A carragena é o principal hidrocoloide alimentício derivado de algas marinhas. Extensivamente usada para fornecer funcionalidade textural, principalmente para gelificação e viscosidade em uma ampla gama de aplicações alimentícias, encontra aplicação principalmente nos setores de carnes processadas, laticínios, sobremesas e geleias. Além desses setores, também tem aplicação, em um grau muito menor, em fórmulas infantis, diferentes produtos lácteos, iogurtes, queijos e análogos de queijo, molhos, xaropes, preparações de frutas e compotas.

Cada hidrocoloide possui suas próprias propriedades intrínsecas características, comportamento funcional, mecanismo de gelificação e natureza do sistema coloidal formado. Cada hidrocoloide também se comporta de maneira diferente sob diferentes condições de processamento e em diferentes formulações. Temperatura, pH, presença/ausência de açúcares e sais afetam parâmetros importantes, como solubilidade e estabilidade do gel e, portanto, adequação geral em aplicações finais.

A solubilidade é uma das principais propriedades da carragena. Todos os tipos de carragena são solúveis em água quente a temperaturas acima da temperatura de fusão do gel. A amplitude normal de temperaturas é de 40ºC a 70ºC, dependendo da concentração e da presença de cátions.

Em água fria, somente a carragena tipo Lambda e os sais de sódio dos tipos Kappa e Iota são solúveis. Os sais de potássio e cálcio da carragena Kappa e Iota não são solúveis em água fria, porém exibem expansão por hidratação considerável em função da concentração, tipos de cátions presentes, temperatura da água e condições de dispersão.

Todos os tipos de carragena são solúveis em leite quente, porém alguns são intensamente afetados por íons de cálcio. O resfriamento tende a gelificar a solução. A força de gel e a consistência dependem da concentração da solução e da sensibilidade da carragena aos íons de cálcio.

A carragena tipo Lambda é solúvel em leite frio devido a sua insensibilidade à presença de íons de potássio e cálcio. As carragenas Kappa e Iota são insolúveis em leite frio, porém podem ser utilizadas eficazmente para espessar ou gelificar soluções de leite frio quando usadas em conjunto com fosfato, como o tetrassódico pirofosfato (TSPP).

Todos os tipos de carragena são relativamente insolúveis em soluções concentradas de açúcar à temperatura ambiente. Entretanto, as carragenas tipo Kappa e Lambda são solúveis em soluções com até 65% de açúcar a temperaturas superiores a 70ºC.

A carragena tipo Iota é de difícil dissolução em soluções concentradas de açúcar a qualquer temperatura.

As carragenas Iota e Lambda são solúveis em soluções concentradas de sal a altas temperaturas (20% a 25% de cloreto de sódio). A carragena Kappa é insolúvel.

A gelificação é outra importante propriedade da carragena. Soluções quentes de carragenas Kappa e Iota possuem a habilidade de formar géis termo reversíveis através do seu resfriamento. Esse fenômeno ocorre devido a formação de uma estrutura de dupla hélice pelos polímeros da carragena. Em temperaturas acima da temperatura de fusão do gel, os polímeros da carragena existem na solução como espirais aleatórias.

Durante o resfriamento da solução, uma rede de polímeros tridimensional é formada onde as hélices duplas constituem os pontos de junção das cadeias de polímero. O resfriamento adicional causa a agregação dos pontos de junção para formar a estrutura de gel tridimensional. A presença de alças na cadeia, bem como o número, tipo e posição dos grupos de éster sulfato têm efeitos importantes nas propriedades de gelificação. Esse mecanismo de gelificação é básico para soluções de carragenas tipo Kappa e Iota. Sais de potássio ou cálcio são necessários para a obtenção do gel em água, porém não são necessários em leite.

As carragenas Kappa e Iota formam gel em água somente na presença de certos cátions. A Kappa carragena é sensível ao íon potássio e produz géis rígidos e quebradiços em soluções aquosas com sais de potássio. O gel da carragena tipo Kappa apresenta sinérese (quanto maior a concentração de potássio na solução, maior será a sinérese). A carragena Iota é sensível ao íon cálcio e produz géis macios e elásticos em soluções aquosas com sais de cálcio; não apresenta sinérese. A força de gel é diretamente proporcional a concentração de carragena e sais. A concentração de cátions superior a um certo limite implica na diminuição da força de gel. O gel formado é termo reversível e pode ser submetido a ciclos de aquecimento e resfriamento sem considerável alteração na estrutura do gel (pH neutro). As temperaturas de gelificação e fusão do sal/gel dependem da concentração de cátions. O aumento da concentração de sais de potássio ou cálcio em soluções aquosas resultará no aumento da temperatura de gelificação.

A viscosidade das soluções de carragena também é uma importante propriedade funcional e deve ser determinada em condições onde não exista nenhuma tendência de gelificação da solução. Quando uma solução quente de carragena é resfriada, a viscosidade aumenta gradualmente até que seja atingida a temperatura de gelificação. À medida que se inicia a formação do gel, há um aumento repentino e intenso da viscosidade. Portanto, a medida de viscosidade de soluções de carragena deve ser determinada a temperaturas suficientemente altas (75ºC) para evitar o efeito da gelificação. A concentração de carragena na solução é em geral de 1,5% em peso do volume de água. As carragenas disponíveis comercialmente apresentam em geral viscosidades variando de 5 a 800cps, medidas a 75ºC em soluções de 1,5% de carragena. A viscosidade de soluções de carragena depende da concentração, temperatura, presença de outros solventes, tipo de carragena e peso molecular. Maior peso molecular, maior concentração ou diminuição da temperatura da solução aumentam consideravelmente a viscosidade.

A estabilidade da carragena é outro fator determinante, sendo a solução bastante estável em pH neutro ou alcalino. O pH baixo afeta a sua estabilidade, especialmente a altas temperaturas. A diminuição do pH causa a hidrólise do polímero da carragena, resultando na diminuição da viscosidade e da força de gelificação. Entretanto, uma vez formado o gel, mesmo a pH baixo (3,5 a 4,0) não há mais ocorrência da hidrólise e o gel permanece estável. Para aplicações práticas, é importante estar atento às limitações da carragena em meios ácidos (solução e gel). O processamento de soluções de carragena com pH baixo a altas temperaturas por um tempo prolongado deve ser evitado.

Uma das propriedades que diferenciam a carragena de outros hidrocoloides é a sua reatividade, ou seja, a habilidade de interagir com as proteínas do leite. A alta reatividade da carragena no leite deve-se à forte interação eletrostática entre os grupos de éster sulfato negativamente carregados da molécula da carragena, com a micela de caseína do leite que possui regiões de forte carga positiva. Outra forma de interação é através de pontes entre grupos de éster sulfato da carragena com resíduos carboxílicos dos aminoácidos que compõem a proteína. A reatividade com proteínas depende de muitos fatores como concentração de carragena, tipo de proteína, temperatura, pH e ponto isoelétrico da proteína. Esse fenômeno de interação e reatividade da carragena com as proteínas do leite em combinação com sua habilidade de formar gel e reter água torna-o um ingrediente eficaz para a estabilização e gelificação de produtos lácteos.

A interatividade da carragena com outros ingredientes é considerada uma importante propriedade funcional. A carragena Kappa, por exemplo, apresenta uma sinergia incomum com a goma alfarroba (LBG) em sistemas aquosos. O gel obtido da mistura de carragena com LBG apresenta considerável aumento da força de gel, melhora na capacidade de retenção de água, redução de sinérese e uma alteração da textura do gel de quebradiça para elástica.

A carragena Iota apresenta sinergia com amidos. Um sistema que contenha uma mistura desses dois ingredientes apresenta um aumento de viscosidade até 10 vezes superior à viscosidade de um sistema que contenha somente o amido. Desta forma, a carragena Iota torna-se muito útil para a alteração de textura, palatabilidade e propriedades de processo de sistemas baseados em amido.

As carragenas do tipo Kappa I e II são altamente reativas com as proteínas do leite, em particular com a Kappa caseína. A alta reatividade da carragena no leite deve-se a forte interação eletrostática entre os grupos sulfatos, negativamente carregados, da molécula de carragena com a micela da caseína que possui regiões de forte carga positiva. Outra forma de interação é através de pontes entre o grupo éster sulfato da goma e resíduos carboxílicos dos aminoácidos que compõem a proteína. Ambos os mecanismos ajudam a estabilizar as emulsões à base de leite e observa-se que essas interações aumentam sinergicamente a consistência do gel em cerca de 10 vezes.

As carragenas Kappa e Iota apresentam forte interação com os íons de potássio e cálcio, respectivamente. A presença deles aumenta a dureza, a fragilidade, a temperatura de gelificação e a sinérese de seus géis em água. Os sais de sódio não afetam a textura desses géis. Os sais de sódio e potássio de polifosfatos e citratos ajudam na solubilidade das carragenas em soluções frias e quentes, diminuindo a viscosidade devido ao fato deles sequestrarem os íons divalentes. Além disso, ajudam a manter a estabilidade das carragenas em meios ácidos.

pH

Os géis e soluções à base de carragena são estáveis em pH entre 4 e 12. A ação combinada de temperatura e acidez pode gerar uma degradação das carragenas, provocando assim a hidrólise do conjunto, e tendo como resultado uma perda de viscosidade e dureza. A máxima estabilidade das soluções está a pH 9,0 e não se deve processá-las a quente com pH inferior a 3,5. A pH 6,0 ou superior, as soluções contendo carragenas resistem a condições normais de processo, como no caso de esterilização de latas de alimentos à base de peixe e carne, para pet foods. Em sistemas ácidos recomenda-se adicionar às carragenas o mais tarde possível no processo ou antes da operação de enchimento.