cuela con un paño. Luego se enfría durante 24 horas, tiempo durante el cual se vuelve gelatinoso.

A partir de 2011, las ventas globales de carragenina se estimaron en $640 millones. El mayor productor de carragenina industrial fue Filipinas, donde las algas marinas cultivadas producen alrededor del 80 % del suministro mundial, mientras que China es el principal exportador a los mercados mundiales de EE. UU. y Europa. Las fuentes más utilizadas son E. cottonii (Kappaphycus alvarezii, K. striatum) y E. spinosum (Eucheuma denticulatum), que en conjunto proporcionan alrededor de las tres cuartas partes de la producción mundial. Estos crecen desde la superficie del mar hasta una profundidad de unos 2 m (6,6 pies). Las algas marinas normalmente se cultivan en hilos de nailon atados entre flotadores de bambú y se cosechan después de tres meses aproximadamente, cuando cada planta pesa aproximadamente 1 kg (2,2 lb).

La E. La variedad cottonii ha sido reclasificada como Kappaphycus cottonii por Maxwell Doty (1988), introduciendo así el género Kappaphycus, sobre la base de los ficocoloides producidos (a saber, carragenina kappa).

Después de la cosecha, las algas se secan, se embalan y se envían al fabricante de carragenina. Allí, las algas se muelen, se tamizan para eliminar impurezas como la arena y se lavan a fondo. Después del tratamiento con una solución alcalina caliente (p. ej., hidróxido de potasio al 5-8 %), la celulosa se elimina de la carragenina mediante centrifugación y filtración. A continuación, la solución de carragenina resultante se concentra por evaporación. Se seca y se muele según las especificaciones.

Hay tres tipos de procesamiento industrial:

Semirrefinado

Esto solo se produce a partir de E. cottonii o E. espinoso. La hierba cruda primero se clasifica y los contaminantes crudos se eliminan a mano. Luego, la hierba se lava para eliminar la sal y la arena, y luego se cuece en álcali caliente para aumentar la fuerza del gel. La hierba cocida se lava, se seca y se muele. E. spinosum se somete a un ciclo de cocción mucho más suave, ya que se disuelve con bastante facilidad. El producto se denomina carragenina semirrefinada, grado natural de Filipinas o, en los EE. UU., simplemente se incluye en la especificación de carragenina común. 

 limpiado y lavado algas
↓
extracción
↓
filtración gruesa → residuos de algas
↓
fina filtración → ayudas de filtro usados
↓
↓-------------- concentración --------------↓
preparación con KCl preparación con alcohol
↓
Recuperación de alcohol
↓
secado
↓
fresado
↓
fusión
↓
gel refinado carrageenan refinado carrageenan

Refinado

La diferencia esencial en el proceso de refinación es que la carragenina primero se disuelve y se filtra para eliminar los restos de la pared celular. Luego, la carragenina se precipita de la solución clara, ya sea con alcohol isopropílico (propan-2-ol) o con cloruro de potasio.

Procesamiento mixto

Existe una tecnología híbrida en la que las algas marinas se tratan de forma heterogénea como en el proceso semirrefinado, pero se utilizan altos niveles de alcohol o sal para inhibir la disolución. Este proceso se usa a menudo en las algas marinas de América del Sur y brinda algunos de los beneficios de costo del procesamiento semirrefinado, al tiempo que permite procesar una gama más amplia de algas marinas; sin embargo, los niveles naturalmente bajos de celulosa en algunas algas marinas de América del Sur permiten que se procesen de manera heterogénea y todavía se venderá bajo la especificación refinada de la UE.

Calificaciones

Hay dos grados básicos de carragenina, refinada (RC) y semirrefinada (SRC). En los Estados Unidos, ambos grados están etiquetados como carragenina. En la Unión Europea, la carragenina refinada se designa con el número E E-407 y la carragenina semirrefinada como E-407a. La carragenina refinada tiene un máximo de 2% para material insoluble en ácido y se produce por precipitación con alcohol o proceso de prensa de gel de cloruro de potasio. La carragenina semirrefinada tiene un contenido de celulosa mucho mayor y se produce en un proceso menos complejo. Indonesia, Filipinas y Chile son tres fuentes principales de materia prima y carragenina extraída.

Usos y aplicaciones

Alimentos y otros usos domésticos

Estado normativo

En los EE. UU., la carragenina está permitida por las reglamentaciones de la FDA como aditivo alimentario directo y se considera segura cuando se usa en la cantidad necesaria como emulsionante, estabilizador o espesante en los alimentos, excepto en los alimentos estandarizados que no prevén dicho uso.. La FDA también revisó la seguridad de la carragenina para la fórmula infantil. La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria concluyó que "no hay evidencia de ningún efecto adverso en humanos por la exposición a la carragenina de grado alimenticio, o que esté ocurriendo la exposición a la carragenina degradada por el uso de carragenina de grado alimenticio". El comité de expertos conjunto FAO/OMS sobre aditivos alimentarios declaró en una revisión de julio de 2014 de la carragenina "que el uso de carragenina en fórmulas infantiles o fórmulas para fines médicos especiales en concentraciones de hasta 1000 mg/L no es motivo de preocupación".

Aunque el Programa Orgánico Nacional (NOP, por sus siglas en inglés) agregó carragenina a su Lista Nacional de aditivos permitidos para ser incluidos en alimentos orgánicos en 2003, y la revisó y reautorizó en 2008, señalándola como "crítica para la producción orgánica y operaciones de manejo", el 18 de noviembre de 2016, la Junta Nacional de Normas Orgánicas (NOSB) del NOP votó para recomendar que se elimine la carragenina de la Lista Nacional de aditivos permitidos en la producción de alimentos orgánicos.

El 4 de abril de 2018, el Servicio de Comercialización Agrícola (AMS) (USDA) publicó un documento para anunciar la renovación de la carragenina en la Lista Nacional, lo que permite su uso continuado en productos alimenticios. El documento dice,

El NOSB recomendó la eliminación de carrageenano porque determinaron que materiales alternativos, como la goma de gellan, la goma de guar o la encía de xanthan, están disponibles para uso en productos orgánicos... AMS encontró pruebas suficientes en comentarios públicos a la NOSB de que el carrageenano sigue siendo necesario para el manejo de productos agrícolas debido a la falta de disponibilidad de sustitutos totalmente naturales (§ 6517(c)(1)(ii)). Carrageenan tiene usos específicos en una variedad de productos agrícolas, y los comentarios públicos informaron que los posibles sustitutos no replican adecuadamente las funciones de carrageenano en todo el amplio ámbito de uso. Por consiguiente, el carrageenano sigue cumpliendo los criterios de la OFPA para su inclusión en la Lista Nacional.

La regla entró en vigencia el 29 de mayo de 2018.

En una revisión de 2015, el Comité Conjunto de Expertos de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura y la Organización Mundial de la Salud sobre aditivos alimentarios publicó un informe técnico en 2015 sobre el uso de carragenina en fórmulas infantiles y encontró que el aditivo era & #34;no es motivo de preocupación" en preparados para lactantes como alimento para usos médicos especiales en concentraciones de hasta 1000 miligramos por litro. El uso de carragenina en preparados para lactantes, orgánicos o no, está prohibido en la UE por motivos de precaución, pero está permitido en otros alimentos. En 2018, la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) informó que la seguridad de la carragenina en los productos alimenticios se basa en una IDA de 75 mg/kg de peso corporal por día.

En el Reino Unido, la Agencia de Normas Alimentarias emitió un retiro del mercado de dulces que contenían carragenina, afirmando que la carragenina "no está permitida como ingrediente en productos de confitería de gelatina, ya que presenta un peligro de asfixia".

Investigación de toxicidad

A partir de 2018, la carragenina se consideró no tóxica en ciertos niveles de consumo (75 mg/kg de peso corporal por día), aunque se recomendó más investigación, centrada principalmente en el destino de la carragenina durante y después de la digestión, y en cualquier metabolito posterior..