As ciclodextrinas trazem novas soluções para a indústria de alimentos

Os emulsificantes são amplamente utilizados na indústria de alimentos para estabilizar produtos e formulações com fases aquosa e oleosa. As ciclodextrinas oferecem um novo método de emulsificar produtos alimentares: estas moléculas de glicose de estrutura anular são capazes de estabilizar emulsões óleo em água e proporcionar excelente paladar. As ciclodextrinas são obtidas a partir de matérias-primas renováveis, de fonte exclusivamente vegetal, não são alergênicas e são livres de colesterol. Com todas estas propriedades, as ciclodextrinas são altamente interessantes para a indústria de alimentos e bebidas.

Sorvetes, molhos para salada, cremes ou maionese: quando se trata de alimentos, as emulsões óleo em água estão em toda parte. Para estabilizá-las, os emulsificantes são amplamente utilizados na indústria de alimentos. Soluções comuns incluem mono e diglicerídeos (derivados de ácidos graxos), lecitinas, que também são encontradas na gema do ovo, proteínas e determinados emulsificantes de baixo peso molecular. Os emulsificantes de origem animal, no entanto, possuem determinadas propriedades e características que desafiam os fabricantes de alimentos. Normalmente, estes emulsificantes clássicos são muito sensíveis ao calor e a condições ácidas, podem ser alergênicos e provocam ingestão indesejável de colesterol. Produtos fabricados à base de ovo líquido também são de difícil processamento e podem perder a viscosidade durante a armazenagem. Além disso, por serem de origem animal, os emulsificantes à base de ovos e proteínas criam problemas de possível contaminação e de segurança do alimento. Há, assim, grande interesse em encontrar uma alternativa possível a emulsificantes de fonte animal para a estabilização de emulsões óleo em água.

Aqui, as ciclodextrinas oferecem novas opções por serem capazes de modular a textura e a consistência de alimentos e serem, assim, uma alternativa interessante a emulsificantes clássicos para a estabilização de emulsões óleo em água.

O que são as ciclodextrinas?

Ciclodextrinas são oligossacarídeos cíclicos quirais não-redutores que são estáveis em soluções ácidas até um pH aproximado de 2.5 – 3. Suas moléculas de estrutura anular consistem de certo número de unidades de alfa-D-glicose, com ligações glicosídicas alfa-1,4 em um anel. Dependendo do número de unidades de glicose e, consequentemente do tamanho do anel, é feita distinção entre alfa-ciclodextrina, beta-ciclodextrina e gama-ciclodextrina: a alfa-ciclodextrina é composta de seis unidades de glicose, a beta-ciclodextrina de sete e a gama-ciclodextrina de oito.

As ciclodextrinas são produtos da conversão natural do amido. Elas são fabricadas biotecnologicamente através da degradação enzimática de matérias-primas vegetais como milho ou batata. Enzimas específicas (ciclodextrinas glicosiltransferases ou CGTases) cortam seções individuais do carboidrato helicoidal do amido e as agrupam em um oligossacarídeo anular: a ciclodextrina.

De maneira geral, as ciclodextrinas são substâncias bem definidas e quimicamente puras que possuem propriedades técnicas consistentes. Ciclodextrinas naturais são sólidos cristalinos incolores, não-higroscópicos e capazes de resistir a temperaturas de até aproximadamente 220 °C. Estas moléculas são estáveis em soluções alcalinas, mas hidrolisadas em soluções ácidas (pH < 2.5).

A característica especial das ciclodextrinas: sua forma anular

As moléculas de ciclodextrina têm forma de anel ou rosquinha (ver fig. 1) com uma cavidade oca. Todos os grupos hidroxilos de uma ciclodextrina estão localizados no exterior da molécula, o que explica a natureza hidrofílica da superfície externa. O interior da ciclodextrina contém apenas átomos de oxigênio glicosídico e átomos de hidrogênio ligados diretamente a átomos de carbono. Com isso, a cavidade é hidrofóbica e consideravelmente menos polar que o exterior.

A cavidade interior é capaz de acomodar uma molécula "hóspede" lipofílica, desde que seu tamanho e sua forma sejam compatíveis. A coesão entre as duas moléculas é relativamente frágil (forças de van der Waals), fazendo com que, sob condições adequadas, a molécula hóspede possa ser liberada posterior-mente. As forças van der Waals não alteram quimicamente nenhum dos componentes deste composto de inclusão. Consequentemente, a estrutura química da molécula hóspede permanece inalterada após a complexação da ciclodextrina.

Alfa-ciclodextrina como emulsificante

Com seu interior hidrofóbico e seu exterior hidrofílico, a alfa-ciclodextrina em forma de rosquinha é capaz de atrair e encapsular moléculas selecionadas como os triglicerídeos. Isso promove a formação de uma estrutura similar a um surfactante que possui propriedades que estabilizam a emulsão, da maneira demonstrada na Figura 2. No lado esquerdo, há um triglicerídeo encapsulado por uma alfa-ciclodextrina, como exemplo de um ingrediente hidrofóbico. Uma das caudas do ácido graxo do triglicerídeo é encapsulada na cavidade hidrofóbica da alfa-ciclodextrina - as outras duas caudas do ácido graxo permanecem livres. Isso forma um complexo similar a um surfactante que contém uma alfa-ciclodextrina e uma molécula de triglicerídeo: as duas caudas não encapsuladas do ácido graxo formam a porção lipofílica do surfactante, enquanto o exterior hidrofílico da ciclodextrina é a porção hidrofílica do surfactante.

FIGURA 2

O lado direito mostra como esta estrutura similar a um surfactante opera em emulsões óleo em água: o complexo de triglicerídeo / ciclodextrina "permanece" na superfície da gota de óleo e estabiliza a gota de óleo como um surfactante. Desta maneira, formam-se micelas óleo em água estabilizadas, com as duas caudas de triglicerídeo livres se estendendo para o interior da gota de óleo e o exterior hidrofílico da ciclodextrina fazendo contato com a fase aquosa ao redor. A figura 3 ilustra as estabilidades de uma série de composições de emulsão óleo em água com aumento gradual do teor de alfa-ciclodextrina.

As condições apresentadas abaixo da linha produzem emulsões instáveis que, mais cedo ou mais tarde, se separam em duas fases, enquanto as condições acima da linha produzem emulsões estáveis que não se separam. Quanto mais alto for o teor de óleo da emulsão óleo em água, menor será a quantidade de alfa-ciclodextrina necessária para produzir uma emulsão estável. Por outro lado, quanto mais alto for o teor de água, maior será a quantidade de alfa-ciclodextrina necessária para um sistema estável.

Como ilustra a figura 4, a alfa-ciclodextrina comprova ser um emulsificante adequado para uma variedade de aplicações em alimentos, como molhos (tipo ketchup), molhos para salada ou maionese. Além disso, dependendo da proporção óleo/água e da quantidade de alfa-ciclodextrina utilizada, é possível ajustar a viscosidade da emulsão e, com isso, as propriedades organolépticas: desde a viscosidade do ketchup à da manteiga de amendoim, numerosas viscosidades diferentes podem ser reproduzidas com a alfa-ciclodextrina como estabilizador da emulsão.

Substituição da Caseína e de Gorduras Duras

Uma nova aplicação da alfa-ciclodextrina é a substituição (parcial) da caseína em aplicações para ali-mentos. A caseína é frequentemente utilizada como emulsificante e estabilizador em produtos alimentares como, por exemplo, creme de coco em pó. Normalmente, este tipo de produto se beneficia não só das funções emulsificantes da caseína. Ela também contribui para a consistência cremosa e o gosto de leite muito procurado no produto final. No entanto, a caseína também tem suas desvantagens: como derivado do leite, sua matéria-prima, o seu preço pode ser bastante volátil. Por esta razão, uma alternativa adequada e mais segura é muito apreciada na indústria de alimentos.

A alfa-ciclodextrina pode ser esta alternativa: as moléculas de origem vegetal são capazes de reduzir ou até substituir a quantidade da caseína de sódio de alto custo, oferecendo ao mesmo tempo benefícios de desempenho. No leite de coco reconstituído, por exemplo, a alfa-ciclodextrina melhora a estabilidade, fazendo com que o produto final não apresente separação, mesmo horas mais tarde. Ela é facilmente solúvel em água quente (não deixando partículas residuais) e reduz as gotas de óleo na superfície do leite de coco reconstituído. O produto final tem o mesmo paladar cremoso. Além disso, graças à capacidade da alfa-ciclodextrina de estabilizar aromas, os aromas voláteis do coco são protegidos durante o processo de secagem por atomização, produzindo no leite de coco reconstituído um sabor intenso e agradável.

É muito fácil usar a alfa-ciclodextrina na formulação: ela pode ser simplesmente coformulada com a caseína e não necessita de formulação ou etapas extras de produção. Outra grande vantagem é o preço da ciclodextrina, que é muito mais competitivo do que o da caseína. Em consequência, é possível reduzir o custo total da formulação e o fornecimento de matéria-prima é muito mais seguro, apresentando menos volatilidade.

Além da caseína, a alfa-ciclodextrina também pode substituir gorduras duras parcialmente hidrogenadas que são normalmente utilizadas em coberturas e glacês para a decoração de tortas, muffins ou outros produtos de panificação. Devido ao fato destes produtos provocarem a ingestão indesejada de gorduras saturadas e trans, os fabricantes de alimentos têm grande interesse em encontrar uma alternativa realista para seus produtos.

Agora, a alfa-ciclodextrina possibilita a formulação de coberturas com óleo vegetal no lugar de gorduras duras. O resultado é um produto fácil de barrar - mesmo quando refrigerado - com ótimo gosto e também com perfil nutricional otimizado. Acima de tudo, a alfa-ciclodextrina oferece outro benefício: a estabilidade da temperatura de coberturas formuladas com alfa-ciclodextrina é significativamente mais elevada - fator altamente relevante durante o transporte de alimentos ou em climas e estações quentes.

Além de Emulsões Óleo em Água

De forma adicional, as alfa-ciclodextrinas oferecem novo método de produção de sobremesas aeradas como mousses ou coberturas batidas. Normalmente, os mousses contêm gorduras e emulsificantes à base de gordura ou proteínas batidas para estabilizar o ar no produto. No entanto, as proteínas são muito sensíveis às variações do nível de pH e desnaturam a baixo pH. É aqui que a alfa-ciclodextrina entra no jogo: testes mostraram que as ciclodextrinas podem provocar efeito de aumento de volume em composições alimentares majoritárias ou até totalmente hidrofílicas - completamente sem óleo (ver Figura. 5).

Além disso, a alfa-ciclodextrina é capaz de aumentar o volume em composições alimentares sem gordura mesmo a baixo pH, como frutas, iogurte ou leitelho, e mesmo assim permanece estável. Isso pode levar à produção de novos alimentos batidos, como mousses e sobremesas, com redução significativa de consumo total de calorias por peso. Também proporciona uma nova experiência sensorial graças à estrutura especialmente leve da composição.

Fonte Renovável e de Origem Não Animal

Finalmente, um importante fator considerado pelos produtores de alimentos na escolha de um ingrediente é frequentemente sua fonte. Os consumidores preferem produtos de fabricação natural ou produtos com ingredientes de fontes renováveis. Pandemias, como a doença da vaca louca e a gripe aviária, intensificaram a tendência de afastamento da utilização de matérias-primas baseadas em produtos animais e aumentaram a demanda por ingredientes alimentícios de origem segura.

A alfa-ciclodextrina segue esta tendência por ser um produto da conversão natural do amido. Para o uso industrial, ela é fabricada exclusivamente a partir de matérias-primas vegetais, como milho ou amido de batata, através da degradação enzimática.

Conclusão

A alfa-ciclodextrina possui propriedades notáveis para aplicações em alimentos e bebidas: ela não tem efeito enturvador, é inodora, tem gosto neutro, sendo capaz de ajustar a textura, o gosto ou a aeração. No seu conjunto, a alfa-ciclodextrina demonstra ser, em consequência, um emulsificante estável e auxiliar de aeração para uma variedade de aplicações na indústria alimentícia, inclusive na confecção de maionese, molhos para salada, coco em pó, coberturas, sobremesas, cremes, etc. Por fim, as ciclodextrinas de fonte puramente vegetal são isentas de colesterol, não-alergênicas e produzidas com matérias-primas vegetais renováveis.

Informações detalhadas sobre a alfa-ciclodextrina da Wacker

A Wacker atua no campo de ciclodextrinas desde meados dos anos 80. Hoje, o grupo químico alemão é a única empresa no mundo capaz de produzir, a nível comercial, todos os três tipos de ciclodextrinas naturais, que são comercializadas com o nome de Cavamax^®. A Wacker desenvolveu e possui a propriedade intelectual das enzimas e do processo de produção. Uma planta de produção que aplica a tecnologia de enzima desenvolvida pela Wacker está localizada em Eddyville (Iowa, EUA) e produz ciclodextrinas desde 1999. Com laboratórios de P&D para aplicações em alimentos e bebidas localizados em Adrian (Michigan, EUA) e Burghausen (Alemanha), a Wacker está focada em desenvolvimentos individualizados para atender as demandas específicas dos clientes.

* Juan Patrón é Business Development Manager Latam, Wacker Biosolutions.

Wacker Química do Brasil Ltda.

www.wacker.com