Polisacáridos no digestibles extraidos de otras fuentes

Polisacáridos de algas: Alginato

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 incluso 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 producción 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. 

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                                 Ácido manuronico

Las algas sintetizan el alginato inicialmente 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 manurónico son casi planas, con una estructura semejante a una cinta, mientras que las de ácido gulurónico presentan una estructura con entrantes y salientes. 

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. 

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". 

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 suspensiones, 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. 

AGAR

El agar, o agar -agar, es un polisacárido que se obtiene de algas del género Gelidium, algas que se han utilizado en la cocina tradicional japonesa, por sus propiedades gelificantes, desde hace muchos siglos. También se obtiene de otras algas, entre ellas especies de los géneros Gracillaria , de las que procede actualmente la mayoría del agar, y de Gelidiella y Pterocladia, que aportan pequeñas cantidades. El agar de mejor calidad de obtiene de Gelidium, aunque en los últimos años se ha extendido mucho la obtención a partir de cultivos marinos de Gracillaria, que son ahora la fuente principal de este polisacárido. En España se obtiene sobre todo de Gelidium corneum. En el listado de aditivos alimentarios de la Unión Europea, el agar es el E-406.

El agar como tal se descubrió accidentalmente, junto con el método de obtención que todavía se utiliza, la congelación y descongelación de sus geles, a mediados del siglo XVII. El nombre tradicional japonés para este producto es "kanten". La palabra "agar", o "agar-agar", que se utiliza actualmente, procede del malayo, y hace referencia a otro gel distinto, el obtenido tradicionalmente en esa zona a partir de Eucheuma muricatum. En el siglo XIX, los emigrantes chinos llevaron a Malasia el producto japonés, adaptando a él el nombre local del gel de algas. Cuando el kanten japonés pasó a Europa, lo hizo con el nombre malayo de agar. 

Estructura

El agar se considera formado por la mezcla de dos tipos de polisacáridos, la agarosa y la agaropectina. La agarosa es el componente principal, representando alrededor del 70% del total. Tanto la agarosa como la agaropectina tienen la misma estructura básica, estando formadas por unidades alternadas de D-galactosa y de 3,6-anhidro-L-galactopiranosa unidas por enlaces a-(1-3) and b-(1-4) . 

En disolución, a temperatura alta, las cadenas de agar están desarrolladas y plegadas al azar. Los geles de agar se forman fundamentalmente por uniones en forma de doble hélice entre las cadenas de agarosa. La presencia de grupos sulfato, como sucede en la agaropectina, impediría la formación de estas hélices. Para obtener el agar de Gracillaria, el alga se trata en medio alcalino antes de la extracción del polisacárido, para reducir su contenido de sulfato y mejorar sus propiedades. Esta técnica, desarrollada en la década de 1950, ha permitido utilizar el agar de este alga, que sin tratamiento alcalino es de muy mala calidad. 

Los geles de agar se forman a concentraciones de menos del 1% de polisacárido, y son transparentes, duros y quebradizos. Esta última propiedad los diferencia de la mayoría de los otros geles de polisacáridos, que son más elásticos. Además tienen la propiedad particular de presentar una gran histéresis térmica. Es decir, mientras que el gel se forma (en el caso del agar de Gellidium) a una temperatura de alrededor de entre 30ºC, volver de nuevo a la disolución exige calentar el gel hasta entre 75ºC y 90ºC, según el tipo. Los geles de agar de Gracillaria presentan el mismo fenómenos, pero menos acusado. Con esta salvedad, los geles de agar son reversibles térmicamente. 

CARRAGENANO

El carragenano (o más propiamente los carragenanos, dado que es una mezcla de varios polisacáridos) se encuentra rellenando los huecos en la estructura de celulosa de las paredes celulares de algunas algas de varias familias de Rhodophyceae (algas rojas). Chondrus 

crispus, el alga tradicional productora de carragenano, conocida como "musgo irlandés", es de pequeño tamaño, y vive en aguas frías, estando distribuida en las costas del Atlántico Norte. 

Estas algas se han utilizado de forma tradicional en Irlanda desde hace al menos 600 años para fabricar postres lácteos, simplemente haciéndolas hervir en leche para que se liberen los carragenanos. En el siglo XVIII, los irlandeses emigrados a Norteamérica encontraron algas semejantes que también podían utilizarse para las mismas aplicaciones. El nombre de carragenano procede supuestamente del lugar de Carrageen (o Carragheen), en el condado de Waterford, en Irlanda. Sin embargo, probablemente el nombre del lugar proceda a su vez de una expresión gaélica antigua para designar el alga, "cosáinín carraige". El nombre de "furcelerano" se utilizó antiguamente para el carragenano obtenido de Furcellaria, pero actualmente está en desusso, al ser el mismo producto. 

El carragenano se obtuvo por primera vez en forma pura en 1844, mediante extracción en medio alcalino y precipitación con alcohol, sistema que, entre otros, aún se utiliza. En la década de 1930 comenzó su producción industrial en Estados Unidos, que se expandió durante la Segunda Guerra Mundial, al no disponer de suministro de agar de Japón. En la Unión Europea le corresponde el código de aditivo alimentario E-407. 

Estructura

Existen tres tipos importantes de carragenano, designados cada uno de ellos mediante una letra griega, k , kappa, l , lambda, y i , iota 

Chondrus crispus produce un carragenano que es mezcla de los carragenanos kappa e iota.También se obtienen carragenanos por recolección del alga Furcellaria fastigiata en las costas europeas del Atlántico Norte, de Phyllophora nervosa en el mar Negro, de algas del género Hypnea en las costas de Brasil, y de Gigartina en Argentina y Perú. Estas algas son de gran tamaño. Desde la década de 1980, una parte muy importante de la producción mundial de carragenano se obtiene mediante cultivos de algas de las especies Kappaphycus alvarezii y Eucheuma denticulatum en las zonas costeras de Filipinas e Indonesia. Estas algas se cosechan cada tres meses. 

El alga Euchema spinosum produce un carragenano en el que predomina el iota carragenano, lo mismo que E. isiforme y E. uncinatum. Las algas Euchema cottonii, E. striatum, E. procrusteanum, E. procrusteanum y E. speciosum producen un carragenano en el que predomina el kappa carragenano. 

Los carragenanos están formados por unidades de galactosa y/o de anhidrogalactosa, sulfatadas o no, unidas por enlaces alternos a(1-3) y b(1-4). El peso molecular es normalmente de 300.000 a 400.000. La longitud de la cadena es importante, ya que por debajo de 100.000 de peso molecular, el carragenano no es útil como gelificante. Dependiendo del grado de sulfatación, de las posiciones de los grupos sulfato y de la presencia de grupos de anhidrogalactosa se distinguen varios tipos de carragenano, con propiedades como hidrocoloides claramente distintas. A mayor proporción de grupos sulfato, la solubiliodad es mayor, y a mayor proporción de grupos de anhidrogalactosa la solubilidad es menor. Aunque existen alrededor de una docena de tipos, los más importantes son los carragenanos k, i y l. 

El carragenano k está formado por unidades alternas de galactosa con un grupo sulfato en el carbono 4 y unidades de anhidrogalactosa sin sulfatar.

GALACTOMANANOS

Los galactomananos se obtienen de los semillas de distintas leguminosas. Están formados por una cadena de manosas unidas entre sí por enlaces b -(1,4), en la mayoría de los casos con ramificaciones formadas por unidades de galactosa unidas a las manosas por un enlace a1-6. 

Dependiendo del vegetal del que se extraigan, los galactomananos tienen distinto grado de ramificación, y esto influye de forma esencial sobre sus propiedades. Los casos extremos son los de la goma de la palmera sago, que no tiene prácticamente ramificaciones de galactosa, y la de alholva, que tiene todas las manosas con ramificaciones. La goma de algarroba tiene una proporción aproximada de una galactosa por cuatro manosas, la goma tara una por cada tres, y la goma guar una por cada dos. La distribución de las sustituciones no es regular, especialmente en el caso de la goma de algarroba, en la que existen zonas relativamente largas sin ramificaciones y zonas con las ramificaciones concentradas 

La solubilidad depende mucho del contenido de galactosa, y de su distribución. El galactomanano del sago (Metroxylon amicarum) es totalmente insoluble en agua, y no tiene aplicaciones alimentarias. Las semillas de esta palmera son tan duras que se tallan como "marfil vegetal". Por el contrario, la goma de alholva es la más soluble de todas, la goma guar es soluble en agua fría, y para disolver la goma de algarroba es necesario calentar al menos hasta los 80ºC.

Estas gomas dan soluciones muy viscosas con bajas concentraciones de polisacárido, especialmente si se mezclan entre ellas o con la goma xantana. Dada la ausencia de grupos ionizables, su comportamiento no depende del pH, siendo estables entre pH 3,5 y 11. Por debajo de pH 3 pueden degradarse por hidrólisis. 

Los galactomananos son totalmente indigeribles por las enzimas humanas. Como "fibra soluble", los galactomananos tienen efectos beneficiosos sobre la salud, retrasando la captación de glucosa y haciendo más plano el pico glicémico, y eliminando colesterol. 

• Goma guar

La goma guar se obtiene de la leguminosa Cyamopsis tetragonoloba. 

Desde hace cientos de años, la planta se utiliza en alimentación humana y animal, pero la goma se utiliza como aditivo alimentario solamente desde la década de 1950.

Esta goma tiene un tamaño mayor que la goma de algarroba, estando formada cada cadena por hasta 10.000 unidades de monosacárido. Alrededor de la mitad de las manosas tienen una ramificación de galactosa, pero la distribución no es siempre más o menos homogénea, sino que existen bloques con casi todas las manosas ramificadas y otros sin ramificaciones.

La goma guar es más soluble en agua que la goma de algarroba, y se hidrata fácilmente con agua fría. Sus soluciones son pseudoplásticas y, a igualdad de concentración, mucho más viscosas que las de la goma de algarroba.

• Goma tara

La goma tara se obtiene del endospermo de las semillas de Caesalpinia spinosa, arbol de la familia de las leguminosas que puede alcanzar hasta los 5 metros de altura, originario de Perú. Aunque actualmente se cultiva en otros lugares, Perú es el mayor productor de goma tara en el mundo, con el 80% de la producción mundial, procedente tanto de bosques naturales como cultivados.

La semilla tienen una cubierta dura, y no es fácil separar el endospermo, que representa algo más del 20 % de su peso. El endospertmo contiene alrededor del 80% de galactomananos 

Es una goma relativamente nueva en el mercado mundial, habiendose introducido en la década de 1980. En la unión Europea tienen el código de aditivo E-417. Sus características estructurales y propiededes son interemedias entre las de la goma da algarroba y las de la goma guar. Las cadena de manosa tienen una ramificación de galactosa en una de cada tres manosas. Para la misma concentración, su viscosidad es intermedia entre las de la goma guar y la de la goma de algarroba. Como el resto de las gomas de esta familia, tiene comportamiento pseudoplástico. 

OTROS POLISACÁRIDOS

• Celulosa: La celulosa fue descrita como una substancia individual en la década de 1820 por Payen, el mismo científico francés que posteriormente aislaría el primer enzima la “diastasa” (amilasa) de la malta. La celulosa consiste en largas cadenas de unidades de glucosa, hasta 10.000, unidas entre sí por enlaces b 1-4. La únidad básica, dos glucosas unidas por este enlace, recibe el nombre de "celobiosa" 

• Inulinas: Las inulinas son polímeros de fructosa formados por entre 2 y 150 unidades de fructosa, con una glucosa en el extremo. La más sencilla de las inulinas, que debería considerse un oligosacárido, es la 1-kestosa. 

• Konjac: La goma konjac es un glucomanano que se extrae del rizoma del konjac, Amorphophallus konjac rizoma que puede pesar varios kilogramos y está formado en un 70% por glucomanano y en un 30% por almidón. 

• Goma gellán: La goma gellán se obtiene, de modo semejante a la goma xantana, por fermentación con el microrganismo Sphingomonas elodea , conocido anteriormente como Pseudomonas elodea. Esta goma se descubrió tra un programa sistemático de investigación en polisacáridos microbianos con aplicaciones prácticas, tras el éxito del dextrano y de la goma xantana. Aunque se utilice el nombre de "goma", la goma gellán o el gellán se comporta más bien de forma semejante a las pectinas, formando geles. En Estados Unidos está autorizado su uso desde 1990.