Желатин: состав, производство и применение

Желатин — это белковый продукт животного происхождения, представляющий собой частично гидролизованный коллаген, который получают из соединительных тканей животных. В сухом виде желатин представляет собой порошок, гранулы или пластинки от бесцветного до светло-желтого цвета, обладающие способностью при замачивании в воде набухать, а при нагревании — растворяться с образованием вязкого раствора, застывающего при охлаждении в гель.

Химически желатин является смесью полипептидов с молекулярной массой от 20 до 200 кДа. Его аминокислотный состав отличается высоким содержанием глицина (около 27%), пролина (16%) и гидроксипролина (14%), что обусловлено структурой исходного коллагена. Именно гидроксипролин является маркерным компонентом, позволяющим идентифицировать желатин в пищевых продуктах.

Сырье для производства

Основным источником сырья для производства желатина служат отходы мясоперерабатывающей промышленности. В зависимости от типа сырья выделяют две основные категории желатина: типа А (кислотный) и типа В (щелочной или известковый).

Сырье для желатина типа А включает:

• свиные шкуры (мездра);
• свиную и говяжью обрезь;
• рыбокостные отходы.

Для желатина типа В преимущественно используют:

• говяжьи шкуры;
• кости крупного рогатого скота;
• сухожилия и хрящи.

В России и странах Европы доминирует переработка свиного сырья, тогда как в Индии и странах Ближнего Востока, где свинина не употребляется по религиозным соображениям, основным сырьем служат говяжьи шкуры и кости. Существует также рыбный желатин, получаемый из кожи и чешуи рыб, который используется преимущественно в косметике и производстве капсул, поскольку имеет более низкую температуру плавления геля.

Технология производства

Процесс производства желатина состоит из нескольких последовательных этапов, различающихся в зависимости от типа сырья.

Подготовка и обезжиривание

Сырье очищают от механических загрязнений, промывают и измельчают. На этом этапе удаляется значительная часть жира, который затем используется в других отраслях. Для костного сырья обязательна стадия деминерализации: кости обрабатывают слабым раствором соляной кислоты для удаления минеральных компонентов (фосфата кальция), в результате чего остается органическая матрица — оссеин.

Предварительная обработка

Цель обработки — разрушение поперечных связей в молекулах коллагена для перевода его в растворимую форму. Для желатина типа А применяют кислотную обработку (обычно серной или соляной кислотой) при низкой температуре в течение 10–48 часов. Для желатина типа В используют щелочную обработку (известковое молоко или раствор едкого натра) продолжительностью от 20 до 60 суток. Щелочная обработка считается более длительной, но позволяет получить продукт с более высокими желирующими свойствами.

Экстракция (варка)

Обработанное сырье загружают в экстракторы и заливают горячей водой. Экстракцию проводят ступенчато при постепенно повышающейся температуре — от 50 до 100 °C. Первые фракции экстракта имеют наилучшее качество (высокую желирующую способность), последующие — более низкое. Весь процесс занимает от 4 до 8 часов. Полученный жидкий желатиновый бульон содержит 3–8% сухих веществ.

Очистка и фильтрация

Жидкий желатин подвергают многоступенчатой фильтрации для удаления взвешенных частиц и жира. Для осветления применяют фильтр-прессы, сепараторы и активированный уголь. На современных производствах используются мембранные технологии ультрафильтрации, позволяющие одновременно концентрировать раствор и удалять низкомолекулярные примеси.

Концентрирование и стерилизация

Раствор упаривают в вакуум-выпарных аппаратах при пониженном давлении до концентрации 20–40%. Затем проводят кратковременную высокотемпературную стерилизацию (например, при 140 °C в течение нескольких секунд) для уничтожения микроорганизмов.

Желирование, сушка и измельчение

Концентрированный раствор разливают в лотки, где он застывает в плотный студень. Застывшую массу нарезают на пластины и сушат в туннельных сушилках потоком теплого воздуха с постепенным повышением температуры от 30 до 60 °C. Высушенный желатин содержит 10–12% влаги. После сушки продукт дробят и размалывают в порошок требуемой крупности, либо выпускают в виде пластин или гранул.

Свойства и характеристики

Ключевой характеристикой желатина является его желирующая способность (прочность геля), измеряемая в градусах Блума. Стандартный пищевой желатин имеет показатели от 80 до 300 градусов Блума; чем выше значение, тем более прочный гель образует продукт.

Другие значимые показатели:

• вязкость раствора;
• температура плавления геля (обычно 28–35 °C);
• температура застывания (20–25 °C);
• pH водного раствора (для типа А — 3,8–5,5, для типа В — 5,0–7,5);
• содержание золы (не более 2%);
• микробиологическая чистота.

Желатин растворим в горячей воде, глицерине и некоторых других растворителях, нерастворим в спиртах и органических растворителях. В холодной воде он набухает, поглощая до 5–10 массовых частей воды.

Применение

Пищевая промышленность

Пищевой желатин зарегистрирован как пищевая добавка E441. Он применяется в производстве:

• кондитерских изделий (мармелад, зефир, желе, конфеты);
• молочных продуктов (йогурты, творожные десерты, мороженое);
• мясных продуктов (студни, заливные, ветчинные изделия);
• осветления соков и вина.

Фармацевтика и медицина

В фармацевтике желатин используется для производства твердых и мягких желатиновых капсул, а также в качестве оболочки для таблеток. В медицине он входит в состав кровезаменителей (например, желатиноль), применяется в хирургии как гемостатическое средство и для изготовления биодеградируемых имплантатов.

Косметическая промышленность

В косметике желатин добавляют в кремы, маски, шампуни и средства для укрепления ногтей благодаря его пленкообразующим и увлажняющим свойствам.

Технические отрасли

Технический желатин используется в полиграфии (при изготовлении фотографических эмульсий), в производстве наждачной бумаги, в текстильной промышленности для проклейки тканей, а также в спичечном производстве.

Аналоги и альтернативы

Для потребителей, не употребляющих продукты животного происхождения, существуют растительные заменители желатина: агар-агар (получаемый из красных водорослей), пектин (из фруктов), каррагинан (из морских водорослей) и ксантановая камедь. Эти вещества обладают желирующими свойствами, однако их физико-химические характеристики отличаются от животного желатина: агар-агар образует более прочные и термообратимые гели, а пектин требует наличия сахара и кислоты для застывания.