Technologia: Glony w mleczarstwie

Karagen

Karagen jest ogólną nazwą polisacharydów, karagenin, pozyskiwanych ze ściany komórkowej niektórych gatunków czerwonych wodorostów. Pozyskiwanie ekstraktu z czerwonych glonów z otrzymaniem hydrofilowych koloidów znane jest od 1810 roku. Wszystkie glony produkujące w ścianie komórkowej karagen należą do klasy Rhodophyta, brak jednak dostępnych informacji na temat szlaków biosyntezy karagenin. W przemyśle spożywczym karageniny są powszechnie stosowane ze względu na ich doskonałe fizyczne właściwości funkcjonalne, takie jak zagęszczanie, żelowanie i zdolności stabilizujące układów niejednorodnych, przede wszystkim w przetwórstwie mięsnym w produkcji pasztecików, kiełbasek i niskotłuszczowych hamburgerów oraz w branży mleczarskiej. Ponadto karageniny są stosowane w produktach farmaceutycznych, przemyśle kosmetycznym i tekstylnym. Właściwości karagenu są wykorzystywane w produkcji past do zębów, jako absorbent płynów ustrojowych w opatrunkach, do produkcji szamponów i kremów w celu nadania jedwabistego charakteru włosom i skórze, w produkcji tabletek, w celu zwiększenia ich odporności i trwałości na lepkosprężystość podczas kompresji, a także w produkcji preparatów farmaceutycznych o przedłużonym uwalnianiu.

Karageniny są to disacharydy składające się z połączeń trzech jednostek: βß-D-galaktopiranozy iαα-D-galaktopiranozy lub 3,6-anhydro-D-galaktozy zestryfikowanych kwasem siarkowym. Karagen jest zbiorową nazwą dla kilku typów: kappa (κ), jota (ι), lambda (λ), mi (µ), ni (n), których różnice wynikają z podstawienia 3,6-anhydrogalaktozy i podstawnika siarczanowego. W przemyśle spożywczym najczęściej wykorzystywane są frakcje kappa-, jota- i lambda- w formie półrafinowanej lub rafinowanej. Handlowe preparaty karagenin zawierają cząsteczki o średniej masie od 100 do 1000 kDa. Poza grupami siarczynowymi i galaktozą, mogą zawierać także inne reszty węglowodanowe, takie jak ksyloza, glukoza, a także podstawniki eterowe i metylowe.

Jota-karagen jest pozyskiwany przez ekstrakcję tropikalnych wodorostów Eucheuma cottoni lub Eucheuma spinosum. Ekstrakcję zwykle prowadzi się w warunkach alkalicznych w wysokiej temperaturze. Kappa-karagen otrzymuje się z różnych gatunków należących do rodzajów Gigartina i Chondrus. Ogólnie opisując, sporofityczne grupy wodorostów produkują lambda-karagen, zaś gametofityczne wytwarzają hybrydowy typ jota- i kappa-karagenin, nazywane również kappa-2, które składają się z łańcuchów polisacharydowych zawierających mieszaninę jota- i kappa- jednostek z przejściem do przewagi jota-karagenu lub prawie czystego kappa-karagenu.

Wszystkie frakcje karagenin są rozpuszczalne w wodzie, nierozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych, olejach i innych tłuszczach. Niemniej jednak ich rozpuszczalność w wodzie zależy od liczby hydrofilowych grup siarczynowych i związanych kationów. Najczęściej spotykanymi solami są karageniny sodu, potasu, wapnia i magnezu. Zwykle obecność odpowiednich kationów (potasu lub wapnia) jest bezwzględnym wymogiem żelowania. Lepkość karagenin zależy od stężenia, temperatury, obecności innych substancji rozpuszczalnych oraz rodzaju i masy cząsteczkowej karagenin. Wzrost lepkości jest proporcjonalny do stężenia karagenin, zaś odwrotnie proporcjonalny do temperatury. Mechanizm wzrostu lepkości opisuje się na dwa sposoby: jako oddziaływanie pomiędzy liniowymi łańcuchami ze zmniejszeniem wolnej przestrzeni lub tworzenie między łańcuchami fizycznych wiązań z powstaniem sieciowania.

Spośród handlowych preparatów karagenowych, frakcje kappa- i jota- tworzą żel, zaś lambda- charakteryzuje się tylko zdolnością do zagęszczania poprzez zwiększanie lepkości. Różnice reologiczne występujące między frakcjami związane są ze zdolnością do tworzenia spiralnej struktury drugorzędowej, która zależy od konformacji D-galaktopiranozy. W przypadku kappa- i jota-karagenów konformacja D-galaktopiranozy jest korzystna dla tworzenia żelu. Z kolei występowanie disacharydowych jednostek bez pierścienia 3,6 -anhydro i z konformacją D-galaktopiranozy niesprzyjającej tworzeniu żelu, przyczynia się do tworzenia fragmentów polimerowych niekorzystnych dla powstawania spiralnej nici i żelowania co ma miejsce w przypadku lambda-karagenu. Ponadto, w przypadku frakcji kappa- i jota- grupy siarczanowe są ulokowane na zewnątrz jednostek, co umożliwia tworzenie sieciowania z sąsiednim łańcuchem. Z kolei w łańcuchu polimerowym lambda-karagenu grupy siarczanowe są zlokalizowane wewnątrz jednostki, co uniemożliwia utworzenie sieciowania i tym samym powstanie żelu. Dodatkowym czynnikiem żelotwórczym są jony potasu neutralizujące grupy siarczanowe i stabilizujące strukturę podwójnej helisy. Jony sodowe mają większą średnicę, dlatego charakteryzują się mniejszym efektem strukturotwórczym. Z kolei kationy dwuwartościowe zwiększają lepkość układu, ale w niższych stężeniach, bowiem zbyt wysoki udział tych jonów może wpływać negatywnie. Warto zwrócić uwagę, że jota-karagen jest stabilizowany bardziej w obecności jonów wapniowych z utworzeniem elastycznego żelu stabilnego na zamrażanie i rozmrażanie z niewielką tendencją do synerezy, zaś kappa-karagen jest stabilizowany dodatkiem jonów potasowych z utworzeniem twardego, kruchego żelu z efektem synerezy. Najczęściej w produkcji deserów i dżemów o niskiej zawartości cukru wykorzystywany jest karagen stabilizowany jonami potasowymi, a cukier dodatkowo wpływa ochronnie na hydrolizę żelu. Ze względu na odmienne strukturotwórcze aktywności poszczególnych frakcji, w ofercie są proponowane mieszanki hybrydowe o różnym udziale poszczególnych frakcji karagenin.

Reasumując, jota- i kappa-karagen tworzą żele i rozpuszczają się w gorącej wodzie, zaś lambda-karagen rozpuszcza się w zimnej wodzie i powoduje zwiększenie lepkości, bez tworzenia żelu. Zalecana dawka, w zależności od rodzaju produktu, mieści się w zakresie 0,025-2,0%, a w przypadku koncentratów nawet do 6,0%. Żele karagenowe żelują w temperaturze 30oC, zaś w temperaturze powyżej 45oC rozpływają się. W branży mleczarskiej karagen najczęściej jest wykorzystywany do stabilizacji jogurtów smakowych, deserów mlecznych, niefermentowanych napojów mlecznych, śmietanki UHT, margaryny o obniżonej kaloryczności oraz lodów i mlecznych deserów mrożonych.

Wciąż prowadzonych jest wiele badań nad wykazaniem wpływu polimerów karagenowych na zdrowie człowieka. Szereg doniesień potwierdza przeciwnowotworowe, immunomodulacyjne i przeciwzakrzepowe działanie preparatów karagenowych. Niektóre badania potwierdzają także przeciwwirusowe właściwości karagenin. Od 2001 roku coraz więcej doniesień naukowych informuje jednak o niekorzystnych efektach prozapalnych preparatów karagenowych wykorzystywanych do żywności. Wynika to z interakcji siarczynowych polisacharydów z grupami siarkowymi białek wiążących polisacharydy, które mogą mieć działanie dwubiegunowe, poprzez indukcję odpowiedzi reakcji prozapalnej układu odpornościowego lub hamowanie aktywności cytokin, dopełniacza czy też adhezji leukocytów do śródbłonka jelit. Sugerowaną przyczyną tych zjawisk jest depolimeryzacja karagenin, w której efekcie powstają frakcje niskocząsteczkowe, w tym część wykazująca aktywność prozapalną. Według JECFA (Komitetu Ekspertów ds. Dodatków do Żywności) tylko zdegradowane karageniny są związane z niepożądanymi efektami zdrowotnymi i nie powinny być stosowane jako dodatki do żywności. W 2007 roku JECFA wydał opinię, że nie zaleca się stosowania karagenu do żywności dla niemowląt. Ponadto sugeruje się, aby w preparatach było mniej niż 5% niskocząsteczkowych karagenin, tzn. o masie poniżej 50 kDa.

Glony

Warto podkreślić, że glony są wykorzystywane nie tylko w postaci ich hydrokoloidowych ekstraktów. Co najmniej 145 gatunków makroglonów jest stosowanych na całym świecie jako pożywienie. Algi są tradycyjnie spożywane w krajach azjatyckich jako warzywa morskie. Są bardzo dobrym źródłem białka, mikro- i makroelementów, witamin oraz nośnikiem walorów smakowych. Dlatego warto rozważyć możliwość rozpowszechnienia ich stosowania nie tylko w postaci dodatków do modnego obecnie dania, jakim jest sushi.

Jak już wspomniano na wstępie, glony należą do trzech królestw, w tym także do bakterii, popularnie określanych mianem sinic (dawniej zaliczanych do roślin), a wśród nich do rodzaju Spirulina. Spirulina jest to niebieskozielona mikroalga. Jest ona oferowana w postaci suplementów diety pod nazwą spirulina. Jest produkowana z dwóch gatunków cyjanobakterii Arthrospira platensis i A. maxima.

Spirulina zawiera ok. 70% białka w s.s., bogatego w niezbędne egzogenne aminokwasy, choć w mniejszym udziale metioninę, cysteinę i lizynę w porównaniu do białka wzorcowego jakim jest białko jaja kurzego. Jest źródłem niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych, głównie kwasu gamma-linolenowego, witamin, minerałów, pigmentów i polisacharydów. Niektóre gatunki Spiruliny mają szczególne właściwości terapeutyczne tj: efekt metaboliczny w postaci stymulacji hipocholesterolemii i hipoglikemii, efekty antywirusowe, antynowotworowe, przeciwzapalne, immunostymulacji, przeciwutleniający, ochronny dla wątroby i naczyń krwionośnych. W badaniach klinicznych wykazano także działanie korygujące niedokrwistość u osób zakażonych wirusem HIV oraz u dzieci niedożywionych. Istotną kwestią jest także synteza witaminy B12. Niektóre badania dowodzą, że glony te syntetyzują nieaktywne dla organizmu człowieka formy kobalaminy.