Желатины не существуют в природе, их получают из сырья животного происхождения.

Название этого гидроколлоида происходит от латинского слова gelata, которое характеризует его самое важное свойство, т.е. образование геля в воде.

Это белок животного происхождения, в его составе присутствует смесь полипептидов с молекулярной массой 50 000-70 000, а также их агрегаты. Получают желатин из хрящей, сухожилий и костей сельскохозяйственных животных. Желатин хорошо растворяется в горячей воде, а при охлаждении водные растворы образуют гели. Физические свойства гелей различны и зависят от концентрации белка, молекулярной массы полипептидных цепей, температуры, присутствия солей и других реагентов. Прочность и жесткость гелей из желатина пропорциональны концентрации белков и увеличиваются с ростом молекулярной массы полипептидов. Максимальная прочность геля проявляется в основном при рН 5-10 или в присутствии сульфата натрия. Желатин чувствителен к гидролизу протеолитическими ферментами. По этой причине его нельзя применять в сочетании с такими продуктами, как ананасы или папайя, содержащими протеазы – бромелин и папаин.

Для отечественной пищевой промышленности желатин выпускают трех марок (13, 11, 10), различающихся по качеству. Лучшим является желатин марки 13. Наличие в желатине солей тяжелых металлов, посторонних примесей не допускается.

Желатин – естественный компонент пищевых продуктов, поэтому ограничений по его применению нет. Однако следует учитывать, что продукты, содержащие желатин, могут иметь посторонний, не свойственный им привкус; кроме того, они в большей степени подвержены микробиологической порче.

В пищевой промышленности желатин используют как загуститель, добавляя его в различные композиции в количестве 1,5-2,2%. В частности, желатин используют при производстве мясных и рыбных продуктов для стабилизации их структуры. В производстве мороженого применяют 0,2-0,5%-ные растворы желатина с целью придания гладкости и регулирования размеров кристаллов льда.

5.1.1. КРАТКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛАТИНА

Коллаген, будучи сырьем для производства желатина, является основной составляющей частью всей белой волокнистой соединительной ткани, находящейся в теле животных, например в хрящах, сухожилиях, прозрачных оболочках вокруг мышц и мышечных волокон, коже и белковом матриксе кости. Хотя для производства желатина можно использовать любое сырье, содержащее коллаген, предпочтительными являются шкуры, кожи или кости животных. Чтобы очистить сырье от земли и других видов загрязнения, его промывают.

Использование костей связано с некоторыми отличиями, которые состоят в том, что после промывания, измельчения и повторного промывания их подвергают противоточной кислотной обработке в течение 5-14 дней (обычно 4-7%-ным раствором соляной кислоты) с целью декальцинирования или вымывания фосфатов кальция и сохранения только остатка «костного коллагена».

Концентрированное сырье из любого источника можно либо сразу подвергнуть обработке, либо высушить и хранить. В зависимости от конечной цели применения желатина и источника коллагена сырье после предварительной подготовки подвергают кислотной или щелочной обработке. При изготовлении желатина из шкур свиней предпочтительнее использовать кислотную обработку, которая очень распространена в Америке. В Европе основными источниками коллагена служат кожи и кости животных, а наиболее распространенным методом экстрагирования является щелочной.

Посредством кислотной обработки получают желатины типа А. Промытое гидратированное сырье помещают в холодный раствор минеральной кислоты (рН 1,5-3,0) на срок от 8 до 30 ч (обычно на 18-20 ч) в зависимости от консистенции и (или) степени его измельчения. В течение этого времени сырье набухает, увеличиваясь в объеме в 2-3 раза по сравнению с исходным. Чтобы удалить избыток кислоты, после обработки его промывают в проточной воде.

Посредством щелочной обработки получают желатины типа В. Общепринятой практикой является использование насыщенной известковой воды (Са(ОН)₂, рН 12,0) в качестве консервирующего раствора. Промытое сырье вместе с жидкостью и полностью гидратированной известью, функция которой заключается в поддержании раствора в насыщенном состоянии, помещают в баки или цистерны. Поддерживая температуру ниже 24°С, смесь через равные промежутки времениперемешивают механическим способом. В зависимости от консистенции и типа сырья процесс занимает от 1 до 6 мес. (обычно 2-3 мес.). После завершения процесса обработки известкованную массу сначала промывают водой для удаления избытка извести, а затем разбавленной кислотой (НСl), до тех пор пока внешние поверхности не станут кислотными. Затем осуществляется повторная промывка водой, до тех пор пока весь полученный материал не станет относительно нейтральным.

Для экстрагирования желатина обработанное сырье помещают в специальные котлы и заливают горячей водой. Производят ряд последовательных экстракций (обычно 3-5) с использованием большого количества горячей воды, при этом температура каждой последующей экстракции немного выше предыдущей, в интервале от 55 до 100°С. Продолжительность каждой экстракции обычно составляет от 4 до 8 ч.

Судя по способности к гелеобразованию, желатины самого лучшего качества получаются в ходе экстрагирования при более низких температурах, так как в этом случае происходит меньший гидролиз полипептидных цепей. Каждая последующая экстракция снижает гелеобразующую способность и делает продукт более окрашенным. В конце каждой экстракции с поверхности удаляют весь слой жира. По окончании тепловой обработки и отстаивания в течение короткого периода времени можно произвести дальнейшее удаление жира. Прежде чем добавить новую порцию горячей воды, удаляют всю воду предыдущей стадии экстрагирования, содержащую 2-4% желатина.

Для того чтобы получить желатин нужного качества, перед фильтрацией, с помощью которой удаляют жир и другие суспендированные примеси, можно сочетать различные виды экстракций. Так, для минимизации окраски можно использовать активированный уголь. Содержание золы в желатине на этой стадии составляет 2-3%, и если требуются более низкие значения, можно применить ионообмен. Более низкие показатели содержания золы требуются, например, многим специалистам в области фармакологии и фотографии. Такие светлые жидкости, которые являются кристально чистыми и прозрачными, затем постепенно упаривают до тех пор, пока возросшая вязкость раствора не делает невозможным дальнейшее концентрирование этим методом. Это происходит при концентрации 8-12% в желатинах высокого качества и 15-20% в желатинах низкого качества. При желании полученные после упаривания концентрированные жидкости можно отфильтровать и еще раз обесцветить для улучшения качества.

Следующее за стадией упаривания высушивание обычно осуществляется с помощью воздуха; при этом для получения прочного геля жидкость подается на широкую бесконечную ленту конвейера. Этот слабый гель поступает на металлические сетки и подвергается воздействию холодного воздуха до образования пленки, после чего используется горячий воздух, который способствует окончательному высушиванию. Полученные в результате этого прозрачные листы измельчаются соответствующим способом. Другими методами высушивания являются распылительная и вальцовая сушка.

Хотя пищевые желатины сильно различаются по своим функциональным и реологическим свойствам, с эмпирической точки зрения они похожи, так как обычно содержат 8-12% влаги и менее чем 2% золы, остальная масса продукта представляет собой белок (желатин).

5.1.2. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЖЕЛАТИНА

Мономер коллагена (тропоколлаген) является тройной спиралью или стержнем длиной около 300 нм и диаметром 1,5 нм, молекулярная масса которой около 300 000 Да. Коммерческие желатины настолько разнородны по своим размерам: отдельные молекулы могут быть одиночными цепями, молекулярная масса которых меньше 50 000 Да, или полимерами, состоящими из многих цепей, молекулярная масса которых больше миллиона. Хотя желатины действительно имеют тот же аминокислотный состав, что и исходный коллаген, если они были предварительно подвергнуты действию щелочи, многие из не способных к ионизации глутаминовых или аспарагиновых остатков превращаются в карбоксильные группы с выделением аммиака, и желатины приобретают более кислый характер.

Таким образом, изоэлектрические точки желатинов, полученных в результате кислотной обработки, обычно находятся в пределах 7,0-9,4, в то время как изоэлектрические точки желатинов, полученных щелочным способом, находятся в интервале значений 4,8-5,5.

Самым низким зафиксированным значением изоэлектрической точки желатина, обработанного щелочью, является 4,6, что, вероятно, соответствует молекуле, фактически свободной от амида.

Несмотря на то что процессы промышленного производства желатина существуют по крайней мере уже два столетия, методы сравнительного тестирования желатинов развиваются только последние 70-80 лет. Сначала интерес представляла только прочность гелей, полученных в стандартных условиях. Позже в характеристики желатина были включены также его другие физические свойства.

В настоящее время описание характеристик желатина, не считая стандартной проверки на прочность, включает тестирование его физических, химических и микробиологических свойств. Однако прочность геля, характеризуемая показателем прочности по Блуму, остается тем свойством желатина, которое определяет его коммерческую стоимость.

5.1.3. ПРИМЕНЕНИЕ ЖЕЛАТИНА

Желатин обычно используется в относительно небольших концентрациях в виде растворов в воде или многоатомных спиртах для производства различных десертов и мармеладно-пастильных изделий. Главными причинами его популярности и широкого использования в пищевой промышленности являются свойства желатина:

• образовывать высококачественные гели в разбавленном растворе с текстурой, «таящей во рту»;
• при высоких концентрациях создавать эластичную резиноподобную текстуру, которая медленно растворяется во рту;
• являться эффективным эмульгатором и пенообразователем;
• будучи полиэлектролитом, обладать способностью коагулировать суспендированные частицы.

Ниже перечислены основные направления применения желатина в пищевой промышленности.

• Замороженные кремообразные продукты, содержащие 0,25% желатина, функция которого связана с предотвращением кристаллизации льда и сахара.
• Мороженое с использованием 0,5% желатина для предотвращения кристаллизации. Однако использование желатина в производстве мороженого постепенно уменьшается.
• Пастиломармеладные изделия, в которые вносят 1,5% желатина для препятствия процесса кристаллизации. Он также весьма эффективен при производстве взбитых масс, таких как суфле, а также в технологии вафель для повышения вязкости системы и стабилизации ценообразования при производстве, транспортировке и хранении.
• Лепешки, вафли и сладкие глазури, в которые добавляется до 1% желатина с целью ограничения растворения.
• Низкокалорийные десерты и спреды, в которых используется способность желатина хорошо удерживать воду. Сам по себе желатин обладает энергетической ценностью 14,7 кДж/г. Таким образом, 2%-ный гель желатина содержит менее 30 кДж/100 г (т.е. менее 8 ккал на 100 г).

В последнее время было проведено много исследований, посвященных низкокалорийным продуктам и продуктам с низким содержанием жиров. Исследованы возможности использования смешанных гелей, например яичного белка и желатина в обезжиренных продуктах, так чтобы вода была распределена между двумя фазами, образующими гель. Причем одна из них диспергируется в другой, что создает особый вкус.

В продуктах, где содержание жира не снижено, существует две различные фазы (липидная и водная), при этом одна диспергируется в другой. Следовательно, если объемное соотношение фаз подобрано правильно и желатин «тает во рту», то действительно возможно получение похожего вкусового ощущения. Такие технологии находятся в начальной стадии развития.

Мясные продукты, в которых желатин используется для связывания воды (сохранения сочности). В производстве пастеризованной консервированной ветчины и других подобных продуктов желатин (в форме зерен или пластинок) может быть добавлен в продукт непосредственно перед его обработкой, при этом горячая вода, выделяющаяся из мяса при его нагревании, растворяет желатин. Растворенный желатин при охлаждении мяса превращается в гель, заполняющий области, образующиеся после уваривания мяса.

Новые молочные продукты, в которых небольшое количество желатина позволяет получать йогурты со сливочным вкусом или более твердые гелеобразные продукты с хорошими органолептическими свойствами. Непосредственное добавление желатина в холодное свежее молоко ведет к его набуханию и, впоследствии, к растворению в ходе обработки (нагревания), что является очень удобным в технологическом процессе.

При производстве напитков желатин используют в качестве флокулянта. В зависимости от вида напитка важными являются его различные свойства. Используются как высокопрочные желатины), по большей части в форме пластинок, так и малопрочные, порошкообразные.

В Северной и Южной Америке, а также все больше в Европе (за исключением Германии) желатин широко применяется для осветления пива. В отличие от вина, соков и пива, из которых желатин повторно коагулируют, в лимонадах он остается в напитке для стабилизации эфирных масел.

Кроме того, желатин используется в фармацевтической промышленности для приготовления твердых и мягких (эластичных) оболочек для капсул, а также в качестве основы пенообразных кубиков, которые применяются стоматологами для абсорбции крови, появляющейся в ходе лечения, или для остановки кровотечения. Насыщенный воздухом желатин обладает большой абсорбирующей способностью, а его хорошая совместимость с тканями человеческого тела во многом позволяет избежать аллергических реакций.

В медицине для восполнения больших потерь крови используются ее заменители, обладающие способностью находиться в потоке крови в течение длительного времени и таким образом регулировать объем крови. В этом случае очень важной является инфузионная терапия с использованием подходящих растворов желатина, вязкость которых должна совпадать с вязкостью крови.

Преимущество желатина состоит в том, что он не сохраняется в теле, а полностью расщепляется. Очевидно, что для таких желатинов обязательной является их чистота.

Промышленные желатины по своим свойствам обычно являются и аморфными, и кристаллическими. Однако, если очень четко контролировать процесс высушивания желатина, можно получить тонкодисперсный порошкообразный желатин, который, в отличие от грубоизмельченного, не будет обладать кристаллическими свойствами.

ДСП желатина не определено. В ЕС он считается пищевым продуктом, а не добавкой.

В Российской Федерации желатин разрешен в качестве вспомогательного средства (материалы и твердые носители) для иммобили-зации ферментных препаратов (п. 5.6.4.5 СанПиН 2.3.2.1293–03). В соответствии с пищевыми стандартами «Кодекс Алиментариус», которые добровольно могут применяться в РФ, желатин разрешен к применению при производстве плавленых сыров – до 8 г/кг; консервированных мясопродуктов; сливочных сыров, сливок – в количестве до 5 г/кг; ароматизированного йогурта и других кисломолочных продуктов после ферментации – до 10 г/кг индивидуально или в сочетании с другими загустителями.