O glutamato monossódico é um dos mais importantes agentes potencializadores de sabor, além de ser considerado um dos meios mais eficazes de reduzir os níveis de sal usados na preparação de alimentos. Estudos têm demonstrado que os alimentos com baixos níveis de sal são muito mais aceitáveis quando uma pequena quantidade de glutamato monossódico é adicionada.
O glutamato monossódico é o sal de sódio do ácido L-glutâmico, ou a forma dissociada do L-glutamato. Sua descoberta se deve a Kikunae Ikeda, professor da Universidade Imperial de Tóquio, que em 1907, iniciou um projeto de pesquisa para identificar a substância nas algas (Laminariaceae) que produzia um sabor único, preferido em caldos de sopa no Japão. Sua pesquisa baseou-se na hipótese de que uma ou mais substâncias gustativas existentes nas algas poderiam não ser categorizadas como amargas, azedas, salgadas ou doces, os sabores básicos conhecidos na época, atribuindo o nome de umami a esse suposto quinto gosto sabor.
Em 1908, Ikeda identificou o componente do sabor umami das algas como L-glutamato, entrando com um pedido de patente para o processo de produção de um novo tempero que consistia principalmente de um sal de ácido L-glutâmico. Em 1909, teve início a produção industrial de L-glutamato monossódico (MSG).
O primeiro processo de produção industrial foi um método de extração em que proteínas vegetais foram tratadas com ácido clorídrico para romper as ligações peptídicas. O cloridrato de ácido L-glutâmico foi, então, isolado a partir desse material e purificado como L-glutamato monossódico. No entanto, a produção inicial foi limitada devido as desvantagens técnicas desse método. O desenvolvimento de um novo processo de produção avançou em duas direções: síntese química e fermentação.
Em relação à síntese química, foram desenvolvidos três métodos. Um deles usava acrilonitrila como material de partida e foi adotado porque a indústria de fibras poliacrílicas, lançada no Japão em meados da década de 1950, podia fornecer esse material a um custo inferior ao de outros materiais de partida potenciais. Nesse processo, o gás de síntese era introduzido na acrilonitrila para produzir 4-oxobutilonitrila. Cianeto de amônio era, então, adicionado para sintetizar 2-amino-pentano-di-nitrila. A di-nitrila era hidrolisada com soda cáustica (hidróxido de sódio) para produzir DL-glutamato dissódico. O pH da solução de reação era, então, ajustado com ácido sulfúrico para preparar a resolução óptica do ácido glutâmico.
Como parte do desenvolvimento do processo de síntese química, um método de resolução óptica também foi desenvolvido para permitir a cristalização separada de cada isômero óptico. No processo aprimorado, uma solução da mistura racêmica de ácido glutâmico era alimentada aos cristais de sementes de ácido L e D-glutâmico, que foram separados por uma tela em um tanque de cristalização de formato oval. Como cada cristal semente permite a cristalização apenas do seu isômero óptico, cada isômero pode ser cultivado e centrifugado separadamente. Esse método de resolução óptica foi estabelecido encontrando as condições em que cada isômero óptico tem uma taxa de crescimento de cristal mais alta do que os cristais de anidrido de ácido DL-glutâmico e uma solubilidade mais baixa do que os cristais de monohidrato de ácido DL-glutâmico. Os cristais de ácido L-glutâmico resultantes eram, então, neutralizados e processados para glutamato monossódico usando métodos existentes. Os cristais de forma D eram reaquecidos para criar compostos racêmicos e submetidos novamente ao procedimento de separação de isômero óptico. O método de síntese química iniciou sua produção comercial em 1961 e terminou em 1973, com a produção máxima atingindo 1.200 toneladas/mês (1,2 milhão kg/mês).
Já o método de fermentação melhorou drasticamente a produção de glutamato e permitiu que a produção acompanhasse a demanda do produto. É um processo de produção no qual um aminoácido específico é sintetizado em grandes quantidades por um microrganismo especialmente selecionado em cultura. O microrganismo selecionado é cultivado com carboidratos e amônia e libera a forma L do aminoácido no meio de cultura. A célula produz glutamato a partir de 2-oxo-glutarato (ácido 2-oxo-pentanodioico) por fixação redutora de amônia que usa a enzima glutamato desidrogenase, um constituinte celular normal.
Desde a primeira bactéria produtora de L-glutamato relatada em 1957, muitas bactérias úteis na produção de glutamato foram isoladas, incluindo Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium lactofermentum e Brevibacterium flavum. Essas bactérias produtoras de glutamato são todas bactérias corineformes, que são Gram-positivas, não formadoras de esporos e não móveis e requerem biotina para o crescimento. O acúmulo de glutamato no meio ocorre apenas em condições limitantes de biotina. Por fim, foram descobertos métodos, como a adição de um surfactante ou de penicilina ou o uso de microrganismos auxotróficos para glicerol ou oleato, que permitiam à bactéria produzir grandes quantidades de glutamato sem limitação de biotina.
O primeiro modelo, proposto na década de 1960, invocou uma hipótese de membrana celular “furada”, que permitia que o glutamato vazasse para o meio à medida que era produzido pela célula. A reação intracelular era “puxada” para a síntese de glutamato à medida que o produto era perdido da célula. Mas essa hipótese foi descartada porque os pesquisadores notaram que o vazamento era específico do glutamato e ocorria contra um gradiente de concentração. Uma hipótese subsequente sugeriu a existência de um mecanismo de transporte ativo nas células produtoras de glutamato que exportam o aminoácido para o meio. Suporte recente para essa ideia surgiu com a identificação de uma proteína de exportação de glutamato e seu gene, yggB, um homólogo de um canal mecanossensível que detecta alterações na tensão da membrana e modula a liberação de osmoprotetores no meio em resposta. O yggB em bactérias corineformes é considerado por ter função semelhante. Um modelo recente envolvendo a exportação de glutamato mostra que sob condições em que o glutamato se acumula no meio, a tensão da membrana é alterada de tal maneira que desencadeia a abertura da porta YggB.
A produção industrial de glutamato monossódico usando a tecnologia de fermentação continua a melhorar em termos de rendimento de conversão de açúcar em glutamato e na velocidade de produção da fermentação, permitindo que o isolamento do L-glutamato seja um processo simples, porque as células produzem o L-isômero. Para melhorar a pureza do glutamato monossódico, um novo método para purificar os cristais de ácido L-glutâmico foi desenvolvido usando a recristalização da forma b e a conversão subsequente em glutamato monossódico. O licor-mãe do processo de cristalização é, então, concentrado e usado como fertilizante líquido, após ajuste do pH com amônia. Hoje, a produção mundial total de glutamato monossódico por fermentação é estimada em mais de dois milhões de toneladas/ano (2 bilhões de kg/ano).
Embora o glutamato monossódico seja o intensificador de sabor mais conhecido usado em alimentos, outras moléculas, como os nucleotídeos (inosinato e guanilato), outros sais de glutamato associados com amônio, potássio e cálcio e outros aditivos que contêm concentrações elevadas de L-glutamato, chamados de intensificadores de sabor natural (NFE), como extrato de levedura e produtos da fermentação de trigo e soja, também estão disponíveis no mercado para realçar o sabor dos alimentos.
O glutamato apresenta-se nas formas ligada (como componente das proteínas) e livre. Na forma livre, ocorre naturalmente em diversos alimentos, como tomate, queijo parmesão, carnes, ervilhas, milho, cogumelos e aspargos, entre outros.
Além de estar presente naturalmente nos alimentos, é empregado frequentemente pela indústria alimentícia como realçador de sabor. A forma mais comum de utilização é através do glutamato monossódico, o qual, quando adicionado aos alimentos, possui o mesmo papel sensorial desempenhado pelo glutamato livre de ocorrência natural, pois a única diferença entre a molécula de ácido glutâmico e de glutamato monossódico é o sódio. Ao ser dissolvido em água (presente nos alimentos e na saliva), o glutamato monossódico se dissocia, libera glutamato livre e confere mais umami, realçando e harmonizando o sabor de caldos, sopas, molhos e embutidos cárneos, entre outros tipos de alimentos.
A atuação do glutamato monossódico como promotor de umami também ajuda a indústria de alimentos a desenvolver produtos com teor reduzido de sódio. Sua contribuição positiva para o sabor permite reduzir o sódio sem comprometer demasiadamente o perfil sensorial dos alimentos.
O glutamato monossódico possui apenas 1/3 da quantidade de sódio presente no cloreto de sódio (ou sal de cozinha). Em geral, o nível de uso de glutamato monossódico em alimentos salgados é aproximadamente um décimo do sal; assim, a contribuição de sódio do glutamato monossódico é aproximadamente um trigésimo do sódio total adicionado. Para uma sensação igual de salinidade, o sódio fornecido pelo cloreto de sódio pode ser reduzido e compensado por quantidades muito menores de glutamato monossódico; adicionado de forma adequada, o glutamato monossódico pode reduzir a adição de cloreto de sódio em 30% a 40%, mantendo a mesma percepção de salinidade.
Em comparação com o cloreto de sódio (sal de cozinha), os sais de glutamato, como o glutamato monossódico ou monoamônio L-glutamato e inosinato dissódico e guanilato, possuem baixo ou nenhum teor de sódio. Há uma quantidade adequada de glutamato monossódico para reposição de cloreto de sódio com a manutenção da aceitação do alimento. Isso porque o excesso de glutamato monossódico não promove o sabor umami e, ao contrário, pode levar a uma sensação indesejável. A recomendação para uso de glutamato monossódico como aditivo alimentar é de 0,1% a 0,8% do peso, o que corresponde a quantidade de L-glutamato livre presente naturalmente em alguns alimentos. Para o glutamato monossódico, a quantidade de sódio é 12,28g/100g, o queé 1/3 do sódio quando comparado ao cloreto de sódio (39,34g/100g).
Estudos demonstraram que o glutamato monossódico é o substituto de sal mais adequado, com grande potencial para manter a familiaridade e a intensidade do sabor de vários produtos, bem como apresenta aplicações potenciais para reduzir o teor de sódio em alimentos específicos, como sopas instantâneas, caldos em cubo e temperos, macarrão, produtos cárneos e snacks, entre outros.
