As gomas possuem excelente versatilidade e são uma rica fonte de inovação na formulação e elaboração de alimentos na indústria. Podem ser usadas tanto isoladas como em misturas, bem como ser moduladas para proporcionar não somente sabor e nutrição, mas também uma nova experiência de consumo, seja pela textura ou pela tecnologia aplicada.
Embora o universo das gomas seja amplo, alguns tipos de destacam, como é o caso, por exemplo, da goma xantana.
Comercialmente, a goma xantana é um dos mais importantes polissacarídeos microbianos. Foi descoberta na década de 1950, e aprovada pela FDA em 1969, como um polímero não tóxico e seguro, permitindo o seu uso como espessante e estabilizante em muitos produtos alimentícios.
A goma xantana é um polissacarídeo ramificado produzido por fermentação bacteriana, mais especificamente por bactérias Gram-negativas do gênero Xanthomonas, que apresentam muitas cepas diferentes, como por exemplo, X. arboricola, X. axonopodis, X. campestris, X. citri, X. fragaria, X. gummisudans, X. juglandis , X. phaseoli e X. vasculorium, sendo a Xanthomonas campestris o patovar mais comumente empregado para a produção industrial.
É composta por uma espinha dorsal de subunidades repetidas, ramificadas ou não, que consistem de três a oito monossacarídeos. Como composição básica, é constituída por D-glicose, D-manose e ácido D-glucurônico. Sua estrutura primária é um esqueleto β-D-glicose linear (1→ 4) ligado com uma cadeia lateral de trissacarídeo em cada glicose em C – 3, contendo um resíduo de ácido glucurônico ligado (1→4) a uma manose terminal unidade e (1→2) a uma segunda manose que se conecta à espinha dorsal. Em aproximadamente metade dos resíduos de manose terminal, uma ligação cetal é unida por uma porção de ácido pirúvico e grupos acetil, que estão frequentemente presentes como substituintes 6-O nos resíduos de manose internos.
A síntese da goma xantana é semelhante à síntese de exopolissacarídeos por outras bactérias Gram-negativas. A via sintética pode ser dividida nas seguintes partes: absorção de sacarídeos simples, sua conversão em derivados de nucleotídeos, montagem de subunidades de pentassacarídeos ligadas a um carreador de isopentil pirofosfato, polimerização de unidades de repetição de pentassacarídeos e sua secreção.
A estrutura da xantana é formada por adições sucessivas de D-glicose-1-fosfato e D-glicose a partir de dois moles de glicose difosfato de uridina (UDP-D-glicose). Posteriormente, D-manose e ácido D-glucurônico são adicionados a partir de difosfato de guanosina manose (GDP-manose) e ácido glucurônico de fosfato de uridina (ácido UDP glucurônico), respectivamente. Os grupos O-acetil são transferidos de acetil-CoA para o resíduo de manose interno e o piruvato de fosfoenolpiruvato é adicionado à manose terminal. Cada uma dessas etapas requer substratos específicos e enzimas específicas para a conclusão. Se o substrato ou a enzima estiverem ausentes, a etapa será bloqueada.
A via biossintética da xantana é complexa e começa com a transformação da glicose em piruvato usando a via de Entner-Doudoroff. O piruvato pode entrar nos ciclos de ácido tricarboxílico e glioxilato, produzindo moléculas de trifosfato de adenosina (ATP). Outras vias metabólicas permitem a adição sequencial de monossacarídeos de fósforo-açúcares de nucleotídeos (doadores de açúcar), envolvendo acetil-CoA, fosfopiruvato e poliprenolfosfato; a última é uma âncora lipídica localizada na membrana citoplasmática. Glicosiltransferases específicas são responsáveis pela transferência de doadores de açúcar para a âncora lipídica e, portanto, pela sequência de açúcar resultante. Em seguida, os resíduos de acetila e piruvila são adicionados à cadeia lateral do trissacarídeo. Os agrupamentos de genes conduzem a síntese de oligossacarídeos na âncora lipídica, translocação e polimerização. O teor de piruvila é um parâmetro importante para as aplicações, pois afeta a viscosidade da solução aquosa de xantana; baixo teor produz baixa viscosidade, enquanto alto teor promove comportamento de gel.
O peso molecular médio das cadeias de xantana pode variar de 1 × 106 a 20 × 106 mol/g, dependendo das condições de biossíntese e associação intercadeia. A goma xantana se comporta como um polianião em pH> 4,5 ,devido à desprotonação de O-acetil e resíduos de piruvil. Logo após a extração do caldo e sem qualquer aquecimento, as cadeias de xantana são dispostas como hélices simples estabilizadas por íons Ca2 +, que podem ser irreversivelmente desnaturados, mudando para espirais. A conformação enrolada pode ser reversivelmente renaturada para estrutura de dupla hélice. O estado ordenado ou desordenado das cadeias de xantana é controlado pela temperatura e força iônica. A conformação da hélice é estabilizada por ligações H e desestabilizada por repulsão eletrostática entre grupos carboxilato ao longo das cadeias. Assim, em baixa força iônica ou alta temperatura (na temperatura de transição térmica para uma determinada força iônica), as cadeias assumem a conformação da bobina com comprimento de persistência de ∼ 50 Å. Por outro lado, sob alta força iônica ou baixa temperatura, as cadeias de xantana são arranjadas em conformação helicoidal com tamanho persistente ∼ 350 Å.19 A variação de entalpia envolvida na transição da conformação da hélice para a espiral foi determinada como 13,9 J/g.
A goma xantana é produzida por fermentação aeróbia a uma temperatura entre 27°C e 30°C, sendo a produção estimulada pela presença de ácidos orgânicos. No processo comercial, o microrganismo pode converter aproximadamente 70% do substrato para goma. Para atingir a eficiência máxima com uma alta qualidade do produto, as condições do processo devem ser avaliadas cuidadosamente. O ponto de partida da otimização do processo de produção geralmente é um conjunto de experimentos em escala de bancada, pois são facilmente controláveis e flexíveis, gerando resultados significativos para aumento da escala. Esses resultados podem ser úteis para selecionar a cepa mais adequada, os nutrientes necessários para a fermentação, pH, temperatura, velocidade do agitador e taxa de fluxo de ar.
Em escala comercial, a goma xantana é normalmente produzida por processo de fermentação em batelada, seguido de fermentação, tratamento térmico, remoção de células, recuperação com álcool (normalmente etanol), secagem e moagem da goma.
As Xanthomonas são um gênero de bactérias Gram-negativas, aeróbias e em forma de bastonete curto, pertencente à família Pseudomonadaceae. Esse gênero inclui vários produtores de goma xantana, que são principalmente fitopatógenos. A produção de goma xantana é altamente influenciada pelo microrganismo usado e patovares individuais, determinando a composição do polissacarídeo. Estudos demonstraram que variando a cepa, bem como as condições do processo, diferentes rendimentos e características de goma podem ser obtidos.
A fermentação pode envolver substratos sólidos ou um meio líquido. A fermentação submersa apresenta como vantagens o fácil controle, esterilização do meio, aeração estéril, possíveis variações do meio e a superfície do microrganismo totalmente exposta ao meio, facilitando as trocas metabólicas. O conhecimento sobre as necessidades nutricionais do microrganismo é muito importante. O principal objetivo dos nutrientes é fornecer apenas o necessário orgânico e compostos químicos para a padronização do processo, qualidade da goma e redução de custos. Para sintetizar a goma, a Xanthomonas campestris requer macronutrientes, como carbono e nitrogênio, e micronutrientes, como potássio, fosfato e sais de cálcio. As fontes de carbono mais comuns são a glicose e a sacarose.
A concentração de glicose tem efeito na produção de goma xantana por Xanthomonas campestris. Teores de glicose entre 30g/kg-1 e 40g/kg-1 são os melhores valores para a produção da goma. Além disso, o controle da glicose para manter o seu conteúdo nesses níveis evita a inibição do crescimento celular e a cessação da produção de goma xantana. Por meio desse suprimento estratégico de glicose, a concentração da goma xantana atinge 43 g.l-1 após 96 horas de fermentação. Nitrogênio, fósforo e magnésio influenciam diretamente o crescimento bacteriano, enquanto nitrogênio, fósforo e enxofre influenciam diretamente a produção de goma xantana. A adição de fosfatos na concentração mínima de 4 g.l-1 aumenta a produção da goma xantana, pois os fosfatos servem como agente tamponante, reduzindo as flutuações do pH da cultura.
A goma xantana tem sido amplamente aplicada na indústria alimentícia por ser um espessante eficiente, aumentando a viscosidade da solução mesmo em uma concentrações muito baixas; apresentar comportamento pseudoplástico em solução aquosa, o que auxilia na mistura, bombeamento, enchimento e vazamento; possuir alta estabilidade em uma ampla faixa de pH, temperatura e força iônica; e ser estável sob cisalhamento durante o processamento e embalagem.
Além disso, a goma xantana melhora a estabilidade coloidal das emulsões; a vida útil das emulsões comestíveis de óleo em água aumenta consideravelmente na presença de goma xantana devido ao aumento da viscosidade média da fase contínua (água), retardando a coalescência e/ou o processo de amadurecimento. Portanto, não apenas a estabilidade da emulsão é favorecida, mas também a quantidade de emulsificante primário é reduzida.
Os efeitos positivos da goma xantana a tornam um excelente estabilizador de emulsão em molhos e molhos para salada. Em panificação, é usada em recheios, evitando a migração de água do recheio para a massa, e mais recentemente, foi adicionada em produtos de panificação sem glúten, devido a elasticidade que empresta à massa.
A goma xantana como espessante, estabilizante e, em associação com outras gomas, proporciona textura lisa e cremosa em alimentos líquidos. Suas principais aplicações incluem molhos para salada, geleias (previne sinérese), substitui ovos (clara), produtos cárneos, enlatados, confeitos e sopas; suas propriedades pseudoplásticas facilitam a produção de queijos e patês.
Nas formulações de alimentos, o teor de goma xantana varia de 0,05% a 0,7% em peso.
Márcia Fani
Editora
