Желатин или желатин (от лат. gelatus «жёсткий, замороженный») — полупрозрачный, бесцветный, безвкусный пищевой ингредиент, обычно получаемый из коллагена , взятого из частей тела животных. Он хрупкий в сухом состоянии и резиноподобный во влажном состоянии. Его также могут называть гидролизованный коллаген, гидролизат коллагена , гидролизат желатина, гидролизованный желатин и коллагеновые пептиды после того, как он подвергся гидролизу. Он обычно используется в качестве гелеобразующего агента в пищевых продуктах, напитках, лекарствах , лекарственных или витаминных капсулах , фотоплёнках , бумаге и косметике .
Вещества, содержащие желатин или функционирующие схожим образом, называются желатиновыми веществами . Желатин — это необратимо гидролизованная форма коллагена, в которой гидролиз превращает белковые фибриллы в более мелкие пептиды ; в зависимости от физических и химических методов денатурации молекулярная масса пептидов находится в широком диапазоне. Желатин присутствует в желатиновых десертах , большинстве желейных конфет и зефира , мороженом , соусах и йогуртах . [1] Желатин для приготовления пищи выпускается в виде порошка, гранул и листов. Быстрорастворимые типы можно добавлять в пищу в том виде, в каком они есть; другие необходимо предварительно замочить в воде.
Желатин представляет собой набор пептидов и белков, полученных путем частичного гидролиза коллагена, извлеченного из кожи, костей и соединительных тканей животных, таких как одомашненный крупный рогатый скот, куры, свиньи и рыбы. Во время гидролиза некоторые связи между компонентами белков и внутри них разрываются. Его химический состав во многих отношениях очень похож на химический состав его родительского коллагена. [2] Фотографические и фармацевтические сорта желатина обычно получают из костей крупного рогатого скота и свиной кожи. Желатин классифицируется как гидрогель .
Желатин почти безвкусен и не имеет запаха, бесцветен или слегка желтоват. [3] [4] Он прозрачен и ломок, может поставляться в виде листов, хлопьев или порошка. [3] Полярные растворители, такие как горячая вода, глицерин и уксусная кислота, могут растворять желатин, но он нерастворим в органических растворителях, таких как спирт. [3] Желатин поглощает в 5–10 раз больше воды, чем его вес, образуя гель. [3] Гель, образованный желатином, можно расплавить путем повторного нагревания, и он имеет увеличивающуюся вязкость под нагрузкой ( тиксотропный ). [3] Верхняя точка плавления желатина ниже температуры человеческого тела , что является фактором, важным для вкусовых ощущений от продуктов, приготовленных с желатином . [5] Вязкость смеси желатина и воды максимальна, когда концентрация желатина высока, а смесь хранится в прохладном месте при температуре около 4 °C (39 °F). Коммерческий желатин будет иметь прочность геля около 90–300 граммов по Блуму с использованием теста Блума на прочность геля. [6] Прочность желатина (но не вязкость) снижается, если он подвергается воздействию температур выше 100 °C (212 °F) или если он выдерживается при температурах около 100 °C в течение длительного периода времени. [7] [8]
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. [9]
В сухом виде желатин на 98–99% состоит из белка, но он не является полноценным белком, поскольку в нем отсутствует триптофан и недостаточно изолейцина , треонина и метионина . [10] Содержание аминокислот в гидролизованном коллагене такое же, как в коллагене. Гидролизованный коллаген содержит 19 аминокислот, в основном глицин (Gly) 26–34%, пролин (Pro) 10–18% и гидроксипролин (Hyp) 7–15%, которые вместе составляют около 50% от общего содержания аминокислот. [11] Глицин отвечает за плотную упаковку цепей. Присутствие пролина ограничивает конформацию. Это важно для гелеобразующих свойств желатина. [12] Другие аминокислоты, которые вносят большой вклад, включают: аланин (Ala) 8–11%; аргинин (Arg) 8–9%; аспарагиновая кислота (Asp) 6–7%; и глутаминовая кислота (Glu) 10–12%. [11]
В 2011 году Группа экспертов по диетическим продуктам, питанию и аллергии Европейского агентства по безопасности пищевых продуктов пришла к выводу, что « причинно-следственная связь между потреблением гидролизата коллагена и поддержанием здоровья суставов не установлена». [13]
Гидролизованный коллаген исследовался как тип раневой повязки, направленной на коррекцию дисбаланса в микросреде раны и лечение рефрактерных ран (хронических ран, которые не поддаются обычному лечению), а также глубоких ожоговых ран второй степени. [14] [15]
Гидролизованный коллаген, как и желатин, производится из побочных продуктов животного происхождения, получаемых в мясной промышленности , а иногда и из туш животных, снятых и очищенных живодерами , включая кожу, кости и соединительную ткань.
В 1997 году Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) при поддержке Консультативного комитета по TSE ( трансмиссивной губчатой энцефалопатии ) начало мониторинг потенциального риска передачи заболеваний животных, особенно губчатой энцефалопатии крупного рогатого скота (BSE), широко известной как коровье бешенство . [16] Исследование FDA того года заявило: «... такие шаги, как нагревание, щелочная обработка и фильтрация, могут быть эффективными для снижения уровня загрязняющих агентов TSE; однако в настоящее время недостаточно научных данных, чтобы продемонстрировать, что эти методы лечения эффективно удалят инфекционного агента BSE, если он присутствует в исходном материале». [17] 18 марта 2016 года FDA завершило разработку трех ранее выпущенных временных окончательных правил, разработанных для дальнейшего снижения потенциального риска BSE в продуктах питания человека. [18] В окончательном правиле разъяснялось, что «желатин не считается запрещенным материалом для крупного рогатого скота, если он производится с использованием указанных обычных промышленных процессов». [19]
Научный руководящий комитет (SSC) Европейского союза в 2003 году заявил, что риск, связанный с бычьим костным желатином, очень низок или равен нулю. [20] [21]
В 2006 году Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов заявило, что мнение SSC было подтверждено, что риск губчатой энцефалопатии крупного рогатого скота (ГЭКРС) для желатина, полученного из костей, был незначительным, и что оно рекомендовало отменить запрос 2003 года об исключении черепа, мозга и позвонков крупного рогатого скота старше 12 месяцев из материала, используемого при производстве желатина. [22]
В 2019 году мировой спрос на желатин составил около 620 000 тонн (1,4 × 10 9 фунтов). [ 23] В коммерческих масштабах желатин производится из побочных продуктов мясной и кожевенной промышленности. Большая часть желатина получается из свиных шкур, свиных и костей крупного рогатого скота или расколотых шкур крупного рогатого скота. [24] Желатин, произведенный из побочных продуктов рыбы, позволяет избежать некоторых религиозных возражений против потребления желатина. [5] Сырье готовится с помощью различных процессов отверждения, кислотных и щелочных процессов, которые используются для извлечения высушенного гидролизата коллагена. Эти процессы могут занять несколько недель, и различия в таких процессах оказывают большое влияние на свойства конечных продуктов из желатина.
Желатин также можно приготовить дома. Кипячение определенных хрящевых частей мяса или костей приводит к растворению желатина в воде. В зависимости от концентрации полученный бульон (при охлаждении) естественным образом образует желе или гель. Этот процесс используется для заливного .
Хотя существует множество процессов, посредством которых коллаген может быть преобразован в желатин, все они имеют несколько общих факторов. Межмолекулярные и внутримолекулярные связи, которые стабилизируют нерастворимый коллаген, должны быть разорваны, а также водородные связи, которые стабилизируют спираль коллагена, должны быть разорваны. [2] Процессы производства желатина состоят из нескольких основных этапов:
Если сырье, используемое для производства желатина, получено из костей , то для удаления кальция и других солей используются разбавленные растворы кислот . Для снижения содержания жира, которое не должно превышать 1% перед основным этапом экстракции, можно использовать горячую воду или несколько растворителей. Если сырье состоит из шкур и кожи, то для подготовки шкур и кожи к этапу гидролиза необходимы измельчение, промывка, удаление волос со шкур и обезжиривание.
После подготовки сырья, т. е. удаления некоторых примесей, таких как жир и соли, частично очищенный коллаген преобразуется в желатин посредством гидролиза. Гидролиз коллагена выполняется одним из трех различных методов: кислотным , щелочным и ферментативным гидролизом . Кислотная обработка особенно подходит для менее полносшитых материалов , таких как коллаген свиной кожи, и обычно требует от 10 до 48 часов. Щелочная обработка подходит для более сложного коллагена, такого как тот, что содержится в бычьих шкурах, и требует больше времени, обычно несколько недель. Целью щелочной обработки является разрушение определенных химических сшивок, все еще присутствующих в коллагене. В желатиновой промышленности желатин, полученный из обработанного кислотой сырья, называется желатином типа А, а желатин, полученный из обработанного щелочью сырья, называется желатином типа В. [25]
Происходят успехи в оптимизации выхода желатина с использованием ферментативного гидролиза коллагена. Время обработки короче, чем требуется для щелочной обработки, и приводит к почти полному преобразованию в чистый продукт. Физические свойства конечного желатинового продукта считаются лучшими. [26]
Экстракция выполняется либо водой, либо кислотными растворами при соответствующих температурах. Все промышленные процессы основаны на нейтральных или кислых значениях pH, поскольку, хотя щелочные обработки ускоряют конверсию, они также способствуют процессам деградации. Кислотные условия экстракции широко используются в промышленности, но степень кислоты варьируется в зависимости от различных процессов. Этот этап экстракции является многоступенчатым процессом, и температура экстракции обычно повышается на более поздних этапах экстракции, что обеспечивает минимальную термическую деградацию извлеченного желатина.
Этот процесс включает несколько этапов, таких как фильтрация, выпаривание, сушка, измельчение и просеивание. Эти операции зависят от концентрации, а также от конкретного используемого желатина. Деградацию желатина следует избегать и сводить к минимуму, поэтому для процесса восстановления следует использовать максимально низкую температуру. Большинство восстановлений происходят быстро, при этом все процессы проводятся в несколько этапов, чтобы избежать значительного ухудшения структуры пептида. Ухудшение структуры пептида приведет к низкой прочности геля, что обычно нежелательно.
В «Китаб ат-Табих » X века приводится рецепт рыбного заливного, приготовленного путем варки рыбьих голов. [27] [ нужна страница ]
Рецепт заливного мясного бульона можно найти в книге Le Viandier , написанной около 1375 года. [28]
В Британии XV века копыта крупного рогатого скота кипятили для получения геля. [29] К концу XVII века французский изобретатель Дени Папен открыл другой метод извлечения желатина путем кипячения костей. [30] Английский патент на производство желатина был выдан в 1754 году. [29] В 1812 году химик Жан-Пьер-Жозеф д'Арсе продолжил эксперименты с использованием соляной кислоты для извлечения желатина из костей, а позднее и с паровой экстракцией, которая была гораздо более эффективной. Французское правительство рассматривало желатин как потенциальный источник дешевого и доступного белка для бедных, особенно в Париже. [31]
Пищевые применения во Франции и Соединенных Штатах в течение 19-го века, по-видимому, установили универсальность желатина, включая происхождение его популярности в США как Jell-O . [32] В середине 19-го века американский промышленник и изобретатель Питер Купер зарегистрировал патент на желатиновый десертный порошок, который он назвал «Portable Gelatin», в который требовалось только добавление воды. В конце 19-го века Чарльз и Роуз Нокс основали Charles B. Knox Gelatin Company в Нью-Йорке, которая продвигала и популяризировала использование желатина. [33]
.JPG/1280px-Congealed_gelatin_of_boiled_fish_(Japanese_Spanish_mackerel).JPG)
Вероятно, наиболее известный как желирующий агент в кулинарии , различные типы и сорта желатина используются в широком спектре пищевых и непищевых продуктов. Распространенными примерами продуктов, содержащих желатин, являются желатиновые десерты , мелочи , заливное , зефир , сладкая кукуруза и кондитерские изделия, такие как Peeps , желейные мишки , фруктовые закуски и желейные младенцы . [34] Желатин может использоваться в качестве стабилизатора , загустителя или текстуризатора 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 для создания объема. Он также используется в производстве нескольких видов китайских суповых пельменей, в частности шанхайских суповых пельменей, или сяолунбао , а также шэнцзяньских маньтоу , типа жареных и приготовленных на пару пельменей. Начинка обоих блюд готовится путем смешивания свиного фарша с кубиками желатина, а в процессе приготовления желатин тает, образуя густую массу с характерной студенистой липкостью.
Желатин используется для осветления соков, таких как яблочный сок, и уксуса. [35]
Изингласс получают из плавательных пузырей рыб. Он используется в качестве осветлителя для вина и пива. [36] Помимо желе из рогов оленя (отсюда и название «рога оленя»), изингласс был одним из старейших источников желатина.
В косметике гидролизованный коллаген можно найти в кремах для местного применения, где он действует как кондиционер текстуры продукта и увлажнитель. Коллагеновые имплантаты или дермальные наполнители также используются для устранения морщин, недостатков контуров и шрамов от угревой сыпи, среди прочего. Управление по контролю за продуктами и лекарствами США одобрило его использование и идентифицирует коровьи (крупный рогатый скот) и человеческие клетки как источники этих наполнителей. По данным FDA, желаемые эффекты могут длиться в течение 3–4 месяцев, что является относительно самым кратковременным сроком по сравнению с другими материалами, используемыми для той же цели. [37]
Употребление желатина от определенных животных может быть запрещено религиозными правилами или культурными табу.
Исламские халяльные и иудейские кошерные обычаи обычно требуют желатина из других источников, нежели свинина, например, крупного рогатого скота, забитого в соответствии с религиозными предписаниями (халяльными или кошерными), или рыбы (которую разрешено употреблять иудеям и мусульманам). [45]
С другой стороны, некоторые исламские юристы утверждают, что химическая обработка «очищает» желатин достаточно, чтобы он всегда был халяльным, — аргумент, наиболее распространенный в области медицины. [45]
Аналогичным образом утверждалось, что желатин в медицине допустим в иудаизме, поскольку он не используется в качестве пищи. [46] Согласно « Еврейским законам питания » , книге принципов кашрута, опубликованной Раввинской ассамблеей , организацией консервативных еврейских раввинов, весь желатин является кошерным и пареве, поскольку химическая трансформация, происходящая в процессе производства, делает его другим физическим и химическим веществом. [47]
Сикхские , индуистские и джайнские обычаи могут потребовать замены желатина из других источников, кроме животных, поскольку многие индуисты, почти все джайны и некоторые сикхи являются вегетарианцами. [48]
Наконец, правило дает определение желатина и разъясняет, что желатин не считается запрещенным материалом для крупного рогатого скота, если он производится с использованием указанных обычных отраслевых процессов. Желатин никогда не считался запрещенным материалом для крупного рогатого скота, но FDA никогда конкретно не определяло желатин в прошлых IFR.
Медиа, связанные с Желатин на Wikimedia Commons