Algumas etapas do processamento de produtos lácteos resultam na concentração dos seus constituintes, sendo a mais comum delas a remoção de água por evaporação. Entretanto, o congelamento da água formando cristais de gelo também pode ser considerado um processo de concentração dos constituintes do leite, como no caso da elaboração de sorvetes de base láctea.
A lactose, o principal açúcar do leite, apresenta baixa solubilidade (em torno de 18g/100g de água a 20°C), podendo resultar na formação de cristais perceptíveis sensorialmente, o que é rejeitado pelos consumidores. Dessa forma, as indústrias buscam por estratégias de evitar o crescimento dos cristais de lactose em produtos como, por exemplo, doce de leite, leite condensado e sorvetes.
A lactose é um dissacarídeo que se apresenta sob duas formas, denominadas anômeros α e β. Estruturalmente, essas duas formas diferem-se somente com relação a localização do grupo redutor presente no carbono anomérico da unidade de glicose, com variações das posições do hidrogênio e do grupo hidroxila.
Entretanto, as duas formas anoméricas possuem propriedades físico-químicas diferentes. Após a dissolução da lactose em água, as conversões entre os anômeros α e β ocorrem continuamente até que se atinja o equilíbrio termodinâmico do sistema. Por exemplo, a 25ºC, nesse estado termodinâmico, a lactose possui 62,25% em sua forma β e 37,75% na sua forma α. O fenômeno da conversão é denominado mutarrotação e influencia muito a solubilidade média da lactose, visto que seus anômeros possuem solubilidades distintas. A temperatura influencia a solubilidade média da lactose, uma vez que altera a solubilidade dos seus anômeros. É possível observar que até 93,5°C, a forma β é mais solúvel do que a α-lactose.
Exatamente nas concentrações de lactose pertencentes a curva da solubilidade média, observa-se a condição de saturação, na qual a quantidade de soluto dissolvido é igual a soma da solubilidade de cada anômero multiplicada por sua respectiva fração molar. Porém, ao aumentar a concentração da lactose na solução, ultrapassando a solubilidade média, a solução torna-se supersaturada, criando uma condição provável para que a cristalização da lactose ocorra.
A cristalização da lactose é um processo que envolve duas etapas: formação de núcleos (nucleação) e crescimento desses núcleos, também conhecida como propagação. A nucleação é a etapa de início de formação dos cristais em uma solução supersaturada em lactose, na qual um certo número de moléculas de lactose se une, via interações intermoleculares, formando um agregado.
A supersaturação da solução é um pré-requisito para o processo de nucleação e, isto quer dizer que, nessa condição, o potencial químico da lactose no cristal é menor que o seu potencial químico na solução, ou seja, o processo que leva o sistema ao equilíbrio é a formação de cristais de lactose.
Porém, para que esse núcleo cresça espontaneamente, além da necessidade de a solução estar supersaturada em relação à lactose, o agregado formado deve atingir um tamanho mínimo, conhecido como raio crítico (RC). Caso o agregado se forme, mas não atinja o RC, este se desfaz e, assim, moléculas de lactose vão se agregando até que se atinja o RC e se tenha uma nova fase formada na solução: núcleos estáveis de cristais de lactose. Uma vez que um núcleo estável foi formado, dá-se início ao processo de crescimento desta partícula. Nesse processo, moléculas de lactose se difundem na solução em direção ao núcleo, adsorvem em sua superfície e se integram à estrutura do núcleo de cristal formado, fazendo com que esse cristal cresça.
Existem três forças motrizes que atuam no sistema dirigindo o processo de formação e crescimento do cristal: a primeira força busca evitar que os cristais surjam no sistema, porque cada cristal possui um excesso de energia livre na interface (tensão interfacial x área). A segunda força atua justamente para que formem essa nova fase, visto que ao formarem a energia livre do sistema diminui pois ocorre a transferência de molécula de uma região de maior potencial químico (solução) para uma região de menor potencial químico (cristal). Por fim, uma terceira força opera para a formação destes cristais, uma vez que mais cristais formados aumentam o número de formas diferentes de distribuir as moléculas de água e os cristais no espaço, aumentando a entropia configuracional do sistema, o que leva à redução da energia livre de Gibbs do sistema. A formação dos cristais implica que as duas últimas forças dominaram sobre a primeira.
Cristais grandes de lactose podem, no entanto, conferir textura “arenosa” aos produtos lácteos. Esse defeito é comum em doce de leite, mas também pode ocorrer em sorvetes e leite condensado, por exemplo. Em sorvetes e leite condensado, cristais maiores que 14 μm e 30 μm, respectivamente, conferem textura arenosa ao produto. Em geral, considera-se que cristais de lactose devem ser menores que 10 μm para não serem percebidos sensorialmente. Algumas estratégias podem ser adotadas na indústria para o controle do número e tamanho dos cristais.
Atualmente, existem algumas alternativas que são utilizadas para evitar o crescimento dos cristais em produtos lácteos concentrados. Dentre eles, podem ser citados três mecanismos principais: nucleação forçada, aumento da viscosidade e adição da enzima lactase.
A técnica de nucleação forçada, também conhecida como semeadura, consiste em três ações: resfriamento controlado da solução de lactose, adição de núcleos de cristalização e agitação contínua. Na etapa de resfriamento, a temperatura da solução é reduzida entre 20ºC e 28ºC, provocando diminuição da solubilidade da lactose, e consequentemente, favorecendo a formação de núcleos. Posteriormente, cristais pequenos de lactose (núcleos) são adicionados à solução supersaturada, induzindo à formação de novos cristais, que são formados espontaneamente. Esse processo deve ter o auxílio de agitação constante para melhorar a homogeneidade e a uniformidade dos cristais. Ao final, obtêm-se um produto com textura desejável e com formação controlada de cristais pequenos, o que dificultará a sua percepção sensorial.
O aumento da viscosidade possui papel fundamental na redução do crescimento de cristais de lactose. Essa técnica emprega a adição de agentes espessantes que promovem aumento da viscosidade da matriz.
Nesse processo, em função do aumento da viscosidade, a taxa de cristalização torna-se mais lenta, devido à baixa difusão das moléculas de lactose, reduzindo o crescimento dos cristais. Para esse fim, é comum a utilização de amido, por exemplo.
A utilização da enzima β-galactosidase, popularmente chamada de lactase, é responsável por hidrolisar as ligações β-galactosídicas presentes na lactose, resultando em duas moléculas: glicose e galactose. Estes monossacarídeos possuem maior dulçor, e são mais solúveis quando comparados à lactose, reduzindo a incidência da cristalização.
No estudo de Klein, Jong e Révillion (2010) foi avaliado o efeito da utilização da enzima sobre a cristalização da lactose no doce de leite. Os resultados encontrados demonstraram a eficiência da utilização de 0,2g/L de lactase, sendo capaz de proporcionar o controle da cristalização do doce de leite, prevenindo a sensação de arenosidade e mantendo a qualidade sensorial do produto durante 180 dias.
Concluindo, a presença de cristais grandes de lactose é indesejável, cabendo à indústria ajustar a formulação e escolher e tecnologia adequada para evitar este defeito em seus produtos.
Fonte: Milk Point
