goma Curdlana

goma Curdlana

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Revista Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento - Edição nº 3 - julho/dezembro 2004 5

Pesquisa

Goma Curdlana: Propriedades e aplicações

Mário Antônio Alves da Cunha

Químico Industrial, Ms. em Ciência de Alimentos, Doutorando em Biotecnologia Industrial. Faculdade de Engenharia Química de Lorena mariocunha@debiq.faenquil.br

Júlio César dos Santos

Engenheiro Industrial Químico, Doutorando em Biotecnologia Industrial. Faculdade de Engenharia Química de Lorena jsant100@ig.com.br

Raúl Jorge H. C. Gómez

Professor Titular. Departamento de Tecnologia de Alimentos e Medicamentos. Universidade Estadual de Londrina rcastrog@yahoo.com

Silvio Silvério da Silva Professor-pesquisador. Departamento de Biotecnologia. Faculdade de Engenharia Química de Lorena silvio@debiq.faenquil.br

1. Introdução

As gomas podem ser definidas como moléculas de elevada massa molecular, com características hidrofílicas ou hidrofóbicas, que usualmente têm propriedades coloidais e a capacidade de produzir géis ao combinarem-se com o solvente apropriado. É comum o termo goma ser aplicado a polissacarídeos, ou seus derivados, obtidos de plantas ou por processo microbiológico, que ao se dispersar em água fria ou quente produzem soluções ou misturas viscosas.

A indústria de alimentos é uma das principais usuárias das gomas, onde elas desempenham funções de espessante, gelificante, emulsificante, floculante, estabilizante e como formadoras de filmes para revestir inúmeros alimentos. Dependendo de sua natureza, podem apresentar propriedades adesivas e ainda potencial farmacológico, principalmente quando modificadas quimicamente.

Atualmente existe uma grande tendência na utilização de biopolímeros em áreas tradicionalmente dominadas por polímeros sintéticos, em função da importância do uso de materiais oriundos de fontes renováveis. Neste contexto, as gomas obtidas por processos microbiológicos vêm se destacando no mercado mundial. Entre elas, a goma curdlana, um polímero de D- glicose com ligações glicosídicas β (1→3), que é o terceiro polissacarídeo produzido industrialmente por fermentação, depois das gomas xantana e gelana.

A goma curdlana possui a propriedade única de formar dois tipos de géis por aquecimento. Um gel termoreversível que é formado quando suspensões deste biopolímero são aquecidas em temperaturas entre 50ºC e 60ºC e resfriadas a temperaturas inferiores a 40ºC e outro gel, termoirreversível , que é formado quando as suspensões são aquecidas a 80 ºC ou mais. Este biopolímero tem enorme potencial como aditivo alimentar, podendo ser utilizado em inúmeros produtos além de propriedades farmacológicas quando modificada quimicamente, possuindo atividade antivirótica, anticoagulante e antitrombótica.

2. Hidrocolóides / Gomas

De maneira geral, os termos hidrocolóide, colóide hidrofílico ou goma têm sido usados como sinônimos. Também é observado o termo mucilagem, embora este seja mais empregado para materiais que formam com a água massas viscosas, como é o caso das pectinas (CUNHA,

2002). Segundo Zohuriaam &Shokrolahi (2004), o termo goma mais FIGURA 1. Estrutura química da curdlana (FUNAMI et al., 1999b)

CH2 OH

CH2 OH CH2

Um polímero bacteriano com propriedades peculiares

56 Revista Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento - Edição nº 3 - julho/dezembro 2004 especificamente denota um grupo de polissacarídeos de uso industrial ou seus derivados que hidratados em água quente ou fria, em baixas concentrações, formam dispersões ou soluções viscosas.

Os hidrocolóides são substâncias altamente hidrofílicas solúveis ou que se dispersam em água, aumentando a viscosidade do sistema. Do ponto de vista químico são polissacarídeos (goma arábica, goma guar, goma carragenana, carboximetilcelulose, amido, pectinas) ou proteínas como a gelatina (IBAÑES & FERRERO, 2003). O termo “hidrocolóide” engloba todos os polissacarídeos que são obtidos de plantas, algas marinhas e de fonte microbiana, bem como as gomas obtidas de exsudados de plantas e biopolímeros modificados produzidos pelo tratamento químico ou enzimático do amido e da celulose. Além da gelatina que é a única proteína que tem sido aceita nesse grupo por seu caráter altamente hidrofílico e polidisperso (DICKINSON, 2003).

As gomas são classificadas como naturais e modificadas. O grupo das naturais inclui os extratos de algas marinhas (alginatos), exsudados de plantas (goma arábica e tragacanta), gomas obtidas de sementes ou raízes (amido de batata) e as gomas obtidas por fermentação (goma xantana). Dentro do grupo das modificadas têmse principalmente as gomas derivadas do amido e da celulose (Zohuriaam & Shokrolahi (2004).

Devido à elevada capacidade de retenção de água, os hidrocolóides conferem estabilidade aos produtos que sofrem ciclos de congelamentodescongelamento e demonstram boas propriedades como mimetizadores de gordura (GUARDA et al. 2004).

O uso de hidrocolóides (gomas) na indústria de alimentos baseia-se principalmente no aproveitamento de suas propriedades funcionais, que estão relacionadas à capacidade de espessar, de manter partículas em suspensão e de reter água (SANDERSON, 1981). São usados em concentrações baixas, que variam de 0,5% a 5%, e usualmente não contribuem para o aroma, paladar ou valor nutritivo do produto. Exercem, no entanto, papel importante no controle da textura e na estabilidade de muitos alimentos industrializados, prevenindo ou retardando uma série de fenômenos físicos como a sedimentação de partículas sólidas suspensas no meio; a cristalização da água ou do açúcar; a agregação ou desagregação de partículas dispersas e a sinérese de sistemas gelificados (FREITAS et al., 1996).

3. Goma curdlana: características e propriedades

A goma curdlana (FIGURA 1) é um polissacarídeo microbiano extracelular composto exclusivamente de resíduos de D-glicose ligados por ligações glicosídicas b (1→3) (FIGURA 2) e produzida através de fermentação por cepas não-tóxicas e não-patogênicas de Alcaligenes faecalis var. mixogenes (hoje, identificada como Agrobacterium biovar 1) e Agrobacterium radiobacter (CUNHA, 2002; LEE & PARK, 2001; NAKAO, 1997; SAUDAGAR & SINGHAL, 2004).

Este biopolímero foi descoberto em 1966 por Tokuya Harada, então professor da Universidade de Osaka,

Japão e recebeu a denominação de curdlana por sua habilidade de coagulação (“curdle”), quando aquecida em solução (PSZCZOLA, 1997). Possui a capacidade de ligação com a água e de gelificação por aquecimento, propriedades de interesse da indústria de alimentos. Além de fazer parte da família das β-glucanas que são bem conhecidas da comunidade científica por seus benefícios a saúde (JEZEQUEL, 1998).

As β-glucanas são consideradas como fibras, não sendo digeridas devido à ausência no organismo humano de enzimas capazes de hidrolisar as ligações β-glicosídicas. As fibras insolúveis não sendo metabolizadas pelo trato digestivo, não contribuem com valor calórico, podendo ser utilizadas em produtos com teor calórico reduzido (LIVESEY, 1990); podem auxiliar na prevenção do câncer intestinal e na redução dos níveis de LDL como de colesterol total (JESEQUEL, 1998).

Em estado natural é pobremente cristalina e é encontrada como um grânulo (FIGURA 3) semelhante ao amido. O grânulo é insolúvel em água destilada, porém dissolve-se facilmente em solução alcalina diluída, devido à ionização de pontes de hidrogênio intermolecular e intramolecular (CHEESEMAN & BROWN JR., 1995). Apresenta massa molecular de aproximadamente 74000 e é produzida industrialmente por uma empresa Japonesa, através de processo fermentativo com a Alcaligenes faecalis variedade myxogenes (FUNAMI et al., 1999a).

3.1 Obtenção do gel de curdlana

Em suspensão aquosa, a curdlana é capaz de formar gel por aquecimento e de acordo com a temperatura de aquecimento, há formação de dois tipos de géis. O gel denominado “lowset”, que é formado quando a suspensão aquosa de curdlana é aquecida a 50ºC - 60ºC e então resfriada a temperaturas inferiores a 40ºC. É um gel termoreversível similar ao agar-agar e à gelatina. E o gel “high-set”, que é formado quando a suspensão aquosa de cudlana é aquecida à temperatura de 80ºC ou superior, sendo um gel termo-irreversível, bastante estável a uma ampla faixa de temperatura de

FIGURA 2. Células de Agrobacterium radiobacter var. k 84 com grande secreção gomosa (goma curdlana).

FIGURA 3. Microscopia de luz polarizada do grânulo de curdlana (CHEESEMAN & BROWN JR., 1995).

Revista Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento - Edição nº 3 - julho/dezembro 2004 57 congelamento (FUNAMI et al., 1998) e frente a tratamentos com altas temperaturas, permanecendo insípido, inodoro e incolor (NAKAO et al, 1991).

A goma curdlana também forma gel termo-irreversível em sistemas alimentares, mesmo quando processados em temperaturas inferiores a 80ºC devido ao aumento de componentes funcionais. Além disso, quando a concentração de curdlana é aumentada no sistema a temperatura necessária para a gelificação termo-irreversível é reduzida, pois há uma alteração no ponto de transição do gel “low-set” para o “high-set” (FUNAMI et al., 1999b) em função do aumento das interações hidrofóbicas entre micelas de curdlana (FUNAMI et al., 1998).

Funami et al., (1999c) estudaram algumas propriedades viscoelásticas de géis de curdlana preparados com várias concentrações do polímero e em várias temperaturas e observaram que a temperatura (temperatura de transição) em que o gel torna-se irreversível depende da concentração do polímero e sugerem que com o aumento da temperatura de aquecimento, interações entre moléculas de curdlana, formando uma rede tridimensional, tornam o gel mais forte e mais elástico.

O mecanismo molecular de formação dos géis “high set” e “low-set”, é diferente. No gel “high-set” as ligações cruzadas entre miscelas de curdlana, formadas por moléculas com cadeias em hélice tríplice ou hélice múltipla, são mantidas com interações hidrofóbicas; enquanto no gel “lowset” as miscelas, que são formadas por moléculas com cadeias em hélice simples, são mantidas por pontes de hidrogênio (FUNAMI et al., 1999c).

Nas figuras 4 e 5 estão representados os possíveis modos de formação das pontes de hidrogênio intramolecular, no gel “low-set”, e das interações hidrofóbicas entre moléculas de cudlana, no gel “high-set”, descritos por Tako & Hanashiro, (1997).

A microscopia eletrônica de transmissão de baixa resolução mostra que o gel de curdlana formado a temperaturas mais baixas é composto de microfibras entrelaçadas (FIGURA 6), enquanto que o gel formado a temperaturas mais elevadas é composto por

FIGURA 4. Esquema do possível modo de estruturação das pontes de hidrogênio intramolecular.

FIGURA 5. Esquema do possível modo de estruturação das interações hidrofóbicas

SOTNEMILA OÃÇNUF sadassecorpsenraC augáedoãçneter,arutxetedoãçacifidoM sodazilifoilsotnemilA oãçatardiheredrailixua,arutxetedoãçacifidoM sohloM otnemidneredrailixua,edadisocsivedotnemuA sodizoc-érpsotnemilAa rutxetedoãçacifidoM oãrracaM arutxetedoãçacifidoM saiéleGe tnacifilegetnegA sodassecorpsotnemilA edsotiefesoaodnitsiser(etnacifilegetnegA otnemalegnoceotnemiceuqa sievítsemocsemliFe mlifedoãçamroF sairolacsaxiabmocsotnemilA )levíregidni(acitéteidarbiF sêugrubmahesotnuserp,saçiügniL aneaugáedoãçneteranrailixua,etnazirutxeT zeicam sojieuQ arudrogadrodazitemiM setrugoI eserénisebinieedadisocsivaarohleM sadalegsasemerboS eserénisebinI setevroSa ugáadoãçazilatsircaativE

TABELA 1. Aplicações da goma Curdlana em Alimentos

58 Revista Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento - Edição nº 3 - julho/dezembro 2004 microfibras associadas (FIGURA7) (CHEESEMAN & BROWN Jr., 1995).

Há também formação de gel de curdlana quando em solução alcalina em presença de cátions bivalentes como Ca++ e Mg ++ ou quando neutralizada por solução ácida sem aquecimento (NAKAO, 1997; SPICER; GOLDENTHAL & IKEDA, 1999).

A estrutura linear da goma curdlana a torna mais resistente ao aquecimento e a outras forças externas incluindo o pH (KANKE et al., 1995). Podendo formar gel sob uma ampla faixa de pH (pH 2 a pH 10), sendo isto uma vantagem em relação a outros agentes gelificantes. Outra propriedade única do gel de curdlana é sua alta estabilidade a processos de congelamento-descongelamento (NAKAO, 1997).

3.2 Produção e bio-síntese da goma curdlana

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