Введение

Смесь пептидов и белков, полученных из соединительной ткани животных.

Желатин – это полупрозрачный, бесцветный, безвкусный пищевой ингредиент, обычно получаемый из коллагена, извлеченного из частей тела животных. Он хрупкий в сухом виде и эластичный во влажном. Его также можно называть гидролизованным коллагеном, коллагеновым гидролизатом, желатиновым гидролизатом, гидролизованным желатином и коллагеновыми пептидами после проведения гидролиза. Он широко используется в качестве желирующего агента в пищевых продуктах, напитках, лекарственных средствах, капсулах для лекарств или витаминов, фотопленках, бумаге и косметике. Вещества, содержащие желатин или функционирующие аналогичным образом, называются желатиноподобными веществами. Желатин представляет собой необратимо гидролизованную форму коллагена, при которой гидролиз расщепляет белковые фибриллы на более мелкие пептиды; в зависимости от физических и химических методов денатурации, молекулярная масса пептидов варьируется в широком диапазоне. Желатин содержится в желатиновых десертах, большинстве жевательных конфет и мармеладе, мороженом, соусах и йогуртах. Желатин для кулинарии выпускается в виде порошка, гранул и листов. Некоторые виды можно добавлять в пищу непосредственно, другие требуют предварительного замачивания в воде.

Свойства

Желатин – это совокупность пептидов и белков, образующихся в результате частичного гидролиза коллагена, извлеченного из кожи, костей и соединительных тканей животных, таких как домашний скот, курица, свиньи и рыба. В процессе гидролиза разрываются некоторые связи между и внутри составляющих белков. Его химический состав во многих отношениях близок к составу исходного коллагена. Фотографический и фармацевтический желатин обычно получают из костей крупного рогатого скота и свиной кожи. Желатин классифицируется как гидрогель. Желатин практически не имеет вкуса и запаха, он бесцветный или слегка желтоватый. Он прозрачный и хрупкий и может поставляться в виде листов, хлопьев или порошка. Вязкость смеси желатина с водой максимальна при высокой концентрации желатина и при охлаждении смеси. Прочность желатина, определяемая по тесту Блум, обычно составляет от 90 до 300 граммов Блум. Прочность желатина (но не вязкость) снижается при воздействии температур выше 100 °C или при длительном поддержании температуры около 100 °C. Желатины имеют различные температуры плавления и гелеобразования в зависимости от источника. Например, желатин, полученный из рыбы, имеет более низкую температуру плавления и гелеобразования, чем желатин, полученный из говядины или свинины.

Состав

В сухом состоянии желатин состоит из 98–99% белка, но не является полноценным белком с питательной точки зрения, поскольку в нем отсутствует триптофан и наблюдается недостаток изолейцина, треонина и метионина. Содержание аминокислот в гидролизованном коллагене такое же, как и в коллагене. Гидролизованный коллаген содержит 19 аминокислот, преимущественно глицин (Gly) 26–34%, пролин (Pro) 10–18% и гидроксипролин (Hyp) 7–15%, которые вместе составляют около 50% от общего содержания аминокислот. Глицин обеспечивает плотную упаковку цепей. Присутствие пролина ограничивает конформацию, что важно для желирующих свойств желатина. Значительный вклад также вносят другие аминокислоты: аланин (Ala) 8–11%, аргинин (Arg) 8–9%, аспарагиновая кислота (Asp) 6–7% и глутаминовая кислота (Glu) 10–12%.

Опасения по поводу безопасности

Гидролизованный коллаген, как и желатин, производится из побочных продуктов мясной промышленности или иногда из туш животных, удаленных и утилизированных специалистами по убою (кранами), включая кожу, кости и соединительную ткань. В 1997 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) при поддержке Консультативного комитета по трансмиссивным спонгиформным энцефалопатиям (TSE) начало мониторинг потенциального риска передачи заболеваний животных, особенно спонгиформной энцефалопатии крупного рогатого скота (BSE), широко известной как коровье бешенство. Исследование FDA того же года гласило: "Такие методы, как термическая обработка, щелочная обработка и фильтрация, могут быть эффективны в снижении уровня контаминирующих агентов TSE; однако на данный момент научных данных недостаточно, чтобы продемонстрировать, что эти методы эффективно удалят инфекционный агент BSE, если он присутствует в исходном материале". 18 марта 2016 года FDA утвердило три ранее выпущенных предварительных окончательных правила, разработанных для дальнейшего снижения потенциального риска BSE в пищевых продуктах для человека. В окончательном правиле было уточнено, что "желатин не считается запрещенным сырьем животного происхождения, если он производится с использованием общепринятых отраслевых процессов". Научный руководящий комитет (SSC) Европейского Союза в 2003 году заявил, что риск, связанный с желатином, полученным из костей крупного рогатого скота, очень низок или равен нулю. В 2006 году Европейское агентство по безопасности продуктов питания подтвердило заключение SSC, указав, что риск BSE, связанный с желатином костного происхождения, невелик, и рекомендовало отменить запрос 2003 года об исключении черепа, мозга и позвонков крупного рогатого скота старше 12 месяцев из сырья, используемого для производства желатина.

Производство

В 2019 году мировой спрос на желатин составлял около. В промышленных масштабах желатин производят из побочных продуктов мясо- и кожевенной промышленности. Большая часть желатина получается из свиной кожи, свиных и коровьих костей, или расщепленной коровьей шкуры. Желатин, изготовленный из рыбных отходов, позволяет избежать некоторых религиозных возражений против употребления желатина. Ведутся разработки по оптимизации выхода желатина с использованием ферментативного гидролиза коллагена. Время обработки при этом меньше, чем при щелочной обработке, и достигается почти полная конверсия в чистый продукт. Физические свойства конечного продукта из желатина считаются более высокими.

Экстракция

Экстракция проводится с использованием водных или кислотных растворов при соответствующих температурах. Все промышленные процессы основаны на нейтральных или кислых значениях pH, поскольку, хотя щелочная обработка и ускоряет превращение, она также способствует процессам разложения. Кислотные условия экстракции широко применяются в промышленности, однако концентрация кислоты варьируется в зависимости от конкретного процесса. Данный этап экстракции является многостадийным, и температура экстракции обычно повышается на последующих стадиях, что обеспечивает минимальную термическую деградацию извлеченного желатина.

Восстановление

Этот процесс включает несколько этапов, таких как фильтрация, выпаривание, сушка, измельчение и просеивание. Эти операции зависят от концентрации и от типа используемого желатина. Необходимо избегать и минимизировать деградацию желатина, поэтому в процессе извлечения используется максимально низкая температура. Большинство извлечений происходит быстро, и все процессы проводятся в несколько стадий, чтобы предотвратить существенное повреждение структуры пептида. Повреждение структуры пептида приведет к низкой желирующей способности, что обычно нежелательно.

Ранняя история применения в пищевых продуктах

В 10-м веке в "Китаб аль-Табих" содержится рецепт рыбной холодной закуски, приготовленной из рыбных голов. Рецепт желеобразного мясного бульона встречается в "Le Viandier", написанном примерно в 1375 году. В 15-м веке в Британии варили копыта крупного рогатого скота для получения геля. К концу 17-го века французский изобретатель Дени Папен открыл другой способ извлечения желатина путем кипячения костей. В 1754 году был получен английский патент на производство желатина. Пищевое применение желатина во Франции и США в 19-м веке, по всей видимости, продемонстрировало его универсальность, включая истоки его популярности в США под названием Jell-O. В середине 19-го века американский промышленник и изобретатель Питер Купер запатентовал порошок желатина для десертов под названием "Портативный желатин", для приготовления которого требовалось лишь добавить воду. В конце 19-го века Чарльз и Роуз Нокс основали в Нью-Йорке компанию "Charles B. Knox Gelatin Company", которая продвигала и популяризировала использование желатина.

Кулинарное применение

Вероятно, наиболее известен как желирующий агент в кулинарии, различные типы и марки желатина используются в широком спектре пищевых и непищевых продуктов. Распространенными примерами продуктов, содержащих желатин, являются желатиновые десерты, трайфлы, студень, маршмеллоу, кукурузные конфеты и кондитерские изделия, такие как Peeps, желейные мишки, фруктовые снэки и желейные человечки. Желатин может использоваться в качестве стабилизатора, загустителя или текстуратора в таких продуктах, как йогурт, сливочный сыр и маргарин; он также используется в продуктах с пониженным содержанием жира для имитации ощущения жира во рту и придания объема. Он также используется в производстве нескольких видов китайских пельменей с бульоном, в частности, шанхайских пельменей с бульоном, или сяолунбао, а также шэнцзянь маньтоу – разновидности жареных и приготовленных на пару пельменей. Начинки для обоих видов делаются путем смешивания фарша из свинины с кубиками желатина, и в процессе приготовления желатин плавится, создавая сочную начинку с характерной желатиновой липкостью. Желатин используется для осветления соков, таких как яблочный, и уксуса. Изинглас получают из плавательных пузырей рыб. Он используется в качестве осветлителя для вина и пива. Помимо желатина из оленьего рога (отсюда и название "олений рог"), изинглас был одним из древнейших источников желатина.

Косметика

В косметике гидролизованный коллаген можно встретить в кремах для наружного применения, где он выступает в качестве кондиционера текстуры и увлажнителя. Коллагеновые имплантаты или дермальные филлеры также используются для коррекции морщин, недостатков контуров лица и рубцов от акне, среди прочего. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило их использование и указывает коровьи (бычьи) и человеческие клетки в качестве источников этих филлеров. Согласно данным FDA, желаемый эффект сохраняется в течение 3–4 месяцев, что является относительно самым коротким сроком по сравнению с другими материалами, используемыми для тех же целей.

Медицина

Стабилизатор в вакцинах. Изначально желатин использовался для изготовления оболочек всех лекарственных и витаминных капсул, чтобы облегчить их проглатывание. В настоящее время также применяется вегетарианская альтернатива желатину – гипромеллоза, производство которой обходится дешевле, чем производство желатина.

Другие технические применения

Некоторые профессиональные и театральные осветительные приборы используют цветные гели для изменения цвета лучей. Исторически, они изготавливались из желатина, отсюда и термин «цветной гель». Некоторые животные клеи, такие как костный клей, могут представлять собой неочищенный желатин. Он используется для удержания кристаллов галогенида серебра в эмульсии практически во всех фотопленках и фотографических бумагах. Несмотря на значительные усилия, не было найдено подходящих заменителей с такой же стабильностью и низкой стоимостью, как желатин. Желатин используется в качестве носителя, покрытия или разделяющего агента для других веществ; например, он делает β-каротин водорастворимым, тем самым придавая желтый цвет любым безалкогольным напиткам, содержащим β-каротин. Баллистический желатин используется для испытания и измерения эффективности пуль, выпущенных из огнестрельного оружия. Желатин используется в качестве связующего вещества в спичечных головках и наждачной бумаге. Косметические средства могут содержать негелеобразующий вариант желатина под названием гидролизованный коллаген (гидролизат). Желатин впервые был использован в качестве поверхностного проклеивающего вещества для бумаги в 1337 году и оставался основным проклеивающим средством для всей европейской бумаги вплоть до середины XIX века. В настоящее время он в основном используется в акварельной бумаге, а иногда – в глянцевой печатной бумаге, художественной бумаге и игральных картах. Он сохраняет складки в гофрированной бумаге. Биотехнологии: Желатин также используется для синтеза гидрогелей для применения в тканевой инженерии. Желатин также используется в качестве насыщающего агента в иммуноанализах и в качестве покрытия. Анализ деградации желатина позволяет визуализировать и количественно оценить инвазию на субклеточном уровне, вместо анализа инвазивного поведения целых клеток, для изучения клеточных выростов, называемых инвазоподиями и подсомами, которые являются выступающими структурами в раковых клетках и играют важную роль в прикреплении клеток и реструктуризации внеклеточного матрикса (ВКМ).

Религиозные соображения

Потребление желатина, полученного из определенных животных, может быть запрещено религиозными предписаниями или культурными табу. Исламские халяльные и еврейские кошерные традиции обычно требуют, чтобы желатин был получен не из свиней, а из источников, таких как крупный рогатый скот, забитый в соответствии с религиозными нормами (халяль или кошер), или рыба (которую разрешено употреблять евреям и мусульманам). Также утверждается, что использование желатина в медицине допустимо в иудаизме, поскольку он не предназначен для употребления в пищу. Согласно книге "Еврейские диетические законы", сборнику кошерных правил, опубликованному Раввинской Ассамблеей – организацией консервативных еврейских раввинов – весь желатин считается кошерным и пареве, поскольку химическая трансформация, происходящая в процессе производства, превращает его в иное физическое и химическое вещество. Сикхские, индуистские и джайнские традиции могут требовать использования альтернатив желатина, полученных не из животных, поскольку многие индусы, почти все джайны и некоторые сикхи придерживаются вегетарианства.